雙金屬假體部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種雙金屬假體部件。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，人工關(guān)節(jié)置換術(shù)已經(jīng)成為治療關(guān)節(jié)疾病的終極治療手段，是骨科領(lǐng)域在二十世紀(jì)取得的最重要的進(jìn)展之一。人工關(guān)節(jié)置換術(shù)可以更好的緩解疼痛，改善關(guān)節(jié)功能，恢復(fù)關(guān)節(jié)的穩(wěn)定和肢體的功能，已經(jīng)得到廣大患者的認(rèn)同。
[0003]在人工關(guān)節(jié)置換術(shù)中，人工關(guān)節(jié)假體依據(jù)置換部位的不同，包括髖關(guān)節(jié)假體、膝關(guān)節(jié)假體、脊柱假體、肩、肘、踝等關(guān)節(jié)假體。同時(shí)，依據(jù)功能要求的不同，人工關(guān)節(jié)假體可采用不同的材料制成，因此，人工關(guān)節(jié)假體包括金屬部件和/或非金屬部件。其中，金屬部件由于制造工藝的限制，只能采用同一種金屬材料制成。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，金屬關(guān)節(jié)假體包括假體主體部件(例如脛骨平臺(tái)、股骨髁、髖臼杯、股骨柄及球頭等)和配合部件(例如聚乙烯墊片、聚乙烯內(nèi)襯等)。其中，假體主體部件的材質(zhì)一般分為鈦合金或者鈷合金。鈦合金的彈性模量較低，與人體骨的生物相容性好，但是鈦合金的硬度不如鈷合金高，表面光潔度不好，容易與聚乙烯墊片或髖白內(nèi)襯之間摩擦產(chǎn)生磨損顆粒，從而造成骨溶解。鈷合金的彈性模量較高，與人體骨的結(jié)合不好，其彈性模量與人體骨的彈性模量相差大，易產(chǎn)生應(yīng)力遮擋，從而容易造成術(shù)后骨質(zhì)疏松、退化，進(jìn)而影響術(shù)后假體長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。因此，目前的金屬關(guān)節(jié)假體無(wú)法兼顧以上兩方面，從而嚴(yán)重影響關(guān)節(jié)假體置換的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種雙金屬假體部件，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的金屬假體部件的置換質(zhì)量不好的問(wèn)題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種雙金屬假體部件，包括骨結(jié)合金屬層、設(shè)置在骨結(jié)合金屬層一側(cè)的金屬耐磨層以及設(shè)置在骨結(jié)合金屬層和金屬耐磨層之間的過(guò)渡層。
[0007]進(jìn)一步地，骨結(jié)合金屬層、過(guò)渡層以及金屬耐磨層通過(guò)激光或高能電子束快速成型技術(shù)熔融成型。
[0008]進(jìn)一步地，骨結(jié)合金屬層為多孔金屬結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步地，骨結(jié)合金屬層的材質(zhì)為鈦合金。
[0010]進(jìn)一步地，金屬耐磨層的材質(zhì)為鈷合金。
[0011 ] 進(jìn)一步地，過(guò)渡層為鈦鈷合金，過(guò)渡層的材質(zhì)中的鈦合金含量比例由骨結(jié)合金屬層至金屬耐磨層的方向逐漸遞減，過(guò)渡層的材質(zhì)中的鈷合金含量比例由骨結(jié)合金屬層至金屬耐磨層的方向逐漸遞增。
[0012]進(jìn)一步地，雙金屬假體部件為股骨髁假體部件或股骨柄假體部件。
[0013]進(jìn)一步地，雙金屬假體部件為脛骨平臺(tái)假體部件，脛骨平臺(tái)假體部件包括平臺(tái)主體和設(shè)置在平臺(tái)主體下方的支撐部，金屬耐磨層、過(guò)渡層以及骨結(jié)合金屬層的一部分形成平臺(tái)主體，骨結(jié)合金屬層的另一部分形成支撐部。
[0014]進(jìn)一步地，雙金屬假體部件為脛骨平臺(tái)假體部件，脛骨平臺(tái)假體部件包括平臺(tái)主體和設(shè)置在平臺(tái)主體下方的支撐部，金屬耐磨層、過(guò)渡層的一部分以及骨結(jié)合金屬層的一部分形成平臺(tái)主體，過(guò)渡層的另一部分及骨結(jié)合金屬層的另一部分形成支撐部。
[0015]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，設(shè)置骨結(jié)合金屬層、金屬耐磨層以及位于骨結(jié)合金屬層和金屬耐磨層之間的過(guò)渡層。骨結(jié)合金屬層與人體骨相接觸并形成遠(yuǎn)期的骨融合，金屬耐磨層與其他部件(如聚乙烯墊片、聚乙烯內(nèi)襯)相配合形成關(guān)節(jié)摩擦面。上述骨結(jié)合金屬層采用生物相容性好的材料制成，金屬耐磨層采用表面光潔度好的耐磨材料制成，這樣可以保證骨結(jié)合金屬層與人體骨的生物固定效果好的同時(shí)，又使金屬耐磨層不容易與其他部件摩擦產(chǎn)生磨損顆粒，防止骨溶解的發(fā)生。此外，過(guò)渡層可以實(shí)現(xiàn)骨結(jié)合金屬層和金屬耐磨層的連接，并且可以保證連接強(qiáng)度。因此，本申請(qǐng)的雙金屬假體部件可以有效地提高關(guān)節(jié)假體置換質(zhì)量以及術(shù)后假體長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0017]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的雙金屬假體部件的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的雙金屬假體部件的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的雙金屬假體部件的實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的雙金屬假體部件的實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0021]圖5示出了用于加工圖1的雙金屬假體部件的金屬零件加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記:
[0023]10、骨結(jié)合金屬層；20、金屬耐磨層；30、過(guò)渡層；41、平臺(tái)主體；42、支撐部；50、鋪粉裝置；51、粉末混合裝置；511、粉末混合腔；512、出粉口 ；513、螺旋結(jié)構(gòu)；52、粉末輸送通道；60、基礎(chǔ)平臺(tái)；70、高能束通道。
【具體實(shí)施方式】
[0024]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0025]如圖1所示，在實(shí)施例一的雙金屬假體部件中，雙金屬假體部件為脛骨平臺(tái)假體部件。
[0026]在現(xiàn)有技術(shù)中，膝關(guān)節(jié)假體由股骨髁、墊片及脛骨平臺(tái)組成。其中，股骨髁和脛骨平臺(tái)采用金屬材料制成，墊片采用醫(yī)用高分子聚乙烯材料制成。其中，脛骨平臺(tái)一般分為鈦合金脛骨平臺(tái)或者鈷合金脛骨平臺(tái)。采用鈦合金脛骨平臺(tái)雖然與人體骨的生物相容性好，但是關(guān)節(jié)表面光潔度不好，容易與聚乙烯墊片之間摩擦產(chǎn)生磨損顆粒，從而造成骨溶解。而采用鈷合金脛骨平臺(tái)雖然對(duì)聚乙烯墊片的磨損小，但是與人體骨的結(jié)合不好，其彈性模量與人體骨的彈性模量相差大，易產(chǎn)生應(yīng)力遮擋，容易造成術(shù)后骨質(zhì)疏松、退化，進(jìn)而影響術(shù)后假體長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。
[0027]如圖1所示，實(shí)施例一的雙金屬假體部件包括骨結(jié)合金屬層10、設(shè)置在骨結(jié)合金屬層10 —側(cè)的金屬耐磨層20以及設(shè)置在骨結(jié)合金屬層10和金屬耐磨層20之間的過(guò)渡層30 ο
[0028]應(yīng)用本實(shí)施例的雙金屬假體部件，設(shè)置骨結(jié)合金屬層10、金屬耐磨層20以及位于骨結(jié)合金屬層10和金屬耐磨層20之間的過(guò)渡層30。骨結(jié)合金屬層10與人體骨相接觸并形成遠(yuǎn)期的骨融合，金屬耐磨層20與聚乙烯墊片相配合形成關(guān)節(jié)摩擦面。上述骨結(jié)合金屬層10采用生物相容性好的材料制成，金屬耐磨層20采用表面光潔度好的耐磨材料制成，這樣可以保證骨結(jié)合金屬層10與人體骨的生物固定效果好的同時(shí)，又使金屬耐磨層20不容易與聚乙烯墊片摩擦產(chǎn)生磨損顆粒，防止骨溶解的發(fā)生。此外，過(guò)渡層30可以實(shí)現(xiàn)骨結(jié)合金屬層10和金屬耐磨層20的連接，并且可以保證連接強(qiáng)度。因此，本實(shí)施例的雙金屬假體部件可以有效地提高關(guān)節(jié)假體置換質(zhì)量以及術(shù)后假體長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。
[0029]如圖1所示，在實(shí)施例一的雙金屬假體部件中，骨結(jié)合金屬層10、過(guò)渡層30以及金屬耐磨層20通過(guò)激光或高能電子束快速成型技術(shù)熔融成型。
[0030]長(zhǎng)期以來(lái)骨界面的研究一直是內(nèi)植物的研究重點(diǎn)，骨界面的初始固定強(qiáng)度、后期界面的愈合以及骨整合效果都是業(yè)內(nèi)不斷追求提高的方向。在骨界面的固定方式中，除骨水泥固定外，生物固定的關(guān)節(jié)假體表面結(jié)構(gòu)也一直在持續(xù)不斷地進(jìn)步與演變，從噴砂粗糙表面、鈦噴涂表面、金屬微珠或微顆粒燒結(jié)表面、羥基磷灰石噴涂表面一直發(fā)展到目前較為前沿的鉭金屬骨小梁表面、3D打印金屬骨小梁表面。
[0031]其中，用于金屬材料的3D打印通常采用激光或高能電子束快速成型技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的金屬切削加工方法不同，它不是在整塊的材料(毛坯)上通過(guò)去除材料(例如切削加工)以獲得最終產(chǎn)品，而是通過(guò)將材料一層一層的熔融堆積疊加而得到最終的產(chǎn)品，所采用的能量源輸入包括電能、壓縮空氣源、熱源、紫外光、高能束(激光束、電子束等)，所使用的材料主要有高分子材料、礦物材料、金屬材料、陶瓷材料、生物材料(蛋白質(zhì)、活體細(xì)胞、DNA等)。
[0032]在本實(shí)施例中，激光或高能電子束快速成型技術(shù)熔融成型所使用的材料是醫(yī)用金屬，其工作原理是:
[0033]步驟一:在電腦中設(shè)計(jì)出雙金屬假體部件的骨結(jié)合金屬層10、過(guò)渡層30以及金屬耐磨層20的三維結(jié)構(gòu)模型；
[0034]步驟二:將上述結(jié)構(gòu)模型在分層軟件中逐片分割成片層文件數(shù)據(jù)，每個(gè)片層文件的厚度為a，a的數(shù)值通常為0.05?0.1Omm ；
[0035]步驟三:將片層文件數(shù)據(jù)按順序輸入到激光或高能電子束快速成型設(shè)備中；
[0036]步驟四:將所要使用的金屬材料粉末裝入設(shè)備的粉料倉(cāng)，并由鋪粉裝置在設(shè)備的工作艙中的基礎(chǔ)平臺(tái)上鋪設(shè)一層材料粉末形成第一材料粉末層，第一材料粉末層的厚度與片層文件的厚度大體一致(考慮到熔融后的材料收縮，有時(shí)鋪粉厚度會(huì)略高一些)；
[0037]步驟五:由電腦控制的激光束或高能電子束對(duì)第一材料粉末層進(jìn)行掃描并對(duì)預(yù)定區(qū)域進(jìn)行熔融，根據(jù)每一片片層文件數(shù)據(jù)的設(shè)定，電腦控制高能束發(fā)射源投射出受到控制的激光束或電子束，在需要熔化的點(diǎn)位使得粉料瞬間達(dá)到1800?2000°C左右的高溫熔化并隨后迅速降溫凝固，若干熔化點(diǎn)位連接成片就會(huì)得到一個(gè)固體片層，而不需要熔化的點(diǎn)位獲得的激光或電子束能量較低，粉料不會(huì)熔化；
[0038]步驟六:由鋪粉裝置在基礎(chǔ)平臺(tái)上再鋪設(shè)一層新的材料粉末形成第二材料粉末層，并重復(fù)步驟五以使第二材料粉末層與第一材料粉末層熔融疊加到一起，由此重復(fù)疊加累積就可以得到一個(gè)與電腦中設(shè)計(jì)的三維結(jié)構(gòu)模型一摸一樣的產(chǎn)品實(shí)物。
[0039]步驟七:當(dāng)最后一層材料粉末層掃描熔融完成后將產(chǎn)品實(shí)物以及包覆在其周?chē)奈慈廴诘姆勰┤〕?，放進(jìn)專(zhuān)門(mén)的回收裝置內(nèi)將粉末除去即可得到完整的產(chǎn)品。
[0040]上述激光或高能電子束快速成型技術(shù)熔融成型的方法簡(jiǎn)單易操作，并且成型精度高，強(qiáng)度高。
[0041]針對(duì)本實(shí)施例的雙金屬假體部件，在通過(guò)激光或高能電子束快速成型技術(shù)對(duì)其加工時(shí)，需要使用金屬零件加工裝置進(jìn)行加工。該金屬零件加工裝置可以實(shí)時(shí)按照比例要求進(jìn)行不同材質(zhì)粉末混合，并將混合好的金屬粉末輸送到指定高能束流束斑焦點(diǎn)所在的點(diǎn)位，此時(shí)高能束流對(duì)已輸送到位的混合粉末進(jìn)行熔融堆積。下面將結(jié)合附圖對(duì)上述的金屬零件加工裝置進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0042]如圖5所示，金屬零件加工裝置包括基礎(chǔ)平臺(tái)60、位于基礎(chǔ)平臺(tái)60上方的鋪粉裝置50和熔融裝置。鋪粉裝置50包括粉末混合裝置51