CN105943150A - 一种个性化接骨板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种个性化接骨板及其制造方法。钛或钛合金通过3D打印形成的接骨板与患者骨的形状拟合接触，接骨板的表面有羟基磷灰石膜。制造方法为：1）采用CTA扫描技术或MRI技术对患者骨部位进行立体造影，获得患者骨部位的三维数据；2）使用计算机辅助设计显示患者骨部位及确定接骨板对应连接方式；3）输出个性化接骨板数据，并使用金属粉末选区激光熔化3D打印机打印接骨板，所使用的钛或钛合金的颗粒直径为15~45μm，且为球状；4）对3D打印获得的接骨板进行真空热处理；5）在接骨板表面生成羟基磷灰石膜。

Description

一种个性化接骨板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种接骨板和对应的制造方法。
背景技术
接骨板是指带孔板状骨折内固定器件。临床上常与骨螺钉或接骨丝配合使用。现有的接骨板都呈直板状，如在YY0017-2008标准中规定的骨接合植入物金属接骨板，在该标准规定金属接骨板有直型和异型两种，但不管是哪种类型的金属接骨板，接骨板均为板状，处于一个平面中。由于健康骨和移植骨的外表形状均有自然的生理弯曲，板状的接骨板并不能与骨的外表面完美贴合，所以固定不牢固。在手术中，医生可能根据连接部位的外形，使用手工工具对板状的接骨板进行矫形，但该矫形首先精度不够，仅能部分改善接骨板对骨外形的拟合。此外，钛板的矫形会造成钛金属晶格畸变，产生内裂纹，削弱钛板的连接强度。而且，手工矫形需要多次调整和尝试，延长了接骨手术的时间。这样，一方面让患者不舒服，不利于患者骨的恢复，同时金属接骨板的固定也不牢固。
此外，由于钛板的弹性模量远大于人骨，所以在受力情况下，接骨板和人骨的变形程度不同，接骨板和人骨之间会产生微滑移，相互摩擦造成患者疼痛。
第三，钛及钛合金还具有其他缺点。例如，缺乏生物活性，不能诱导钙磷盐沉积，与周围骨组织不能形成强有力的化学结合。耐磨性差，容易产生无菌性炎症。易产生应力集中造成植入体周围骨吸收等不良后果。
在中国专利申请号为201420464816.5申请日为2014.8.18授权公告日为2015.1.14的专利文献中公开了一种踝下胫腓固定接骨板，其虽然产生了有益效果，但是该接骨板与患者骨接触的也为平面，因此，也是无法与患者骨完全拟合，同样产生上述技术问题。造成上述技术问题的主要原因是通过现有的制造技术难以成型与患者骨完全吻合的面。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种个性化接骨板及其制造方法。
解决上述技术问题的技术方案是：一种个性化接骨板，接骨板利用钛或钛合金通过3D打印形成，接骨板与患者骨接触的表面与患者骨的形状拟合接触，接骨板的表面有羟基磷灰石膜。
进一步的，接骨板的表面分布有微孔和凹陷。
进一步的，接骨板表面的微孔和凹陷的孔径范围为10-100微米。更进一步的，接骨板与患者骨接触的表面的微孔和凹陷的孔径范围为15-50微米。
进一步的，接骨板表面的微孔和凹陷的面积占接骨板表面的面积的比例范围为10%-80%。更进一步的，接骨板表面的微孔和凹陷的面积占接骨板表面的面积的比例范围为15-40%。
进一步的，羟基磷灰石膜有三层结构：内层为致密的二氧化钛，中间为多孔结构，表层为纳米纤维状羟基磷灰石。
制造上述个性化接骨板的方法是：1）采用CTA扫描技术或MRI技术对患者骨部位进行立体造影，获得患者骨部位的三维数据；2）使用计算机辅助设计显示患者骨部位及确定接骨板对应连接方式；3）输出个性化接骨板数据，并使用金属粉末选区激光熔化3D打印机打印接骨板，所使用的钛或钛合金的颗粒直径为15~45μm，且为球状；4）对3D打印获得的接骨板进行真空热处理；5）在接骨板表面生成羟基磷灰石膜。
进一步的，在步骤3）中，调整接骨板表面的3D打印参数设置，使接骨板表面层出现未熔金属颗粒和气泡。
进一步的，真空热处理的工艺包括，第一阶段热处理，真空热处理炉内真空度不小于10-3Pa，从室温升温45-60分钟至630-670℃，保温45-60分钟，升温30-40分钟至850-900℃，保温4-6小时，保温结束后立即对接骨板进行真空气淬冷却至20-100℃；第二阶段热处理，从20-100℃升温35-45分钟至530-570℃，保温4-6小时，保温结束后立即对接骨板进行真空气淬冷却至室温。
进一步的，步骤5）中在接骨板表面生成羟基磷灰石膜所采用的技术是微弧氧化技术和微波水热技术。
本发明的有益效果是：
（1）由于接骨板与患者骨部位完全拟合，这样，当接骨板安装好后不容易发生位移，更加有利于患者骨的恢复，同时让患者感觉更加的舒服。此外，医生手术时不需要手工矫形和多次尝试，避免了钛板矫形产生的力学缺陷，可以减少骨螺钉固定的数量，加快手术进程，降低患者痛苦。
（2）羟基磷灰石膜具有良好的生物活性和组织相容性，植入人体后不会引起机体的排斥反应。
（3）由于接骨板表面形成微孔和凹陷，而上述微孔和凹陷可以吸收和储存体液，在接骨板和人骨之间形成润滑层，降低摩擦，减少患者疼痛。此外，表面微孔和凹陷强化了羟基磷灰石膜和钛基体的结合。首先表面微孔和凹陷增大了接骨板的总表面积，促进了羟基磷灰石膜和钛基体的结合。其次，每个表面微孔和凹陷都因为比表面积的增加，可以产生更多的化学结合，成为羟基磷灰石膜和钛基体固定连接的“锚”。
（4）根据本发明的制造方法，采用CTA扫描技术和MRI技术能采集到精确的患者骨三维数据，根据该三维数据并通过3D打印能成型与患者骨完全拟合的接骨板，因此，成型接骨板的精度高，成本低，速度快。
（5）通过真空热处理，一方面调整接骨板基体组织结构，消除3D打印的缺陷，保证接骨板的力学性能。另一方面通过真空清除接骨板表面的未熔金属颗粒和气泡，并在接骨板表面形成微孔和凹陷，而上述微孔和凹陷可以吸收和储存体液，在接骨板和人骨之间形成润滑层，降低摩擦，减少患者疼痛。
（6）微弧氧化技术和微波水热技术相结合，使制备的膜层从钛基表面原位生长，且呈犬牙交错，锯齿状咬合与钛基结合，具有较高的结合强度，不易脱落。
附图说明
图1为本发明个性化接骨板的正面示意图。
图2为本发明个性化接骨板的侧面示意图。
图3为本发明个性化接骨板表面层的金像照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
如图1和图2所示，个性化接骨板1利用钛或钛合金通过3D打印形成，所述接骨板1与患者骨接触的表面形成凹凸面或曲面，使得接骨板1与患者骨的形状拟合接触。所述接骨板1上有二个以上用于将接骨板1固定于患者骨的固定孔11。所述接骨板的厚度为0.5-4毫米，其厚度根据患者的需要确定。
个性化接骨板的制造方法步骤为：
（1）采用CTA扫描技术或MRI技术对患者骨部位进行立体造影，获得患者骨部位的三维数据。
（2）使用计算机辅助设计显示患者骨部位及确定接骨板对应连接方式。
（3）输出个性化接骨板数据，并使用金属粉末选区激光熔化3D打印机打印接骨板1，所使用的钛或钛合金的颗粒直径为15~45μm，且为球状，调整接骨板表面的3D打印参数设置，使接骨板表面层出现未熔金属颗粒和气泡。
（4）对3D打印获得的接骨板1进行真空热处理。
（5）采用微弧氧化技术和微波水热技术在接骨板1表面生成羟基磷灰石膜。
在步骤（3）中调整接骨板表面的3D打印参数设置，使接骨板表面层出现未熔金属颗粒和气泡。在后续步骤（4）的真空热处理中，表面层中未熔金属颗粒和气泡都会被清除，在表面层中出现微孔和凹陷。如图3所示，在放大200倍的扫描电镜下，一方面，通过真空热处理，3D打印过程中，因为冷却速度快而产生的粗大枝状晶粒转换成了溶入统一基体的细小枝状晶粒，材料的各向异性弱化，接骨板1的力学性能提高。另一方面通过真空清除接骨板1表面的未熔金属颗粒和气泡，并在接骨板1表面形成微孔和凹陷3，而上述微孔和凹陷3可以吸收和储存体液，在接骨板1和人骨之间形成润滑层，降低摩擦，减少患者疼痛。此外，表面微孔和凹陷强化了羟基磷灰石膜和钛基体的结合。
在本发明中，由于接骨板与患者骨部位完全拟合，这样，当接骨板安装好后不容易发生位移，更加有利于患者骨的恢复，同时让患者感觉更加的舒服。此外，医生手术时不需要手工矫形和多次尝试，避免了钛板矫形产生的力学缺陷，可以减少骨螺钉固定的数量，加快手术进程，降低患者痛苦。根据本发明的制造方法，采用CTA扫描技术和MRI技术能采集到精确的患者骨三维数据，根据该三维数据并通过3D打印能成型与患者骨完全拟合的接骨板，因此，成型接骨板的精度高，成本低，速度快。进一步的，通过真空热处理，一方面调整接骨板基体组织结构，消除3D打印的缺陷，保证接骨板的力学性能。另一方面通过真空清除接骨板表面的未熔金属颗粒和气泡，并在接骨板表面形成微孔和凹陷，而上述微孔和凹陷可以吸收和储存体液，在接骨板和人骨之间形成润滑层，降低摩擦，减少患者疼痛。此外，表面微孔和凹陷强化了羟基磷灰石膜和钛基体的结合。而羟基磷灰石膜因为具有良好的生物活性和组织相容性，可以保证接骨板植入人体后不会引起机体的排斥反应。

Claims (10)

1.一种个性化接骨板，其特征在于：接骨板利用钛或钛合金通过3D打印形成，所述接骨板与患者骨接触的表面与患者骨的形状拟合接触，所述接骨板的表面有羟基磷灰石膜。
2.根据权利要求1所述的一种个性化接骨板，其特征在于：所述接骨板的表面分布有微孔和凹陷。
3.根据权利要求2所述的一种个性化接骨板，其特征在于：所述接骨板表面的微孔和凹陷的孔径范围10-100微米。
4.根据权利要求3所述的一种个性化接骨板，其特征在于：所述接骨板表面的微孔和凹陷的孔径范围为15-50微米。
5.根据权利要求2所述的一种个性化接骨板，其特征在于：所述接骨板表面的微孔和凹陷的面积占所述接骨板表面的面积的比例范围为10%-80%。
6.根据权利要求5所述的一种个性化接骨板，其特征在于：所述接骨板表面的微孔和凹陷的面积占所述接骨板表面的面积的比例范围为15-40%。
7.一种个性化接骨板的制造方法，其特征在于包括有以下步骤：1）采用CTA扫描技术或MRI技术对患者骨部位进行立体造影，获得患者骨部位的三维数据；2）使用计算机辅助设计显示患者骨部位及确定接骨板对应连接方式；3）输出个性化接骨板数据，并使用金属粉末选区激光熔化3D打印机打印接骨板，所使用的钛或钛合金的颗粒直径为15~45μm，且为球状；4）对3D打印获得的接骨板进行真空热处理；5）在接骨板表面生成羟基磷灰石膜。
8.根据权利要求7所述的一种个性化接骨板的制造方法，其特征在于：在步骤3）中，调整接骨板表面的3D打印参数设置，使接骨板表面层出现未熔金属颗粒和气泡。
9.根据权利要求7所述的一种个性化接骨板的制造方法，其特征在于：所述真空热处理的工艺包括，第一阶段热处理，真空热处理炉内真空度不小于10-3Pa，从室温升温45-60分钟至630-670℃，保温45-60分钟，升温30-40分钟至850-900℃，保温4-6小时，保温结束后立即对接骨板进行真空气淬冷却至20-100℃；第二阶段热处理，从20-100℃升温35-45分钟至530-570℃，保温4-6小时，保温结束后立即对接骨板进行真空气淬冷却至室温。
10.根据权利要求7所述的一种个性化接骨板的制造方法，其特征在于：步骤5）中在接骨板表面生成羟基磷灰石膜所采用的技术是微弧氧化技术和微波水热技术。
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