CN101450016B - 刚度可控的膝关节假体系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种刚度可控的膝关节假体系统，该假体系统包括：与股骨远端连接并由磁流变弹性体材料组成的股骨假体，与胫骨近端连接的胫骨假体，固定在体外膝关节处的左线圈和右线圈。在人体膝关节外部控制通过左线圈和右线圈的电流值时，由磁流变弹性体材料组成的股骨假体的刚度值会根据左线圈和右线圈之间的磁场值改变实现相应变化，在膝关节假体系统进行伸屈动作的过程中，股骨假体刚度值降低，股骨假体会根据膝关节假体系统内部所受合力的大小实时改变内外骨髁关节面的形状，实现与胫骨假体内外骨髁关节面的最大匹配，同时，不限制膝关节假体系统的弯曲角度，当膝关节假体系统完成伸屈动作时，股骨假体刚度值增大，实现伸膝位和屈膝位稳定性。

Description

刚度可控的膝关节假体系统

技术领域

本发明涉及一种医用人工关节，尤其涉及一种应用于人体的膝关节假体系统，在膝关节成形术中，用来替换由于病变或损伤等原因造成全部或部分功能丧失的人体自然膝关节。

背景技术

膝关节假体系统的发展距今已有40余年的历史，当人体自然膝关节由于病变或损伤等原因造成全部或部分功能丧失时，就需要用膝关节假体系统予以替换，以重建膝关节正常功能，减轻病人的病痛，实施膝关节假体系统置换术可以达到最佳的治疗效果，能最大限度地恢复患者行动能力。

通常所说的膝关节假体系统包括股骨假体和胫骨假体两大部分。其中，股骨假体通过股骨安装茎或螺钉与股骨远端连接，具有内骨髁和外骨髁。胫骨假体固定在胫骨近端，其内外骨髁关节面分别与股骨假体内外骨髁关节面相匹配，以模拟正常的人体自然膝关节运动过程。为提高膝关节假体系统的稳定性和接触面积，人们针对股骨假体和胫骨假体内外骨髁的关节面匹配形状进行了许多研究，在美国专利US5725584中，股骨假体和胫骨假体内外骨髁的关节面高度匹配，接触面积大，稳定性高，在美国专利US6846329中，股骨假体和胫骨假体内外骨髁的关节面按螺旋面匹配设计，同样实现了股骨假体与胫骨假体内外骨髁关节面的高度匹配，接触面积大，稳定性也很高，但是，这些专利中所涉及到的股骨假体的组成材料都是金属合金材料，其刚度不可控，在实现了膝关节假体系统骨髁关节面高度匹配的同时，会限制膝关节假体系统的弯曲角度，在美国专利US7094259中，膝关节假体系统可实现深度屈曲，但是股骨假体和胫骨假体的骨髁关节面不匹配，稳定性差。

发明内容

针对以上技术和专利的不足，本发明提出一种刚度可控的膝关节假体系统，目的在于：对股骨假体的刚度值大小实现控制，不仅可以保证膝关节假体系统在伸膝位和屈膝位的稳定性，也可以保证膝关节假体系统在伸膝和屈膝动作过程中股骨假体和胫骨假体内外骨髁的关节面的最大匹配，在实现膝关节假体系统骨髁关节面高度匹配的同时，不会限制膝关节假体系统的弯曲角度。

该装置的具体构成：

由磁流变弹性体材料组成的股骨假体，该假体与股骨远端连接，具有内骨髁和外骨髁；

胫骨假体，该假体与胫骨近端连接，具有内骨髁和外骨髁；

左线圈，固定在体外膝关节处；

右线圈，固定在体外膝关节处。

该装置实施的技术方案：

股骨假体和胫骨假体位于左线圈和右线圈之间，在人体膝关节外部控制通过左线圈和右线圈的电流值，会改变左线圈和右线圈之间的磁场值和磁场分布，这会引起由磁流变弹性体材料组成的股骨假体的刚度值产生变化，在膝关节假体系统伸膝过程中，使得由磁流变弹性体材料组成的股骨假体的刚度值降低，股骨假体会根据膝关节假体系统内部所受合力的大小实时改变内外骨髁的关节面形状，实现与胫骨假体内外骨髁的关节面的最大匹配，当膝关节假体系统伸直时，使得由磁流变弹性体材料组成的股骨假体的刚度值增大，以保证股骨假体的刚度值可以抵抗膝关节假体系统内部所受合力的大小，实现膝关节假体系统在伸膝位的稳定性，在膝关节假体系统弯曲过程中，使得由磁流变弹性体材料组成的股骨假体的刚度值降低，股骨假体会根据膝关节假体系统内部所受合力的大小实时改变内外骨髁的关节面形状，实现与胫骨假体内外骨髁的关节面的最大匹配，当膝关节假体系统弯曲到一定角度时，使得由磁流变弹性体材料组成的股骨假体的刚度值增大，以保证股骨假体的刚度值可以抵抗膝关节假体系统内部所受合力的大小，实现膝关节假体系统在此屈膝位的稳定性。

本发明的优点是：通过控制左线圈和右线圈的电流值可以控制穿过磁流变弹性体的磁场，从而可以根据膝关节假体系统的伸屈运动实时控制由磁流变弹性体材料组成的股骨假体的刚度值，这不仅可以实现膝关节假体系统在伸膝位和各个屈膝位的稳定性，也可以实现膝关节假体系统在伸屈过程中股骨假体与胫骨假体内外骨髁关节面的最大匹配，并且不会限制膝关节假体系统的弯曲角度。

附图说明

刚度可控的膝关节假体系统主视图

图中序号，1.左线圈，2.右线圈，3.胫骨假体，4.股骨假体

具体实施方式

在附图中，左线圈1和右线圈2都固定在人体膝关节外部，在人体膝关节外部控制通过左线圈1和右线圈2的电流值，可改变左线圈1和右线圈2之间的磁场值。股骨假体4由磁流变弹性体材料制成，通过股骨安装茎(图中未示出)与股骨远端(图中未示出)连接，具有内骨髁4a和外骨髁4b。胫骨假体3由超高分子量聚乙烯材料制成，通过胫骨安装茎(图中未示出)与胫骨近端连接(图中未示出)，具有内骨髁3a和外骨髁3b。

在附图中，股骨假体4和胫骨假体3位于左线圈1和右线圈2之间，在人体膝关节外部控制通过左线圈1和右线圈2的电流值，会改变左线圈1和右线圈2之间的磁场值，这会引起由磁流变弹性体材料组成的股骨假体4的刚度值产生变化。在膝关节假体系统伸膝过程中，使得由磁流变弹性体材料组成的股骨假体4的刚度值降低，股骨假体4会根据膝关节假体系统内部所受合力的大小实时改变内骨髁4a和外骨髁4b的关节面形状，实现与胫骨假体3的内骨髁3a和外骨髁3b的关节面的最大匹配，当膝关节假体系统伸直时，使得由磁流变弹性体材料组成的股骨假体3的刚度值增大，以保证股骨假体3的刚度值可以抵抗膝关节假体系统内部所受合力的大小，实现膝关节假体系统在伸膝位的稳定性，在膝关节假体系统弯曲过程中，使得由磁流变弹性体材料组成的股骨假体3的刚度值降低，股骨假体3会根据膝关节假体系统内部所受合力的大小实时改变内骨髁4a和外骨髁4b的关节面形状，实现与胫骨假体3的内骨髁3a和外骨髁3b的关节面的最大匹配，当膝关节假体系统弯曲到一定角度时，使得由磁流变弹性体材料组成的股骨假体3的刚度值增大，以保证股骨假体3的刚度值可以抵抗膝关节假体系统内部所受合力的大小，实现膝关节假体系统在此屈膝位的稳定性，从而，不仅可以实现膝关节假体系统在伸膝位和各个屈膝位的稳定性，也可以实现膝关节假体系统在伸屈过程中股骨假体4的内骨髁4a和外骨髁4b的关节面与胫骨假体3的内骨髁3a和外骨髁3b的关节面的最大匹配，并且不会限制膝关节假体系统的弯曲角度。

Claims (2)

1.一种刚度可控的膝关节假体系统，包括由磁流变弹性体材料组成的股骨假体，该假体与股骨远端连接，具有内骨髁和外骨髁；胫骨假体，该假体与胫骨近端连接，具有内骨髁和外骨髁；左线圈，固定在体外膝关节处；右线圈，固定在体外膝关节处；其特征在于：股骨假体和胫骨假体位于左线圈和右线圈之间，在人体膝关节外部控制通过左线圈和右线圈的电流值，会改变左线圈和右线圈之间的磁场值。

2.根据权利要求1所述的刚度可控的膝关节假体系统，其特征在于，改变左线圈和右线圈之间的磁场值，这会引起由磁流变弹性体材料组成的股骨假体的刚度值产生变化。

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