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KR20110090922A - 증가된 표면 조도를 갖는 다공성 표면층 및 이를 갖는 임플란트 - Google Patents

증가된 표면 조도를 갖는 다공성 표면층 및 이를 갖는 임플란트 Download PDF

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KR20110090922A
KR20110090922A KR1020117010662A KR20117010662A KR20110090922A KR 20110090922 A KR20110090922 A KR 20110090922A KR 1020117010662 A KR1020117010662 A KR 1020117010662A KR 20117010662 A KR20117010662 A KR 20117010662A KR 20110090922 A KR20110090922 A KR 20110090922A
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KR
South Korea
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powder
porous structure
machined
metal foam
tissue
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020117010662A
Other languages
English (en)
Inventor
캐리 핀쳐 앨리
로라 제이. 길모어
Original Assignee
스미스 앤드 네퓨, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미스 앤드 네퓨, 인크. filed Critical 스미스 앤드 네퓨, 인크.
Publication of KR20110090922A publication Critical patent/KR20110090922A/ko
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Abstract

금속 분말을 다공성 폼 구조의 기계가공된 또는 사전 기계가공된 조직-접촉 표면에 제공함으로써 증가된 조도를 가진 조직-접촉 표면 층을 제공하는 시스템과 방법을 얻을 수 있다. 금속 분말은 다공성 금속 폼 구조 내 개방 공극의 폐쇄를 막으면서 다공성 구조가 조직-접촉 기계가공된 표면에서 증가된 조도를 가질 수 있도록 하는 크기와 특성을 가질 수 있다.

Description

증가된 표면 조도를 갖는 다공성 표면층 및 이를 갖는 임플란트{POROUS SURFACE LAYERS WITH INCREASED SURFACE ROUGHNESS AND IMPLANTS INCORPORATING THE SAME}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2008년 10월 29일 출원된 미국 가출원 제 61/109,395의 우선권을 청구한다. 이 선행 출원의 개시내용은 그 전체가 참고문헌으로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 증가된 조도를 가진 표면층 및 더 특히 구조의 공극 크기 및 다공성을 변경하지 않고 다공성 구조의 조직-결착 외부 표면의 조도를 증가시키는 방법에 관한 것, 및 증가된 표면 조도를 가진 상기 다공성 구조를 포함하는 의료용 임플란트에 관한 것이다.
의료 분야에서 특히, 임플란트, 장치, 또는 다른 도구의 표면은 기능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 임플란트의 조도를 증가함으로써 뼈 임플란트 안정성을 향상시키고자 하는 시도가 있었다. 뼈 내방성장을 위한 임플란트 내 공극을 제공함으로써 뼈 임플란트 안정성을 증가하고자 하는 다른 시도들도 있었다.
뼈와 접촉하는 임플란트(예, 정형외과용 임플란트) 내 뼈 내방성장을 달성하는 하나의 방법은 기재 위에 금속 비드 표면을 소결하는 것을 포함한다. 임플란트 내 뼈 내방성장을 달성하는 다른 방법들은 방전 기계가공(EDM) 표면 처리, 축방향 그루브가 있는 EDM 표면, 크로스 해칭을 갖는 EDM 표면, 또는 포토 에칭된 표면을 포함하는 티타늄으로 제조된 망상 폼 다공성 코팅을 사용하는 것을 포함한다. 폼 금속 임플란트는 소결된 비드 임플란트보다 더 큰 뼈 내방성장을 달성하는 것을 보여줬다. 문헌[Urban, Robert M. et al., "Biomechanical and Histological Response to a Novel Foam Metal Porous Coating with Comparison of Two Methods for Measuring Bone Ingrowth," Transactions of the 54th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, p. 1854, March 2-5, 2008]을 참고한다.
그러나, 다공성 금속 폼 내방성장 구조의 생산(예, 미세 금속 분말 입자를 다공성 구조의 모든 표면에 적용하여 만드는 것)은 기계가공된 금속 폼 구조의 원하는 모양 및 치수(예, 허용오차)를 얻기 위하여 부차적인 기계가공 단계를 필요로 할 수 있다. 이러한 기계가공은 기계가공된 표면(예, 조직-결착 외부 표면) 상의 조도의 손실을 가져올 수 있다. 조도는 다공성 비드 코팅된 임플란트의 질감을 희생하지 않고 기재에 입자를 압력-소결하기 위해 소결하는 동안 텍스쳐화된 금형을 사용하여 유지되거나 회복될 수 있다. 대안적으로, 금속 폼을 위한 조도는 방전 기계가공("EDM")을 사용하는 것, 크로스-해치 패턴 및, 이식할 때, 코팅 내 그루브와 뼈 사이의 틈을 만드는 것에 의해 유지되거나 회복될 수 있다. 그래서 이 메카니즘은 구조의 공극 크기 및 다공성을 유지시키면서 다공성 금속 폼 내방성장 구조의 기계가공된 조직-결착 외부 표면의 조도를 증가시키는데 매우 만족스럽지 못한 것으로 입증되었다.
그래서, 상기 논의된 결점을 피하는 개선된 뼈 내방성장 특징을 가진 다공성 금속 폼 구조를 제공하기 위한 개선된 방법을 필요로 한다.
본 발명의 실시태양은 다공성 구조의 공극 크기 또는 다공성을 변경하지 않고 다공성 구조의 기계가공된 조직-결착 외부 표면의 표면 조도를 증가시키는 것에 관한 것이다.
하나의 실시태양에서 보철 임플란트는 기계가공된 망상 다공성 구조를 포함한다. 비대칭 입자를 포함하는 분말은 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면 상에 배치될 수 있다. 실질적으로 다공성 구조의 개방 공극의 폐쇄를 막고/막거나 다공성 구조의 다공성을 실질적으로 변경하지 않으면서 임플란트의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 표면 조도를 증가시키도록 비대칭 입자는 다공성 구조 내 공극 크기의 약 30% 내지 약 70% 사이의 크기를 가질 수 있다. 하나의 실시태양에서, 다공성 구조는 다공성 금속체일 수 있다. 유사하게, 하나의 실시태양에서 분말은 금속 분말일 수 있다. 다른 실시태양에서, 다공성 구조 및 분말은 비금속 물질일 수 있다.
다른 실시태양에서 보철 임플란트는 하나 이상 부가적인 분말 층이 사전 기계가공된 망상 다공성 구조의 모든 표면에 적용된 사전 기계가공된 망상 다공성 구조를 포함한다. 비대칭 입자를 포함하는 분말은 다공성 구조의 사전 기계가공된 조직-접촉(tissue-interfacing) 외부 표면에 배치될 수 있다. 실질적으로 다공성 구조의 개방 공극의 폐쇄를 막고/막거나 다공성 구조의 다공성을 실질적으로 변경하지 않으면서 임플란트의 사전에 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 표면 조도를 증가시키도록 비대칭 입자는 다공성 구조 내 공극 크기의 약 30% 내지 약 70% 사이의 크기를 가질 수 있다.
다른 실시태양에 따르면, 고체 표면에 적용된 기계가공된 망상 다공성 구조물을 포함하는 보철 임플란트가 제공된다. 비대칭 분말 입자를 포함하는 분말은 다공성 구조물의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 부착될 수 있다. 분말은 실질적으로 다공성 구조물의 개방 공극을 유지시키면서 다공성 구조물의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 표면 조도를 증가시키도록 형성된 입자 크기를 포함한다.
또 다른 실시태양에 따르면, 하나 이상의 부가적인 분말 층이 모든 표면에 도포된 사전 기계가공된 망상 다공성 구조물 및 고체 표면에 적용된 구조물을 포함하는 보철 임플란트가 제공된다. 비대칭 분말 입자를 포함하는 분말은 다공성 구조물의 사전 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 부착될 수 있다. 비대칭 입자의 분말은 실질적으로 다공성 구조물의 개방 공극을 유지시키면서 다공성 구조물의 사전 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 표면 조도를 증가시키도록 형성된 입자 크기를 포함한다.
또 다른 실시태양에 따르면, 기계가공된 망상 구조 및 망상 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면과 결합한 분말을 포함하는 표면층이 제공된다. 분말은 약 75 마이크론 내지 약 106 마이크론 사이의 크기를 가진 비대칭 티타늄 입자를 포함한다.
다른 실시태양에 따르면, 하나 이상의 부가적인 분말 층이 사전 기계가공된 망상 구조의 모든 표면에 도포된 사전 기계가공된 망상 구조를 포함하는 표면층이 제공된다. 약 75 마이크론 내지 약 106 마이크론 사이의 입자 크기를 가진 비대칭 티타늄 입자를 포함하는 분말은 망상 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면과 결합될 수 있다.
또 다른 실시태양에 따르면, 다공성 구조의 표면 조도를 증가시키는 방법이 제공된다. 방법은 다공성 구조를 원하는 모양으로 기계가공하고 비대칭 분말 입자를 포함하는 분말을 기계가공된 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 결합하는 것을 포함한다. 분말 입자는 다공성 구조의 공극 폐쇄를 예방하고/예방하거나 다공성 구조의 다공성을 유지시키면서 기계가공된 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 조도를 증가시키도록 치수가 정해진다. 하나의 실시태양에서, 다공성 구조는 다공성 금속 폼이며 분말은 금속 분말을 포함한다. 다른 실시태양에서 다공성 구조 및 분말은 비금속 물질이다.
또 다른 실시태양에 따르면, 다공성 구조의 표면 조도를 증가시키는 방법이 제공된다. 방법은 다공성 구조를 원하는 모양으로 기계가공하고 하나 이상의 부가적인 분말 층을 다공성 구조의 모든 표면에 도포하는 것을 포함한다. 방법은 또한 비대칭 분말 입자를 포함하는 분말을 기계가공된 다공성 구조의 사전 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 결합하는 것을 포함하는데, 상기 분말 입자는 다공성 구조의 공극 폐쇄를 예방하고/예방하거나 다공성 구조의 다공성을 유지시키면서 기계가공된 다공성 구조의 사전 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 조도를 증가시키도록 치수가 정해진다.
본 발명은 다음과 같은 도면을 참고로 상세하게 설명되는 예시적 실시태양에 의해 본원에서 하기에 묘사될 것이다:
도 1은 선행기술의 소결된 금속 폼 예비형태의 확대된 이미지를 나타낸다. 도 1에 보여진 소결된 금속 폼 예비형태는 다음의 과정을 사용하여 형성되었다:
1) 60 ppi 폴리우레탄(PU) 폼 골격 제공,
2) 접착제를 사용하여, 상기 60 ppi 폴리우레탄(PU) 폼 골격을 미세 구형 금속 분말(예, 구형 티타늄 분말)의 세 층과 그것의 표면의 모든 부분에 코팅하여 "예비-형태 A" 제조,
3) 다음으로 표 1에 관하여 묘사된 것처럼 50x 배율에서 "예비-형태 A"로부터 PU 골격을 태워 미처리 금속 폼 형성,
4) 다음으로 와이어 방전 기계가공(WEDM) 공정을 사용하여 상기 미처리 금속 폼을 원하는 모양으로 기계가공, 그리고 나서
5) 다음으로, 기계가공된 미처리 금속 폼을 소결하여 상기 선행기술의 소결된 금속 폼 예비-형태를 형성;
도 2는 본 발명의 하나의 실시태양에 따른 개선된 소결된 금속 폼 예비-형태의 확대된 이미지를 나타낸다. 도 2에 보여진 개선된 소결된 금속 폼 예비-형태는 다음의 과정을 사용하여 형성되어질 수 있다:
1) 60 ppi 폴리우레탄(PU) 폼 골격 제공,
2) 접착제를 사용하여, 상기 60 ppi PU 폼 골격을 미세 구형 금속 분말(예, 구형 Ti 분말)의 두 층과 그것의 표면의 모든 부분에 코팅,
3) 다음으로 얻어진 구조물로부터 PU 골격을 태워 미처리 금속 폼 형성,
4) 다음으로 와이어 방전 기계가공(WEDM) 공정 또는 유사한 공정을 사용하여 상기 미처리 금속 폼을 원하는 모양으로 기계가공하여 기계가공된 미처리 금속 폼 형성,
5) 다음으로 미세 구형 금속 분말(예, 구형 Ti 분말)의 부가적인 층을 상기 기계가공된 미처리 금속 폼의 모든 표면에 도포하여 표 1에 관하여 묘사된 것처럼 50x 배율에서 "예비-형태 B"를 형성, 그리고 나서
6) 다음으로 예비-형태 B를 소결하여 상기 개선된 소결된 금속 폼을 형성;
도 3은 본 발명의 다른 실시태양에 따른 "거칠어진 금속 폼"의 확대된 이미지를 나타낸다. "거칠어진 금속 폼"은 다음의 과정을 사용하여 형성될 수 있다:
1) 상기 논의된 것처럼 "예비-형태 A" 제공,
2) 와이어 방전 기계가공(WEDM) 공정 또는 유사한 공정을 사용하여 "예비형태 A"를 원하는 모양으로 기계가공(상기 기계가공 단계는 하나 이상의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면을 형성함),
3) 표 1에 관하여 묘사된 것처럼 50x 배율에서 비대칭 금속 분말 입자(예, 티타늄 또는 Ti 탈수소화물 입자)의 하나 이상 층을 상기 하나 이상의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 도포, 및
4) 얻어진 구조물을 소결하여 상기 "거칠어진 금속 폼" 형성;
도 4는 50x 배율(큰 이미지) 및 85x 배율(삽입 이미지)에서 거칠어진 조직-접촉 외부 표면을 가진 거칠어진 다공성 금속 폼 구조를 보여주는 도 3의 거칠어진 금속 폼(Roughened Metal Foam)의 단면의 확대된 이미지이다;
도 5는 표 2에 관하여 묘사된 것처럼, 각각 "예비-형태 A", "예비-형태 B", 및 "거칠어진 메탈 폼"의 외부 조직-접촉 표면의 국소 해부 입체 지도를 나타낸다;
도 6은 표 4에 관한 (A) 60 ppi 출발 폴리우레탄 폼 및 (B) 45 ppi 출발 폴리우레탄 폼을 사용하여 생산된 기계가공 및 소결된 금속 폼의 SEM 이미지 (25X)를 보여준다.
도 7은 증가된 조도를 가진 조직-결착 외부 표면을 가진 다공성 폼 구조를 제조하는 방법의 하나의 실시태양을 나타낸다.
도 8은 다공성 구조의 다공성 및 공극 크기에 영향을 미치지 않고 증가된 조도를 갖는 조직-결착 외부 표면을 가진 다공성 폼 구조를 제조하는 방법의 다른 실시태양을 나타낸다.
도 9는 거칠어진 조직-접촉 외부 표면을 가진 고관절 보철물의 대퇴부 줄기의 하나의 실시태양을 나타낸다;
도 10은 거칠어진 조직-접촉 외부 표면을 가진 고관절 보철물의 비구 쉘의 하나의 실시태양을 나타낸다;
도 11은 거칠어진 조직-접촉 외부 표면을 가진 어깨 보철물의 하나의 실시태양을 나타낸다; 및
도 12는 조직-접촉 외부를 가진 무릎 관절 보철물의 하나의 실시태양을 나타낸다.
본원에 공개된 실시태양은 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 증가된 표면 조도를 가진 다공성 구조 및 이를 제조하는 방법을 제공한다. 기계가공된 조직-접촉 외부 표면은 일반적으로 분말을 다공성 구조(예, 다공성 금속체, 다공성 폼 물질)에 도포함으로써 만들어진 증가된 조도로부터 이점을 얻는다.
일반적으로, 증가된 조도를 가진 조직-접촉 외부 표면은 다공성 금속 구조, 성형된 구조, 예비-성형된 구조의 표면, 또는 일부 다른 물체에 적용될 수 있다. 의료용 물품들, 티타늄, 티타늄 합금들, 탄탈룸, 탄탈룸 합금들, 코발트-크롬 합금들, 지르코늄, 지르코늄 합금들, 및 기타 물질과 같은 생물학적으로 비활성인 물질은 다공성 구조에 사용될 수 있다. 그러나, 다른 적합한 금속 및 비금속 물질이 사용될 수 있다. 이러한 비금속 물질은 골전도성 세라믹, 가령 예를 들어, 인산 칼슘(예, 알파 및 베타 트리칼슘 포스페이트, 수산화 인회석, 등)을 포함할 수 있다. 그 물질은 임의의 알려진 방법을 통해 원하는 모양으로 성형, 기계가공, 또는 처리될 수 있다. 게다가, 그 물질은 폼 형태(가령, 예를 들어, 폴리우레탄 폼)의 고체, 또는 예를 들어 티타늄, 티타늄 합금들, 탄탈룸, 탄탈룸 합금들, 코발트-크롬 합금들, 지르코늄, 지르코늄 합금들, 또는 다른 적합한 금속 및 비금속 물질들로 구성된 고체 금속 기재에 사전에 적용된 폼일 수 있다.
특히, 상기 논의된 것처럼, 기계가공(예, 와이어 방전 기계가공("WEDM"))은 구조에 처음으로 제공되는 표면 조도를 감소시킬 수 있다. 그 구조가 예를 들어 뼈에 이식될 의료용 물품인 경우, 감소된 조도는 뼈 표면과의 임의의 스크래치-핏(scratch-fit)을 줄이고 임플란트 안정성을 감소시킬 수 있다. 상기 논의된 것처럼, 조도는 구조 내 그루브를 깎는 WEDM을 사용하거나 텍스쳐화된 형틀을 사용하여 회복될 수 있다. 부가적으로, 당업계에 알려진 것처럼, 표면 조도는 예비-형태 폼 구조의 모든 표면에 도포될 수 있는 미세 분말(예, 입자 크기 < 45 ㎛) 층(들)을 이용한 기계가공 후에 회복될 수 있다. 그러나, 이 공정은 접촉 표면(예, 뼈)과의 예비-형태 구조의 스크래치-핏을 증가시키는 예비-형태 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면 내 표면 조도의 원하는 수준을 달성하지 못한다(표 1 참고, 아래). 더욱이, 이러한 처리는 불리하게도 예비-형태 구조의 다공성을 감소시켜, 예비-형태 구조 내 공극의 막힘 또는 폐쇄를 가져올 수 있고, 그것 때문에, 다공성 구조 내 호생하는 뼈의 능력을 감소시키는 결과를 가져올 수 있다.
일부 실시태양에서 분말은 표면에 개방된 공극을 유지하면서 최적으로 조도를 증가시키기 위해 선택될 수 있다. 바람직한 실시태양에서 약 75 내지 106 ㎛ 사이의 입자 크기를 갖는 굵은 분말이, 하기에 더 언급된 것처럼, 다공성 구조의 다공성 및 공극 크기를 변경하지 않고 상기 조직-접촉 외부 표면의 조도를 증가시키기 위해 예비-형태 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 도포될 수 있으다. 그러나, 상기 굵은 입자는 다른 적합한 크기를 가질 수 있다. 하나의 실시태양에서, 다공성 구조는 약 40% 내지 약 85% 사이의 다공성을 가질 수 있다. 다른 실시태양에서, 다공성 구조는 약 60% 및 약 80% 사이의 다공성을 가질 수 있다.
하나의 실시태양에서, 다공성 구조는 주사 전자 현미경(SEM) 또는 2D 금속현미경 기술을 사용하여 측정된 약 50 ㎛ 내지 약 1000 ㎛ 사이의 평균 공극 크기를 가질 수 있다. 다른 실시태양에서, 다공성 구조는 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛ 사이의 평균 공극 크기를 가질 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 다공성 구조는 약 200 ㎛의 평균 공극 크기를 가질 수 있다. 그러나, 다공성 구조는 다른 공극 크기를 가질 수 있다. 부가적으로, 예비-형태 금속 폼을 만드는데 사용되는 다공성 구조(예, 폴리우레탄 폼)의 공극 크기는 달라질 수 있어 최종 공극 크기에 영향을 준다.
바람직한 실시태양에서, 굵은 분말 입자의 크기는 다공성 구조의 공극 크기의 약 10% 내지 30% 사이일 수 있다. 다른 실시태양에서, 굵은 분말 입자의 크기는 다공성 구조의 공극 크기의 약 30% 내지 70% 사이일 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 굵은 분말 입자의 크기는 다공성 구조의 공극 크기의 약 40% 내지 약 60% 사이일 수 있다. 그러나, 굵은 분말 입자는 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 결합하지 않는 입자가 쉽게 다공성 구조의 공극을 통과하여 다공성 구조 내 공극의 막힘 또는 폐쇄를 막을(예, 예방할) 수 있도록 다공성 구조의 공극 크기에 관하여 다른 적합한 크기를 가질 수 있다.
분말 입자는 담금, 분사, 뿌림, 정전기적 방법, 또는 임의의 다른 적당한 방법에 의해 도포될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 접착제는 기계가공된 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 적용될 수 있다. 그리고 나서 다공성 구조는 상기 굵은 분말 입자를 가진 기계가공된 조직-접촉 외부 표면을 코팅하기 위하여 굵은 분말 입자의 층에 담궈질 수 있다. 다른 실시태양에서, 굵은 분말 입자는 접착제가 상기 표면에 적용된 후에 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면 상에 뿌려질 수 있다. 상기 논의된 것처럼, 굵은 분말 입자는 바람직하게는 조직-접촉 외부 표면에 부착되지 않은 입자들이 쉽게 다공성 구조를 통과하여 다공성 구조 내 공극의 막힘 또는 폐쇄를 막을(예, 예방할) 수 있도록 치수가 정해진다. 또 다른 실시태양에서, 굵은 분말 입자는 접착제가 상기 표면에 적용된 후 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면 상에 분사될 수 있다.
게다가, 분말은 다른 특성들을 가질 수 있다. 하나의 실시태양에서 굵은 분말 입자는 일반적으로 비대칭적일 수 있으며, 이는 주어진 입자 크기에 부가적인 조도를 제공할 수 있다. 미세한 및 굵은 분말들은 다양한 물질, 가령 티타늄 분말, 상업용 순수 티타늄 분말("cpTi"), 수소화 티타늄, 및 탈수소화 티타늄일 수 있다. 그러나, 분말은 가령 티타늄 합금, 코발트-크롬 합금, 탄탈룸, 지르코늄, 및 지르코늄 합금과 같은 다른 적합한 금속 물질들 및 가령 인산 칼슘, 수산화 인회석 등과 같은 적합한 비금속 물질들을 포함할 수 있다.
미세한 및 굵은 분말은 다양한 방법에 의해 도포될 수 있다. 예를 들어, 접착제가 처음 폴리우레탄 폼과 같은 다공성 구조에 적용될 수 있다. 그리고 나서, 분말 층은 다공성 구조에 도포될 수 있다. 그리고 나서 다공성 구조는 분말이 그 구조에 결합될 수 있도록 소결될 수 있다. 다른 실시태양에서, 미세한 및 굵은 분말 입자가 도포되는 금속 폼 구조는 원하는 경우, 일부 다른 구조(예, 임플란트 기재)에 부착될 수 있다.
더 특별하게, 하나의 실시태양에서, 폴리우레탄 폼이 제공될 수 있으며, 이는 원하는 크기로 잘라질 수 있다. 그리고 나서 잘라진 폴리우레탄 폼은 접착제로 함침될 수 있다. 그리고 나서 cpTi와 같은 미세 분말은 출발 금속 폼 구조를 형성하기 위하여 폴리우레탄 폼의 모든 표면에 도포될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 미세 분말은 각 분말 층이 도포되기 전 접착제를 다공성 구조에 적용한 상태로 하나 또는 두 층, 또는 원하는 경우 더 많은 층으로 도포될 수 있다. 다른 실시태양에서, 미세 분말은 하나 내지 네 층, 또는 원하는 경우 더 많은 층으로 도포될 수 있다. 바람직하게는, 미세 분말은 최종 소결 단계 후에 폴리우레탄 폼에 충분한 층들로 도포되어 특정 용도(예, 뼈 내방성장을 위해 구조를 제공하는 의료적 응용)에 맞는 원하는 특성(예, 셀 크기, 상호연결하는 공극 크기, 평균 공극 지름, 다공성, 강도)을 가진 다공성 구조를 형성한다. 본원에 사용된 것처럼, 공극은 폼 또는 다공성 구조의 외부 또는 내부의 간극 공극일 수 있고, 지주는 공극의 윤곽을 나타내는 구조적 요소일 수도 있고, 그리고 셀은 지주에 의해 윤곽이 나타나는 부피일 수 있고, 셀의 외부 원주에 공극이 형성된다. 그리고 나서 출발 금속 폼은 폴리우레탄의 분해 온도보다 실질적으로 높은 온도에서 가열되어 폴리우레탄을 태우고 미처리 금속 폼 구조를 형성한다. 그리고 나서 미처리 금속 폼 구조는 예비-형태 금속 폼 구조를 형성하기 위하여 원하는 모양으로 기계가공(예, WEDM)될 수 있고, 이는 상기 언급한 것처럼, 예비-형태 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 조도의 감소를 가져올 수 있다. 하나의 실시태양에서, 기계가공 또는 와이어 EDM 전에 폴리우레탄 폼에 도포된 분말 층의 수는 단지 폼 구조에 피해를 막으면서 미처리 금속 폼 구조의 기계가공을 허용하도록 폼 강도를 증가시키는데 충분하다.
하나의 실시태양에서, 미처리 금속 폼 구조의 기계가공에 이어서, 미세 분말의 부가적인 층은 최종 소결시 원하는 (예, 특정 응용을 위한) 구조 강도 및 공극 크기를 달성하기 위하여 다공성 구조를 더 강하게 하고 거칠게 하도록 예비-형태 금속 폼 구조의 모든 표면에 도포될 수 있다. 다시, 여기서 분말은 원하는 경우, 하나 이상의 층으로 도포될 수 있다.
일단 기계가공된 예비-형태 금속 폼 구조가 원하는 강도 및 공극 크기(예, 상기 논의된 것처럼, 분말 층의 적용을 통하여)를 가지면, 접착제는 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 적용될 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 하나 이상의 굵은 분말 입자(예, 비대칭 입자) 층은 상기 논의된 것처럼, 거칠어진 예비-형태를 형성하기 위하여 예비-형태 금속 폼 구조의 접착제-코팅 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 적용될 수 있다. 굵은 분말 입자들은 굵은 분말을 접착제-코팅 외부 표면에 분사, 솔질, 또는 뿌림으로써, 또는 굵은 분말 층에 접합제-코팅 외부 표면을 담금으로써 접착제-코팅 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 도포될 수 있다. 그리고 나서 굵은 분말은 거칠어진 금속 폼을 형성하기 위하여 접착제-코팅 외부 표면 상에서 소결될 수 있다. 다른 실시태양에서, 금속 분말 입자는 접착제로 코팅되고 예비-형태 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 도포될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 거칠어진 예비-형태 구조는 기재에 부착될 수 있고 그 후 굵은 분말은 거칠어진 예비-형태 구조의 접착제-코팅 외부 표면 상에서 소결된다.
다른 실시태양에서, 치수를 정하기 위해 기계가공되는 다공성 티타늄 폼 예비-형태가 제공될 수 있다. 접착제 층은 거칠어진 예비-형태 구조를 형성하기 위하여 굵은 금속 분말(가령, 예를 들어, cpTi 또는 수소화 티타늄)이 뒤따르는 예비-형태 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 적용될 수 있다. 그리고 나서 거칠어진 예비-형태 구조는 거칠어진 금속 폼 구조를 생산하기 위하여 최종 소결, 굵은 분말을 예비-형태에 결합하는 단계를 거칠 수 있다.
첨가된 분말 층이 있는 및 없는 기계가공 및 소결된 티타늄 폼 조각들의 시료들을 시험하였다. 상기 표면의 선형 마찰 계수를 측정하여 시료의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 텍스쳐를 결정하였다. 정형법 마찰력 및 웨어 검사 기계(OrthoPod)를 사용하여 경질 폴리우레탄 폼(망상 뼈를 모의시험하기 위해 사용됨)에 대한 선형 마찰력을 측정하였고, 여기서 폴리우레탄 폼에 대한 시료 부분에 약 44 N의 표준 하중을 적용하였고 그 폼은 약 3.8 mm/초의 이동 속도에서 원호 모양의 움직임으로 회전하였다. 사용된 선형 마찰력 시험 방법론의 추가적 상세설명을 문헌["Friction Evaluation of Orthopedic Implant Surfaces Using a Commercially Available Testing Machine", Gilmour et al., abstract #464 World Biomaterials Congress 2008]에서 찾을 수 있고, 이 내용은 본원에서 전체가 참고문헌으로 인용되고 본 명세서의 부분으로 간주하여야 하며, 이를 부록 A로써 첨부한다.
표 1은 소결된 Ti 폼 표면의 세 유형에 대한 마찰 결과를 나타낸다:
(1) 60 ppi PU 폼을 그것의 모든 표면에 미세(< 45 ㎛) 구형 Ti 분말의 세 층으로 코팅하여 형성된 미처리 금속 폼으로부터 WEDM에 의해 기계가공된 예비-형태 (기계가공 전 모든 세 층이 적용됨 ("예비-형태 A"), 도 1에 묘사됨);
(2) 60 ppi PU 폼을 그것의 모든 표면에 미세(< 45 ㎛) 구형 Ti 분말의 세 층으로 코팅하여 형성된 미처리 금속 폼으로부터 WEDM에 의해 기계가공된 예비-형태 (기계가공 전 두 분말 층이 적용되고 기계가공 후 하나의 분말 층이 적용됨 ("예비-형태 B"), 도 2에 묘사됨); 및
(3) 기계가공 후 외부 조직-접촉 표면("거칠어진 금속 폼")에 적용된 굵은(75 - 106 ㎛) 비대칭 Ti(탈수소화 Ti) 분말의 하나의 층을 가진 예비-형태 A (("거칠어진 금속 폼"), 도 3 - 4에 묘사됨). 보여지는 것처럼, 기계가공 후 적용된 큰 비대칭 분말을 갖는 표면은 다른 표면과 비교할 때 가장 높은 선형 마찰 계수를 가졌다.
Figure pct00001
도 1은 본원 실시태양에 논의된 것처럼, 다공성 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면이 거칠어지지 않은 소결된 금속 폼 "예비-형태 A"를 나타낸다. 예비-형태 금속 폼 구조는 약 200 ㎛ 지름의 상호연결하는 공극을 가진 약 600 ㎛ 지름의 셀 크기를 가진다. 전체 평균 공극 지름(평균 보이드 인터셉트 길이(MVIL))은 약 464.4 ± 95.4 ㎛이다. 거칠어지지 않은 금속 폼의 지주(예, 셀을 규정하는 지지 요소)의 평균 두께는 약 150 ㎛이다. 금속 폼의 평균 중량측정 다공성은 75.2 ± 2.7%였다. "예비-형태 A"의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 선형 마찰력 시험은 0.90 ± 0.09의 최대 선형 마찰 계수를 가져왔다.
도 2는 기계가공된 다공성 금속 폼 구조(즉, 예비-형태 금속 폼 구조)의 모든 표면에 적용된 미세 금속 분말을 가진 소결된 금속 폼 "예비-형태 B"를 나타낸다. 도 2의 예비-형태 B는 미처리 금속 폼 구조의 기계가공 후 예비-형태 구조의 모든 표면에 적용된 미세(< 45 ㎛) 구형 cpTi 분말의 한 층을 포함한다. 기계가공 후 적용된 미세 구형 Ti 분말의 층을 가진 "예비-형태 B"의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 선형 마찰력 시험은 0.98 ± 0.02의 최대 선형 마찰 계수를 가져왔다.
도 3 및 4는 본 발명의 바람직한 실시태양에 따라 달성한 거칠어진 기계가공된 조직-접촉 외부 표면을 가진 소결된 "거칠어진 금속 폼" 구조를 나타낸다. 도 3 - 4에 보여진 것처럼, 금속 분말 층은 다공성 금속 폼의 전체 공극 크기 및 다공성이 실질적으로 변경되지 않도록 예비-형태 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 적용된다. 예비-형태 금속 폼의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 조도를 증가시키기 위해 도 3 및 4에 나타난 예비-형태 금속 폼에 적용된 금속 분말은 약 75 - 106 ㎛ 크기의 입자를 가진 비대칭 티타늄 분말이었다. 분말이 오직 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 적용되었기 때문에, 평균 셀 크기 지름 및 상호연결하는 공극 크기는 분말의 도포 후에 예비-형태 금속 폼 구조와 실질적으로 다르지 않았다(예, 거칠어진 금속 폼의 MVIL은 약 448.9 ± 34.5이다). 게다가, 거칠어진 예비-형태 금속 폼 구조의 평균 중량측정 다공성은 예비-형태 구조의 그것과 실질적으로 변하지 않았고 약 75.3 ± 2.2%이다. 기계가공 후 적용된 굵은 비대칭 Ti 분말의 층을 가진 "거칠어진 금속 폼"의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 선형 마찰력 시험은 1.09 ± 0.10의 최대 선형 마찰 계수를 가져왔다.
도 5에 나타난 것처럼, 다음 조건 하의 소결된 Ti 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면 상의 금속 폼 지주의 표면 조도의 차이를 결정하기 위하여 백색광 간섭계를 사용하였다:
도 1에 보여진 "예비-형태 A"(와이어 EDM 표면); 도 2에 보여진 것과 같은, "예비-형태 B"(미처리 상태 금속 폼 구조의 기계가공 후 모든 표면 상의 미세 구형 Ti 분말의 한 층을 더한 와이어 EDM 표면); 및 도 3 - 4에 보여진 것과 같은, "거칠어진 금속 폼"(미처리 상태 금속 폼 구조의 기계가공 후 외부 조직-접촉 표면에 적용된 굵은(75 - 106 ㎛) 비대칭 Ti(탈수소화 Ti) 분말의 한 층을 더한 예비-형태 A). 표 2에 결과를 나타내는데, 여기서 "Ra"는 플레인 핏으로부터 시험 부분 표면까지 모든 점들의 평균 조도를 나타내고, "SRz"는 반경 최고 대 최저 면 조도 결과의 가장 큰 반 절의 평균을 나타낸다. 거칠어진 금속 폼 Ti 폼 표면은 가장 큰 조도값을 가졌고, 미처리 상태 금속 폼 구조의 기계가공 후 모든 표면에 적용된 미세 구형 분말을 가진 Ti 폼 "예비-형태 B" 및 기계가공된 "예비-형태 A"가 뒤를 이었다. 이 결과는 표면의 촉감을 반영하는데, 큰 비대칭 분말이 코팅된 Ti 폼 시료가 가장 거친 감촉을 가진다.
Figure pct00002
도 1에 관하여, "예비-형태 A" 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 백색광 간섭계 조도 측정은 2.3 ± 0.50 ㎛의 평균 조도(Ra)를 가져왔다.
도 2에 관하여, 예비-형태 구조의 모든 표면에 적용된 미세 구형 금속 입자의 상기 부가적인 층을 가진 "예비-형태 B" 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 백색광 간섭계 조도 측정은 약 6.2 ㎛의 평균 조도(Ra)를 가져왔다.
도 3 - 4에 관하여, 거칠어진 금속 폼 구조의 백색광 간섭계 조도 측정은 9.9 ± 2.1 ㎛의 평균 조도(Ra)의 증가를 가져왔고, 이는 각각의 거칠어지지 않은 금속 폼(예비-형태 A 또는 예비-형태 B)의 조도보다 매우 더 컸다.
도 1 및 3 - 4에 보여진 예비-형태 금속 폼 구조 및 거칠어진 금속 폼 구조를 묘사하는 특성의 요약을 각각 표 3에 준다.
Figure pct00003
Ti 폼 표면을 거칠게 하기 위해 사용된 분말 중, 탈수소화 티타늄 분말 -140 + 200 메쉬 (75 - 106 ㎛)는, 가장 높은 마찰력, 가장 큰 조도값, 및 가장 거친 (촉감에 의해 평가된) 텍스쳐를 가진 뼈 접촉 표면을 가져왔다.
다른 실시태양에서, 예비-형태 금속 폼 구조는 공극 크기 및 지주 두께에 다양성을 가질 수 있다. 부가적으로 다른 실시태양에서, 자신의 조도를 증가시키기 위해 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 적용된 분말은 106 ㎛보다 크거나 75 ㎛보다 작은 입자 크기를 갖는다. 다른 실시태양에서, 예비-형태 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 배치된 금속 분말 입자들의 모양은 비대칭 이외의 모양일 수 있다. 부가적으로, 금속 분말 입자는 통일된 모양을 가질 필요가 없다.
부가적인 변화는 사용된 분말의 유형 및 분말의 도포 후 이루어지는 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상이한 유형 및 크기의 분말이, 예를 들어 임플란트의 상이한 부분이 상이한 유형의 조직과 만나게 되는 임플란트의 상이한 부분에 적용될 수 있다. 게다가 상이한 유형 및 크기의 분말은 예를 들어, 서로 덮어씌워진 다양한 크기에서 조도의 프랙탈과 같은 효과를 만들도록 적층될 수 있다. 다양한 조도 크기는 가령, 보다 작은 규모에서 임플란트 표면에 셀의 부착을 또한 허용하면서 거시 규모에서 조직 내방성장을 동시에 허용하는 것처럼, 주위 신체 조직과의 상이한 부착 메카니즘을 허용할 수 있다. 이러한 다양한 조도 크기를 달성하기 위하여, 상이한 분말이 순차적으로 도포되어, 예를 들어 작은 규모 조도를 갖는 상부 표면과 바로 아래에 더 큰 조도를 갖도록 크기 구배를 만들어 낼 수 있다. 대안적으로, 하나의 실시태양에서 상이한 분말은 동시에 도포되어, 조도 크기의 불균일한 혼합을 만들어 낼 수 있다.
일부 실시태양에서, 공극 크기가 증가될 때, 지주 두께는 또한 증가될 수 있다(표 4 및 도 6 참고). 두 특성들은 개방 표면 다공성을 유지하면서 예비-형태 금속 폼 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면을 거칠게 하는데 사용될 수 있는 분말의 크기 범위에 영향을 준다. 예비-형태 금속 폼 구조의 조직-접촉 외부 표면에 도포된 분말은 바람직하게 표면 공극 폐쇄를 막을 수 있게(예, 예방할 수 있게) 크기가 정해진다. 바람직한 실시태양에서, 기계가공된 폼 금속 구조의 조직-접촉 외부 표면에 도포된 분말은 지주 두께의 약 100% 미만의 크기 및 공극 크기의 약 50% 이하의 크기를 가져, 공극 폐쇄를 유리하게 막게 된다.
Figure pct00004
표면을 거칠게 하는 분말의 모양과 크기는 거칠어진 금속 폼의 조도 및 마찰값에 영향을 준다. 소결된 예비-형태 A 금속 폼 구조(WEDM 표면) 및 소결된 예비-형태 B 금속 폼 구조(기계가공 후 모든 표면에 도포된 미세(< 45) 구형 분말의 층을 가진 WEDM 표면)의 조도 및 마찰 특성은 표 5에 보여진 것처럼, 미세 비대칭 분말(< 45 ㎛) 또는 굵은 비대칭 분말(75 - 106 ㎛) 중 임의의 것을 가진 거칠어진 금속 폼과 비교된다.
Figure pct00005
분말의 사용은 또한 다른 방법에 비하여 이점을 제공한다. 예를 들어, 이러한 분말의 적용은 더 단순하고, 더 쉽고, 그리고 비용 효율이 높을 수 있고 이식시 뼈와 내방성장 구조 사이에 틈을 가져올 수 있는 그루브를 도입하지 않는다. 덮여있는 그리드와 달리, 분말은 거의 어떠한 임의의 지형에도 쉽게 적용될 수 있다. 게다가, 분말은 조각의 최종 조도뿐만 아니라 조각의 최종 지형에 관하여 상대적 정밀도(예, 작은 허용 오차)를 가진 조도의 증가를 허용할 수 있다.
본원에 묘사된 층들을 다양한 의료용 물품과 함께 사용할 수 있다. 예를 들어, 뼈 공백을 채우기 위한 벌크 금속 폼 보강(augment), 무릎 이식, 엉덩이 이식, 어깨 또는 척추 적용을 위한 금속 폼 코팅된 임플란트, 경골판, 비구 쉘, 대퇴부 줄기, 줄기 고리, 다른 무릎 대퇴부 구성요소, 또는 다른 의료용 임플란트 또는 물품에 그 층을 도포할 수 있다.
도 7은 다공성 구조의 다공성 및 공극 크기에 영향을 주지 않고, 증가된 조도를 가지는 조직-결착 기계가공된 외부 표면을 가진 거칠어진 금속 폼 구조를 제조하기 위한 방법(100)의 하나의 실시태양을 도시한다. 방법(100)은 원하는 공극 크기를 가진 폴리우레탄 폼을 원하는 크기로 절단하고(110) 폼을 접착제(예, 열에 의해 분해되는 접착제)로 함침시키고(120a), 그 다음 미세 분말(예, 티타늄, 티타늄 합금, 탄탈룸, 탄탈룸 합금, 코발트-크롬 합금들, 지르코늄, 지르코늄 합금들, 등과 같은 생물학적으로 비활성인 금속 분말)의 제1 층을 폼에 도포하여 출발 금속 폼을 형성한다. 도시된 실시태양에서, 45 ㎛ 미만의 입자 크기를 가진 미세 분말을 다공성 폴리우레탄 폼의 모든 표면에 도포한다(130a). 방법(100)은 추가적으로 출발 금속 폼을 접착제로 함침시키는 단계(120b) 및 미세 분말의 제2 층을 도포하는 단계(130b)를 포함하고, 그 다음 출발 금속 폼을 추가적으로 접착제로 함침시키고(120c) 미세 분말의 제3 층을 도포한다(130c). 그러나, 상기 논의한 것처럼, 출발 금속 폼의 원하는 특성(예, 공극 크기 및 강도 요구사항)을 달성하기 위하여 3보다 많거나 또는 적은 미세 분말의 층들을 도포할 수 있다. 방법(100)은 부가적으로 폴리우레탄을 태워(140) 미처리 금속 폼 구조를 제공하는 단계를 포함한다. 그리고 나서 미처리 금속 폼 구조는 예비-형태 금속 폼 구조를 제공하기 위해 기계가공될 수 있다(150). 예비-형태 금속 폼 구조를 제공하는 상기의 단계들(110 - 150)은 공지의 사실이다.
본원에 공개된 본 발명의 실시태양에서, 유리하게, 방법(100)은 추가적으로 접착제를 예비-형태 금속 폼 구조의 뼈-접촉 기계가공된 외부 표면에 적용하는 단계(180) 및 약 75 ㎛ 내지 106 ㎛ 사이의 입자 크기를 가진 굵은 비대칭 분말 층을 그 위에 도포하여(190) 거칠어진 예비-형태 구조를 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 굵은 비대칭 분말 층은 오직 뼈-접촉 기계가공된 외부 표면 상에 배치된다(예, 굵은 입자는 뼈-접촉 기계가공된 외부 표면에 배치되지 않은 입자들이 그 구조의 공극을 막거나 또는 폐쇄하지 않고 금속 폼 구조의 공극을 관통할 수 있도록 공극에 대해 크기가 정해진다). 방법(100)이 굵은 분말 입자의 하나의 층을 도포하는 것을 공개했더라도, 당업자가 임의의 적합한 수의 굵은 금속 분말 입자 층을 도포할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 방법(100)은 선택적으로 거칠어진 예비-형태 구조를 기재에 부착하는 단계(195)를 포함한다. 그리고 나서 굵은 분말 층을 거칠어진 예비-형태 구조의 뼈-접촉 외부 표면 상에서 소결하여(200) 거칠어진 금속 폼을 형성한다.
도 8은 다공성 구조의 다공성 및 공극 크기에 영향을 주지 않고 증가된 조도를 가지는 조직-결착 외부 표면을 가진 다공성 폼 구조를 제조하기 위한 방법(100')의 다른 실시태양을 도시한다. 방법(100')은 도 7에 도시된 방법(100)과 유사하여 동일한 수 식별자로 유사한 단계를 식별한다. 방법(100')은 출발 금속 폼이 접착제로 두 번 함침되는 것(120a, 120b), 및 예비-형태 금속 폼 구조를 제공하기 위하여 미처리 상태 금속 폼의 기계가공 전 오직 미세 분말의 두 층을 출발 금속의 모든 표면에 도포하는 것(130a, 130b)에서 방법(100)과 다르다. 상기 논의한 것처럼, 예비-형태 금속 폼 구조를 형성하는 공정은 당업계에 알려졌다.
방법(100')은 유리하게 예비-형태 금속 폼 구조를 접착제로 함침시키는 단계(160) 및 미세 분말의 제3 층을 예비-형태 금속 폼 구조의 모든 표면에 도포하는 단계(170)를 포함한다. 그러나, 당업자는 상기 논의한 것처럼, 금속 폼 구조의 원하는 특성을 달성하기 위해 미처리 상태 금속 폼 구조의 기계가공 전 및/또는 후 임의의 적합한 수의 금속 분말 층을 도포할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 그 구조의 전체 공극 크기 및 다공성을 변경하지 않고 거칠어진 금속 폼을 제공하고 거칠어진 금속 폼 구조 내 공극의 막힘을 막기 위하여(예, 예방하기 위하여) 비대칭 분말(190) 및 접착제 층(180)을 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 유사하게 도포하고 소결하여(200) 예비-형태 금속 폼의 조도를 증가시킨다.
상기 실시태양에서 언급된 것처럼, 다공성 구조의 거칠어진 조직-접촉 외부 표면을 포함할 수 있는 의료용 임플란트의 실시태양은 도 9 - 12에 나타난다.
도 9는 거칠어진 조직-접촉 다공성 외부 표면을 가진 고관절 보철물의 대퇴부 줄기(310)의 실시태양을 나타내며, 이는 미국 특허 제 6,540,788호에 추가적으로 언급된 바와 같고, 이 내용은 본원에 참고문헌에 의해 포함되고 본 명세서의 부분으로 간주되어야만 한다. 예를 들어, 대퇴부 줄기(310)의 전/후 면(312), 측면(314) 및 내면(316)의 하나 이상의 외부 표면은 상기 논의한 것처럼, 대퇴부 공간 내 그것의 고정을 개선하기 위해 거칠어진 조직-접촉 외부 표면을 가진 거칠어진 다공성 구조를 포함할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 대퇴부 줄기(310)의 기재 물질은 표면 처리(예, 그릿 블라스팅)를 거칠 수 있고, 그 다음 거칠어진 다공성 구조(예, 상기 논의한 것처럼, 거칠어진 금속 폼)를 기재에 적용할 수 있다.
유사하게, 도 10은 고관절 보철물을 위한 비구 쉘(320)의 실시태양을 나타내고, 이는 미국 특허 제 6,537,321호에 추가적으로 언급된 바와 같고, 이 내용은 본원에 참고문헌에 의해 포함되고 본 명세서의 부분으로 간주되어야만 한다. 비구 쉘(320)의 외부 표면(322)은 상기 논의한 것처럼, 유리하게 그것이 이식된 뼈(예, 비구)에 대한 비구 쉘(320)의 스크래치 핏을 증가시킬 뿐만 아니라 또한 다공성 구조 내 뼈 내방성장을 허용하여 이식된 비구 쉘(320)의 더 큰 안정성을 제공하기 위하여 거칠어진 조직-접촉 외부 표면을 가진 거칠어진 다공성 구조를 포함할 수 있다.
도 11은 관절와 보철물(330)을 포함하는 어깨 보철물의 실시태양을 나타내고, 이는 미국 출원 제 2006-0111787호에 추가적으로 언급된 바와 같고, 이 내용은 본원에 참고문헌에 의해 포함되고 본 명세서의 부분으로 간주되어야만 한다. 관절와 보철물(330)의 고정 표면(332, 334)은 어깨뼈의 견갑골 내 관절와 보철물의 고정을 용이하게 하는, 거칠어진 조직-접촉 외부 표면을 가진 거칠어진 다공성 구조를 포함할 수 있다. 유사하게, 어깨 보철물의 상완골(340)의 뼈 결착 표면(342, 344)은 상기 실시태양에 언급된 것처럼, 유리하게 뼈 내 줄기의 스크래치-핏을 개선할 뿐만 아니라 또한 다공성 구조 내 뼈 내방성장을 허용하여 이식 후 줄기의 개선된 안정성을 제공할 수 있는 거칠어진 조직-접촉 외부 표면을 가진 거칠어진 다공성 구조를 가질 수 있다.
도 12는 대퇴부 구성요소(352) 및 경골 구성요소(360)를 포함하는 무릎 관절 보철물(350)의 실시태양을 나타내고, 이는 미국 특허 제 5,954,770호에 추가적으로 언급된 바와 같고, 이 내용은 본원에 참고문헌에 의해 포함되고 본 명세서의 부분으로 간주되어야만 한다. 내부 전면(354) 및 후면(356) 관절구 표면, 슬개골 보호구(358)의 내부 표면, 및 대퇴부 고정 줄기(359)를 포함하는 대퇴부 구성요소 보철물(352)의 뼈 결착 표면은 본원의 실시태양에 공개된 것처럼 형성될 수 있는 거칠어진 뼈-접촉 외부 표면을 가진 거칠어진 다공성 구조를 포함할 수 있다. 유사하게, 경골 고평부의 외부 표면(362, 364) 및 경골체(366)를 포함하는 경골 줄기 보철물(360)의 뼈 결착 표면은 뼈 내 경골 줄기 보철물(360)의 스크래치 핏 증가를 제공할 뿐만 아니라, 또한 다공성 구조 내 뼈 내방성장을 허용하여 그렇게 함으로써 이식 후 경골 줄기 보철물(360)의 개선된 안정성을 제공하는, 상기 실시태양에 언급된 것처럼 형성된 뼈-접촉 외부 표면을 가진 거칠어진 다공성 구조를 포함할 수 있다.
본원에 언급된 본 발명의 실시태양은 뼈 내 공간에 이식될 수 있거나 자연적으로 발생한 것이든 또는 수술에 의해 생긴 것이든 이와 무관하게 공간, 틈, 공극 또는 뼈 내 다른 구멍을 채우는데 사용될 수 있는 다공성 보강재 내 또한 결합될 수 있다.
비록 전술한 시스템 및 방법이 특정한 바람직한 실시태양들에 관하여 언급되었지만, 당업자에게는 다른 실시태양도 본원의 공개로부터 분명할 것이다. 부가적으로, 당업자에게 다른 조합, 생략, 치환 및 변경은 본원에 공개된 것에 비추어 분명할 것이다. 본 발명의 특정 실시태양들이 언급되었지만, 이 실시태양들은 오직 실시예의 방식으로써 제시되었으며, 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의도하지 않는다. 진정, 본원에 언급된 새로운 방법 및 시스템은 그것들의 기본정신으로부터 벗어나지 않고 다양한 다른 형태들로 구체화될 수 있다. 따라서, 당업자에게 다른 조합, 생략, 치환 및 변경은 본원에 공개된 것에 비추어 분명할 것이다.

Claims (10)

  1. 다공성 구조를 원하는 모양으로 기계가공하고;
    다공성 구조의 공극 폐쇄를 예방하면서 기계가공된 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면의 조도를 증가시키도록 치수가 정해지는 비대칭 분말 입자를 포함하는 분말을 기계가공된 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 결합하는 단계를 포함하는,
    다공성 구조의 표면 조도 증가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비대칭 분말 입자는 약 75 마이크로미터에서 약 106 마이크로미터까지로 치수가 정해지는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 다공성 구조를 소결하는 단계를 추가적으로 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다공성 구조가 벌크 금속 폼 보강재를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다공성 구조를 기재에 부착하는 단계를 추가적으로 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기재는 무릎 임플란트, 엉덩이 임플란트, 어깨 임플란트, 척추 임플란트, 경골판, 비구 쉘, 대퇴부 줄기, 및 줄기 고리로 구성되는 군으로부터 선택된 금속 폼 코팅된 임플란트인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 부가적인 분말 층을 다공성 구조의 모든 표면에 도포하는 단계를 추가적으로 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 분말을 기계가공된 다공성 구조의 기계가공된 조직-접촉 외부 표면에 결합하는 단계 후 상기 하나 이상의 부가적인 층을 도포하는 단계가 일어나는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 부가적인 층이 각각 미세 구형 분말을 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 미세 구형 분말이 45 마이크로미터 미만의 치수로 정해진 입자들로 구성되는 방법.
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