CN116942376A - 金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法 - Google Patents
金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116942376A CN116942376A CN202310943255.0A CN202310943255A CN116942376A CN 116942376 A CN116942376 A CN 116942376A CN 202310943255 A CN202310943255 A CN 202310943255A CN 116942376 A CN116942376 A CN 116942376A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- prosthesis
- micro
- cermet
- humerus
- shoulder joint
- 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.)
- Pending
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 210000002758 humerus Anatomy 0.000 claims abstract description 45
- 241001653121 Glenoides Species 0.000 claims abstract description 41
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims abstract description 41
- GFUGMBIZUXZOAF-UHFFFAOYSA-N niobium zirconium Chemical compound [Zr].[Nb] GFUGMBIZUXZOAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 210000004095 humeral head Anatomy 0.000 claims abstract description 30
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims abstract description 15
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims description 66
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 47
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 44
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 22
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 12
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 12
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 4
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims description 4
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 claims description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 4
- 238000007514 turning Methods 0.000 claims description 4
- 208000037099 Prosthesis Failure Diseases 0.000 abstract description 6
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 4
- 208000003076 Osteolysis Diseases 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 208000029791 lytic metastatic bone lesion Diseases 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 210000004197 pelvis Anatomy 0.000 description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 208000037408 Device failure Diseases 0.000 description 1
- 208000012659 Joint disease Diseases 0.000 description 1
- 206010058046 Post procedural complication Diseases 0.000 description 1
- 208000035965 Postoperative Complications Diseases 0.000 description 1
- 206010066902 Surgical failure Diseases 0.000 description 1
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000008407 joint function Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/40—Joints for shoulders
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/3094—Designing or manufacturing processes
- A61F2002/30985—Designing or manufacturing processes using three dimensional printing [3DP]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/40—Joints for shoulders
- A61F2002/4011—Joints for shoulders including proximal or total replacement of the humerus
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2310/00—Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
- A61F2310/00005—The prosthesis being constructed from a particular material
- A61F2310/00011—Metals or alloys
- A61F2310/00035—Other metals or alloys
- A61F2310/00089—Zirconium or Zr-based alloys
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2310/00—Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
- A61F2310/00005—The prosthesis being constructed from a particular material
- A61F2310/00011—Metals or alloys
- A61F2310/00035—Other metals or alloys
- A61F2310/00095—Niobium or Nb-based alloys
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2310/00—Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
- A61F2310/00389—The prosthesis being coated or covered with a particular material
- A61F2310/00592—Coating or prosthesis-covering structure made of ceramics or of ceramic-like compounds
- A61F2310/00598—Coating or prosthesis-covering structure made of compounds based on metal oxides or hydroxides
- A61F2310/00634—Coating made of zirconium oxide or hydroxides
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2310/00—Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
- A61F2310/00389—The prosthesis being coated or covered with a particular material
- A61F2310/00592—Coating or prosthesis-covering structure made of ceramics or of ceramic-like compounds
- A61F2310/00598—Coating or prosthesis-covering structure made of compounds based on metal oxides or hydroxides
- A61F2310/0064—Coating made of niobium oxide or hydroxides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
本申请涉及骨科人工关节设计制造技术领域，尤其是涉及一种金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法。金属陶瓷全肩关节假体系统包括顺次连接的肱骨柄假体、锥度适配器假体、肱骨头假体以及肩盂托假体；肱骨头假体和锥度适配器假体均采用3D锆铌金属打印或锻件加工成型；肱骨柄假体与肩盂托假体采用3D打印锆铌合金一体成型；肱骨头假体和肩盂托假体的相对运动接触面的位置处设置有由锆铌表面氧化形成的金属陶瓷界面层。本申请提供的金属陶瓷全肩关节假体系统使用寿命更长，耐磨性强、具有低磨损率、不会引发骨溶解、不会造成假体松动等优点。
Description
技术领域
本申请涉及骨科人工关节设计制造技术领域，尤其是涉及一种金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法。
背景技术
目前，随着老年社会的到来，关节疾病增多；同时由于社会进步人们对健康要求更高，关节置换的数量急剧增加。关节假体置换是一种手术治疗方法，主要目的是恢复关节功能，缓解疼痛，提高患者的生活质量。尽管关节置换手术手术过程及技术目前临床已标准化，但是关节置换后各种并发症时有发生，导致手术失败并需要进行手术翻修。假体与骨界面松动是造成假体失效的主要原因，假体松动的原因十分复杂，无菌性松动是最常见的术后并发症。
在关节假体失效的原因中，活动磨损是无菌性松动的最主要的原因之一。据统计，在人工关节置换术后10年内，活动磨损失效占比约为50-60％。随着使用年限的增加，活动磨损失效的占比也会逐渐增加。因此，减少关节假体的活动磨损，是提高关节假体寿命和减少失效率的重要手段之一。
现有的关节假体多数采用超高分子量聚乙烯制成，由超高分子量聚乙烯制成的关节假体，一方面，其磨屑容易散布到周围组织，从而引发骨溶解现象，造成假体松动；另一方面，耐磨和耐腐蚀性较差。
因此，亟需一种金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法，在一定程度上以解决现有技术中存在的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法，以在一定程度上提高关节假体的耐磨性、耐腐蚀性等有益效果。
本申请提供了一种金属陶瓷全肩关节假体系统，包括顺次连接的肱骨柄假体、锥度适配器假体、肱骨头假体以及肩盂托假体；
所述肱骨头假体和所述锥度适配器假体均采用3D锆铌金属打印或锻件加工成型；
所述肱骨柄假体与所述肩盂托假体采用3D打印锆铌合金一体成型；
所述肱骨头假体和所述肩盂托假体的相对运动接触面的位置处设置有由锆铌表面氧化形成的金属陶瓷界面层。
在上述技术方案中，进一步地，所述金属陶瓷界面层包括叠加的氧化层以及富氧扩散层；
所述金属陶瓷界面层的厚度设置在3μm-35μm之间。
在上述技术方案中，进一步地，所述肩盂托假体除与所述肱骨头假体相对的剩余面上均设置有所述金属陶瓷界面层。
在上述技术方案中，进一步地，所述锥度适配器假体分别与所述肱骨头假体以及所述肩盂托假体之间设置有由所述锆铌表面氧化的所述金属陶瓷界面层或锆铌抛光面层。
在上述技术方案中，进一步地，所述肩盂托假体内设置有骨小梁孔隙结构。
在上述技术方案中，进一步地，所述肱骨头假体与所述肩盂托假体的所述相对运动接触面的位置处还设置有微织构结构；
所述金属陶瓷界面层形成于所述微织构结构。
在上述技术方案中，进一步地，所述微织构结构包括固定部以及微织构；
所述微织构设置于所述固定部朝向所述肱骨头假体和/或所述肩盂托假体的端面。
在上述技术方案中，进一步地，所述微织构结为凹六棱柱的微织构或凹圆柱的微织构。
本申请还提供一种金属陶瓷全肩关节假体系统的制备方法，包括以下步骤：
步骤100：肱骨柄假体和肩盂托假体的制备；
步骤101：以颗粒直径为50微米的锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型分别得到肱骨柄假体的第一中间产物和肩盂托假体的第一中间产物，将两种第一中间产物放入热等静压炉，在氦气或氩气保护下，升温至1250℃1400℃，在140MPa180MPa，恒温放置1h3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到两种第二中间产物；
步骤102：将两种第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至80℃～120℃，恒温放置5h10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h 36h，调节温度至室温，得到两种第三中间产物；
步骤103：将两种第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至80℃～120℃，恒温放置5h10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h 36h，调节温度至室温；得到两种第四中间产物；
步骤104：将两种第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，然后在在相对运动接触面上加工微织构结构，通过使用微细铣削、车削加工和激光加工等机械方法，制备出微米级微织构结构和/或纳米级微织构结构，使得微织构结构与金属陶瓷界面层的整体具有不同形状的凹或凸微观结构或多级尺度复合结构；得到两种第五中间产物；或者不进行微织构结构的制作而直接得到第五中间产物；
步骤105：将两种第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％15％的常压氦气或氩气，以5℃/min20℃/min加热至500℃700℃，以0.4℃/min0.9℃/min降温至400℃495℃，再自然冷却至200℃以下取出，分别得到肩盂托假体和肱骨柄假体；
步骤200：肱骨头假体和锥度适配器假体的制备：
步骤201：将锆铌合金锻件进行机加工、修整、抛光、清洗和干燥，分别得到肱骨头假体和锥度适配器假体的中间产物，在肱骨头假体的相对运动接触面上加工微织构结构；而后在肱骨头假体和锥度适配器假体相对运动接触面上进行微织构结构制作或者不进行微织构结构的制作而直接得到中间产物；
步骤202：分别将肱骨头假体和锥度适配器假体的中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％15％的常压氦气或氩气，以5℃/min20℃/min加热至500℃700℃，以0.4℃/min0.9℃/min降温至400℃495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到肱骨头假体和锥度适配器假体。
在上述技术方案中，进一步地，所述步骤201中的锥度适配器假体的中间产物的外表面的粗糙度为Ra≤0.080μm；肱骨头假体的中间产物的内表面的粗糙度为Ra≤0.050μm。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供的一种金属陶瓷全肩关节假体系统，包括顺次连接的肱骨柄假体、锥度适配器假体、肱骨头假体以及肩盂托假体；
所述肱骨头假体和所述锥度适配器假体均采用3D锆铌金属打印或锻件加工成型；
所述肱骨柄假体与所述肩盂托假体采用3D打印锆铌合金一体成型；
所述肱骨头假体和所述肩盂托假体的相对运动接触面的位置处设置有由锆铌表面氧化形成的金属陶瓷界面层。
综上，本申请提供的金属陶瓷全肩关节假体系统使用寿命更长，耐磨性强、具有低磨损率、不会引发骨溶解、不会造成假体松动等优点。
本申请还提供一种金属陶瓷全肩关节假体系统的制备方法，包括以下步骤：
步骤100：肱骨柄假体和肩盂托假体的制备；
步骤101：以颗粒直径为50微米的锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型分别得到肱骨柄假体的第一中间产物和肩盂托假体的第一中间产物，将两种第一中间产物放入热等静压炉，在氦气或氩气保护下，升温至1250℃1400℃，在140MPa180MPa，恒温放置1h3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到两种第二中间产物；
步骤102：将两种第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至80℃～120℃，恒温放置5h10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h 36h，调节温度至室温，得到两种第三中间产物；
步骤103：将两种第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至80℃～120℃，恒温放置5h10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h 36h，调节温度至室温；得到两种第四中间产物；
步骤104：将两种第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，然后在在相对运动接触面上加工微织构结构，通过使用微细铣削、车削加工和激光加工等机械方法，制备出微米级微织构结构和/或纳米级微织构结构，使得微织构结构与金属陶瓷界面层的整体具有不同形状的凹或凸微观结构或多级尺度复合结构；得到两种第五中间产物；或者不进行微织构结构的制作而直接得到第五中间产物；
步骤105：将两种第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％15％的常压氦气或氩气，以5℃/min20℃/min加热至500℃700℃，以0.4℃/min0.9℃/min降温至400℃495℃，再自然冷却至200℃以下取出，分别得到肩盂托假体和肱骨柄假体；
步骤200：肱骨头假体和锥度适配器假体的制备：
步骤201：将锆铌合金锻件进行机加工、修整、抛光、清洗和干燥，分别得到肱骨头假体和锥度适配器假体的中间产物，在肱骨头假体的相对运动接触面上加工微织构结构；而后在肱骨头假体和锥度适配器假体相对运动接触面上进行微织构结构制作或者不进行微织构结构的制作而直接得到中间产物；
步骤202：分别将肱骨头假体和锥度适配器假体的中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％15％的常压氦气或氩气，以5℃/min20℃/min加热至500℃700℃，以0.4℃/min0.9℃/min降温至400℃495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到肱骨头假体和锥度适配器假体。
综上，采用金属陶瓷全肩关节假体系统的制备方法制备的金属陶瓷全肩关节假体系统，使用寿命更长，耐磨性强、具有低磨损率、不会引发骨溶解、不会造成假体松动等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一提供的金属陶瓷全肩关节假体系统的结构示意图；
图2为本申请实施例一提供的金属陶瓷全肩关节假体系统的结构示意图中的一种微织构结构的结构示意图；
图3为本申请实施例一提供的金属陶瓷全肩关节假体系统的结构示意图中的另一种微织构结构的结构示意图。
附图标记：1-肱骨柄假体；2-肱骨头假体；3-锥度适配器假体；4-肩盂托假体；11-头固定部；12-柄固定部；13-柄固定部的近端；14-柄固定部的远端；15-肱骨柄假体的骨小梁；16-固定部；17-微织构；112-第一骨小梁；113-第二骨小梁；114-第三骨小梁；191-内侧上区域；192-内侧下区域；1101-外侧上区域；1102-外侧下区域。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例一
结合图1所示，金属陶瓷全肩关节假体系统，包括顺次连接的肱骨柄假体1、锥度适配器假体3、肱骨头假体2以及肩盂托假体4。
具体地，所述肱骨头假体2和所述锥度适配器假体3均采用3D锆铌金属打印或锻件加工成型；第一方面，采用3D打印技术解决了传统机加工制备复杂的问题，第二方面采用3D锆铌金属打印或锻件加工成型的工艺，其耐磨性更好，低磨损率，不易脱落，提高了金属陶瓷全肩关节假体系统的寿命；第三方面，采用3D锆铌金属打印或锻件加工成型的工艺其磨屑不容易散布到周围组织，不会引发骨溶解现象，更不会造成假体松动的问题。
具体地，所述肱骨柄假体1与所述肩盂托假体4采用3D打印锆铌合金一体成型；同样地，采用3D打印锆铌合金一体成型其耐磨性更好，低磨损率，不易脱落，其磨屑不容易散布到周围组织，不会引发骨溶解现象，更不会造成假体松动的问题。
具体地，所述肱骨头假体2和所述肩盂托假体4的相对运动接触面的位置处设置有由锆铌表面氧化形成的金属陶瓷界面层，金属陶瓷界面层能够提高所述肱骨头假体2和所述肩盂托假体4之间的附着力，避免氧化脱落，防止假体松动。
具体地，肱骨柄假体1包括头固定部11和柄固定部12；柄固定部12包括柄固定部的近端13和柄固定部的远端14；柄固定部的近端13外表面设置有肱骨柄假体的骨小梁15，肱骨柄假体的骨小梁15分为外侧上区域1101、外侧下区域1102、内侧上区域191和内侧下区域192；外侧上区域1101和内侧下区域192设置的骨小梁为第一骨小梁112；内侧上区域191设置的骨小梁为第二骨小梁113；外侧下区域1102设置的骨小梁为第三骨小梁114。
进一步地，第一骨小梁112的孔径和孔隙率、，第二骨小梁113的孔径和孔隙率、第三骨小梁114的孔径和孔隙率依次增大。
综上，本申请提供的金属陶瓷全肩关节假体系统使用寿命更长，耐磨性强、具有低磨损率、不会引发骨溶解、不会造成假体松动等优点。
在该实施例中，所述金属陶瓷界面层包括叠加的氧化层以及富氧扩散层；所述金属陶瓷界面层的厚度设置在3μm-35μm之间。
优选地，所述金属陶瓷界面层的厚度为18μm。
进一步地，富氧扩散层具有过渡层的作用，能够提高氧化层与肱骨头假体2以及所述肩盂托假体4之间的附着力，避免氧化层脱落。
更进一步地，氧化层硬度较高，其耐磨性更强。
在该实施例中，所述肩盂托假体4除与所述肱骨头假体2相对的剩余面上均设置有所述金属陶瓷界面层。进一步地，结合图1所示，肩盂托假体4具有多个面，上述实施例中阐述了肩盂托假体4与肱骨头假体2接触的面之间设置有金属陶瓷界面层；然而肩盂托假体4除了与肱骨头假体2接触的面是金属陶瓷界面层，其他的面上同样也设置金属陶瓷界面层；利用金属陶瓷界面层提高肩盂托假体4与其他基体(其他基体在此不做过多阐述，是本领技术人员能够理解的)的稳定连接。
在该实施例中，所述锥度适配器假体3分别与所述肱骨头假体2以及所述肩盂托假体4之间设置有由所述锆铌表面氧化的所述金属陶瓷界面层或锆铌抛光面层。
具体地，采用所述锆铌表面氧化的所述金属陶瓷界面层或锆铌抛光面层能够提高锥度适配器假体3与肱骨头假体2、锥度适配器假体3与肩盂托假体4之间的附着力，进而提高连接的稳定性，防止脱落的问题。
在该实施例中，所述肩盂托假体4内设置有骨小梁孔隙结构。
可选地，骨小梁孔隙结构的孔径为0.35mm，孔隙率为55％，通孔率为100％。
可选地，骨小梁孔隙结构的孔径为1.10mm，孔隙率为78％，通孔率为100％。
在该实施例中，所述肱骨头假体2与所述肩盂托假体4的所述相对运动接触面的位置处还设置有微织构结构；所述金属陶瓷界面层形成于所述微织构结构。
在实际的制备过程中，先制备微织构结构，然后金属陶瓷界面层形成在微织构结构的表面，即锆铌表面氧化形成在微织构结构上。
具体地，所述微织构结构包括固定部16以及微织构17；所述微织构17设置于所述固定部16朝向所述肱骨头假体2和/或所述肩盂托假体4的端面。微织构17的锆铌合金氧化后形成的金属陶瓷层表面仍存在微织构17，这种微织构17不仅增强了金属陶瓷层的与锆铌合金机体的结合力，而且减少接触面的摩擦磨损。
优选地，结合图2所示，提供一种具有凹六棱柱的微织构结构。
优选地，结合图3所示，提供一种具有凹圆柱的微织构结构。
值得注意的是：本申请不仅限于凹六棱柱的微织构结构、凹圆柱的微织构结构，还可以是其他结构，例如，椭球形微织构结构。
实施例二
在该实施例中提供了一种金属陶瓷全肩关节假体系统的制备方法，包括以下步骤：
步骤100：肱骨柄假体和肩盂托假体的制备；
步骤101：以颗粒直径为50微米的锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型分别得到肱骨柄假体的第一中间产物和肩盂托假体的第一中间产物，将两种第一中间产物放入热等静压炉，在氦气或氩气保护下，升温至1250℃1400℃，在140MPa 180MPa，恒温放置1h 3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到两种第二中间产物；
步骤102：将两种第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至80℃～120℃，恒温放置5h10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h 36h，调节温度至室温，得到两种第三中间产物；
步骤103：将两种第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至80℃～120℃，恒温放置5h10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h 36h，调节温度至室温；得到两种第四中间产物；
步骤104：将两种第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，然后在在相对运动接触面上加工微织构结构，通过使用微细铣削、车削加工和激光加工等机械方法，制备出微米级微织构结构和/或纳米级微织构结构，使得微织构结构与金属陶瓷界面层的整体具有不同形状的凹或凸微观结构或多级尺度复合结构；得到两种第五中间产物；或者不进行微织构结构的制作而直接得到第五中间产物；
步骤105：将两种第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％15％的常压氦气或氩气，以5℃/min 20℃/min加热至500℃700℃，以0.4℃/min0.9℃/min降温至400℃495℃，再自然冷却至200℃以下取出，分别得到肩盂托假体和肱骨柄假体；
步骤200：肱骨头假体和锥度适配器假体的制备：
步骤201：将锆铌合金锻件进行机加工、修整、抛光、清洗和干燥，分别得到肱骨头假体和锥度适配器假体的中间产物，在肱骨头假体的相对运动接触面上加工微织构结构；而后在肱骨头假体和锥度适配器假体相对运动接触面上进行微织构结构制作或者不进行微织构结构的制作而直接得到中间产物；
步骤202：分别将肱骨头假体和锥度适配器假体的中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％15％的常压氦气或氩气，以5℃/min 20℃/min加热至500℃700℃，以0.4℃/min 0.9℃/min降温至400℃495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到肱骨头假体和锥度适配器假体。
除此之外，所述步骤201中的锥度适配器假体的中间产物的外表面的粗糙度为Ra≤0.080μm；肱骨头假体的中间产物的内表面的粗糙度为Ra≤0.050μm。
综上，采用金属陶瓷全肩关节假体系统的制备方法制备的金属陶瓷全肩关节假体系统，使用寿命更长，耐磨性强、具有低磨损率、不会引发骨溶解、不会造成假体松动等优点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种金属陶瓷全肩关节假体系统，其特征在于，包括顺次连接的肱骨柄假体、锥度适配器假体、肱骨头假体以及肩盂托假体；
所述肱骨头假体和所述锥度适配器假体均采用3D锆铌金属打印或锻件加工成型；
所述肱骨柄假体与所述肩盂托假体采用3D打印锆铌合金一体成型；
所述肱骨头假体和所述肩盂托假体的相对运动接触面的位置处设置有由锆铌表面氧化形成的金属陶瓷界面层。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷全肩关节假体系统，其特征在于，所述金属陶瓷界面层包括叠加的氧化层以及富氧扩散层；
所述金属陶瓷界面层的厚度设置在3μm-35μm之间。
3.根据权利要求1所述的金属陶瓷全肩关节假体系统，其特征在于，所述肩盂托假体除与所述肱骨头假体相对的剩余面上均设置有所述金属陶瓷界面层。
4.根据权利要求1所述的金属陶瓷全肩关节假体系统，其特征在于，所述锥度适配器假体分别与所述肱骨头假体以及所述肩盂托假体之间设置有由所述锆铌表面氧化的所述金属陶瓷界面层或锆铌抛光面层。
5.根据权利要求1所述的金属陶瓷全肩关节假体系统，其特征在于，所述肩盂托假体内设置有骨小梁孔隙结构。
6.根据权利要求1所述的金属陶瓷全肩关节假体系统，其特征在于，所述肱骨头假体与所述肩盂托假体的所述相对运动接触面的位置处还设置有微织构结构；
所述金属陶瓷界面层形成于所述微织构结构。
7.根据权利要求6所述的金属陶瓷全肩关节假体系统，其特征在于，所述微织构结构包括固定部以及微织构；
所述微织构设置于所述固定部朝向所述肱骨头假体和/或所述肩盂托假体的端面。
8.根据权利要求7所述的金属陶瓷全肩关节假体系统，其特征在于，所述微织构结为凹六棱柱的微织构或凹圆柱的微织构。
9.一种金属陶瓷全肩关节假体系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤100：肱骨柄假体和肩盂托假体的制备；
步骤101：以颗粒直径为50微米的锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型分别得到肱骨柄假体的第一中间产物和肩盂托假体的第一中间产物，将两种第一中间产物放入热等静压炉，在氦气或氩气保护下，升温至1250℃1400℃，在140MPa 180MPa，恒温放置1h 3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到两种第二中间产物；
步骤102：将两种第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至80℃～120℃，恒温放置5h10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h 36h，调节温度至室温，得到两种第三中间产物；
步骤103：将两种第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至80℃～120℃，恒温放置5h10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h 36h，调节温度至室温；得到两种第四中间产物；
步骤104：将两种第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，然后在在相对运动接触面上加工微织构结构，通过使用微细铣削、车削加工和激光加工等机械方法，制备出微米级微织构结构和/或纳米级微织构结构，使得微织构结构与金属陶瓷界面层的整体具有不同形状的凹或凸微观结构或多级尺度复合结构；得到两种第五中间产物；或者不进行微织构结构的制作而直接得到第五中间产物；
步骤105：将两种第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％15％的常压氦气或氩气，以5℃/min20℃/min加热至500℃700℃，以0.4℃/min0.9℃/min降温至400℃495℃，再自然冷却至200℃以下取出，分别得到肩盂托假体和肱骨柄假体；
步骤200：肱骨头假体和锥度适配器假体的制备：
步骤201：将锆铌合金锻件进行机加工、修整、抛光、清洗和干燥，分别得到肱骨头假体和锥度适配器假体的中间产物，在肱骨头假体的相对运动接触面上加工微织构结构；而后在肱骨头假体和锥度适配器假体相对运动接触面上进行微织构结构制作或者不进行微织构结构的制作而直接得到中间产物；
步骤202：分别将肱骨头假体和锥度适配器假体的中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％15％的常压氦气或氩气，以5℃/min 20℃/min加热至500℃700℃，以0.4℃/min0.9℃/min降温至400℃495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到肱骨头假体和锥度适配器假体。
10.根据权利要求9所述的金属陶瓷全肩关节假体系统的制备方法，其特征在于，所述步骤201中的锥度适配器假体的中间产物的外表面的粗糙度为Ra≤0.080μm；肱骨头假体的中间产物的内表面的粗糙度为Ra≤0.050μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310943255.0A CN116942376A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310943255.0A CN116942376A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116942376A true CN116942376A (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=88446060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310943255.0A Pending CN116942376A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116942376A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118453952A (zh) * | 2024-05-19 | 2024-08-09 | 常州集硕医疗器械有限公司 | 一种具有涂层的锆铌合金椎间盘产品及其制备工艺 |
-
2023
- 2023-07-28 CN CN202310943255.0A patent/CN116942376A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118453952A (zh) * | 2024-05-19 | 2024-08-09 | 常州集硕医疗器械有限公司 | 一种具有涂层的锆铌合金椎间盘产品及其制备工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101947149B (zh) | 多层壳芯复合结构件组成的人工髋关节 | |
| CN103222904B (zh) | 分布式髋臼假体 | |
| CN116942376A (zh) | 金属陶瓷全肩关节假体系统以及制备方法 | |
| CN112404431B (zh) | 含氧化层锆铌合金髋关节假体系统及制备方法 | |
| CN201939535U (zh) | 多层壳芯复合结构件组成的人工髋关节 | |
| EP4094729B1 (en) | Oxide layer-containing zirconium-niobium alloy tibial plateau prosthesis having bone trabecula and preparation method | |
| CN112296342B (zh) | 含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室股骨髁及制备方法 | |
| EP4049629B1 (en) | Preparation method of oxide layer-containing zirconium-niobium alloy partitioned bone trabecula femoral condyle prosthesis | |
| CN110755681A (zh) | 一种金属和陶瓷复合的关节假体及其制作方法 | |
| CN111281616B (zh) | 一种全髋金属杯假体及其制作方法 | |
| CN116919674A (zh) | 金属陶瓷反向型肩关节假体系统以及制备方法 | |
| CN111631843A (zh) | 一种髋关节股骨柄假体及其制作方法 | |
| CN112294496B (zh) | 含氧化层锆铌合金肩关节假体系统及制备方法 | |
| CN112155801B (zh) | 含氧化层锆铌合金骨小梁单间室胫骨平台假体及制备方法 | |
| CN116919673A (zh) | 新型金属陶瓷反向型肩关节假体系统及其制备方法 | |
| CN211188443U (zh) | 一种金属和陶瓷复合的关节假体 | |
| CN112404432B (zh) | 含氧化层锆铌合金骨小梁单间室股骨髁假体及制备方法 | |
| CN116919677A (zh) | 腕关节假体及制备方法 | |
| CN116919676A (zh) | 一体化踝关节假体系统 | |
| CN116919668A (zh) | 单髁假体系统的制造方法及单髁假体系统 | |
| CN214285313U (zh) | 一种髋臼垫块 | |
| CN116919667A (zh) | 一种带微织构的髋关节假体系统 | |
| CN116919665A (zh) | 嵌入式表面置换假体制造方法及嵌入式表面置换假体 | |
| CN116919670A (zh) | 髌股关节假体制备方法和髌股关节假体 | |
| CN118453206A (zh) | 一种陶瓷骨小梁结构及陶瓷植入假体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |