CN101984939A - 钽涂层人工肘关节假体的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到人工肘关节假体，特别涉及到一种表面设置有钽微孔涂层的人工肘关节假体的设计方法，它包括用于植入远端肱骨骨髓腔的肱骨组件、植入近端尺骨骨髓腔的尺骨组件及植入近端桡骨骨髓腔的桡骨组件，上述组件均由组件的关节部分及柄身部分构成，关节部分具有不同程度的旋转运动功能以保证假体植入后关节的运动，柄身部分为插入骨髓腔的部分，达到固定假体的作用。肱骨组件与尺骨组件关节部分依靠可以旋转嵌合的曲轴相连接，桡骨组件关节球头通过与连接在尺骨组件近端的一个关节臼槽嵌合套接相连接。其特征是：柄身外表面包裹有钽表面，钽表面为微孔结构，提高人工假体在人体内的固定效果，延长人工假体的使用寿命。

Description

钽涂层人工肘关节假体的设计方法

技术领域

本发明涉及到人工肘关节假体，特别涉及到一种表面设置有钽微孔涂层的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，属于生物医用复合材料应用领域。

背景技术

中国专利说明书CN 1177469A及CN 101262834A分别公开了两种人工肘关节假体，其抦身表面光滑、无孔隙。相关研究表明，这样的人工假体表面结构不利于植入后假体周围的骨长入及早期稳定。目前，生物陶瓷涂层材料及微孔金属涂层生物材料已成为假体表面处理的主要方向，分别以羟基磷灰石（HA）及钛（Ti）涂层为代表。它们是通过烧结或等离子喷涂的工艺将HA（Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂）及Ti金属被覆在医用不锈钢或Ti金属基体表面，形成具有一定孔隙结构的涂层复合材料来增加假体植入后的骨长入量，并达到假体在体内稳定效果。中国专利说明书CN 201154007Y就公开了一种羟基磷灰石涂层人工关节假体，在假体柄身及假体肘臼外表面设置有羟基磷灰石涂层，中国专利说明书CN 201154008Y则公开了一种钛涂层人工关节假体，在假体柄身及假体肘臼外表面设置有钛涂层。

上世纪中叶，钽（Ta）金属生物材料开始进入医学应用领域。首先，钽金属生物材料的生物相容性及其在化学稳定性、抗腐蚀性能方面优于钛及其他金属生物材料的特性为钽金属作为涂层材料在矫形外科应用提供了理论依据，尤其是钽涂层具有优于其它生物涂层的物理特性及机械强度，使其在矫形外科的应用更具有了可行性。

发明内容

本发明的目的是提供一种钽涂层人工肘关节假体的设计方法，它克服目前人工假体涂层的不足，提高人工假体在人体内的固定效果，延长人工假体的使用寿命。

本发明的技术方案是：提供一种钽涂层人工肘关节假体的设计方法，它包括用于植入远端肱骨骨髓腔的肱骨组件、植入近端尺骨骨髓腔的尺骨组件及植入近端桡骨骨髓腔的桡骨组件，上述组件均由组件的关节部分及抦身部分构成，关节部分具有不同程度的旋转运动功能以保证假体植入后关节的运动，抦身部分为插入骨髓腔的部分，达到固定假体的作用。其特征是：柄身外表面包裹有钽表面，钽表面为微孔结构。

所述的钽表面厚度为30-800μm，微孔率为20%-50%。

所述的所述肱骨组件的柄身为圆柱状体或圆锥体，圆柱状体或圆锥体的一端细，另一端稍粗，且沿一边增加宽度，使粗端呈圆弧状过度并形成中央为曲轴；尺骨组件近端为套管结构与肱骨组件的的曲轴相嵌套形成关节连接结构，套管结构向远端延伸并逐渐变细形成外观呈直线或弧线形的圆柱状体或圆锥体柄身，柄身由近至远逐渐变细，近端向尺侧呈微圆弧状过度，远端恢复呈直线形。桡骨组件近端为关节球头与尺骨组件近端向桡侧伸出一个臼槽结构相嵌套形成关节连接结构，关节球头向远端延伸并逐渐变细形成外观呈直线形的圆柱状体或圆锥体柄身。

所述的柄身为假体植入时插入相应骨髓腔的部分，外表面包裹有钽表面的部位是柄身上部或柄身任何部位的外表面。

所述尺骨组件近端为套管结构与肱骨组件的曲轴相嵌套形成关节连接结构，套管结构的内层及两端均有聚乙烯套管及聚乙烯套垫衬垫组成；桡骨组件近端为关节球头与尺骨侧臼的臼槽结构相嵌套形成关节连接，臼槽内衬一个球形中空聚乙烯衬垫，球形中空聚乙烯衬垫套接于桡骨球头外面，聚乙烯衬垫与金属臼杯套接，防止金属组件间的直接接触，减少植入后的组件磨损。

臼槽结构由一个中空的半球形的金属臼杯及其内部的中空半球形聚乙烯衬垫组成，中空半球形聚乙烯衬垫套接于桡骨球头外面，中空半球形聚乙烯衬垫外部由半球形的金属肘臼杯套接，聚乙烯衬垫用于防止金属组件直接接触，减少植入后的组件磨损。。

所述的柄身是医用不锈钢00Cr18Ni14Mo3或00Cr18Ni15Mo3N或钛Ti或钛合金Ti-6Al-4V或钴铬钼合金Co30Cr6Mo0.35C材料作为基体。

本发明钽涂层人工肘关节假体利用基体材料较高的机械强度为假体提供较强的力学强度，使假体在承受人体的生理载荷及运动载荷的情况下不出现材料的疲劳或损坏，同时采取生物相容性好、耐腐蚀、耐磨损、结合强度高金属钽材料作为涂层材料，在假体的基体与被植入人体骨骼的接触部分被覆有一层钽微孔涂层，在对假体基体表面起到强化和保护的作用的同时为假体表面创造一个具有微孔隙环境，以增加假体植入后的骨长入量及假体的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明钽涂层人工肘关节假体较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明钽涂层人工肘关节假体的柄身、关节连接、桡骨头及肘臼部分的组合剖视图；

图3是本发明钽涂层人工肘关节假体的肱骨组件的柄身及肱尺关节轴部分的结构示意图；

图4是本发明钽涂层人工肘关节假体的肱尺关节轴剖视图；

图中：1、肱骨组件；2、尺骨组件；3、桡骨组件；4、肱骨组件关节曲轴；5、桡骨组件关节套管； 6、尺骨组件与桡骨组件连接体；7、肱骨柄身；8、桡骨柄身；9、尺骨柄身；10、肱骨关节曲轴外层的聚乙烯套垫；11、桡骨小头外周的聚乙烯衬垫（位于尺、桡骨连接体的臼槽周围）；12、尺、桡骨连接体臼槽；13、桡骨小头；14、肱骨组件的关节运动限制凸；15、尺骨关节套管卡突；16、假体柄身钽涂层；17尺骨关节套管两侧的聚乙烯衬垫。

具体实施方式

实施例1

如图1、2、3所示，本发明包括肱骨组件1、尺骨组件2及桡骨组件3三个部分；3三个组件均含有柄身及关节连接结构，各组件柄身的形状与相应人体的骨髓腔空间的形状相吻合，便于柄身插入相应的骨髓腔；柄身外形呈由粗到细过度的锥形，用于防止柄身的在骨髓腔内下沉移位；肱骨组件由从细到粗过度的圆柱状体或圆锥体柄身7及较粗一端端呈圆弧状膨大过度的关节连接结构组成，关节连接结构中央为曲轴4，与套于其外的桡骨关节套管5、周围的聚乙烯衬垫10、17共同构成关节连接结构。尺骨组件1与肱骨组件2可以通过关节连接结构的旋转运动进行有限屈伸运动（0-140°）。尺骨关节套管5的后部有一卡突结构15，在受到肱骨组件的关节运动限制凸14阻挡时限制尺骨组件与肱骨组件过伸运动。

肱骨柄身7、尺骨柄身8及桡骨柄身9外表面包裹有钽涂层16，钽涂层16厚度为30-800μm，微孔率为20%-50%。

桡骨组件3近端为关节球头（桡骨小头）13与尺骨组件2近端向桡侧伸出一个连接体6的臼槽结构12相嵌套形成关节连接，桡骨小头13向远端延伸并逐渐变细形成外观呈直线形的圆柱状体或圆锥体柄身8；桡骨关节球头13在臼槽12内以桡骨长轴为轴心进行旋转，完成桡骨的旋前、旋后运动。

图2、3、4所示所述尺骨组件近端为套管结构5与肱骨曲轴4相嵌套形成关节连接结构，肱骨曲轴4外周套有聚乙烯套管10，尺骨套管两侧各有一聚乙烯衬垫17，防止金属组件直接接触，减少植入后的组件磨损。

图1、2所示桡骨关节球头（桡骨小头）13与尺骨组件近端向桡侧伸出的连接体6的臼槽12相嵌套形成关节连接结构，臼槽结构12由一个中空的圆柱形金属臼杯6及其内部的中空圆柱形聚乙烯衬垫12组成，中空圆柱形聚乙烯衬垫11套接于桡骨小头13外面，中空圆柱形聚乙烯衬垫11外部由圆柱形中空的金属臼杯6套接，聚乙烯衬垫可以防止金属组件直接接触，减少桡骨小头旋转对组件造成的磨损。

所述肱骨柄身7、尺骨柄身8及桡骨柄身9外表面包裹有钽涂层16，钽表面6的涂层厚度为30-800μm，孔隙率为20%-50%，其中涂层厚度为400μm，孔隙率为35%为优选值；涂层被覆于上述柄身的部位可以是柄身的上部或柄身任何部位外表面，优选的是涂层被覆部位在柄身上部的外表面。该钽微孔涂层，在对假体基体表面起到强化和保护的作用的同时为假体表面创造一个具有微孔隙环境，以增加假体植入后的骨长入量及假体的稳定性。

本发明通过在人工肘关节假体肱骨柄身7、尺骨柄身8及桡骨柄身9表面包裹一层30-800μm、孔隙率为20%-50%的钽表面16，来增加了假体表面的粗糙度及孔隙率，使假体表面形成既有粗糙面又有细小孔隙的骨结合面，增大了骨骼与假体的锚定面积，还为新生骨组织向孔隙内长人创造了先决条件，使得植入后的假体与人体骨骼间建立起一种骨性结合而达到生物固定，避免假体的松动及下沉，从而进一步保证了假体的固定效果和使用寿命。

实施例2

以医用不锈钢00Cr18Ni14Mo3或00Cr18Ni15Mo3N、钛Ti、钛合金Ti-6Al-4V或钴铬钼合金Co30Cr6Mo0.35C等材料作为假体的基体部分，利用其具有较高机械强度的特点，来人工假体提供较强的力学强度，使得假体能在承受人体的生理载荷及运动载荷的情况下不出现材料的疲劳或损坏；应用硬质Al₂O₃或SiC砂作为介质，对人工假体基体的柄身1及肘臼杯3的外表面进行喷砂预处理，在假体基体表面形成粗糙面，以利于涂层的结合强度；采取生物相容性好、耐腐蚀、耐磨损、结合强度高金属钽材料作为涂层材料，在假体的基体与被植入人体骨骼的接触部分被覆有一层钽微孔涂层，在对假体基体表面起到强化和保护的作用的同时为假体表面创造一个具有微孔隙环境，以增加假体植入后的骨长入量及假体的稳定性。

在假体制备过程中，可根据患者不同病情及损伤情况将假体制成带有桡骨组件及不带桡骨组件的钽涂层人工肘关节假体，不带有桡骨组件的假体将不具有尺骨侧臼及桡骨组件。

以上所述钽涂层人工假体的基体材料如医用不锈钢（00Cr18Ni14Mo3或00Cr18Ni15Mo3N）、钛（Ti）、钛合金（Ti-6Al-4V）或钴铬钼合金（Co30Cr6Mo0.35C），仅为本发明较为典型几种实施例的具体实施方式，由于医用医用不锈钢、纯金属及合金的种类较多，因此本发明并不限于上述几种实施例所提及人工假体的基体材料。

 以上所述，仅为本发明较佳实施例的具体实施方式，本发明并不限于该实施例，对于本领域的技术人员，在本发明给出的范畴内进行技术特征的添加和替换均属于本发明的范围，因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.钽涂层人工肘关节假体的设计方法，它包括假体的肱骨组件（1）、尺骨组件（2）及桡骨组件三个组件，各组件由相应的柄身如肱骨柄身（7）、尺骨柄身（8）及桡骨柄身（9）及相应的关节连接体如肱骨曲轴（4）、尺骨套管（5）、尺骨侧臼（6）、及桡骨小头（13），其特征是：各组件柄身外表面包裹有钽涂层（16），钽涂层（16）为微孔结构。

2.根据权利要求1所述的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，其特征是：所述的各组柄身为假体植入时插入相应骨骼骨髓腔的部分。

3.根据权利要求1所述的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，其特征是：所述的钽表面（16）厚度为30-800μm，微孔率为20%-50%。

4.根据权利要求1所述的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，其特征是：所述肱骨组件的柄身（7）为圆柱状体或圆锥体，圆柱状体或圆锥体的一端细，另一端稍粗，且沿一边增加宽度，使粗端呈圆弧状过度并形成中央为曲轴（4）。

5.根据权利要求1所述的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，其特征是：所述尺骨组件近端为套管结构（5）与肱骨组件的的曲轴（4）相嵌套形成关节连接结构（2），套管结构（5）向远端延伸并逐渐变细形成外观呈直线或弧线形的圆柱状体或圆锥体柄身（8）。

6.根据权利要求1所述的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，其特征是：所述桡骨组件（3）近端为桡骨小头（13）与尺骨组件近端向桡侧伸出一个连接桡骨小头（13）的侧臼（12），侧臼（6）内为一圆柱形中空凹槽（12），凹槽（12）与桡骨小头（13）嵌套形成上尺桡关节，桡骨小头（13）向远端延伸为桡骨柄身（8）并逐渐变细形成外观呈圆锥体柄身。

7.根据权利要求1所述的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，其特征是：所述的肱骨柄身（7）、尺骨柄身（8）及桡骨柄身（9）外表面包裹有钽表面（16）的部位是柄身上部或柄身任何部位的外表面。

8.根据权利要求4所述的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，其特征是：所述的肱骨组件（1）、尺骨组件（2）可以通过关节连接结构如肱骨曲轴（4）、尺骨套管（5）的旋转运动进行假体植入后的关节有限屈伸运动（0-140°）；尺骨组件套管（5）的后部有一卡突结构（15），在受到肱骨组件（1）的关节限制凸（14）阻挡时限制尺骨组件（2）过伸运动；所述的桡骨组件（3）近端为关节球头（13）与尺骨组件（2）近端向桡侧伸出一个侧臼（6）内的臼槽（12）相嵌套形成关节连接，桡骨关节球头（13）在臼槽（12）内以桡骨长轴为轴心进行旋转，完成桡骨的旋前、旋后运动；所述尺骨套管结构（5）与肱骨组件的曲轴（4）相嵌套形成关节连接；尺骨套管（5）的内层为聚乙烯套（10），两端为聚乙烯套垫衬垫（17）组成，防止两金属组件直接接触，减少植入后组件的运动磨损。

9.根据权利要求5所述的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，其特征是：所述桡骨组件近端为关节球头（13）与尺骨组件（2）近端尺骨侧臼（6）的臼槽（12）相嵌套形成关节连接，臼槽（12）为圆柱形金属臼杯（6）内部的中空结构，臼槽（12）内衬一个球形中空聚乙烯衬垫（11），球形中空聚乙烯衬垫（11）套接于桡骨球头（13）外面，聚乙烯衬垫（11）外部呈圆柱形，与金属臼杯（6）套接，聚乙烯衬垫可以防止金属组件直接接触，减少植入后的组件磨损。

10.根据权利要求1所述的钽涂层人工肘关节假体的设计方法，其特征是：所述的人工肘关节假体是医用不锈钢00Cr18Ni14Mo3或00Cr18Ni15Mo3N或钛Ti或钛合金Ti-6Al-4V或钴铬钼合金Co30Cr6Mo0.35C材料作为基体。

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