專利名稱：一種股骨頭支撐架及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人體植入物，具體是一種植入股骨頭內(nèi)用于治療股骨頭壞死的支撐架。本發(fā)明還涉及制造該股骨頭支撐架的工藝方法。
背景技術(shù)：
股骨頭壞死的常用治療方法為髓芯減壓術(shù)，為防止因髓芯減壓術(shù)后遺留的骨缺損和股骨頸薄弱導(dǎo)致加速股骨頭塌陷，人們采用內(nèi)部支撐物提供支撐力，設(shè)計(jì)有各種股骨頭支撐架，多數(shù)采用機(jī)械加工方法制造。為使支撐架能與骨組織結(jié)合良好，需要支撐架有粗糙的外表面和多孔的體內(nèi)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的機(jī)加工方法難以將支撐架的實(shí)體加工成與骨組織結(jié)構(gòu)相近的多孔結(jié)構(gòu)。有專利ZL200810111686. 6公開了一種采用電子束重熔加工金屬粉的方法加工，對(duì)加工支撐架實(shí)體的多孔結(jié)構(gòu)是個(gè)很大進(jìn)步，但其成本高，所得產(chǎn)品孔隙缺少均一性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種股骨頭支撐架設(shè)計(jì)方案，以及實(shí)施該方案的制造方法。該支撐架可以提供股骨頭內(nèi)永久結(jié)構(gòu)性支撐力并減小和消除因彈性模量差引起的應(yīng)力屏障，同時(shí)提供骨組織向內(nèi)生長(zhǎng)的條件。本發(fā)明股骨頭支撐架總體形狀為圓柱形，前后分為體部和尾部。體部按內(nèi)外布局又分為芯柱和半球柱形殼體。芯柱位于支撐架體部的中軸部位，后端與支撐架尾部連接；半球柱形殼體罩于芯柱上，前端為半球形，內(nèi)壁與芯柱相適應(yīng)。支撐架尾部為設(shè)有外螺紋的圓柱體。整個(gè)支撐架為實(shí)體金屬構(gòu)件與多孔金屬構(gòu)件相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)。支撐架體部的芯柱和支撐架尾部是由實(shí)體金屬制作的骨架，支撐架體部的半球柱形殼體是由多孔金屬制作的。所述實(shí)體金屬是指金屬的常態(tài)，密實(shí)無孔隙；所述多孔金屬為孔徑在2(^!11-80(^111、孔隙率為20% -70%的金屬材料。用于制作本發(fā)明股骨頭支撐架的金屬材料，包括實(shí)體金屬部分和多孔金屬部分， 可以為純鈦、鈦合金、植入級(jí)不銹鋼或鈷鉻鉬合金。制造本發(fā)明股骨頭支撐架的方法為實(shí)體金屬部分采用機(jī)械加工方法制作，所涉及的構(gòu)件包括支撐架體部的芯柱和支撐架尾部。支撐架體部的半球柱形殼體為多孔金屬構(gòu)件，應(yīng)用粉末冶金技術(shù)制作。具體方法有二一是將金屬粉末模壓在芯柱上，之后真空燒結(jié)，獲得多孔金屬結(jié)構(gòu)的半球柱形殼體， 附著于實(shí)體金屬構(gòu)件芯柱上；二是設(shè)計(jì)獨(dú)立的半球柱形殼體，其外形符合股骨頭支撐架體部要求，其內(nèi)壁與芯柱相適應(yīng)。按設(shè)計(jì)模壓金屬粉末并燒結(jié)得獨(dú)立的半球柱形殼體，套于芯柱上，再與實(shí)體金屬件焊接組裝成一體。制作多孔金屬結(jié)構(gòu)的半球柱形殼體的一種改進(jìn)方法為在金屬粉中添加易于加熱揮發(fā)的粘合劑作造孔劑，在模具中加壓成型，再通過加溫?fù)]發(fā)脫去粘合劑，之后高溫真空燒結(jié)，從而獲得多孔金屬結(jié)構(gòu)支撐架。所述粘合劑可以是碳酸氫銨、甲基纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯、石蠟聚乙烯材料中的任何一種或任意種的組合。所加入粘合劑的比例與所得多孔金屬結(jié)構(gòu)中孔徑大小和孔隙率高低呈正相關(guān)。因此，摻加粘合劑的方法可以獲得大孔徑、高孔隙率的半球柱形殼體。本發(fā)明股骨頭支撐架采用多孔金屬與實(shí)體金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)制造，既有足夠的表面粗糙度、大孔徑、高孔隙率，又有高強(qiáng)度，植入人體避免了彈性模量大引起應(yīng)力屏蔽，多孔金屬結(jié)構(gòu)利于骨組織的附著和向支撐架內(nèi)生長(zhǎng)，兼顧了適合骨組織生長(zhǎng)和提供股骨頭內(nèi)永久結(jié)構(gòu)性支撐力的需要。


圖1為本發(fā)明股骨頭支撐架復(fù)合結(jié)構(gòu)示意
圖2A為本發(fā)明股骨頭支撐架復(fù)合結(jié)構(gòu)中實(shí)體金屬構(gòu)件部分；圖2B為本發(fā)明股骨頭支撐架復(fù)合結(jié)構(gòu)中多孔金屬構(gòu)件部分。圖中標(biāo)號(hào)所表示的部件或部位為1_支撐架尾部；2-支撐架體部半球柱形殼體； 3-支撐架體部芯柱；4-支撐架體部。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明股骨頭支撐架總體形狀為圓柱形，分為體部4和尾部1。體部 4由位于中軸部的芯柱3和芯柱3外周的半球柱形殼體2構(gòu)成；支撐架尾部1為設(shè)有外螺紋的圓柱體。支撐架體部的芯柱3和支撐架尾部1的質(zhì)地是實(shí)體金屬，支撐架體部4的半球柱形殼體2質(zhì)地是多孔金屬。圖2A和圖2B所示為本發(fā)明復(fù)合結(jié)構(gòu)股骨頭支撐架制作裝配的一個(gè)實(shí)施例采用實(shí)體金屬材料，使用機(jī)械加工方法制作如圖2A所示的支撐架體部的芯柱3和支撐架尾部1。芯柱3表面設(shè)有溝槽，用于增加半球柱形殼體2與芯柱3之間的結(jié)合力。使用粉末冶金方法制作圖2B所示的半球柱形殼體2，所得半球柱形殼體2為多孔金屬質(zhì)地。 半球柱形殼體2的外壁符合股骨頭支撐架體部的設(shè)計(jì)要求，其前端為半球形。半球柱形殼體2的內(nèi)壁與芯柱3相適應(yīng)。半球柱形殼體2縱剖面為倒U形。將半球柱形殼體2外套于芯柱3上，并與支撐架體部的芯柱3和支撐架尾部1焊接為一體。本發(fā)明復(fù)合結(jié)構(gòu)股骨頭支撐架制作的另一種實(shí)施方式為，將金屬粉末模壓在芯柱 3上，經(jīng)過燒結(jié)制成實(shí)體金屬結(jié)構(gòu)與多孔金屬結(jié)構(gòu)相結(jié)合的復(fù)合體。應(yīng)用粉末冶金成型技術(shù)制作多孔金屬質(zhì)地的半球柱形殼體2，其加工工藝可以采用以下兩種方法中的一種其一為按支撐架體部半球柱形殼體2的設(shè)計(jì)形狀制作模具，在模具中將金屬粉加壓成型，之后真空燒結(jié)，獲得多孔金屬結(jié)構(gòu)體；其二為在金屬粉末中加入一定比例的易加熱揮發(fā)的粘合劑，在模具中加壓成型， 再通過加溫?fù)]發(fā)脫去粘合劑，之后高溫真空燒結(jié)，獲得多孔金屬結(jié)構(gòu)半球柱形殼體2。此種方法可以獲得大孔徑、高孔隙率的多孔金屬結(jié)構(gòu)。粘合劑優(yōu)選碳酸氫銨顆粒，150°C揮發(fā)脫除粘合劑，添加體積比20 % -70 %。以上兩種工藝方法中對(duì)金屬粉末模壓成型環(huán)節(jié)，可采用單向壓力機(jī)壓制，也可采用液體等靜壓機(jī)壓制。壓力選擇在50MPa-400MPa。以上兩種工藝方法中的真空燒結(jié)工藝，所用溫度為1200°C -1300°C，燒結(jié)時(shí)間1 小時(shí)-3小時(shí)，真空度高于5X10_2Pa，金屬粉選用醫(yī)用級(jí)純鈦粉或TC4鈦合金，顆粒度為20 目-400目。
權(quán)利要求
1.一種股骨頭支撐架，其特征在于，其總體形狀為圓柱形，前后分為體部和尾部，體部按內(nèi)外布局又分為芯柱和半球柱形殼體；芯柱位于支撐架體部的中軸部位，后端與支撐架尾部連接；半球柱形殼體罩于芯柱上，前端為半球形，內(nèi)壁與芯柱相適應(yīng)；支撐架尾部為設(shè)有外螺紋的圓柱體；支撐架體部的芯柱和支撐架尾部為實(shí)體金屬構(gòu)件，支撐架體部的半球柱形殼體為多孔金屬構(gòu)件；所述實(shí)體金屬是指金屬的常態(tài)，密實(shí)無孔隙；所述多孔金屬為孔徑在 20μπι-800μπι、孔隙率為20% -70%的金屬材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的股骨頭支撐架，其特征在于，包括實(shí)體金屬構(gòu)件和多孔金屬構(gòu)件，所用金屬材料為純鈦、鈦合金、植入級(jí)不銹鋼或鈷鉻鉬合金。
3.制造權(quán)利要求1所述股骨頭支撐架的方法，其特征在于，實(shí)體金屬構(gòu)件支撐架體部的芯柱和支撐架尾部采用機(jī)械加工方法制作，多孔金屬構(gòu)件半球柱形殼體采用粉末冶金方法制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述股骨頭支撐架的制造方法，其特征在于，制作半球柱形殼體的粉末冶金方法為將金屬粉末模壓在實(shí)體金屬構(gòu)件芯柱上，燒結(jié)制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述股骨頭支撐架的制造方法，其特征在于，制作半球柱形殼體的粉末冶金方法為設(shè)計(jì)獨(dú)立的半球柱形殼體，其外形符合股骨頭支撐架體部要求，其內(nèi)壁與芯柱相適應(yīng)，按設(shè)計(jì)模壓金屬粉末并燒結(jié)得獨(dú)立的半球柱形殼體，套于芯柱上，再與實(shí)體金屬件焊接組裝成一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述股骨頭支撐架的制造方法，其特征在于，所述粉末冶金技術(shù)工藝為常溫下在模具中將金屬粉末加壓成型，之后真空燒結(jié)，獲得多孔金屬結(jié)構(gòu)的半球柱形殼體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述股骨頭支撐架的制造方法，其特征在于，在模具中將金屬粉末加壓成型所用壓力為50MPa-400Mpa。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述股骨頭支撐架的制造方法，其特征在于，所述粉末冶金技術(shù)工藝為在金屬粉末中添加易于加熱揮發(fā)的粘合劑作造孔劑，在模具中加壓成型，再通過加溫?fù)]發(fā)脫去粘合劑，之后高溫真空燒結(jié)，獲得多孔金屬結(jié)構(gòu)的半球柱形殼體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的股骨頭支撐架的制造方法，其特征在于，所述粘合劑為碳酸氫銨、甲基纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯、石蠟聚乙烯材料中的任何一種或任意種的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的股骨頭支撐架的制造方法，其特征在于，燒結(jié)溫度為 IOOO0C -1300°C，燒結(jié)時(shí)間為1-3小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種股骨頭支撐架及其制造方法。股骨頭支撐架總體為圓柱形，體部前端為半球形，尾部為設(shè)有外螺紋的圓柱體；支撐架體部的芯柱和尾部是由實(shí)體金屬機(jī)械加工制作，支撐架體部外層的半球柱形殼體是經(jīng)由粉末冶金技術(shù)制作的多孔金屬構(gòu)成；所述多孔金屬為孔徑在20μm-800μm、孔隙率為20％-70％的金屬材料。本發(fā)明股骨頭支撐架既有大孔徑、高孔隙率，又有高強(qiáng)度，植入人體避免了彈性模量大引起應(yīng)力屏蔽，多孔金屬結(jié)構(gòu)利于骨組織的附著和向支撐架內(nèi)生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)A61B17/56GK102178556SQ20111008634
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者包娟娟, 吳春生, 尹曉宇, 沈龍, 邱芹 申請(qǐng)人:北京暢想天行醫(yī)療技術(shù)有限公司