人造骨制造方法及由该方法制造出的人造骨

摘要

课题是提供在接合部可实现准确成形进而可实现适当强度的人造骨的制造方法及基于该方法的人造骨；为对从金属生物材料、人造骨(1)用陶瓷、人造骨(1)用塑料树脂选择的1种以上粉末(2)层，基于与人造骨(1)形状对应的图像数据，通过照射电磁波或电子束(7)进行烧结或熔融，层叠基于该烧结的层或基于该熔融固化了的层的方法，为对构成与人体骨部的接合部的两侧端部(11)及其附近的内侧面和/或外侧面，采用通过基于上述图像数据的旋转工具(6)的切削实现的表面精加工工序，将构成上述接合部的两端及其附近的电磁波或电子束(7)的照射的程度设定为比其他区域的情况大，由此可达成上述课题的方法以及由该方法制造出的人造骨(1)。

说明书

技术领域

本发明涉及在应对人体的手术等而使用的人造骨中利用了三维造型方法的制造方法及基于该方法的人造骨。

背景技术

对受到缺损或损伤的人体的骨部的人造骨的移植技术随着医疗技术的发展，其需求有扩大的倾向。

作为人造骨制造方法，如专利文献1所示，下述方法已普及，所述方法为：基于人造骨图像数据，对从金属、树脂和陶瓷内选出的1种以上的粉末层进行激光烧结，层叠该烧结层。

然而，在人造骨中，在构成与人体的骨部的接合部的两侧端部及其附近成形为准确的形状被设为是不可避免的。

但是，在以往的人造骨制造方法中，并没有进行与这一点相关的特别的考虑或研究，在专利文献1中也没有例外。

而且，在人造骨的上述接合部中，为了防止由接合所导致的疲劳和磨损，与其他的区域部相比，要求更大的强度。

然而，尽管采用上述那样的激光烧结，但在以往技术中，并没有提倡带有与这一点相关的特别的考虑的构成。

发明内容

本发明的课题是提供：在接合部可实现准确的成形进而可实现适当的强度那样的人造骨的制造方法及基于该方法的人造骨。

为了解决上述课题，本发明的基本构成包括：

(1)一种人造骨制造方法，为对从金属生物材料、人造骨用陶瓷、人造骨用塑料树脂中选择的1种以上的粉末层，基于与人造骨的形状对应的图像数据，通过照射电磁波或电子束进行烧结或者熔融，层叠基于该烧结的层或基于该熔融固化了的层的人造骨制造方法，对构成与人体的骨部的接合部的两侧端部及其附近的内侧面和/或外侧面，采用通过基于上述图像数据的旋转工具的切削实现的表面精加工工序，且将构成接合部的两端及其附近的电磁波或电子束的照射的程度设定为比其他区域的上述程度大；和

(2)一种人造骨，由上述(1)中所述的制造方法制造出。

附图说明

图1是处于内部中空状态的人造骨，(a)表示管形状的示意图，(b)表示一部分的管形状的示意图，(c)表示基于管形状和一部分的管形状的结合的示意图。

图2是沿长度方向的周壁的内侧呈三维的网状态的人造骨，(a)表示长度方向剖视图，(b)表示与该长度方向正交的方向的剖视图(其中，(b)的截面由(a)的A-A部位表示。)。

图3是形成有沿长度方向的中空状的周壁的人造骨，(a)表示周壁呈网状态的情况的侧视图，(b)表示周壁呈孔的集中状态的情况的侧视图。

图4对通过对粉体的电磁波或电子束(电子射线)的照射和由旋转工具(刀具)进行的切削成形人造骨进行说明，(a)表示与通过电磁波或电子束的照射的烧结工序相关的剖视图，(b)表示与用于成形烧结区域的外壁的切削工序相关的剖视图，(c)表示与在用于外壁成形的切削工序结束了之后的进一步的粉末的层叠工序相关的剖视图，(d)表示与(a)、(b)、(c)的各工序结束了之后的内壁的成形工序相关的剖视图(白线的箭头表示旋转工具公转的状况，实线的箭头表示旋转工具自转的状况)。

图5表示在本发明中适用了CAD/CAM系统的情况的框图。

具体实施方式

一般，人造骨1，可以采用如图1所示的将周壁的内部设为中空的构成和如图2所示的将周壁的内部设为三维结构的网状态那样的构成的任何一种(另外，在图2中，在沿长度方向的整个区域设为三维结构的网状态，但也可采用将其一部分的区域例如形成接合部的两端及其附近以外的内部设为上述网状态的构成。)。

其中，在上述中空状态的情况下，可采用如图1(a)、(b)、(c)所示的管形状、一部分(局部)的管形状、或它们的结合形状的任何一种，而且，以体液的浸透或向人体组织的进入为目的，如图3(a)、(b)所示，有时在沿长度方向的周壁的整个区域或一部分区域采用网状态以及孔的集合状态。(另外，在图3(a)、(b)中，在两端部11及其附近以外的区域采用网状态或孔的集合状态，但涉及两端部11及其附近那样的构成当然也可以采用这些状态。)。

不论在何种形态下，在人造骨1中，在两端部及其附近进行与人体的骨的接合。

在几乎大部分的情况下，通过将人造骨1设为外侧且将人体的骨设为内侧那样的接合，实行由螺钉实现的固定，但例外地也可采用将人体的骨设为外侧且将人造骨1设为内侧那样的接合。

其中，在构成接合部的两端部11及其附近，要求与人体的骨的形状相匹配的准确的成形，并且为了避免接合部的磨损及疲劳，在该接合部位要求比其他的区域的部位大的强度。

在上述基本构成(1)中，立足于对金属生物材料、人造骨1用陶瓷、人造骨1用塑料树脂的任何1种以上的粉末2层如图4(a)、(c)所示通过照射电磁波或电子束7进行烧结、且依次层叠该烧结层这样的以往技术，其后，对进行接合的端部11及其附近的内侧面和/或外侧面，通过旋转工具6的切削，如图4(b)、(d)所示，进行最终的成形，通过该技术方案，实现准确的接合面。

而且，在将基于旋转工具6的切削的表面粗糙度的最大直径设为10μm的情况下，可实现极准确的成形，可以达到医疗现场的要求。

在构成接合部的端部11及其附近的内侧面的情况下，并不会对由旋转工具6进行的切削产生格外的妨碍，在该意义上，上述基本构成(1)也是存在技术价值的。

另外，在端部11及其附近以外的内侧面弯曲的人造骨1的情况下，或与端部11及其附近相比进一步扩大其内侧的直径的人造骨1的情况下，采用精密(緻密)的旋转直径的通常的旋转工具6，有时会对内侧面的切削成形产生妨碍。

但是，即使在那样的情况下，也可通过例如采用顶端(前端，先端)侧的旋转直径扩大那样的特殊形状的旋转工具，克服上述妨碍。

在上述基本构成(1)中，还包括对端部11及其附近的内侧面和外侧面的双方进行切削研磨的方法，在这样的构成的情况下，不仅可在进行接合的内侧面实现准确的成形，而且还可通过切削研磨成形平滑的端部11的外侧面，避免肌肉的无益的粘连。

着眼于这样的状况，在上述基本构成(1)中，对于人造骨1的外侧面中的与人体的骨部的接合部以外的区域，可以采用通过旋转工具6的切削实现的表面精加工工序。

在与人体的骨部的接合端部11的顶端部位，有时具有复杂的形状。

在这样的情况下，特征是对两侧端部的顶端面附加旋转工具6的切削工序的实施方式，可对上述那样的复杂的形态进行准确的顶端部的造型，因此可以优选地适用。

在通常的成形中，在外侧面，在电磁波或电子束7的烧结成形之后，进行由旋转工具6实现的切削成形，而且经由层叠这样的工序，但在内侧面的情况下，大多在外侧面的切削成形结束了之后进行。

另外，进行上述的对构成上述接合部的两侧端部11的顶端面的旋转工具6的切削的情况下，可选择与内侧面的切削相比之前和之后的任何一种，但通常大多在之前阶段进行。

在上述基本构成(1)中，通过将构成接合部的端部11及其附近的照射量与其他的区域的情况下相比设定为较多，从而增大接合部的强度，尽是减少该接合部的人造骨1的磨损和疲劳。

为了将端部11及其附近的照射量设定为大，可以选择增大每单位面积的照射量或者增加照射时间的任何一种。

在如图3(a)、(b)所示的将沿长度方向的周壁的整个区域或一部分的区域形成为网状态或孔的集中状态的情况下，为了维持该中途部位的区域的必要的强度，也可：与没有形成这些状态的区域相比，将电磁波或电子束7的照射量设定为多。

但是，也可有如下那样的选择：根据网状区域的面积或孔的集合状态的数量及孔的大小进而由该集合状态形成的面积，相对于没有形成这些状态的区域，降低强度，设定为与人骨的强度相同程度。

在上述基本构成(1)和上述图3(a)、(b)的实施方式中，在使每单位面积的照射量或照射时间变化的情况下，大多通过下述实施方式实现，所述实施方式的特征是：采用如图5所示的CAD/CAM系统3，通过CAD系统31设定与人造骨1的形状相对应的图像数据，其后通过CAD系统31或CAM系统32设定在人造骨1的各区域的电磁波或电子束7的每单位面积的照射量或照射时间。

在采用上述的CAD/CAM系统3的实施方式中，基于与人造骨1的各区域对应的电磁波或电子束7的每单位面积的照射量或照射时间的设定，在每个预定的区域电磁波或电子束7的照射量变化了的情况下，该预定的区域的人造骨1的强度变化，因此由旋转工具6进行切削的情况下的适当的移动速度和/或转速发生变化。

应对这样的情况，可以采用如下实施方式：与电磁波或电子束7的每单位面积的照射量或照射时间对应，通过CAD系统31或CAM系统32，进一步设定旋转工具6的移动速度和/或转速。

一般，在将照射电磁波或电子束7的斑点(スポツト)直径设为100μm以下的情况下，不仅在端部11及其附近而且在其他区域也可有助于准确且微细的成形。

作为金属生物材料，可以采用Ti-6Al-7Nb、纯Ti、Ti-6Al-4V、Ti-29Nb-13Ta-16Zr、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-5Al-5V-5Cr、Ti-15Zr-4Nb-4Ta、Co-Cr合金、SUS3162、SUS630，作为人造骨1用陶瓷，可以采用磷酸钙(羟基磷灰石(hydroxyapatite)、α-磷酸钙、β-磷酸钙等)，作为人造骨1用塑料树脂，在强度关系上优选采用聚碳酸酯、聚酯。

实施例

以下，根据实施例进行说明。

以下，结合实施例进行说明。

在实施例中，其特征是：作为构成接合部的两端或其附近的层叠粉末2，采用金属生物材料粉末或以该粉末为主成分的粉末2。

在这样的实施例中，在上述两端及其附近，可以通过仅金属生物材料粉末或以该粉末为主成分的粉末，维持必要的强度，对上述基本构成(2)可进行重叠来应对接合部的磨损和疲劳。

对上述两端部11及其附近以外的区域，采用根据实施例的上述粉末以外的粉末2的情况下，在到达上述两端部11及其附近的照射的阶段，切换为上述粉末进行层叠，因此，在实施例的情况下，可使用2个以上的散布粉末2的喷嘴。

基于上述基本构成(1)、(2)，在本发明所涉及的人造骨的情况下，在构成与人体的骨的接合部的端部及其附近，可实现准确的成形，进而可实现必要的强度，可以发挥在人造骨方面基本要求的功能。

本发明可以在人造骨的制造和使用现场广泛地利用。