[发明专利]多孔植入物结构

说明书

公开了适合用作医疗植入物的多孔生物相容结构和制造这种结构的方法。所公开的结构可用快速制造技术制造。所公开的多孔结构具有多个支杆和节点，其中不多于两个支杆彼此相交以形成节点。另外，节点可为直的、弯曲的部分，其是弯曲的和/或直的。支杆和节点可形成单元格，所述单元格可被融合或烧结到至少一个另外的单元格而形成连续网状结构以便改进强度，同时提供组织和细胞向内生长所需的孔隙率。

本申请是于2010年8月19日提交的已进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为201080047154.6，国际申请号为PCT/US2010/046032，发明名称“多孔植入物结构”)的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年8月19日提交的名称为“多孔植入物结构”的美国临时专利申请第61/235,269号的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明一般地涉及适用于医疗植入物的多孔结构，并且更具体地涉及具有改进的强度、孔隙率和连接性之组合的适用于医疗植入物的多孔结构以及用于制造这种改进的多孔结构的方法。

背景技术

金属泡沫结构是多孔的三维结构，其具有多种用途，包括作为医疗植入物。金属泡沫结构适用于医疗植入物，尤其是整形外科植入物，因为它们有为承重目的所必须的强度，还有促进骨骼/组织向内生长的孔隙率。例如，许多整形外科植入物包括在愈合期间促进骨骼向内生长的骨架部分（section）和旨在让患者更快地行动的承重部分。

金属泡沫结构可用许多种方法制造。例如，一种方法是将粉末化金属与造孔剂（PFA）混合在一起然后将混合物压成所需的形状。用热在“燃尽”过程中去除PFA。然后，剩下的金属框架可以被烧结以形成多孔的金属泡沫结构。

其他相似的常规方法包括向聚氨酯类泡沫施加粘合剂，向粘合剂施加金属粉末，燃尽聚氨酯类泡沫并将金属粉末烧结在一起以形成“生坯（green）”零件。将粘合剂和金属粉末再施加到生坯零件并再烧结生坯零件直至生坯零件具有所需的支杆粗度（thickness）和孔隙率。然后将生坯零件机加工到最终形状并再烧结。

尽管由这种常规方法形成的金属泡沫提供良好的孔隙率，在许多医疗植入物中它们却不能提供足够的强度以起到承重结构的作用。进一步地，用于形成金属泡沫的工艺会通过金属和PFA之间的反应在金属泡沫中导致形成不希望的金属化合物。常规的金属泡沫制造工艺还消耗大量能量并可能产生有害的烟气。

例如直接金属制造（DMF）和固体无泡沫制造（SFF）这样的快速制造技术近来已被用于制造医疗植入物或医疗植入物的一部分内使用的金属泡沫。通常，RMT方法允许从3DCAD模型中建立结构。例如，DMF技术从粉末中一次生成三维结构的一层，该粉末通过用能量源，例如激光或电子束照射一层粉末而固化。该粉末被以光栅扫描方式引导到粉末层的所选部分而被施加的能量源融合、熔化或烧结。在一个粉末层内融合图样之后，分配另一层粉末，重复该过程，在层之间进行融合，直到完成所需的结构。

据称用在这种直接制造技术中的金属粉末的例子包括铜焊料、青铜镍系统和铜锡的两相金属粉末。通过DMF形成的金属结构可以相对密集，例如具有相应的模制金属结构的70%到80%的密度，或相反地可以相对多孔，具有接近80%或更大的孔隙率。

尽管可用DMF提供坚固到足以充作医疗植入物中的承重结构的密集结构，这样的结构没有足够的孔隙率以促进组织和骨骼向内生长。反过来，可用DMF提供具有足够孔隙率以促进组织和骨骼向内生长的多孔结构，但这样的多孔结构缺少充作承重结构所需的强度。其他激光RMT技术类似地不足以应对整形外科植入物所需的强度、孔隙率及连接性。