專利名稱：：模制品和物料及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及用于人體或動物體的模制品。本發明特別地但并非排它地涉及用于置換或矯正人或動物體的身體部件，特別是骨結構及其部分的模制品，或涉及附著假體的裝置。
背景技術：
：在外科手術中，特別是骨外科手術如矯形外科手術例如置換關節如安放臀部假體，骨折或脊髓手術，例如疝氣手術中，有時必須置換身體部件的一部分，特別是骨結構或其部分，例如由于切割、骨吸收或腫瘤而失去組織或為支撐目的而加入材料。為此，已知的是使用從身體其它部位取出的移植材料或人造身體部件如假體。使用移植材料的缺點在于，必須在遠離要附加所述材料的實際手術位置的身體部位打開至少另一個切口。對于患者來說，例如由于術后結疤這可能會造成外傷，而且可能會延長患者完全康復所需的時間。這還會增加感染的危險和延長手術及由此麻醉的持續時間。而它們都應保持盡可能短。此外，隨著時間的推移移植材料可能會被排斥或損壞。使用人造身體部件的缺點在于它們可能會被身體排斥，這意味著可能需要較大量的藥品來使這種排斥的危險最小化。此外，在術后隨著時間的過去這種人造身體部件易于松弛或其配合惡化。這意味著必須再進行一次甚至多次手術。這些人造身體部件的另一問題在于較貴且需要從身體上除去比實際手術所需或所要求的多得多的組織。因此需要一種用于人體或動物體的手段，例如用于置換或支撐結構。
發明內容本發明的一個目的在于提供人體或動物體用的手段，其能免除或至少減輕上述已知方法的至少一些缺點。本發明的另一目的在于提供一種用于動物體或人體的模制品。本發明的又一目的在于提供一種用于人體或動物體的能使骨骼或其它身體組織向內生長的模制品，此制品被制成或可被制成符合其應用的身體空間的形狀。本發明的另一目的在于提供一種用于形成可被用于動物體或人體，特別是用于置換或支撐身體部件如骨結構或其部分的制品的物料。本發明的又一目的在于提供一種形成用于動物體或人體的制品的方法。本發明的目的還在于提供一種置換、填充和/或支撐人體或動物體的部件如骨結構或其部分的方法。利用本發明可以滿足本發明的這些和其它目的中的至少一些。根據本發明，提供一種模制品，其包含導致形成剛性或半剛性結構的互連的顆粒。這樣的顆粒和結構通常是生物相容的。至少部分顆粒是多孔性的。根據本發明的模制品的優點在于容易制成任何期望的形狀，且容易安放和用在人體或動物體之內。由于至少部分所述顆粒的結構的多孔性，骨骼和/或其它身體組織可以并將會長入所述結構里面、長到所述顆粒之內和/或之上，由此在所述結構與所述身體的周圍部分之間獲得牢固永久的連接。在本申請中，模制品應理解為任何通過例如成型工藝在模具如壓模或注模中，或通過不使用模具將物料制成期望形狀的"自由成型"，被制成任何形狀的人工制品。這亦可稱作"雕塑"或類似術語。術語"顆粒〃應理解為至少包括任何相對較小的具有規則或不規則形狀的單元。多孔性應理解為至少具有進入和/或穿過所述顆粒和/或所述結構的開口。在一個優選實施方案中，所述顆粒至少通過機械相互作用，特別但并非排它地由于壓力而互連。本發明的模制品可以在限定了所述結構的大概形狀的模具中模制。在所述模具之內，可以發生物理和/或化學反應以形成顆粒之間的互連，這可以受到很好的控制。用于形成根據本發明的模制品的模具可以是固定形狀設計的。不過，所述模具也可以部分或完全是柔性設計的，例如由彈性體或橡膠基材料制成或具有可活動部件、插入物等以修改模具的形狀特別是所述模具內部的模腔以適合所述模制品的期望應用。優選地，所述模制品，特別是其結構，是至少部分地多孔性的，由此人或動物的骨組織和/或體液可以穿過和/或長入所述制品的至少一部分中去。這將產生制品到身體結構如骨骼的直接連接。所述顆粒優選地由鈦或鈦合金制成或者至少包含鈦或鈦合金。最優選地所述顆粒包含二氯化鈦的反應產物結果形成期望的海綿狀結構。這將導致產生，與例如通過將氣體吹過熔融鈦所制造的顆粒相比，具有改善的體組織(特別是骨骼)向內生長和更好的可控孔隙度的結構。不過，也可以采用其它化學和/或物理方法來在顆粒中獲得多孔性。顆粒優選地具有在細線狀單元之間具有相對大的氣孔的海綿狀結構。顆粒在互連之前或期間可以加以振動。這可以導致顆粒的更密和更緊填充以及更好的連接。除其它方式外，所形成的模制品的密度可以通過特別是所述振動改變。在另一替代實施方案中，模制品是由包含所述顆粒的可變形物料形成的。所述物料優選地是或己經是可塑的，從而其可被雕塑成期望的形狀。為此，所述將會形成制品的物料可以包含一種將所述顆粒結合在一起的化合物，例如粘合劑，其在形成所述制品之后可以例如通過沖洗除去，或者可用做互連所述顆粒和形成所述剛性結構的固化劑。這樣選擇所述化合物，所述顆粒和/或結構的多孔性得以保持或可以例如通過所述用液體沖洗輕易恢復。所述結構的外表面優選地至少部分地并更優選地大部分由顆粒的外表面限定，由此其粗糙度大于單個顆粒的粗糙度。這可以進一步提高身體物質如骨骼和其它組織向所述結構的附著。所述顆粒可以被涂層，如粘合層。本發明進一步涉及用于形成根據本發明的制品的物料，其包含具有至少部分地多孔結構的顆粒。所述物料優選地是可熱定型的物料。顆粒的尺寸范圍可以在例如O.2和10mm之間，且可以根據特別是期望的應用進行選擇。例如在股骨相關的應用中，優選地選擇0.5和2mm之間的尺寸，在髖臼和窩洞充填相關的應用中，優選地選擇0.5和2腿之間的尺寸。本發明進一步涉及形成模制品的方法，其特征在于權利要求19的特征。根據本發明的方法的優點在于可以獲得用在人體或動物體中用于置換或支撐身體結構或其部分的模制品。在一替代方案中，本發明涉及用于置換身體部件的制品，其特征在于權利要求24的特征。置換身體部件應理解為包括但不限于填充身體結構如部分骨架中的孔或洞、置換完整的骨骼或骨結構如椎骨或椎間盤或支撐身體部件或假體，例如在假體的固定中代替或補充骨水泥。在另一實施方案中，本發明涉及如權利要求26所公開的由生物相容材料制造的顆粒的應用。從屬權利要求公開了本發明的進一步優選的實施方案，其不應被看做是限制本發明的范圍。特別是說明書中的實施方案或特征也應被看作公開和要求保護。為了更完整地理解本發明，下面將參照附圖展示和討論其實施方案。其中-圖l是一個模具的橫截面示意圖，其中所述模具含有包括根據本發明的顆粒的物料；圖2是用作將插在椎骨之間的盤的根據本發明的模制品的示意圖；圖3是具有不同密度區域的根據的圖2制品的示意圖；圖4是位于人股骨的接收孔內的假體的示意圖，本發明的制品插在所述股骨和所述接收孔的內壁之間；圖5是用于根據圖4的組件中的制品的示意透視圖；和圖6是根據本發明的顆粒或在根據本發明的制品或物料中的顆粒的橫截面示意圖。具體實施方式這些實施方案只作為例子給出，不應被認為是以任何方式限制本發明。在說明書和附圖中，相同或相應的對象或特征用相同或相似的參考標記表示。所示不同實施方案的特征的組合也被認為在此公開。在圖1中，顯示了具有上半模2和下半模3的模具1。半模2、3在它們之間封閉和限定了具有將在此形成的制品5的形狀的模腔4。所述制品5被緊挨所述模具1示意地顯示。在此形式中，所述制品5是處于例如將被置換或增補、支撐或者將以其它方式提供有所述制品5或由所述制品5置換的(部分)骨骼或骨結構的形狀半模2、3可通過沿分界線6將它們分離而打開，從而填充模腔4或將制品從中移除。在圖1中，已經向所述模腔4中引入了物料7，所述物料7包含具有不規則形狀和外表面9的顆粒8。只顯示了部分物料7。如圖6所更準確地顯示，顆粒8至少部分地和優選地全部是多孔性的，在所述表面9中具有開口10(顯示為點和/或表面不規則和/或空隙)。所述開口IO可以制成不規則形狀的，且開口IO的尺寸網絡(dimensionednetwork)貫穿所述顆粒8，從而在所述顆粒材料13之間獲得海綿狀的結構。顆粒8優選地具有多孔性構造，由此人體或動物體的身體組織可以長入或穿過所述顆粒。例如骨骼可以長入所述顆粒中，血液可以流入或流過所述顆粒中的所述開口和/或附著在或長入所述表面9。在圖l所示的模具l中，下半模3包括可活動壁部分14，例如活塞，其可被加壓元件如液壓或氣壓缸15壓入所述模腔4，進入或緊靠物料7。借助于所述可活動壁部分14，模腔4的容積可被縮小到實際要求的與所要制備的制品5相符的形狀和容積，由此壓縮物料7，其在所述壓縮前填充模腔4。通過所述壓縮，顆粒8可被彼此壓緊甚至部分地壓入對方，在所述物料7中的所述顆粒8之間提供互連。此外，可以在所述模具l內特別是所述模腔4周圍提供加熱裝置16，用于在所述壓縮之前、期間和/或之后加熱位于所述模腔7之內的物料。通過所述壓縮和/或所述加熱，所述物料7中的顆粒可被進一步互連。如果加熱，則加熱優選地被限制在低于約4(TC的溫度。在另一實施方案中，物料7包含一種可定型的化合物(settablecompound)如膠原粉末、羥基磷灰石粉末(hydroxyappatitepowder)，其優選地可在低于4(TC的溫度下定型，至少由于壓縮將使所述物料7中的所述顆粒8互連。在一個優選實施方案中，顆粒被壓縮從而它們被機械互連，優選地沒有任何其它如上所述的化合物。應當注意，根據本發明，也可以使用沒有可活動壁部分14的模具1。物料7也可以是這樣的，通過在所述物料中使用如上所述的化合物例如可定型的粘合劑、兩種或多種化合物粘合劑等可以在顆粒之間獲得化學或物理互連。同樣，當由壓縮或加壓所導致的壓力增大能在顆粒之間提供足夠的互連時，也可以使用沒有加熱裝置的如圖l所示的模具l。例如如圖l-5中所示的所述制品5中的顆粒8是互連的。它們彼此互連從而使制品為剛性或半剛性結構或具有剛性或半剛性結構。這意味著制品自身是整裝的并由此可以成整塊地操作，而無需使用外包裝或殼去籠住所述顆粒。所述結構或制品5的外表面11由此在所示實施方案中基本上由顆粒8的外表面9限定。可以通過顆粒8的表面9上相互作用的部分提供互連，例如通過所述顆粒的突出部的糾纏。顆粒8也可通過如上所述的化合物在相對較低的熱和/或壓力下互連。可以向部分或所有顆粒的部分或整個表面提供粘合劑，例如一種壓敏或熱敏膠或熔體，以獲得或改善期望的互連。在另一優選實施方案中，選擇相對高的壓縮速度以避免負粘彈性作用。由顆粒形成的制品5的表面11的表面粗糙度可以高于單個顆粒8的表面粗糙度。在位于所述制品5內部的顆粒8之間，可以形成氣孔12，以向身體組織如骨骼或血液提供進一步的通道進入所述制品和/或穿過和/或長入所述制品。所示實施方案中的制品由此是多孔性的，不僅由于顆粒的多孔性還由于該結構。顆粒由生物相容性材料如金屬制成，且優選地通過化學反應或通過將氣體吹過液化的材料如金屬或陶瓷而制成多孔性的。在一個優選實施方案中，顆粒是氯化鈦反應的反應產物，結果形成所述期望的海綿狀結構。通過控制所述反應，例如通過相對于鈦量的所述氯化物的用量，可以精確控制孔隙度。顆粒8可具有任何期望的形狀、大小和孔隙度，以及密度。在此說明書中，顆粒的大小定義為可容納所述顆粒的最小球體的直徑C，如圖6所示。在圖2中，顯示了根據本發明的制品5的側視圖，其形狀為盤狀，用于在人或動物的椎骨20之間定位。本實施方案中的盤具有楔形的側視圖以及例如長方形的俯視和底視圖，垂直于該圖的表面。本實施方案中的盤完全由顆粒8(特別是鈦顆粒)制成。外表面11完全由顆粒8限定。該盤具有多孔結構，包括所述氣孔12和穿過所述顆粒的開口10。在使用中，骨骼可以長入所述氣孔12中并長到所述顆粒8之上和/或之內，導致制品5與椎骨20之間的緊密連接。至少在所述骨骼的所述向內生長期間，血液和其它體液可以穿過所述制品5。在圖3中顯示了類似于圖2所示制品5的制品5。但是，在此實施方案中，制品5的第一區域21內的顆粒8密度低于第二區域22內的顆粒密度。在所示實施方案中，第二區域22定位于制品5的背端23。這可以例如通過第二區域的更高壓縮和/或使用更小的顆粒8獲得。更高的密度可以產生對進一步壓縮的更好抵抗力和更高的負荷能力。這也可以通過如前所述遍及該制品的連接化合物的不均勻分布獲得。當使用在顆粒之間提供所述互連的化合物時，優選地這樣選擇，任何過量的化合物都能被輕易除去，例如通過用適合的溶劑沖洗所述制品，從而獲得期望的制品孔隙度。最優選地這樣選擇這種化合物，其不會進入到顆粒的開口內。如圖1所示，模具可以裝備有振動裝置24，圖中顯示為振動墊。它們可以在物料7位于模腔中時振動模具1，導致物料的進一步壓緊。這將導致制品具有更高密度和導致顆粒進一步增進的互連。圖4以側面剖視圖顯示了位于股骨27內的開口26中的臀部假體的股骨構件25。此臀部假體只作為舉例顯示，不應被理解為將本發明局限于這種假體。股骨構件25包括向自由下端29逐漸變細的軸28。在相對端提供了臺肩30，頸31從其上延伸。由頸31承載著球頭32，用于與髖臼構件(未顯示)相互作用。股骨構件的這種基本設計在本領域通常是已知的，且一般通過使用插在所述軸28與開口26的內壁33之間的水泥裝進所述股骨27的所述開口26中。水泥可能是不利的，因為它不能以足夠長的時間負擔所述載荷且需要時間成型。根據本發明，如圖5所示，模制品5定位于軸26與所述內壁33之間，所述模制品5就是本發明的包含互連顆粒的制品5。制品5可以已經過"烘焙〃，即在相對較低例如低于約4(TC的溫度下在加壓的模具1內加熱。在圖6中，所述制品5的外輪廓如圖所示定位于所述軸與所述內壁33之間。制品5被成形為具有內壁34的圓柱段的形狀，與其將要放置到的軸28的外表面35的一部分互補。外表面36與其將緊靠的開口26的內壁33的那部分基本上互補。制品5的高度可以小于軸的長度，不過其也可以在高度上相仿。所述段可以封閉角度a，從而可圍繞所述軸設置離散數量的制品5，形成基本完整的環。在所示實施方案中，角度ci為約180°，因此圍繞所述軸設置了兩個制品5。然而，所述角度也可以為例如45°、60°或90°，其中也可以使用具有不同的角度a的制品5，同時也可以結合具有不同密度、孔隙度、顆粒類型、長度或構造的制品，例如以向所述軸的不同側面提供不同的支撐。通過制品5的漸細形狀可以輕易獲得軸28的良好定位。由于制品的剛性結構，可以獲得即時的支撐。在圖4的實施方案中，環形空間38的未被上述模制品5填充的剩余部分可以用例如如制品5中所用的類似于顆粒8的疏松顆粒填充，但也可使用常用于粘合假體的水泥。同樣可在所述空間36中插入身體組織如骨骼。在一個優選實施方案中，在所述空間38的至少一部分中，例如臺肩30與內壁33之間，插入了根據本發明進一步的由5A標注的制品。在臺肩30中可以提供環形槽37，從環形槽37可以提供根據本發明進一步的由5B標注的制品，將軸28更好地鎖定在位。所屬領域的任何技術人員都應清楚，制品的形狀、數量、類型、大小、所用顆粒、所添加的化合物等等都可以根據例如其將在人體或動物體內必需到達的位置和具有的功能而改變。根據本發明，可以使用可塑的物料7。這意味著物料7的流變能力是這樣的，其可以被成型特別是手工雕刻成型，而無需使用如圖l所示的封閉式模具。物料至少最初是非常粘稠的，從而其可以用手塑造成任何期望的形狀，之后它可以例如熱或化學定型為更加剛性的結構。在可塑形式下其被稱為是半剛性的。這種物料的優點在于根據期望的應用其可以在例如手術期間成型，而無需困難的工具。例如，可以填充骨架內的骨骼之間的切口或開口，從而在愈合期間骨骼將長入所述制品。顆粒優選地具有在加工中粗糙的外表面，產生例如6Ra以上、更準確地說6.3Ra以上的相對高的表面粗糙度。根據本發明制成的產品可以具有甚至更高的粗糙度。可以使用具有孔隙度的其它材料的顆粒，例如羥基磷灰石。孔隙度優選地是體液可以進入顆粒。最優選地，氣孔至少部分地互連，從而使所述體液可以穿過，促進骨骼長入所述顆粒。本發明絕非僅限于作為舉例所給出和討論的實施方案。其可以有許多變體，包括所示實施方案的不同方面的所有組合和變體。根據本發明的制品可以具有其它形狀和尺寸，可以由不同材料的不同顆粒制造且可以包含如被本說明書中所公開的顆粒層覆蓋的固體部件例如由實心的(soiled)或空心的金屬、塑料或天然材料構成的核。可以向所述顆粒或所述顆粒之間和/或所述核中加入化學物質如藥品，例如以提高制品的接受性、促進骨骼長入和骨骼附著到所述制品上等等。部分顆粒可制成可生物降解的，從而在骨骼向內長入所述制品期間，部分制品溶入相應的人或動物體。這可以進一步改善恢復和接受性。根據本發明的制品可用于動物體或人體之內，也可用于所述身體之外，例如用于培訓或展覽目的。權利要求1.一種模制品，包含由生物相容材料制成的顆粒，所述顆粒具有實質上多孔性的結構且是互連的，形成剛性或半剛性結構。2.根據權利要求1所述的模制品，其中所述顆粒由至少一種化合物互連。3.根據權利要求1或2所述的模制品，其中所述顆粒至少通過機械相互作用由于壓力互連。4.根據前面權利要求中的任何一項所述的模制品，其中所述制品已經在模具中成型。5.根據前面權利要求中的任何一項所述的模制品，其中所述制品具有多孔性結構，因而哺乳動物的骨組織和/或體液可以穿過至少部分的所述制品。6.根據前面權利要求中的任何一項所述的模制品，其中所述顆粒包含鈦或鈦合金。7.根據前面權利要求中的任何一項所述的模制品，其中所述顆粒具有海綿狀結構。8.根據前面權利要求中的任何一項所述的模制品，其中所述顆粒在互連之前或期間已經被振動以形成所述結構。9.根據前面權利要求中的任何一項所述的模制品，其中所述結構是半剛性的，從而其可以手工塑造。10.根據前面權利要求中的任何一項所述的模制品，其中所述結構具有至少部分地由所述顆粒形成的外表面，因而所述表面的粗糙度高于單個顆粒的粗糙度。11.根據前面權利要求中的任何一項所述的模制品，其中至少一些所述顆粒的表面設有涂層，特別是粘合化合物。12.—種物料，用于形成根據前面權利要求中的任何一項所述的模制品。13.根據權利要求12所述的物料，其中所述物料包含由鈦或鈦合金制成的顆粒。14.根據權利要求12或13所述的物料，其中所述物料包含具有在0.2和10mm之間的平均直徑的顆粒。15.根據權利要求12-14中的任何一項所述的物料，其中所述物料中的所述顆粒具有在0.5和7mm之間的平均直徑。16.根據權利要求12-15中的任何一項所述的物料，其中至少部分的所述顆粒設有涂層，特別是粘合涂層。17.根據權利要求12-16中的任何一項所述的物料，其中所述物料包含至少一種，例如在壓力或加熱下或通過化學或物理反應，用于提供或促進所述顆粒互連的化合物。18.根據權利要求12-17中的任何一項所述的物料，其中所述物料是可塑的和優選地，例如在壓力或加熱下或通過化學或物理反應，可定型成剛性結構。19.一種形成模制品的方法，包含步驟-提供至少包含由生物相容材料制成且具有多孔性結構的顆粒的物料；-將所述物料特別是所述顆粒擠壓在一起，形成剛性或半剛性結構。20.根據權利要求19所述的方法，其中所述擠壓在模具中進行。21.根據權利要求19或20所述的方法，其中在至少部分的所述擠壓期間所述物料被加熱，優選地加熱到低于約4(TC的溫度。22.根據權利要求19-21中的任何一項所述的方法，其中所述物料在至少部分的所述擠壓之前和/或期間被振動。23.根據權利要求19-22中的任何一項所述的方法，其中所述制品被成形為符合將被置換的人或動物身體部件特別是骨結構或其部分的形狀。24.—種用于置換人或動物身體部件特別是骨結構或其部分的制品，包含互連的顆粒，所述顆粒具有實質上多孔性的結構且由生物相容材料制成。25.根據權利要求24所述的制品，具有根據權利要求l-ll中的任何一項所述的模制品的特征或使用根據權利要求12-22中的任何一項所述的方法。26.—種由生物相容材料制成并具有實質上多孔性結構的顆粒的用途，用于制備置換人或動物身體部件特別是骨結構的物料。27.根據權利要求26所述的用途，其中所述物料中的所述顆粒是互連的，因而它們可以作為一個人工制品操作而不會有所述顆粒散落。全文摘要模制品，具有由生物相容材料制成的顆粒，其中所述顆粒具有基本多孔性的結構且是互連的，形成剛性或半剛性結構。用于形成這種模制品的物料。形成模制品的方法，步驟包括提供至少包含由生物相容材料制成且具有多孔性結構的顆粒的物料，和將所述物料特別是所述顆粒壓在一起，形成剛性或半剛性結構。文檔編號A61B17/68GK101237897SQ200680025194公開日2008年8月6日申請日期2006年5月11日優先權日2005年5月11日發明者A·G·麥克勞德申請人:豐德爾財經公司