具有一个表面的金属植入器和加工该表面的方法技术

一种用于金属植入器的表面，具有由凸起部和凹陷部构成的粗糙结构，布满由形成节点和间隙或网孔的突出肋构成的网络，间隙有２ｍｍ至０．４ｍｍ的间隙宽度，凹陷部呈现球形空腔的截面。节点可象山峰那样突出，而如果球形空腔相互稍有交叉，将节点连接起来的肋都形成一较低的鞍形凹部。通过涂敷抗电化的保护漆膜，漆膜上用例如激光器以预定间隔击出孔而不损害金属，借电化腐蚀经济地提供粗糙结构的过渡表面，通过喷砂方法可获得精细结构。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属植入器，例如用于骨头的植入器，该植入器具有一个呈现凹凸不平的粗糙结构的表面，以及涉及加工该表面的方法。在分案申请US-A-4673409和相应的主申请US-A-4608052中，示出了一个表面，其中，从一个平滑的金属表面开始，由该材料产生柱形物，通过使用激光来使这些柱形物周围的材料液化和蒸发绕形成在一排上相互毗邻放置的圆筒形盲孔的通道的形式。处在最初是平滑的金属表面上的这些柱形物的上侧面，形成在骨质组织中用于主要锚固的支承表面；而环绕着它们的空腔可以容纳以后长出的骨质组织或骨胶。这种类型的金属植入方法相当复杂并且成本很高，因为在激光的低效率还必须蒸发过量的材料，并且激光在其距表面的距离上的焦点必须非常精确地连续地进行调节。而且，在自然地融化和蒸发过程中，会产生不希望有的金属喷雾，因此在美国专利US-A-5264530中提出了在激光钻孔前涂覆一层保护涂层，该涂层随后可以去掉并且也穿有孔，该涂层可以防止液态的金属喷雾溅射到它所覆盖的表面上。带有在高温下是耐热的金属氧化物的溶剂可溶的粘接剂被认为是典型的保护涂层。尽管如此，这样当然还是不能防止金属喷雾沉积在已经切割开的槽缝内。本专利技术的目的是提供一种表面，以便使金属植入器有良好的锚固性，并且同时研制一种可以对这种表面进行合理加工的方法。本专利技术的目的是由具有独立权利要求1的特征部分的特征的植入器实现的，其中该表面遍布突出肋的网络，该些突出肋形成节点和具有2mm至0.4mm的孔隙宽度的间隙或网孔，每个间隙形成具有球形空腔截面形式的凹窝并且该粗糙结构具有用于锚固的精细结构。这种类型的表面具有这样的优点，即肋网可用于主要的锚固，其边缘可以承受在球形空腔处的剪切力而与方向无关，并且由于圆形空腔具有较小的尺寸以及圆形空腔密集的布置，肋网的边缘总的加起来具有可承受剪切力的很长的长度。圆形空腔的深度可以较半圆形壳的半径大一些，它的这种设置可以使其作为向内生长的骨头成分的锚固深度。为了非粘接假体的主要锚固，在骨头上掏出了一个骨床，该骨床对应于在假体的表面处的稍稍减小的外表面。在这样的情况下，如果肋由于圆形空腔在它们的边缘处相互局部地穿过而形成两个节点之间的鞍形凹部，则对于主要锚固又是有好处的，采用这样的结构形式，可确保当表面和骨质物质之间的法向力增加时，首先是节点处的边缘，然后是鞍形凹部处的边缘将穿入骨质物质并且形成一个支承表面，该支承表面将随着穿透深度而迅速地增加，该支承表面并不处在表面的外表上，因而可以防止滑动。如果鞍形凹部相对于节点的凹入深度V是圆形空腔的深度的0＜V＜50％，则可以避免由各个柱形物在骨质结构上的穿孔并且可以避免作为滑动表面且与外表面重合的明显的上侧表面。这种类型的表面如果是由象例如钛或钛合金那样的与人体相容的材料构成的话，就特别适合于用作骨头植入物的直接锚固面。在采用象例如钴铬合金那样的金属时，此表面可以用作骨胶(bonecement)中的锚固物。通过肋的网络形结构以及通过在增加深度时它们的横截面的扩大，即使在使用较软的纯钛时也可以使用间隙宽度小到0.4mm的丝状网格。球形空腔可以被安置成以它们的中点处在对应于网格的间距处。但是，这并不是必须的。由于即使没有鞍形凹部而带有狭窄的肋和带有鞍形凹部又带有肋的混合形式适合于作为粗糙结构，所以球形空腔也可以稍有交叉或正好不交叉而成为一种“无序”的结构。同样，稍有交叉的球形空腔还可以以类似螺旋的形式分层或例如以在髋关节壳的外侧上的紧密地毗邻的螺旋绕组的形式，或以例如突出的冷杉树枝的排列形式相互毗邻地排成行。这种表面的粗糙结构由于在其上面安置有象针叶从树枝上横向突出那样一个接着一个成排的球形空腔，而具有这样的优点，即因肋的高度较低，通过沿着螺旋状结构的轴线所存在的螺旋状的截面，向内生长的骨质组织也可以构成供给其营养的血管。如果在弯曲或倾斜的表面上以合理的方式产生银丝网结构，对锚固就比较有利。这可以根据独立权利要求7的特征部分做到，即通过使金属表面覆盖有一层对电化作用有效的保护漆膜，同时将直径小于间隙的宽度或者小于后加工的球形空腔的直径的孔分别置于后加工的间隙的间距上；通过将在保护漆膜上设置有孔的表面暴露于电解液一定的时间，以便通过电化腐蚀或电化蚀刻的方式产生由狭窄肋相互分隔开的球形空腔截面；通过去掉余下的保护漆膜；和通过使粗糙结构的表面具有精细的结构，例如借助喷砂法。一种作为权利要求1所描述的表面的初期阶段的过渡表面的合理的制造方法如权利要求9的特征部分所述，其中植入器首先涂敷一种粘性的电化学活性保护漆膜，该漆膜可以由能量密度低的激光使其蒸发，而底层金属则不会受到其影响。相反，对于波长足够长的激光来说，还可以利用金属的反射，因为辐射可以被反射回到保护漆膜内，而且金属所吸收的辐射较少。此外，与金属处理相比，可以使用功率相当低和成本较低的激光。因在保护漆膜和植入器之间的此能量阈值，保持确定的焦距长度以便烧蚀该保护漆膜就不那么重要了。因此，可以通过使用以斜角射入该表面上的激光束在保护漆膜上加工出孔而不需精确地保持焦距。通过表面和激光头之间的相对运动和通过取决于激光束的触发的路径，激光束就可以在保护漆膜上加工出孔域，这些孔中心至中心的间距与后面的间隙的间距相同，但是这些孔的直径小于后加工的球形空腔的直径。在另一个与所有的制造方法共同的步骤中，在漆膜上设置有孔的此表面暴露于一种导电液，即一种电解液中，以便借助电化腐蚀或蚀刻在孔的区域中加工出杯状的凹陷部。从保护漆膜上的孔的直径开始在电化腐蚀和/或蚀刻的影响的延续时间内，出现其深度和直径都在增加的杯状凹陷部。该方法有点令人吃惊的特性是，在间隙宽度的预定的尺寸范围内以及在保护漆膜上给出的相应的较小的圆孔的情况下，凹陷部实际上总是以球形空腔的形式出现，这些球形空腔根据腐蚀和/或蚀刻的影响的延续时间的长短，可以从浅的球形凹陷部扩展到半球形凹陷部，该半球形凹陷部在最有利的情况下具有一个额外的小圆筒形边缘。如果保护漆膜上只存在较小的孔，这种效应的一个可能的解释是扩散过程。孔的中心至中心的间距，孔的直径和腐蚀过程中的作用时间可以以这样的方式来选择，即当腐蚀终止时，在两个毗邻的球形空腔之间的具有所要求的壁厚的肋仍然保留不变，并且达到所要求的壳的深度。这个过程具有这样的优点，即为产生此种过渡形式的表面的金属加工可以在数分钟内在较大的表面区域上同时地进行。在去掉了电化效应的保护漆膜后，就出现一种过渡表面，该过渡表面通过喷砂处理就得到一种精细的结构，从而出现如权利要求1中所描述的外形状态。在球形空腔稍稍相交的情况下，在最窄的部位出现鞍形凹部，而在若干肋交在一起的节点处峰部仍然不变。根据保护漆膜的种类，漆膜可以在喷砂过程中直接去掉。从上面描述可以得出这样的结论该方法可以作这样的变更使得通过借助激光沿一条预定的线段使保护漆膜连续地蒸发的方式在保护漆膜上加工出沟纹，该沟纹在接着进行的电化腐蚀过程中产生一个相对应的较宽的沟槽。只要沟槽具有2mm-0.4mm的宽度并且所刻出的沟纹宽度对应于沟槽的宽度的几分之一，此沟槽的横截面就基本上对应于一个圆的一段。这种方法的优点在于这样的事实，即激光束可以象一个雕刻工具那样在涂敷有保护漆膜的金属表面上沿着任意弯曲的或间断的线条被导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于例如骨头的具有一个表面（２）的金属植入器，该表面具有由凸起部（３）和凹陷部（４）构成的粗糙结构，其特征在于：该表面遍布有由突起肋构成的网格（５），这些突起肋形成节点（７）和间隙宽度为２ｍｍ－０．４ｍｍ的间隙（８）；每一个间隙（８）都大致形成一个球形空腔（１１）截面形式的凹槽；以及该粗糙结构具有用于锚固的精细结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R巴吉，JM卡瑟尔斯，TS金，TA拉吉，AT米勒，
申请(专利权)人：苏舍奥索帕迪有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]