CN101889913B - 人工股骨假体 - Google Patents

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Abstract

一种人工股骨假体，由股骨柄(1)、植骨块(2)、外套筒(3)组成。具体为外套筒(3)植入股骨(4)髓腔内，股骨柄远端(5)插入外套筒轨道(6)中，在外套筒(3)和股骨(4)空隙填满植骨块(2)。本发明的目的：通过股骨(4)和植骨块(2)远期融合，承担来自股骨柄领部(7)的应力；通过外套筒轨道(6)的圆环形设计，使得股骨柄领部(7)受力后，内侧位移(8)小于外侧位移(9)，进而股骨外侧应力更大；通过控制外套筒轨道(6)与股骨柄远端(5)的接触位置，使股骨(4)应力分布接近自然状态；通过股骨柄领部(7)的解剖覆盖，防止磨粒进入骨-假体结合面；通过改变外套筒(3)的外形尺寸，适应不同髓腔及适应症。

Description

人工股骨假体
技术领域
本发明涉及一种髋关节假体，尤其是植入股骨部分的人工股骨假体。
背景技术
人工髋关节置换术在临床广泛应用，是目前治疗严重骨性关节炎、股骨颈囊内骨折、类风湿性关节炎、晚期股骨头无菌性坏死、晚期先天性髋臼发育不良和髋臼畸形等最常用的方法。它具有解除关节疼痛、恢复关节功能、保持关节稳定性和不影响或修复肢体长度等众多优点，成为治疗髋关节严重病变的有效手段。
人工髋关节假体现有技术通常为仿照人体髋关节的结构，将假体柄部插入股骨髓腔内，利用头部与关节臼或假体金属杯形成旋转，实现股骨的曲伸和运动。全髋关节置换术中股骨假体通常为一金属柄，插入股骨近端髓腔内，形成金属与股骨并联承担应力的方式。但这一方式导致应力分布与自然关节存在较大差异，存在应力遮挡导致近端骨丢失进而假体松动和下沉，假体无菌性松动、磨屑造成的骨吸收等问题。具体为1、近端股骨承受应力下降，异常应力必然导致骨组织的自我调节和重新塑型，导致股骨近端骨质减少和骨质疏松，造成近端股骨适应性骨溶解；2、支撑力下降，引起假体松动下沉；远端股骨应力上升，远端界面应力大，易骨折；3、碎屑引起巨噬细胞释放细胞因子激活破骨细胞，造成骨质破坏等问题。
目前现有技术中的有领结构的股骨柄和无领结构的股骨柄各有特点。有领结构的股骨柄可有效防止假体下沉，避免截骨面产生失用性骨质疏松，保证假体旋转中心的位置，但柄的远端容易产生松动和摆动，加剧了柄的应力遮挡，并最终导致置换失败而不得不进行翻修手术；无领结构的股骨柄在假体植入后可以自动下沉，保证假体与髓腔的紧密贴合，能有效保证股骨柄植入后的长期稳定性，但在截骨面上容易产生失用性骨质疏松，而且过量下沉会导致双下肢不等长。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明通过改变现有人工髋关节生物力学模式，将现有人工髋关节与股骨并联承担应力的模式设计为串联承担应力的模式，具体为将人工股骨假体设计为有领结构的股骨柄(1)和外套筒(3)装配而成的股骨假体，股骨柄(1)可以沿外套筒(3)的设计轨道活动，并在其间隙填满植骨块(2)。这种人工股骨设计综合了有柄假体和无柄假体的优点并克服了其缺点，通过股骨(4)、植骨块(2)和股骨柄领部(7)的远期融合承担应力，有效防止假体下沉，保证假体旋转中心的位置；股骨柄远端(5)通过与外套筒(3)的接触而将应力分布到股骨上，有效的恢复股骨(4)的正常应力分布，避免截骨面产生失用性骨质疏松；安全间隙(10)设计可防止假体过度下沉；领部解剖形设计防止磨削进入骨界面；并能在仅改变外套筒的情况下适应不同股骨髓腔，从容易进行个性化定制及减少成本等优点。
本发明的技术方案：本发明之人工股骨假体由股骨柄(1)和外套筒(3)装配而成，股骨柄(1)和外套筒(3)之间可沿外套筒轨道(6)相对活动，外套筒轨道(6)为圆环形或以某截面沿一段圆弧扫描而成的形状，这样的设计可使得股骨柄领部(7)受力后外侧位移(9)大于内侧位移(8)，避免股骨近段外侧应力遮挡，进而使得股骨近端承受更大的来自股骨柄领部(7)的应力；股骨柄远端(5)的应力通过外套筒(3)将应力再分配到股骨(4)，股骨柄远端(5)与外套筒(3)的接触位置是可以通过配合间隙进行调节的，即接触位置可以在近端或中间或远端，进而控制股骨的应力分布，使得接近自然关节的应力分布；设计安全间隙(10)是为了防止植骨块(2)和股骨近端有时不能有效抵抗股骨柄领部(7)所受的力而导致假体下沉，下沉达到安全间隙(10)时，股骨柄(1)与外套筒(3)相接触，此时假体会停止进一步下沉，防止股骨柄过度下沉，进而增加一重保险实现人工股骨假体的稳定性；股骨柄领部(7)的解剖形覆盖能防止磨削进入骨-假体介面，进而防止骨溶解；对于特殊的患者，可通过外套筒(3)的特殊设计，例如骨质疏松的患者可通过加长外套筒(3)或通过螺钉将股骨(4)与外套筒(3)固定在一起等方式，使得手术适应症更广泛以及手术长期效果更稳定。
本发明的技术效果是：植骨块(2)、外套筒(3)和股骨(4)远期融合一起后承担来自股骨柄(1)的应力，股骨近端承受更大的应力，减少股骨(4)近端骨丢失现象，应力分布接近正常状态；可通过控制外套筒轨道(6)和股骨柄远端(5)的设计或制造尺寸公差，控制它们之间的接触位置，达到控制外套筒(3)应力分布，进而控制骨的应力分布，使得股骨应力分布接近正常应力分布；股骨柄领部(7)的解剖形覆盖能防止磨削进入骨-假体介面，进而防止骨溶解，使得髋关节置换手术达到长期稳定的效果；特殊的患者，仅通过修改外套筒(3)的设计实现，减少成本。
附图说明
图1所示为股骨柄(1)、植骨块(2)、外套筒(3)的装配图。
图2左图所示为股骨柄(1)三维图。中间图所示为外套筒(3)三维图。右图所示为股骨柄(1)与外套筒(3)的装配图，股骨柄远端(5)插入外套筒(3)的外套筒轨道(6)内。
图3所示为受力前后股骨柄领部(7)位移图，上面两条相交的虚线为股骨柄领部(7)受力前后的位置，左侧为内侧位移(8)，右侧为外侧位移(9)。下面的虚线及箭头所示距离为防止股骨柄下沉过多而设计的安全间隙(10)。
具体实施方式
本发明之人工股骨假体手术过程与现有髋关节手术过程类似，切开皮肤并锯掉股骨头后进行扩髓。将外套筒(3)植入股骨(4)髓腔中，然后将自体骨或异体骨或骨水泥或其它材料填满植骨块(2)的位置，压实后将股骨柄(1)插入植骨块(2)和外套筒(3)中，处理完毕。
人工髋关节假体受力时，应力从股骨柄领部(7)传递至股骨(4)近端和植骨块(2)，再至股骨远端。即将原有技术中的假体与股骨并联承担应力传递模式转换为由股骨柄(1)的领部传递给股骨近端这一串联承担应力的模式，使得股骨近端承受更大的应力。并通过埋入股骨内的外套筒(3)分担来自股骨柄领部(7)的剪切应力与扭转应力，实现股骨柄(1)远端的稳定。
本发明之人工股骨假体初期稳定性通过埋入骨内的外套筒(3)和股骨柄(1)的配合以及植骨块(2)来实现。远期稳定性通过股骨柄领部(7)、植骨块(2)和股骨(4)远期融合，形成新的股骨近端承担应力来实现。
图3所示股骨柄(1)和外套筒(3)为圆环轨道配合的设计，上面两条相交的虚线为股骨柄领部(7)受力前后的位移，左侧为内侧位移(8)，右侧为外侧位移(9)，由图可见股骨柄(1)内侧位移(8)小于外侧位移(9)，即实现外侧承担更大的应力，使得内外两侧皆承受应力，有效避免股骨(4)近端应力遮挡导致的骨质减少和骨质疏松。
股骨柄(1)和外套筒(3)通过圆环轨道配合的设计，可通过控制轨道两段的制造公差达到控制股骨柄(1)和外套筒(3)的接触位置，达到将股骨柄远端(5)应力有效合理的分担给外套筒，并通过外套筒分散给股骨(4)，有效避免股骨柄直接与骨接触导致股骨柄远端应力集中。从而达到远端稳定并受力与正常一致。
图3下面的箭头所示距离为防止股骨柄下沉过多而设计的安全间隙(10)，所述安全间隙(10)是为了防止植骨块(2)和股骨近端有时不能有效抵抗股骨柄领部(7)所受的力而导致假体下沉，下沉达到安全间隙(10)时，股骨柄(1)与外套筒(3)相接触，此时假体会停止进一步下沉，进而增加一重保险实现初期稳定性。
所述人工髋关节股骨柄领部(7)形状为解剖形设计，覆盖股骨(4)截骨面，进而防止碎屑进入假体-骨界面，防止碎屑引起巨噬细胞释放细胞因子激活破骨细胞，进而避免骨质破坏。
特殊的患者，仅通过修改外套筒(3)的设计实现，减少费用。例如不同的髓腔形态可定制与之相匹配的外套筒(3)，骨质疏松的患者可通过加长外套筒(3)或通过螺钉将外套筒(3)与股骨(4)固定在一起等方式，使得手术适应症更广泛以及手术长期效果更稳定。

Claims (7)

1.一种人工股骨假体，其特征在于，由股骨柄(1)、植骨块(2)以及外套筒(3)组成；所述股骨柄(1)由与球头配合的头部、与股骨(4)近端配合的股骨柄领部(7)、与外套筒(3)配合的股骨柄远端(5)组成；所述外套筒(3)内部有一外套筒轨道；所述植骨块(2)填满股骨柄(1)、外套筒(3)和股骨(4)之间的空隙。
2.根据权利要求1所述的人工股骨假体，其特征在于，股骨柄(1)和外套筒(3)可沿外套筒轨道(6)相对活动。
3.根据权利要求1所述的人工股骨假体，其特征在于，股骨柄领部(7)受力后外侧位移(9)大于内侧位移(8)。
4.根据权利要求1所述的人工股骨假体，其特征在于，制造植骨块(2)的材料为自体骨或异体骨或骨水泥或其它能与股骨(4)融合的金属或非金属材料。
5.根据权利要求1所述的人工股骨假体，其特征在于，通过调节植骨块(2)的厚度和股骨(4)近端截骨量实现调节偏心距的目的，所述偏心距为股骨头的球心到股骨(4)长轴线的垂直距离。
6.根据权利要求1所述的人工股骨假体，其特征在于，股骨柄(1)和外套筒(3)之间存在安全间隙(10)，所述安全间隙(10)为股骨柄(1)与外套筒(3)之间可活动的最大距离。
7.根据权利要求1所述的人工股骨假体，其特征在于，外套筒轨道(6)和股骨柄远端(5)的接触位置通过设计或制造进行控制。
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