多孔植入物结构制造技术

公开了适合用作医疗植入物的多孔生物相容结构和制造这种结构的方法。所公开的结构可用快速制造技术制造。所公开的多孔结构具有多个支杆和节点，其中不多于两个支杆彼此相交以形成节点。另外，节点可为直的、弯曲的部分，其是弯曲的和/或直的。支杆和节点可形成单元格，所述单元格可被融合或烧结到至少一个另外的单元格而形成连续网状结构以便改进强度，同时提供组织和细胞向内生长所需的孔隙率。

Porous implant structure

A porous biocompatible structure suitable for use as a medical implant and a method of making such a structure are disclosed. The disclosed structure can be manufactured by rapid manufacturing technology. The disclosed porous structure has a plurality of struts and nodes in which no more than two poles intersect each other to form nodes. In addition, the nodes can be straight, curved parts, which are curved and / or straight. Struts and nodes can form cell, the cell can be fused or sintered to at least one other cell to form a continuous network structure in order to improve the strength, at the same time provide tissue and cell in growth needs porosity.

【技术实现步骤摘要】
多孔植入物结构本申请是于2010年8月19日提交的已进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为201080047154.6，国际申请号为PCT/US2010/046032，专利技术名称“多孔植入物结构”)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2009年8月19日提交的名称为“多孔植入物结构”的美国临时专利申请第61/235,269号的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。
本专利技术一般地涉及适用于医疗植入物的多孔结构，并且更具体地涉及具有改进的强度、孔隙率和连接性之组合的适用于医疗植入物的多孔结构以及用于制造这种改进的多孔结构的方法。
技术介绍
金属泡沫结构是多孔的三维结构，其具有多种用途，包括作为医疗植入物。金属泡沫结构适用于医疗植入物，尤其是整形外科植入物，因为它们有为承重目的所必须的强度，还有促进骨骼/组织向内生长的孔隙率。例如，许多整形外科植入物包括在愈合期间促进骨骼向内生长的骨架部分（section）和旨在让患者更快地行动的承重部分。金属泡沫结构可用许多种方法制造。例如，一种方法是将粉末化金属与造孔剂（PFA）混合在一起然后将混合物压成所需的形状。用热在“燃尽”过程中去除PFA。然后，剩下的金属框架可以被烧结以形成多孔的金属泡沫结构。其他相似的常规方法包括向聚氨酯类泡沫施加粘合剂，向粘合剂施加金属粉末，燃尽聚氨酯类泡沫并将金属粉末烧结在一起以形成“生坯（green）”零件。将粘合剂和金属粉末再施加到生坯零件并再烧结生坯零件直至生坯零件具有所需的支杆粗度（thickness）和孔隙率。然后将生坯零件机加工到最终形状并再烧结。尽管由这种常规方法形成的金属泡沫提供良好的孔隙率，在许多医疗植入物中它们却不能提供足够的强度以起到承重结构的作用。进一步地，用于形成金属泡沫的工艺会通过金属和PFA之间的反应在金属泡沫中导致形成不希望的金属化合物。常规的金属泡沫制造工艺还消耗大量能量并可能产生有害的烟气。例如直接金属制造（DMF）和固体无泡沫制造（SFF）这样的快速制造技术近来已被用于制造医疗植入物或医疗植入物的一部分内使用的金属泡沫。通常，RMT方法允许从3DCAD模型中建立结构。例如，DMF技术从粉末中一次生成三维结构的一层，该粉末通过用能量源，例如激光或电子束照射一层粉末而固化。该粉末被以光栅扫描方式引导到粉末层的所选部分而被施加的能量源融合、熔化或烧结。在一个粉末层内融合图样之后，分配另一层粉末，重复该过程，在层之间进行融合，直到完成所需的结构。据称用在这种直接制造技术中的金属粉末的例子包括铜焊料、青铜镍系统和铜锡的两相金属粉末。通过DMF形成的金属结构可以相对密集，例如具有相应的模制金属结构的70%到80%的密度，或相反地可以相对多孔，具有接近80%或更大的孔隙率。尽管可用DMF提供坚固到足以充作医疗植入物中的承重结构的密集结构，这样的结构没有足够的孔隙率以促进组织和骨骼向内生长。反过来，可用DMF提供具有足够孔隙率以促进组织和骨骼向内生长的多孔结构，但这样的多孔结构缺少充作承重结构所需的强度。其他激光RMT技术类似地不足以应对整形外科植入物所需的强度、孔隙率及连接性。由于金属泡沫植入物和使用常规DMF方法制造的植入物的不足，一些医疗植入物需要多种结构，每个结构为一种或更多种不同目的而设计。例如，因为一些医疗植入物既需要多孔结构以促进骨骼和组织向内生长，又需要承重结构，多孔插头可以被放在实体结构的凹处并通过烧结将两个结构连接起来。显然，使用单个结构会比使用两个分离的结构并将它们烧结在一起更好。根据以上所述，特别是对于各种整形外科应用，还需要既提供所需强度又提供所需孔隙率的多孔植入物结构。本公开提供改进的多孔结构，所述结构既具有适合于承重结构的强度又具有适合于组织向内生长结构的孔隙率，并提供用于制造这样的改进多孔结构的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供一种具有改进的强度和孔隙率的适合用作医疗植入物的多孔生物相容结构。本专利技术的另一个目标是提供一种制造具有改进的强度和孔隙率的适合用作医疗植入物的多孔生物相容结构的方法。为达到上述目标，根据本专利技术的一个方面，提供一种多孔结构，其包括：多个支杆，每个支杆包括第一端、第二端以及在所述第一和第二端之间的连续拉长主体，其中，所述主体具有粗度和长度；以及多个节点，每个节点包括在第一支杆的一端和第二支杆的主体之间的交点。在优选实施例中，一个或多个支杆的第一和第二端在两个其它支杆的主体之间延伸。在另一优选实施例中，一个或多个支杆的主体包括多个节点。根据本专利技术的另一方面，提供一种多孔结构，其包括：多个支杆，其中，一个或多个支杆包括具有长度和粗度的弯曲部分；在两个所述弯曲部分切向地相交处的多个接头；以及多个改进节点，每个改进节点包括由所述接头中的三个或更多个形成的开口。在优选实施例中，多孔结构包括至少一个支杆，其包括具有长度和粗度的直部分。在另一优选实施例中，多孔结构包括：至少一个支杆，其具有第一端、第二端以及在所述第一和第二端之间的连续拉长主体，其中，所述主体具有粗度和长度；以及至少一个封闭节点，其包括在第一支杆的一端和第二支杆的主体之间的交点，其中，所述支杆可包括直部分、弯曲部分或两者。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造多孔结构的方法。一种这样的方法包括以下步骤：生成所述多孔结构的模型，其中，所述生成步骤包括限定多个支杆和多个节点以形成所述多孔结构；以及通过将金属粉末暴露于能量源而制造根据所述模型的所述多孔结构。所述限定步骤包括以下步骤：为每个支杆提供第一端、第二端以及在所述第一端和第二端之间的连续拉长主体；为所述主体选择粗度和长度；以及为每个节点提供第一支杆的一端和第二支杆的主体之间的交点。在优选实施例中，所述方法包括限定一个或多个支杆的第一和第二端在另两个支杆的主体之间延伸。在另一优选实施例中，限定一个或多个支杆的主体包括多个节点。根据本专利技术的另一方面，用于制造多孔结构的第二方法包括以下步骤：生成所述多孔结构的模型，所述生成步骤包括为多孔结构的一个或多个单元格选择至少一个框架形状和尺寸，其中所述框架形状包括选自由以下组成的组的几何形状：阿基米德形、柏拉图形、严格凸多面体、棱柱、反棱柱及其各种组合；将一个或多个支杆添加到框架中，其中所述支杆包括弯曲部分，所述添加步骤通过将所述一个或多个支杆的弯曲部分内切在所选形状的一个或多个面内或外接在所选形状的一个或多个面周围而进行；为所述框架和所述一个或多个支杆选择粗度；以及通过将金属粉末暴露于能量源而制造根据所述模型的所述多孔结构。在优选实施例中，生成步骤包括从所述模型的一个或多个单元格去除框架的一部分的步骤。在另一优选实施例中，所述制造步骤包括：基于所选大小、至少一个单元格形状和至少一个单元格尺寸来为多孔结构确定N(1,x)个逐层图样，其中N的范围从多孔结构底部的第一层的1到多孔结构顶部的顶层的x；沉积第N层粉末化生物相容材料；在所沉积的第N层粉末化生物相容材料中融合或烧结第N层图样；以及从N=1到N=x重复该沉积以及融合或烧结步骤。在一个精细改进中，该方法还包括生成多孔结构的模型，其中对于至少一些节点来说，在同一位置不多于两个支杆相交。在另一个精细改进中，所述方法可包括生成多孔结构的模型，其中至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔结构，包括：多个支杆，其中，一个或多个支杆包括：第一端；第二端；及在所述第一和第二端之间的连续拉长主体，所述主体具有粗度、长度和弯曲部分；多个接头，其中，至少一个接头包括所述弯曲部分中的两个之间的切向交点；以及多个改进节点，其中，至少一个改进节点包括所述接头中的三个或更多个。

【技术特征摘要】
2009.08.19 US 61/2352691.一种多孔结构，包括：多个支杆，其中，一个或多个支杆包括：第一端；第二端；及在所述第一和第二端之间的连续拉长主体，所述主体具有粗度、长度和弯曲部分；多个接头，其中，至少一个接头包括所述弯曲部分中的两个之间的切向交点；以及多个改进节点，其中，至少一个改进节点包括所述接头中的三个或更多个。2.如权利要求1所述的多孔结构，其中，至少一个改进节点包括所述三个或更多个接头之间的开口。3.如权利要求1所述的多孔结构，还包括：包括具有长度和粗度的直部分的一个或多个支杆和至少一个闭合的改进节点，其中，所述至少一个闭合的改进节点包括具有直部分的一个或多个支杆和具有弯曲部分的至少一个支杆之间的交点。4.如权利要求1所述的多孔结构，其中，所述多个弯曲支杆形成具有多个面的一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：J夏普，S贾尼，L吉尔摩尔，R兰顿，
申请(专利权)人：史密夫和内修有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US