專利名稱：一種個(gè)性化碳-碳復(fù)合材料人工骨及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是一種個(gè)性化碳-碳復(fù)合材料人工骨及其制備方法。
背景技術(shù)：
人工骨置換手術(shù)作為有效的治療方法在國(guó)內(nèi)外已廣泛開展。人的骨骼雖大體形貌一致，但骨骼結(jié)構(gòu)存在較大差異，股骨頸干角可以從110°變化到140°，平均125°，統(tǒng)ー的假體不能適用于所有病人。普通的假體柄不能適合每個(gè)人的髓腔，使假體與骨之間存在空隙，再受カ時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的晃動(dòng)，Bowman SM等通過(guò)對(duì)牛骨小梁的微動(dòng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微動(dòng)會(huì)對(duì)骨小梁產(chǎn)生疲勞性損傷。假體與骨的緊密結(jié)合同時(shí)使假體所受的カ均勻地傳導(dǎo)至骨骼，減少了應(yīng)カ遮擋作用所產(chǎn)生的骨萎縮和骨吸收。所以人工骨假體產(chǎn)品具有極高的個(gè)性化特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)、系列化的產(chǎn)品往往對(duì)ー些病人不合適，目前國(guó)內(nèi)使用的人工假體設(shè)計(jì)參數(shù)部分來(lái)自歐美人種。因此要設(shè)計(jì)制造個(gè)體化的假體來(lái)滿足病人骨骼結(jié)構(gòu)的要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以人工干預(yù)，從而得到最佳人エ骨假體。

碳是組成有機(jī)物質(zhì)的主要元素之一，更是構(gòu)成人體的重要元素，碳材料已在心臟瓣膜、骨骼、齒根、血管、肌腱等諸多人工材料方面獲得應(yīng)用和發(fā)展。碳/碳復(fù)合材料克服了單ー碳材料的脆性，具有高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。碳/碳復(fù)合材料是以碳纖維增強(qiáng)碳基體的新型復(fù)合材料，彈性模量與人骨相當(dāng)，具有良好的生物力學(xué)相容性。本課題組前期研究認(rèn)為經(jīng)過(guò)特殊處理的碳/碳復(fù)合材料是符合中華人民共和國(guó)國(guó)家醫(yī)療器械生物學(xué)安全標(biāo)準(zhǔn)的。而且本課題組通過(guò)影像學(xué)比較認(rèn)為碳/碳復(fù)合材料植入物相對(duì)于金屬植入物在影像學(xué)檢查上不會(huì)產(chǎn)生金屬偽影和對(duì)射線阻擋作用。碳/碳復(fù)合材料是ー種極有潛力的新型生物醫(yī)用材料，個(gè)體化碳/碳復(fù)合材料人工骨的制備是發(fā)展趨勢(shì)。但是目前個(gè)體化碳/碳復(fù)合材料人工骨的制備相對(duì)于金屬植入物來(lái)說(shuō)制造周期長(zhǎng)、成本高，制約了碳/碳復(fù)合材料人工骨發(fā)展。金屬修復(fù)體一般先通過(guò)CT掃描獲得ニ維和三維信息，進(jìn)行建模后生成模具或模型，再通過(guò)鑄造獲得個(gè)體化的人工骨，而碳/碳復(fù)合材料人工骨由于需要對(duì)碳纖維的排列及熱解碳的沉積，因此金屬植入物的制造方法對(duì)于碳/碳復(fù)合材料人工骨的制備是不合適的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服上述中存在的問(wèn)題，提供一種個(gè)性化碳-碳復(fù)合材料人工骨及其制備方法，其克服了單ー碳材料的脆性，具有高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕性、耐高溫的特點(diǎn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是ー種個(gè)性化碳/碳復(fù)合材料人工骨的制備方法，具體步驟如下a.選擇碳纖維增強(qiáng)碳基體作為原料，碳纖維增強(qiáng)碳基體的彈性模量與人骨相當(dāng)，具有良好的生物力學(xué)相容性；b.通過(guò)CT圖像的采集進(jìn)行人エ骨輪廓，采集后的人工骨輪廓轉(zhuǎn)換成非均勻有理B樣條曲面的方法對(duì)碳/碳復(fù)合材料進(jìn)行處理后形成碳/碳復(fù)合材料人工骨，其具體方法如下(I)輪廓勾畫；(2)生成二值體數(shù)據(jù)；(3)三角網(wǎng)格生成；(4)轉(zhuǎn)換成NURBS曲面；c.將碳纖維增強(qiáng)碳基體放入真空輝光放電室中，在真空輝光放電室中通入氬氣進(jìn)行對(duì)碳纖維增強(qiáng)碳基體表面進(jìn)行等離子預(yù)處理，去除碳纖維周圍熱解碳表面的皺褶、碎片、結(jié)合力差的特性，使得羥基磷灰石與碳纖維結(jié)合強(qiáng)度提高，真空輝光放電室的直流電源電壓、氬氣的壓力、工作電流、工作時(shí)間等參數(shù)可調(diào)，經(jīng)過(guò)處理后的碳纖維增強(qiáng)碳基體放入酒精溶液中進(jìn)行超聲清洗，清洗氬氣轟擊下來(lái)的熱解碳顆粒；d.對(duì)清洗過(guò)后的碳纖維增強(qiáng)碳基體表面進(jìn)行噴涂羥基磷灰石涂層形成成品碳/碳復(fù)合材料，噴等離子噴涂功率為38kw，噴涂距離為110mm，噴槍移動(dòng)速率為180mm/s，涂層厚度為70um，滿足人體對(duì)羥基磷灰石圖層厚度的要求。d中碳/碳復(fù)合材料人工骨包括碳/碳復(fù)合材料和羥基磷灰石，羥基磷灰石噴涂在 碳/碳復(fù)合材料表面上。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種個(gè)性化碳-碳復(fù)合材料人工骨及其制備方法，通過(guò)CT圖像制備得到的碳/碳復(fù)合材料人工骨能夠與其被更換的自身骨形狀一致；在碳/碳復(fù)合材料的表面上噴涂羥基磷灰石涂層，能夠提高碳/碳復(fù)合材料表面活性，有效地減少碳顆粒的釋放；通過(guò)等離子體預(yù)處理，可以提高羥基磷灰石涂層與碳/碳復(fù)合材料之間的結(jié)合力；能夠使其彈性模量與人骨相當(dāng)，具有高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕和耐高溫的特性，并且為良好應(yīng)用前景的人工關(guān)節(jié)、骨假體材料。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的非均勻有理B樣條曲面流程圖；圖2是本發(fā)明的輪廓勾畫的示意圖；圖3是本發(fā)明的多邊形和對(duì)應(yīng)的圖像；圖4是本發(fā)明的等離子處理后的碳/碳復(fù)合材料SEM形貌示意圖；圖5是本發(fā)明等離子體處理碳/碳復(fù)合材料的紅外光譜圖；圖6是本發(fā)明的羥基磷灰石的涂層SEM形貌和電子能譜示意圖；圖7是本發(fā)明的羥基磷灰石涂層的紅外吸收光譜示意圖；圖8是本發(fā)明的羥基磷灰石涂層的XRD衍射圖譜示意圖；圖9是本發(fā)明的劃痕試驗(yàn)和SEM形貌示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。一種個(gè)性化碳-碳復(fù)合材料人工骨的制備方法，具體步驟如下a.選擇碳纖維增強(qiáng)碳基體作為原料；b.通過(guò)CT圖像的采集進(jìn)行人工骨輪廓，采集后的人工骨輪廓轉(zhuǎn)換成非均勻有理B樣條曲面(如圖I)的方法對(duì)碳/碳復(fù)合材料進(jìn)行處理后形成碳/碳復(fù)合材料人工骨，其具體方法如下(I)輪廓勾畫在DICOM RT上通過(guò)RT struct模塊自動(dòng)和手動(dòng)相結(jié)合勾畫骨輪廓，自動(dòng)勾畫可以較快的勾畫輪廓，手動(dòng)勾畫相對(duì)準(zhǔn)確但費(fèi)時(shí)。自動(dòng)勾畫采用auto-by-threshold技術(shù)，即把CT灰度分為128等級(jí),再轉(zhuǎn)換成紅色的64灰階等級(jí)圖，如圖2(a)所示，利用公式

權(quán)利要求
1.一種個(gè)性化碳-碳復(fù)合材料人工骨的制備方法，其特征是具體步驟如下 a.選擇碳纖維增強(qiáng)碳基體作為原料； b.通過(guò)CT圖像的采集進(jìn)行人工骨輪廓，采集后的人工骨輪廓轉(zhuǎn)換成非均勻有理B樣條曲面的方法對(duì)碳/碳復(fù)合材料進(jìn)行處理后形成碳/碳復(fù)合材料人工骨，其具體方法如下(I)輪廓勾畫；(2)生成二值體數(shù)據(jù)；(3)三角網(wǎng)格生成；(4)轉(zhuǎn)換成NURBS曲面； c.將碳纖維增強(qiáng)碳基體放入真空輝光放電室中，在真空輝光放電室中通入氬氣進(jìn)行對(duì)碳纖維增強(qiáng)碳基體表面進(jìn)行等離子預(yù)處理，經(jīng)過(guò)處理后的碳纖維增強(qiáng)碳基體放入酒精溶液中進(jìn)行超聲清洗； d.對(duì)清洗過(guò)后的碳纖維增強(qiáng)碳基體表面進(jìn)行噴涂羥基磷灰石涂層形成成品碳/碳復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種個(gè)性化碳-碳復(fù)合材料人工骨，其特征是d中碳/碳復(fù)合材料人工骨包括碳/碳復(fù)合材料和羥基磷灰石，羥基磷灰石噴涂在碳/碳復(fù)合材料表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種個(gè)性化碳-碳復(fù)合材料人工骨及其制備方法,具體步驟如下a.選擇碳纖維增強(qiáng)碳基體作為原料；b.通過(guò)CT圖像的采集進(jìn)行人工骨輪廓，采集后的人工骨輪廓轉(zhuǎn)換成非均勻有理B樣條曲面的方法對(duì)碳/碳復(fù)合材料進(jìn)行處理后形成碳/碳復(fù)合材料人工骨；c.在真空輝光放電室中通入氬氣進(jìn)行對(duì)碳纖維增強(qiáng)碳基體表面進(jìn)行等離子預(yù)處理，經(jīng)過(guò)處理后的碳纖維增強(qiáng)碳基體放入酒精溶液中進(jìn)行超聲清洗；d.對(duì)清洗過(guò)后的碳纖維增強(qiáng)碳基體表面進(jìn)行噴涂羥基磷灰石涂層形成成品碳/碳復(fù)合材料。本發(fā)明的一種個(gè)性化碳-碳復(fù)合材料人工骨及其制備方法，在碳/碳復(fù)合材料的表面上噴涂羥基磷灰石涂層，能夠提高碳/碳復(fù)合材料表面活性，有效地減少碳顆粒的釋放。
文檔編號(hào)A61L27/32GK102764453SQ20121026173
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者倪昕曄 申請(qǐng)人:倪昕曄