KR20180079297A - 의료 장치 - Google Patents

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KR20180079297A
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porous structure
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medical device
surface portion
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KR1020187009992A
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알렉산드르 바바스
기욤 뒤부아
제레미 아담
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오비엘 에스.에이.
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Abstract

다공성 구조(1)를 포함하는 의료 장치(9)가 기재되고, 상기 다공성 구조(1)의 구성은 상기 다공성 구조(1)에 가해지는 하중에 따라 변화되므로, 상기 하중이 제 1 크기의 경우 제 1 구성을 가지며, 상기 하중이 상기 제 1 크기보다 큰 제 2 크기인 경우 제 2 구성을 갖는다. 다공성 구조(1)는 제 1 표면부(2) 및 제 2 표면부(3)를 포함한다. 다공성 구조(1)가 제 1 구성을 가질 때 제 1 표면부(2)는 제 2 표면부(3)로부터 분리되고 다공성 구조(1)가 제 2 표면을 가질 때 제 2 표면(3)과 체결된다.

Description

의료 장치
본 발명은 다공성 구조, 다공성 구조를 포함하는 의료 장치, 및 그러한 의료 장치를 제조하는 방법, 및 그러한 의료 장치를 환자에게 부착하는 방법에 관한 것이다.
다공성 구조를 포함하는 장치는 신체의 일부분을 대체, 지탱 또는 수리하기 위해 의료 분야에 사용된다. 이러한 다공성 구조가 의료계 그리고 다른 분야에서의 적용이나 사용에 보다 적합하도록 개선시키는 것이 바람직하다. 또한, 제공된 대체, 지탱 또는 수리가 개선되도록 이러한 다공성 구조를 통합하거나 포함하는 의료 장치를 개선하는 것이 바람직하다.
본원에 기재된 일부 실시예에 있어서, 다공성 구조를 포함하는 의료 장치가 제공되고, 상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되어, 상기 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 1 크기보다 큰 제 2 크기일 때 제 2 구성을 갖는다.
본원에 기재된 다공성 구조를 포함하는 의료 장치는 비교적 낮은 하중에서 다공성 구조의 낮은 강성(stiffness)을 절충하지 않고 비교적 높고 이례적인 하중을 견딜 수 있다.
다공성 구조를 포함하는 의료 장치를 설계하는데 있어서, 당업자는 예컨대 의료 장치가 부착되는 바디 부분에 더 큰 지지를 제공하도록 의료 장치를 강화하고자 할 수 있다. 의료 장치가 충돌을 감당하게 하는 것은 의료 장치가 포함하는 다공성 구조를 강화함으로써 성취될 수 있다.
알려진 다공성 구조는 통상적으로 분산된 공극 또는 공동(void)을 갖는 골격 프레임 또는 매트릭스를 포함한다. 따라서, 당업자는 예컨대 이러한 빔 또는 유사한 부재의 횡단면을 연장함으로써, 다공성 구조의 매트릭스(matrix) 또는 프레임의 빔을 두껍게 하여 예외적이거나 우발적인 하중을 견디도록 다공성 구조를 강화하는 것을 고려할 수 있다. 실제로, 빔의 두께는 예외적인 또는 우발적인 하중의 예측되거나 평가된 크기를 기초로 일반적으로 결정된다. 그러나, 빔을 두껍게하는 것은 이것을 그리고 결과적으로 다공성 구조들을 상당히 뻣뻣하게(stiff)할 수 있다. 따라서, 뼈와 관련된 응용에서, 이러한 뻣뻣한 다공성 구조를 포함하는 의료 장치는 뼈 재형성 및/또는 내성장을 위태롭게 할 수 있다.
본원에서는 예외적인 또는 우발적인 하중에 견디기 위해 정상 하중 하에서 낮은 강성과 높은 기계적 강도를 조합한 다공성 구조를 기재한다. 전형적 또는 정상적인 하중에서 다공성 구조의 낮은 강성은 뼈와 관련된 응용에서 부분적 골접합술의 위험을 줄여 주므로 골접합술을 개선할 수 있다. 이는 예를 들어 의료 장치가 뼈 임플란트인 경우와 같이 비교적 장시간에 걸쳐 의료 장치를 안정화 시키는데 도움을 줄 수 있다. 전형적인 또는 정상적인 하중 하에서, 건강한 뼈의 강성 보다 낮은 강성을 갖는 다공성 구조는 심지어 내성장을 촉진할 수 있고: 다공성 구조의 이미 내성장된 뼈에 대한 손상을 허용하는 것은 뼈가 재건하고 더 나아가 다공성 구조를 이식하는 것을 장려할 수 있다. 이러한 뼈의 손상 및 재건은 뼈가 통상적인 또는 일반적인 하중을 견딜 수 있을 때 까지 계속된다.
상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화하며, 상기 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 2 크기일 때 제 2 구성으로 전환한다.
일부 실시예에서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때, 더 크다.
일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는다.
가해지는 하중에 의존하는 의료 장치의 이러한 진화적인 기계적 거동은 의료 장치가 예를 들어 다공성 구조 내에서 보다 낮은 하중 하에서 뼈의 성장을 촉진하도록 할 수 있다. 이것은 골 형성(osteogenesis)을 유도할 수 있는 예컨대 뼈 세포의 자극이 더 클 수 있기 때문일 수 있다. 이는 의료 기기의 장기 안정성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 예외적이고 일시적인 기준에 있어서 더 높은 하중에서, 의료 장치는 의료 장치 및/또는 의료 장치를 지닌 환자에 대한 손상을 줄이는데 충분한 기계적 강도를 제공할 수 있다. 일부 예시에서, 제 1 하중은 0일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화하여, 하중이 압축 하중, 인장 하중, 전단 하중 및 비틀림 하중 중 하나일 때, 상기 다공성 구조가 제 1 구성을 갖는 것으로부터 제 2 구성을 갖는 것으로 전환한다.
일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 제 1 표면부 및 제 2 표면부를 포함하고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부로부터 분리되고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부와 체결된다. 일부 예시에서, 제 1 및 제 2 표면부는 다공성 구조의 적어도 하나의 바디의 표면부이다. 예컨대, 다공성 구조의 바디는 성형된 스트럿(strut) 또는 빔(beam)일 수 있으므로 바디의 2개의 표면은 서로 체결되거나 접촉할 수 있다. 다른 예시에서, 제 1 표면부는 제 1 유닛의 표면부이며 제 2 표면부는 제 2 유닛의 표면부이다. 즉, 제 1 및 제 2 표면부는 별도의 또는 별개의 유닛의 부분일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 의료 장치는 제 1 유닛 및 제 2 유닛 및 상기 제 1 유닛을 상기 제 2 유닛에 연결하는 하나 이상의 연결 부재를 포함할 수 있다. 예시에서, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 갖는 경우보다 상기 제 2 구성을 가질 때 더욱 선형이다. 다른 예시에서, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 갖는 경우보다 상기 제 2 구성을 가질 때 덜 선형이다. 일부 예시에서, 하나 이상의 연결 부재는 탄성일 수 있다. 예컨대, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은 상기 다공성 구조의 상기 제 1 구성으로부터 상기 제 2 구성으로의 전환(trasition) 동안 탄성적으로 변형되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 다공성 구조의 공극률이 25%에서 75% 사이일 수 있다. 예컨대, 공극률은 40%에서 60% 사이일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 다공성 구조는 탄성이 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 금속 및/또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 상기 금속은 예컨대, 티타늄일 수 있다. 상기 금속 합금은 예컨대 티타늄 합금, 코발트-크롬 합금 및 스테인레스 강일 수 있다. 다른 실시예에서, 다공성 구조는 세라믹 물질 또는 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)과 같은 폴리머 물질로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 의료 장치는 생체에 적합할 수 있다. 즉, 의료 장치는 살아있는 조직에 해롭거나 유독하지 않은 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 의료 장치는 임플란트일 수 있다. 상기 임플란트는 예컨대 정형외과 임플란트, 두개골 임플란트, 상악안면(maxillofacial) 임플란트, 두개악안면(craniomaxillofacial) 임플란트, 관절 대체 임플란트, 골접합술(osteosynthesis) 임플란트, 골 결손 충전(bone-defect filling) 임플란트, 고관절(hip) 임플란트, 척추 임플란트, 스텐트(stent) 또는 이식편(graft)일 수 있다. 다른 실시예에서, 의료 장치는 교정 장치일 수 있고, 예컨대, 치아 교정기(brace), 족부 보조기, 엑소스켈레톤(exoskeleton), 인솔(insole), 스플린트 또는 헬멧일 수 있다. 다른 실시예에서, 의료 장치는 보철 장치, 예컨대 의수(hand prosthesis), 의족(foot prosthesis) 또는 의지(limb prosthesis)일 수 있다.
본원에 기재된 일부 실시예에 따르면, 다공성 구조를 포함하는 의료 장치를 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 상기 다공성 구조가 사용의 대상이 되는 하중 범위를 결정하는 단계; 및 상기 다공성 구조가 상기 의료 장치를 제조하는 단계를 포함하며; 상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되는 구성을 갖고, 상기 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 1 크기보다 크고 상기 하중 범위내에 있는 제 2 크기일 때 제 2 구성을 갖는다.
상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되어, 상기 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 2 크기로 증가될 때 제 2 구성으로 전환한다.
일부 실시예에서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때, 더 크다.
일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 제조하는 단계는 선택적 레이저 용융과 같은 적층 가공을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 적층 가공은 스테레오리소그래피, 선택적 레이저 소결 및/또는 용융-적층 모델링(fused deposition modeling)을 포함할 수 있다.
본원에 기재된 일부 실시예에 있어서, 의료 장치를 환자에게 부착하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 다공성 구조를 포함하는 의료 장치를 제공하는 단계 - 상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되어, 상기 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 1 크기보다 큰 제 2 크기일 때 제 2 구성을 가짐 - ; 및 상기 의료 장치의 제 1 부분을 환자의 제 1 부분에 부착하는 단계를 포함한다.
상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되어, 상기 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 2 크기로 증가될 때 제 2 구성으로 전환한다.
일부 실시예에서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때, 더 크다.
일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 의료 장치의 제 2 부분을 환자의 제 2 부분에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 환자의 제 1 부분은 환자의 제 1 뼈 부분일 수 있다. 일부 실시예에서 환자의 제 2 부분은 환자의 제 2 뼈 부분일 수 있다.
본원에 기재된 일부 실시예에 있어서, 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되는 구성을 갖는 다공성 구조가 제공되고, 상기 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 1 크기보다 큰 제 2 크기일 때 제 2 구성을 갖는다.
다공성 구조의 구성은 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되어, 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 2 크기로 증가될 때 제 2 구성으로 전환한다.
일부 예시에서, 제 1 하중은 0일 수 있다. 일부 예시에서, 상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화하여, 다공성 구조는 하중이 압축 하중, 인장 하중, 전단 하중 및 비틀림 하중 중 하나일 때, 상기 다공성 구조가 제 1 구성을 갖는 것으로부터 제 2 구성을 갖는 것으로 전환한다.
일부 실시예에서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때, 더 크다.
일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 제 1 표면부 및 제 2 표면부를 포함하고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부로부터 분리되고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부와 체결된다.
일부 예시에서, 상기 제 1 표면부 및 제 2 표면부는 상기 다공성 구조의 하나의 바디의 표면부이다. 예컨대, 다공성 구조의 바디는 성형된 스트럿 또는 빔일 수 있으므로 바디의 2개의 표면은 서로 체결되거나 접촉할 수 있다. 다른 예시에서, 제 1 표면부는 제 1 유닛의 표면부이며 제 2 표면부는 제 2 유닛의 표면부이다. 따라서, 제 1 및 제 2 표면부는 별도의 또는 별개의 유닛의 부분일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 제 1 유닛 및 제 2 유닛 및 상기 제 1 유닛을 상기 제 2 유닛에 연결하는 하나 이상의 연결 부재를 포함할 수 있다. 예시에서, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 갖는 경우보다 상기 제 2 구성을 가질 때 더욱 선형이다. 다른 예시에서, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 갖는 경우보다 상기 제 2 구성을 가질 때 덜 선형이다.
일부 예시에서, 하나 이상의 연결 부재는 탄성일 수 있다. 예컨대, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은 상기 다공성 구조의 상기 제 1 구성으로부터 상기 제 2 구성으로의 전환 동안 탄성적으로 변형되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 다공성 구조의 공극률이 25%에서 75% 사이이다. 예컨대, 공극률은 40%에서 60% 사이일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 탄성이다.
본 발명의 일부 실시예에서, 다공성 구조는 금속 및/또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 상기 금속은 예컨대 티타늄일 수 있다. 상기 금속은 예컨대 상기 금속 합금은 티타늄 합금, 코발트-크롬 합금 및 스테인레스 강이 될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 다공성 구조는 상기 다공성 구조는 세라믹 물질 또는 폴리에테르에테르케톤과 같은 폴리머 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 다공성 구조는 생체에 적합할 수 있다. 즉, 다공성 구조는 살아있는 조직에 해롭거나 유독하지 않은 하나 이상의 재료로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 구조의 다양한 예를 개략적으로 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 장치의 일 예의 개략도를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트로서의 의료 장치의 일 예의 개략도를 도시한다.
도 10a 내지 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 구조의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조의 예를 개략적으로 도시 한 평면도이다.
도 13a 내지 도 17b는 유닛 및 복수의 유닛을 포함하는 다공성 구조의 예시의한 개략적인 사시도를 도시한다.
도 18은 3가지 유형의 다공성 구조의 기계적 거동의 그래프를 도시한다.
도 19a 내지 도 19d는 기계적 거동 시뮬레이션 동안 일 실시예에 따른 다공성 구조의 예를 개략적인 사시도로 도시한다.
본원에 사용된 용어 "하중"은 대상에 가해지거나 대상에 행사되는 힘 또는 힘의 양을 의미하는 것으로 간주될 수 있다. 이 용어는 또한 대상에 가해지거나 대상에 행사되는 단위 면적 당 힘의 양일 수 있는 압력 또는 압력의 양을 의미하는 것으로 간주될 수 있다. 이러한 방식으로, 이러한 대상은 하중을 받는다고 말할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조의 예를 개략적으로 도시한다. 일부 예에서 의료 장치 내에 포함될 수 있는 다공성 구조(1)는 다공성 구조(1)에 가해지는 하중에 따라 그의 구성이 변화된다. 가해진 하중의 방향은 각 도면에서 화살표로 도시된다. 도 1a는 하중이 제 1 크기일 때 다공성 구조(1)의 제 1 구성을 도시한다. 도 1b는 하중이 제 1 크기보다 큰 제 2 크기일 때 다공성 구조(1)의 제 2 구성을 도시한다.
다공성 구조(1)의 구성은 다공성 구조(1)에 가해지는 하중에 따라 변화되므로, 다공성 구조(1)는 제 1 크기일 때 제 1 구성을 가지며, 하중이 제 1 크기로 증가할 때 제 2 구성로 전환한다.
이 실시예에서, 다공성 구조(1)는 다공성 구조가 제 1 구성을 가질 때보다 제 2 구성을 가질 때, 더 큰, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항을 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 다공성 구조(1)는 또한 또는 대신에 다공성 구조가 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 가질 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 예에서, 하중은 압축력이 있으며, 다공성 구조(1)를 향하는 화살표에 의해 도시된다. 다른 예에서, 하중은 인장 하중, 전단 하중, 비틀림 하중, 또는 하중 유형 및/또는 방향성의 조합일 수 있다. 제 1 크기는 일부 예시에서 0일 수 있으며, 예를 들어, 다공성 구조는 하중이 가해지지 않을 때 제 1 구성일 수 있다.
이 실시예에서, 다공성 구조(1)는 제 1 표면부(2) 및 제 2 표면부(3)를 포함한다. 다공성 구조(1)가 제 1 구성을 가질 때, 도 1a에 도시된 바와 같이 제 1 표면부(2)는 제 2 표면부(3)로부터 분리된다. 제 1 표면부(2)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 다공성 구조가 제 2 구성을 가질 때 제 2 표면부(3)와 체결된다. 이 실시예에서, 제 1 표면부(2) 및 제 2 표면부(3)는 다공성 구조(1)의 하나의 바디의 표면부이다. 다른 실시예에서, 이하에서 기재되는 바와 같이, 의료 장치는 복수의 유닛을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 1 표면부(2)는 복수의 유닛의 제 1 유닛의 표면부일 수 있고, 제 2 표면부(3)는 복수의 유닛의 제 2 유닛의 표면부일 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 다공성 구조의 예시를 개략적으로 도시한다. 도 2a는 다공성 구조(1)의 제 1 구성을 도시하고, 도 2b는 다공성 구조(1)의 제 2 구성을 도시한다. 이 예에서, 하중은 인장 하중이다. 도 2a 및 도 2b의 다공성 구조(1)는 제 1 표면부(2) 및 제 2 표면부(3)의 위치 및 상대적 배열를 제외하고는 도 1a 및 도 1b의 다공성 구조(1)와 동일하다. 제 1 표면부(2)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 다공성 구조(1)가 제 1 구성을 가질 때 제 2 표면부(3)로부터 분리되며 제 1 표면부(2)는 도 2b에 도시된 바와 같이 다공성 구조가 제 2 구성을 가질 때 제 2 표면부(3)와 결합된다. 도 1a 및 도 1b를 참조하여 다공성 구조(1)에 대하여 본원에 기재된 가능한 변형중 임의의 변형이 도 2a 및 도 2b의 다공성 구조(1)에 만들어 져서 각각의 개별적인 실시예를 형성할 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 다공성 구조의 예를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서, 다공성 구조(1)는 제 1 유닛(4) 및 제 2 유닛(5), 및 제 1 유닛(4)과 제 2 유닛(5)을 연결하는 복수의 연결 부재(6)를 포함한다. 일부 대안적인 실시예에서, 다공성 구조는 제 1 유닛(4)과 제 2 유닛(5)을 연결하는 단 하나의 연결 부재(6)를 가질 수 있다. 이 실시예에서, 연결 부재(6) 각각은 도 3a 및 도 3c에 각각 도시된 바와 같이 다공성 구조가 제 1 구성을 가질 때 보다 제 2 구성를 가질 때 더욱 선형이다. 이러한 예에서, 연결 부재(6)는도 3c에 도시된 바와 같이, 제 1 구성에서 굽혀지거나 기울어 진 것으로 간주될 수 있고, 제 2 구성에서 직선이 된다. 다른 실시예에서, 다공성 구조는 제 1 및 제 2 유닛(4, 5) 및 다공성 구조가 제 2 구성을 가질 때 보다 제 2 구성을 가질 때 덜 선형인 하나 이상의 연결 부재(6)를 포함한다. 예컨대, 연결 부재(들(6)은 제 1 다공성 구조(1)가 제 1 구성을 가질 때 보다 제 2 구성을 가질 때 더욱 수축(contract)되고, 구부러지고(bent) 또는 접힐(furled) 수 있다.
도 3b는 도 3a에 도시된 제 1 구성으로부터 도 3c에 도시된 제 2 구성으로 전환하는 동안의 다공성 구조(1)를 도시한다. 연결 부재(6)는 탄성일 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 연결 부재(6) 각각은 제 1 구성으로부터 제 2 구성으로 전환하는 동안 탄성적으로 변형되도록 구성될 수 있다. 이는 하중이 제 2 크기로부터 제 1 크기로 복귀할 때 다공성 구조(1)가 제 2 구성으로부터 제 1 구성으로 복귀하도록 허용할 수 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 연결 부재(6)의 형태를 제외하고 도 3a,도 3b 및 도 3c를 참조하여 상기 기재된 것과 동일한 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 다공성 구조의 예를 개략적으로 도시한다. 이러한 실시예에서, 다공성 구조(1)가 제 1 구성을 가질 때 보다 제 2 구성를 가질 때 연결 부재(6) 각각은 더욱 선형이다. 그러나, 각각의 연결 부재(6)는 제 1 구성을 갖는 것으로부터 제 2 구성을 갖는 것으로의 다공성 구조(1)의 전환 동안 펼쳐진다(unfurl).
도 4a는 다공성 구조(1)의 제 1 구성을 개략적으로 도시하고, 도 4c는 다공성 구조(1)의 제 2 구성을 개략적으로 도시한다. 도 4b는 제 1 구성을 갖는 것으로부터 제 2 구성을 갖는 것으로의 전환 동안 다공성 구조(1)를 개략적으로 도시한다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c 및 대응하는 참조 번호 및 관련 설명을 참조하여 상기 실시예의 기능 및 구조의 설명은 이 실시예에 동일하게 적용되므로, 간결성을 위해 다시 상세하게 설명하지 않을 것이다. 유사하게, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하여 본원에 기재된 다공성 구조(1)에 대한 임의의 가능한 변형은 도 4a, 도 4b 및 도 4c의 다공성 구조(1)에 만들어져 각각의 개별적인 실시예를 형성할 수 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 다공성 구조의 예를 개략적으로 도시한다. 다공성 구조(1)는 도 1a 및 도 1b 그리고 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예를 참조하여 상술한 바와 같이, 다공성 구조(1)의 구성에 의존하여 분리되고 체결되는 제 1 표면부(2) 및 제 2 표면부(3)를 포함한다. 이 실시예의 다공성 구조(1)는 제 1 유닛(4), 제 2 유닛(5) 및 제 1 및 제 2 유닛(4, 5)을 연결하는 연결 부재(6)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 제 1 및 제 2 표면부(2, 3)는 제 1 및 제 2 유닛(4, 5)의 각각의 표면부이다. 이들 유닛은 각각 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 연결 부재(6)에 연결되거나 부착된다. 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 표면부(2, 3)는 후술하는 바와 같이 연결 부재(6) 자체의 표면부일 수 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c의 실시예에서, 연결 부재(6)는 제 1 구성을 갖는 것으로부터 제 2 구성을 갖는 것으로의 다공성 구조(1)의 전환 동안 더욱 선형이 된다. 일부 실시예에서, 이는 확장일 수 있다. 다른 실시예에서, 더욱 선형인 것은 직선, 펼침 또는 신장(stretch)을 의미할 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 및 제 2 표면부(2 및 3)의 맞물림과 보다 선형으로 결합되는 연결 부재(6)는, 증가된 하중을 받을 때 다공성 구조에 증가된 기계적 강도를 제공한다. 다공성 구조(1)는 이 실시예에서 다공성 구조(1)가 도 5c에 도시된 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는다.
이러한 특징은 다공성 구조(1)의 응력 변형도 프로파일(stress-strain profile), 예를 들어 후술되는 도 18에 도시된 그래프의 실선(30)과 관련하여 고려될 수 있다. 낮은 하중 또는 응력 값에서, 예를 들어 그래프의 원점 근처에서, 낮은 강성도를 나타내는 프로파일의 상대적으로 낮은 그래디언트(gradient) 또는 기울기(slope)가 바람직하다. 다른 재료보다 강성인 물질 또는 구조는 보다 큰 그래디언트를 가지므로 더 가파른 프로파일로 나타낸다. 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 상기 기재된 다공성 구조(1)의 기울기를 낮추는 한 가지 방법은 연결 부재(6)를 더욱 구부리기 위한 것이다. 연결 부재(6)가 더 굽혀 질수록, 전체 구조가보다 유연해진다. 그러나, 연결 부재(6)가 더욱 구부러지면, 연결 부재(6)가 직선이 되기까지 더 오래 걸린다. 즉, 다공성 구조(1)는 파손되기 전에 더 큰 변형을 나타낸다. 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 각각의 연결 부재(6)에 각각 연결된 유닛, 예를 들어 제 1 및 제 2 유닛(4, 5)의 각각의 표면부로서의 체결하는 표면부(2, 3)를 갖는 것은 다공성 구조(1)의 변형을 제한하는 것을 돕는다. 즉, 결합면 부분(2, 3) 및 연결 부재(6)의 이러한 배열은 응력 변형도 프로파일의 좌측 부분에서 낮은 기울기와, 또한, 우측 섹션의 가파른 기울기의 프로파일의 전환을 성취하는 것을 도와서 다공성 구조(1)의 최대 변형을 줄인다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 다공성 구조의 예를 개략적으로 도시한다. 이 실시예는, 이 실시예의 다공성 구조(1)가 제 1 유닛(4), 제 2 유닛(5) 및 제 1 유닛(4)과 제 2 유닛(5)을 연결하는 연결 부재(6)를 포함하는 것에 있어서 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 관련하여 상기 기재된 실시예와 유사하다. 그러나, 본 실시예에서, 제 1 및 제 2 표면부(2, 3)는 연결 부재(6)의 표면부이다.
이 실시예에서, 연결 부재(6) 각각은, 도 6a 및 도 6c의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 다공성 구조가 제 1 구조를 갖는 경우보다 제 2 구성를 가질 때 덜 선형이다. 도 6b는 제 1 구성을 갖는 것으로부터 제 2 구성을 갖는 것으로의 전환 동안 다공성 구조(1)를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 다공성 구조의 예를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서, 다공성 구조(1)는 복수의 유닛(7)을 포함하고 예컨대 이것으로 형성된다. 도 7에 도시된 점선은 제 1 유닛(7)을 기재하고 점선은 상기 복수의 유닛들 중 다른 유닛으로부터의 제 2 유닛(7)을 기재한다. 이 예에서, 각 유닛(7)은 도 7에 도시된 바와 같이, 평면도에서 볼 때 실질적으로 육각형인 형상을 갖는다. 다른 예에서, 유닛(7)은 평면도일때 상이한 형상, 예를 들어 다른 다각형을 가질 수 있다. 전술한 실시예의 제 1 유닛(4) 및 제 2 유닛(5)은 본 실시예의 복수의 유닛 중 제 1 및 제 2 유닛(7)에 대응할 수 있다. 유닛(7) 중 2개의 유닛은 각각 다른 실시예를 참조하여 설명된 바와 같이 다공성 구조(1)의 구성에 따라 분리 및 체결될 수 있는 제 1 및 제 2 표면부(2, 3)를 포함한다. 이 특정 예에서, 제 1 및 제 2 표면부(2 및 3)는 도 7에 도시된 바와 같이 다공성 구조(1)가 제 1 구성을 가질 때 또 다른 유닛의 제 3 표면부(8)로부터 각각 분리된다. 따라서, 제 1 및 제 2 표면부(2 및 3)는 이러한 예시에서 다공성 구조(1)가 제 2 구성을 가질 때 제 3 표면부(8)와 각각 체결할 수 있다. 다른 예에서, 다공성 구조의 제 1 구성에서 서로 분리되고 다공성 구조의 제 2 구성에서 서로 체결되는 3개 이상의 표면부가 존재할 수 있다.
이 실시예에서, 복수의 유닛(7)은 2차원 배열로 상대적으로 위치된다. 다른 실시예에서, 복수의 유닛(7)은 도 1a 내지 도 6c의 실시예에서와 같이 1차원 어레이 또는 후술되는 바와 같은 3차원 어레이에서 상대적으로 위치될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 장치의 예를 개략적으로 도시한다. 의료 장치(9)는 제 1 단부(10) 및 제 2 단부(11), 및 제 1 단부(10)와 제 2 단부(11) 사이의 다공성 구조(1)을 포함한다. 다공성 구조(1)는 본원에 기재된 다공성 구조의 실시예들 중 임의의 하나에 대응할 수 있다. 다공성 구조(1)은 제 1 및 제 2 단부(10,11)를 연결하거나 결합시킨다. 다른 실시예에서, 의료 장치(9)는 단지 하나의 단부 또는 2개 이상의 단부를 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 제 1 및 제 2 단부(10 및 11) 각각은 다공성 구조(1)보다 덜 다공성이다. 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 단부(10,11) 중 단 하나는 다공성 구조(1)보다 덜 다공성이거나 둘다 그렇지 않을 수 있다. 특정 실시예에서, 제 1 및 제 2 단부(10,11) 중 하나 또는 각각은 다공성 구조(1)와 동일하게 다공성이다. 이 실시예에서, 제 1 단부(10) 및 제 2 단부(11)의 각각은 파스너를 수용하기 위한 어퍼쳐(12)를 각각 포함한다. 파스너는 나사, 리벳 또는 볼트 또는 기타 기계적 파스너일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 단부(10) 및 제 2 단부(11) 중 단 하나만이 패스너를 수용하기 위한 어퍼쳐(12)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 구조(1)는 각각 하나 이상의 패스너를 각각 수용하기 위한 하나 이상의 어퍼쳐를 포함할 수 있다.
도 8b는 도 8a를 참조하여 기재되되 시스(sheath)(13)를 갖는 의료 장치(9)의 실시예를 도시한다. 시스(13)는 일부 실시예에서 의료 장치를 부분적으로 또는 완전히 덮는 피부 또는 멤브레인일 수 있다. 시스(13)는 시스 요소(14)를 포함할 수 있다. 시스 요소(14)는 시스(13)를 형성하기 위해 반복되는 일부 예에서 피부 또는 멤브레인 요소일 수 있다. 예를 들어, 덮는 층 또는 멤브레인은 의료 장치에 추가적인 보호를 제공하고 또는 의료 장치의 기능에 부가될 수 있는 추가 요소를 특징으로 할 수 있다. 이 예에서, 하나 이상의 시스 요소(14) 각각은 시스 요소(14) 중 다른 하나에 직접 연결되지 않으면서 다공성 구조(1)에 연결된다. 다른 예에서, 2개 이상의 시스 요소(14)는 대신에 서로 직접 연결될 수 있다 . 시스(13)는 다공성 구조(1)의 최외측 표면의 평활도를 향상시키거나 증가시킬 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 8b의 의료 장치(9)가 임플란트(15)인 본 발명의 실시예를 도시한다. 이 예에서, 임플란트(15)는 예를 들어 환자(16)의 하악골(mandible)을 대체하기 위한 상악 안면 임플란트이다. 예를 들어, 의료 장치(9)는 다른 유형의 임플란트, 예를 들어, 정형외과 임플란트, 두개골 임플란트, 두개악안면(craniomaxillofacial) 임플란트, 관절 대체 임플란트, 골접합술(osteosynthesis) 임플란트, 골 결손 충전(bone-defect filling) 임플란트, 고관절(hip) 임플란트, 척추 임플란트, 예컨대, 척추 케이지(spine cage), 스텐트(stent) 또는 이식편(graft)일 수 있다.
이 실시예에서, 제 1 단부(10)는 환자(16)의 제 1 뼈 부분(17)에 부착되도록 구성되고, 제 2 단부 부분(11)은 환자(16)의 제 2 뼈 부분(18)에 부착되도록 구성된다. 다른 실시예에서, 임플란트(15)는 제 1 뼈 부분(17)에만 부착되도록 구성될 수 있다. 도시된 예에서, 의료 장치(9)의 제 1 단부(10) 및 제 2 단부(11)는 환자 특정한 것이고, 이들은 환자(16)의 해부학적 구조(anatomy)의 표면과 일치되도록 설계된 표면을 포함한다. 다른 실시예에서, 의료 장치(9)는 의료 장치(9)의 단부의 표면이 아닌 환자 특정적 표면을 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 임플란트(15)는 임의의 단부 없이 뼈에 직접적으로 부착가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 의료 장치(9)의 제 1 단부(10) 및 제 2 단부(11)는 환자 특정적이지 않다.
다른 실시예에서, 의료 장치(9)는 치아 교정기(brace), 족부 보조기, 엑소스켈레톤(exoskeleton), 인솔(insole) 또는 헬멧과 같은 교정 장치일 수 있다. 다른 실시예에서, 의료 장치(9)는 보철 장치, 예컨대 의수(hand prosthesis), 의족(foot prosthesis) 또는 의지(limb prosthesis)일 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조의 예를 개략적으로 도시한다. 다공성 구조(1)는 도 8a 내지 도 9b의 의료 장치(9)에 포함된 다공성 구조(1)의 일부일 수 있다. 이 실시예에서, 다공성 구조는 제 1 유닛(4) 및 제 2 유닛(5)을 포함하는데, 이는 본 원에 기재된 바와 같이 개별적으로 제 1 및 제 2 유닛 중 어느 하나의 구현일 수 있다. 제 1 유닛(4) 및 제 2 유닛(5)는 각각 바디 및 아암(arm)을 포함한다. 제 1 표면부(2)는 제 1 유닛(4)의 바디(20)로부터 연장되는 제 1 유닛(4)의 아암(19)의 표면부이다. 제 2 표면부(3)는 제 2 유닛(5)의 아암(21)의 표면부이며, 아암(21)은 도 10a에 도시된 바와 같이 제 2 유닛(5)의 바디(22)로부터 연장된다. 이 예에서, 아암(19, 21)은 하나 이상의 궤적에서 각각의 바디(20, 22)에 부착되거나 연결된 완전한 루프를 형성한다. 루프로서, 아암(19, 21)은 서로 상호 연결될 수 있다. 다른 예에서, 아암(19, 21)은 하나 이상의 장소(locus)에서 그 개별적인 바디(20, 22)에 부착되거나 연결되는 완전한 루프(loop)를 형성한다. 루프로서 아암(19, 21)은 서로 상호연결될 수 있다. 다른 예시에서, 아암(19, 21)은 단 하나 이상의 장소에서 그 개별적인 바디(20, 22)에 부착되고 연결되며 서로 상호 잠금되거나 결합될 수 있는 후크를 형성할 수 있다.
일부 예에서, 제 1 유닛(4)의 바디(20) 및 제 2 유닛(5)의 바디(22)는 각각 다공성일 수 있다. 이 예에서, 제 1 및 제 2 유닛(4, 5)의 아암(19, 21)은 직사각형 단면 및 직선 부분을 갖는 빔(beam)이다. 다른 예에서, 아암(19, 21)은 막대(rod), 스트럿(strut), 포스트, 블록, 플레이트 또는 스폰지 구조 일 수 있으며, 직선형, 편평형 또는 곡선형일 수 있으며, 그리고/또는 평면 또는 곡선 부분을 가질 수 있다. 이 예에서, 아암(19, 21)은 그 길이를 따라 일정한 단면을 갖지만, 다른 예에서 아암(19, 21)은 그 길이를 따라 변하는 횡단면을 가질 수 있다. 다른 예에서, 아암(19, 21)은 각각 원형, 타원형 또는 다른 다각형 단면을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 바디(20 및 22)는 예를 들어 전술한 바와 같이 하나 이상의 연결 부재(6)에 의해 연결될 수 있다.
도 10b는 시스 요소(14)를 갖는 시스(13)를 갖는 도 10a를 참조하여 기재된 다공성 구조의 실시예를 도시한다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서 각각의 시스 요소(14)는 시스 요소(14)의 다른것에 직접적으로 연결되지 않고 다공성 구조(1)에 연결될 수 있다. 시스(13)는 다공성 구조(1)의 최외측 표면의 평활도를 향상시키거나 증가시키는 것을 도울 수 있다. 따라서, 시스(13)를 특징으로하는 의료 장치(9)의 예시에서, 시스(13)는 감염을 일으켜서 다공성 구조(1)의 내부 이동을 제한할 수 있는 환자(16)의 해부학적 구조에 대한 자극의 위험을 감소시킬 수 있다.
이 실시예에서, 제 1 유닛(4)의 아암(19)은 제 2 유닛(5)의 아암(21)과 상호 연결된다. 제 1 유닛(4)의 아암(19)은 그 표면부, 제 1 유닛 표면부(2) 및 제 2 표면부(3)가 각각 제 1 및 제 2 구성에서 분리되고 체결될 때 제 2 유닛(5)의 아암(21)과 상호 연결되어 남게 된다. 다른 실시예에서, 이와 같은 상황이 아닐 수 있다: 예컨대, 일부 실시예에서, 아암은, 그 개별적인 표면부, 제 1 표면부(2) 및 제 2 표면부(3)가 제 2 구성에서 서로 체결할 때 제 2 유닛(5)의 아암(21)과 상호연결할 수 있도록 형성될 수 있다.
시스(13)를 이용하는 도 10b에 도시된 예시에서, 시스 요소(14)는 개별 유닛에 연결되지만 서로는 연결되지 않는다. 즉, 제 1 시스 유닛(14)은 제 1 유닛(4)에 연결되고, 제 2 시스 유닛(14)은 제 2 유닛(5)에 연결되되 제 2 시스 유닛(14)에 직접 연결되지 않는다. 다른 예에서, 시스 요소(14)는 서로 연결될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 다공성 바디(20)를 갖는 제 1 유닛(4)과 다공성 바디(22)를 갖는 제 2 유닛(5)을 갖는 다공성 구조의 다른 실시예를 도시한다. 제 1 유닛(4)은 바디(20)로부터 연장하는 아암(19)을 갖고, 제 2 유닛(5)은 바디(22)로부터 연장되는 아암(21)을 갖는다. 지칭된 각 특징부는 대응하는 참조 번호와 함께 본 명세서에서 기재된 특징부의 구현일 수 있다.
도 11b의 분해도에 도시된 바와 같이, 제 1 유닛(4)은 예를 들어 전술한 연결 부재(6)의 구현일 수 있는 연결 부재(6)에 의해 제 2 유닛(5)에 연결된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조의 예를 개략적으로 도시 한 평면도이다. 이 예에서, 다공성 구조(1)는 도시된 바와 같이 제 1 공극 크기(24)를 갖는 하나 이상의 공극(23)을 포함한다. 이 실시예에서, 공극 크기는 공극 내에 들어갈 수 있는 최대 원 또는 구의 직경으로 간주된다. 그러나, 다른 실시예에서, 공극 크기는 공극의 최대 폭일 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 구멍 크기는 0.3mm에서 1.5 mm사이이며, 이것은 뼈의 성장 및/또는 모세관 현상(capillarity)을 허용할 수 있다. 이 예에서, 다공성 구조(1)는 제 2 공극 크기(26)를 갖는 하나 이상의 공극(25)을 포함한다. 제 2 공극 크기(26)는 혈관 형성을 허용할 수 있는 이 실시예에서 0.75mm에서 내지 5mm이다. 이 예에서, 두 번째 공극 크기는 제 1 공극 크기 보다 크다. 그러나, 다른 실시예에서, 제 1 공극 크기는 제 2 공극 크기보다 크거나 동일할 수 있다.
공극률에 관한 이러한 기재된 변형은 다공성 바디 또는 다공성 바디의 임의의 실시예에, 예를 들어 도 12에 도시된 바와 같은 유닛(4)의 다공성 바디(20)에 적용될 수 있다.
도 13a는 본 발명의 실시예의 개별 유닛의 일 예의 개략적인 사시도를 도시한다. 유닛(4)은 바디(20) 및 바디(20)의 대향 측면들로부터 연장되는 2개의 아암(19, 21)을 포함한다.
도 13b는 각각 도 13a의 유닛(4)과 동일한 제 1 유닛(4) 및 제 2 유닛(5)을 포함하는 복수의 동일한 별개의 유닛을 포함하는 다공성 구조의 예에 대한 개략적인 사시도를 도시한다. 제 1 유닛(4)의 아암(19)은 제 2 유닛(5)의 아암(21)과 상호 연결되며, 도 13b에 도시된 바와 같이 유닛의 아암을 상호 연결하여 체인 또는 스트링을 형성함으로써 다공성 구조(1)에 추가될 수 있다. 각 유닛은 하나 이상의 연결 부재(6)에 의해 인접한 유닛에 연결되며, 이는 이미 설명된 연결 부재의 구현 일 수 있다. 따라서, 유닛(4, 5)은 도 13b의 1차원 배열로 배열된다.
도 13c는 3차원 배열로 상대적으로 위치된 복수의 동일한 별개의 유닛을 포함하는 다공성 구조의 예에 대한 개략적인 사시도를 도시한다. 이 예에서, 도 13b의 복수의 체인은 서로 인접하게 배열되어 3차원 어레이를 형성한다. 한 방향으로 서로 인접한 유닛은 3차원 어레이의 층(27)을 형성한다. 3차원 어레이의 인접한 층들(27)의 유닛들은 상호 연결 아암(19, 21)에 의해 함께 연결되고 연결 요소(6)에 의해 함께 연결된다.
도 14a는 본 발명의 실시예의 별개의 유닛의 다른 예의 개략적인 사시도를 도시한다. 이 실시예에서, 유닛(4)은 바디(20) 및 바디(20)의 4개의 측면으로부터 연장되는 4개의 아암(19, 21, 33, 35)을 포함한다. 한 쌍의 아암(19, 21)은 바디(20)의 대향하는 제 1 및 제 2 측으로부터 연장하고 다른 2개의 아암(33, 35)은 한 쌍의 아암(19, 21)에 대해 90°에서 바디(20)의 대향하는 제 3 및 제 4 측으로부터 연장된다. 따라서, 다공성 구조를 생성하도록 복제될 때, 도 14b 및 도 14c에 도시된 바와 같이, 유닛(4)은 4개의 방향으로 또는 2개의 축을 따라 다른 동일한 별개의 유닛에 연결될 수 있다. 따라서, 이러한 타입의 유닛은 도 14b의 개략적인사시도에 도시된 바와 같이, 2차원 배열로 상대적으로 위치된 복수의 유닛으로서 복제될 수 있다. 도 14c에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 2차원 어레이가 적층되어 3차원 어레이를 형성할 수 있고, 이것은 3차원 어레이에 상대적으로 위치된 복수의 유닛을 포함하는 다공성 구조의 예의 개략적인 투시도를 도시한다.
도 15a, 도 15b 및 도 15c는 도 15a에 도시된 복수의 유닛(4)으로부터 복수의 개별 유닛을 포함하는 다공성 구조를 제조하는 다른 예를 개략적으로 도시한 사시도이다. 이 예에서, 유닛(4)은 6개의 아암(19)을 가지므로 다른 유닛, 예를 들어 제 1 유닛(4)의 복제를 6개의 방향 또는 3축을 따라 연결할 수 있다. 따라서, 도 13a 내지 도 13c 및 도 14a 내지 도 14c에서와 동일한 생성 패턴에 따라, 서로 상대적으로 위치된 복수의 유닛으로부터 3차원 어레이가 형성될 수 있다.
도 16a, 도 16b 및 도 17a, 도 17b는 복수의 별개의 유닛을 포함하는 다공성 구조(1)를 제조하는 다른 예들의 개략적인 사시도를 도시한다. 도 16b의 다공성 구조(1)는 2차원 배열로 상대적으로 위치된 복수의 유닛을 포함한다. 도 17b의 다공성 구조(1)는 3차원 배열로 상대적으로 위치된 다수의 유닛을 포함한다.
본원에 기재된 임의의 실시예에서, 다공성 구조는 25%에서 75% 사이의, 예를 들어 40%에서 60% 사이의 공극률을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 다공성 구조(1)는 티타늄과 같은 금속 및/또는 티타늄 합금, 코발트-크롬 합금 또는 스테인레스 강과 같은 금속 합금으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 다공성 구조는 세라믹 물질 또는 폴리머 물질, 예를 들어 폴리 에테르에테르케톤(PEEK)으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 구조는 생체에 적합할 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 구조를 포함하는 의료 장치, 예를 들어 의료 장치(9)는 생체 적합성일 수 있다. 생체 적합성 의료 장치는 생물학적 시스템, 예를 들어 환자(16)의 해부학적 구조에 대해 유독하거나 해로운 영향을 미치지 않는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 일부 예에서, 의료 장치(9)는 하나 이상의 물질로 구성될 수 있고 생체 적합성일 수 있다.
일부 실시예에서, 다공성 구조(1)는 탄성일 수 있다. 예를 들어, 다공성 구조(1)는 제 1 하중하에 또는 하중 조건하에 제 1 구성으로부터 제 2 하중 또는 하중 조건하에 제 2 구성으로 전환할 때 변형될 수 있고, 제 2 하중의 증가된 응력이 제거될 때 실질적으로 그 원래 크기 및 형상으로 돌아가며 다공성 구조(1)는 그 제 1 구성으로 다시 전환한다. 탄성도는 연결 부재(들)에 의해 제공될 수 있다.
본원에 기재된 다공성 구조 또는 다공성 구조를 포함하는 의료 장치의 실시예에서, 다공성 구조의 형상은 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변한다. 다공성 구조는 하중이 제 1 크기 일 때 제 1 구성을 가지며, 하중이 제 1 크기보다 큰 제 2 크기를 가질 때 제 2 구성을 갖는다.
일부 실시예에서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 다공성 구조의 변형에 대한 저항은 다공성 구조가 제 1 구성을 가질 때보다 제 2 구성를 가질 때 더 크다.
일부 실시예에서, 다공성 구조는 다공성 구조가 제 2 구성를 가질 때만 달성되는 최대 기계적 강도를 갖는다.
이들 특징부들 중 하나 또는 둘 모두는 다공성 구조가 그 적용에 관하여 낮거나 정상인 하중하에서 실질적으로 가요성이 있도록 할 수 있되 높은 기계적 강도, 예를 들어 비교적 높은 항복 응력값(yield stress value)을 가질 수 있게 한다. 따라서, 실시예에서, 다공성 구조는 그 적용에 비해 높은 하중을 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 갖는다. 예를 들어, 이러한 다공성 구조를 포함하는 의료 장치의 일부 실시예에서, 다공성 구조가 제 1 구성일 때, 다공성 구조가 예를 들어 600 메가-파스칼(MPa)과 6 기가-파스칼(GPa) 사이인 뼈보다 낮은 강성 값을 갖는다. 하악골의 강성은 예를 들어 6.9 GPa에서 17.3 GPa 사이다. 의료 장치가 뼈 임플란트인 예에서, 다공성 구조는 상대적으로 낮거나 일반적인 하중 하에서 제 1 구성을 가질 때 이것은 더 높은 강성, 예컨대 뼈와 동일하거나 더 높은 강성 값을 갖는 다른 임플란트에 대하여 골 형성(osteogenesis)을 야기하는 조직의 자극 또는 향상된 뼈 재건을 허용한다. 골 형성은 임플란트의 장기간 안정성을 향상시킨다. 이들 실시예에서, 다공성 구조는 비교적 높은 평균 항복 압축 응력 값, 예를 들어 실질적으로 길이방향으로 200MPa, 실질적으로 접선 방향으로 1lOMPa 및 실질적으로 반경 방향으로 100MPa의 값을 가질 수 있다. 이들은 뼈의 통상적인 평균 항복 압축 응력 값이다. 일부 예에서, 항복 응력 값은 다공성 구조가 제 2 구성을 가질 때에 만 얻어지는 다공성 구조의 최대 기계적 강도일 수 있다. 최대 기계적 강도는 구조가 파괴되거나 변형되지 않고 견딜 수 있는 단위 면적 또는 응력 당 힘의 양으로 간주될 수 있다.
일부 실시예에서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은 강성 값으로 간주 될 수 있다. 이들 실시예에서, 다공성 구조가 제 1 구성을 가질 때 보 다 제 2 구성을 가질 때 다공성 구조의 강성 값은 더 크다.
도 18은 3가지 유형의 다공성 구조의 기계적 거동의 그래프를 도시한다. 그래프는 그 원래 치수로 나뉜 변형된 재료 구조의 치수의 변화와 동일한 구조 변형의 크기로 간주될 수 있는 수평 축을 따른 변형율(strain)의 값을 갖는다. 그래프는 수직축을 따르는 하중 또는 응력의 값을 가지며, 구조에 작용하는 단위 면적 당 힘의 크기로 간주될 수 있다.
일점쇄선(dotted-dashed line)(28)은 파선(29)에 의해 기재된 다공성 구조보다 높은 강성을 갖는 다공성 구조의 응력-변형도 거동을 기재한다. 실선(30)은 본원에 기재된 실시예에 따른 다공성 구조의 응력-변형도 거동을 기술한다. 낮은 하중 또는 응력에서, 다공성 구조는 제 1 구성에서 변형 또는 강성에 대한 비교적 낮은 저항성을 갖는다. 더 높은 하중 또는 응력에서, 다공성 구조는 상대적으로 높은 기계적 강도 값(31), 예를 들어 상대적으로 높은 최대 기계적 강도 값을 갖도록 전환한다.
다공성 구조를 포함하는 의료 장치를 설계하는데 있어서, 당업자는 예컨대 의료 장치가 부착되는 바디 부분에 더 큰 지지를 제공하도록 의료 장치를 강화하고자 할 수 있다. 이것은 특히 발생할 수 있는 의료 장치에 대한 충격을 고려할 때 그러하다. 충격, 특히 큰 충격이 일반적으로 드물지만, 이들은 또한 통상적인 사용 조건 하에서의 전형적인 하중에 비해 상대적으로 높거나 극한의 하중을 다공성 구조에 가하게 된다. 충격에 대처하기 위해 의료 장치를 강화하는 것은 의료 장치가 포함하는 다공성 구조를 강화시킴으로써 성취될 수 있다. 다공성 구조는 전형적으로 분산된 공극 또는 공극을 갖는 골격 프레임 또는 매트릭스(matrix)를 포함한다. 따라서, 당업자는 예컨대 이러한 빔 또는 유사한 부재의 횡단면을 확장함으로써, 다공성 구조의 매트릭스 또는 프레임의 빔, 스트럿, 로드 또는 기타 부재를 두껍게 하여 예다공성 구조를 강화하는 것을 고려할 수 있다. 그러나 골격 프레임 또는 매트릭스의 빔을 두껍게 하는 것은 마찬가지로 물질의 강성을 증가시킬 수 있다. 이 증가 된 강성은 정상 또는 전형적인 하중, 예를 들어 의료 장치의 정상적인 사용에서 예상되는 하중에도 적용된다. 따라서, 의료 장치가 환자에게 부착될 때, 예를 들어 이식될 때, 더욱 강성인 프레임 부는 바디 부분, 예를 들어 뼈를 다른 부분이 아닌 특정 부위로 전달하거나 분배할 수 있다. 의료 장치가 뼈에 부착되는 적용에서, 의료 장치에 가해지는 하중의 불균일한 분포는 부분적 골 접합(osteosynthesis) 또는 뼈 성장의 국소 자극을 유발할 수 있다. 이것은 바람직하지 않으며 때로는 골 흡수를 유발할 수 있다. 일반적인 하중에 비해 너무 뻣뻣한 임플란트는 응력 차폐로 이어질 수 있다. 예를 들어, 강성인 임플란트가 나머지 뼈의 부분에서 일반적인 응력을 제거하는 경우에 그러하며, 즉, 뼈가 더 이상 자극을 받지 못하여 재건되지 못해 덜 치밀해질 수 있음을 의미한다.
실시예에 따라 본원에 기재된 바와 같은 다공성 구조를 포함하는 의료 장치는 상대적으로 낮은 하중에서 다공성 구조의 낮은 강성을 손상시키지 않으면서 비교적 높은 비정형 하중을 견딜 수 있는 강화된 의료 장치를 제공할 수 있다. 전형적 또는 정상적인 하중에서 다공성 구조의 낮은 강성은 뼈와 관련된 적용에서 부분적 골접합의 위험을 줄여주므로 골 접합을 향상시킨다. 이는 예를 들어 의료 장치가 뼈 임플란트인 경우와 같이 비교적 장시간에 걸쳐 의료 장치를 안정화시키는데 도움을 줄 수 있다.
도 19a 내지 도 19d는 다공성 구조의 기계적 거동의 시뮬레이션 동안 일 실시예에 따른 다공성 구조의 일 예의 개략적인 사시도를 도시한다. 다공성 구조(1)는, 예를 들어 도 11a 및 도 11b를 참조하여 기재된 본원의 실시예에 따른 다공성 구조(1)의 구현일 수 있다. 그 실시예의 기능 및 구조에 대한 설명, 및 대응하는 참조 번호 및 관련 설명은 이 실시예에 동일하게 적용된다. 이 실시예에서, 다공성 구조(1)는 방향 화살표로 도시된 인장 하중하에 있으며, 이것은 다공성 구조가 도 19a에 도시된 제 1 구성을 갖는 것으로부터 도 19d에 도시된 제 2 구성을 갖는것으로 전환하는 것에 따라 그 크기가 증가한다. 도 19b 및 도 19c는 다공성 구조(1)에 가해지는 인장 하중의 크기가 증가함에 따라 제 1 구성을 갖는 것으로부터 제 2 구성을 갖는 것으로의 전환 동안의 다공성 구조(1)를 도시한다.
다공성 구조(1)의 부품의 상대적인 변형은 음영의 명암으로 표시된다. 더 밝은 영역은 어두운 영역보다 더 변형된다. 먼저, 인장 하중의 제 1 크기 하에서, 도 19a의 연결 부재(6)의 밝은 쉐이딩에 의해 도시된 바와 같이, 연결 부재(6)만이 변형된다. 인장 하중의 크기가 제 1 크기보다 큰 제 2 크기로 증가함에 따라, 도 19c에 도시된 바와 같이, 상호잠금(interlocking) 아암(19, 21)의 각 표면부들이 채결되고 아암(19, 21)은 변형되기 시작한다. 도 19d에 도시된 바와 같이, 인장 하중의 크기가 제 2 크기로 증가 될 때 아암(19, 21)은 더 변형된다. 이러한 제 2 구성에서, 다공성 구조(1)는 다공성 구조(1)가 제 1 구성에 있을 때 보다 인장 하중이 가해지는 것에 기인하는 (추가의) 변형에 대해 더 큰 저항을 가질 수 있다.
실시예에 따른 다공성 구조의 의학적 적용이 본원에서 기술되었다. 그러나, 이러한 다공성 구조의 실시예는 또한 비-의학 분야에서 구현될 수 있다. 예를 들어 자동차 범퍼 및 자전거 헬멧과 같은 쿠셔닝 또는 보호 장치는 실시예에 따라 다공성 구조를 구현할 수 있다. 보다 낮은 하중 하에서 제 1 구성의 보다 낮은 강성은, 예를 들어, 다공성 구조가 사람이 착용해야 하는 용품에 포함되는 응용에서 유익 할 수 있는 반면, 실질적으로보다 높은 하중 하에서의 높은 기계적 강도는 예컨대 충격에 대한 보호를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다공성 구조, 예를 들어 도면에 도시된 다공성 구조(1)를 포함하는 의료 장치(9)의 실시예를 포함하는 의료 장치를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 다공성 구조(1)가 사용될 수 있는 하중 범위를 결정하는 단계를 포함한다. 하중 범위는 예를 들어 다공성 구조(1)가 의도된 용도 또는 사용에서 이론적으로 적용될 수 있는 기계적 응력의 하중 또는 값의 범위일 수 있다. 이 방법은 또한 다공성 구조(1)가 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화하는 구성을 갖도록 다공성 구조(1)를 포함하는 의료 장치(9)를 제조하는 단계를 포함하고: 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 가지며 하중이 제 1 크기보다 크고 하중 범위 내에 있는 제 2 크기인 경우에 제 2 구성을 갖는다.
일부 실시예에서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때, 더 크다. 일부 실시예에서, 다공성 구조는 제 2 구성를 가질 때만 달성되는 최대 기계적 강도를 갖는다.
상기 방법의 일부 실시예에서, 상기 제조하는 단계는 적층 가공을 포함할 수 있다.
적층 가공(AM)은 일반적으로 대상의 3차원(3-D) CAD(computer aided design) 데이터를 사용하여 대상의 유형 모델을 제조하는 데 사용되는 기법들의 그룹을 특징으로 한다. 현재, 테레오리소그래피, 선택적 레이저 소결, 용융-적층 모델링(fused deposition modeling), 호일 기반 기법 등을 포함하는 다수의 적층 가공 기법을 사용할 수 있다.
선택적 레이저 소결은 고출력 레이저 또는 다른 집중 열원을 사용하여 플라스틱, 금속 또는 세라믹 파우더의 작은 입자를 성형될 3차원 대상을 나타내는 덩어리로로 소결하거나 용접한다.
용융-적층 모델링 및 관련 기법은 일반적으로 가열로 인해 고체 물질에서 액체 상태로의 일시적인 전환을 이용한다. 예를 들어, 물질은 제어된 방식으로 압출 노즐을 통해 구동되고 필요한 곳에 증착된다.
호일 기반 기법은 접착(glueing) 또는 광 중합 또는 다른 기법을 사용하여 코트(coat)를 서로 고정시키고 이러한 코트로부터 대상을 절단하거나 물체를 중합한다.
전형적으로, AM 기법은 형성될 3D 대상의 디지털 표현으로부터 시작한다. 일반적으로, 디지털 표현은 대상을 전체적으로 형성하기 위해 중첩될 수 있는 일련의 횡단면 층으로 슬라이스된다. AM 장치는 이 대상을 레이어 단위로 작성하는 데 이 데이터를 사용할 수 있다. 3D 대상의 층 데이터를 나타내는 횡단면 데이터는 컴퓨터 시스템 및 CAD(computer aided design) 및 제조 (CAD/CAM) 소프트웨어를 사용하여 생성될 수 있다.
일부 실시예에서, 적층 가공은 선택적 레이저 용융을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 적층 가공은 스테레오리소그래피, 선택적 레이저 소결 또는 용융-적층 모델링을 포함할 수 있다.
환자의 해부학적 구조에 상응하는 데이터는 예를 들어 하나 이상의 의료 영상, 광학 스캔 또는 보조 측정(gait measurement)으로부터 획득될 수 있으며, 의료 장치(9)가 환자에게 특정하도록 환자의 해부학적 구조에 상응하고 일치하는 의료 장치(9)의 외형 또는 형상을 제조하도록 사용될 수 있다. 일부 예에서, 환자의 몸에 접촉하도록 의도되는 의료 장치의 특정 표면, 예컨대, 환자의 연조직 또는 뼈 부분은 도 9a 및 도 9b의 실시예에 도시된 바와 같이 환자 특정적일 수 있다. 의료 장치(9)가 뼈 결손 충만 임플란트, 예컨대 환자의 골격의 해부학적 구조의 사라진(missing) 부분을 교체하도록 구성된 임플란트인 예시에서, 접촉면을 제외한 임플란트의 외부 표면은 유사한 구조의 라이브러리(library)를 사용하여 설계될 수 있다. 이것은 예컨대 환자의 반대 측을 미러링하거나 통계적 형상 모델을 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 비접촉 외부 표면은 환자마다 다를 수 있다.
제 1 및 제 2 구성에서의 다공성 구조(1)의 기계적 강도 및/또는 강성에 대한 바람직한 값은 결정된 하중 범위에 기초하여 결정될 수 있다. 다공성 구조(1)의 단위의 치수, 형상 및/또는 형태는 또한 다공성 구조(1)의 기계적 강도 및/또는 강성에 대한 하중 범위 및 바람직한 값에 기초하여 설계되거나 선택될 수 있다. 환자의 해부학적 구조에 의료 장치를 부착하기 위한 수단은 또한, 일부 예에서 설계될 수 있다. 상기 방법의 일부 실시예에서, 시스 또는 시스 요소, 예를 들어 도면에 도시된 시스(13) 및 시스 요소(14)가 설계 될 수 있다. 이 설계는 의료 장치(9)의 의도된 응용에 기초할 수 있다.
이 방법의 일부 실시예에서, 하나 이상의 연결 부재, 예를 들어 도면에 도시된 연결 부재(6)는 초기 강성을 결정하거나 다공성 구조의 특정 초기 강성을 제공하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(6)의 곡률, 길이 및/또는 두께는 그 의도된 응용에 있어서 일반적인 또는 전형적인 하중 하에서 다공성 구조(1)의 초기의 강성이 결정되도록 선택되거나 결정될 수 있다. 다시 도 18에 도시된 응력-변형도 그래프 및 이전의 관련 설명을 참조하면, 예를 들어 다공성 구조(1)가 제 1 구성을 가질 때의 다공성 구조(1)의 초기 강성은 응력-변형도 프로파일의 초기 좌측 섹션의 기울기로 기재될 수 있다. 따라서, 연결 부재(6)의 곡률, 길이 및/또는 두께는 다공성 구조(1)에 대한 응력-변형도 프로파일의 이러한 초기 섹션의 기울기를 낮추기 위해 설계될 수 있다.
본 방법의 일부 실시예에서, 다공성 구조(1)의 유닛의 아암이 또한 설계될 수 있고 다공성 구조의 기계적 강도를 결정하거나 다공성 구조에 특정 구조체를 제공하기 위해 도면에 도시된 아암들(19, 21)일 수 있다. 예를 들어, 아암(19, 21)의 두께는, 이 목적을 위해 연결 부재(6)의 두께를 선택하거나 결정하는 것과 함께 몇몇 실시예에서 선택되거나 결정될 수 있다. 이는 다공성 구조(1)의 최대 기계적 강도가 결정되도록 할 수 있는데, 일부 실시예에서는 다공성 구조(1)가 제 2 구성을 가질 때만 얻어진다. 다시 도 18에 도시된 응력-변형도 그래프를 참조하면, 물질 또는 구조의 최대 기계적 강도는 물질 또는 구조의 응력-변형도 프로파일의 최종 섹션의 높이에 의해 기재된다. 따라서, 아암(19, 21) 및 연결 부재(6)의 두께는 다공성 구조(1)의 최대 기계적 강도를 증가시키고 다공성 구조(1)의 응력-변형도 프로파일의 최종 단면을 증가시키기 위해 설계될 수 있다.
이 방법의 일부 실시예에서, 다공성 구조(1)가 제 1 구성을 가질 때, 유닛 또는 그의 맞물림 가능한 표면부의 유닛 또는 아암 사이의 상대 거리 또는 분리는 낮은 강성을 갖는 다공성 구조가 갖는 변형의 정도를 결정하도록 설계될 수 있다. 제 1 구성을 가지는 것으로부터 제 2 구성을 가지는 것으로의 다공성 구조(1)의 전환 동안 서로에 관한 유닛 및/또는 아암 및/또는 표면부의 변위는 낮은 강성을 가지면서 다공성 구조(1)가 경험하는 변형의 양에 영향을 미칠 수 있다. 도 18의 응력-변형도 그래프를 다시 참조하면, 이것은 실선(30)으로 도시된 다공성 구조(1)의 응력-변형도 프로파일의 초기 단면의 길이로 나타낼 수 있다. 따라서, 다공성 구조(1)가 제 1 구성을 가질 때 유닛 또는 유닛의 아암 또는 그 표면 사이의 상대 거리 또는 간격은 낮은 강성을 가지면서 제 1 구성과 제 2 구성 사이의 전환 동안 다공성 구조(1)가 경험하는 변형의 양을 감소시키거나 제한하도록 선택되고 결정될 수 있다. 제한된 변형에 의한 제 1 구성과 제 2 구성 사이의 전환이 충격을 더 잘 견딜 수 있도록 빠르게 다공성 구조(1)의 기계적 강도를 증가시키도록 바람직하기 때문에 이것은 다공성 구조(1)에 대한 높은 응력의 충격을 고려할 때 유익할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 의료 장치를 환자에게 부착하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 다공성 구조를 포함하는 의료 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 이것은 전술한 실시예 중 하나에 따른 다공성 구조(1)를 포함하는 의료 장치(9)일 수 있으며, 다공성 구조의 구성은 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변한다. 다공성 구조는 제 1 하중을받을 때 제 1 기계적 강도를 갖는 제 1 구성을 갖는다. 다공성 구조는 제 1 하중의 대상일 때 제 2 기계적 강도를 갖는 제 1 구성을 갖는다. 다공성 구조는 제 1 하중보다 큰 제 2 하중을 받을 때 제 1 기계적 강도보다 큰 제 2 기계적 강도를 갖는 제 2 구성를 갖는다.
상기 방법은 또한 의료 장치의 제 1 부분을 환자의 제 1 부분에 부착하는 단계를 포함한다. 환자의 제 1 부분은 일부 예에서 환자의 제 1 뼈 부분 일 수 있다. 다른 예에서, 환자의 제 1 부분은 다른 종류의 조직, 예를 들어 제 1 연조직 부분, 인대 부분, 힘줄 부분, 근육 부분 또는 피부 부분일 수 있다.
일부 실시예에서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 다공성 구조의 변형에 대한 저항은 다공성 구조가 제 1 구성을 가질 때 보다 제 2 구성을 가질 때 더 크다. 일부 실시예에서, 다공성 구조는 제 2 구성를 가질 때만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 의료 장치의 제 2 부분을 환자의 제 2 부분에 부착하는 단계를 더 포함한다. 환자의 제 2 부분은 일부 예에서 환자의 제 2 뼈 부분 일 수 있다. 다른 예에서, 환자의 제 2 부분은 다른 종류의 조직, 예를 들어 제 1 연조직 부분, 인대 부분, 힘줄 부분, 근육 부분 또는 피부 부분일 수 있다.
본 방법의 일부 실시예에서, 제 2 뼈 부분은 제 1 뼈 부분을 제 2 뼈 부분에 결합시키는 임의의 뼈가없는 상태로 제 1 뼈 부분으로부터 분리되어있다. 예를 들어, 도 9a를 참조하면, 제 1 뼈 부분(17) 및 제 2 뼈 부분(18)은 그 사이의 임의의 뼈가없는 환자의 하악골의 부분들 일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 뼈 부분을 제 2 뼈 부분에 결합시키는 뼈가있을 수 있다. 이들 예들 중 일부에서, 의료 장치는 없어진 뼈를 대체하기 위해 공동 또는 뼈 결함부에 삽입될 수 있다. 다른 예에서, 의료 장치는 뼈를 강화 또는 지지하기 위해 환자의 뼈 외부에 이식될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 의료 장치는 임플란트일 수 있다. 상기 임플란트는 예를 들어, 정형외과 임플란트, 두개골 임플란트, 상악안면 임플란트, 두개악안면 임플란트, 관절 대체 임플란트, 골접합술 임플란트, 골 결손 충전 임플란트, 고관절 임플란트, 척추 임플란트, 예컨대, 척추 케이지, 스텐트 또는 이식편일 수 있다.
임플란트가 두개골 임플란트, 상악안면 임플란트, 두개악안면 임플란트, 고관절 임플란트 또는 척추 임플란트인 실시예에서, 의료 장치의 제 1 부분을 환자의 제 1 뼈 부분에 부착하는 단계는 의료 장치의 제 1 부분을 환자의 제 1 두개골 뼈 부분, 제 1 상악 안면 뼈 부분, 제 1 두개악안면 뼈 부분, 제 1 고관절 뼈 부분 또는 제 1 척추 뼈 부분에 각각 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법이 또한 의료 장치의 제 2 부분을 환자의 제 2 뼈 부분에 부착하는 단계를 포함하는 일부 실시예에서, 상기 방법은 의료 장치의 제 2 부분을 환자의 제 2 두개골 뼈 부분, 제 2 상악 안면 뼈 부분, 제 2 두개악안면 뼈 부분, 제 2 고관절 뼈 부분 또는 제 2 척추 뼈 부분에 각각 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 의료 장치는 치아 교정기, 족부 보조기, 엑소스켈레톤, 인솔 또는 헬멧과 같은 교정 장치일 수 있다. 다른 실시예에서, 환자의 제 1 및/또는 제 2 부분은 환자의 외부 영역일 수 있다. 예컨대, 의료 장치는 환자의 발의 바닥 상에 또는 환자의 머리 또는 팔에 위치될 수 있다.
다른 실시예에서, 의료 장치는 보철 장치, 예를 들어 보철 장치, 예컨대 의수, 의족 또는 의지일 수 있다. 이러한 실시예에서, 의료 장치는 환자의 한 부분, 제 1 부분에 부착될 수 있으며 없어진 신체 부분, 예컨대 팔을 대체할 수 있다.
상기 예는 예시적인 예로서 이해될 것이다. 추가 예를 상정할 수 있다. 예를 들어, 다공성 구조 또는 의료 장치의 일부 실시예는 도면에 도시되고 본원에 기술 된 것 이외의 다른 형상의 별개의 유닛을 포함할 수 있다. 임의의 하나의 예와 관련하여 기재한 임의의 특성이 단독으로 또는 기재한 다른 특성과 조합하여 사용될 수 있으며, 예 중 임의의 다른 예나 예 중 임의의 다른 예의 임의의 조합의 하나 이상의 특성과 조합하여 사용할 수 도 있다. 더 나아가, 앞서 기재하지 않은 등가 및 변경은 첨부한 청구항의 범위에서 벗어나지 않고도 사용될 수 도 있다.

Claims (72)

  1. 다공성 구조를 포함하는 의료 장치로서, 상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되어, 상기 다공성 구조가 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 1 크기보다 큰 제 2 크기일 때 제 2 구성을 가지며,
    상기 다공성 구조는 제 1 표면부 및 제 2 표면부를 포함하고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부로부터 분리되고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부와 체결되는, 의료 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때, 더 큰, 의료 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 다공성 구조는, 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는, 의료 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 표면부 및 제 2 표면부는 상기 다공성 구조의 하나의 바디의 표면부들인, 의료 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 의료 장치는 복수의 유닛을 포함하고, 상기 제 1 표면부는 상기 복수의 유닛 중 제 1 유닛의 표면부이고, 상기 제 2 표면부는 상기 복수의 유닛 중 제 2 유닛의 표면부인, 의료 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 복수의 유닛 각각은 바디 및 상기 바디로부터 연장되는 아암을 각각 포함하고, 상기 제 1 표면부는 제 1 유닛의 아암의 일부이고, 제 2 표면부는 제 2 유닛의 아암의 일부인, 의료 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제 1 유닛의 상기 아암은 상기 제 2 유닛의 상기 아암과 상호 연결되는, 의료 장치.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 상기 제 1 유닛 및 상기 제 2 유닛 중 적어도 하나의 유닛의 바디는 다공성인, 의료 장치.
  9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 유닛은 1차원 어레이, 2차원 어레이 또는 3차원 어레이로 상대적으로 위치되는, 의료 장치.
  10. 청구항 5 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 유닛 모두는 서로 실질적으로 동일한, 의료 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 제 1 유닛 및 제 2 유닛과, 상기 제 1 유닛을 상기 제 2 유닛에 연결하는 하나 이상의 연결 부재를 포함하는, 의료 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때 더욱 선형인, 의료 장치.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때 덜 선형인, 의료 장치.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은, 상기 다공성 구조의 상기 제 1 구성으로부터 상기 제 2 구성으로의 전환(trasition) 동안 탄성적으로 변형되도록 구성되는, 의료 장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되어, 하중이 압축 하중, 인장 하중, 전단 하중 및 비틀림 하중 중 하나일 때, 상기 다공성 구조가 제 1 구성을 갖는 것으로부터 제 2 구성을 갖는 것으로 전환되는, 의료 장치.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조의 공극률이 25%에서 75% 사이이고, 선택적으로 공극률은 40%에서 60% 사이인, 의료 장치.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 0.3mm에서 1.5mm 사이의 제 1 공극 크기를 갖는 하나 이상의 공극(pore)을 포함하는, 의료 장치.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 0.75mm에서 5mm 사이의 제 2 공극 크기를 갖는 하나 이상의 공극을 포함하는, 의료 장치.
  19. 청구항 17을 인용할 때의 청구항 18에 있어서, 상기 제 2 공극 크기는 상기 제 1 공극 크기보다 큰, 의료 장치.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 단부를 포함하는, 의료 장치.
  21. 청구항 20에 있어서, 제 2 단부를 포함하며, 상기 다공성 구조는 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 있고, 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 중 하나 또는 각각은 다공성이거나 다공성 구조보다 덜 다공성인 의료 장치.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 중 적어도 하나는 각각 파스너(fastener)를 수용하기 위한 어퍼쳐를 포함하는, 의료 장치.
  23. 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 탄성적인, 의료 장치.
  24. 청구항 1 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 금속 및/또는 금속 합금으로 형성되는, 의료 장치.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 금속은 티타늄이고 그리고/또는 상기 금속 합금은 티타늄 합금, 코발트-크롬 합금 및 스테인레스 강으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 의료 장치.
  26. 청구항 1 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 세라믹 물질 또는 폴리머 물질로 형성되는, 의료 장치.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 폴리머 물질은 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)인, 의료 장치.
  28. 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 의료 장치는 생체에 적합한(biocompatible), 의료 장치.
  29. 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서, 상기 의료 장치는 임플란트, 교정 장치 및 보철 장치 중 하나인, 의료 장치.
  30. 청구항 29에 있어서, 상기 임플란트는 정형외과 임플란트, 두개골 임플란트, 상악안면(maxillofacial) 임플란트, 두개악안면(craniomaxillofacial) 임플란트, 관절 대체 임플란트, 골접합술(osteosynthesis) 임플란트, 골 결손 충전(bone-defect filling) 임플란트, 고관절(hip) 임플란트, 척추 임플란트, 스텐트(stent) 또는 이식편(graft)인, 의료 장치.
  31. 청구항 29에 있어서,
    상기 교정 장치는, 치아 교정기(brace), 족부 보조기(ankle-foot orthosis), 엑소스켈레톤(exoskeleton), 인솔(insole), 스플린트 또는 헬멧이고, 또는
    상기 보철 장치는 의수(hand prosthesis), 의족(foot prosthesis) 또는 의지(limb prosthesis)인, 의료 장치.
  32. 다공성 구조를 포함하는 의료 장치를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 다공성 구조가 사용 중 받을 수 있는 하중 범위를 결정하는 단계; 및
    상기 다공성 구조를 포함하는 상기 의료 장치를 제조하는 단계를 포함하며;
    상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되는 구성을 가짐으로써, 상기 다공성 구조가 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 1 크기보다 크고 상기 하중 범위내에 있는 제 2 크기일 때 제 2 구성을 가지며,
    상기 다공성 구조는 제 1 표면부 및 제 2 표면부를 포함하고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부로부터 분리되고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부와 체결되는, 제조 방법.
  33. 청구항 32에 있어서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때, 더 큰, 제조 방법.
  34. 청구항 32 또는 청구항 33에 있어서, 상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는, 제조 방법.
  35. 청구항 32 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서, 제조는 적층 가공을 포함하는, 제조 방법.
  36. 청구항 35에 있어서, 상기 적층 가공은 선택적 레이저 용융을 포함하는, 방법.
  37. 의료 장치를 환자에게 부착하는 방법으로서, 상기 방법은
    다공성 구조를 포함하는 의료 장치를 제공하는 단계로서, 상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되어, 상기 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 1 크기보다 큰 제 2 크기일 때 제 2 구성을 가지며,
    상기 다공성 구조는 제 1 표면부 및 제 2 표면부를 포함하고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부로부터 분리되고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부와 체결되는, 다공성 구조를 포함하는 의료 장치를 제공하는 단계; 및
    상기 의료 장치의 제 1 부분을 환자의 제 1 부분에 부착하는 단계를 포함하는, 부착 방법.
  38. 청구항 37에 있어서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때, 더 큰, 부착 방법.
  39. 청구항 37 또는 청구항 38에 있어서, 상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는, 부착 방법.
  40. 청구항 37 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의료 장치의 제 2 부분을 환자의 제 2 부분에 부착하는 단계를 포함하는, 부착 방법.
  41. 청구항 37 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서, 환자의 제 1 부분은 환자의 제 1 뼈 부분인, 부착 방법.
  42. 청구항 41에 있어서, 환자의 제 2 부분은 환자의 제 2 뼈 부분인, 부착 방법.
  43. 청구항 42에 있어서, 상기 제 2 뼈 부분은 상기 제 1 뼈 부분을 상기 제 2 뼈 부분에 결합시키는 임의의 뼈 없이 상기 제 1 뼈 부분으로부터 분리되는, 부착 방법.
  44. 청구항 41 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 있어서, 상기 의료 장치는 두개골 임플란트, 상악안면 임플란트, 두개악안면 임플란트, 고관절 임플란트 또는 척추 임플란트이며, 상기 의료 장치의 제 1 부분을 환자의 제 1 뼈 부분에 부착하는 단계는, 의료 장치의 제 1 부분을 환자의 제 1 두개골 부분, 제 1 상악안면 뼈 부분, 제 1 두개악안면 뼈 부분, 제 1 고관절 뼈 부분 또는 제 1 척추골(vertebra) 뼈 부분에 각각 부착하는 단계를 포함하는, 부착 방법.
  45. 청구항 44에 있어서, 상기 의료 장치의 제 2 부분을 환자의 제 2 뼈 부분에 부착하는 단계는, 의료 장치의 제 2 부분을 환자의 제 2 두개골 부분, 제 2 상악안면 뼈 부분, 제 2 두개악안면 뼈 부분, 제 2 고관절 뼈 부분 또는 제 2 척추골 뼈 부분에 각각 부착하는 단계를 포함하는, 부착 방법.
  46. 청구항 37 내지 청구항 45 중 어느 한 항에 있어서, 상기 의료 장치는 임플란트인, 부착 방법.
  47. 다공성 구조로서, 상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되는 구성을 갖고, 상기 다공성 구조는 하중이 제 1 크기일 때 제 1 구성을 갖고 하중이 제 1 크기보다 큰 제 2 크기일 때 제 2 구성을 가지며,
    상기 다공성 구조는 제 1 표면부 및 제 2 표면부를 포함하고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부로부터 분리되고, 상기 제 1 표면부는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때 상기 제 2 표면부와 체결되는, 다공성 구조.
  48. 청구항 47에 있어서, 하중이 가해지는 것에 기인하는 상기 다공성 구조의 변형에 대한 저항은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 가질 때보다 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때, 더 큰, 다공성 구조.
  49. 청구항 47 또는 청구항 48에 있어서, 상기 다공성 구조는 상기 다공성 구조가 상기 제 2 구성을 가질 때에만 얻어지는 최대 기계적 강도를 갖는, 다공성 구조.
  50. 청구항 47 내지 청구항 49 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 표면부 및 제 2 표면부는 상기 다공성 구조의 하나의 바디의 표면부인, 다공성 구조.
  51. 청구항 47 내지 청구항 49 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 유닛을 포함하고, 상기 제 1 표면부는 상기 복수의 유닛 중 제 1 유닛의 표면부이고, 상기 제 2 표면부는 상기 복수의 유닛 중 제 2 유닛의 표면부인, 다공성 구조.
  52. 청구항 51에 있어서, 상기 복수의 유닛 각각은 바디 및 상기 바디로부터 연장되는 아암을 각각 포함하고, 상기 제 1 표면부는 제 1 유닛의 아암의 일부이고, 제 2 표면부는 제 2 유닛의 아암의 일부인, 다공성 구조.
  53. 청구항 52에 있어서, 상기 제 1 유닛의 상기 아암은 상기 제 2 유닛의 상기 아암과 상호 연결되는, 다공성 구조.
  54. 청구항 52 또는 청구항 53에 있어서, 상기 제 1 유닛 및 상기 제 2 유닛 중 적어도 하나의 유닛의 바디는 다공성인, 다공성 구조.
  55. 청구항 51 내지 청구항 54 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 유닛은 1차원 어레이, 2차원 어레이 또는 3차원 어레이에 상대적으로 위치되는, 다공성 구조.
  56. 청구항 51 내지 청구항 55 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 유닛 모두는 서로 실질적으로 동일한, 다공성 구조.
  57. 청구항 47 내지 청구항 56 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 제 1 유닛 및 제 2 유닛 및 상기 제 1 유닛을 상기 제 2 유닛에 연결하는 하나 이상의 연결 부재를 포함하는, 다공성 구조.
  58. 청구항 57에 있어서, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 갖는 경우보다 상기 제 2 구성을 가질 때 더욱 선형인, 다공성 구조.
  59. 청구항 57에 있어서, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은, 상기 다공성 구조가 상기 제 1 구성을 갖는 경우보다 상기 제 2 구성을 가질 때 덜 선형인, 다공성 구조.
  60. 청구항 57 내지 청구항 59 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 연결 부재 각각은 상기 다공성 구조의 상기 제 1 구성으로부터 상기 제 2 구성으로의 전환 동안 탄성적으로 변형되도록 구성되는, 다공성 구조.
  61. 청구항 47 내지 청구항 60 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조의 구성은 상기 다공성 구조에 가해지는 하중에 따라 변화되어, 하중이 압축 하중, 인장 하중, 전단 하중 및 비틀림 하중 중 하나일 때, 상기 다공성 구조가 제 1 구성을 갖는 것으로부터 제 2 구성을 갖는 것으로 전환하는, 다공성 구조.
  62. 청구항 47 내지 청구항 61 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조의 공극률이 25%에서 75% 사이이고, 선택적으로 공극률이 40%에서 60% 사이인, 다공성 구조.
  63. 청구항 47 내지 청구항 62 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 0.3mm에서 1.5mm 사이의 제 1 공극 크기를 갖는 하나 이상의 공극을 포함하는, 다공성 구조.
  64. 청구항 47 내지 청구항 63 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 0.75mm에서 5mm 사이의 제 2 공극 크기를 갖는 하나 이상의 공극을 포함하는, 다공성 구조.
  65. 청구항 63을 인용할 경우의 청구항 64에 있어서, 상기 제 2 공극 크기는 상기 제 1 공극 크기보다 큰, 다공성 구조.
  66. 청구항 47 내지 청구항 65 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 탄성인, 다공성 구조.
  67. 청구항 47 내지 청구항 66 중 어느 한 항에 있어서, 금속 및/또는 금속 합금으로 형성되는, 다공성 구조.
  68. 청구항 67에 있어서, 상기 금속은 티타늄이고 그리고/또는 상기 금속 합금은 티타늄 합금, 코발트-크롬 합금 및 스테인레스 강으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 다공성 구조.
  69. 청구항 47 내지 청구항 66 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 세라믹 물질 또는 폴리머 물질로 형성되는, 다공성 구조.
  70. 청구항 69에 있어서, 상기 폴리머 물질은 폴리에테르에테르케톤인, 다공성 구조.
  71. 청구항 47 내지 청구항 70 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 생체에 적합한, 다공성 구조.
  72. 실질적으로, 동반하는 도면을 참조하여 본 명세서에서 기재된 바와 같은, 의료 장치, 의료 장치를 제조하는 방법, 의료 장치를 환자에게 부착하는 방법 또는 다공성 구조.
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