专利名称：整形部件制造方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及整形领域，尤其是涉及关节成形术中j顿的植入物。
背景駄
骨骼系统包掛午多从人糊区干延伸的长骨。这些长骨包括股骨、腓骨、胫 骨、肱骨、桡骨和尺骨。
人体内的关节形成两个或更多骨或其它骨骼部分之间的结合点。踝、髋、
膝、肩、肘和腕只是在体内发现的大量关节的一些示例。如AU:面的关节示例 的列表明显的是，许多关节允许骨之间的相对运动。例如，可以通过关节具有 滑动、滑移和铰合或球窝运动。例如，踝允许铰^i动，膝允许tw和铰合运 动的结合，以及肩和髋允许通辦窝安排的运动。
体内的关节以各种方式受压或肖,被损害。例如，在几年中M31关节的连 续使用使逐渐的磨损和撕裂施加到关节上。允许运动的关节具有位于骨之间的 软骨，其提供对运动的润滑并且也吸收一些直接作用到关节的力。随着时间， 关节的正常使用会磨损软骨，并且导致移动的骨直接相互接触。相反，在正常 的使用中，来自意外的(例如车祸)对关节的损伤(如大力的传递)，可以导 骨、软骨或对其它结缔组织(如腱或韧带)的相当大的损害。
关节病(指关节疾病的术语)是另一关节受损的方式。最知名的关节疾病 也许是关节炎，其通常指导致疼痛、膨胀、僵硬、不稳定和经常畸形的关节的
5疾病或炎症。
存在许多不同形式的关节炎，其中骨关节炎是最普通的并且由于关节内软 骨的磨损和撕裂所导致。另一种类型的关节炎是骨坏死，其由于血供应的缺失 而导致的部分骨坏死所弓胞的。由于对关节的损伤引起了其它类型的关节炎， 而其它疾病(如风湿性关节炎、 和牛皮癣关节炎)损坏软骨并与关节衬垫 发炎相关联。
髋关节是通常受关节病折磨的关节之一。髋关节是球窝关节，其将股骨或 髀骨与骨盆连接。骨盆具有称为髋臼的半球窝，用于接收股骨中的球窝头。股 骨的头和髋臼都覆盖有软骨，用于允许股骨在骨盆内容易地移动。其它通常遭 受关节病折磨的关节包括脊柱、膝、肩、腕骨、掌骨和手的指骨。
作
为对抗关节病的关节成形术通常指库隨AX关节。在严重关节炎或其它
形式关节病的情况下，如在疼痛无法抵抗或关节活动范围受限的时候，在人工 关节内部分或全部替换关节可以证明是正确的。用于替换关节的过程当然随着 正在讨论的特定关节而改变，但^M常涉及用假体植入物替换受折磨的骨的终 端部分，以及插入构件来用作软骨的替代品。
假術直入物由与骨结合的刚性材料形成并且为关节、以及选择来为关节提 供润滑并吸收一些压缩力的软骨替代构件提供强度和《更度。用于植入物的适合 材料包括金属和复合材料(如钛、钴铬、不锈钢、陶瓷)，并且用于软骨替代 品的适合材料包括聚乙烯、陶瓷和金属。结合齐他可以用于将假体植入物固定 到主骨。
完整的髋替换例如涉及移除股骨的球形头、以及将茎植入物插入到骨的中 央，其被称为髓管或骨的髓。莲植入物可以粘结至赚管或可以具有多孑L涂覆的 表面，用于允许骨直接愈合到植入物。茎植入物具有颈和球形头，其意图在于 执行与健康股骨的颈和球形头相同的功能。聚乙烯杯被插入至職臼并且具有用 于接收茎植入物上的头的窝。
聚乙烯杯可以直接方j(A髋臼。最好，聚乙烯杯固定到金属构件，其)i,固
定到髋臼。该金属构件典型地称为杯或壳。杯或壳可以包括多孔敷层，用于提 升骨的向内生长以将壳固定到髋臼。可替换地或另外，壳可以包括开口或多个 开口，用于接收骨螺钉来帮助将壳接附至u髋臼。作为聚乙烯杯的替代，可以将 不同材料的杯插入到壳中，例如，该杯可以由金属例如钴铬、不锈钢或钛制成。
可替换地，该杯可以由陶瓷制成。
最近，作为髋杯假体的聚乙烯杯已经用更刚性的部件替代。例如，在最近 的髋杯假体中，杯由例如金属或陶瓷制成。头可以用金属或陶瓷制成。例如， 杯可以由陶瓷以及头可以同样用陶瓷制成。可替换地，杯可以用金属制成以及 头可以同样用金属制成。应当意识到，陶瓷杯可以与金属头使用并且金属杯可 以与陶瓷头使用。
为了最大化假体的寿命，假体部件的尺寸特征的准确度以及表面状况例如 表面光洁度，在假体的寿命中非常关键。尺寸的误差和表面光洁度瑕疵可以导 致假体过早地磨损。假体上磨损的部件，尤其是那些快速磨损的部件，可能导 致与身体组织的反应。这种对异物的反应称为骨质溶解。骨质溶解能够损害软 组织，并腿一步使假体的替换复杂。
已经进行了努力来提供改进的假体的关节表面的光洁度和几何学。例如， 表面可以用手通过例如摩衞七合物、或^31金属或布制打磨轮 光。可替换 地，表面可以通过机器庙作者4顿与用手相似的工具来平滑。可替换地，具
有假体的关节表面的部件可以MM精加工设备例如RotoFinish⑧抛光机来抛光。 这些现有技术试图为假体部件的关节表面提供改进的几何形状和光洁度是慢的 和不准确的。此外，连续的试图改进部件上的光洁度的使用可能影响它的几何 皿或形状。形状和或光洁度中的瑕疵可以大大地降低假体的工作寿命并导致 骨质溶解。
本发明适于解决至少一些前述的现有技术的问题。
发明内容
本发明贯注于用于在磁流变抛光流体(以下称为'MP-流体")中抛光整形 外科ISA物部件的^it设备和方法。更具体地，本发明贯注于在MP-流体中抛 光丰IA物部件的高精确方法，其可以自动控制并可以改进抛光设备。
这些流体至少是两种类型。第一种，流体是研磨剂微粒和磁性微粒的混
合物。研磨剂微粒是悬浮的并且磁性微粒在流体中悬浮。磁性微粒涂覆有 Teflon (E.I.Dupont de Nemours and Company的商标)来防止它们劣化。这些 微粒可悬浮在甘油、乙二醇、水、油、酒精或其混合物的溶液中。当施加磁场
时，磁性微粒产生塑性区域，并且研磨齐u微粒提供抛光作用。
第一种类型的流体用于利用MP-流体精加工过程的制造装置中，该装置可
从QED技术有限公司(罗切斯特，纽约)商业地获得，并且作为Q-22MRF 系统出售。
第二种鄉的流体包括具有磁性和研磨属性的组合的较细小大小的微粒。 该微粒是例如涂覆SiC的铁(Fe)金属纳微粒。该微粒可替 奂地可以是例如钴 (Co)、钐(Sm)、钕(Nd)、铒(Eb)、铜(Cu)、镍(Ni)或银(Ag)。微粒 应该是磁性的。碳化硅(SiC)是硬的功能材料并具有好的热传导性。用SiC 涂覆金属纳粉末能够防止金属纳粉末的氧化，并提高纳粉末的散布和机械属 性。这些微粒也可悬浮在甘油、乙二S享、ZK、油、酒精或其混合物的溶液中。
由JosephLikHangChau领导的研究小组(在超精细微粒实验室，材料研 究实验室，工业技术研究协会，台湾)已经测试了这样的第二种类型的微粒。 在Lexis Nexis网站上可得的题目为'锡CROWAVE PLASMA SYNTHESIS OF ENCAPSULATED METAL NANOPOWDERS"的Lexis Nexis文章进一步描述 了 Chau先生的活动，并且在ltbM弓间并入其全部内容。
当在此提到MP流体时，将会理解的是意歸交替{柳上面提到的鄉一 流体，型二流体。
本发明的方法包括以下步骤产生MP流体内的抛光区域；使要抛光的植 入物部件与流体的抛光区域接触；确定从要抛光的目标的表面材料移除率；计 算运行参数，如磁场强度、停留时间以及用于优化抛光效率的轴速度；以及根 据运行参数将所述目标和所述流体至少之一相对于另一个移动。
抛光设备包括要被抛光的目标；和MP流体，其可以或可以不包括在容 器内。该设备也可以包括用于诱导磁场的装置、以及用于将一个或更多这些部 件相对于一个或更多其它部件移动的装置。要抛光的整形外科部件或目标被放 入与MP流体接触，^(吏MP流体、用于诱导磁场的，、禾口/或要被抛光的目 标运动，由此允许目标的全部面暴露给MP流体。
在本发明的方法和设备中，MP流tt流体接触要抛光的目标的区域中通 过磁场起作用。磁场导致MP流体获取塑化固体的特性，该塑化固体的屈服点 于磁场强度和粘度。流体的屈服点足够高，使得它形成有效的抛光表面， 然而仍然允许研磨剂微粒的移动。当通过磁场起作用时的MP流体的有效粘度 和弹性提供对研磨剂微粒的阻力，使得微粒具有足够的力来摩擦加工件。
本发明贯注于改进用于抛光整形外科的关节表面MP流体的设备和方法。更具体地，本发明贯注于在MP-流体中抛光整形外科关节植入物部件的关节表 面的高精确方法，其可以自动控制并可以改进抛光设备。
本发明的方法包括以下步骤产生MP流体内的抛光区域；使目标与流体 的抛光区域接触；确定从要抛光的目标的表面材料移除率；控制运行参数，如 磁场强度、循环时间以及用于抛光效率的轴速度；以及根据运行参数将所述目 标和所述流体至少之一相对于另一个平移。
抛光设备包括要被抛光的整形外科部件或目标；MP流体，其可以或可 以不包括在容器内；用于诱导磁场的装置；以及用于将这些部件的至少一个相 对于一个或更多其它部件移动的装置。使要抛光的目标与MP流体接触，并联 剖虫特MP流体与用于诱导磁场的^S、禾口减要被抛光的目标一起运动，由此 允许目标的全部面暴露给MP流体。
在本发明的方法和设备中，MP流体在流体接触要抛光的目标的区域中通 过磁场起作用。磁场导致MP流体获取塑化固体的特性，该塑化固体的屈服点 依赖于磁场强度和粘度。流体的屈服点足够高，使得它形成有效的抛光表面， 然而仍然允许研磨剂微粒的移动。通过磁场起作用时的MP流体的有效粘度和 弹性提供对研磨剂微粒的帮助，使得微粒具有足够的力辦擦加工件。
通过将MP流体看作传统子孔径抛光圈的顺性的替代可以最好地理解本发 明的过程。当与工作表面接触以产生符合该表面的子孔径抛光圈时，流体的粘 度是磁性操作的。本发明的过程具有消除传统抛光问题的特有价值。
该流体突出抛光工具的特征并操作抛光工具。因为该顺性的流体，抛光工 具适用于复杂形状。处理移除率非常高导致短的处理时间。
少量的MP流体被装载到容器例如闭环流体传递系统中，其中流体属性如 像、，和粘度被连续地监视和控制。流体被排出调节装置并挤到薄带中例如转 动球形轮上，其将与假体的关节表面接触。该带然后经由吸力移动并反馈到调 节装置中。
位于例如抛光轮下面的电磁体具有特别设计的极件，其延伸到縱顶点的 下侧。该极件对轮的上侧施加强的局部磁场梯度。当MP流体通过该磁场时， 它在毫秒之内变硬，然后在离开该场时在毫秒之内返回它的原始流^^态。
当关节表面方i(A该区域中的流体中时，该精确控制的磁化的流体区域变为 抛光工具。变硬的流体带从其原始的约两(2)毫米厚度挤压到约一 (1)毫米。 挤压导致显著的垂直应力在后来的抛光压在整形外科植入物的关节表面的部分 上。在相同时刻，MP流体符合被抛光的关节表面的局部曲率。
禾,MP流体精加工过程的制造装备可从QED技术公司(罗切^W寺，纽 约)商业地可得，并且作为Q-22MRF系统出售。在转让给Byelocorp Scientific 公司(罗切斯特，纽约)的美国专利No.5,449,313和美国专利No.5,577,948中 更完:fet也描述了该设备抛光表面的用法，并且在lthil过弓间并入其全部内容。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于准备整形外科植入物部件的关节 表面的系统。该系统包括磁流变抛光流体，其包括载流体和多^i;浮在所述载 流体中的微粒。该系统也包括用于容纳磁流变抛光流体的容器。该系统还包括 用于传递流体以形成抛光区域的机构、和用于固定该部件以及用于相对于抛光 区域移动地定位部件关节表面的保持器。该系统还包括控制器，用于确定从目 标移除材料的速度，用于确定抛光区域相对于目标的移动方向和速度，以及用 于确定抛光要求的周期数量。
这些流体至少是两种类型。第一种，流体是研磨剂微粒和磁性微粒的混 合物。研磨剂微粒是悬浮的并且磁性微粒在流体中悬浮。磁性微粒涂覆有 Teflon 。这些微粒可悬浮在甘油、乙二醇、水、油、酒精或其混合物的溶液 中。当施加磁场时，磁性微粒产生塑性区域，并且研磨剂微粒提供抛光作用。 第二种类型的流体包括具有磁性和研磨属性的组合的较细小大小的微粒。该微 粒是例如涂覆SiC的铁(Fe)金属纳微粒。这些微粒也可悬浮在甘油、乙二醇、 7K、油、酒精或其混合物的溶液中。
另一方面中，本发明提供了一种制备用于整形夕卜禾样术中的假体植入物部 件的方法。该方法包括在磁流变抛光流体内产生抛光区fe，H在抛光区域中控制 流体的连贯性的步骤。该方法包括使目标与流体的抛光区域接触并促使目标和 抛光区域相对于彼此移动的步骤。该方法还包括确定目标的材料移除率、以及 确定抛光区域相应于目标移动的方向和速度的步骤。该方法包括确定抛光要求 的周期数量。
在该方法的另一方面中，确定目标材料移除率的步骤包括确定材料移除的 空间分布。
在该方法的另一方面中，抛光区域相对于目标的移动是连续的。 在该方法的另一方面中，确定抛光区域相应于目标移动的方向和速度的步 骤包括确定在任何给定时间内目标与抛光区域接触的接触部分的大小；确定 在一个抛光周期期间要移除的材料层的厚度；以及确定抛光区域的速度。
在该方法的另一方面中，抛光区域相对于目标的移动处于离散的步骤中。 在该方法的另一方面中，确定抛光区嫩目应于目标移动的方向和速度的步
骤包括确定在任何给定时间内目标与抛光区域接触的接触部分的大小；确定 在单个步骤中抛光区域的位移；确定重叠的系数；确定在一个抛光周期期间要 移除的材料层的厚度；确定每个抛光步骤的停留时间；以及确定要求的步骤数
在该方法的另一方面中，步骤还包括使目标从它的垂直轴线转移到一角度。
在该方法的另一方面中，目标以连续的3t度从它的垂直轴线转移到一角度。
在该方法的另一方面中，以连续的速度使目标从它的垂直轴线转移到一角 度的步骤还包括确定接触点的角度尺寸；确定在一个抛光周期期间要移除的 材料层的厚度；以及确定使目标转移至l」一角度的角度速度。
在该方法的另一方面中，目标以离散的步骤从它的垂直轴线转移到一角度。
在该方法的另一方面中，以离散的步骤使目标从它的垂直轴线转移到一角 度的步骤还包括确定接触点的角度尺寸；确定在一个抛光周期期间要移除的 材料层的厚度；确定单个步骤转移的角度值；确定重叠的系数；以及确定W^
磁流变抛光流体包括涂覆有研磨剂微粒的磁性微
控制磁流变抛光流体属性的步骤包括在抛光期间
磁流变抛光流体包括研磨剂微粒和磁性微粒的组
磁流变抛光流体包含在具有基准面的容器内。 容器相对于目标移动。 容器以特定的速度转动。
步骤的停留时间。
在该方法的另一方面中，
粒o
在该方法的另一方面中， 补充载流体。
在该方法的另一方面中，合。
在该方法的另一方面中， 在该方法的另一方面中， 在该方法的另一方面中，
在该方法的另一方面中，抛光区域名义上是目标表面积的三分之一或更少。
在该方法的另一方面中，在磁流变抛光流体内产生抛光区域的步骤包括在 磁流变抛光流体的Pf版诱导磁场、以及控制磁场的方向和纟鹏的步骤。
在该方法的另一方面中，控制目标抛光的步骤M控制磁场强度和抛光区 域相对于目标表面的位置来实现。
在该方法的另一方面中，抛光的步骤舰可编程控制单元控制。
在该方法的另一方面中，磁场ffl31用于诱导磁场的装置产生，该，位于 容潘部。
在该方法的另一方面中，在磁流变抛光流体内产生抛光区域的步骤包括在 邻近目标的区域中，使磁流变抛光流体经受非均匀磁场，该磁场具有与所述场 的梯度垂直的磁场线。
在该方法的另一方面中，磁场的梯度朝向容器基准面的底部。 在该方法的另一方面中，该方法还包括确定目标和容器基准面之间的间隙 的步骤。
在该方法的另一方面中，磁流变抛光流体用于抛光其中的研磨齐微粒。 在另一方面中，本发明提供了一种准备用于整形外科手术中的假体植入物 的部件的表面的机器。该机器包括磁流变抛光流体，其包括载流体和多个悬浮 在所述载流体中的微粒。该机器也包括用于存储磁流变抛光流体的容器和机 架。容器可操作地连接到机架。该机器还包括用于使磁流变抛光流体经受部件 表面的装置。该用于使磁流变抛光流体经受部件表面的装置可操作地连接到机 架。该机器还包括用于在磁流变抛光流体和部件表面之间产生相对运动的装
置。该用于产生相对运动的，可操作;tik^接到机架。
在本发明的机器的另一方面中，该容器适用于接收部件和适用于将所述部 件的至少一部分浸没在磁流变抛光流体中。
在本发明的机器的另一方面中，用于使磁流变抛光流体经受部件表面的设 备包括泵，其可操作地连接到容器，用于将磁流变抛光流体施加到部件的表面。
在本发明的机器的另一方面中，用于在磁流变抛光流体和部件表面之间产 生相对运动的设备包括相对于磁流变抛光流体转动部件。
在本发明的机器的另一方面中，用于在磁流变抛光流体和部件表面之间产
生相对运动的设备包括用于将磁流变抛光流体流动到部件表面的装置。
在本发明的机器的另一方面中，用于将磁流变抛光流体流动到部件表面的 装置包括泵。
在本发明的机器的另一方面中，该机器还包括表面光洁度测量设备。该表 面光洁度测量设备可操作地连接到机架，用于提供部件的关节表面的表面光洁 度的测量值。
在本发明的机器的另一方面中，表面光洁度测量设备使用光学器件来测量 部件的关节表面的表面光洁度。
在本发明的机器的另一方面中，表面光洁度测量设备使用电传导率来测量 金属部件的关节表面的表面光洁度。
在本发明的机器的另一方面中，该机器还包括磁场产生设备。该磁场产生 设备可操作地连接到机架，用于将金属部件的关节表面暴露给磁场，以改变机 器的金属移除特征。
在本发明的机器的另一方面中，磁场产生设备提供可调整的磁场。
在本发明的机器的另一方面中，该机器还包括可操作;tfe^接至诉几架的加热
器。该加热器用于提升部件的关节表面的纟鹏，以改变系统的材料移除特征。
在本发明的机器的另一方面中，该机器还包括可操作地连接到机架的微粒 测量设备。该微粒测量设备测量磁流变抛光流体中微粒的含量。
在本发明的机器的另一方面中，该微粒测量设备包括发光设备，用于发射 光到磁流变抛光流体上。
在本发明的机器的另一方面中，该微粒测量设备还包括用于测量来自磁流 变抛光流体反射光的仪表。
在本发明的机器的另一方面中，该微粒测量设备测量磁流变抛光流体的浊 度、吸收性和发射率的至少一种。
在本发明的机器的另一方面中，该微粒测量设备测量磁流变抛光流体的电 传导率。
在本发明的机器的另一方面中，磁流变抛光流体包括涂覆有研磨剂微粒的 磁性微粒。
在本发明的机器的另一方面中，磁流变抛光流体包括研磨剂微粒和磁性微 粒的组合。
在本发明的机器的另一方面中，表面光洁度测量设备fOT干涉测量来测量 部件的关节表面的表面光洁度。
在本发明的另一方面中，提供了一种准备用于 外科手术中的假^l直入 物部件的方法。该方法包括以下步骤产生磁流变抛光流体内的抛光区域；控 制抛光区域中的流体的连贯性；使目标与流体的抛光区域接触；以及使目标和 抛光区域相对于彼此移动。
另一方面中，本发明提供了一种固定设备，用于将整形外科的植入物固定 到机器，同时将磁流变抛光流体施加到植入物的关节表面。该固定设备包括主 体、将主体固定至晰器上的装置以及将植入物固定到该主体上的装置。
本发明的技术优势包括提供给整形外科假体的关节表面提供表面光洁度的 更快抛光时间和更少人工的能力。例如，根据本发明的一个方面，提供了过程 来用MP流体抛光整形外科S/v物的关节表面。该流,流体与要抛光的目标 接触的区域3131磁场起作用。磁场导致流体获取塑化固体的特性，该塑化固体 的屈服点依赖于磁场强度和粘度。流体的屈服点足够高，使得它形成有效的抛 光表面，同时仍然允许研磨剂微粒的移动。因此，本发明提供更快抛光时间和 更少人工，以抛光整形外科植入物的关节表面。
本发明的技术优魏括降低表面光洁度的同时efcW形夕卜科HA物关节表
面上的几何尺寸的能力。例如，根据本发明的另一方面，提供了利用MP流体 的机器，该流tt流体与要抛光的目标接触的区域通过磁场起作用。磁场导致 流体获取塑化固体的特性。流体的屈服点足够高，使得允许有效地抛光表面。 保持了加工件并且抛光强度沿着假体的关节表面分布，使得可以改进表面光洁 度的同时也潜在地改进了关节表面的几何形状。因此，本发明提供整形外科植 入物的关节表面定尺寸的舰的准确度。
本发明的技术优魏括降低表面光洁度的同时^M形外科tlA物的关节 表面上的几何尺寸的能力。例如，根据本发明的另一方面，提供了利用MP流 体的机器，该流,流体与要抛光的目标接触的区域通过磁场起作用。磁场导 致流体获取塑化固体的特性。流体的屈服点足够高，使得允许有效地抛光表面。 保持了加工件并且抛光强度沿着假体的关节表面分布，使得改进了关节表面的 几何皿的同时也降低了表面光洁度。S31获得植入物的测量值(即干涉测量 数据)并将该信息馈入控律職使得磁场只施加到要减少以获得完美形式的'窗'点，获得了改进的形式或几何形状。因此，本发明提供整形外科植入物的关节 表面的定尺寸的改进的准确度。
本发明的技术优势还包括斷氏整形外科禾IA物磨损、延长整形外科植入物 寿命、以及M^骨质溶解的出现和影响的能力。例如，根据本发明的另一方面， 提供了一种方法用于改进整形夕卜科植入物的关节表面的表面光洁度，使得降低 了植入物的关节表面的磨损，从而延长植入物寿命、以及减少骨质溶解的发生。 MP流#^流体与要抛光的目标接触的区域中通过磁场起作用。流体有效的粘 度和弹性顿整形外科部件起作用时给研磨剂微粒(如摩擦加工件的微粒)提 供阻力。因此，本发明提供了改进的表面光洁度和更长的整形外科植入物的寿 命。
本发明的技术优势还包括提供整形外科t!A物更长的寿命和降低整形外科 f!A物磨损的能力。例如，根据本发明的另一方面，提供了一种方法用于抛光 整形外科植入物关节表面。该过程包括将整形外科植入物关节表面呈现给MP 流#^的步骤，该MP流條表面起作用并给研磨齐微粒提供阻力，使得该微 粒具有足够的力来摩擦加工件并平滑表面。因此，本发明提供整形外科植入物 关节表面更长的寿命和对整形外科植入物关节表面更少的磨损。
从下面的附图、说明书和权利要求书，本发明的其它技术优点对本领域技 术人员将容易显而易见。
为了更彻底的理解本发明及其优点，现在结合附图参照下面的说明书，在 附图中-
图1是与本发明实施例一起使用的抛光设备的示意亂 图1A是与本发明另一实施例一起使用的另一抛光设备的示意图； 图1B是与本发明另一实施例一起i顿的另一抛光设备的示意亂 图1C是与本发明另一实施例一起j顿的另一抛光设备的示意亂 图1D是与本发明另一实施例一起使用的另一抛光设备的示意图； 图1E是与本发明另一实施例一起使用的另一抛光设备的示意亂 图1F是与本发明另一实施例一起使用的另一抛光设备的示意亂 图2是与本发明另一实施例一起使用的用于平的加工件的另一抛光设备的 部分截面的示意性视图-，
图3是与本发明另一实施例一起使用的用于使用凸起的加工件的另一抛光 设备的部分截面的示意性视亂
图4是图3的，的部分放大视图5是与本发明实施例一起使用的抛光设备的截面侧视亂
图6是与本发明另一实施例一起使用的抛光设备的截面侧视图7是执行本发明中可以利用的抛光机器的透视图8是图7的抛光机器的部^g视图9是图7的抛光机器的力文大的部^t视图10是与本发明实施例一起使用的抛光设备的髋茎的平面图； 图11是植入股骨的图10的髋茎的平面图12是根据本发明的实施例的用于与髋杯的内部外围配合的抛光设备的 部分截面的部分平面图12A是根据本发明的另一实施例的用于与髋杯的内部外围配合的抛光 设备的部分截面的部分平面图，除了切口是垂直的而不是水平的之外，该髋杯
与图12的髋杯相似；
图13是根据本发明的另一实施例的用于与膝胫骨盘的凹面配合的研磨轮 的部分截面的部分平面图BA是根据本发明的另一实施例的用于与膝胫骨盘的凹面配合的另一 研磨轮的部分截面的部分平面图13B是根据本发明的另一实施例的用于与膝胫骨盘的凹面配合的另一 研磨轮的部分截面的部分平面亂
图14是根据本发明的另一实施例的用于与膝胫骨盘的凹面配合的另一研 磨工具的部分截面的部分平面图15是根据本发明的另一实施例的可以机器加工的用于在执行整形外科 手术中使用的膝胫骨盘的顶视图16是根据本发明的另一实施例的可以机器加工的用于在执行整形外科 手术中使用的另 一膝胫骨盘的顶视图17是图16的膝胫骨盘的顶视图17A是与图17的膝胫骨盘的支承表面配合的抛光设备的示意图18是根据本发明的另一实施例的可以机器加工的用于在执行脊柱整形
外禾特术中4顿的脊柱整形外科IIA物的部分截面的部分平面亂
图18A是根据本发明的另一实施例的可以机器加工的用于在执行脊柱整
形外禾样术中l顿的Charite，⑧脊柱整形夕卜科植入物的部分截面的部分平面亂
图18B是与图18的脊柱整形夕卜科植入物的外部部件的凸起外围、或图18A
的Charite'⑧植入物的内部部件的凸起外围配合的抛光设备的示意图18C是与图18的植入物的中心部件的凹的外围或图18A的Charite'
禾IA物的外部部件的凹的外围配合的抛光设备的示意亂
图19是根据本发明的另一实施例的可以机器加工的用于在执行膝整形外
禾样术中i顿的膝股骨SA物的部分截面的部分平面亂
图19A是与图19的植入物的关节弓形外围配合的抛光设备的示意图20是根据本发明的另一实施例的可以机器加工的用于在执行肩整形外
禾#术中使用的关节窝植入物的部分截面的部分平面图20A是与图20的植入物的凹的外围配合的抛光设备的示意图21是根据本发明的另一实施例的可以机器加工用于在执行的膝整形外
禾样术中〗顿的膝胫骨植入物的部分截面的部分平面图21A是与图21的植入物的关节外围配合的抛光设备的示意亂
图22是根据本发明的另一实施例的可以机器加工的用于在执行肩整形外
禾样术中〗顿的肱骨植入物的部分截面的部分平面图22A是与图22的植入物的关节半球外围配合的抛光设备的示意亂
图23是本发明的另一实施例的用于准备在关节的关节成形术手术中〗OT
假体部件的关节表面的方法的过程流图
图24是本发明的另一实施例的用于准备在关节的关节成形术手术中使用
假体部件的关节表面的另一方法的过程流亂
贯穿若干视图，相应的参照标记指示相应的部分。贯穿若干视图，相同的
参照标记意图在于指示相同的部分。
具体实施例方式
M31参照下面的说明书和附图，将最好地働早本发明的实施例及其优点， 其中相同的数字用于附图的相同和相应的部分。
根据本发明并参照图1，本发明的实施例显示为系统10。利用系统10来 准备整形外科植入物6的部件4的关节表面2。如图1中所示，关节表面2可
以是凸面，例如部件4的部分。如图10中所示，部件4可以是整形外科髋骨 丰IA物头的形式。如图1中所示，整形外科植入物6可以髋骨假体的形式。应 当认识到，可替换地，整形外科HA物6可以是任何整形外科关节部件。具有 平的或凸的外围的部件(如膝股部件、髋骨头、髋骨茎部件、胫骨盘以及肱骨 头)尤其适用于与系统10—起使用。
如图1中所示，系统10包括用于容纳流体14的容器12。容器12可以是 任何肯詢多容纳流体(例如流体14)的容器。如图1中所示，容器12可以严格 地用作贮液器以维持和包含流体14的部分，或者如随后示出的，可以用于浸 没用于抛光的植入物或加工件的部分。
如图1中所示，流体14可以包括磁性微粒16，其悬浮在流体14中以形 成MP流体18。
MP流体18的组成成分可以是在本发明的方面内育,4OT的任何流体。 MP流体雌地如在美国专利No. 5,449,313中所述，在雌过弓阅并入其全部 内容。在此也通过弓间并入美国专利No. 5,577,948的全部内容。
MP流体18至少是两种类型。第一种类型流体是研磨剂微粒和磁性微粒 的混合物。研磨剂微粒是悬浮的并且磁性微粒在流体中悬浮。磁性微粒凃覆有 Teflon (E.I.Dupont de Nemours and Company的商标)来防止它们劣化。这些
微粒可悬浮在甘油、乙二醇、7k、油、酒精或其混合物的溶液中。当施加磁场 时，磁性微粒产生塑性区域，并且研磨剂微粒提供抛光作用。
第一种类型的流体用于利用MP-流体精加工过程的制造装备中，该装备可 从QED技术有限公司(罗切斯特，纽约)商业地可获得，并且作为Q-22MRF 系统出售。
在本发明的实施例中，流体包括多个磁性微粒、稳定剂和从由水和甘油组 成的组中选择的载流体。在另一个实施例中，磁性微粒16 (雌地羰基铁微粒) 涂覆有阻止它们氧化的聚合物材料的保护层。保护层i^t也抵抗与实际的一样 多的机械应力。在另一刊继实施例中，j顿涂覆材料聚四氟乙烯，PTFE (通 常称为Teflon ),微粒可以il51ffl常的微封装过程被涂覆。
此前，实现MP流体抛光过程的机器的使用已经限于它的使用 光玻璃 和塑料材料。因此，应当意识到，之前选择舰光这样的塑料、玻璃和陶瓷材 料的MP流体的选择，对于抛光金属可能不是同样有效。此外，应当意识到， 在整形外科^A物中使用的金属的磁和热传导性，可能与之前在这样的装备中 用作的加工件的陶瓷和玻璃的磁和热传导倒艮不同。
由于金属的氧化本性，应当选择抛光介质使得抛光介质的酸度或pH值不 与要抛光的整形外科植入物的关节部件的金属化学反应。抛光介质的pH值应 调整为更有利地影响金属的抛光。例如，抛光介质的pH f鹏当在大约pH 6.2 到7.8。 4mt也，抛光介质将从大约6.8到7.2。可以添加合适的酸性和碱性的 材料到抛光介质，以获得用于抛光介质的期望的pH值。
为了适应金属整形外科植入物的关节表面的抛光，应当调整抛光介质的 R&DOX或氧化-还原电势以更好地影响金属的抛光。可以添加材料到MP流 体，期每调整抛光介质的氧化-还原电势的材料。例如，应当调整将影响电子在 抛光介质内流动能力的材料，以为抛光介质提供抛光金属更好地影响。
当为系统10的MP流体18选择优化的材料时，可以选择微粒来提供纳大 小的微粒。也就是说，这些微粒具有小于50纳米的大小用于研磨介质。这样 的较小大小的纳微粒可以为金属基底提供更好的光洁度。这样的纳大小的微粒 容易获得，并且能够通ilig当处理商业可得的微粒来获得。
用于系统10的MP流体18可以是碳-氮化斷微粒的形式。这样的碳-氮化 物微粒可以用作MP流体18内的研磨介质。这样的碳-氮化物微粒可以提供更 快和更好的金属表面光洁度。
作为替换，用于抛光金属的整形外科植入物的关节表面的系统10的MP 流体18可以是结合的研磨磁性微粒系统的形式。这样的结合的研磨磁性微粒 系统可以是氧化铝的形式，该氧化铝可以使用多官能硅烷分子(如三甲氧基硅 烷)结合到氧化亚铁。这样的结合的研磨磁性微粒系统可以用MP流体提供改 进的金属表面的抛光。
第二种鄉的流体包括具有磁性和研磨属性的组合的较细小大小的微粒。 该微粒是例如涂覆SiC的铁(Fe)金属纳微粒。该微粒可替换地可以是钴(Co)、 钐(Sm)、钕(Nd)、铒(Eb)、铜(Cu)、镍(Ni)或银(Ag)。微粒应该是 磁性的。碳化硅(SiC)是硬的功能材料并具有好的热传导性。用SiC涂覆金 属纳微粒倉滩防止金属纳粉末的氧化，舰高纳粉末的散布和机械嵐性。这些 微粒也可悬浮在甘油、乙二醇、ZK、油、酒精或其混合物的溶液中。
第二种类型的流体提供具有磁性和研磨属性的组合的较细小大小的微粒，
并且期望为医疗植入物提供更好的精加工结果而不需要2部分的MP流体。例
如，可以获得更好的一致性，具有更简单的系统以及提供更好的光洁度。
由JosephLikHangChau领导的研究小组(在超精细粉末实验室，材l^if 究实验室，工业技术研究幼会，台湾)已经观赋了这样的第二种类型的微粒。 在Lexis Nexis网站上可得的题目为'MICROWAVE PLASMA SYNTHESIS OF ENCAPSULATED METAL NANOPOWDERS"的Lexis Nexis文章进一步描述 了Chau先生的活动，并且在Ml弓l用并入其全部内容。
磁纳微粒传统的由如溶液相化学还原、热懒 、机械磨损的技术准备。近 来，已经使用了如气体冷凝和微波等离子合成的技术。由于它们增加的表面面 积，磁纳微粒具有大的亲合力来容易地与氧气反应，这兽,导致纳微粒的物理 和化学属性的改变。因此，有必要封装这些纳微粒来防止进一步的生长、氧化 和微粒凝聚，以保持它的原始属性。已经通过纳微粒的聚合物稳定、*属纳 微粒(铁、铜、镍)上涂覆二氧化硅，开展尝试制造这种封装。
碳化硅(SiC)是硬的功能材料并且具有好的热传导性。用SiC涂覆金属 纳粉末能够阻止金属纳粉末的氧化，并且改进纳粉末的散布和机械属性。由 Joseph Lik Hang Chau领导的研究小组(在超精细粉末实验室，材禾辆开究实验室， 工业技术研究协会，台湾)已经开发了两阶段微波等离子合成的过程来产生钴 (Co)金属纳微粒并用SiC对其进行最终的涂覆。第一步涉及准备纯金属纳微 粒。在第二层的涂覆之前的合成的第一阶段中，能够控制核心金属纳微粒的平 均大小。然后在紧接着纯金属纳粉末的合成之后的第二阶段期间，涂覆了 SiC。
微波等离子单元由微波源、共振腔、内部具有石英管的反应腔、热交换器 以及粉末收集器组成。合i^Efflil 2.45GHz微波系统的单腔谐振模式的反应区 域中开展。氯化钴(n) (CoC12)被用作钴纳粉末合成的前体(0.74弥分的进 料速度)。然而，四氯化硅(SiC14)和己烷(C6H14)被用作用于涂覆在钴纳 粉末上的SiC的Si和C的前体。该单元具有两个前体定量给料设备。顶部剂 量之一 (CoC12)，其由氮等离子热懒牟并由氢运载气体还原，导致钴纳粉末的 形成。在低的位置处，弓l入了SiC14和己烷，其中它们懒早形成Si和C。当合 成的钴纳粉末沿单元行进时，在钴的纳微粒上形成了 SiC的薄膜层。对在合成 中使用的全部前体维持相等的给料速度。
形成的钴纳粉末具有小于50nm的平均微粒大小。涂覆SiC的钴纳微粒具
有约50nrn的平均微粒大小，具有约3nm的覆盖外壳层。
当在此提到MP流体时，要理解的是意味可替换地f顿前面蹈啲鄉一 流体或类型二流体。
再次参照图1 ，系统10还包括设备20，其用于泵送流体路径22中的流体 14以形成抛光区域24。
系统10还包括保持器26，用于固定植入物部件4、以及用于相对于抛光 区域24移动地定位将部件4的关节表面2。
系统10还可以包括控制器28，用于确定从目标移除材料的速度、用于确 定抛光区域24相对于植入物部件4移动的方向和速度、以及用于确定抛光需 要的周期数量。如图1中所示，系统10可以是闭环流体传递系统的形式。可 以由系统10连续地监视和控制流体属性(如温度和粘度)。流体14可以移出 容器12。
控制器28可以用于M31获得植入物的测量(即，干涉测量的数据)、并将 该信息馈入控制器28， e爐植入物的形式^iru可形状，傲 场只施力倒需要 减少的"高"点以获得完美的形式。该"薪'点也可以放入抛光区域24额外的时 间，也获得M^、以达到完美形式。
如图1中所示，容器12可以是MP流体调节装置的形式。该调节装置12 可以用于维持流体18的适当的状况。对于第一种类型的MP流体，调节装置12 可以是磁过滤器的形式，用于将还没有失效的磁性微粒从那些己经失效且失去 它们磁性的磁性微粒中分离。还没有失去它们磁性的磁微粒将被再循环，而那 些已经失去它们磁性的磁性微粒将被移除。对于第二种鄉的MP流体，调节 装置可以仅仅测量流体的属性，并且当属性下降到最低7jC平之下时，可以排出 并替换该MP流体。
例如并如图l中所示，流体18被取出容器12外，并挤到薄带中的转动球 轮上，该薄带将接触植入物部件4的关节表面2。如图1中所示，该带然后通 过泵送被移除，并沿着流体路径32并ffi51泵34反馈回到调节装置中。
如图1中所示，电磁体36可以位于球形抛光轮30之下。电磁体36可以 具有特别设计的极件38，其向上延伸到^缘的顶点40的下侧。这些极件38 对轮30的上侧施加强的局M场梯度。
当MP流体18通过该磁场时，其在毫秒内变5更，然后在它离开该场时再 次在毫秒内回到它的原始流体状态。该磁化的流体的精确控制的区域变为抛光 工具。当整形外科植入物部件4的关节表面2放入该区域中的流体18中时， 变硬的流体带从它原始的约2毫米被挤压到约1毫米。挤压导，整形外科植
入物6的关节表面2的部分的显著的垂直应力和随后的抛光压力。与此同时， MP流体18符合被抛光的植入物部件4的局部曲率。
根据本发明并且现在参照图1A，本发明的另一实施例显示为系统IOA。 系统IOA类似于图1中的系统IO，但是额外包括表面光洁度反馈控制回路IIA。 控制回路11A监视植入物部件4的关节表面2的表面光洁度，并为控制器28A 提供反馈以控制系统IOA。回路11A包括例如激光器形式的光源13A，其用于 将入射束15A弓i导到植入物部件4的关节表面2上。来自光源13A的入射束15A 被植入物部件4的关节表面2反射，并且作为目束17A重新引导到例如光处 理器形式的光表19A。
光表19A确定反射束17A的强度或强性。来自光源13A的束15A的强度 和来自关节表面2反射的束17A的强度之间的差测量了反射率，其是关节表面 2的表面光洁度的度量。来自光表19A的信息被传送到控制器28A，并用于确 定关节表面2的当前的表面光洁度。
干涉观糧法是传统的技术，其中明和暗线的图案(条纹)来自于参照和样 本束之间的光路纟接异。入射光在干涉测量计中被分开， 一束到内部参照表面， 而其它的到样本。在反射之后，束在干涉测量计中重新组合，经受相长和相消 干涉，并产生明和暗干涉图案。精确的平移阶段和CCD相机一起生成目标的 3D干涉图，该图存储在计^l几存储器中。该目标的3D干涉图然后通过频域分 析转换为提供表面结构分析的量化的3D图像。这样的干涉测量系统从Zygo 公司(Middlefield， Connecticut)可得。
现在参照图1B，本发明的另一个实施例显示为系统IOB。图1B的系统10B 类似于图1的系统10,除了系统10B包括控制回路11B，用于利用被抛光的假 体4的关节表面2的金属基底的磁属性。控制回路11B包括例如磁产生设备， 例如电磁线圈13B，其位于邻近假体4的关节表面2。
电磁线圈13B连接到电源15B和控制器28B。控制回路11B用于响应由 控制器2犯响应假体部件4的关节表面2的抛光的进程从表面测量设备17B 接收的参数调整由电磁线圈13B产生的磁场。通ii利用控制回路IIB，假体部
件4的金属基底的磁属性可以用于影响图IB的系统10B中的抛光过程。
现在参照图1C，本发明的另一个实施例显示为系统IOC。系统10C类似 于图1的系统10，除了系统10C还包括控制回路IIC，用于利用金属整形外科 gA物部件4的较高热传导性来加热部件4的金属基底。整形外科t!A物4的 关节表面2的局部加热将影响材料从表面2移除的速度，并因此减少抛光假体 部件4的关节表面2的抛光时间。
如图1C中所示，控制回路11C可以包括电源13C，其用于加热加温设备 例如感应线圈15C。感应线圈15C连接到控制器28C，其用于控制系统10C。 控制器28C从例如假体4的表面2上的传麟17C获得输入，并将该输入发 送到系统10C以确定加热假体4的关节表面2的优化量，从而打开和关闭感应 线圈15C，使得假体4的关节表面2具有理想的温度来优化抛光。
根据本发明并且现在参照图1D，本发明的另一实施例显示为系统IOD。 除了系统10D还包括控制回路11D夕卜，系统10D类似于图1中的系统10，， 其禾,金属假体部件的电传导属性来成为系统10D的抛舰度和表面光洁度的 指示器。
例如，并且如图1D中所示，系统10D可以包括控制回路IID。控制回路 11D可以包括电接触器13D。如图1D中所示，虽然单独的电接触器13D足够 了，但是控制回路11D还可以包括多个电接触器13D。电接触器13D可以是 任何类型的接触器，尤其是可以与旋转或移动关节表面合作的接触器。
例如如图1D中所示，电接触器13D可以魏啲形式。例如，该刷可以是 碳纤维刷或可以是金属刷。电接触器13D连接至股备例如电导计15D用于测 量电流。电导计15D连接到控制器28D。来自电导计15D的传导率测量可以 用作关节表面2的表面光洁度的指示器，并且该反馈可以传送至鹏制器28D来 用于确定系统10D的操作和适当的处理限律U。
根据本发明并且现在参照图1E，本发明的另一实施例显示为系统IOE。 系统10E类似于图1中的系统10，但额外包括第一抛光流体微粒积累反馈控 制回路11E。控制回路11E监观悬浮在抛光流体中的微粒量，并将给控制器28E 提供反馈以控制系统IOE。第一抛光流^T微粒积累反馈控制回路11E使用测量 悬浮'1^粒的光学方法。
回路11E包括例如激光器形式的光源13E，其用于将入射束15E引导到容器22E中的流体的表面2E上。来自光源13E的入射束15E被容器22E中的流 体的表面2反射，并且作为反射束17E重新引导至,如光处理器形式的光表 19E。
光表19E确定湖束17E的强度或强性。来自光源13E的束15E的强度 和由容器22E中流体的表面2E反射的束17E的强度之间的差观糧了反射率， 其是容器22E中的流体的悬浮含量的测量。来自棘19E的信息被传送到控制 器28E，并用于确定流体何时具有过多的残片含量。
应当意识到的是，可替换地，系统11E可以利用光源13E和光表19E来 测量容器22E中的流体的浊度或吸收性。来自光源13E的束15E的强度和通 过容器22E中的MP流体行进并且ilM明窗口 (未显示)的束17E的强度 之间的差异测量了容器22E中的MP流体的吸收性。来自光表19E的信息被传 输到控制器28E。
应当意识到，为了最小化容器22E中金属微粒的积累，可^ffl金属分离过 滤器23E来经常地将金属微粒从容器22E中移除。光表19E和控制器28E能 够用于控制过滤器23E的操作。
对于第一种鄉的MP流体，金属分离过滤器23E可以是磁过滤器的形式， 用于将还没有失效的磁性微粒从那些己经失效且失去它们磁性的磁性微粒中分 离。还没有失去它们磁性的磁微粒将被帮盾环，而那些已经失去它们磁性的磁 性微粒将被移除。对于第二种类型的MP流体，金属分离过滤器23E可以用用 于测量流体属性的设备来代替，并且当属性下降到最低7jC平之下时，可以排出 并替换该MP流体。
根据本发明并且现在参照图1F，本发明的另一实施例显示为系统10F。系 统10F對以于图1中的系统10，但是额外包括第二抛光流体金属微粒积累反馈 控制回路IIF。控制回路11F监规悬浮在抛光流体中的金属微粒的量，并为控 制器28F提供反馈以控帝係统IOF。第二抛光流体金属微粒积累反馈控制回路 11F禾l」用测量悬浮金属微粒的电传导性方法。该回路测量容器22F中的流体的 电传导性以确定容器22F中的流体中的金属的量。
例如并且入图1F中所示，系统10F可以包括控制回路IIF，其可以分别 包括悬浮在容器22F中的流体中的第一和第二电接触器13F和33F。如图1F 中所示，尽管单独的电接触器13F或33F就足够了，但是控制回路11F也可以包括多个元件以形成电接触器13F和33F。电接触器13F和33F可以是任何类 型的接触器，尤其是可以与流体合作的接触器。
第一电接触器13F连接到电源25F。第二电接触器33F连接到用于测量电 流的设备例如电导计15F。电导计15F连接到控制器28F。来自电导计15F的 传导性的测量可以用作容器22F中的流体的悬浮金属含量的测量。来自电导计 15F的信息传送至啦制器28F，并且用于确定何时流体具有过多的金属含量。
应当意识到，为了最小化容器22F中的金属微粒的积累，金属分离过滤器 23F可用于经常地将金属微粒从容器22F中移除。仪表15F和控制器28F能够 用于控制过滤器23F的操作。
对于第一种鄉的MP流体，金属分离过滤器23F可以是磁过滤器的形式， 用于将还没有失效的磁性微粒从那些已经失效且失去它们磁性的磁性微粒中分 离。还没有失去它们磁性的磁微粒将被再循环，而那些已经失去它们磁性的磁 性微粒将被移除。对于第二种类型的MP流体，金属分离过滤器23F可以用用 于测量流体属性的设备来代替，并且当属性下降到最低7jC平之下时，可以排出 并替换该MP流体。
尽管图1—1F的系统10、 IOA、 IOB、 IOC、 IOD、 10E和10F满足用于抛 光凸面，应当意识到，具有不同形状的另外的表面可以与本发明的系统很好地 兼容。例如，其他整形外科植入物的关节表面(如平的表面和凹的表面)可以
从本发明的系统的抛光中受益。
例如并且现在参照图2，整形外科植入物8的平坦的或平面的关节表面6 可以舰j柳图2的系统腦抛光。图2是可以根据本发明操作的抛光系统函 的示意图。圆柱形容器110包含MP流体(MP流体)112。在《继实施例中， MP流体112包含研磨齐lJ。该容器110最好站隨性材料构建，其对MP流体 112为情性。
在图2中，容器110具有半圆柱形的截面、并且具有平的底部。然而，如 我们详细描述的，可以修改容器110的特定形状以适应要抛光的加工件。
仪器114 (如叶片)被安装到容器110中，以在抛光期间提供MP流体112 的连续的搅拌。整形外科部件例如胫骨盘8连接到可旋转的加工件轴116。加 工件轴116最好由与隨性材料制造。加工件轴116安装到轴滑座118上，并且 育,在垂直方向上移动。轴滑座118可以由传统的伺服马达驱动，该伺服马达
根据来自可编程控制系统120的电信号操作。
容器110的旋转由容器轴122控制，该容器轴122最好位于容器110下面 的中心位置。容器轴122旨^由传统马域由其他动力源驱动。
电磁体124邻近容器110方燈，以便能够影响包含整形外科t!A物8的区 域中的MP流体112。电磁体124应当肯,引皿以开展抛光操作的磁场，以 及可以例如包括至少约100 ka/米的磁场。电磁体124由来自连接到控制系统120 的供电单元128的绕组126激励。该绕组126育^够是任何传统的磁绕组。电磁 体124装配在电磁jffl座130上，并且會,在水平方向上，最好沿着容器110 的半径移动。应当意识到，使用第一种类型的MP流体时微粒需要的磁力强度 可能与使用第二种，MP流体时需要的磁力强度不同。
电磁Wt座130可以由传统的伺服马达驱动，该伺服马达根据来自可编程 控制系统120的电信号操作。
在抛光期间绕组126由供电单元128激励，以感应磁场并影响MP流体 112。
地，MP流体112在邻近整形外科植入8的区域中Mii非均匀磁场起 作用。在该实施例中，相同的场强度线正交或垂直于场的梯度。磁场的力梯度 的朝向容器底部，并且正交于整形外糾IA物8的表面。应用来自电磁体124 的磁场导致MP流体112在邻近被抛光表面的受限抛光区域132中改变它的粘 度和塑性。应当意识到，使用第一种类型的MP流体时微粒需要的磁力强度可 能与使用第二种，MP流体时需要的磁力强度不同。
抛光区域132的大小由电磁体124的极件和电磁体124的顶端的形状之间 的间隙限定。MP流体中的研磨齐微粒最好只M3ffl本上在抛光区域132中的 MP流体起作用，并且MP流体对整形外科植入物8的表面的压力在抛光区域 132中最大。
在此讨论的方法和设备中使用的MP流体112的组成部分最好是如美国专 利No. 5,449,313中描述的。MP流体可以包括多个磁性微粒、研磨齐ij微粒、稳 定剂和从由7jl和甘油组成的组中选择的载流体。磁性微粒(最好是羰基铁微粒) 涂覆由聚合物材料的保护层，其防止它们的氧化。保护层优选抵抗机te力并 且尽可能的薄。在雌实施例中，涂层可以是PTFE (Teflon)。微粒可以通过 普通的m^装过程涂覆。
如图2中所示，抛光机育,操作如下。整形外科禾IA物8联接到通过轴滑座118在适当位置的工作区轴116，相对于容器110的底部有间隙h，最好使
得要抛光的 外科植入物8的部分浸没在MP流体112中。间隙h可以是任 何将允许加工件的抛光的适当的间隙。间隙h将影响整形外科1tA物8材料移 除的速度。间隙h还将影响抛光区域132接触整形外科HA 8的接触点的大小。
最好选择间隙h使得接触点的表面面积小于整形外科植入物8的表面面积 的1/3。在抛光过程期间，间隙h可以改变。
整形外科植入物8和容器110都可以旋转。例如，整形外科^A物8和容 器110可以彼此相对旋转。容器轴122加入旋转运动，从而旋转容器110。容 器轴122围绕中心轴线旋转，并且最好以足以影响抛光、但不足以生成足以基 本上将MP流体112旋转或喷射出容器110的离心力的速度旋转容器110。
容器110可以以恒定，旋转。容器110的运动提供将MP流体112的新 的部分连续传递到整形外科植入物8位于的区域，并且提供在抛光区域132中 MP流体112与被抛光的整形外科植入物的表面的连续运动。应当意识到，在 抛光期间添加了额外的载流体(最好是水或甘油)，以补充已经蒸发的载流体， 因此维持流体的属性。
加工件轴116也可以围绕中心轴线旋转以为整形外科植入物8提供旋转运 动。加工件轴116以例如高达2,000RPM，典型地为约500RPM的il^运行。 加工件轴116的运动连续地{ 形夕卜科&\物8的表面的新的部分与抛光区域 132接触，使得沿着被抛，面的外围移除的材料将基本上一致。
随着MP流体112中的研磨齐i微粒接触整形外科植入物8的表面6，具有 抛光区域宽度的重新成形的区域在整形外科植入物8的表面6上逐渐地被抛 光。抛光在一个或更多周期中完成，在每个周期内，具有增加的从整形外科植 入物移除的材料量。在整形外科植入物旋转时，抛光区，^h周期期间移动 M31环形的区域一次。il3^顿电磁Wt座130径向位移电磁体124，获得了 整形外科植入物8的M^面的抛光，该电磁Wt座130导致抛光区域132相 对于加工件表面移动。
现在参照图3,本发明的另一个实施例显示为系统200。除了系统200适 于高效的抛光凸形加工件之外，系统200类似于图2的系统100。例如并且如 图3中所示，系统200适于用于例如 外科髋骨头的形式的加工件4。如图 3中所示，系统200包括容器262，其是圆形杯的形式。邻近抛光区域232的
内壁的曲率半径大于整形外科部件4的最大曲率艳。
在抛光期间，期望最小化MP流体212相对于容器262的移动。为了最小 化MP流体212的移动或滑动，容器262的内壁可以用多孔材料的绒毛层215 覆盖，以提供MP流体212和容器262的壁之间的可靠的机械粘附。加工件轴 216与轴滑座218连接，该轴滑座218连接到可转动的工作台236。该可转动 的工作台236连接到工作台滑座237。
轴滑座218、可转动的工作台236以及工作台滑座237可以由传统的伺服 马达驱动，该伺服马达根据来自可编程的控制系统220的电信号操作。可转动 的工作台236允许加工件轴216连续地围绕它的水平轴线219旋转，或允许它 位于与轴216的初始垂直轴线221为角度a。水平轴线219最好在加工件轴216 的初始垂直位置位于抛光的表面的曲率的中心。
轴滑座218允许抛光的表面曲率的中心相对于轴线219垂直位移h'。工作 台滑座237移动可旋转的工作台236连同轴滑座218和加工件轴216，以获得 和维持加工件或整形外科植入物4的抛光的表面与容器262的底部之间的期望 的间隙h。
电磁体224可以是固定的并且位于容器262下面，使得当加工件轴轴线221 垂直于抛光区域232的平面时，它的磁间隔围绕该轴线，称的。应当意识到， 使用第一种类型的MP流体时微粒需要的磁力强度可能与使用第二种类型MP 流体时使用的磁力强度不同。
用于如图4中所示的系统200的抛光m^作如下。为了抛光整形外利4IA 物4，方爐了具有附接的整形外科植入物4的加工件轴216，使得整形夕卜科植 入物4的曲率半径的中心与可转动的工作台236的枢轴点或旋转轴线219 —致。 然后f顿类似于要抛光的整形外科植入物的观赋加工件，实验地确定要抛光的 整形夕卜科植入物的移除速度。然后通过使用可旋转的工作台236 (见图3)使 整形外科植入物的表面相对于抛光区域232移动，可以自动操作整形外科HA 物4的抛光，该可旋转的工作台236根据计算的处理条件，转动加工件轴216 并改变角度a。
现在参照图5，本发明的另一个实施例显示为系统300。系统300类似于 图3的系统200，除了系统300包括具有额外的环形槽309的容器310，该环 形槽M51电磁体324的间隔311。应当意识到，使用第一种类型的MP流体时
微粒需要的磁力强度可能与使用第二种，MP流体时j，的磁力强度不同。
容器310的内壁的这种配置导致更小更集中的抛光区域332。该iefi还导致MP 流体312和^器310之间的粘附力的增加。该更小更集中的抛光区域导致更小 的接触点。在所有其它方面中，图5中描绘的实施例与图3中描绘的实施例相 同。
现在参照图6，本发明的另一个实施例显示为系统400。系统400类似于 图2的系统100，除了系统400允许同时抛光多个目标，因此增加了系统的生 产能力。如图6中所示，对于系统400，将MP流体412放入圆柱形容器400 中。例如胫骨盘4A和4B、或具有平坦平面来抛光的其它整形外科^A物形式 的要抛光的整形外科植入物固定在轴上，例如如示出的，第一整形外科植入物 4A方j(S在第一轴416A上，并且类似地，第二整形外科植入物4B放置在第二 轴416B上。轴416A和轴416B安装在肖魏多在水平面上旋转的圆盘423上。电 磁体424安装在容器410下面，使得它产生沿容器410的整條面的磁场。应 当意识到，使用第一种类型的MP流体时微粒需要的磁力^^可能与使用第二 种，MP流体时使用的磁力强度不同。
使圆盘423、容器410和要抛光的整形外科植入物4A和4B在相同或相 反的方向上，以相同或不同的逸芰旋转。通过调整磁场强度和圆盘、容器和目 标的旋转，控制了材料从要抛光的目标的表面移除的驗。
现在参照图7、 8和9，系统10显示为适于抛光整形外科植入物的凸面关 节表面的抛光机的形式。如图7中所示，抛光机10包括用于固定整形外科植 入物4的加工件轴17。抛光机10还包括流体路径22指向其的球形轮30。来 自流体调节装置12的流体由泵20沿着流体路径22泵送到邻近整形外科tIA 物4的关节表面2的抛光区域24。轴滑座18使整形外科植入物4前进与抛光 区域24接触，以开始整形外科植入物4的关节表面2的抛光。
现在参照图8和9，更详细地示出抛光区域24。流体路径22从泵20延伸 到抛光区域24。抛光区域24邻近整形外利4tA物4的关节表面2。如图8和9 中所示，加工件轴17用于围绕垂直轴线21旋转整形外科植入物4。应当意识 至IJ，可以改变垂直轴线21皿应整形外科植入物4的关节表面2的外部凸形 外围。如图8中所示，加工件轴17可以围绕中心线21以箭头11的方向旋转，以获得加工件轴17相对于垂直轴线的取向的不同角度e。
现在参照图10，更详细地显示了整形外科部件4形式的整形外科植入物。
整形外科部件4为头6形式的凸形整形外科植入物的形式。头6具有一般的球 形关节表面5。如图10中所示，假体部件为髋骨莲9的形式。髋骨茎9包括头 6可以移除地附接至IJ其的茎部分7 。
现在参照图11，髋骨茎9显示为与杯3连接以形成髋骨假体5。髋骨假体 5包括髋骨茎9和杯3。
现在参照图12，本发明的另一个实施例显示为系统500。系统500适于用 于抛光凹形表面。例如，系统500适于抛光髋骨杯假体的杯3的关节表面11。 应当意识到，系统500也可以用于抛光椎骨植入物(如图18和18A的那些) 或关节窝部件的凹形表面。除了系统500使用球530来替代系统10的球形鼓 形轮30，系统500有些类似图1、 7、 8和9的系统100。
系统500包括用于接收MP流体518的流体调节装置512。泵520导致流 体518沿着流体路径522流动到邻近杯3的关节表面11的抛光区域524。流体 路径522包括穿，530的内部腔540的路径。如图12中所示，球530包括 多个开口^^夹槽542，其允许MP流体518从球530的内部腔540流到抛光区 域524。
如图12中所示，当杯3定位并安装在轴517上时，球530最好以箭头544 的方向旋转，该轴517以箭头546的方向旋转。轴517最好相对球530的旋转 方向544旋转。如图12中所示，可以允许轴517依靠轴滑座519来垂直平移。 尽管球530可以成功地抛光杯3而不需要杯3和球530之间的任何角度的移动， 但如图12中所示，最好轴517育的多围绕原点508以箭头518的方向旋转以形 成角度e，使得球530的额外的部分可以位于杯3的内部凹的外围内。M安 装轴517到旋转头506来完成轴517围绕原点508旋转，该旋转头506依次安 装在轴滑座519上。因此，杯3肯,暴露更多表面用于抛光。
杯3相对于球530的角度旋转可以通过组合轴滑座519的垂直移动和工作 台滑座537的水平运动、以及ffl31旋转头506的旋转完成。球530用工作台滑 座537在轴上水平运动，并且杯3用轴滑座519垂直运动以及用旋转头506旋 转。轴滑座519和工作台滑座537的相对运动可以例如由控制器528控制。类 似地，泵520以及球530和轴517的旋转可以由控制器528控制。
图12的系统500最好包括用于允许MP流体518如本发明中描述的起作
用的磁场。例如并且如图12中所示，球530可以用作例如北极，且南极525 可以从球530隔开关系利用。可替换地，磁极可以与球530间隔。例如，用作 北极的第一外部极可以是以虚线显示的极525C的形式。第二或南磁极525可 以位于与第一磁极525C成间隔关系。可替换地， 一对磁极(如南磁极525S和 北磁极525N)如虚线所示可以与球530定位。应当意i尸jj，使用第一种类型 的MP流体时微粒需要的磁力强度可能与使用第二种，MP流体时使用的磁 力强度不同。
现在参照图12A，本发明的另一个实施例显示为系统500A。系统500A 适于用于抛光凹形表面并且它类似于图12的系统500。系统500A适于抛光凹 形表面的关节表面，例如抛光髋骨杯假体的杯3的关节表面11。除了系统500A <顿球530A来替代系统10的球形鼓形轮30，系统500A有些类似图1、 7、 8 和9的系统500。系统500A j顿用于接收MP流体518A的流体调节装置512A。
对于第一种鄉的MP流体，调节體512A可以是磁过滤器的形式，用 于将还没有失效的磁性微粒从那些已经失效且失去它们磁性的磁性微粒中分 离。还没有失去它们磁性的磁微粒将被帮盾环，而那些已经失去它们磁性的磁 性微粒将被移除。对于第二种鄉的MP流体，调节装置可以仅测量流体属性， 并且当属性下降到最低水平之下时，可以排出并替换该MP流体。
泵520A导致流体518A沿着流体路径522A流动至U邻近杯3的关节表面11 的抛光区域524A。流体路径522A包括穿过球530A的内部腔540A的路径。 如图12A中所示，球530A包括多个如图12A所示的基本水平的开口或狭槽 542A，狭槽542A允许MP流体518A从球530A的内部腔540A流到抛光区域 524A。
如图12A中所示，当杯3定位并安装在轴517A上时，球530A最好以箭 头544A的旋转方向旋转。该轴517A以箭头546A的方向旋转。轴517A最好 相对球530A的旋转方向544A旋转。如图12A中所示，可以允许轴517A依 靠输滑座519A来垂直平移。
尽管球530A可以成功地抛光杯3而不需要杯3和球530A之间的任何角 度的移动，但如图12A中所示，最好轴517A能够围绕原点508A以箭头518A 的方向旋转以形成角度e'，使得球530A的额外的部分可以位于杯3的内部凹 的外围内。ffl31安装轴517A到旋转头506A来完彪由517A围绕原点508A旋转，该旋转头506A依次安装在轴滑座519A上。因此，杯3能够暴露更多表 面用于抛光。
杯3相对于球530A的角度旋转可以M组合轴滑座519A的垂直移动和 工作台滑座537A的水平运动、以及ffl31旋转头506A的旋转完成。球530A用 工作台滑座537A和轴517A水平运动，并且杯3用轴滑座519A垂直运动以及 用旋转头506A旋转。轴滑座519A和工作台滑座537A的相对运动可以例如由 控制器528A控制。對妙也，泵520A以及球530A和轴517A的旋转可以由控 制器528A控制。
为了适当地^i] MP流体，MP流体518A被磁场影响。这样的磁场可以 以任何适当的方式完成。例如并且如图12A中所示，球530A可以形成作为磁 体例如北极。系统500A还可以包括与球530A间隔放置的南，二磁极525A， 以分别提供北和南极530A和530A之间的磁场。应当意识到，使用第一种类 型的MP流体时微粒需要的磁力强度可能与使用第二种类型MP流体时使用的 磁力强度不同。
可替换地，MP流体518A可以暴露纟棘530A外部的一对北和南磁场的 磁场。例如，如图12A中所示，可以使用第二北磁极525B和南磁极525A。 可替换地，如以虚线所示， 一对磁极(如南磁极525S和北磁极525N)可以位 于球530A内。
现在参照图13，本发明的另一个实施例显示为系统600。除了系统100的 球形鼓30用一般的圆柱形研磨轮630代替，系统600类似于图1的系统100。 研磨轮630 M轴(未示出)旋转，并用于提供与胫骨盘8的凹形表面15的 研磨表面。胫骨盘8包括必须抛光的凹形表面15。凹形表面15的抛光非常麻 烦，因为工具通常不可用于抛綠面15。使f躬开磨轮630通过垂直滑座619垂 直平移以及M7jC平滑座625水平平移。由流体调节装置612控制的MP流体 618由泵620 fflil管道622荥送到抛光区域632。
对于第一种类型的MP流体，调整，612可以是磁过滤器的形式，用于 将还没有失效的磁性微粒从那些己经失效且失去它们磁性的磁性微粒中分离。 还没有失去它们磁性的磁微粒将被再循环，而那些已经失去它们磁性的磁性微 粒将被移除。对于第二种类型的MP流体，调整^S可以仅测量流体属性，并 且当属性下降到最低水平之下时，可以排出并替换该MP流体。
现在参照图13a，本发明的另一个实施例显示为系统700。除了研磨轮730 位于容器712和胫骨盘8形式的加工件之间外，系统700类似于图2的系统ioo。 研磨轮730将mp流体71s从容器712吸出，并将流体718施加到胫骨盘8的 关节表面6和研磨轮730之间的抛光区域732。
轴717旋转胫骨盘8，而水平滑座725水平地前进研磨轮730，以及垂直 滑座719允许垂直地移动滑座。控制器728控制tK平滑座725、垂直滑座719、 轴717以及研磨轮730的运动，以适当地研磨胫骨盘8的关节表面6。
现在参照图13b，本发明的另一个实施例显示为系统800。系统800类似 于图13a的系统700，但是包括比系统700的研磨轮730直径更大、以及更窄 的研磨轮830。而且，胫骨盘8具有它的由研磨轮830抛光的关节表面6。来 自容器812的mp流体818由研磨轮830前进到研磨区域832，其中mp流体 818被用来研磨关节表面6。水平滑座825和垂直滑座819被用来^W磨轮830 定位在关节表面6附近。控制器828被用于控制定位水平滑座825、垂直滑座 819、轴817和研磨轮830。
根据本发明，并且现在参照图14，本发明的另一个实施例显示为系统900。 除了研磨轮930垂直安装并且研磨轮930直径更小，系统900类似于图13b的 系统800。系统900在研磨轮930的端部提供研磨。研磨轮930位于充满mp 流体918的容器912中。水平滑座925和垂直滑座919由控制器928控制，该 控制器928还控制研磨轮930和加工件轴917的旋转。
现在参照图15，更详细地示出胫骨盘8。胫骨盘8包括凹形表面6，其由 本发明的抛光系统抛光。
现在参照图16和17，由本发明的系统抛光的另一个假体部件显示为胫骨 盘50。胫骨盘50包括关节表面52。如图16和17中所示，表面52是平坦的。 因此，系统(如图2的系统100)适于抛光图16和17胫骨盘50的关节表面。
现在参照图17a，本发明的另一个实施例显示为系统900f。系统900f适 于用于抛光平的表面例如膝胫骨表面。系统900f有些类似于图2的系统100。 系统900f包括用于存储mp流体918f的容器910f。膝胫骨部件3的支承表 面浸没在容器910f的mp流体918f中。
如图17a中所示，膝胫骨部件3最好以箭头946f的方向旋转，容器910f 以箭头944f的方向旋转。膝胫骨部件3最好相对容器910f的旋转方向944f旋转。
图17A的系统900F还包括能够为MP流体918F提供磁场的部件。例如， 系统900F可以包括如图18C的那些的磁体，该磁体可以例如是电磁磁体。应 当意识到，使用第一种类型的MP流体时微粒需要的磁力^j^可能与使用第二 种，MP流体时使用的磁力强度不同。
现在参照图18，可以由本发明的系统抛光的另一个假体显示为椎骨盘56。 椎骨盘56包括中心部件58和相对的端部分60。端部分60与椎骨13接触，并 且中心部分58提供用于椎骨Ait盘56的铰接。
中心部分58包括一对相对的凹形表面62，而端部分60包括凸形关节表 面64。凹形表面62适于由图12的系统500、或图18C的系统900C抛光，而 端部分60的凸形表面64适于由例如图1的系统10或图18B的系统900B抛 光。
现在参照图18A，可以由本发明的系统抛光的另一个假体显示为Charite'⑧ 椎骨盘56A。椎骨盘56A包括中心部件58A和相对的端部分60A。端部分60A 与椎骨13接触，并且中心部分58A提供用于Charite，⑧椎骨A^盘56的铰接。
中心部分58A包括一对相对的凸形表面62A,而端部分60A包括凸形关 节表面64A。凸形表面62A和凹形关节表面64A包括部分65A,其基本上是 线性的。中心部分58的凸形表面62适于由例如图1的系统10或图18B的系 统900B抛光。端部分60A的凹形表面64A适于由图12的系统500、或图18C 的系统900C抛光。
现在参照图l犯，本发明的另一个实施例显示为系统900B。除了系统900B 适于用于高效抛光凸形加工件外，系统900B类似于图2的系统100。例如， 系统900可以适于用于抛光椎骨植入物(如图18和18A描述的那些)的凸形 关节表面。
例如并且如图l犯中所示，系统900B适于用于例如椎骨部件形式的加工 件909B。如图18B中所示，系统900B包括容器922B，其是圆形杯的形式。 邻近抛光区域(未示出)的内壁的曲率半径大于椎骨部件909B的最大曲率半 径。
在抛光期间，期望最小化MP流体912B相对于容器922B的移动。为了 最小化MP流体912B的移动或滑动，容器的内壁可以用多孑L材料A的绒毛层(未示出)覆盖。加工件轴916B与轴滑座91犯连接，该轴滑座91犯连接到 可转动的工作台936B。该可转动的工作台936B连接到工作台滑座937B。
轴滑座918B、可转动的工作台936B以及工作台滑座937B可以由传统的 伺服马达驱动，该伺服马达根据来自可编程的控帝係统920B的电信号操作。 可转动的工作台936B允许加工件轴916B连续地围绕它的水平轴线919B旋转， 或允许它位于与轴916B的初始垂直轴线921B为角度a'处抛光。水平轴线919B 最好位于加工件轴916B的初始垂直位置处位于抛光的表面的曲率的中心的中 心曲率处。
工作轴滑座91犯允许抛光表面曲率的中心相对于水平轴线919B垂直位 移。工作台滑座937B移动可旋转的工作台936B连同轴滑座91犯和加工件轴 916B，以获得和维持加工件的抛，面与容器922B的底部之间的期望的间隙。
电磁体924b可以是固定的并且位于容器922B下面，如当加工件轴轴线 921B与抛光区域的平面垂直时，它的磁间隔围绕该轴线是对称的。
现在参照图18C，本发明的另一个实施例显示为系统900C。系统900C适 于用于抛光凹形表面，例如椎骨凹形关节表面。除了系统900C使用凸形部件 930C来替代系统500的球530，系统900C有些类似于图12的系统500。
系统900C包括用于接收MP流体918C的流体调节装置912C。流体918C 被促使沿着流体路径922C流动至ij邻近椎骨部件3的关节表面11的抛光区域 924C。流体路径922C包括穿过凸形部件930C的内部腔940C的路径。如图18C 中所示，凸形部件930C包括多个管状或圆柱状腔940C，其允许MP流体918C 流到抛光区域924C。
对于第一种鄉的MP流体，调节體912C可以是磁过滤器的形式，用 于将还没有失效的磁性微粒从那些已经失效且失去它们磁性的磁性微粒中分 离。还没有失去它们磁性的磁微粒将被帮盾环，而那些已经失去它们磁性的磁 性微粒将被移除。对于第二种类型的MP流体，调节装置可以仅测量流体属性， 并且当属性下降到最低水平之下时，可以排出并替换该MP流体。
如图18C中所示，当椎骨部件3定位并安装在轴917C上时，凸形部件930C 最好以箭头944C的方向旋转。轴917C以箭头946C的方向旋转。轴917C最 好相对凸形部件930C的旋转方向944C旋转。如图18C中所示，可以允许轴917C 依靠轴滑座919C来垂直平移。尽管凸形部件930C可以成功地抛光椎骨部件3
而不需要椎骨部件3和凸形部件930C之间的任何角度的移动，但如图18C中 所示，最好轴917C育^多用机构(未示出)围绕原点旋转，使得凸形部件930C 的额外的部分可以位于椎骨部件3的内部凹的外围11内。这样的机构在图12 和12A示出。
图18C的系统900C还包括會詢多为MP流体918C提供磁场的部件。例如 并如图18C中所示，图18C的系统900C包括第一极925C，其可以是北极。 系统900C还包括第二极927C，其可以是南极。极925C和927C可以是例如 电磁体。
现在参照图19，可以由本发明的系统抛光的另一个假体显示为股膝假体 72。股劇叚体72包括关节表面74，其包括凹形和凸形部分。关节表面74的凸 形部皿于使用由图1的系统10抛光，而凹形部，于由图12的系统500抛 光。应当意识到，为了简单，整个关节表面74可以使用图12的系统500抛光。
现在参照图19A，本发明的另一个实施例显示为系统900E。系统900E适 于用于抛光关节表面例如lf股骨表面。系统900E有些类似于图1的系统10， 除了系统900E使用与系统10的配置相反的配置，因为膝部件3位于下面而凹 形部件930E位于膝部件3的上面。系统900E包括用于接收MP流体918E的 流体调节装置912E。导致流体918E沿着流体路径922E流动至lj邻i50部件3 的关节表面ll的抛光区域924E。
对于第一种类型的MP流体，调节装置912E可以是M3i滤器的形式，用 于将还没有失效的磁性微粒从那些已经失效且失去它们磁性的磁性微粒中分 离。还没有失去它们磁性的磁微粒将被帮盾环，而那些已经失去它们磁性的磁 性微粒将被移除。对于第二种鄉的MP流体，调节装置912E可以仅测量流 体属性，并且当属性下降到最低水平之下时，可以排出并替换该MP流体。
如图19A中所示，凹形部件930E最好安装在轴917E上并以箭头944E的 方向旋转，而膝部件3位于下面。膝部件3以箭头946E的方向旋转。膝部件 3最好以相对凹形部件930E的旋转方向944E的方向旋转。
尽管凹形部件930E可以成功地抛光膝部件3而不需要膝部件3和凸形部 件930E之间的任何角度的移动，但最好轴917C能够用机构(未示出)旋转、 枢转或平移，使得膝部件3的的额外的部分可以与凹形部件930E对齐。这样 的机构在图12和12A示出。可替换地，该机构可以是商业可获得的操作器或
机器人(未示出)。
现在参照图20，可以由本发明的系统抛光的另一个假体显示为关节窝假 体66。关节窝假体66包括凹形关节表面68和相反的栓70，其与关节窝71接 合。关节表面68适于由图12的系统500抛光。
现在参照图20A,本发明的另一个实施例显示为系统900D。系统900D 适于用于抛光凹形表面例如关节窝植入物表面。除了系统900D使用凸形部件 930D来替代系统500的球530，系统900D有些类似于图12的系统500。
系统900D包括用于接收MP流体918D的流体调节装置912D。流体918D 被促使沿着流体路径922D流动至U邻近关节窝部件3的关节表面ll的抛光区域 924D。流体路径922D包括穿过凸形部件930D的内部腔940D的路径。如图20A 中所示，凸形部件930D包括多^f状或圆柱状腔940D，其允许MP流体918D 流到抛光区域924D。
如图20A中所示，当关节窝部件3定位并安装在轴917D上时，凸形部件 930D最好以箭头944D的方向旋转。轴917D以箭头946D的方向旋转。轴917D 最好相对凸形部件930D的旋转方向944D旋转。如图20A中所示，可以允许 轴917D依靠轴滑座919D来垂直平移。尽管凸形部件930D可以成功地抛光关 节窝部件3而不需要关节窝部件3和凸形部件930D之间的任何角度的移动， 但最好轴917D f,用机构(未示出)围绕原点旋转，使得凸形部件930D的 额外的部分可以位于关节窝部件3的内部凹的外围11内。这样的机构在图12 和12A示出。
图20A的系统900D还包括能够为MP流体918D提供磁场的部件。例如 并如图20A中所示，图20A的系统900D包括第一极925D，其可以是南极。 系统900D还包括第二极927D，其可以是北极。极925D和927D可以是例如 电磁磁体。
现在参照图21，本发明的另一个实施例显示为胫骨盘76。胫骨盘76包括 凹的表面78，其适于分别用图13、 13A和13B的系统600、 700或800抛光。
现在参照图21A，本发明的另一个实施例显示为系统900G。系统900G 适于用于抛光平的表面，例如凹的膝胫骨表面。系统900G有些类似于图2的 系统100。系统900G包括用于存储MP流体918G的容器910G。凹的膝胫骨 部件3的支承凍面浸没在容器910G的MP流体918G中。
如图21A中所示，平的接触部件965G最好安装在轴917G上并以箭头944G 的方向旋转，而凹的膝胫骨部件3位于下面。凹的膝胫骨部件3以箭头946G 的方向旋转。凹的膝胫骨部件3最好以相对平的接触部件965G的旋转方向944G 的方向旋转。
图21A的系统900G还包括能够为MP流体918G提供磁场的部件。例如 系统900G可以包括如图18C的那些的磁体。磁体可以是例如电磁体。
现在参照图22，可由本发明的系统抛光的另一个假体显示为肩假体80。 肩假体80包括头82,其可以从肩假体80移除。头82包括凸形关节表面84， 其可以使用例如图1的系统10抛光。
现在参照图22A，本发明的另一个实施例显示为系统900H。系统900H 适于用于抛光凸形表面例如肱骨头表面。系统900H有些类似于图3的系统 200。系统900H包括用于存储MP流体918H的容器910H。凸的肱骨头部件3 的支棘面11浸没在容器910H的MP流体918H中。
iM的，如图22A中所示，容器910H具有凹的外围965H。容器910H 可以以箭头944H的方向旋转。凸的肱骨头部件3可以安装在轴917H上，沿 箭头946H方向旋转。凸的肱骨头部件3最好相对容器910H的旋转方向944H 旋转。
图22A的系统900H还包括能够为MP流体918H提供磁场的部件。例如 系统900H可以包括如图18C的那些的磁体。磁体可以是例如电磁体。
现在参照图23，本发明的另一个实施例显示为方法1000，用于抛光整形 外科植入物的关节表面。该方法1000包括在MP流体内产生抛光区域的第一 步骤1010。该方法1000还包括控制抛光区域中的流体的连贯性的第二步骤 1012。该方法1000还包括使目标与流体的抛光区域接触的第三步骤1014。该 方法1000还包括使目标和抛光区嫩目对于彼此移动的第四步骤。
现在参照图24，本发明的另一个实施例显示为方法1100，用于抛光整形 外利4IA物的关节表面。该方法1100包括在MP流体内产生抛光区域的第一 步骤1110。该方法1100还包括控制抛光区域中的流体的连贯性的第二步骤 1112。该方法1100还包括使目标与流体的抛光区域接触的第三步骤1114。该 方法1100还包括使目标和抛光区域相对于彼此移动的第四步骤1116。该方法 1100还包括确定从目标移除t才料的速度的第五步骤1118。该方法1100还包括确定抛光区域相对于目标的运动方向和速度的第六步骤1120。该方法1100还
包括确定需要的抛光周期的数量的第七步骤1122。
权利要求
1、一种用于准备整形外科植入物的部件的关节表面的系统，包括磁流变抛光流体，包括载流体；以及悬浮在所述载流体中的多个微粒，用于容纳所述流体的容器；用于递送所述流体以形成抛光区域的机构；保持器，用于固定部件及用于相对于抛光区域移动地定位部件的关节表面；以及控制器，用于确定从目标移除材料的速度，用于确定抛光区域相对于目标的移动方向和速度，以及用于确定要求的抛光周期数量。
2、 根据权利要求1所述的系统，其中所述微粒具有小于100纳米的大小。
3、 根据权利要求1所述的系统，其中所述多个微粒包括 研磨剂微粒；以及磁性微粒。
4、 根据l^利要求3所述的系统，其中所述磁性微粒被涂覆。
5、 根据权利要求1所述的系统，其中所述多个微粒包括涂覆有研磨材料 的磁材料。
6、 根据权利要求1所述的系统，其中所述载流体包括甘油、乙二醇、7K、 油和酒精的至少一个。
7、 根据禾又利要求1所述的系统，其中所述微粒包括碳化硅。
8、 根据权利要求1所述的系统，其中所述微粒具有小于50纳米的大小。
9、 根据权利要求1所述的系统，还包括表面光洁度测量设备，所述表面 光洁度测量设备可操作地连接到控制器，以给控制器提糊言号，来指示部件的 关节表面的表面光洁度。
10、 根据权利要求1所述的系统，还包括磁场产生设备，所述磁场产生设 备用于将所述部件的关节表面暴露给磁场，以改变系统的材料移除特征。
11、 根据权利要求1所述的系统，还包括加热器，所述加热器用于提升部 件的关节表面的温度，以改变系统的材料移除特征。
12、 根据权利要求1所述的系统，还包括微粒观糧设备，所述微粒测量设 备测量MP流体中的微粒的含量。
13、 根据权利要求12所述的系统，其中所述微粒测量设备可操作i腿接 至啦律ij器以允许控制器调整MP流体中的微粒的含量，以优化系统的材料移除特性。
14、 根据权利要求12所述的系统，其中所述微粒测量设备测量磁流变抛 光流体的电传争性。
15、 一种用于准备用于整形外禾#术中使用的假術直入物的部件的方法，包括以下步骤在磁流变抛光流体内产生抛光区域； 在抛光区域中控制流体的连贯性； 使目标与流体中的抛光区域接触； 使得目标和抛光区域相对于彼!thit动； 确定从目标移除材料的速度；确定抛光区嫩目对于目标的运动方向和速嵐以及 确定需要的抛光周期的数量。
16、 根据权利要求15所述的方法，其中确定需要的抛光周期的数量的步 骤包括以下步骤确定目标的表面不规则的初始均方根； 确定亚表面损坏层的厚度； 确定初始的表面开邻；以及 确定在一个抛光周期期间要移除的材料层的厚度。
17、 一种准备用于整形外科手术中的假術直入物的部件的表面的机器；所 述机器包括机架'，磁流变抛光流体，其包括载流体；以及多^hi:浮在所述载流体中的微粒； 用于存储磁流变抛光流体的容器，所述容器可操作地连接至'J所述机架； 用于使磁流变抛光流体经受部件的表面的设备，所述用于使磁流变抛光流体经受部件的表面的，可操作i鹏接到所述机架；禾口用于在磁流变抛光流体和部件的表面之间产生相对运动的设备，所述用于产生相对运动的装置可操作;kfe^接到所述机架。
18、 根据权利要求17所述的机器，其中所述容器适用于接收部件和适用 于将所述部件的至少一部分浸没在磁流变抛光流体中。
19、 根据权利要求17所述的机器，其中所述用于使磁流变抛光流体经受 部件表面的设备包括泵，其可操作地连接到所述容器，用于将磁流变抛光流体 施加到部件的表面。
20、 根据权利要求17所述的机器，其中磁流变抛光流体包括涂覆有研磨剂微粒的磁性微粒。
21、 根据权利要求17所述的机器，其中磁流变抛光流体包括研磨剂微粒 和磁性微粒的组合。
22、 根据权利要求17所述的机器，还包括表面光洁度测量设备，所述表 面光洁度测量设备可操作地连接到所述机架，用于提供部件的关节表面的表面 光洁度的测量。
23、 根据权利要求22所述的机器，其中所述表面光洁度测量设备^f顿干 涉测量法来测量部件的关节表面的形式。
24、 根据权利要求23所述的机器，其中部件的关节表面的测量的形式引导到可编程控制器，以控制部件的所述关节表面的材料移除，以改ia^f述形式。
25、 一种准备用于整形外科手术中的假術直入物的部件的方法，包括以下 步骤产生磁流变抛光流体内的抛光区域； 控制抛光区域中的流体的连贯性； 使目标与流体的抛光区域接触；以及 使目标和抛光区域相对于彼此移动。
26、 根据权利要求25所述的方法，其中还包括以下步骤^顿干涉观糧仪来测量假術直入物的部件的表面形式； 将所述测量的表面形式提供到可编程的控制器；以及 将所述测量的表面形式与参照表面形式或参照算法比较。
全文摘要
提供了一种用于准备整形外科植入物的部件的关节表面的系统。该系统包括磁流变抛光流体，其包括载流体和多个悬浮在所述载流体中的微粒。该系统也包括用于容纳磁流变抛光流体的容器。该系统还包括用于传递流体以形成抛光区域的机构、和用于固定该部件以及用于相对于抛光区域移动地定位部件关节表面的保持器。该系统还包括控制器，用于确定从目标移除材料的速度，用于确定抛光区域相对于目标的移动方向和速度，以及用于确定要求的抛光周期的数量。
文档编号B24B37/02GK101195206SQ20071017017
公开日2008年6月11日 申请日期2007年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者J·K·萨顿 申请人:德普伊产品公司