CN104758982B - 一种个性化β‑Ti‑15Mo合金‑Co‑28Cr‑6Mo合金‑Al2O3陶瓷髋臼人工骨支架 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医用器械领域，具体为一种个性化β‑Ti‑15Mo合金‑Co‑28Cr‑6Mo合金‑Al2O3陶瓷髋臼人工骨支架，本发明根据患者髋臼骨折缺损部位的机构，利用反求工程和CAD技术设计并使用选择性激光烧结技术制作与缺损部位相匹配的个性化β‑Ti‑15Mo合金‑Co‑28Cr‑6Mo合金‑Al2O3陶瓷髋臼人工骨支架，由多孔隙β‑Ti‑15Mo合金人工骨小梁，2 Co‑28Cr‑6Mo合金支撑层，Al2O3陶瓷关节面构成。本发明弥补了髋臼人工骨的空白，为髋臼骨折提供了新的治疗思路，使个性化治疗有了可行的方案。
Description
技术领域
本发明属于医用器械领域，具体为个性化β-Ti-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髋臼人工骨支架。
背景技术
髋关节是人体最大的关节，其解剖的复杂性，需要起承重作用，关节活动大，骨折类型的多样性致使髋臼骨折的修复治疗存在一定难度。一般的内固定存在显露困难，易损伤坐骨神经，螺钉松动等术后并发症，且对骨科医师的要求较高。利用人工骨支架填充修复骨缺损是常用的治疗手段。例如专利200810227420.8医用金属人工骨小梁的制备及应用，其利用电子束熔融成形法制作钛合金骨小梁用于填补缺损。但电子束熔融成形法需要高功率激光和电子束，在安全性，稳定性上不及选择性激光烧结法，此外实际应用中发现其成品在精度和重复性上也差强人意，而带关节面人工骨支架对解剖精度要求高，要避免台阶。且依靠电脑设计多为规则几何形状，而骨折类型多，缺损形状复杂，单单靠人为用电脑设计出的植入物形态贴合度不及由CT重建后应用MIMCS软件设计出CAD三维模型。另外此发明忽略了关节的功能要求，完全使用金属材料会产生磨损颗粒使植入区发生溶骨而松动。借此，我们创新性发明了个性化β-Ti-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髋臼人工骨支架。利用CT能将患者髋臼骨折的位置、具体数目、骨折碎片的形态及关节腔内游离体的形态更加清晰的显示出来。利用反求工程可建立缺损三维模型。再结合3D打印技术可以构造与缺损部位相匹配的人工骨支架，避免手术者在术中对传统植入物的塑形与反复的匹配，缩短了手术时间、减少了术中的出血量。在材料方面，高孔隙率的医用钛合金骨小梁可使新生骨组织长入其中，且比自然松质骨拥有更好地力学性能而被设计为人工骨小梁。β相的钛合金较α相拥有更好的强度。Ti-15Mo合金为其中一种，因其低弹性模量、优异的成形性和抗腐蚀性而被FDA批准使用。Co-28Cr-6Mo合金已用于牙科数十年，目前金用来制造承受大负荷重关节如膝关节和髋关节，其抗拉伸强度达到569MPa，抗屈曲强度357MPa，远超皮质骨。而Al2O3陶瓷是惰性生物陶瓷的一种，具有良好的生物相容性、抗疲劳、低表面摩擦系数以及极高的耐磨性。因此常常设计为人工关节面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种个性化β-Ti-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髋臼人工骨支架。
本发明提出的个性化β-Ti-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髋臼人工骨支架，由多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁1、Co-28Cr-6Mo合金支撑层2和Al2O3陶瓷关节面3构成，其中：多孔隙β-Ti-15Mo合金骨小梁设有螺钉孔洞5，多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁1和Al2O3陶瓷关节面3之间设有Co-28Cr-6Mo合金支撑层2，螺钉穿过螺钉孔洞5用于固定多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁1、Co-28Cr-6Mo合金支撑层2和Al2O3陶瓷关节面3，所述Co-28Cr-6Mo合金支撑层2起到承受负荷防止人工骨支架因承重而变形甚至损坏的作用， Al2O3陶瓷关节面3能适应髋关节的活动，耐磨损；具体制备工艺如下：
(1)根据患者髋臼骨折的情况，利用反求工程建立骨和软骨折缺损部位的三维模型，结合CAD技术设计建立与骨和软骨折缺损部位相匹配的人工骨支架；
(2)将15wt%Mo、85wt%Ti粉末、66wt%Co、28wt%Cr、6wt%Mo粉末和Al2O3粉末分别加入选择性激光烧结***粉末槽内，利用选择性激光烧结技术，在惰性气体保护下加温至1200℃，升温速度为5℃/min~10℃/min，得到人工骨支架主体部分，保温2小时后随选择性激光烧结***逐步冷却，降温速度为5℃/min~10℃/min，进行退火处理；
(3)采用直径为3.5mm螺钉，螺钉长度视损伤情况选择合适的长度，将三根螺钉尽量平行打入螺钉孔洞内，即得人工骨支架。
本发明的有益效果在于：本发明旨在利用SLS技术制备个性化β-Ti-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髋臼人工骨，为精确、个性化髋臼骨折修复提供新的方法。所述β-Ti-15Mo合金骨小梁具有相互连通的孔隙结构，可用于骨长入。Co-28Cr-6Mo合金支撑层起到加强人工骨机械强度，适应髋关节负重。Al2O3陶瓷关节面具有低表面摩擦系数以及极高的耐磨性，可耐受膝关节的长期磨损。
附图说明
图1为本发明的冠状面图示。
图2为本发明的矢状面图示。
图3为本发明的修复效果图示。
图中标号：1 多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁，2 Co-28Cr-6Mo合金支撑层，3Al2O3陶瓷关节面；4螺钉；5螺钉孔洞。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：
对髋臼骨折区域进行薄层CT扫描，获得包含骨折缺损部分的薄层CT影像，应用MIMCS软件设计出CAD三维模型将最终设计参数输入3D打印机，将15wt%Mo、85wt%Ti粉末、66wt%Co、28wt%Cr、6wt%Mo粉末和Al2O3粉末分别加入选择性激光烧结***粉末槽，利用选择性激光烧结技术，在惰性气体保护下加温至1200℃，升温速度为5℃/min~10℃/min，烧结出一体化多孔隙β-Ti-15Mo合金骨小梁-Co-28Cr-6Mo支撑层-Al2O3陶瓷关节面的主体部分，保温2小时后随炉逐步冷却，降温速度为5℃/min~10℃/min，进行退火处理。将打印好的多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁， Co-28Cr-6Mo合金支撑层， Al2O3陶瓷关节面人工骨主体部分植入髋臼骨折区域，用三个螺钉4通过三个螺钉孔洞5固定在骨折区域。
Claims (1)
1.一种个性化β-Ti-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髋臼人工骨支架，其特征在于由多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁（1）、Co-28Cr-6Mo合金支撑层（2）和Al2O3陶瓷关节面（3）构成，其中：多孔隙β-Ti-15Mo合金骨小梁设有螺钉孔洞（5），多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁（1）和Al2O3陶瓷关节面（3）之间设有Co-28Cr-6Mo合金支撑层（2），螺钉穿过螺钉孔洞（5）用于固定多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁（1）、Co-28Cr-6Mo合金支撑层（2）和Al2O3陶瓷关节面（3），所述Co-28Cr-6Mo合金支撑层（2）起到承受负荷防止人工骨支架因承重而变形甚至损坏的作用， Al2O3陶瓷关节面（3）能适应髋关节的活动，耐磨损；具体制备工艺如下：
(1)根据患者髋臼骨折的情况，利用反求工程建立骨和软骨折缺损部位的三维模型，结合CAD技术设计建立与骨和软骨折缺损部位相匹配的人工骨支架；
(2)将15wt%Mo、85wt%Ti粉末、66wt%Co、28wt%Cr、6wt%Mo粉末和Al2O3粉末分别加入选择性激光烧结***粉末槽内，利用选择性激光烧结技术，在惰性气体保护下加温至1200℃，升温速度为5℃/min~10℃/min，得到人工骨支架主体部分，保温2小时后随选择性激光烧结***逐步冷却，降温速度为5℃/min~10℃/min，进行退火处理；
(3)采用直径为3.5mm螺钉，螺钉长度视损伤情况选择合适的长度，将三根螺钉尽量平行打入螺钉孔洞内，即得人工骨支架。
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