CN117017577A - 一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构、制备方法及应用 - Google Patents

一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构、制备方法及应用，多孔结构包括：若干层环层，同一层环层中的晶格单元的大小相等且晶格形态相同，多孔结构在局部范围内的应力分布均匀；若干层环层沿径向依次连接，环层中的晶格单元的大小沿径向从中心轴线向外依次增大，形成径向梯度；相邻环层的晶格单元一一对应连接，对应连接的两个晶格单元的相邻的弧长相等；保证了多孔结构同时具备良好的结构强度。通过合理设置每一个晶格单元的大小，使多孔结构具备完整的晶格界面，多孔界面上的晶格单元均为完整的晶格单元，优化了多孔结构表面的应力传导。通过3D打印增材制备多孔结构，制备方法便捷可靠，能够适应不同参数多孔结构制备要求。

Description

一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构、制备方法及 应用
技术领域
本发明属于医用植入物技术领域，具体涉及一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构、制备方法及应用。
背景技术
随着3D打印技术的快速发展，为降低金属植入物的弹性模量，涌现出一大批具有多孔结构的植入物。这些植入物的多孔结构均为通过对单个晶格单元进行矩形阵列排布，并使用布尔运算对填充区域进行切割，以生成多孔结构。这种多孔结构整体均为高孔隙率以降低植入物的弹性模量，并为骨细胞生长提供空间。但位于产品表面的晶格单元在被切割后会形成不完整的晶格界面，从而使多孔结构表面的单元杆无法连接在一个公共节点上，从而在多孔结构表面形成大量孤立的单元杆，影响了多孔结构表面的应力传导，降低了多孔结构植入体的强度。此外，具有不完整晶格界面的多孔结构在植入人体后受到外力作用，孤立的单元杆容易发生断裂脱落，断裂脱落后的单元杆残留在人体中会对人体产生不良影响。
CN 116059012A公开了一种多维空间梯度孔型极小曲面骨植入体材料及其设计方法，在该方案中通过在三维空间上调整单元杆的直径大小，以形成不同内孔形状和尺寸的网格状多孔结构阵列，改变了多孔结构的密度；然而该方案中的多孔结构是通过改变单元杆的直径大小进而调整多孔结构密度，在局部区域内由于晶格单元的单元杆的直径大小不一致，致使该局部区域中的应力分布不均匀。因此，需要制备一种具有完整晶格界面且兼顾应力分布和结构强度的多孔结构。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构、制备方法及应用。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，包括：若干层环层；
所述若干层环层沿径向同中心轴线设置，所述若干层环层从距离中心轴线最近的最内层环层至距离中心轴线最远的最外层环层依次连接；
所述环层中包括若干个晶格单元，所述若干个晶格单元环状阵列设置，所述若干个晶格单元依次连接；
同一层的所述环层中的晶格单元的大小均相等，同一层的所述环层中的晶格单元的晶格形态均相同；
所述若干层环层中的晶格单元的大小沿径向从中心轴线向外依次增大，形成径向梯度；
相邻环层的所述晶格单元一一对应连接，对应连接的两个所述晶格单元的相邻的弧长相等；
所述若干层环层的中的晶格单元的径向长度均相等；
所述若干层环层的中的晶格单元的单元杆的直径均相等；
所述多孔结构最外侧的环层为晶格界面，所述晶格界面中的晶格单元均为完整的晶格单元。
在本发明的一个实施例中，所述多孔结构为具有对称的中心轴线的几何体，包括：圆柱体、球体、圆柱壳体或球壳体。
在本发明的一个实施例中，所述晶格单元的晶格形态包括：金刚石单元、面心立方单元、体心立方单元或蜂窝单元。
本发明提供了一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法，用于制备具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，包括：
步骤1：根据多孔结构的植入部位的植入要求，分别得到多孔结构的实际的几何外形和多孔结构的环层结构的几何外形；
步骤2：根据所述多孔结构的环层结构的几何外形，确定多孔结构的环层结构，以得到径向梯度的多孔结构的模型；
步骤3：根据所述多孔结构的实际的几何外形，对所述径向梯度的多孔结构的模型进行晶格阵列，得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的初步模型；
步骤4：验证具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的初步模型的整体的孔隙率和晶格界面的孔隙率，若满足所述植入要求，得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型；若不满足所述植入要求，则重复步骤2～步骤3，直至整体的孔隙率和晶格界面的孔隙率均满足所述植入要求，得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型；
步骤5：根据所述具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型，采用3D打印制备得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构。
在本发明的一个实施例中，所述步骤2包括：
步骤2.1：根据所述植入要求分别确定位于晶格界面的晶格单元的大小、晶格形态和孔隙率；
步骤2.2：根据所述多孔结构的环层结构的几何外形、所述晶格界面的孔隙率、位于所述晶格界面的晶格单元的大小和晶格形态，确定所述多孔结构的环层结构，包括：环层的数量和位于每一层环层中的晶格单元的数量；
步骤2.3：根据所述多孔结构的环层结构，将若干个所述晶格单元及环层依次连接在一起，得到径向梯度的多孔结构的模型。
在本发明的一个实施例中，所述步骤2.3包括：
步骤2.3.1：根据所述位于每一层环层中的晶格单元的数量，计算每一个所述晶格单元的旋转角θ，所述旋转角θ的计算公式为：
其中，L为环层中的晶格单元的沿径向远离中心轴线方向的弧长；Ln-1为沿径向远离中心轴线方向的第n-1个环层中的晶格单元的弧长；θ为晶格单元的旋转角；R为晶格单元的径向长度；
步骤2.3.2：根据所述旋转角θ对所述晶格单元进行变形，得到变形后的晶格单元；
步骤2.3.3：将变形后的晶格单元依次连接在一起，得到径向梯度的多孔结构的模型。
本发明提供了一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构在植入体上的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，多孔结构表面高孔隙率有利于骨细胞攀附并生长，同时多孔结构内部低孔隙率增强了多孔结构的强度；若干个晶格单元环状阵列设置并依次连接形成若干层环层，位于同一层环层中的晶格单元的大小相等，单元杆的直径相等，晶格形态相同，多孔结构在局部范围内的应力分布均匀；若干层环层沿径向依次连接，环层中的晶格单元大小沿径向向外依次增大形成径向梯度，提高了多孔结构的结构强度；通过合理设置每一个晶格单元的大小，使多孔结构具备完整的晶格界面，晶格界面中的晶格单元均为完整的晶格单元，优化了多孔结构的应力分布。
本发明的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法，根据植入部位的植入要求制备多孔结构，从晶格界面的晶格单元向内设计环层及其中的晶格单元，环层中的晶格单元的大小沿径向向外依次增大形成径向梯度，再以多孔整体的孔隙率和晶格界面的孔隙率作为多孔结构的验证标准，以保证多孔结构同时具备完整的晶格表面及良好的结构强度。最后，通过3D打印增材制备多孔结构，制备方法便捷可靠，能够适应不同多孔结构的制备要求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的局部结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的晶格单元的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法流程图；
图5是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法的步骤2的流程图；
图6是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法的步骤2.3的流程图。
图7是本发明实施例提供的圆柱体的多孔结构植入物的示意图；
图8是现有的一种普通矩形阵列布尔运算的圆柱体的多孔结构的有限元分析图；
图9是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的圆柱体的径向梯度多孔结构的有限元分析图；
图10是本发明实施例提供的双圆柱体的多孔结构的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的双圆柱体的多孔结构植入物的示意图；
图12是本发明实施例提供的球壳体的多孔结构的结构正视图；
图13是本发明实施例提供的球壳体的多孔结构的结构俯视图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构、制备方法及应用进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
实施例一
请结合参见图1、图2和图3，图1是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的结构示意图；图2是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的局部结构示意图；图3是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的晶格单元的结构示意图。
如图所示，本发明的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，包括：若干层环层；
其中，若干层环层沿径向同中心轴线设置，若干层环层从距离中心轴线最近的最内层环层至距离中心轴线最远的最外层环层依次连接；环层中包括若干个晶格单元，若干个晶格单元环状阵列设置，若干个晶格单元依次连接。
值得注意的是，多孔结构表面高孔隙率有利于骨细胞攀附并生长，同时多孔结构内部低孔隙率增强多孔结构的强度；单个晶格单元的单元杆的直径相同，单元杆连接的公共节点上的应力传导更均匀。
在本实施例中，同一层的环层中的晶格单元的大小均相等，同一层的环层中的晶格单元的晶格形态均相同，大小相等的晶格单元保证了多孔结构的局部范围内的应力分布均匀，晶格形态相同同样的保证了局部范围内的应力分布均匀，同时还有利于晶格单元之间进行连接。
在本实施例中，若干层环层中的晶格单元的大小沿径向从中心轴线向外依次增大形成径向梯度，径向梯度表现为多孔结构的孔隙率的变化，即多孔结构内部孔隙率小，外部孔隙率大。内部孔隙率小，这样多孔结构中作为主要承力部分的中心位置的结构强度得到了保证。外部孔隙率大，能够最大化地促进骨细胞攀附并促进骨细胞生长。此外，外部孔隙率大为骨细胞的长入提供了尽可能大的容纳空间。
在一个可选的实施方式中，相邻环层的晶格单元一一对应连接，若干层环层中的晶格单元依次连接形成扇形结构，对应连接的两个晶格单元的相邻的弧长相等。
在本实施例中，多孔结构最外侧的环层为晶格界面，晶格界面中的晶格单元均为完整的晶格单元，完整的晶格界面使多孔结构的表面光滑无锋棱，有利于多孔结构的应力传导并利于促进骨细胞生长。
在一个可选的实施方式中，若干层环层的中的晶格单元的径向长度均相等，且若干层环层中的晶格单元的单元杆的直径均相等，以便于晶格单元的连接，有利于形成完整的晶格界面。
在一个可选的实施方式中，多孔结构为具有对称的中心轴线的几何体，包括：圆柱体、球体、圆柱壳体或球壳体。
在一个可选的实施方式中，多孔结构的几何形状根据植入位置和植入要求确定。
在一个可选的实施方式中，晶格单元的孔径范围为：400～700μm，晶格单元的单元杆的直径范围为：200～500μm，晶格单元的大小分布在范围内保证了多孔结构具有优良的结构强度和促进骨生长的效果。
在一个可选的实施方式中，晶格单元的晶格形态包括：金刚石单元、面心立方单元、体心立方单元或蜂窝单元。
在一个可选的实施方式中，晶格单元的晶格形态为金刚石单元，金刚石单元结构具有良好的稳定性，仿生骨小梁结构，晶格单元间的连接节点平滑，孔隙间相互连通，有利于骨细胞的迁移和增殖。
在一个可选的实施方式中，晶格界面的孔隙率越接近于人体松质骨的孔隙率越有利于骨生长，故设置晶格界面的孔隙率范围为：70％～90％。
值得注意的是，多孔结构整体的孔隙率在30％～80％的范围内变化，晶格界面的孔隙率在70％～90％的范围内变化，多孔结构中晶格单元的孔隙率沿径向由内而外逐渐增大，具体表现为晶格单元的单元杆的直径不变，单个晶格单元的孔径大小沿径向由内而外逐渐增大。
本发明提供的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，多孔结构表面高孔隙率有利于骨细胞攀附并生长，同时多孔结构内部低孔隙率增强多孔结构的强度；若干个晶格单元环状阵列设置并依次连接形成若干层环层，位于同一层环层中的晶格单元的大小相等，单元杆的直径相等，且晶格形态相同，多孔结构在局部范围内的应力分布均匀；若干层环层沿径向依次连接，环层中的晶格单元大小沿径向向外依次增大形成径向梯度，提高了多孔结构的结构强度；通过合理设置每一个晶格单元的大小，使多孔结构具备完整的晶格界面，晶格界面中的晶格单元均为完整的晶格单元，优化了多孔结构的应力分布。
实施例二
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法流程图。
如图所示，本发明的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法，用于制备权利要求1～6任一项的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，包括：
步骤1：根据多孔结构的植入部位的植入要求，分别得到多孔结构的实际的几何外形和多孔结构的环层结构的几何外形；
值得注意的是，由于植入部位的情况复杂，根据实际的要求，多孔结构的形状并不总是规则的，因此在形成环层结构的几何外形后还需要对晶格单元进行选择，以满足其外形尺寸的要求，其中部分晶格单元会被整体筛减掉，生成多孔结构。
步骤2：根据多孔结构的环层结构的几何外形，确定多孔结构的环层结构，以得到径向梯度的多孔结构的模型；
请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法的步骤2的流程图。
如图所示，步骤2包括：
步骤2.1：根据植入要求分别确定位于晶格界面的晶格单元的大小、晶格形态和孔隙率；
在一个可选的实施方式中，晶格单元的晶格形态包括：金刚石单元、面心立方单元、体心立方单元或蜂窝单元。
在一个可选的实施方式中，晶格单元的孔径范围为：400～700μm，晶格单元的单元杆的直径范围为：200～500μm，晶格界面的孔隙率范围为：70％～90％。
在一个可选的实施方式中，已知晶格单元具有多种形态，根据经验及相关形态的效果，选择其中的一个形态。再根据植入部位的植入要求依次选择晶格界面的晶格单元的大小、晶格形态和孔隙率。
步骤2.2：根据多孔结构的环层结构的几何外形、晶格界面的孔隙率、位于晶格界面的晶格单元的大小和晶格形态，确定多孔结构的环层结构，包括：环层的数量和位于每一层环层中的晶格单元的数量；
在一个可选的实施方式中，首先需要确定位于最外侧环层的晶格单元的大小和形态，由于所有晶格单元的形态均相同，且所有晶格单元的径向长度R也相同，在知道环层结构的几何外形及其外廓尺寸时，沿径向向内逆推即可获得若干层环层，即获得了多孔结构的环层结构。
步骤2.3：根据多孔结构的环层结构，将若干个晶格单元依次连接在一起，得到径向梯度的多孔结构的模型。
请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法的步骤2.3的流程图。
如图所示，步骤2.3包括：
步骤2.3.1：根据位于每一层环层中的晶格单元的数量，计算每一个晶格单元的旋转角θ，旋转角θ的计算公式为：
其中，L为环层中的晶格单元的沿径向远离中心轴线方向的弧长；Ln-1为沿径向远离中心轴线方向的第n-1个环层中的晶格单元的弧长；θ为晶格单元的旋转角；R为晶格单元的径向长度；
在一个可选的实施方式中，根据多孔结构的环层结构及位于每一层环层中的晶格单元的数量，获得环层中的晶格单元的沿径向远离中心轴线方向的弧长L；为了将若干层环层及其中的晶格单元连接在一起，受孔径大小的限制，需要逐步将晶格单元压扁，这个弧的角度即为晶格单元的旋转角θ，若干层环层形成若干个弧段，相邻的外侧环层的内侧弧长与内侧环层的外侧弧长相等，通过计算弧长L即可获得θ。
步骤2.3.2：根据旋转角θ对晶格单元进行变形，得到变形后的晶格单元；
步骤2.3.3：将变形后的晶格单元依次连接在一起，得到径向梯度的多孔结构的模型。
在一个可选的实施方式中，相邻的晶格单元的单元杆在公共节点上相交，不同的晶格单元形态具有不同的公共节点，但经过旋转角θ变形后，晶格单元得以连接在一起，得到了径向梯度的多孔结构的模型。
步骤3：根据多孔结构的实际的几何外形，对径向梯度的多孔结构的模型进行晶格阵列，得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的初步模型；
步骤4：验证具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的初步模型的整体的孔隙率和晶格界面的孔隙率是否满足植入要求，若满足植入要求，得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型；若不满足植入要求，则重复步骤2～步骤3，直至整体的孔隙率和晶格界面的孔隙率均满足植入要求，得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型；
在一个可选的实施方式中，需要对多孔结构的实际形态进行验证，包括：验证整体的孔隙率是否满足弹性模量的要求；验证最外侧环层的孔隙率是否满足有利于松质骨生长的要求；如不符合要求，则需要返回步骤2和步骤3进行调整；如符合要求，则得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型。
步骤5：根据具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型，采用3D打印制备得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构。
在一个可选的实施方式中，将具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型导入模型修复软件中进行修复，并对多孔结构添加支撑，再导入切片软件中，进行切片，获得3D打印所需的切片策略，最后将切片策略导入3D打印设备，完成多孔结构的制备。
进一步地，将多孔结构与植入物的实体部分结合即得到植入物。
本发明提供的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法，根据植入部位的植入要求制备多孔结构，从晶格界面的晶格单元向内设计环层及其中的晶格单元，环层中的晶格单元的孔径大小沿径向向外依次增大形成径向梯度，再以多孔整体的孔隙率和晶格界面的孔隙率作为多孔结构的验证标准，以保证多孔结构同时具备完整的晶格表面及良好的结构强度。最后，通过3D打印增材制备多孔结构，制备方法便捷可靠，能够适应不同多孔结构的制备要求。
实施例三
请参见图7，图7是本发明实施例提供的圆柱体的多孔结构植入物的示意图。
如图所示，本发明的具有完整晶格界面的径向梯度的圆柱体的多孔结构的植入体，多孔结构与实体部分同轴固定连接形成植入体，多孔结构植入体可以设置于种植体或股骨头支撑棒等骨科植入物中，其中的多孔结构用于为骨细胞生长提供长入空间。
在一个可选的实施方式中，多孔结构设置于种植体中段，多孔结构整体呈圆柱体，多孔结构内部的晶格单元呈径向梯度周期排布，多孔结构与种植体的实体部分同轴连接。
在一个可选的实施方式中，多孔结构设置于股骨头支撑棒体部，多孔结构沿股骨头支撑棒中心轴线呈径向梯度排布。
在一个可选的实施方式中，股骨头支撑棒体部的多孔结构的晶格单元为金刚石结构。
请结合参见图8和图9，图8是现有的一种普通矩形阵列布尔运算的圆柱体的多孔结构的有限元分析图；图9是本发明实施例提供的一种具有完整晶格界面的圆柱体的径向梯度多孔结构的有限元分析图。
如图所示，分别对普通矩形阵列布尔运算的多孔结构和完整晶格单元的多孔结构进行有限元模拟，通过在多孔结构的一端施加固定约束，在另一端施加200N的载荷，模拟多孔结构拉伸测试，观察最大拉伸应力和应力分布，结果如下表；
表1多孔结构的最大拉伸应力和应力分布
可以看出径向梯度多孔结构上的应力分布在单元杆的直径节点上沿轴线向外越来越小，多孔结构上受到的最大拉伸应力为658.9MPa，未超出材料的屈服强度(常见的TC4钛合金的屈服强度为880MPa)；而普通矩形阵列多孔结构上的应力分布在单元杆的直径节点上均匀分布，且多孔结构上受到的最大拉伸应力为3222MPa，远大于其屈服强度，也即在最大拉伸应力时，在普通矩形阵列多孔结构位置处发生屈服失效，甚至断裂。因此采用径向梯度多孔结构排列的多孔结构种植体具有明显的结构强度优势。
实施例四
请参见图10，图10是本发明实施例提供的双圆柱体的多孔结构的结构示意图。
如图所示，多孔结构设置于花瓣形或双圆柱形的植入物中，如髓内钉等骨植入物中，模型本身具有良好的抗旋性，为植入物在早期的植入提供稳定性；径向排布的多孔结构降低了植入物的弹性模量，增强了骨植入物的力学强度，为骨细胞生长提供了长入空间。
在一个可选的实施方式中，髓内钉等骨植入物的多孔结构的晶格单元为体心立方晶格单元。
值得注意的是，花瓣形或双圆柱形的多孔结构在形成径向梯度的多孔结构的模型后还需要对晶格单元进行选择，以满足其外形尺寸的要求，通过晶格阵列其中部分晶格单元会被整体筛减掉，但此时的多孔结构仍然能够保留完整的晶格界面。
请参见图11，图11是本发明实施例提供的双圆柱体的多孔结构植入物的示意图。
如图所示，本发明的多孔结构用于桡骨远端假体，桡骨远端假体上需要将髓内钉插入髓腔内，用于将桡骨远端假体固定在骨骼上，因此髓内钉需要具有抗旋功能，以防止安装后的桡骨远端假体发生旋转移位；多孔结构的设计降低了髓内钉的弹性模量，沿中心轴单元杆的直径向排布的多孔结构增强了髓内钉的力学强度。
在一个可选的实施方式中，桡骨远端假体与髓内钉同中心轴线连接；连接部分为实体结构，髓内钉插入髓腔部分设置为径向梯度多孔结构。
实施例五
请结合参见图12和图13，图12是本发明实施例提供的球壳体的多孔结构的结构正视图；图13是本发明实施例提供的球壳体的多孔结构的结构俯视图。
如图所示，多孔结构用于髋臼杯中，多孔结构呈球壳体周期排布，多孔结构设置于髋臼杯表面，与髋臼杯同轴心连接；其中，晶格单元为金刚石结构。
在一个可选的实施方式中，多孔结构的单元杆的直径为200～500μm，多孔结构的孔隙率为80％。
值得注意的是，髋臼杯属于髋关节假体，用于连接躯干与下肢，是承力部位的骨植入物；髋臼杯表面多孔结构的晶格单元均匀分布，用以实现促进骨长入和增加假体和骨界面之间的摩擦力，防止假体松动；髋臼杯表面多孔结构的厚度较薄，在日常生活中处于动态的力学环境中，普通矩形阵列多孔结构会切割掉部分完整晶格单元的单元杆，导致晶格界面出现锋棱，影响多孔结构表面的应力传导，进而影响髋臼杯的多孔结构的承力效果；髋臼杯球壳体的中心区域的孔径较小，能够更好的提高多孔结构的强度，以提高髋臼杯的固定稳定性，并提高了髋臼杯的承力效果。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”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发明和简化描述，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发明的限制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，其特征在于，包括：若干层环层；
所述若干层环层沿径向同中心轴线设置，所述若干层环层从距离中心轴线最近的最内层环层至距离中心轴线最远的最外层环层依次连接；
所述环层中包括若干个晶格单元，所述若干个晶格单元环状阵列设置，所述若干个晶格单元依次连接；
同一层的所述环层中的晶格单元的大小均相等，同一层的所述环层中的晶格单元的晶格形态均相同；
所述若干层环层中的晶格单元的大小沿径向从中心轴线向外依次增大，形成径向梯度；
相邻环层的所述晶格单元一一对应连接，对应连接的两个所述晶格单元的相邻的弧长相等；
所述若干层环层中的晶格单元的径向长度均相等；
所述若干层环层中的晶格单元的单元杆的直径均相等；
所述多孔结构最外侧的环层为晶格界面，所述晶格界面中的晶格单元均为完整的晶格单元。
2.根据权利要求1所述的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，其特征在于，所述多孔结构为具有对称的中心轴线的几何体，包括：圆柱体、球体、圆柱壳体或球壳体。
3.根据权利要求1所述的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，其特征在于，所述晶格单元的晶格形态包括：金刚石单元、面心立方单元、体心立方单元或蜂窝单元。
4.一种具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1～3任一项所述的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构，包括：
步骤1：根据多孔结构的植入部位的植入要求，分别得到多孔结构的实际的几何外形和多孔结构的环层结构的几何外形；
步骤2：根据所述多孔结构的环层结构的几何外形，确定多孔结构的环层结构，以得到径向梯度的多孔结构的模型；
步骤3：根据所述多孔结构的实际的几何外形，对所述径向梯度的多孔结构的模型进行晶格阵列，得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的初步模型；
步骤4：验证具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的初步模型的整体的孔隙率和晶格界面的孔隙率是否满足所述植入要求，若满足所述植入要求，得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型；若不满足所述植入要求，重复步骤2～步骤3，直至整体的孔隙率和晶格界面的孔隙率均满足所述植入要求，得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型；
步骤5：根据所述具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的最终模型，采用3D打印制备得到具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构。
5.根据权利要求4所述具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1：根据所述植入要求分别确定位于晶格界面的晶格单元的大小、晶格形态和孔隙率；
步骤2.2：根据所述多孔结构的环层结构的几何外形、所述晶格界面的孔隙率、位于所述晶格界面的晶格单元的大小和晶格形态，确定所述多孔结构的环层结构，包括：环层的数量和位于每一层环层中的晶格单元的数量；
步骤2.3：根据所述多孔结构的环层结构，将若干个所述晶格单元依次连接在一起，得到径向梯度的多孔结构的模型。
6.根据权利要求5所述具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤2.3包括：
步骤2.3.1：根据所述位于每一层环层中的晶格单元的数量，计算每一个所述晶格单元的旋转角θ，所述旋转角θ的计算公式为：
其中，L为环层中的晶格单元的沿径向远离中心轴线方向的弧长；Ln-1为沿径向远离中心轴线方向的第n-1个环层中的晶格单元的弧长；θ为晶格单元的旋转角；R为晶格单元的径向长度；
步骤2.3.2：根据所述旋转角θ对所述晶格单元进行变形，得到变形后的晶格单元；
步骤2.3.3：将变形后的晶格单元依次连接在一起，得到径向梯度的多孔结构的模型。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的具有完整晶格界面的径向梯度多孔结构在植入体上的应用。
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