植入物及其制造方法和孔隙率计算方法技术

本申请提供了一种植入物及其制造方法和孔隙率计算方法。该制造方法先是选择网状人造泡沫。接着，网状人造泡沫进行扫描并将扫描结果存储成数字多孔模型。然后，对数字多孔模型进行编辑，并对数字多孔模型进行装配而形成数字多孔块。最后，对数字多孔块进行编辑而获得数字植入物模型，并将数字植入物模型发送至3D打印机进行3D打印而获得植入物。通过这种方法，可以用较低成本制作符合要求的植入物。本申请的孔隙率计算方法通过引入一个校准系统，可以精确地测量植入物的孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】植入物及其制造方法和孔隙率计算方法相关申请交叉引用本专利申请要求于2019年10月15日提交的、申请号为16/653921、专利技术名称为“植入物及其制造方法和孔隙率计算方法”的美国专利申请的优先权，上述申请的全文以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及通过三维(3D)打印工艺制造具有网状多孔钛单独植入物和网状多孔钛与基体复合植入物的方法。
技术介绍
非骨水泥固定物由于长期存活率，已广泛用于整形外科植入物。将骨骼理想地整合到植入物的多孔层间隙和生长在多孔层的表面，通过骨向孔内间隙生长来实现植入物与骨界面的相互融合。网状钽泡沫具有与人骨小梁相似的孔结构，并且临床上证明了良好的固定和骨向孔内间隙生长结果。孔径大于150μm的孔结构有利于骨的向孔内间隙生长。孔径为200μm对应于人骨的平均直径，而孔径为500μm对应于松质骨。然而，钽非常昂贵，因此限制了其应用。相比之下，钛更具成本效益，并且已被证明具有高生物相容性。网状钛泡沫是理想的。制造多孔钛的方法已经取得进展并分为三类。第一类是在20世纪80年代专利技术，将钛珠和金属网烧结在实心金属基底上。第二种方法是20世纪90年代专利技术的，将预制金属泡沫烧结或焊接到金属基材上。第三种方法是在2000年代专利技术的，在支架上进行粉末涂覆并烧结，第三种方法是近几十年专利技术的增材制造或三维(3D)打印。由于3D打印方法具有一步到位的优点，因此它成为当今的前沿技术。3D打印方法分为三种类型。第一种方法是数学计算的多孔结构，它通常具有规则的孔和支柱图案，与松质骨的随机结构不同。第二种方法是计算机软件自动产生随机多孔结构，但该方法也不产生与松质骨相同的结构。第三种方法是直接反向复制方法，其中多孔金属结构通过微CT扫描从局部松质骨复制，然后3D打印金属多孔结构。直接反向复制方法有复制局部松质骨结构的优点。然而，直接反向复制方法具有两个缺点。缺点之一是骨源有各种不同情形。人体骨骼的多孔结构变化很大。皮质骨是非常致密的结构，而松质骨则有更多孔，但骨密度和孔隙率在很大范围内变化。例如，年龄，性别和遗传都会导致骨骼结构的变化。与年龄较小的骨骼与成熟患者相比，老年患者的骨密度更低。骨质疏松症患者的骨密度低于非骨质疏松症的患者。直接反向复制方法的另一个缺点是，用该方法获得的骨结构呈位置特异性的和骨质特异性。对于同一个人，骨孔隙率取决于骨结构内的位置。肱骨骨比股骨更多孔，并且在每种骨内，密度可沿着骨干的长度呈指数变化。对于同一个人和一些位置，骨孔隙率还取决于获取图像的位置，即松骨和骨皮质骨的距离。骨髓附近松质骨的密度低于皮质骨附近的松质骨。这种方法的骨源和位置的不确定性使得直接反向复制方法难以利用，并且难以普遍地适用于人体不同位置的植入物。而且，用这种方法复制大规模生产植入物的典型结构成本高昂，因为需要很多的人体骨，反复的CT扫描和计算机模拟，和大量三维打印实验。此外，已经显示骨骼生入多孔机构的深度与多孔结构的气孔直径和气孔的连通性有关。但没有可靠的证据表明，在具有类似物理特征的简化结构上再现精确解剖结构，具有允许骨向内孔间隙生长和血管化的特定优势。精确解剖结构的额外复杂性增加了更多计算资源的需求，并且由于它们的不对称性，这些结构更难以阵列化，以形成更大的形式和块。因为它们不具有对称性，所以对这些结构，必须扫描较大的区域，这些区域必须以较低的分辨率数字化获取，或者它们必须通过从较大的骨块的小块中解剖和提取而以高分辨率扫描许多位置，这是很昂贵的，耗时的，且没有解决阵列化问题本身。在实际植入物组件中定量测量支柱厚度，孔径和孔隙率还存在额外的技术挑战。目前测量多孔钛的方法是ASTMF1854-15，“医用植入物上多孔涂层的体视学评价的标准试验方法(StandardTestMethodforStereologicalEvaluationofPorousCoatingsonMedicalImplants)”。该方法是2D方法，使用二维信号来估计三维信号。该方法需要物理切割部件并手动测量支柱横截面积，费时耗力，精度较差。另一方面，ASTMF3259-17“组织工程支架的微型计算机断层扫描的标准指南(StandardguideforMicro-computedtomographyoftissueengineeredscaffold)”已被广泛用于聚合物和陶瓷，但未用于多孔金属，因为金属伪影会显着增加测量误差。因此，需要找到一种更好的制造植入物的方法以及测量孔隙率的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成本相对较低的多孔植入物以及能够相对低成本地制造该植入物的方法。本专利技术的另一目的是提供一种能够更准确测量多孔材料的孔隙率的方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种制造具有多孔部分的植入物的方法，所述方法包括以下步骤：获取择网状人造泡沫；对网状人造泡沫进行扫描并将扫描结果存储成数字多孔模型；对所述数字多孔模型进行编辑；对所述数字多孔模型进行装配而形成数字多孔块；对所述数字多孔块进行编辑而获得数字植入物模型；对所述数字植入物模型进行3D打印而获得植入物。一实施例中，对所述数字多孔模型进行编辑包括对所述数字多孔模型的支柱厚度和/或孔径进行编辑。一实施例中，对所述数字多孔模型中的支柱厚度和/或孔径进行编辑包括对支柱厚度和/或孔径进行放大或缩小。一实施例中，将所述数字多孔模型进行装配而形成数字多孔块通过对所述数字多孔模型进行阵列化来进行。一实施例中，将所述数字多孔模型进行装配而形成数字多孔块通过对所述数字多孔模型可用迪卡尔坐标，柱坐标，或球坐标沿三维方向进行阵列化来进行。一实施例中，对所述数字多孔模型进行装配包括从所述数字多孔模型截取出基本单元，并将多个基本单元装配组合在一起而形成所述数字多孔块。一实施例中，对所述数字多孔块的编辑包括将所述数字多孔块切割成数字多孔层，并将所述数字多孔层重叠铺设在基体上而形成数字植入物模型。一实施例中，所述数字多孔层的形状与待制作的植入物的形状相符，以及所述基体与待制作的植入物的形状相符。一实施例中，将所述数字多孔层重叠铺设在所述基体上通过布尔相交来实现。一实施例中，所述基体是实心基体或者多孔基体。一实施例中，在扫描之前，将所述网状人造材料切割成立方体几何形状。一实施例中，所述立方体几何形状的体积小于0.5立方英寸。一实施例中，对网状人造泡沫进行扫描通过微CT扫描来进行。一实施例中，在3D打印之后，进一步对所述植入物进行进行清洗。一实施例中，在3D打印之后，进一步对所述植入物进行喷砂处理和/或涂覆处理。一实施例中，所述网状人造泡沫选自以下泡沫中的任一种：聚氨酯泡沫，碳泡沫，涂覆有陶瓷或者金属的碳泡沫。一实施例中，所述网状人造泡沫选自以下泡沫中的任一种：铝涂层碳泡沫，铜涂层碳泡沫，镀镍碳泡沫，碳化硅涂覆的碳泡沫，涂有钽的碳泡沫，涂覆有氮化钛的碳泡沫，涂有碳化钛的碳泡沫。本申请还提供了一种植本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造具有多孔部分的植入物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n获取网状人造泡沫；/n对网状人造泡沫进行扫描并将扫描结果存储成数字多孔模型；/n对所述数字多孔模型进行编辑；/n对所述数字多孔模型进行装配而形成数字多孔块；/n对所述数字多孔块进行编辑而获得数字植入物模型；/n对所述数字植入物模型进行3D打印而获得植入物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20191015 US 16/6539211.一种制造具有多孔部分的植入物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取网状人造泡沫；
对网状人造泡沫进行扫描并将扫描结果存储成数字多孔模型；
对所述数字多孔模型进行编辑；
对所述数字多孔模型进行装配而形成数字多孔块；
对所述数字多孔块进行编辑而获得数字植入物模型；
对所述数字植入物模型进行3D打印而获得植入物。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述数字多孔模型进行编辑包括对所述数字多孔模型的支柱厚度和/或孔径进行编辑。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述数字多孔模型中的支柱厚度和/或孔径进行编辑包括对支柱厚度和/或孔径进行放大或缩小。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述数字多孔模型进行装配而形成所述数字多孔块通过对所述数字多孔模型进行阵列化来进行。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述数字多孔模型进行装配而形成所述数字多孔块通过对所述数字多孔模型可用迪卡尔坐标，柱坐标，或球坐标沿三维方向进行阵列化来进行。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述数字多孔模型进行装配包括从所述数字多孔模型截取出基本单元，并将多个基本单元装配组合在一起而形成所述数字多孔块。


7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述数字多孔块的编辑包括将所述数字多孔块切割成数字多孔层，并将所述数字多孔层重叠铺设在基体上而形成数字植入物模型。


8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数字多孔层的形状与待制作的植入物的形状相符，以及所述基体与待制作的植入物的形状相符。


9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述数字多孔层重叠铺设在所述基体上通过布尔相交来实现。


10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基体是实心基体或者多孔基体。


11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在扫描之前，将所述网状人造材料切割成立方体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗涛，厉平斯，洛瑞·麦克儿，
申请(专利权)人：宽岳医疗器材苏州有限公司，宽岳医疗生物科技有限公司，宽岳骨科公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32