新型双动金属陶瓷髋关节假体系统和制备方法技术方案

本发明专利技术涉及骨科人工关节设计制造技术领域，具体而言，涉及一种新型双动金属陶瓷髋关节假体系统和制备方法。假体系统包括股骨柄、股骨头、内衬和臼杯；股骨柄的头部与股骨头连接，股骨头的外侧与内衬的内侧可活动连接，内衬的外侧与臼杯可活动连接；股骨头和内衬均为锻件加工制成；股骨柄、臼杯均以锆铌合金为原料并采用3D打印一体成型制成；臼杯与植入骨相结合部位、股骨柄中间部位均设置有骨小梁结构，骨小梁结构以金属材料采用3D打印制成；股骨头与内衬保持相对运动，以及内衬与臼杯保持相对运动的接触摩擦界面均为锆铌表面氧化的金属陶瓷界面。如此能够改善假体松动的风险，提升假体耐磨性、长期稳定性。长期稳定性。长期稳定性。

【技术实现步骤摘要】
新型双动金属陶瓷髋关节假体系统和制备方法


[0001]本专利技术涉及骨科人工关节设计制造
，具体而言，涉及一种新型双动金属陶瓷髋关节假体系统和制备方法。

技术介绍

[0002]随着老年社会的到来，关节疾病增多；同时由于社会进步人们对健康要求更高，关节置换的数量急剧增加。关节假体置换是一种手术治疗方法，主要目的是恢复关节功能，缓解疼痛，提高患者的生活质量。尽管关节置换手术过程及技术目前临床已标准化，但是关节置换后各种并发症时有发生，导致手术失败并需要进行手术翻修。假体与骨界面松动是造成假体失效的主要原因，假体松动的原因十分复杂，无菌性松动是最常见的术后并发症。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的包括，例如，提供了一种新型双动金属陶瓷髋关节假体系统和制备方法，其能够改善假体松动的风险，提升假体耐磨性、长期稳定性。
[0004]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种新型双动金属陶瓷髋关节假体系统，包括：
[0006]股骨柄、股骨头、内衬和臼杯；
[0007]所述股骨柄的头部与所述股骨头连接，所述股骨头的外侧与所述内衬的内侧可活动连接，所述内衬的外侧与所述臼杯可活动连接；
[0008]所述股骨头和所述内衬均为锻件加工制成；
[0009]所述股骨柄、所述臼杯均以锆铌合金为原料并采用3D打印一体成型制成；
[0010]所述臼杯与植入骨相结合部位、股骨柄中间部位均设置有骨小梁结构，所述骨小梁结构以金属材料采用3D打印制成；
[0011]所述股骨头与所述内衬保持相对运动的接触摩擦界面，以及所述内衬与所述臼杯保持相对运动的接触摩擦界面均为锆铌表面氧化的金属陶瓷界面。
[0012]在可选的实施方式中，所述金属陶瓷界面的厚度为3
‑
35微米。
[0013]在可选的实施方式中，所述股骨头与所述内衬保持相对运动的接触摩擦界面，以及所述内衬与所述臼杯保持相对运动的接触摩擦界面均具有微织构结构。
[0014]在可选的实施方式中，所述微织构结构被配置为在锆铌合金氧化前，在密实实体结构上加工出微织构，然后锆铌合金氧化成金属陶瓷界面。
[0015]在可选的实施方式中，所述微织构结构被配置为通过使用微细铣削、车削加工和激光加工机械方法，制备出了微米级微织构和/或纳米级微织构；
[0016]且所述微织构结构为在锆铌合金表面的不同形状的凹或凸微观结构，或多级尺度复合结构。
[0017]在可选的实施方式中，所述骨小梁结构，以及所述股骨柄植入髓腔内均注入负载抗菌药物的水凝胶；
[0018]所述水凝胶被配置为具有自修复、高强度的特性。
[0019]在可选的实施方式中，所述水凝胶包括二氧化硅/明胶复合胶体凝胶、基于丙烯酰基甘氨酰胺的超分子水凝胶、高强度壳聚糖基水凝胶；
[0020]所述负载抗菌药物包括庆大霉素、青霉素、头孢丙烯、左氧氟沙星、甲硝唑和克拉霉素。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种前述实施方式中任一项所述新型双动金属陶瓷髋关节假体系统的制备方法，包括：
[0022]1)股骨柄和臼杯的制备：
[0023]1‑
1)以锆铌合金粉为原料，锆铌合金粉的颗粒直径是5微米
‑
150微米，在有骨小梁打印部分锆铌合金粉内加入5
‑
10微米的镁金属颗粒，镁金属占所在锆铌合金粉的体积中1％
‑
5％；经3D打印一体成型得到股骨柄和臼杯的第一中间产物，将两种第一中间产物放入热等静压炉，在氦气或氩气保护下，升温至1250℃
‑
1400℃，在140MPa
‑
180MPa，恒温放置1h
‑
3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到两种第二中间产物；
[0024]1‑
2)将第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至
‑
80℃～
‑
120℃，恒温放置5h
‑
10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h
‑
36h，调节温度至室温，得到第三中间产物；
[0025]1‑
3)将第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至
‑
80℃～
‑
120℃，恒温放置5h
‑
10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h
‑
36h，调节温度至室温；得第四中间产物；
[0026]1‑
4)将第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，其中臼杯内表面进行微织构制作，得第五中间产物，或不进行微织构制作得第五中间产物；
[0027]1‑
5)将第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％
‑
15％的常压惰性气体，以5℃/min
‑
20℃/min加热至500℃
‑
700℃，以0.4℃/min
‑
0.9℃/min降温至400℃
‑
495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到股骨柄和臼杯；
[0028]所述股骨柄和所述臼杯经过第一中间产物、第二中间产物、第三中间产物、第四中间产物、第五中间产物，以及最后带有骨小梁部分和含氧化层部分假体的结构和性能特征得到优化，锆铌合金的骨小梁表面镁变成氧化镁；
[0029]2)股骨头和内衬锻件的制备：
[0030]2‑
1)将锆铌合金锻件进行机加工、修整、抛光、清洗和干燥，分别得到股骨头和内衬的中间产物，股骨头和内衬外表面制备微织构，或不进行微织构制作，股骨头和内衬表面除微织构部分的其外表面的粗糙度为Ra≤0.050μm；
[0031]2‑
2)分别将股骨头和内衬的中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％
‑
15％的常压氦气或氩气，以5℃/min
‑
20℃/min加热至500℃
‑
700℃，以0.4℃/min
‑
0.9℃/min降温至400℃
‑
495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到股骨头和内衬。
[0032]在可选的实施方式中，还包括臼杯和股骨柄之间的生物活性界面的制备：
[0033]将臼杯和股骨柄分别浸泡到负载抗菌药物的自修复、高强度水凝胶中，在容器中负压使水凝胶充分填充到骨小梁孔隙结构中，待手术中应用。
[0034]在可选的实施方式中，还包括当股骨柄植入到骨髓腔前，骨髓腔前注入一定剂量的自修复高强度水凝胶，用于填满骨与假体之间缝隙，对假体植入初期的即刻稳定；随着假
体内孔隙的骨长入，水凝胶逐渐降解，形成假体的长期稳定。
[0035]本专利技术实施例的有益效果包括，例如：
[0036]本方案的新型双动金属陶瓷髋关节假体系统均为锆铌合金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型双动金属陶瓷髋关节假体系统，其特征在于，包括：股骨柄、股骨头、内衬和臼杯；所述股骨柄的头部与所述股骨头连接，所述股骨头的外侧与所述内衬的内侧可活动连接，所述内衬的外侧与所述臼杯可活动连接；所述股骨头和所述内衬均为锻件加工制成；所述股骨柄、所述臼杯均以锆铌合金为原料并采用3D打印一体成型制成；所述臼杯与植入骨相结合部位、股骨柄中间部位均设置有骨小梁结构，所述骨小梁结构以金属材料采用3D打印制成；所述股骨头与所述内衬保持相对运动的接触摩擦界面，以及所述内衬与所述臼杯保持相对运动的接触摩擦界面均为锆铌表面氧化的金属陶瓷界面。2.引1根据权利要求1所述的新型双动金属陶瓷髋关节假体系统，其特征在于：所述金属陶瓷界面的厚度为3
‑
35微米。3.引1根据权利要求1所述的新型双动金属陶瓷髋关节假体系统，其特征在于：所述股骨头与所述内衬保持相对运动的接触摩擦界面，以及所述内衬与所述臼杯保持相对运动的接触摩擦界面均具有微织构结构。4.引3根据权利要求3所述的新型双动金属陶瓷髋关节假体系统，其特征在于：所述微织构结构被配置为在锆铌合金氧化前，在密实实体结构上加工出微织构，然后锆铌合金氧化成金属陶瓷界面。5.引3根据权利要求3所述的新型双动金属陶瓷髋关节假体系统，其特征在于：所述微织构结构被配置为通过使用微细铣削、车削加工和激光加工机械方法，制备出了微米级微织构和/或纳米级微织构；且所述微织构结构为在锆铌合金表面的不同形状的凹或凸微观结构，或多级尺度复合结构。6.引1根据权利要求1所述的新型双动金属陶瓷髋关节假体系统，其特征在于：所述骨小梁结构，以及所述股骨柄植入髓腔内均注入负载抗菌药物的水凝胶；所述水凝胶被配置为具有自修复、高强度的特性。7.引6根据权利要求6所述的新型双动金属陶瓷髋关节假体系统，其特征在于：所述水凝胶包括二氧化硅/明胶复合胶体凝胶、基于丙烯酰基甘氨酰胺的超分子水凝胶、高强度壳聚糖基水凝胶；所述负载抗菌药物包括庆大霉素、青霉素、头孢丙烯、左氧氟沙星、甲硝唑和克拉霉素。8.一种权利要求1至7中任一项所述新型双动金属陶瓷髋关节假体系统的制备方法，其特征在于，包括：1)股骨柄和臼杯的制备：1
‑
1)以锆铌合金粉为原料，锆铌合金粉的颗粒直径是5微米
‑
150微米，在有骨小梁打印部分锆铌合金粉内加入5
‑
10微米的镁金属颗粒，镁金属占所在锆铌合金粉的体积中1％
‑
5％；经3D打印一体成型得到股骨柄和臼杯的第一中间产物，将两种第一中间产物放入热等静压炉，在氦气或氩气保护下，升温至1250℃
‑
1400℃，在140MPa
‑
180MPa，恒温放置1h
‑
3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到两种第二中间产物；1
‑
2)将第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚，胡亚辉，张春秋，高丽兰，焦丽莎，童芬，马俊龙，徐浩林，刘淑红，
申请(专利权)人：嘉思特医疗器材天津股份有限公司，
类型：发明
国别省市：