[发明专利]一种表面多孔的髋臼杯假体分区设计及成型方法

说明书

本发明属于骨科医疗器械相关技术领域，并公开了一种表面多孔的髋臼杯假体分区设计及成型方法，其包括：髋臼杯球形壳体的建模；髋臼杯球壳壳体的等分分区切割；多孔层在分区髋臼杯假体表面的一体化设计；分区髋臼杯假体的重组；半球形髋臼杯假体的构建；以及髋臼杯假体的3D打印制造。通过本发明，所形成的多孔层垂直于髋臼杯表面，因此其具有优异的力学性能；其具有完全互联的枝杆结构且不存在孤立的杆，避免了术后长期活动的过程中孤立杆的脱落引发的炎症甚至是重新翻修。此外，该多孔层可以是任意形状的多孔结构且非常便利地成形到髋臼杯表面上，可针对促进骨长入的孔径和孔隙率进行设计，并满足长寿命、高生物相容性髋臼杯假体植入物的需求。

技术领域

本发明属于骨科医疗器械相关技术领域，更具体地，涉及一种表面多孔的髋臼杯假体分区设计及成型方法。

背景技术

髋关节是人体下肢和躯干的桥梁。然而，由于股骨头坏死、髋关节炎以及先天髋关节发育不良等疾病，患者的行动受到严重影响甚至失去生活自理能力。因此，患者需要进行全髋关节置换手术，从而重建髋关节的功能。目前，髋关节置换术已经成为医疗外科中常见的一种手术。在全髋关节手术中，股骨柄和髋臼杯是影响患者术后生活质量的关键。特别的，对于髋臼杯而言，传统工艺制造髋臼杯有铸造实体部件和表面涂层组成。尽管表面涂层提高了髋臼杯表面的粗糙度，然而人体组织往往难以长入表面涂层，因此，在患者的长期活动中，全固态髋臼杯存在较大的脱落风险，从而进行二次手术，给患者带来翻修过程中的疼痛和额外的医疗支出。

现有技术中的一种常规解决方案是，通过在髋臼杯表面设计多孔结构，能够在植入后促进新骨长入，提高骨-植入物界面强度，降低脱落的风险。目前髋臼杯表面的多孔结构设计主要分为两种。一种是通过在髋臼杯表面施加无序化多孔结构(例如专利“CN108814773 A髋臼杯骨小梁结构的三维模型的生成方法及相关部件”)。但实际上，在SLM制造过程中，大量无序化的杆成形精度低，甚至一些倾斜角度低或者垂悬的杆无法成形，力学性能难以得到保证。

另一种是在整个半球形表面规则阵列多孔结构单胞(例如专利“CN111449808 A一种增材制造多孔钽金属髋臼外杯及其制备方法”)。然而，由于圆周阵列的半径不同，许多相邻单胞之间没有实现完全的连接，导致出现大量孤立的杆。在患者术后长期的活动过程中，这些孤立的杆可能会脱落，脱落的金属颗粒和杆会引发炎症，严重者可能需要二次手术。

因此，本领域亟需对此作出进一步的研究改进，以便获得获得更为安全可靠的髋臼杯假体产品。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或需求，本发明的目的在于提供一种表面多孔的髋臼杯假体分区设计及成型方法，其中通过对整个设计及成型过程进行调整并对关键步骤作出优化，相应与现有技术相比能够有效避免在髋臼杯半球表面设计多孔层时出现孤立的杆或者单胞，显著提高了髋臼杯假体的3D打印成形精度，同时可避免杆脱落引发的炎症，从而进一步提高髋臼杯假体的使用寿命。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种表面多孔的髋臼杯假体分区设计及成型方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

步骤一、髋臼杯球形壳体的建模

建立一个球形壳体的模型，该球形壳体对应于髋臼杯植入物的实体部分；

步骤二、髋臼杯球形壳体的等分切割

采用多个基准平面对所述球形壳体进行等分切割，并获得等分切割后的弧面壳体；

步骤三、多孔层在分区髋臼杯假体表面的一体化设计

将预先选定的单胞沿着同一平面的XYZ三轴方向按照一定间距阵列排列，并将这些单胞组合形成对应的多孔层；接着，将该多孔层贴合到所述等分切割后的弧面壳体的外表面，由此形成弧面髋臼杯假体模型；

步骤四、分区髋臼杯假体的重组

将所述弧面髋臼杯假体模型沿着侧面进行镜像处理，由此重组形成球形髋臼杯假体模型；