CN104857557A - 一种个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架 - Google Patents

一种个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架 Download PDF

Info

Publication number
CN104857557A
CN104857557A CN201510167962.0A CN201510167962A CN104857557A CN 104857557 A CN104857557 A CN 104857557A CN 201510167962 A CN201510167962 A CN 201510167962A CN 104857557 A CN104857557 A CN 104857557A
Authority
CN
China
Prior art keywords
artificial bone
alloy
tibial plateau
dynamic modulus
scaffold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510167962.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104857557B (zh
Inventor
谢杨
金光辉
孙晓飞
章云童
马兵
李超
董薇
夏琰
李刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Second Military Medical University SMMU
Original Assignee
Second Military Medical University SMMU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Second Military Medical University SMMU filed Critical Second Military Medical University SMMU
Priority to CN201510167962.0A priority Critical patent/CN104857557B/zh
Publication of CN104857557A publication Critical patent/CN104857557A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104857557B publication Critical patent/CN104857557B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明属于医用器械领域，具体为一种个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架，本发明根据患者胫骨平台骨折缺损部位的机构，利用反求工程和CAD技术设计并使用选择性激光烧结技术制作与缺损部位相匹配的个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架，由多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁和Al2O3陶瓷关节面构成。本发明弥补了带关节面胫骨平台人工骨支架的空白，更加符合胫骨平台骨折解剖特点，为个性化治疗提供了可行的方案。

Description

一种个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架
技术领域
本发明属于医用器械领域，具体为一种个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架。
背景技术
在骨科手术中，骨修复、骨填充和骨支撑是常用的治疗手段。胫骨平台骨折由于累及关节面，对于替代植入材料的力学强度、生物相容性，以及关节面部分的表面摩擦系数以及耐磨性具有更高的要求。此外由于缺损结构形态的不规则性，造成植入物与缺损区的不匹配，就要求手术者在术中对传统植入物的塑形与反复的匹配，延长了手术时间、增加了术中的出血量，最终影响手术的效果。现有许多医用植入物，例如专利201110154931.3一种多孔生物陶瓷微球的人工骨支架制备方法，其利用三维打印机浇注生物陶瓷浆料制造三维壳体。但骨折并非规则的几何形状，应用电脑设计无法完全贴合缺损部位。另外三维打印技术的精度差，关节面人工骨支架要避免台阶，其无法满足人工骨支架对精度的要求。且考虑胫骨平台是承重部位，陶瓷材料在韧性、弹性、疲劳特性等力学性能上差强人意。因此要求我们探索新的人工骨支架。在材料方面，β相的Ti相比较传统的α+βTi-6Al-4V合金而言，具有更高的强度水平和更好的切口性能及柔韧性，Ti-15Mo合金以其低弹性模量、优异的成形性和抗腐蚀性被美国FDA推荐至医学领域。高孔隙率的医用钛合金骨小梁的强度约为自然松质骨的两倍，而弹性和柔韧性则与之接近，可模拟真正骨质的物理和力学特性，为植骨材料提供了新的选择。而Al2O3陶瓷是惰性生物陶瓷的一种，具有良好的生物相容性、抗疲劳、低表面摩擦系数以及极高的耐磨性，因而已广泛用于牙齿和人工关节中，具备较为成熟的制备工艺。在个体化设计方面，随着现代影像技术及计算机辅助设计技术的发展，3D打印技术使得关节周围骨缺损的高度个体化设计成为可能。2012年2月比利时和荷兰的医生首次使用3D打印为一名下颌骨坏死的患者植入个体定制人工下颔骨。3D打印具有快速，精确成形等优点。但针对包含承重关节面的关节周围骨缺损的应用研究仍是空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架。
本发明提出的个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架由多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁3和Al2O3陶瓷关节面2构成，Al2O3陶瓷关节面2贴合于多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁3上方，所述多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁3上设有螺钉孔洞5，所述多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁3与新生骨之间通过螺钉穿过螺钉孔洞5固定；新生骨借由多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁结构长入，使人工骨支架更为牢固。陶瓷关节面起到代替缺损软骨的作用，可耐受膝关节活动带来的磨损；具体制备工艺如下：
(1)根据患者胫骨平台骨折的情况，利用反求工程建立骨折缺损部位三维模型，采用CAD技术设计与骨折缺损部位相匹配的人工骨支架，减少手术中因塑形带来的麻烦；
(2)将15wt%Mo、85wt%Ti粉末和Al2O3粉末分别加入选择性激光烧结系统粉末槽，利用选择性激光烧结技术，在惰性气体保护下加温至1200℃，升温速度为5℃/min~10℃/min，烧结出一体化多孔隙β-Ti-15Mo合金骨小梁和Al2O3陶瓷关节面的主体部分，保温2小时后随炉逐步冷却，降温速度为5℃/min~10℃/min，进行退火处理；
(3)采用直径为3.5mm螺钉，螺钉长度视损伤情况尽量保证打入人工骨支架内10扣纹以上。
本发明的有益效果在于：本发明旨在利用SLS技术制备个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架，创造了精确、贴合解剖特点的胫骨平台骨折修复方法。所述β-Ti-15Mo合金骨小梁具有相互连通的孔隙结构，可用于骨长入。Al2O3陶瓷关节面具有低表面摩擦系数以及极高的耐磨性，可耐受膝关节的长期磨损。
附图说明
图1为本发明的冠状面图示。
图2为本发明的矢状面图示。
图3为本发明的修复效果图示。
图中标号：2 Al2O3陶瓷关节面；3 多孔隙β-Ti-15Mo合金骨小梁；4 两个螺钉；5 两个螺钉孔洞。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：对胫骨平台骨折区域进行薄层CT扫描，获得包含骨折缺损部分的薄层CT影像，应用MIMCS软件设计出CAD三维模型将最终设计参数输入3D打印机，将15wt%Mo、1wt%TiO2和84wt%Ti粉末和Al2O3粉末分别加入选择性激光烧结系统粉末槽，利用选择性激光烧结技术，在惰性气体保护下加温至1200℃，升温速度为5℃/min~10℃/min，烧结出一体化多孔隙β-Ti-15Mo合金骨小梁3和Al2O3陶瓷关节面2的主体部分，保温2小时后随炉逐步冷却，降温速度为5℃/min~10℃/min，进行退火处理。将打印好的3 多孔隙β-Ti-15Mo合金骨小梁和Al2O3陶瓷关节面2植入胫骨平台骨折区域，用两个螺钉4通过两个螺钉孔洞5固定在骨折区域，螺钉深度尽量保证打入骨内10扣纹以上。

Claims (1)

1.一种个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架，其特征在于由多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁（3）和Al2O3陶瓷关节面（2）构成，Al2O3陶瓷关节面（2）贴合于多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁（3）上方，所述多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁（3）上设有螺钉孔洞（5），所述多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁（3）与新生骨之间通过螺钉穿过螺钉孔洞（5）固定；新生骨借由多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁结构长入，使人工骨支架更为牢固；陶瓷关节面起到代替缺损软骨的作用，可耐受膝关节活动带来的磨损；具体制备工艺如下：
(1)根据患者胫骨平台骨折的情况，利用反求工程建立骨折缺损部位三维模型，采用CAD技术设计与骨折缺损部位相匹配的人工骨支架，减少手术中因塑形带来的麻烦；
(2)将15wt%Mo、85wt%Ti粉末和Al2O3粉末分别加入选择性激光烧结系统粉末槽，利用选择性激光烧结技术，在惰性气体保护下加温至1200℃，升温速度为5℃/min~10℃/min，烧结出一体化多孔隙β-Ti-15Mo合金骨小梁和Al2O3陶瓷关节面的主体部分，保温2小时后随炉逐步冷却，降温速度为5℃/min~10℃/min，进行退火处理；
(3)采用直径为3.5mm螺钉，螺钉长度视损伤情况尽量保证打入人工骨支架内10扣纹以上。
CN201510167962.0A 2015-04-10 2015-04-10 一种个性化β‑Ti‑15Mo合金‑Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架 Expired - Fee Related CN104857557B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510167962.0A CN104857557B (zh) 2015-04-10 2015-04-10 一种个性化β‑Ti‑15Mo合金‑Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510167962.0A CN104857557B (zh) 2015-04-10 2015-04-10 一种个性化β‑Ti‑15Mo合金‑Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104857557A true CN104857557A (zh) 2015-08-26
CN104857557B CN104857557B (zh) 2017-07-28

Family

ID=53904008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510167962.0A Expired - Fee Related CN104857557B (zh) 2015-04-10 2015-04-10 一种个性化β‑Ti‑15Mo合金‑Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104857557B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108210127A (zh) * 2018-01-04 2018-06-29 上海科太迈迪医疗器械有限公司 骨小梁结构的非骨水泥型胫骨组件及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4994085A (en) * 1988-03-09 1991-02-19 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Artificial stem unit for coxa with setting guide
CN1083729A (zh) * 1992-09-05 1994-03-16 卫生部口腔种植科技中心 复合人工颌骨及其制作方法
CN101416906A (zh) * 2008-11-26 2009-04-29 北京天新福医疗器材有限公司 医用金属人工骨小梁的制备及应用
CN102327648A (zh) * 2011-10-15 2012-01-25 西安交通大学 一种多孔镁合金/生物陶瓷仿生复合支架及其快速成型方法
CN103656752A (zh) * 2012-09-25 2014-03-26 中南大学 利用石墨烯强韧化生物陶瓷材料及其人工骨的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4994085A (en) * 1988-03-09 1991-02-19 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Artificial stem unit for coxa with setting guide
CN1083729A (zh) * 1992-09-05 1994-03-16 卫生部口腔种植科技中心 复合人工颌骨及其制作方法
CN101416906A (zh) * 2008-11-26 2009-04-29 北京天新福医疗器材有限公司 医用金属人工骨小梁的制备及应用
CN102327648A (zh) * 2011-10-15 2012-01-25 西安交通大学 一种多孔镁合金/生物陶瓷仿生复合支架及其快速成型方法
CN103656752A (zh) * 2012-09-25 2014-03-26 中南大学 利用石墨烯强韧化生物陶瓷材料及其人工骨的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108210127A (zh) * 2018-01-04 2018-06-29 上海科太迈迪医疗器械有限公司 骨小梁结构的非骨水泥型胫骨组件及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104857557B (zh) 2017-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Early osteointegration evaluation of porous Ti6Al4V scaffolds designed based on triply periodic minimal surface models
Cronskär et al. Production of customized hip stem prostheses–a comparison between conventional machining and electron beam melting (EBM)
Lin et al. Bone remodeling induced by dental implants of functionally graded materials
Nakano et al. Powder-based additive manufacturing for development of tailor-made implants for orthopedic applications
CN102764888B (zh) 一种复合多孔β－TCP的钛合金人距骨支撑棒及其制备方法
Xu et al. A custom-made temporomandibular joint prosthesis for fabrication by selective laser melting: Finite element analysis
Koptyug et al. Additive manufacturing technology applications targeting practical surgery
WO2014028505A1 (en) Methods for fabricating dental prostheses
Inglam et al. Biomechanical evaluation of a novel porous-structure implant: finite element study.
杨永强 et al. Selective laser melting and its applications on personalized medical parts
Mehrotra et al. Patient specific total temporomandibular joint reconstruction: A review of biomaterial, designs, fabrication and outcomes
CN101708134A (zh) 低弹性模量人工髋关节股骨柄
Guo et al. Studies on the performance of molar porous root-analogue implant by finite element model simulation and verification of a case report
de Ulloa et al. Biomechanical behavior of customized scaffolds: A three-dimensional finite element analysis
DeVasConCellos et al. Patient specific implants for amputation prostheses: Design, manufacture and analysis
CN201394097Y (zh) 低弹性模量人工髋关节股骨柄
CN104857557A (zh) 一种个性化β-Ti-15Mo合金-Al2O3陶瓷胫骨平台人工骨支架
Razaghi et al. Dynamic simulation and finite element analysis of the maxillary bone injury around dental implant during chewing different food
Murr Global trends in the development of complex, personalized, biomedical, surgical implant devices using 3D printing/additive manufacturing: A review
Ahmed et al. 3D printed implants for joint replacement
CN104758982B (zh) 一种个性化β‑Ti‑15Mo合金‑Co‑28Cr‑6Mo合金‑Al2O3陶瓷髋臼人工骨支架
Baharuddin et al. Fabrication of Low‐Cost, Cementless Femoral Stem 316 L Stainless Steel Using Investment Casting Technique
Tharaknath et al. Design and analysis of hip prosthesis using functionally graded material
Sheydaeian et al. Additive manufacture of porous ceramic proximal interphalangeal (PIP) joint implant: design and process optimization
WO2017202829A1 (en) Method for the production of a mandibular joint endoprothesis or of an implant for treating bone deficiencies or defects of the face or of the skull or other defects in the body area

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170728

Termination date: 20190410

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee