專利名稱：人造骨制造方法及由該方法制造出的人造骨的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在應對人體的手術等而使用的人造骨中利用了三維造型方法的制造方法及基于該方法的人造骨。
背景技術：
對受到缺損或損傷的人體的骨部的人造骨的移植技術隨著醫(yī)療技術的發(fā)展，其需求有擴大的傾向。作為人造骨制造方法，如專利文獻1所示，下述方法已普及，所述方法為基于人造骨圖像數(shù)據(jù)，對從金屬、樹脂和陶瓷內(nèi)選出的1種以上的粉末層進行激光燒結，層疊該燒結層。然而，在人造骨中，在構成與人體的骨部的接合部的兩側端部及其附近成形為準確的形狀被設為是不可避免的。但是，在以往的人造骨制造方法中，并沒有進行與這一點相關的特別的考慮或研究，在專利文獻1中也沒有例外。而且，在人造骨的上述接合部中，為了防止由接合所導致的疲勞和磨損，與其他的區(qū)域部相比，要求更大的強度。然而，盡管采用上述那樣的激光燒結，但在以往技術中，并沒有提倡帶有與這一點相關的特別的考慮的構成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題是提供在接合部可實現(xiàn)準確的成形進而可實現(xiàn)適當?shù)膹姸饶菢拥娜嗽旃堑闹圃旆椒盎谠摲椒ǖ娜嗽旃恰榱私鉀Q上述課題，本發(fā)明的基本構成包括(1) 一種人造骨制造方法，為對從金屬生物材料、人造骨用陶瓷、人造骨用塑料樹脂中選擇的1種以上的粉末層，基于與人造骨的形狀對應的圖像數(shù)據(jù)，通過照射電磁波或電子束進行燒結或者熔融，層疊基于該燒結的層或基于該熔融固化了的層的人造骨制造方法，對構成與人體的骨部的接合部的兩側端部及其附近的內(nèi)側面和/或外側面，采用通過基于上述圖像數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)工具的切削實現(xiàn)的表面精加工工序，且將構成接合部的兩端及其附近的電磁波或電子束的照射的程度設定為比其他區(qū)域的上述程度大；和(2) 一種人造骨，由上述(1)中所述的制造方法制造出。


圖1是處于內(nèi)部中空狀態(tài)的人造骨，(a)表示管形狀的示意圖，(b)表示一部分的管形狀的示意圖，(c)表示基于管形狀和一部分的管形狀的結合的示意圖。圖2是沿長度方向的周壁的內(nèi)側呈三維的網(wǎng)狀態(tài)的人造骨，(a)表示長度方向剖視圖，(b)表示與該長度方向正交的方向的剖視圖(其中，(b)的截面由(a)的A-A部位表不。)O圖3是形成有沿長度方向的中空狀的周壁的人造骨，(a)表示周壁呈網(wǎng)狀態(tài)的情況的側視圖，(b)表示周壁呈孔的集中狀態(tài)的情況的側視圖。圖4對通過對粉體的電磁波或電子束(電子射線)的照射和由旋轉(zhuǎn)工具(刀具) 進行的切削成形人造骨進行說明，(a)表示與通過電磁波或電子束的照射的燒結工序相關的剖視圖，(b)表示與用于成形燒結區(qū)域的外壁的切削工序相關的剖視圖，(c)表示與在用于外壁成形的切削工序結束了之后的進一步的粉末的層疊工序相關的剖視圖，(d)表示與 (a)、(b)、(c)的各工序結束了之后的內(nèi)壁的成形工序相關的剖視圖(白線的箭頭表示旋轉(zhuǎn)工具公轉(zhuǎn)的狀況，實線的箭頭表示旋轉(zhuǎn)工具自轉(zhuǎn)的狀況)。圖5表示在本發(fā)明中適用了 CAD/CAM系統(tǒng)的情況的框圖。
具體實施例方式一般，人造骨1，可以采用如圖1所示的將周壁的內(nèi)部設為中空的構成和如圖2所示的將周壁的內(nèi)部設為三維結構的網(wǎng)狀態(tài)那樣的構成的任何一種(另外，在圖2中，在沿長度方向的整個區(qū)域設為三維結構的網(wǎng)狀態(tài)，但也可采用將其一部分的區(qū)域例如形成接合部的兩端及其附近以外的內(nèi)部設為上述網(wǎng)狀態(tài)的構成。)。其中，在上述中空狀態(tài)的情況下，可采用如圖1(a)、(b)、(c)所示的管形狀、一部分(局部)的管形狀、或它們的結合形狀的任何一種，而且，以體液的浸透或向人體組織的進入為目的，如圖3(a)、(b)所示，有時在沿長度方向的周壁的整個區(qū)域或一部分區(qū)域采用網(wǎng)狀態(tài)以及孔的集合狀態(tài)。(另外，在圖3(a)、(b)中，在兩端部11及其附近以外的區(qū)域采用網(wǎng)狀態(tài)或孔的集合狀態(tài)，但涉及兩端部11及其附近那樣的構成當然也可以采用這些狀
^Χ ο ) ο不論在何種形態(tài)下，在人造骨1中，在兩端部及其附近進行與人體的骨的接合。在幾乎大部分的情況下，通過將人造骨1設為外側且將人體的骨設為內(nèi)側那樣的接合，實行由螺釘實現(xiàn)的固定，但例外地也可采用將人體的骨設為外側且將人造骨1設為內(nèi)側那樣的接合。其中，在構成接合部的兩端部11及其附近，要求與人體的骨的形狀相匹配的準確的成形，并且為了避免接合部的磨損及疲勞，在該接合部位要求比其他的區(qū)域的部位大的強度。在上述基本構成(1)中，立足于對金屬生物材料、人造骨1用陶瓷、人造骨1用塑料樹脂的任何1種以上的粉末2層如圖4(a)、(c)所示通過照射電磁波或電子束7進行燒結、且依次層疊該燒結層這樣的以往技術，其后，對進行接合的端部11及其附近的內(nèi)側面和/或外側面，通過旋轉(zhuǎn)工具6的切削，如圖4(b)、(d)所示，進行最終的成形，通過該技術方案，實現(xiàn)準確的接合面。而且，在將基于旋轉(zhuǎn)工具6的切削的表面粗糙度的最大直徑設為10 μ m的情況下， 可實現(xiàn)極準確的成形，可以達到醫(yī)療現(xiàn)場的要求。在構成接合部的端部11及其附近的內(nèi)側面的情況下，并不會對由旋轉(zhuǎn)工具6進行的切削產(chǎn)生格外的妨礙，在該意義上，上述基本構成(1)也是存在技術價值的。另外，在端部11及其附近以外的內(nèi)側面彎曲的人造骨1的情況下，或與端部11及其附近相比進一步擴大其內(nèi)側的直徑的人造骨1的情況下，采用精密(緻密)的旋轉(zhuǎn)直徑的通常的旋轉(zhuǎn)工具6，有時會對內(nèi)側面的切削成形產(chǎn)生妨礙。但是，即使在那樣的情況下，也可通過例如采用頂端(前端，先端)側的旋轉(zhuǎn)直徑擴大那樣的特殊形狀的旋轉(zhuǎn)工具，克服上述妨礙。在上述基本構成(1)中，還包括對端部11及其附近的內(nèi)側面和外側面的雙方進行切削研磨的方法，在這樣的構成的情況下，不僅可在進行接合的內(nèi)側面實現(xiàn)準確的成形，而且還可通過切削研磨成形平滑的端部11的外側面，避免肌肉的無益的粘連。著眼于這樣的狀況，在上述基本構成(1)中，對于人造骨1的外側面中的與人體的骨部的接合部以外的區(qū)域，可以采用通過旋轉(zhuǎn)工具6的切削實現(xiàn)的表面精加工工序。在與人體的骨部的接合端部11的頂端部位，有時具有復雜的形狀。在這樣的情況下，特征是對兩側端部的頂端面附加旋轉(zhuǎn)工具6的切削工序的實施方式，可對上述那樣的復雜的形態(tài)進行準確的頂端部的造型，因此可以優(yōu)選地適用。在通常的成形中，在外側面，在電磁波或電子束7的燒結成形之后，進行由旋轉(zhuǎn)工具6實現(xiàn)的切削成形，而且經(jīng)由層疊這樣的工序，但在內(nèi)側面的情況下，大多在外側面的切削成形結束了之后進行。另外，進行上述的對構成上述接合部的兩側端部11的頂端面的旋轉(zhuǎn)工具6的切削的情況下，可選擇與內(nèi)側面的切削相比之前和之后的任何一種，但通常大多在之前階段進行。在上述基本構成(1)中，通過將構成接合部的端部11及其附近的照射量與其他的區(qū)域的情況下相比設定為較多，從而增大接合部的強度，盡是減少該接合部的人造骨1的磨損和疲勞。為了將端部11及其附近的照射量設定為大，可以選擇增大每單位面積的照射量或者增加照射時間的任何一種。在如圖3(a)、(b)所示的將沿長度方向的周壁的整個區(qū)域或一部分的區(qū)域形成為網(wǎng)狀態(tài)或孔的集中狀態(tài)的情況下，為了維持該中途部位的區(qū)域的必要的強度，也可與沒有形成這些狀態(tài)的區(qū)域相比，將電磁波或電子束7的照射量設定為多。但是，也可有如下那樣的選擇根據(jù)網(wǎng)狀區(qū)域的面積或孔的集合狀態(tài)的數(shù)量及孔的大小進而由該集合狀態(tài)形成的面積，相對于沒有形成這些狀態(tài)的區(qū)域，降低強度，設定為與人骨的強度相同程度。在上述基本構成(1)和上述圖3(a)、(b)的實施方式中，在使每單位面積的照射量或照射時間變化的情況下，大多通過下述實施方式實現(xiàn)，所述實施方式的特征是采用如圖 5所示的CAD/CAM系統(tǒng)3，通過CAD系統(tǒng)31設定與人造骨1的形狀相對應的圖像數(shù)據(jù)，其后通過CAD系統(tǒng)31或CAM系統(tǒng)32設定在人造骨1的各區(qū)域的電磁波或電子束7的每單位面積的照射量或照射時間。在采用上述的CAD/CAM系統(tǒng)3的實施方式中，基于與人造骨1的各區(qū)域?qū)碾姶挪ɑ螂娮邮?的每單位面積的照射量或照射時間的設定，在每個預定的區(qū)域電磁波或電子束7的照射量變化了的情況下，該預定的區(qū)域的人造骨1的強度變化，因此由旋轉(zhuǎn)工具6 進行切削的情況下的適當?shù)囊苿铀俣群?或轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。應對這樣的情況，可以采用如下實施方式與電磁波或電子束7的每單位面積的
5照射量或照射時間對應，通過CAD系統(tǒng)31或CAM系統(tǒng)32，進一步設定旋轉(zhuǎn)工具6的移動速度和/或轉(zhuǎn)速。一般，在將照射電磁波或電子束7的斑點(卜)直徑設為100 μ m以下的情況下，不僅在端部11及其附近而且在其他區(qū)域也可有助于準確且微細的成形。作為金屬生物材料，可以采用Ti-6Al-7Nb、純 Ti、Ti-6Al-4V、IH9Nb-13Ta-16&、 Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-5Al-5V_5Cr、Ti_15Zr-4Nb_4Ta、Co-Cr 合金、SUS3162、SUS630，作為人造骨1用陶瓷，可以采用磷酸鈣(羥基磷灰石(hydroxyapatite)、α -磷酸鈣、β -磷酸鈣等)，作為人造骨1用塑料樹脂，在強度關系上優(yōu)選采用聚碳酸酯、聚酯。實施例以下，根據(jù)實施例進行說明。以下，結合實施例進行說明。在實施例中，其特征是作為構成接合部的兩端或其附近的層疊粉末2，采用金屬生物材料粉末或以該粉末為主成分的粉末2。在這樣的實施例中，在上述兩端及其附近，可以通過僅金屬生物材料粉末或以該粉末為主成分的粉末，維持必要的強度，對上述基本構成( 可進行重疊來應對接合部的磨損和疲勞。對上述兩端部11及其附近以外的區(qū)域，采用根據(jù)實施例的上述粉末以外的粉末2 的情況下，在到達上述兩端部11及其附近的照射的階段，切換為上述粉末進行層疊，因此， 在實施例的情況下，可使用2個以上的散布粉末2的噴嘴?；谏鲜龌緲嫵?1)、O)，在本發(fā)明所涉及的人造骨的情況下，在構成與人體的骨的接合部的端部及其附近，可實現(xiàn)準確的成形，進而可實現(xiàn)必要的強度，可以發(fā)揮在人造骨方面基本要求的功能。本發(fā)明可以在人造骨的制造和使用現(xiàn)場廣泛地利用。
權利要求
1.一種人造骨制造方法，是對于從金屬生物材料、人造骨用陶瓷、人造骨用塑料樹脂中選擇的1種以上的粉末層，基于與人造骨的形狀對應的圖像數(shù)據(jù)，照射電磁波或電子束來進行燒結或者熔融，從而層疊基于該燒結的層或基于該熔融已固化的層的人造骨制造方法，對構成與人體的骨部的接合部的兩側端部及其附近的內(nèi)側面和/或外側面，采用通過基于所述圖像數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)工具的切削來進行的表面精加工工序，并將構成接合部的兩端及其附近的電磁波或電子束的照射的程度設定為比其他區(qū)域的所述程度大。
2.根據(jù)權利要求1所述的人造骨制造方法，其特征在于，基于旋轉(zhuǎn)工具的切削的表面粗糙度的最大值為10 μ m。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的人造骨制造方法，其特征在于，對兩側端部的頂端面附加旋轉(zhuǎn)工具的切削工序。
4.根據(jù)權利要求1 3中任一項所述的人造骨制造方法，其特征在于，在沿長度方向的中空狀的周壁的全部區(qū)域或一部分區(qū)域，形成了網(wǎng)狀或孔的密集區(qū)域，對于該區(qū)域而言，將電磁波或電子束的照射量設定為比其他區(qū)域大。
5.根據(jù)權利要求1 4中任一項所述的人造骨制造方法，其特征在于，在通過CAD系統(tǒng)設定與人造骨的形狀對應的圖像數(shù)據(jù)之后，通過CAD系統(tǒng)或CAM系統(tǒng)設定人造骨的每單位面積的電磁波或電子束的照射量或照射時間。
6.根據(jù)權利要求5所述的人造骨制造方法，其特征在于，與每單位面積的電磁波或電子束的照射量或照射時間對應，通過CAD系統(tǒng)或CAM系統(tǒng)，進一步設定旋轉(zhuǎn)工具的移動速度和/或轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權利要求1 6中任一項所述的人造骨的制造方法，其特征在于，將在沿長度方向的周壁的內(nèi)側的形成接合部的兩端及其附近以外的全部區(qū)域或一部分區(qū)域設為三維的網(wǎng)狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求1 7中任一項所述的人造骨制造方法，其特征在于，將照射電磁波或電子束的斑點直徑設為100 μ m以下。
9.根據(jù)權利要求1 8中任一項所述的人造骨制造方法，其特征在于，作為構成接合部的兩端及其附近的層疊粉末，采用金屬生物材料粉末或以該粉末為主成分的粉末。
10.一種人造骨，由權利要求1 9中任一項所述的人造骨制造方法制造出。
全文摘要
課題是提供在接合部可實現(xiàn)準確成形進而可實現(xiàn)適當強度的人造骨的制造方法及基于該方法的人造骨；為對從金屬生物材料、人造骨(1)用陶瓷、人造骨(1)用塑料樹脂選擇的1種以上粉末(2)層，基于與人造骨(1)形狀對應的圖像數(shù)據(jù)，通過照射電磁波或電子束(7)進行燒結或熔融，層疊基于該燒結的層或基于該熔融固化了的層的方法，為對構成與人體骨部的接合部的兩側端部(11)及其附近的內(nèi)側面和/或外側面，采用通過基于上述圖像數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)工具(6)的切削實現(xiàn)的表面精加工工序，將構成上述接合部的兩端及其附近的電磁波或電子束(7)的照射的程度設定為比其他區(qū)域的情況大，由此可達成上述課題的方法以及由該方法制造出的人造骨(1)。
文檔編號A61F2/28GK102217982SQ201010551969
公開日2011年10月19日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權日2010年4月14日
發(fā)明者佐佐木伸雄, 天谷浩一, 松原英人, 漆崎幸憲, 鄭雄一 申請人:國立大學法人東京大學, 株式會社松浦機械制作所