專利名稱：立體網格狀骨填充物及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及骨修復技術，特別是一種立體網格狀骨填充物及其制造方法，用作植入骨 頭缺失部位的填充結構體。
背景技術：
目前，在外科骨修復，例如顱頜面骨、軀干骨、上肢骨、下肢骨等的修復中，需要使 用植入體材料，將其植入到骨頭缺失部位，以作為骨替代物?？紤]到生物相容性和長期植 入體內無排異反應的要求，鈦是最早適用于臨床的種植材料之一。但是，對于骨頭缺失較 大的情形，通常的平面型鈦網厚度較薄，塑形后往往缺乏足夠的強度，難以成為合格的骨 支架結構；如果平面型鈦網厚度過分加厚，則不僅導致塑形困難，而且還會產生過重的異 物感，并且妨礙人體本身軟組織或骨組織的自行生長修復功能。因此，本發(fā)明人認為，根 據混合修復的概念，即植入體內的骨替代物主要起骨支架結構的作用，引導人體本身生長 的軟組織或骨組織侵入到骨替代物的蜂窩狀空腔中，如果能夠提供一種立體網格狀骨填充 物及其制造方法，既能適合厚薄不均，又能保障足夠高的蜂窩狀空腔率，則無疑能給修復 骨損傷的患者帶來福音。發(fā)明內容本發(fā)明針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種立體網格狀骨填充物及其制造方 法，該骨填充物適合于骨損傷的混合修復。 本發(fā)明的技術方案如下立體網格狀骨填充物，其特征在于包括三維結構體，沿所述三維結構體的所有表面 分布著蜂窩狀空腔。所述蜂窩狀空腔呈規(guī)則的網格排列。所述規(guī)則的網格為由柱形邊構建的正方形陣列、長方形陣列、三角形陣列、菱形陣列 或六邊形陣列。所述規(guī)則的網格為圓形陣列或橢圓形陣列。所述柱形邊為圓柱，所述圓柱的直徑為20um 2mm;或者，所述柱形邊為三角形柱、方形柱、或多邊形柱，多邊形柱的邊長范圍為20um 2mm。 每個網格的面積為2000" m2 30mm2。所述三維結構體為金屬鈦制品或鈦合金制品或符合醫(yī)學標準的生物結構材料；所述網 狀骨填充物的外表面具有所需修復的缺損部位的自然人體骨的自由表面形態(tài)。。立體網格狀骨填充物的制造方法，其特征在于將金屬鈦以原子層沉積的方式分層沉 積出三維結構體，沿所述三維結構體的所有表面分布著蜂窩狀空腔。立體網格狀骨填充物的制造方法，其特征在于利用電子束熔融法對金屬鈦粉末或鈦 合金粉末進行電子束選區(qū)熔化，形成三維結構體，沿所述三維結構體的所有表面分布著蜂 窩狀空腔；所述電子束熔融法的加工流程包括以下步驟-步驟1，設計所有表面分布著蜂窩狀空腔的三維結構體的計算機三維模型；步驟2，把計算機三維模型分層，分成一系列的層片；步驟3，根據每個層片的輪廓信息或數據，向電子束熔融設備輸入加工參數自動生成數 控代碼；步驟4，電子束按照數控代碼對金屬鈦粉末或鈦合金粉末進行有選擇的熔化； 步驟5，清除多余的粉末即得到立體網格狀骨填充物。立體網格狀骨填充物的制造方法，其特征在于利用激光選擇性燒結法對金屬鈦粉末 或鈦合金粉末進行激光束逐層掃描燒結，形成三維結構體，沿所述三維結構體的所有表面 分布著蜂窩狀空腔；所述激光選擇性燒結法的加工流程包括以下步驟步驟A，設計所有表面分布著蜂窩狀空腔的三維結構體的計算機三維模型，并將其轉 換成STL文件格式三維實體圖形文件；步驟B，用一離散切片軟件從STL文件離散出一系列給定厚度的有序片層；步驟C，將有序片層的每一層離散切片數據傳遞到成型機中；步驟D，成型機中的掃描器在離散切片數據的計算機控制下對金屬鈦粉末或鈦合金粉 末進行激光束逐層掃描燒結；步驟E，清除多余的粉末即得到立體網格狀骨填充物。本發(fā)明的技術效果如下本發(fā)明的立體網格狀骨填充物及其制造方法，作為植入體內的骨替代物主要起骨支架 結構的作用，引導人體本身生長的軟組織或骨組織侵入到骨替代物的蜂窩狀空腔中，能夠 適合于骨損傷的混合修復。


圖1是本發(fā)明立體網格狀骨填充物結構示意圖。圖2是單元網格結構示意圖。圖3是下頜骨自由曲面形狀示意圖。圖4是根據圖3裁切而成的替代下頜骨的立體網格狀骨填充物。 圖5是頸椎自由曲面形狀示意圖。圖6是根據圖5裁切而成的替代頸椎的立體網格狀骨填充物。圖7是電子束熔融法加工參考流程。圖8是激光選擇性燒結法加工參考流程。附圖標記列示如下l-柱形邊，2-網格，O-圓柱直徑，a-網格邊長，CAD-Computer Aided Design的縮寫 計算機輔助設計，STL-STereo Lithography的縮寫，由3D Systems公司開發(fā)而來，它使用 三角形面片來表示三維實體模型，現已成為CAD/CAM系統(tǒng)接口文件格式的工業(yè)標準之一， 絕大多數造型系統(tǒng)能支持并生成此種格式文件。
具體實施方式
下面結合附圖(圖l-圖6)對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1是本發(fā)明立體網格狀骨填充物結構示意圖。如圖1所示，立體網格狀骨填充物， 包括三維結構體，沿所述三維結構體的所有表面分布著蜂窩狀空腔。所述蜂窩狀空腔呈規(guī) 則的網格排列。所述規(guī)則的網格2為由柱形邊1構建的正方形陣列，顯然還可以是長方形 陣列、三角形陣列、菱形陣列或六邊形陣列，也司以是其他不規(guī)則多邊形形狀。規(guī)則的網 格也可以為圓形陣列或橢圓形陣列。三維結構體為金屬鈦制品或鈦合金制品。當然，三維結構體可以采用其他的符合醫(yī)學 標準的生物結構材料。圖2是單元網格結構示意圖。如圖2所示，柱形邊為圓柱，圓柱的直徑O為20ym 2mm;每個網格的網格邊長a為50ym 5mm。顯然，柱形邊可以采用多邊形柱體。單元 網格為非矩形時，可以用面積描述，例如，每個網格的面積為2000um2 30mm2。圖2雖然表示的是正方形，但顯然還可以是長方形、三角形、菱形或六邊形，也可以 是其他不規(guī)則多邊形形狀等。圖2表示的柱形邊為圓柱，但顯然還可以是橢圓柱、方形柱 或多邊形柱等。三維結構體通過激光選擇性燒結法、原子層沉積法、或電子束熔融法制造而成。 電子束熔融快速制造技術及設備，可以選用瑞典ARCAM AB公司的，例如，EBMA2機型。經過試驗，較早的加工方法例如熔模精密鑄造，數控加工等數字制造領域加工方法由 于受到本身加工工藝的限制已不能滿足諸如此類三維網格結構的制造。因此，建議采用的 加工方法有激光選擇性燒結法、原子層沉積法、電子束熔融法等先進制造方法。下面分別簡要介紹各先進制造方法。原子層沉積法是一種可以將物質以單原子膜形式一層一層的鍍在基底表面的方法。 原子層沉積與普通的化學沉積有相似之處。但在原子層沉積過程中，新一層原子膜的化學 反應是直接與之前一層相關聯的，這種方式使每次反應只沉積一層原子。電子束熔融法技術指在電子束選區(qū)熔化金屬粉末成形。其原理是利用電子束聚焦后能量密度極高，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在極短的的時間(幾分之一 秒)內，其能量大部分轉變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，引起材料的局部熔化或氣化的性能。電子束熔融法技術包括以下加工流程1.用3DCAD軟件設計零件首先設計零件的計算機三維模型(數字模型、CAD模型)，根據工藝要求按一定厚度分層，把原來的三維CAD模型變成一系列的層片，根據每個層片的輪廓信息，輸入加工參數自動生成數控代碼。2.用電子束融熔技術制造零件利用金屬粉末在電子束轟擊下熔化的原理，使其在電子束選區(qū)熔化成形，在鋪粉平面鋪展粉并壓實，電子束在計算機的 控制下按照截面輪廓的信息進行有選擇的熔化至零件全部熔化完成，除去多余的粉末得到所需的三維產品。3.得到金屬零件。激光選擇性燒結法是借助精確引導的激光束使材料粉末燒結或熔融后凝固形成三維 原型或制件。激光選擇性燒結法加工流程包括首先在計算機上建模的CAD三維立體造型零件，或通過逆向工程得到的三維實體圖形文件。將其轉換成STL文件格式。然后用一 離散(切片)軟件從STL文件離散出一系列給定厚度的有序片層?；蛘咧苯訌腃AD文件 進行切片。這些離散的片層按次序累積起來仍是所設計的零件實體形狀。最后，將上述的離散(切片)數據傳遞到成型機中去，成型機中的掃描器在計算機信息的控制下逐層進行 掃描燒結。關于本發(fā)明的應用說明如下首先設計一個網格組成的長方體即待切割的立體網格狀骨填充物，例如圖1所示，長 寬高可以在10mm 500mm范圍之內。主要應用于顱頜面骨、軀干骨、上肢骨、下肢骨等 的修復。利用所需修復部位的表面形狀，例如圖3是下頜骨自由曲面形狀，圖4是根據 圖3裁切而成的替代下頜骨的立體網格狀骨填充物。圖5是頸椎自由曲面形狀，圖6是根 據圖5裁切而成的替代頸椎的立體網格狀骨填充物。也就是說，通過切割網狀結構即立體 網格狀骨填充物，將得到適合所需修復部位形狀的網狀物，植入人體就可引導人體軟組織 的生長，起到修復的作用。圖7是電子束熔融法加工參考流程。如圖7所示，包括以下步驟設計零件的計算機三維模型(數字模型、CAD模型)；根據工藝要求把原來的三維CAD模型分層，變成一系列的層片；根據每個層片的輪廓信息，輸入加工參數自動生成數控代碼；電子束在計算機的控制下按照截面輪廓的信息進行有選擇的熔化至零件全部熔化完成；除去多余的粉末得到所需的三維產品； 得到立體網狀骨填充物。圖8是激光選擇性燒結法加工參考流程。如圖8所示，包括以下步驟 首先得到STL文件格式三維實體圖形文件；用一離散(切片)軟件從STL文件離散出一系列給定厚度的有序片層； 將上述的離散(切片)數據傳遞到成型機中； 成型機中的掃描器在計算機信息的控制下逐層進行掃描燒結； 得到三維產品，即立體網狀骨填充物。應當指出，以上所述具體實施方式
可以使本領域的技術人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造， 但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已 進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改或 者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術方案及
權利要求
1.立體網格狀骨填充物，其特征在于包括三維結構體，沿所述三維結構體的所有表面分布著蜂窩狀空腔。
2. 根據權利要求1所述的立體網格狀骨填充物，其特征在于所述蜂窩狀空腔呈規(guī)則的 網格排列。
3. 根據權利要求2所述的立體網格狀骨填充物，其特征在于所述規(guī)則的網格為由柱形 邊構建的正方形陣列、長方形陣列、三角形陣列、菱形陣列或六邊形陣列。
4. 根據權利要求2所述的立體網格狀骨填充物，其特征在于所述規(guī)則的網格為圓形陣 列或橢圓形陣列。
5. 根據權利要求3所述的立體網格狀骨填充物，其特征在于所述柱形邊為圓柱，所述圓柱的直徑為20um 2mm;或者，所述柱形邊為三角形柱、方形柱、或多邊形柱，多邊 形柱的邊長范圍為20 u m 2mm。
6. 根據權利要求2所述的立體網格狀骨填充物，其特征在于每個網格的面積為2000 U m2 30 mm2。
7. 根據權利要求1所述的立體網格狀骨填充物，其特征在于所述三維結構體為金屬鈦 制品或鈦合金制品或符合醫(yī)學標準的生物結構材料；所述網狀骨填充物的外表面具有所需 修復的缺損部位的自然人體骨的自由表面形態(tài)。
8. 立體網格狀骨填充物的制造方法，其特征在于將金屬鈦以原子層沉積的方式分層沉 積出三維結構體，沿所述三維結構體的所有表面分布著蜂窩狀空腔。
9. 立體網格狀骨填充物的制造方法，其特征在于利用電子束熔融法對金屬鈦粉末或鈦 合金粉末進行電子束選區(qū)熔化，形成三維結構體，沿所述三維結構體的所有表面分布著蜂 窩狀空腔；所述電子束熔融法的加工流程包括以下步驟步驟1，設計所有表面分布著蜂窩狀空腔的三維結構體的計算機三維模型； 步驟2，把計算機三維模型分層，分成一系列的層片；步驟3，根據每個層片的輪廓信息或數據，向電子束熔融設備輸入加工參數自動生成數 控代碼；步驟4，電子束按照數控代碼對金屬鈦粉末或鈦合金粉末進行有選擇的熔化； 步驟5，清除多余的粉末即得到立體網格狀骨填充物。IO.立體網格狀骨填充物的制造方法，其特征在于利用激光選擇性燒結法對金屬鈦粉 末或鈦合金粉末進行激光束逐層掃描燒結，形成三維結構體，沿所述三維結構體的所有表 面分布著蜂窩狀空腔；所述激光選擇性燒結法的加工流程包括以下步驟步驟A，設計所有表面分布著蜂窩狀空腔的三維結構體的計算機三維模型，并將其轉 換成STL文件格式三維實體圖形文件；步驟B，用一離散切片軟件從STL文件離散出一系列給定厚度的有序片層；步驟C，將有序片層的每一層離散切片數據傳遞到成型機中；步驟D，成型機中的掃描器在離散切片數據的計算機控制下對金屬鈦粉末或鈦合金粉 末進行激光束逐層掃描燒結；步驟E，清除多余的粉末即得到立體網格狀骨填充物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種立體網格狀骨填充物及其制造方法，其特征在于包括三維結構體，沿所述三維結構體的所有表面分布著蜂窩狀空腔。所述蜂窩狀空腔呈規(guī)則的網格排列。所述規(guī)則的網格為由柱形邊構建的正方形陣列、長方形陣列、三角形陣列、菱形陣列或六邊形陣列。該骨填充物適合于骨損傷的混合修復。
文檔編號A61B17/56GK101219068SQ20071030857
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權日2007年12月29日
發(fā)明者燦 劉, 李曉峰, 星 武 申請人:北京吉馬飛科技發(fā)展有限公司