专利名称：立体网格状骨填充物及其制造方法
技术领域：
本发明涉及骨修复技术，特别是一种立体网格状骨填充物及其制造方法，用作植入骨 头缺失部位的填充结构体。
背景技术：
目前，在外科骨修复，例如颅颌面骨、躯干骨、上肢骨、下肢骨等的修复中，需要使 用植入体材料，将其植入到骨头缺失部位，以作为骨替代物。考虑到生物相容性和长期植 入体内无排异反应的要求，钛是最早适用于临床的种植材料之一。但是，对于骨头缺失较 大的情形，通常的平面型钛网厚度较薄，塑形后往往缺乏足够的强度，难以成为合格的骨 支架结构；如果平面型钛网厚度过分加厚，则不仅导致塑形困难，而且还会产生过重的异 物感，并且妨碍人体本身软组织或骨组织的自行生长修复功能。因此，本发明人认为，根 据混合修复的概念，即植入体内的骨替代物主要起骨支架结构的作用，引导人体本身生长 的软组织或骨组织侵入到骨替代物的蜂窝状空腔中，如果能够提供一种立体网格状骨填充 物及其制造方法，既能适合厚薄不均，又能保障足够高的蜂窝状空腔率，则无疑能给修复 骨损伤的患者带来福音。发明内容本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种立体网格状骨填充物及其制造方 法，该骨填充物适合于骨损伤的混合修复。 本发明的技术方案如下立体网格状骨填充物，其特征在于包括三维结构体，沿所述三维结构体的所有表面 分布着蜂窝状空腔。所述蜂窝状空腔呈规则的网格排列。所述规则的网格为由柱形边构建的正方形阵列、长方形阵列、三角形阵列、菱形阵列 或六边形阵列。所述规则的网格为圆形阵列或椭圆形阵列。所述柱形边为圆柱，所述圆柱的直径为20um 2mm;或者，所述柱形边为三角形柱、方形柱、或多边形柱，多边形柱的边长范围为20um 2mm。 每个网格的面积为2000" m2 30mm2。所述三维结构体为金属钛制品或钛合金制品或符合医学标准的生物结构材料；所述网 状骨填充物的外表面具有所需修复的缺损部位的自然人体骨的自由表面形态。。立体网格状骨填充物的制造方法，其特征在于将金属钛以原子层沉积的方式分层沉 积出三维结构体，沿所述三维结构体的所有表面分布着蜂窝状空腔。立体网格状骨填充物的制造方法，其特征在于利用电子束熔融法对金属钛粉末或钛 合金粉末进行电子束选区熔化，形成三维结构体，沿所述三维结构体的所有表面分布着蜂 窝状空腔；所述电子束熔融法的加工流程包括以下步骤-步骤1，设计所有表面分布着蜂窝状空腔的三维结构体的计算机三维模型；步骤2，把计算机三维模型分层，分成一系列的层片；步骤3，根据每个层片的轮廓信息或数据，向电子束熔融设备输入加工参数自动生成数 控代码；步骤4，电子束按照数控代码对金属钛粉末或钛合金粉末进行有选择的熔化； 步骤5，清除多余的粉末即得到立体网格状骨填充物。立体网格状骨填充物的制造方法，其特征在于利用激光选择性烧结法对金属钛粉末 或钛合金粉末进行激光束逐层扫描烧结，形成三维结构体，沿所述三维结构体的所有表面 分布着蜂窝状空腔；所述激光选择性烧结法的加工流程包括以下步骤步骤A，设计所有表面分布着蜂窝状空腔的三维结构体的计算机三维模型，并将其转 换成STL文件格式三维实体图形文件；步骤B，用一离散切片软件从STL文件离散出一系列给定厚度的有序片层；步骤C，将有序片层的每一层离散切片数据传递到成型机中；步骤D，成型机中的扫描器在离散切片数据的计算机控制下对金属钛粉末或钛合金粉 末进行激光束逐层扫描烧结；步骤E，清除多余的粉末即得到立体网格状骨填充物。本发明的技术效果如下本发明的立体网格状骨填充物及其制造方法，作为植入体内的骨替代物主要起骨支架 结构的作用，引导人体本身生长的软组织或骨组织侵入到骨替代物的蜂窝状空腔中，能够 适合于骨损伤的混合修复。
图1是本发明立体网格状骨填充物结构示意图。图2是单元网格结构示意图。图3是下颌骨自由曲面形状示意图。图4是根据图3裁切而成的替代下颌骨的立体网格状骨填充物。 图5是颈椎自由曲面形状示意图。图6是根据图5裁切而成的替代颈椎的立体网格状骨填充物。图7是电子束熔融法加工参考流程。图8是激光选择性烧结法加工参考流程。附图标记列示如下l-柱形边，2-网格，O-圆柱直径，a-网格边长，CAD-Computer Aided Design的縮写 计算机辅助设计，STL-STereo Lithography的縮写，由3D Systems公司开发而来，它使用 三角形面片来表示三维实体模型，现已成为CAD/CAM系统接口文件格式的工业标准之一， 绝大多数造型系统能支持并生成此种格式文件。
具体实施方式
下面结合附图(图l-图6)对本发明作进一步的详细说明。图1是本发明立体网格状骨填充物结构示意图。如图1所示，立体网格状骨填充物， 包括三维结构体，沿所述三维结构体的所有表面分布着蜂窝状空腔。所述蜂窝状空腔呈规 则的网格排列。所述规则的网格2为由柱形边1构建的正方形阵列，显然还可以是长方形 阵列、三角形阵列、菱形阵列或六边形阵列，也司以是其他不规则多边形形状。规则的网 格也可以为圆形阵列或椭圆形阵列。三维结构体为金属钛制品或钛合金制品。当然，三维结构体可以采用其他的符合医学 标准的生物结构材料。图2是单元网格结构示意图。如图2所示，柱形边为圆柱，圆柱的直径O为20ym 2mm;每个网格的网格边长a为50ym 5mm。显然，柱形边可以采用多边形柱体。单元 网格为非矩形时，可以用面积描述，例如，每个网格的面积为2000um2 30mm2。图2虽然表示的是正方形，但显然还可以是长方形、三角形、菱形或六边形，也可以 是其他不规则多边形形状等。图2表示的柱形边为圆柱，但显然还可以是椭圆柱、方形柱 或多边形柱等。三维结构体通过激光选择性烧结法、原子层沉积法、或电子束熔融法制造而成。 电子束熔融快速制造技术及设备，可以选用瑞典ARCAM AB公司的，例如，EBMA2机型。经过试验，较早的加工方法例如熔模精密铸造，数控加工等数字制造领域加工方法由 于受到本身加工工艺的限制已不能满足诸如此类三维网格结构的制造。因此，建议采用的 加工方法有激光选择性烧结法、原子层沉积法、电子束熔融法等先进制造方法。下面分别简要介绍各先进制造方法。原子层沉积法是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。 原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学 反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。电子束熔融法技术指在电子束选区熔化金属粉末成形。其原理是利用电子束聚焦后能量密度极高，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的的时间(几分之一 秒)内，其能量大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，引起材料的局部熔化或气化的性能。电子束熔融法技术包括以下加工流程1.用3DCAD软件设计零件首先设计零件的计算机三维模型(数字模型、CAD模型)，根据工艺要求按一定厚度分层，把原来的三维CAD模型变成一系列的层片，根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数自动生成数控代码。2.用电子束融熔技术制造零件利用金属粉末在电子束轰击下熔化的原理，使其在电子束选区熔化成形，在铺粉平面铺展粉并压实，电子束在计算机的 控制下按照截面轮廓的信息进行有选择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维产品。3.得到金属零件。激光选择性烧结法是借助精确引导的激光束使材料粉末烧结或熔融后凝固形成三维 原型或制件。激光选择性烧结法加工流程包括首先在计算机上建模的CAD三维立体造型零件，或通过逆向工程得到的三维实体图形文件。将其转换成STL文件格式。然后用一 离散(切片)软件从STL文件离散出一系列给定厚度的有序片层。或者直接从CAD文件 进行切片。这些离散的片层按次序累积起来仍是所设计的零件实体形状。最后，将上述的离散(切片)数据传递到成型机中去，成型机中的扫描器在计算机信息的控制下逐层进行 扫描烧结。关于本发明的应用说明如下首先设计一个网格组成的长方体即待切割的立体网格状骨填充物，例如图1所示，长 宽高可以在10mm 500mm范围之内。主要应用于颅颌面骨、躯干骨、上肢骨、下肢骨等 的修复。利用所需修复部位的表面形状，例如图3是下颌骨自由曲面形状，图4是根据 图3裁切而成的替代下颌骨的立体网格状骨填充物。图5是颈椎自由曲面形状，图6是根 据图5裁切而成的替代颈椎的立体网格状骨填充物。也就是说，通过切割网状结构即立体 网格状骨填充物，将得到适合所需修复部位形状的网状物，植入人体就可引导人体软组织 的生长，起到修复的作用。图7是电子束熔融法加工参考流程。如图7所示，包括以下步骤设计零件的计算机三维模型(数字模型、CAD模型)；根据工艺要求把原来的三维CAD模型分层，变成一系列的层片；根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数自动生成数控代码；电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择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维产品； 得到立体网状骨填充物。图8是激光选择性烧结法加工参考流程。如图8所示，包括以下步骤 首先得到STL文件格式三维实体图形文件；用一离散(切片)软件从STL文件离散出一系列给定厚度的有序片层； 将上述的离散(切片)数据传递到成型机中； 成型机中的扫描器在计算机信息的控制下逐层进行扫描烧结； 得到三维产品，即立体网状骨填充物。应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造， 但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已 进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或 者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及
权利要求
1.立体网格状骨填充物，其特征在于包括三维结构体，沿所述三维结构体的所有表面分布着蜂窝状空腔。
2. 根据权利要求1所述的立体网格状骨填充物，其特征在于所述蜂窝状空腔呈规则的 网格排列。
3. 根据权利要求2所述的立体网格状骨填充物，其特征在于所述规则的网格为由柱形 边构建的正方形阵列、长方形阵列、三角形阵列、菱形阵列或六边形阵列。
4. 根据权利要求2所述的立体网格状骨填充物，其特征在于所述规则的网格为圆形阵 列或椭圆形阵列。
5. 根据权利要求3所述的立体网格状骨填充物，其特征在于所述柱形边为圆柱，所述圆柱的直径为20um 2mm;或者，所述柱形边为三角形柱、方形柱、或多边形柱，多边 形柱的边长范围为20 u m 2mm。
6. 根据权利要求2所述的立体网格状骨填充物，其特征在于每个网格的面积为2000 U m2 30 mm2。
7. 根据权利要求1所述的立体网格状骨填充物，其特征在于所述三维结构体为金属钛 制品或钛合金制品或符合医学标准的生物结构材料；所述网状骨填充物的外表面具有所需 修复的缺损部位的自然人体骨的自由表面形态。
8. 立体网格状骨填充物的制造方法，其特征在于将金属钛以原子层沉积的方式分层沉 积出三维结构体，沿所述三维结构体的所有表面分布着蜂窝状空腔。
9. 立体网格状骨填充物的制造方法，其特征在于利用电子束熔融法对金属钛粉末或钛 合金粉末进行电子束选区熔化，形成三维结构体，沿所述三维结构体的所有表面分布着蜂 窝状空腔；所述电子束熔融法的加工流程包括以下步骤步骤1，设计所有表面分布着蜂窝状空腔的三维结构体的计算机三维模型； 步骤2，把计算机三维模型分层，分成一系列的层片；步骤3，根据每个层片的轮廓信息或数据，向电子束熔融设备输入加工参数自动生成数 控代码；步骤4，电子束按照数控代码对金属钛粉末或钛合金粉末进行有选择的熔化； 步骤5，清除多余的粉末即得到立体网格状骨填充物。IO.立体网格状骨填充物的制造方法，其特征在于利用激光选择性烧结法对金属钛粉 末或钛合金粉末进行激光束逐层扫描烧结，形成三维结构体，沿所述三维结构体的所有表 面分布着蜂窝状空腔；所述激光选择性烧结法的加工流程包括以下步骤步骤A，设计所有表面分布着蜂窝状空腔的三维结构体的计算机三维模型，并将其转 换成STL文件格式三维实体图形文件；步骤B，用一离散切片软件从STL文件离散出一系列给定厚度的有序片层；步骤C，将有序片层的每一层离散切片数据传递到成型机中；步骤D，成型机中的扫描器在离散切片数据的计算机控制下对金属钛粉末或钛合金粉 末进行激光束逐层扫描烧结；步骤E，清除多余的粉末即得到立体网格状骨填充物。
全文摘要
本发明提供一种立体网格状骨填充物及其制造方法，其特征在于包括三维结构体，沿所述三维结构体的所有表面分布着蜂窝状空腔。所述蜂窝状空腔呈规则的网格排列。所述规则的网格为由柱形边构建的正方形阵列、长方形阵列、三角形阵列、菱形阵列或六边形阵列。该骨填充物适合于骨损伤的混合修复。
文档编号A61B17/56GK101219068SQ20071030857
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年12月29日
发明者灿 刘, 李晓峰, 星 武 申请人:北京吉马飞科技发展有限公司