一種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多孔支架結(jié)構(gòu)，特別涉及一種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，屬于醫(yī)用植入材料領(lǐng)域。一種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，它由多個(gè)基本單元在三維空間沿三維方向依次疊加而成，每個(gè)基本單元是由四個(gè)或六個(gè)側(cè)壁所包圍形成的具有中心連通孔的四棱柱體或六棱柱體構(gòu)成，每個(gè)側(cè)壁均是由兩根棱條交叉形成的“X型”框架結(jié)構(gòu)構(gòu)成，沿四棱柱體或六棱柱體軸線方向相鄰排列的基本單元的中心連通孔相互連通。該結(jié)構(gòu)不僅降低了植入體模量，使植入體模量與強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)理想匹配，改進(jìn)了傳統(tǒng)金屬植入體的構(gòu)型，使其力學(xué)分布優(yōu)化，應(yīng)力遮擋效應(yīng)減弱；而且該結(jié)構(gòu)具有規(guī)則通孔結(jié)構(gòu)，有利于骨組織長(zhǎng)入，并能增加骨組織與植入體的相互鎖固，縮短患者的康復(fù)時(shí)間。
【專利說(shuō)明】一種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多孔支架結(jié)構(gòu)，特別涉及一種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，屬 于醫(yī)用植入材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 在骨折或骨壞死等骨質(zhì)疾病治療和修復(fù)領(lǐng)域，尤其在對(duì)承力骨的治療和修復(fù)方 面，植入物替換病死骨手術(shù)是常見的預(yù)防骨質(zhì)疾病進(jìn)一步惡化、避免后期骨折甚至致殘的 有效方法。目前，常見的植入物主要包括自體骨、異體骨、生物陶瓷、有機(jī)高分子聚合物、可 降解材料和金屬材料等。由于自體骨移植存在供區(qū)疼痛、來(lái)源有限的缺點(diǎn)，異體骨移植存在 免疫反應(yīng)和病毒傳染的可能，生物陶瓷存在本征脆性，有機(jī)高分子聚合物強(qiáng)度過(guò)低，可降解 材料尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段等問(wèn)題，這些材料在承力骨的治療和修復(fù)方面均未能得到廣泛 應(yīng)用。而金屬材料，如不銹鋼、Co-Cr基合金、鈦基合金等，由于可以提供良好的力學(xué)性能， 并且兼具耐蝕性和生物相容性等，因此在臨床一直被廣泛應(yīng)用。
[0003] 但是，由于金屬材料的模量（不銹鋼：約200GPa，Co-Cr基合金：約230GPa，鈦基合 金：50-110GPa)明顯要高于骨組織模量（皮質(zhì)骨的模量范圍約為2-25GPa)，這將引起所謂 "應(yīng)力遮擋效應(yīng)"，即應(yīng)力主要通過(guò)金屬植入體傳遞。此時(shí)，金屬植入體周圍骨組織長(zhǎng)期將承 受低負(fù)荷狀態(tài)，這將導(dǎo)致骨質(zhì)吸收而造成骨質(zhì)疏松，這種情況下植入體極易松動(dòng)，骨組織受 力時(shí)也容易發(fā)生骨折。目前，"應(yīng)力遮擋效應(yīng)"是縮短金屬植入體服役時(shí)間的重要原因，無(wú)形 地增加了患者植入體的置換次數(shù)，同時(shí)給患者增加了病痛和治療時(shí)間。
[0004] 針對(duì)植入體在治療骨質(zhì)疾病過(guò)程中出現(xiàn)的"應(yīng)力遮擋"問(wèn)題，首先要解決植入體本 身的模量問(wèn)題，即要求植入體模量降低至能與骨組織模量相匹配的程度?，F(xiàn)有技術(shù)是將材 料制備成多孔狀來(lái)降低材料整體的表觀模量，但這么做的同時(shí)，材料的強(qiáng)度、塑性等也會(huì)隨 著孔隙率的增加而發(fā)生大幅度下降，因此按照現(xiàn)有技術(shù)所制備的多孔材料很難達(dá)到低模量 與高強(qiáng)度的理想匹配。另外，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，多孔結(jié)構(gòu)具有高滲透性，作為植入物將有利于骨 細(xì)胞黏附，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳遞和促進(jìn)新生骨組織長(zhǎng)入等。但是，現(xiàn)有技術(shù)中這些金屬多孔材料孔 徑尺寸及分布呈隨機(jī)狀態(tài)，區(qū)別于人體取向生長(zhǎng)的骨組織形態(tài)；同時(shí)，隨機(jī)分布的各向同性 的孔不僅不支持骨細(xì)胞、骨組織長(zhǎng)入，而且在應(yīng)力分布上，應(yīng)力大的方向和應(yīng)力小的方向沒 有區(qū)分；另外，這些多孔金屬材料加工工藝復(fù)雜，常存在內(nèi)部缺陷，并且可能摻雜對(duì)人體健 康不利的物質(zhì)等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)在骨缺損或壞死治療中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出 一種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅降低了植入體模量，使植入體模量與強(qiáng)度 實(shí)現(xiàn)理想匹配，改進(jìn)了傳統(tǒng)金屬植入體的構(gòu)型，使其力學(xué)分布優(yōu)化，應(yīng)力遮擋效應(yīng)減弱；而 且該結(jié)構(gòu)具有規(guī)則通孔結(jié)構(gòu)，有利于骨組織長(zhǎng)入，并能增加骨組織與植入體的相互鎖固，縮 短患者的康復(fù)時(shí)間。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，它由多個(gè)基本單元在三維空間沿三維方向依 次疊加而成，每個(gè)基本單元是由四個(gè)或六個(gè)側(cè)壁所包圍形成的具有中心連通孔的四棱柱體 或六棱柱體構(gòu)成，每個(gè)側(cè)壁均是由兩根棱條交叉形成的"X型"框架結(jié)構(gòu)構(gòu)成，沿四棱柱體或 六棱柱體軸線方向相鄰排列的基本單元的中心連通孔相互連通。
[0008] 首先，對(duì)于承力骨缺損治療，采用該支架結(jié)構(gòu)的植入體具有與骨組織匹配的模量， 能降低或避免發(fā)生治療過(guò)程中易出現(xiàn)的"應(yīng)力遮擋效應(yīng)"，同時(shí)材料的強(qiáng)度足夠提供力學(xué)支 承；
[0009] 其次，該支架結(jié)構(gòu)的孔隙率高，具有高滲透性，應(yīng)用在植入物上將有利于骨細(xì)胞黏 附，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳遞和促進(jìn)新生骨組織長(zhǎng)入；
[0010] 第三，具有中心連通孔的四棱柱體或六棱柱體在垂直方向上堆積，中心連通孔形 成了具有取向性的上下連通的中空導(dǎo)管，有利于成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及毛細(xì) 血管沿導(dǎo)管方向增殖向分化成骨方向發(fā)展，對(duì)骨愈合有利。
[0011] 所述棱柱所述棱條的橫截面可以采用實(shí)心圓形、實(shí)心橢圓形或者實(shí)心多邊形，以 滿足不同情況下對(duì)于植入物的不同需求；或者，所述棱條的橫截面也可以采用中空?qǐng)A環(huán)、中 空橢圓環(huán)或者中空多邊形環(huán)，在邊界條件和受載一樣的情況下且所需的強(qiáng)度一樣大時(shí)，空 心棱柱與實(shí)心棱柱相比較，空心棱柱所用材料較少，節(jié)省材料的同時(shí)還能減輕自重，并進(jìn)一 步降低模量。
[0012] 所述中心連通孔的橫截面的內(nèi)接圓半徑為150 μ m-750 μ m，有利于成骨細(xì)胞、成 軟骨細(xì)胞及骨組織長(zhǎng)入，增加骨組織與支架材料的相互鎖固；內(nèi)接圓半徑過(guò)小，例如小于 150 μ m時(shí)，成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞及骨組織不容易長(zhǎng)入，內(nèi)接圓半徑過(guò)大，例如大于750 μ m 時(shí)，成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞及骨組織不易掛載在中心連通孔上下連通形成的中空導(dǎo)管內(nèi)壁 上，容易脫落。另外，支架結(jié)構(gòu)中心連通孔的橫截面的內(nèi)接圓半徑的變化不是孤立的，是由 結(jié)構(gòu)內(nèi)部參數(shù)決定的，其關(guān)系如下：
[0013] 對(duì)于六棱柱體有：
[0014] r = 0. 866a~t
[0015] 對(duì)于四棱柱有：
[0016] r = 0. 5a~t
[0017] 其中r為中心連通孔的橫截面的內(nèi)接圓半徑，t為棱條厚度或棱條橫截面的等效 圓直徑，a為四棱柱體或六棱柱體的底邊邊長(zhǎng)。
[0018] 選擇不同材料（Ta:183GPa、Zr:99GPa、a-Ti:110GPa、醫(yī)用 316 不銹鋼：193GPa、羥 基磷灰石：165GPa、C〇-Cr-Mo:248GPa、C〇-Cr-W:232GPa、C〇-基：194GPa、Mg:44GPa)，按上述 方案模擬支架整體模量與支架材料本征模量及結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)：結(jié)構(gòu)一定，不同材料支 架的整體模量與支架材料本征模量成正比；材料一定，改變結(jié)構(gòu)內(nèi)部棱條橫截面的等效圓 直徑與所述棱條的長(zhǎng)度的比值，支架的整體模量隨其增加而增加；材料一定，改變四棱柱體 或六棱柱體的高度與所述四棱柱體或六棱柱體的側(cè)壁底邊邊長(zhǎng)的比值，支架的整體模量隨 其增加而增加。為了使不同材料支架整體模量處于2-30GPa的范圍要求，所述棱條的橫截 面的等效圓直徑與所述棱條的長(zhǎng)度的比值為〇. 1-0. 5 ;所述四棱柱體或六棱柱體的高度與 所述四棱柱體或六棱柱體的側(cè)壁底邊邊長(zhǎng)的比值為1. 0-2. 5。
[0019] 由于植入體植入后在垂直方向上的骨組織引導(dǎo)或誘導(dǎo)、血管組織的生成以及營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì)輸運(yùn)將大于水平方向上的需要，因此，所述中心連通孔的橫截面面積最好大于所述側(cè) 壁上的"X型"框架結(jié)構(gòu)的孔隙的橫截面面積。
[0020] 本發(fā)明所提供的一種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)的發(fā)明原理如下：
[0021] (一）模量的控制：
[0022] 對(duì)于實(shí)體材料，模量一般屬于結(jié)構(gòu)不敏感屬性，很難再通過(guò)成分、工藝或組織的調(diào) 整進(jìn)行大幅度改變；而對(duì)于多孔材料，其整體的表觀模量可以通過(guò)孔隙率的變化進(jìn)一步調(diào) 整，但這種調(diào)整常常會(huì)大幅度地犧牲材料強(qiáng)度，這將導(dǎo)致高孔隙率材料往往無(wú)法滿足高強(qiáng) 度要求的場(chǎng)合。伴隨3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，材料的孔隙結(jié)構(gòu)及尺寸可以得到精確控制。相對(duì) 于傳統(tǒng)方法，3D打印技術(shù)實(shí)際為多孔材料設(shè)計(jì)增加了控制因素，這就意味著材料的模量與 強(qiáng)度可以通過(guò)孔隙參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)材料模量與強(qiáng)度的理想匹配。
[0023] 對(duì)于承力骨缺損治療，不但要求植入體具有能與骨組織匹配的模量以降低或避免 發(fā)生治療過(guò)程中易出現(xiàn)的"應(yīng)力遮擋效應(yīng)"，而且要求材料具有足夠的強(qiáng)度以提供力學(xué)支 承，因此多孔植入體一般同時(shí)要滿足低模量和高強(qiáng)度的雙重設(shè)計(jì)要求。本專利選擇"X型" 結(jié)構(gòu)作為基本框架堆垛三維多孔支架，通過(guò)支架參數(shù)的控制實(shí)現(xiàn)足夠力學(xué)支承的同時(shí)對(duì)支 架的模量進(jìn)行精確控制。
[0024] (二）通孔的設(shè)計(jì)：
[0025] 通過(guò)骨切片實(shí)驗(yàn)形態(tài)觀察已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，骨組織就是取向性明顯的多孔材料，其中多 孔骨架起到力學(xué)支承作用，而取向性孔隙有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳遞和促進(jìn)骨組織的新陳代 謝。模仿骨組織孔隙狀態(tài)特征，本發(fā)明對(duì)植入體支架進(jìn)行了通孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體方案為：利 用"X型"框架圍成六棱柱體或四棱柱體通孔單元，然后將這些單元在空間進(jìn)行周期性堆垛 后得到具有規(guī)則排列的六邊形或四邊形通孔的多孔支架，以利于植入體植入后物質(zhì)輸運(yùn)、 骨組織引導(dǎo)或誘導(dǎo)和血管化等生物功能作用。
[0026] (三）結(jié)構(gòu)的選擇：
[0027] 根據(jù)多孔支架材料內(nèi)部棱條受力特征的不同，支架結(jié)構(gòu)主要分為拉伸主導(dǎo)型結(jié)構(gòu) (棱條在外載下主要呈拉、壓變形模式以抵抗外載和整體變形）和彎曲主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)（棱條在 外載下主要呈彎曲變形模式以抵抗外載和整體變形）。兩類結(jié)構(gòu)內(nèi)部棱條的受力模式不同 造成兩類結(jié)構(gòu)材料在比剛度和比強(qiáng)度方面有著極大的差異，拉伸主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)強(qiáng)而脆，彎曲 主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)柔而韌。根據(jù)骨植入材料的性能要求，以上兩類結(jié)構(gòu)實(shí)際都不能完全滿足需求。 介于兩類結(jié)構(gòu)的綜合，本發(fā)明選擇利用"X型"框架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以在不過(guò)分降低支架結(jié)構(gòu) 材料強(qiáng)度的同時(shí)盡可能地增加支架材料的變形能力。
[0028] 當(dāng)植入體的材料選取a -Ti (E = llOGPa，v = 〇. 33)時(shí)，如圖6所示：選擇相對(duì)密 度相同（43.4%)的圓柱形堅(jiān)直桿作為拉伸主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)模型、菱形十二面體作為彎曲主要 導(dǎo)型結(jié)構(gòu)模型，與"X型"六棱柱比較可知"X型"框架結(jié)構(gòu)的模量和強(qiáng)度均處于拉伸主導(dǎo)型 結(jié)構(gòu)和彎曲主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)之間，通過(guò)選擇不同植入體的材料（Ta:183GPa、Zr:99GPa、醫(yī)用316 不銹鋼：1936卩3、羥基磷灰石：1656卩3、(：〇-〇-]\1〇:2486?3、(：〇-〇-1:2326?3、(：〇-基：1946?&、 Mg:44GPa)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可得："X型"框架結(jié)構(gòu)可以在不過(guò)分降低支架結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的同時(shí)盡 可能地增加支架材料的變形能力。
[0029] 另外，鑒于"模量的控制"和"通孔的設(shè)計(jì)"要求，最終多孔支架結(jié)構(gòu)選擇由"X型" 框架作為側(cè)壁圍成六棱柱體或四棱柱體結(jié)構(gòu)單元，再由結(jié)構(gòu)單元在空間作周期平移構(gòu)成。
[0030] 本發(fā)明所提供的一種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 1)具有該結(jié)構(gòu)的材料不僅孔隙率高，比表面積大，具有優(yōu)異的沖擊能量吸收特性， 而且在具有較高強(qiáng)度要求的場(chǎng)合，具有足夠的強(qiáng)度以提供力學(xué)支承。
[0032] 2)具有取向性的孔隙，有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳遞和促進(jìn)骨組織新陳代謝的作用，有 利于植入體植入后物質(zhì)輸運(yùn)、骨組織引導(dǎo)或誘導(dǎo)和血管化等生物功能作用。
[0033] 3)可以根據(jù)不同人體骨骼以及生物環(huán)境來(lái)調(diào)整多孔尺寸或結(jié)構(gòu)以及支架表面的 處理。
[0034] 4)實(shí)現(xiàn)了植入體模量與強(qiáng)度的理想匹配以降低甚至消除由于實(shí)體金屬與骨組織 模量差別所帶來(lái)的"應(yīng)力遮擋效應(yīng)"，增加植入體的服役壽命，減輕患者的痛苦。
[0035] 5)規(guī)則通孔結(jié)構(gòu)有利于骨組織長(zhǎng)入，增加骨組織與支架材料的相互鎖固，減少患 者的康復(fù)時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的六棱柱體基本單元的俯視圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明的六棱柱體基本單元的側(cè)視圖；
[0038] 圖3是本發(fā)明的四棱柱體基本單元的俯視圖；
[0039] 圖4是本發(fā)明的四棱柱體基本單元的側(cè)視圖；
[0040] 圖5是本發(fā)明的有限元分析流程圖；
[0041] 圖6是本發(fā)明的圓柱形堅(jiān)直桿結(jié)構(gòu)、"X型"六棱柱、菱形十二面體結(jié)構(gòu)的相對(duì)模量 和屈服強(qiáng)度的柱狀圖；
[0042] 圖7是本發(fā)明的六棱柱體基本單元的有限元網(wǎng)格劃分；
[0043] 圖8是本發(fā)明的四棱柱體基本單元的有限元網(wǎng)格劃分；
[0044] 圖9是本發(fā)明的六棱柱體基本單元的有限元模擬分析過(guò)程圖；
[0045] 圖10是本發(fā)明的四棱柱體基本單元的有限元模擬分析過(guò)程圖；
[0046] 圖11是本發(fā)明的六棱柱體基本單元模量隨結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的狀態(tài)圖；
[0047] 圖12是本發(fā)明的四棱柱體基本單元模量隨結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的狀態(tài)圖；
[0048] 圖中附圖標(biāo)記表示為：
[0049] r是中心連通孔的橫截面的內(nèi)接圓半徑；
[0050] t是組成"X型"框架的棱條的厚度或其橫截面等效圓直徑；
[0051] 1是組成"X型"框架的棱條的長(zhǎng)度；
[0052] c是四棱柱體或六棱柱體的高；
[0053] a是四棱柱體或六棱柱體的底邊邊長(zhǎng)；
[0054] η i是四棱柱體或六棱柱體的高c與底邊邊長(zhǎng)a的比值。

【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】和具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

【具體實(shí)施方式】 [0056] 如下：
[0057] -種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，它由多個(gè)基本單元在三維空間沿三維方向依 次疊加而成，每個(gè)基本單元是由四個(gè)或六個(gè)側(cè)壁所包圍形成的具有中心連通孔的四棱柱體 或六棱柱體構(gòu)成，每個(gè)側(cè)壁均是由兩根棱條交叉形成的"X型"框架結(jié)構(gòu)構(gòu)成，沿四棱柱體或 六棱柱體軸線方向相鄰排列的基本單元的中心連通孔相互連通。
[0058] 所述棱條的橫截面是實(shí)心圓形、實(shí)心橢圓形、實(shí)心多邊形、中空?qǐng)A環(huán)、中空橢圓環(huán) 或者中空多邊形環(huán)。
[0059] 為了滿足支架材料的生物功能性要求，所述中心連通孔的橫截面的內(nèi)接圓半徑r 為 150 μ m_750 μ m。
[0060] 所述棱條的橫截面的等效圓直徑與所述棱條的長(zhǎng)度的比值為0. 1-0. 5 ;所述四棱 柱體或六棱柱體的高度與所述四棱柱體或六棱柱體的側(cè)壁底邊邊長(zhǎng)的比值為1. 0-2. 5。
[0061] 對(duì)于六棱柱體基本單元，其整體形狀的結(jié)構(gòu)特征可以由六棱柱體的高c與底邊邊 長(zhǎng)a的比值1^確定= c/a);六棱柱體基本單元的相對(duì)密度可以由組成"X型"框架的 棱條的厚度t (或其橫截面等效圓直徑）與長(zhǎng)度1比值η 2確定（η 2 = t/Ι)。
[0062] 對(duì)于四棱柱體基本單元，其整體形狀的結(jié)構(gòu)特征可以由四棱柱體的高c與底邊邊 長(zhǎng)a的比值L確定= c/a);四棱柱體基本單元的相對(duì)密度可以由組成"X型"框架的 棱條的厚度t (或其橫截面等效圓直徑）與長(zhǎng)度1比值η2確定（η2 = t/Ι)。
[0063] 所述中心連通孔的橫截面面積大于所述側(cè)壁上的"X型"框架結(jié)構(gòu)的孔隙的橫截面 面積。
[0064] 支架結(jié)構(gòu)整體模量利用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。首先利用作圖軟件建立支架幾何模 型（如"X型"四棱柱或"X型"六棱柱等），同時(shí)設(shè)定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)（r，1和η2);然后導(dǎo) 入有限元分析軟件（如Ansys、Comsol或Abaqus等），定義材料參數(shù)（Ε和ν等），設(shè)定邊 界條件、加載條件和劃分網(wǎng)格；再進(jìn)行有限元計(jì)算、分析；按著模量低于30GPa的要求，如果 所選支架結(jié)構(gòu)整體模量滿足要求，那么將確立所選支架結(jié)構(gòu)方案，否則重新設(shè)定支架結(jié)構(gòu) 參數(shù)（r，η jP η 2)按上述步驟再進(jìn)行計(jì)算和判斷，最終得到滿足低模量條件的支架結(jié)構(gòu)材 料及參數(shù)范圍。
[0065] a -Ti實(shí)施例組
[0066] 實(shí)施例1
[0067] 對(duì)于六棱柱體基本單元，當(dāng)植入體的材料選取a -Ti (E = llOGPa，ν = 〇. 33)時(shí)， 如圖3所示：利用有限元方法計(jì)算可得支架材料相對(duì)模量與支架相對(duì)密度的關(guān)系。結(jié)果表 明，η 1取值范圍選擇在1.0-2. 5, 112取值范圍選擇在0. 10-0. 50,和通孔內(nèi)接圓半徑r選擇 在150 μ m-750 μ m范圍時(shí)，支架材料的相對(duì)模量將低于30GPa，滿足人體皮質(zhì)骨模量范圍。
[0068] 實(shí)施例2
[0069] 對(duì)于四棱柱體基本單元，當(dāng)植入體的材料選取a -Ti (E = llOGPa，ν = 〇. 33)時(shí)， 如圖4所示：利用有限元方法計(jì)算可得支架材料相對(duì)模量與支架相對(duì)密度的關(guān)系。結(jié)果表 明，η 1取值范圍選擇在1.0-2. 5, 112取值范圍選擇在0.1-0. 35,和通孔內(nèi)接圓半徑r選擇 在150 μ m-750 μ m范圍時(shí)，支架材料的相對(duì)模量將低于30GPa，滿足人體皮質(zhì)骨模量范圍。
[0070] Mg實(shí)施例組
[0071] 實(shí)施例3
[0072] 對(duì)于六棱柱體基本單元，當(dāng)植入體的材料選取Mg(E = 44GPa，ν = 〇. 26)時(shí)，如 圖3所示：利用有限元方法計(jì)算可得支架材料相對(duì)模量與支架相對(duì)密度的關(guān)系。結(jié)果表 明，η 1取值范圍選擇在1-2. 5，112取值范圍選擇在0.1-0. 5,和通孔內(nèi)接圓半徑r選擇在 150 μ m-750 μ m范圍時(shí)，支架材料的相對(duì)模量將低于30GPa，滿足人體皮質(zhì)骨模量范圍。
[0073] 實(shí)施例4
[0074] 對(duì)于四棱柱體基本單元，當(dāng)植入體的材料選取Mg(E = 44GPa，v = 〇. 26)時(shí)，如 圖4所示：利用有限元方法計(jì)算可得支架材料相對(duì)模量與支架相對(duì)密度的關(guān)系。結(jié)果表明， Π 1取值范圍選擇在1.2-2. 5, η2取值范圍選擇在0. 15-0. 50,和通孔內(nèi)接圓半徑r選擇在 150 μ m-750 μ m范圍時(shí)，支架材料的相對(duì)模量將低于30GPa，滿足人體皮質(zhì)骨模量范圍。
[0075] Co-Cr-Mo 實(shí)施例組
[0076] 實(shí)施例5
[0077] 對(duì)于六棱柱體基本單元，當(dāng)植入體的材料選取Co-Cr-Mo (E = 248GPa，v =〇· 30) 時(shí)，如圖3所示：利用有限元方法計(jì)算可得支架材料相對(duì)模量與支架相對(duì)密度的關(guān)系。結(jié) 果表明，η 1取值范圍選擇在1.0-1. 5, η2取值范圍選擇在0. 10-0. 25,和通孔內(nèi)接圓半徑r 選擇在150 μ m-750 μ m范圍時(shí)，支架材料的相對(duì)模量將低于30GPa，滿足人體皮質(zhì)骨模量范 圍。
[0078] 實(shí)施例6
[0079] 對(duì)于四棱柱體基本單元，當(dāng)植入體的材料選取Co-Cr-Mo (E = 248GPa，v =〇· 30) 時(shí)，如圖4所示：利用有限元方法計(jì)算可得支架材料相對(duì)模量與支架相對(duì)密度的關(guān)系。結(jié) 果表明，Π 1取值范圍選擇在1.0-2. 3, 112取值范圍選擇在0. 10-0. 45,和通孔內(nèi)接圓半徑r 選擇在150 μ m-750 μ m范圍時(shí)，支架材料的相對(duì)模量將低于30GPa，滿足人體皮質(zhì)骨模量范 圍。
[0080] 上述【具體實(shí)施方式】只是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)解釋，本發(fā)明并不只僅僅局 限于上述實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明原理的任何改進(jìn)或替換，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，其特征在于：它由多個(gè)基本單元在三維空間沿 三維方向依次疊加而成，每個(gè)基本單元是由四個(gè)或六個(gè)側(cè)壁所包圍形成的具有中心連通孔 的四棱柱體或六棱柱體構(gòu)成，每個(gè)側(cè)壁均是由兩根棱條交叉形成的"X型"框架結(jié)構(gòu)構(gòu)成，沿 四棱柱體或六棱柱體軸線方向相鄰排列的基本單元的中心連通孔相互連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述中心連通 孔的橫截面的內(nèi)接圓半徑為150μηι-750μηι。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述棱條的橫 截面的等效圓直徑與所述棱條的長(zhǎng)度的比值為〇. 1-0. 5 ;所述四棱柱體或六棱柱體的高度 與所述四棱柱體或六棱柱體的側(cè)壁底邊邊長(zhǎng)的比值為1. 0-2. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低模量醫(yī)用植入多孔支架結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述中心連通 孔的橫截面面積大于所述側(cè)壁上的"X型"框架結(jié)構(gòu)的孔隙的橫截面面積。
【文檔編號(hào)】A61F2/90GK104207867SQ201410401502
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】林錦新, 吳松全, 林俊杰, 盧衍錦, 甘藝良, 趙超前 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所