专利名称：基于陶瓷和聚合物填充材料的多孔复合植入物的制作方法基于陶瓷和聚合物填充材料的多孔复合植入物本发明涉及可植入医疗装置以及制造和使用这种装置的方法，更特别地但不排他地，本发明涉及用于促进骨和/或组织向内生长、通过破骨细胞和成骨细胞活性支持天然骨重塑过程、和/或用于稳定和促进相邻骨或骨组织之间的骨和/或组织融合的装置。已使用各种类型的装置、植入物和系统来稳定和促进患者中的相邻骨或骨组织之间的骨和组织融合。在一个形式中，由于由自身移植物(从患者移出的骨头)或同种异体移植物(从另一人取出的骨头)形成的植入物或装置的骨诱导和/或骨引导性质，因此已使用它们。然而，使用自身移植物和同种异体移植物已遇到各种困难。例如，自身移植物显示供体部位发病的高发生率、痛苦的第二“采集”手术程序的需要，以及可用于移植的大量骨头的缺乏，而同种异体移植物显示与病传染、获取和加工的难度、不确定的免疫反应和过早再吸收相关的问题。此外，如果使用自身移植物或同种异体移植物，则与植入物或装置所植入的解剖空间相关的各种因素(例如压缩载荷)可显示实施自身移植物或同种异体移植物的困难和/或导致不利的副作用。尽管在相邻骨或骨组织的稳定和融合方面的发展已提供了方向正确的步骤，但仍然需要在该技术领域中的进一步发展。
本申请的一个非限制性实施例涉及一种可植入医疗装置。在该实施例的一个方面，所述装置配置成促进骨和/或组织向内生长、通过破骨细胞和成骨细胞活性支持天然骨重塑过程，或用于稳定和促进相邻骨或骨组织之间的骨和/或组织融合，尽管公开了配置成提供前述特征的一些或全部的组合的装置。在另一实施例中，一种可植入医疗装置包括本体，所述本体包括限定所述装置的外轮廓的外表面。所述本体也包括多孔基质，所述多孔基质包括由多个互连支柱限定的一系列互连大孔隙，所述多个互连支柱各自包括中空内部。填充材料基本上填充所述一系列互连大孔隙的至少一部分。多个开口延伸通过所述外表面的至少一部分，并与所述多个互连支柱的至少一部分的中空内部连通。在该实施例的另一方面，所述外表面由所述多个开口、所述多孔基质的暴露区域和所述填充材料的暴露区域限定。在该实施例的另一方面，所述多孔基质由陶瓷材料形成，且所述填充材料为聚合物材料。在又一方面，所述陶瓷材料为生物可吸收的，且所述聚合物材料为生物稳定的。在再一方面，所述填充材料注入遍及所述一系列互连大孔隙中的每一个，并基本上填充所述一系列互连大孔隙中的每一个。在另一实施例中，一种方法包括提供一种可植入医疗装置，所述可植入医疗装置包括本体，所述本体包括限定所述装置的外轮廓的外表面。所述本体也包括多孔基质、填充材料，和多个开口，所述多孔基质包括由多个互连支柱限定的一系列互连大孔隙，所述多个互连支柱各自包括中空内部，所述填充材料基本上填充所述一系列互连大孔隙的至少一部分，所述多个开口延伸通过所述外表面的至少一部分，并与所述多个互连支柱的至少一部分的中空内部连通。所述方法还包括将所述装置设置于相邻骨部分之间。在该实施例的另、一方面，将所述装置设置于相邻骨部分之间包括将所述装置插入相邻椎体之间的椎间盘空间。在又一实施例中，一种可植入医疗装置包括本体，所述本体包括限定所述装置的外轮廓的外表面。所述本体也包括可生物吸收的陶瓷基质，所述陶瓷基质包括由多个互连支柱限定的一系列互连大孔隙，所述多个互连支柱还限定与所述一系列互连大孔隙隔离的多个互连通路。生物稳定的聚合物材料注入遍及所述一系列互连大孔隙，并基本上填充所述一系列互连大孔隙，而所述多个互连通路基本上不含所述聚合物材料。在该实施例的一个方面，所述多个互连通路的至少一部分延伸通过所述本体的外表面，并在所述本体的外表面开口。在该实施例的另一方面，所述本体配置成设置于相邻骨或骨组织之间，且所述外表面包括相对设置的骨接合部分，所述骨接合部分各自包括多个骨接合突起，所述骨接合突起构造成与相邻骨或骨组织接合。在另一实施例中，一种用于制备医学植入物的方法包括提供可生物吸收的陶瓷基质，所述陶瓷基质包括由多个互连支柱限定的一系列互连大孔隙，所述互连支柱包括位于其中的多个互连内部通路；用生物稳定的聚合物材料浸溃所述陶瓷基质以提供复合坯料； 以及加工所述复合坯料以提供植入物本体，所述植入物本体包括限定用于植入的所需构造和形状的外轮廓的外表面，所述加工包括暴露在外表面的互连内部通路的至少一部分。在该实施例的又一方面，所述外表面还包括聚合物材料的一个或多个暴露区域和陶瓷基质的一个或多个暴露区域。在又一实施例中，一种可植入医疗装置包括本体，所述本体具有限定所述装置的外轮廓的外表面。所述外表面包括基质的一个或多个暴露区域，所述基质包括一个或多个开口和基本上填充所述一个或多个开口的至少一部分的生物稳定的填充材料。在植入之后，所述基质经历重塑过程，其中破骨细胞活性逐渐去除基质部分，且成骨细胞活性用新骨组织逐渐替换被去除的基质部分。所述重塑过程的引发通常受限于基质的一个或多个暴露区域。在该实施例的一个方面，所述重塑过程的引发受限于在植入装置之时或在植入装置之前被暴露的那些基质区域。在该实施例的另一方面，所述重塑过程逐渐替换所述基质起始于外表面，并逐渐向内移动至所述装置的内部，直至所有基质或基本上所有基质被新骨组织替换。在又一方面，所述基质由Skelite 形成，且所述生物稳定的填充材料选自聚醚醚酮(PEEK)、碳增强的PEEK和聚醚酮酮(PEKK)。本申请的另一实施例涉及一种用于稳定相邻骨或骨组织的独特装置。其他实施例包括用于促进骨和/或组织向内生长、通过支持破骨细胞和成骨细胞活性而促进天然骨重塑过程、和/或稳定和融合相邻骨或骨组织的独特方法、系统、装置、器材和/或器具。在其他实施例中，可预想本发明的不同形式和应用。本发明的其他实施例、形式、特征、方面、益处、目的和优点将由本文提供的详细描述和附图而变得显而易见。图I描述一个实施例可植入医疗装置的摄影图像。图2描述包含于图I的可植入医疗装置的多孔基质的摄影图像。图3和4描述图2所示的多孔基质的放大的摄影图像。图5描述图I的可植入医疗装置的外表面的代表性的放大的摄影图像。
而且，在其中多孔基质由陶瓷材料(所述陶瓷材料经历重塑过程，该重塑过程具有与天然骨重塑过程的某些方面基本上类似的方面)形成的形式中，所述装置包括促进破骨细胞活性的表面化学，所述表面化学允许在所述多孔基质的暴露区域和沿着所述支柱的中空内部的内表面的骨结合和形成。更特别地，破骨细胞活性可逐渐去除在所述装置的外表面处暴露以及沿着中空支柱的内表面暴露的多孔基质的部分。然后成骨细胞活性用新骨组织相应地逐渐替换被去除的多孔基质部分。类似地，所述互连支柱的中空内部提供了另外的材料暴露，在此处可发生破骨细胞和相应的成骨细胞活性以用新骨组织逐渐替换多孔基质的材料。同样，提高了装置在相邻骨或骨组织之间的互锁，且当多孔基质的材料被重塑时在中空内部的组织向内生长扩张。除了前述之外，应了解填充材料提供了稳定表面，在所述稳定表面上可支承相邻骨或骨组织。所述填充材料也提供了具有类似于骨的高断裂韧性和弹性模量，且同时增强所述多孔基质的装置，因此所述装置可承受在各种骨骼位置处通常遇到的载荷和应力。而且，当骨引导和/或骨诱导材料在植入之后随时间可吸收，且填充材料为生物稳定的时，所述装置可在多孔基质的吸收之后继续提供对相邻骨或骨组织的支承。实际上，在该形式中，生物稳定的填充材料通常变成多孔基质，在多孔基质的吸收同时或在多孔基质的吸收之后 骨和/或组织注入和通过所述多孔基质。与这些相关的进一步的细节以及在本文中公开和描述的装置的其他细节将在下文提供。在一个替代实施例中，提供了一种装置，所述装置包括由陶瓷基质形成的本体，所述本体包括一个或多个开口和基本上填充所述开口的至少一部分的生物稳定的填充材料，尽管在一个或多个形式中可设想所述生物稳定的填充材料可注入遍及所有开口，并基本上填充所有开口。在该实施例的一个形式中，所述开口由一系列互连大孔隙限定。然而，在另一形式中，所述开口由部分延伸进入或通过所述本体的通道或通路限定。而且，在另一形式中，所述陶瓷本体包括限定所述开口的框架形式的设计(engineered)或结构几何。在该实施例的一个形式中，所述装置包括外表面，所述外表面限定所述装置的外轮廓，并包括陶瓷基质和填充材料的一个或多个暴露区域，尽管应了解所述外表面整体可由陶瓷基质和填充材料的暴露区域限定。所述陶瓷基质由陶瓷材料形成，所述陶瓷材料经历重塑过程，该重塑过程具有与天然骨重塑过程的某些方面基本上类似的方面。更特别地，在该形式中，所述陶瓷材料通过破骨细胞活性被逐渐去除，被去除的陶瓷材料部分被通过成骨细胞活性所形成的新骨逐渐替换。类似地，在植入装置之后，所述陶瓷基质经历重塑过程，其中破骨细胞活性逐渐去除陶瓷基质部分，且成骨细胞活性用新骨组织逐渐替换被去除的陶瓷基质部分。在该实施例的一个方面，所述重塑过程的引发受限于在所述装置的外表面上被暴露的陶瓷基质区域。更特别地，应了解所述陶瓷基质将通过这样的过程而被重塑为新骨组织，该过程起始于所述装置的外表面，并随时间向所述装置的内部逐渐继续或随时间逐渐继续进入所述装置的内部。同样，由于在该实施例中填充材料为生物稳定的，因此向装置内部或进入装置内部的重塑过程的进行可仅在所述装置的外表面上的陶瓷基质的暴露区域处发源，或仅从所述装置的外表面上的陶瓷基质的暴露区域发源。在另一更特别的方面，所述重塑过程的引发可受限于在植入之时或在植入之前在所述装置的外表面上被暴露的陶瓷基质区域。虽然之前未讨论，但该实施例的陶瓷基质也包括限定所述开口的多个互连支柱。与上述实施例相反，在该实施例中，可设想支柱中的每一个可具有实心或填充的横截面，尽管也可设想其中支柱中的每一个具有中空内部的形式。类似地，取决于陶瓷基质的形式，可设想的是在一个或多个形式中，该实施例的装置的外表面可具有开口，所述开口延伸通过所述外表面，并与所述多个支柱的至少一部分的中空内部连通。类似于如上讨论的实施例，该实施例的装置可促进骨和/或组织向内生长、通过支持破骨细胞和成骨细胞活性而促进天然骨重塑过程、稳定相邻骨或骨组织，和/或促进相邻骨或骨组织之间的骨和/或组织融合。在该实施例的一个特定方面，所述装置 包括模仿骨且适于在所选解剖部位(如在相邻骨或骨组织之间的位置)保持压缩载荷的机械性质。此外，该实施例的装置的外表面包括表面化学，所述表面化学允许骨结合和形成起始于所述陶瓷基质的暴露区域，并从所述暴露区域向所述装置的内部部分逐渐继续或逐渐继续进入所述装置的内部部分。同样，提高了装置在相邻骨或骨组织之间的互锁，且当陶瓷基质被重塑时组织向内生长进入装置扩张。此外，该形式的生物稳定的材料提供了稳定表面，在所述稳定表面上可支承相邻骨或骨组织。所述填充材料也提供了具有类似于骨的高断裂韧性和弹性模量，且同时增强所述陶瓷基质的装置，因此所述装置可承受在各种骨骼位置处通常遇到的载荷和应力。而且，当所述陶瓷基质被逐渐重塑并由新骨替换时，所述填充材料可继续提供对相邻骨或骨组织的支承。与这些相关的进一步的细节以及在本文中公开和描述的装置的其他细节将在下文提供。可设想的是，可在需要或期望骨或组织修复或生长的多种应用的任意种中在任何骨骼位置使用上述装置。在又一特别的但非限制性的形式中，所述装置可配置成设置于相邻骨或骨组织之间，以沿着骨或骨组织的承载轴提供支撑，尽管也可设想无承载应用。例如，现在参照图1，摄影图像表示锥间植入装置10的端视图，所述装置构造成有利于相邻椎体之间的融合。装置10通常包括“D-形”本体12，所述本体构造成位于相邻椎体之间的椎间盘空间中。本体12也具有在外轮廓周围延伸并遵循装置10的形状的外表面14。装置10也包括围绕中空室22延伸并包围中空室22的侧壁16，在所述中空室22中可设置骨生长增强材料，如骨碎片、骨形态发生蛋白、LIM矿化蛋白(LMP)和其他生长因子。外表面14包括相对设置的形成为具有突起24的顶部和底部18、20，所述顶部和底部18、20构造成与相邻椎体接合并抵抗装置10从椎间盘空间被驱出。在一个或多个形式中，顶部和底部18、20可相对于彼此成角度，以提供对应于相邻椎体之间的前凸角的构造，装置10将设置于所述相邻椎体之间。此外，尽管未显示，应了解装置10可具有一个或多个工具接合部分，以有利于使用合适的仪器在椎间盘空间中接合和放置所述装置。也可设想装置10可具有替代外部构造，其非限制性的例子公开于美国专利No. 7，192，446、No. 6，595，995、No. 6，613，091、No. 6，645，206、No. 6，695，851、No. 6，174，311、No. 6，610，065、No. 6，610，089、No. 6，096，038、No. 6，746，484、No. No. 6，471，724、No. 6，764，491、No. 6，830，570、No. 6，447，547、No. 6，991，654、No. 5，797，909、No. 5，669，909、No. 5，782，919、No. 5，984，967、No. 6，206，922、No. 6，245，072 和 No. 6，375，655 以及美国专利公布 No. 2008/0161927 中。也如图I所示，装置10包括基质26和填充材料40，所述填充材料40已注入至并遍及基质26的开口。更特别地，在所示的形式中，填充材料40注入至并遍及由基质26的大孔隙所限定的开口。然而，在另一形式中，基质26的开口可由部分延伸进入或通过所述基质的通道或通路限定。而且，在另一形式中，基质26包括限定所述开口的框架形式的设计或结构几何。然而，在其他未显示的形式中，填充材料40基本上仅填充基质26的开口的一部分。在所示的形式中，本体12包括基质26和填充材料40的暴露区域，所有所述暴露区域在所述本体的外轮廓和外表面14周围并沿着所述本体的外轮廓和外表面14。更特别地，包括在外轮廓周围延伸并遵循装置10(包括中空内部22)的形状的部分的外表面14包括基质26和填充材料40的暴露区域。另外，尽管在图I中未显示，本体12也包括多个开口，所述多个开口均设置于所述本体的外轮廓和外表面14周围并沿着所述本体的外轮廓和外表面14，其进一步的细节将关于图5在下文提供。所述开口通常设置于基质26的暴露区域的各种位置内，并与基质26的支柱的中空内部连通。而且，在其他形式中，基质26的支柱可不具有中空内部，并包括实心或填充的横截面。类似地，在该形式中，外表面14不包括延伸通过其中的任何开口。然而，在其他形式中，可设想的是，基质26的支柱可为中空的，而外表面14不包括延伸通过其中的任何开口，或者外表面14可仅在一个或多个所需区域中具有开口。在其他未显示的形式中，可设想的是，外表面14的仅一部分或外表面14的不同部分可具有基质26和填充材料40的暴露区域。例如，在一个这种形式中，外表面14沿着顶部和底部18、20可仅具有基质26和填充材料40的暴露区域。在另一实例中，外表面可沿着接近室22设置的侧壁16的部分具有基质26和填充材料40的暴露区域。而且，如本领域技术人员将了解，可设想用于沿着外表面14设置基质26和填充材料40的暴露区域的替代构造。在图2中，提供了基质26的摄影图像，所述基质26提供了填充材料40可注入的支架，尽管在图2中基质26不存在填充材料40。基质26包括限定一系列互连空隙或大孔隙30的多个支柱28。仅一部分支柱28和大孔隙30在图2中标记以保持清晰。在图2所示的形式中，基质26通常具有中空圆柱形形状，尽管可设想可使用基质26的其他构造用于装置10。基质26的支柱28各自包括中空内部或通路34，所述中空内部或通路34可在图3和4中的基质26的放大摄影图像中看出。支柱28的通路34彼此通过流体连通互连，由此形成延伸通过支柱28的通路34的中空基质。类似地，通路34通常通过支柱28的侧壁与一系列大孔隙30隔离，尽管可设想的是，通路34和大孔隙30之间的一些连通可通过支柱28上的微孔32 (图4)而发生。在图3和4中暴露一部分通路34以用于说明和清晰的目的，尽管应了解在最初制造基质26时通常不暴露通路34，因为支柱28的末端通常为封闭的，如根据下文所述的制备基质26的方法将了解。相反，当进一步加工时，在支柱28末端的一部分材料可被去除而暴露通路34。以此方式，可用填充材料40浸溃基质26的一个或多个部分，而通路34不被填充材料40填充。类似地，当用填充材料40浸溃基质26的一个或多个部分时，除了可能通过微孔32、不完全封闭的支柱28的末端，或任何其他非故意的表面裂缝或缺陷而出现的任何非故意的渗漏之外，通路34保持基本上不含填充材料40。在装置10的情况中，在一个形式中，在用填充材料40渗透基质26的一个或多个部分之后，并在将装置10成形为其最终构造时，可暴露通路34，其进一步的细节在下文提供。在其他形式中，基质26可具有不包括中空内部的支柱28。相反，在这些形式中，支柱28由形成基质26的材料形成，并包括基本上实心横截面构造。类似地，当基质26的一个或多个部分由填充材料40渗透和填充时，所述填充材料40通常不进入或填充支柱28的、任何部分。此外，如上所暗示，基质26也可形成为包括一个或多个通道或通路，所述通道或通路部分延伸进入或通过所述本体，并限定代替大孔隙30的基质26的开口。另外，在另一形式中，基质26包括限定基质26的开口的框架形式的设计或结构几何。基质26可由烧结或未烧结的复合陶瓷材料形成，所述复合陶瓷材料为合成的、天然的、可生物吸收的或不可吸收的。在该形式的一个方面，即使在基质26的一个或多个部分填充填充材料40之后，不透射线的陶瓷材料提供给装置10所需的成像性质。在一个特定形式中，基质26由烧结的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料为骨引导和/或骨诱导的，并在体内可生物吸收或可生物降解。换言之，所述陶瓷材料为生物活性材料，其可在其表面引起生物响应，从而导致与相邻组织形成结合。所述陶瓷材料的非限制性的例子包括钙基陶瓷，如硫酸钙、碳酸钙或磷酸钙材料，如羟磷灰石、碳酸磷灰石、氟磷灰石、磷酸三钙(如α-磷酸三钙或磷酸三钙)、磷酸四钙、磷酸八钙和它们的混合物。在一个特定形式中，基质26可由可生物吸收或可生物降解的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料经历重塑过程，该重塑过程具有与天然骨重塑过程的某些方面基本上类似的方面。因此，不同于显示出破坏初始骨附着(bony attachment)的结构性能的非特异性溶解的其他陶瓷材料,该形式的陶瓷材料使 用细胞基重塑以提供在整个骨替换过程中保持局部结构性能的进化的但稳定的主体界面。例如，在该形式中，所述陶瓷材料通过破骨细胞活性被逐渐去除，其中被去除的陶瓷材料部分的微结构被通过成骨细胞活性所形成的新骨逐渐且感应地(sympathetically)替换。更特别地，基质的表面有利于得自骨细胞活性的界面结合，所述骨细胞产生细胞外基质，所述细胞外基质通过随后的矿化而变为固体。经历重塑过程(该重塑过程具有与天然骨重塑过程的某些方面基本上类似的方面)的陶瓷材料的一个特定形式为Skelite ,其为可购自Medtronic, Inc. , 710 Medtronic Parkway, Minneapolis, MN 55432-5604 USA 的分离的可生物吸收的生物材料。更特别地，Skelite 为包含钙、氧和磷的化合物，其中这些元素的至少一个的一部分由离子半径为大约O. I至0.6人的元素取代。这些元素的非限制性的例子包括硅和硼，尽管也可设想使用满足前述标准的其他元素。具体地，该生物材料化合物具有下式(Ca) J (PmBxCyDz) OjJ2其中B、C和D选自离子半径为大约0.1至0.4人的那些元素；X大于或等于O但小于I ;y大于或等于O但小于I ;z大于或等于O但小于I ;x+y+z大于O但小于I ;i大于或等于2但小于或等于4;且j等于4- δ，其中δ大于或等于O但小于或等于I。有关该化合物的进一步的细节可见于美国专利No. 6，323，146，所述专利的内容以全文引用方式并入本文。对于基质26的所示形式，其可由具有多个互连空隙的有机网状泡沫结构形成。更特别地，在一个形式中，聚氨酯泡沫被快速燃烧(flash-flamed)以破坏和去除泡沫网中的气泡之间的薄壁，从而提供其中孔穴互连而不封闭的海绵状物。具有该构造的多孔泡沫结构可购得或可制得(如果需要)，并有利于支柱28的通路34的形成。对于其中支柱28不是中空的那些形式，基质26可使用成孔剂(如聚合物球)形成，所述成孔剂在基质注入之时与陶瓷材料接触，然后在烧结所述基质的过程中去除。所述泡沫结构用陶瓷材料的水性浆料浸溃，使得泡沫的韧带(ligament)或支柱被涂布，且空隙基本上被填充。将过量的浆料从孔去除，干燥经涂布的结构，从而形成通常称为生坯的物质(即未烧结的经涂布的泡沫结构)。干燥可进行数分钟至超过一小时，如本领域技术人员将了解。重复该过程，直至浆料涂层在整个泡沫结构中获得所需厚度。涂层的典型厚度可为约10至约100微米。然后加热所述经涂布的结构以首先烧尽柔性有机泡沫，然后烧结，由此提供具有多个大孔隙30的形式的互连空隙的熔融陶瓷泡沫。加热通常在约25°C直至约500°C的温度下完成。烧结通常在约900°C至约1，500°C的温度下进行。可连续进行加热和烧结，使得温度由加热温度升高至烧结温度。
陶瓷材料的浆料的制备涉及将陶瓷材料与流体介质(通常为水)和分散剂组合。可使用分散剂以防止陶瓷粒子的凝聚，所述分散剂可为有机的或无机的。有机分散剂的例子包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、柠檬酸钠、酒石酸钠和它们的混合物。无机分散剂的例子包括碳酸钠、硅酸钠、焦磷酸四钠和它们的混合物。加入的分散剂的量通常在(但不限于)约I至3. 5体积％之间。已发现陶瓷材料的初始粒子尺寸可影响最终基质26的强度。此外，粒子尺寸也可影响固体载荷能力和浆料的所得粘度两者。已发现碾磨一部分浆料对于获得所需的粒子尺寸分布是有用的。通常，可使用惰性耐磨碾磨介质(如氧化铝或氧化锆)碾磨一部分浆料I至24小时之间，以提供约至多50微米(和在尺寸为至多约50微米的任何尺寸或范围)的陶瓷粒子。为了使浆料的陶瓷粒子既粘附至泡沫基材，也彼此粘附，有利的是在粒子尺寸减小之后所述浆料性质为触变的。即，浆料的粘度在增加剪切速率的情况下减小。也可在将陶瓷材料浆料浸溃至网状泡沫本体中之前将添加剂加入陶瓷材料浆料中。这种添加剂的非限制性的例子包括赋予生坯强度的粘合剂、改进浆料在整个泡沫中的分布的润湿剂，以及减少浆料中的泡沫形成的消泡剂。通常以少量将这些组分加入浆料，包括但不限于粘合剂小于约10体积％，润湿剂和消泡剂小于约2体积％。通过施用陶瓷材料浆料数个涂层并干燥每个涂层之间的浸溃结构，基质26可具有约IOMPa的压缩强度。尽管在施用后来的涂层时泡沫的多孔结构可能开始变得堵塞，但是已发现，最初的数个涂层使用具有高固体载荷(直至约30体积％)的浆料而接着的数个涂层使用具有较低固体载荷(低于约20体积％ )的浆料有助于避免任何堵塞。在一个形式中，可使用真空过程从泡沫本体去除过量的浆料。在此情况中，将经浸溃的泡沫置于装在竖直安装的真空软管顶部的网筛上，将过量的浆料通过所述软管抽吸至真空单元中。或者，可使用受控气体喷流以分散堵塞内部孔的过量浆料。为了去除泡沫结构，可将经干燥涂布的结构转移至电炉中，加热并保持在足够高的温度下(即直至约200°C)以初始去除水，然后加热并保持在更高温度下(即直至约5000C )以热解下方的聚合物泡沫。通过加热至显著高于用于热解泡沫的温度的温度，(在至多约1500°C，更优选约1200°C至约1500°C的温度下)进行随后的陶瓷结构的烧结。然后使炉子冷却至室温。尽管之前未描述，但应了解可调节所述泡沫结构的一个或多个性质，以使基质26具有对于装置10的一个或多个形式有利的结构特征。例如，在一个形式中，所述泡沫结构可具有变化的空隙分数，所述空隙分数可用于提供一定形式的基质26，所述形式将最终得到目标用于特定强度和模量特性的基质与填充材料的比例。在该形式的一个方面，例如，可设想可调节所述泡沫结构的大孔隙的尺寸，这将相应地调节基质26的支柱28的定位。在另一形式中，可设想的是，所述泡沫结构可具有各向异性构造，所述各向异性构造将最终赋予基质26各向异性性质。类似地，可使用具有各向异性性质的基质26形成装置10，使得装置10具有各向异性性质，类似于天然骨，所述各向异性性质在一个或多个所选方向上提供所需的机械性能。在该形式的一个方面，所述各向异性性质可使用包括梯度孔隙率或伸长的大孔隙的泡沫结构获得。例如，所述泡沫结构可被加热、拉伸或压缩以伸长大孔隙，然后冷却，而大孔隙保持在其伸长的构造中。在另一实例中，可通过将两个或更多个具有不同尺寸的大孔隙的泡沫结构熔融在一起来获得梯度孔隙率，尽管也可设想其他替代方式。也可设想的是，可以以一定方式调节所述泡沫结构，所述方式产生通过由基质26和填充材料40围绕的单个材料所形成的装置10的一个或多个区域。例如，泡沫结构的部分可从一个或多个区域去除，然后可随后使这些区域具有陶瓷材料、填充材料40或另一替代材料。在一个特定形式中，可在植入装置10的过程中在通过定位装置螺纹接合的装置10 的区域中使用由单个材料形成的区域，尽管可设想由单个材料形成的一个或多个区域的其他用途。除了前述之外，也可设想所述泡沫结构可通过三维印刷过程形成以包括韧带或支柱的有序或非无规排列。在该形式中，可在韧带基开孔网络中提供所述泡沫结构，在所述网络中可排列所述韧带以提供赋予基质26和最终的装置10所需的机械性质的构造。在制备装置10的所示形式中，一旦制得基质26，使填充材料40注入并遍及所述一系列大孔隙30。然而，如上所述，在替代形式中，填充材料40仅注入并用于填充基质26的大孔隙30的一部分。在该构造中，装置10的一个或多个部分可具有不含填充材料40的基质26的暴露区域，由此提供增大的基质26的暴露以及开放网络，在所述开放网络中可生长组织。填充材料40通常增强基质26，因此装置10可承受在各种骨骼位置处通常遇到的载荷和应力，并具有相比于由单独的基质26所能实现的更接近模仿天然骨的机械性质。例如，填充材料40可提供装置10类似于骨头的高断裂韧性和弹性模量。在一个形式中，填充材料40为生物稳定的聚合物材料，尽管可设想其他类型的生物稳定的材料。生物稳定的聚合物材料的非限制性的例子包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚砜、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、交联的UHMWPE和聚芳醚酮(PAEK)家族的成员(包括聚醚醚酮(PEEK)、碳增强的PEEK和聚醚酮酮(PEKK))。在另一形式中，可设想的是，填充材料40可为可生物吸收或可生物降解的聚合物材料，尽管可设想其他类型的可生物吸收或可生物降解的材料。在该形式的一个方面，可以以一定形式提供填充材料40，当所述填充材料由可生物吸收或可生物降解的材料形成时，所述形式的填充材料包括与基质26的降解速率相同或小于基质26的降解速率的体内降解速率。可生物吸收或可生物降解的聚合物材料的非限制性的例子包括聚(L-丙交酯)、聚(D，L-丙交酯)、聚(L-共-D，L-丙交酯)、聚乙交酯、聚(丙交酯-共-乙交酯)、聚(羟基丁酸酯)、聚(羟基戊酸酯)、酪氨酸衍生的聚碳酸酯、聚酸酐、聚原酸酯、聚磷腈、聚(对二氧杂环己酮)、聚(ε-己内酯)和聚葡糖酸酯。在一个或多个形式中，填充材料可作为复合材料提供，所述复合材料由例如聚合物材料和一种或多种骨诱导和/或骨引导材料形成。例如，在一个特定形式中，填充材料40可由聚合物材料和形成基质26的陶瓷材料颗粒的混合物形成，尽管可设想可使用陶瓷或骨诱导和/或骨引导材料的替代形式。在该设置中，填充材料40可具有骨诱导和/或骨引导材料的另外的暴露区域，以促进另外的骨结合和/或增加从装置10流出的矿物元素的生物利用度。另外，在一个或多个形式中，也可设想与填充材料40中的骨诱导和/或骨引导材料的颗粒接触的细胞可受刺激以协助引发骨修复过程。可设想填充材料40可以任何合适的方式浸溃进入并填充基质26的全部或部分大孔隙30。然而，在一个特定形式中，可通过注射成型过程用填充材料40填充大孔隙30。例如，可将基质26置于合适大小的模具中，填充材料40可在压力下被注射进入所述模具。在该形式的一个方面，所述模具可具有大于基质26的内室，使得基质26变得被覆盖于填充材料40内。如上所述，在支柱28为中空的基质26的所不形式中，在注射成型之后支柱28的通路34保持基本上不含填充材料40，因为通路34中的每一个在相应支柱28的末端部分处为封闭的，并通常与所述一系列互连大孔隙30隔离。此外，在装置10的一个或多个部分可具有不含填充材料40的基质26的暴露区域的上述形式中，可设想的是，在将填充材料40加入基质26的剩余部分之前，基质26的相应区域可填充可去除材料，如聚乙二醇、石蜡、水凝胶或丙烯酸胶乳。类似地，一旦已将填充材料40加入基质26的所需区域，所述可去除材料可通过用一种或多种溶剂溶解和/或通过热处理去除(仅为了提供一些可能性)。此外，尽管在之前未描述，应了解可处理基质26和填充材料40之一或两者以促进或改进两者之间界面化学结合。例如，在一个形式中，可设想的是，可将一种或多种极性官能团(如醚或酯)加入填充材料40。在另一形式中，可设想的是，可首先用氢氧化铵或可改变基质26表面的极性的一些其他溶液洗涤基质26。而且，在另一形式中，可设想的是，可将表面活性剂或乳化剂加入填充材料40。例如，在该形式的一个方面，可设想的是，可在填充材料40注入基质26的一个或多个部分中之前将油酸加入填充材料40。 在注射成型过程之后，基质26和填充材料40提供了复合坯料，所述复合坯料基本上对应于在注射成型过程中所用的模具的尺寸和形状，并可被进一步加工以提供具有所需构造的装置10。例如，仅为了提供一些非限制性的例子，可设想的是，可通过机械加工、切害I]、激光成形、化学降解、蚀刻、研磨和锤打中的任意一种或多种而将所述复合坯料加工成装置10的所需构造。当所述坯料被加工成装置10的最终构造时，除了填充材料40的区域之外，基质26的区域也变得在外表面14处暴露。在其中基质26的支柱28包括通路34的所示形式中，支柱28的至少一部分的末端部分和/或另外的部分在该加工中被去除，由此提供对应于通路34而暴露的开口 36，如图5的摄影图像中所示，图5的摄影图像提供了装置10的外表面14的一部分的代表性例子的放大视图。更特别地，支柱28被暴露以提供围绕开口 36的基质26的暴露区域，使得所述开口 36通常与填充材料40隔离。因此，开口 36提供了骨和/或组织生长进入相应支柱28的通路34的进入点。此外，由于通路34中的每一个是互连的，应了解骨和/或组织生长进入一个通路34可扩展至另外的通路34中，即使这些另外的通路34未通过外表面处14的开口 36被暴露。应进一步了解，取决于从支柱28的末端部分去除的材料的量，可提供不包括暴露相应通路34的任何开口 36的基质26的暴露区域。另外，开口 36和一定程度的基质26的暴露区域可通常被限定为装置10的那些区域，所述区域在注射成型过程之后经受另外的加工，以从复合坯料获得装置10的所需构造，所述复、合坯料由基质26和填充材料40形成。类似地，可设想的是，在一个形式中，装置10的外表面14可包括基质26的许多开口 36和/或暴露区域，而在另一形式中，取决于所用的后注射成型过程的程度，外表面14可仅包括基质26的一些开口 36和/或暴露区域。而且，在其中支柱28不是中空的且不包括通路34的其他形式中，外表面14不包括开口 36。此外，也可设想的是，在注射成型过程之后加工的坯料的区域可至少部分由对于植入装置10的解剖位置的考虑而决定或影响。在一个或多个形式中，也可设想装置10可用于递送药物试剂。例如，在其中基质26由可生物吸收的材料形成的形式中，可在大孔隙30被填充材料40填充之前将药物试剂提供至基质26的外表面上。在该形式中，药物试剂可在基质26被吸收时而逐渐变得在体内暴露。然而，在另一形式中，可设想可在通路34中提供药物试剂，尽管可预想提供药物试剂的其他变体。例如，在一个替代形式中，可设想的是，可在填充材料40注入基质26的大孔隙30的至少一部分中之前将药物试剂混合至填充材料40中，然后在植入装置10之后所 述药物制剂从填充材料40体内递送。在该形式的一个方面，填充材料40可作为可生物降解或可生物吸收的材料(如可生物降解或可生物吸收的聚合物材料)提供，当所述填充材料40降解或被吸收时，治疗剂可逐渐从填充材料40释放。作为另一替代形式，可设想的是，在填充材料40注入基质26的大孔隙30的至少一部分中之后，可在填充材料40的暴露区域上提供药物试剂，然后在植入装置10之后所述药物试剂从填充材料40的暴露表面体内递送。在该形式的一个方面，当填充材料40注入基质26的大孔隙30的至少一部分中时，可在填充材料40中使用成孔剂，以在填充材料40中提供一个或多个孔，药物试剂可沉积至所述孔中。在其他方面，应了解在将药物试剂提供至填充材料40的暴露区域上之前，可使填充材料40的暴露区域经受化学或机械加工以增强药物试剂与填充材料40之间的连结或粘合。另外地或可选择地，可使药物试剂经受化学加工以增强其与填充材料40之间的连结或粘合。而且，在该形式的其他方面，可设想的是，可使用一种或多种类型的可生物吸收的粘合剂以将药物试剂粘附至填充材料40的暴露区域。当包括药物试剂时，药物试剂可包括生长因子，所述生长因子可增加融合速率，或可具有一些其他的有益效果。可设想由装置10递送的多种生长因子。例如，生长因子可包括骨形态发生蛋白、UM矿化蛋白(LMP)、转化生长因子，如转化生长因子-β (BGF-β)、胰岛素类生长因子、血小板衍生生长因子、纤维母细胞生长因子，或具有一些有益效果的其他类似的生长因子。如果包括生长因子或其他药物试剂，则它们通常以治疗有效量提供。例如，可包括促进融合有效量的生长因子。在一个特定形式中，所述生长因子为骨形态发生蛋白，包括重组人骨形态发生蛋白(rhBMP)。例如，在一个形式中，所述骨形态发生蛋白为rhBMP-2、rhBMP-4或它们的异二聚体。然而，可设想任何骨形态发生蛋白，包括指定为BMP-I至BMP-18的骨形态发生蛋白。骨形态发生蛋白可得自Genetics Institute, Inc. , Cambridge, Mass.，也可由本领域技术人员制得，如以下专利中所述Wozney等人的美国专利No. 5，187，076、Wozney等人的美国专利No. 5，366，875、Wang等人的美国专利No. 4，877，864、Wang等人的美国专利No. 5，108，922、Wang 等人的美国专利 No. 5，116，738、Wang 等人的美国专利 No. 5，013，649、Wozney 等人的美国专利 No. 5，106, 748，和 Wozney 等人的 PCT 专利 No. W093/00432、Celeste等人的PCT专利W094/26893，和Celeste等人的PCT专利W094/26892。可设想所有的骨形态发生蛋白，无论其是如上获得或是从骨头中分离。从骨头中分离骨形态发生蛋白的方法描述于例如Urist的美国专利No. 4，294，753和Urist等人的8IPNAS 371，1984中。
在其他形式中，药物试剂可为用于治疗各种脊柱症状(包括感染脊髓、癌变脊髓和骨质疏松症)的药物试剂。这种试剂包括抗生素、镇痛药和抗炎药(包括类固醇)，尽管本领域技术人员已知其他示例性试剂。这些试剂也以治疗有效量使用，所述治疗有效量将治疗它们引起的各种症状和病症，并可取决于特定情况而由本领域技术人员确定。在另一未显示的实施例中，植入物在其外表面上包括骨引导或骨诱导材料和生物稳定的材料的暴露区域，在所述外表面上所述骨引导或骨诱导材料悬浮于或分散于整个生物稳定的材料中。更特别地，在该实施例的一个形式中，生物活性的陶瓷材料的颗粒(如Skelite )可与生物稳定的材料均勻混合，所述生物稳定的材料如生物稳定的聚合物材料，包括例如聚芳醚酮(PAEK)家族的成员，如聚醚醚酮(PEEK)、碳增强的PEEK和聚醚酮酮(PEKK)。然后可将均匀混合物注射成型、挤出或压缩成型为植入物或坯料的所需构造，可通过另外的加工由所述坯料获得植入物的所需构造，所述另外的加工如机械加工、切割、化学降解、蚀刻、研磨和锤打中的任意一种或组合(仅为了提供一些非限制性的例子)。骨引导或骨诱导材料的暴露区域可通常促进加速的熔融速率，并通过骨附着而提供早期植入锚定，而生物稳定的材料持续提供使用植入物的解剖位置所需的机械性质。在另一实施例中，一种可植入医疗装置包括本体，所述本体具有限定所述装置的外轮廓的外表面。所述外表面包括多孔基质的一个或多个暴露区域，所述多孔基质显示一系列互连大孔隙和基本上填充所述一系列互连大孔隙的至少一部分的生物稳定的填充材料。在植入之后，所述多孔基质经历重塑过程，其中破骨细胞活性逐渐去除多孔基质部分，且成骨细胞活性用新骨组织逐渐替换被去除的多孔基质部分。在该实施例的一个或多个方面，所述重塑过程的引发受限于在所述装置的外表面上的多孔基质的一个或多个暴露区域。在该实施例的另一方面，所述多孔基质由Skelite 形成，且所述生物稳定的材料选自聚醚醚酮(PEEK)、碳增强的PEEK和聚醚酮酮(PEKK)。在又一实施例中，一种植入物包括陶瓷基质，所述陶瓷基质具有由生物稳定的填充材料全部或部分填充的开口。所述植入物也包括在其外轮廓周围延伸的外表面。在该实施例的一个形式中，在装置的整个外轮廓周围的外表面由基质和生物稳定的填充材料的暴露区域限定。换言之，所述外表面由基质和生物稳定的填充材料的散布区域的不连续排列限定。在该实施例的另一形式中，所述陶瓷基质由Skelite 形成，且所述生物稳定的材料选自聚醚醚酮(PEEK)、碳增强的PEEK和聚醚酮酮(PEKK)，尽管可设想陶瓷基质和填充材料的替代材料。在另一实施例中，提供了沿着承载轴稳定和促进相邻骨或骨部分之间的融合的方法。例如，在该实施例的一个形式中，一种方法包括提供植入物，优选承载植入物(例如上述装置10)，以及准备相邻椎骨以在相邻椎骨之间的椎间盘空间中接收所述植入物。这种准备方法是本领域技术人员公知的，并可包括去除全部或一部分椎间盘，所述椎间盘包括全部或一部分纤维环或髓核。然后可在所述准备步骤之后将所述植入物置于相邻椎骨之间的椎间盘空间中。实魁
如下实例是为了说明的目的，且不应解释为将本文公开的发明限制为仅仅是在这些实例中公开的实施例。实例I根据如下所述制备复合坯料，所述复合坯料包括由可生物吸收的陶瓷材料形成的多孔基质和生物稳定的聚合物材料，植入物(如装置10)可由所述复合坯料获得。使用直径为25mm,长度为25mm的圆柱形开孔聚氨酯泡沫作为前体网状模板。使用可购自 Medtronic, Inc. , 710 Medtronic Parkway, Minneapolis, MN 55432-5604, USA 的Skelite 提供两个水性陶瓷浆料。一个浆料具有25体积％的固体载荷，另一个浆料具有17体积％的固体载荷。将两个浆料均进行球磨5小时。将所述泡沫材料浸入25体积％固体的浆料，并搅拌以去除空气，从而用所述浆料基本上填充空隙并用所述浆料涂布所述泡沫的支柱。从所述浆料中移出所得经浸溃的泡沫，并将其置于附接至竖直安装的真空软管的网筛上。通过打开真空单元3-5秒而从空隙去除过量的浆料。这是从所述泡沫的空隙去除过量浆料而不破坏粘附至泡沫的支柱的浆料的足够时间。经涂布的泡沫在120°C下烘箱干燥15分钟。对于25体积％固体的浆料，再重复这整个过程1-2次，对于17体积％固体的浆料，再重复这整个过程4-10次。将经干燥涂布的泡沫基材转移至电炉，在所述电炉中以1°C /min的速率将所述泡沫基材加热至500°C的温度以驱除水，并使所述聚氨酯泡沫热解而不使多孔陶瓷基质坍塌。所述泡沫保持在500°C下4小时，并随后以1°C /min的速率加热至1500°C的温度。该温度保持2小时以使陶瓷颗粒烧结在一起，由此提供具有最初聚氨酯泡沫材料的物理形态的开孔、多孔陶瓷基质。随后，所述炉子以约36°C /min的速率冷却，直至获得25°C的最终温度。所述多孔陶瓷基质的最终尺寸为直径为约20mm，长度为约20mm，密度为大约2. 9g/cm3。PEEK注射成型机配置成注射腔尺寸为容纳所述多孔陶瓷基质。选择模具腔的浇注系统(gating)以确保用所述多孔陶瓷基质将所述腔均一且均匀地填充就位。将模具温度设定为大约120-200°C，将桶温设定为大约350-380°C。然后将PEEK丸粒加载至注射成型机的料斗中，PEEK丸粒按需从所述料斗由augur通过加热器供料，并经由浇口进入模具腔。所用的 PEEK 材料为 Victrex PEEK 150G，其为可购自 Victrex USA, Inc. , 300ConshohockenState Road, Suite 120, West Conshohocken, PA 19428 的高性能未增强半结晶热塑性塑料。当所述注射成型机配置处于打开位置的模具时，将所述多孔陶瓷基质加载至模具腔中。所述多孔陶瓷基质或者直接加载至模具腔中，或者在置入模具中之前将支架预热至约230°C的温度，因为预热降低了 PEEK在与多孔陶瓷基质接触时的冷却。所述多孔陶瓷基质几何为使得外轮廓基本上填充模具腔。然后关闭注射成型机的模具，由此使所述多孔陶 瓷基质完全包含于模具腔内。为了用PEEK材料浸溃所述多孔陶瓷基质的开放空间，在约7分钟的填充时间内以IlOOpsi的注射压力使PEEK流入模具腔中。在注射过程中PEEK对整个多孔陶瓷基质的渗透通过如下方式协助在注射过程中保持高模具温度以降低PEEK的粘度(使用来自BudzarIndustries, 38241 Willoughby Parkway, Willoughby, OH, 44094 的热油调温器获得);使用中心浇口，所述中心浇口将PEEK导入所述多孔陶瓷基质的中心；如果所述多孔陶瓷基质具有中空孔穴，则使用在所述中空孔穴内的导流器，从而以径向方式引导PEEK流以均匀填充所述多孔陶瓷基质；以及在插入腔中之前预热所述多孔陶瓷基质以避免当PEEK遇到相对较冷的多孔陶瓷基质时的局部冷却，由此在注射过程中保持PEEK的降低的粘度。通过使用标准注射成型出还杆(ejector pins),当打开时注射成型工具自动从腔推出多孔陶瓷基质/PEEK复合坯料。所述复合坯料被推至位于所述工具之下的收集室以被操作者取回，并可利用植入物机械加工实践(其避免被冷却剂等化学污染)随后被加工成形。本文所述的任何理论、操作机理、证据或发现意在进一步增加对本申请的理解，而不旨在依赖于这种理论、操作机理、证据或发现而以任何方式实现本申请。应理解尽管在如上描述中使用词语优选的、优选地或优选表示所述特征可能是更合意的，然而其并不是必要的，在本发明的范围内可设想缺乏所述特征的实施例，本发明的范围由随后的权利要求书进行限定。在阅读权利要求书时，除非做出相反的特定描述，当使用诸如“一”、“一种”、“至少一种”、“至少一部分”的词语时，不旨在将权利要求限定为仅有一个项目。此外，除非 做出相反的特定描述，当使用表述“至少一部分”和/或“一部分”时，所述物品可包括一部分和/或整个物品。尽管本申请在附图和前述描述中进行了详细说明和描述，其被认为是说明性的而不是限制性的，应理解仅仅显示和描述了所选的实施方案，希望保护在本文或通过任意如下权利要求限定的本发明的精神内的所有改变、修改和等同替代。


本发明提供了可植入医疗装置。在一个实施例中，一种装置包括本体，所述本体具有限定所述装置的外轮廓的外表面。所述本体包括多孔基质，所述多孔基质包括由多个互连支柱限定的一系列互连大孔隙，所述多个互连支柱各自包括中空内部。填充材料基本上填充所述一系列互连大孔隙的至少一部分。所述本体的外表面包括多个开口，所述多个开口与所述多个互连支柱的至少一部分的中空内部连通。在该实施例的另一方面，除了所述暴露开口之外，所述外表面还包括填充材料和多孔基质的暴露区域。在另一方面，所述多孔基质由可生物吸收的陶瓷形成，且所述填充材料为生物稳定的聚合物材料。而且，本发明也公开了与此相关的其他方面和其他实施例。