[发明专利]一种增材制造多孔钽金属髋臼外杯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增材制造多孔钽金属髋臼外杯及其制备方法，多孔钽髋臼外杯50%以上体积为多孔结构，平均孔径200~2000μm，平均丝径300~1000μm，孔隙率50~95%，孔道连通性大于80%，多孔结构贯穿整个半球壳杯体，厚度大于3mm，并有1个以上螺孔；以纯钽金属或钽合金粉体为原料通过粉末床激光熔融或电子束熔融等增材制造技术一体化制备而成，原料粉体粒径10~150μm；该多孔钽髋臼外杯杯口为致密结构，厚度大于1mm，其内侧均匀分布有3个以上卡槽。本发明技术优势为：钽金属杯体多孔结构力学性能接近于人骨且有利于快速骨长入，形成生物固定，提高植入稳定性。

技术领域

本发明涉及生物医用金属材料和医疗器械技术领域，具体为一种增材制造多孔钽金属髋臼外杯及其制备方法。

背景技术

髋关节是人体最大的承重关节，当髋关节因退化、病变或外伤导致疼痛、僵硬或变形，甚至行动不便，无法以药物或其他治疗方法缓解症状时，通常会以手术的方式植入人工髋关节假体，使患者恢复髋关节正常生理功能。人工全髋关节置换可以很好地缓解疼痛，改善关节功能，恢复关节的稳定和肢体的功能，已经得到广大患者和骨科医生的认同。髋臼外杯作为人工全髋关节假体的关键组配件之一，其综合力学性能与人骨的匹配性和骨融合/骨长入性能对假体早期稳定性、长期稳定性和使用寿命具有重要影响。传统工艺制备的金属髋臼外杯为致密结构，强度和模量过高，与人骨力学性能不匹配，容易产生应力屏蔽，使得髋臼周围骨溶解，造成关节假体松动失效，使用寿命大大缩短。致密结构表面骨融合性能较差，髋臼外杯植入早期稳定性主要靠螺钉机械固定，由于没有骨长入，不能形成生物固定，其长期稳定性不足，容易出现无菌松动，造成关节假体失效。

为了解决上述问题，通过物理或化学方法，采用表面处理和喷涂技术能够在金属髋臼外杯表面获得骨融合性更好的致密涂层或颗粒堆积多孔涂层，比如钛珠涂层、生物陶瓷/玻璃涂层等，或者表面粗糙化，比如形成沟壑表面或点坑表面等。涂层骨融合和骨长入性能有提高，但是存在与金属髋臼外杯基体脱层剥落的问题，造成假体松动。表面粗糙化处理的金属髋臼外杯虽然骨融合性能有所提高，但是粗糙处理层厚有限，骨长入不明显，而且仍然存在强度和模量过高的问题，关节假体使用寿命远低于预期。

增材制造能够实现多孔结构和致密结构一体化制备，并且多孔结构能够精确设计和调控，是制备新型结构-功能一体化植入性医疗器械的新的技术途径。本发明提出一种增材制造多孔钽金属髋臼外杯及其制备方法。所述技术髋臼外杯杯体具有一体化多孔结构，与表面处理和喷涂技术制备的粗糙化表面和涂层多孔结构相比，其优势在于增材制造的多孔结构贯穿整个髋臼外杯杯体厚度，并且具有更高的孔隙率、孔道连通性、理想的孔径和丝径范围，可显著提高骨融合，尤其是骨长入性能，通过高强度的生物固定，增强早期稳定性和中长期稳定性，延长关节假体的使用寿命。与钛及钛合金相比，多孔钽金属强度和抗疲劳性能更好，模量更低，与人骨力学性能更匹配，可避免应力遮挡造成骨溶解的问题，并且钽的生物相容性和骨融合性能更好。本发明所述增材制造多孔钽金属髋臼外杯不仅可以作为人工髋关节假体组配件应用于普通患者初次置换，也适用于髋关节周围骨质疏松或骨质量较差的患者以及关节初次置换假体失效需要翻修的患者等，解决临床重大需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增材制造多孔钽金属髋臼外杯及其制作方法，利用增材制造的高设计自由度，精确控制多孔结构特征，以提高髋臼杯的初始植入稳定性，并促进骨长入与骨融合。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种增材制造多孔钽金属髋臼外杯，其特征在于：它为髋臼外杯由多孔结构半球壳杯体和致密结构杯口组成的一体结构，且由纯钽金属或含钽合金粉末作为原料通过增材制造技术制成。