帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種人工髖關(guān)節(jié)假體，尤其是一種用于髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體。
【背景技術(shù)】
[0002]人工髖關(guān)節(jié)假體在植入到人體之后，其使用壽命在很大程度上取決于假體界面的摩擦磨損性能。界面摩擦具體包括:干摩擦、邊界摩擦和浸潤(rùn)摩擦，其中浸潤(rùn)摩擦的磨損率最低。提高人工髖關(guān)節(jié)假體的使用壽命，最理想的方式就是使摩擦界面在壽命期內(nèi)長(zhǎng)期處于浸潤(rùn)摩擦狀態(tài)。
[0003]當(dāng)今的人工髖關(guān)節(jié)假體中股骨頭假體與髖臼假體之間采用的是干摩擦的形式，摩擦界面間設(shè)計(jì)成一定的間隙，用于容納組織液或者血液，其目的是使摩擦界面達(dá)到邊界摩擦或者浸潤(rùn)摩擦的效果。但是，無(wú)論采用陶瓷/金屬對(duì)聚乙烯、陶瓷對(duì)陶瓷、金屬對(duì)金屬哪一種配伍方式，都沒(méi)有辦法完全使摩擦副處于浸潤(rùn)狀態(tài)。
[0004]為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)造性地提出將毛細(xì)管結(jié)構(gòu)應(yīng)用到摩擦界面中，利用毛細(xì)現(xiàn)象在關(guān)節(jié)假體表面形成一層液膜，就能夠使得摩擦界面長(zhǎng)期處于浸潤(rùn)狀態(tài)，達(dá)到延長(zhǎng)關(guān)節(jié)假體使用壽命的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了降低髖關(guān)節(jié)假體摩擦界面的磨損，延長(zhǎng)髖關(guān)節(jié)假體的使用壽命O
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上的目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0007]帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體包括內(nèi)表面1、基體2和外表面3，其特征在于:髖臼內(nèi)襯假體基體2由具有生物相容性的金屬材料制成，基體2內(nèi)具有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4，毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4可以采用V型結(jié)構(gòu)或者U型結(jié)構(gòu)，毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4的橫截面形狀采用圓形4.1、橢圓形4.2或多邊形4.3，橫截面采用多邊形時(shí)，多邊形的邊數(shù)優(yōu)選采用3?10個(gè)，毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4的橫截面面積優(yōu)選為0.0lmm2?0.25mm2,毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4在外表面3上的孔間距優(yōu)選為Imm?5_，帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體采用3D打印技術(shù)成型。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0009]1、帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體利用髖臼內(nèi)襯假體內(nèi)表面的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)將組織液或者血液等液體吸附到毛細(xì)管結(jié)構(gòu)內(nèi)，當(dāng)髖臼內(nèi)襯假體與股骨頭假體匹配時(shí)，在壓力作用下摩擦界面間會(huì)充滿一層液膜，這層液膜會(huì)使得股骨頭假體與髖白假體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中處于浸潤(rùn)摩擦狀態(tài)，這就會(huì)大大的降低磨損率，顯著的延長(zhǎng)髖關(guān)節(jié)假體的使用壽命。
[0010]2、對(duì)于人工髖關(guān)節(jié)生物型固定的普遍的做法是:髖臼假體分為髖臼外杯和髖臼內(nèi)襯，其中髖白內(nèi)襯假體如果采用金屬材料，其內(nèi)表面要求具有極高的粗糙度要求。本發(fā)明因?yàn)橐M(jìn)了毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，使得髖白內(nèi)襯假體的內(nèi)表面不需要很高的粗糙度要求，加工更容易，成本更低。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為根據(jù)本發(fā)明的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體；
[0012]圖2為根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體，具有V型毛細(xì)管結(jié)構(gòu)；
[0013]圖3為根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體，具有U型毛細(xì)管結(jié)構(gòu)；
[0014]圖4為根據(jù)本發(fā)明的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體中的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；
[0015]圖5為根據(jù)本發(fā)明的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體的3D打印加工成型過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于如下實(shí)施方案。
[0017]帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體包括內(nèi)表面1、基體2和外表面3。內(nèi)表面I為標(biāo)準(zhǔn)半球的球形表面，球直徑優(yōu)選:22mm、26mm、28mm、32mm、36mm和40mm。
[0018]髖白內(nèi)襯假體基體2由具有生物相容性的金屬材料制成，金屬材料優(yōu)選:鈦合金、不銹鋼和鈷鉻鉬合金。
[0019]髖臼內(nèi)襯假體基體2內(nèi)緊密排布毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4，該結(jié)構(gòu)不允許將內(nèi)表面I和外表面3連通，否則將失去內(nèi)表面I上形成液膜的充分必要條件，因?yàn)閮?nèi)表面I和外表面3 —旦連通，被毛細(xì)管吸附的液體將會(huì)在股骨頭假體與髖白假體相互運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力下，流到外表面3外，并且會(huì)出現(xiàn)液體的持續(xù)流失，所以內(nèi)表面I和外表面3不連通是帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體設(shè)計(jì)的第一要素。
[0020]毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4在基體2內(nèi)可以呈現(xiàn)出多種結(jié)構(gòu)形式，這些結(jié)構(gòu)形式優(yōu)選V型結(jié)構(gòu)和U型結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示。毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4的結(jié)構(gòu)形式務(wù)必保證開口處于內(nèi)表面I上，管身通路處于基體2內(nèi)。因?yàn)槊?xì)管的吸附能力取決于管的粗細(xì)，所以不同的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4的長(zhǎng)度并不會(huì)影響使用效果，這也就使得毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4的結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)多樣化。但是，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式更易于液體在管內(nèi)的流通。
[0021]毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4的橫截面形狀可以采用多種形式，優(yōu)選圓形4.1、橢圓形4.2和多邊形4.3，如圖4所示。如果采用多邊形橫截面，多邊形的邊數(shù)應(yīng)至少為3個(gè)，優(yōu)選采用3?10個(gè)。因?yàn)檩^少的邊更能體現(xiàn)形狀特征，邊數(shù)越多，多邊形特性越模糊，圓形或橢圓形特征越明顯。
[0022]毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4具有毛細(xì)現(xiàn)象的條件是其橫截面面積要足夠小，橫截面面積優(yōu)選為
0.0lmm2?0.25mm2。因?yàn)闄M截面面積越大，毛細(xì)現(xiàn)象越不明顯，而橫截面面積越小，越不利于生產(chǎn)加工。如果毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4采用正方形橫截面形狀，其對(duì)應(yīng)的優(yōu)選邊長(zhǎng)為0.1mm?
0.5mmο
[0023]毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4在內(nèi)表面I上的孔間距優(yōu)選為Imm?5mm。過(guò)大的孔間距會(huì)造成液膜不連續(xù)，不能在摩擦界面間形成完整的液膜。過(guò)小的孔間距會(huì)造成加工困難，如果出現(xiàn)孔口粘連，將會(huì)大幅的降低毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4的吸附能力。
[0024]本發(fā)明的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體可以如下制備。
[0025]選用工業(yè)級(jí)的3D打印機(jī)EOSINT M280作為加工設(shè)備，該打印機(jī)的打印精度可達(dá)到
0.02mm，能夠滿足孔徑最小0.1mm的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)加工，選用的材料為Ti6A14V鈦合金，在3D打印機(jī)上通過(guò)多層打印方式實(shí)現(xiàn)加工生產(chǎn)。具體實(shí)施如下:
[0026]第一步:使用三維建模軟件PR0/E將帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體進(jìn)行三維建模，并另存為stl格式，命名為thinhole-liner.stl。將thinhole-liner.stl的三維模型通過(guò)SD卡或者優(yōu)盤拷貝到3D打印機(jī)中。
[0027]第二步:在3D打印機(jī)中將thinhole-liner.stl的三維模型打開，并將其進(jìn)行切片處理，設(shè)置每層切片的厚度為0.02mm，同時(shí)設(shè)置起始位置為髖白內(nèi)襯的端面，打印方向沿髖臼內(nèi)襯的軸向，打印方法為間接燒結(jié)成型工藝。
[0028]第三步:在3D打印機(jī)的墨盒中裝入足夠的Ti6A14V鈦合金粉料，粉料的粒徑^ 0.02mm。
[0029]第四步:設(shè)置打印速度7臟/8，功率40(^，噴嘴大小0.02_1，開啟3D打印機(jī)進(jìn)行打印加工，加工過(guò)程如圖5所示。
[0030]第五步:打印完成的產(chǎn)品無(wú)需二次加工，直接進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)于帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體，在清洗過(guò)程中，務(wù)必保證毛細(xì)管結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)雜質(zhì)堵塞，烘干充分無(wú)液體殘苗O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體，包括內(nèi)表面(1)、基體(2)和外表面(3)，其特征在于:髖白假體基體(2)由具有生物相容性的金屬材料制成，基體(2)內(nèi)具有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)(4)，毛細(xì)管結(jié)構(gòu)(4)與內(nèi)表面(I)連通，不與外表面(3)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體，其特征在于所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)⑷為V型結(jié)構(gòu)(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體，其特征在于所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)⑷為U型結(jié)構(gòu)(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體，其特征在于所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)(4)的橫截面形狀為圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體，其特征在于所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)(4)的橫截面形狀為橢圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體，其特征在于所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)(4)的橫截面形狀為多邊形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體，其特征在于所述多邊形的邊數(shù)為3?10個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體，其特征在于所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)(4)的橫截面面積為0.0lmm2?0.25mm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體，其特征在于所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)⑷在內(nèi)表面⑴上的孔間距為Imm?5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖白內(nèi)襯假體的制備方法，其特征在于通過(guò)3D打印技術(shù)加工成型。
【專利摘要】本發(fā)明涉及帶有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的髖臼內(nèi)襯假體，包括內(nèi)表面1、基體2和外表面3，髖臼假體基體2由具有生物相容性的金屬材料制成，基體2內(nèi)具有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4，毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4可以采用V型結(jié)構(gòu)或者U型結(jié)構(gòu)，毛細(xì)管結(jié)構(gòu)4的橫截面形狀采用圓形、橢圓形或多邊形，并采用3D打印技術(shù)成型。本發(fā)明能夠降低髖關(guān)節(jié)摩擦界面的磨損，延長(zhǎng)髖關(guān)節(jié)假體的使用壽命。
【IPC分類】A61F2-34
【公開號(hào)】CN104706445
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510068391
【發(fā)明人】賈海濤, 張琳, 曹小剛, 張國(guó)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】北京固圣生物科技有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年2月5日