CN103200903A - 具有引导伸展弯曲运动的膝盖假体 - Google Patents

Abstract

一种整形膝关节假体（10）可在牵引和弯曲的运动范围内提供引导运动。在弯曲状态下，胫骨支承部件（16）移动到第一位置，在该位置，形成在股骨部件（12）中的后部仿形件（36）与结合到胫骨部件（14）的胫骨突出部（18）接合。后部仿形件和突出部之间的接触在整个弯曲运动范围内引导膝关节假体的运动轨迹。在伸展状态下，支承部件移动到第二位置，在该位置，形成在股骨部件中的前部仿形件（34）接合突出部。前部仿形件和突出部之间的接触在整个伸展范围内引导膝关节假体的运动轨迹。前部和后部仿形件、移动支承部件和胫骨部件突出部相互配合以在整个运动范围内简化膝关节假体的引导伸展弯曲运动。

Description

具有引导伸展弯曲运动的膝盖假体

技术领域

本申请涉及一种整形假体，特别涉及一种膝盖假体。

背景技术

通常利用整形假体来修复和/或替换人体中损坏的骨头和组织。例如，膝盖假体包括胫骨部件和/或股骨部件来替换胫骨和/或股骨中损坏的骨头。膝盖假体设法提供与膝盖的天然解剖学关节联接类似的关节联接。

全膝盖置换术（TKR）包括植入一些用来恢复天然膝盖正常提供的功能的部件。典型的TKR部件包括胫骨部件、股骨部件和设在胫骨和股骨部件之间的插入件或者支承部件。插入部件用来在股骨部件和插入件之间的接触面上提供合适的摩擦力和接触面积。例如，股骨部件的凸曲率和胫骨插入件的对应凹曲率之间的高度一致性在接触面形成大面积接触和相应的低压力。然而，这种高度一致性也增加了在插入件和股骨部件之间的关节联接期间，即膝盖伸展弯曲运动期间股骨部件和插入件之间的剪切力的大小。

在某些可被称为"后稳定型"假体的TKR假体中，设在股骨部件的髁间窝的后部的仿形件（cam）与形成在胫骨部件中的突出部配合，以引导或者限制某些预定边界内的运动。例如，后稳定型假体可包括与胫骨支承插入件（或者"半月板部件"）一体形成的突出部，胫骨支承插入件与形成在股骨部件中的仿形件相互作用以使股骨在KTR假体弯曲期间后翻。通常，股骨部件和胫骨插入件之间的关节接触面具有低度或者中度一致性，以便于股骨后翻期间出现的滑动。后稳定型假体在后交叉韧带（PCL）撕裂或者其他损坏的情况下或者在PCL在手术期间被切除的情况下适用。

另外，某些膝盖假体包括位于股骨部件中后朝向的结构，其在膝盖假体处于"全伸展"或者"过度伸展"结构时接合胫骨突出部前朝向的表面。在这些系统中，股骨部分和突出部之间的相互作用作为膝盖假体伸展超过预定伸展之后的物理预防。这种"预防过度伸展"通常导致股骨部分和胫骨突出部在伸展或者过度伸展的点或者在伸展或者过度伸展的小范围内的完全接合，这与在整个运动范围接合相反。

另一方面，一些股骨部件与胫骨突出部在膝盖假体运动范围内相互作用，以促进整个运动"引导"范围内的特定运动轨迹。在有些情况下，举例来说，股骨部件结构和胫骨突出部之间的相互作用可被用来模仿某些运动范围内的固有运动轨迹。例如，一种这样的运动轨迹可以模仿股骨部件在深度弯曲状态下的外旋。引导运动轨迹也可模仿"股骨后翻"，即，在弯曲期间股骨/胫骨关节接触点的后部移动。

在又一个TKR膝盖假体设计中，允许胫骨插入件在胫骨部件的朝向近端的（近关节）胫骨板上的有限运动范围内运动。在这些"移动支承式"膝盖假体系统中，股骨部件相对于胫骨部件的移动可通过胫骨插入件和胫骨板之间的接触面处的运动实现，而不是胫骨插入件和股骨髁之间的接触面处。

发明内容

本发明提供一种整形膝关节假体，该假体可在伸展和弯曲的整个大范围运动期间提供引导运动。当假体弯曲（即膝盖弯曲）时，胫骨支承部件移动到第一位置，在该位置，形成在股骨部件中的后部仿形件与结合到胫骨部件的胫骨突出部接合。当如此接合时，后部仿形件和突出部之间的接触引导膝关节假体在整个大范围弯曲运动期间的运动轨迹。当假体伸展（即膝盖从弯曲位置伸直）时，支承部件移动到第二位置，在该位置，形成在股骨部件中的前部仿形件与突出部接合。当如此接合时，前部仿形件和突出部引导膝关节假体在整个大范围伸展运动期间的运动轨迹。前部和后部仿形件、移动支承插入件和胫骨部件安装突出部全都相互配合，以简化膝关节假体在整个大范围运动期间的引导伸展弯曲运动。

虽然在指向后方的力相对于胫骨部件作用于股骨部件时，前部仿形件接合突出部，例如在假体从弯曲状态运动到伸展状态时，后部仿形件在指向前方的力相对于胫骨部件作用于股骨部件时接合突出部，例如在假体从伸展状态运动到弯曲状态时。

为了简化伸展和弯曲引导的范围，移动支承部件允许前部和后部仿形件相对于突出部移动。这种移动出现在从弯曲运动到伸展运动的变形期间，或者反之亦然，这会改变支承插入件的位置和前部仿形件/突出部的相互作用和后部仿形件/突出部的相互作用之间的转换。

在一种方式中，本发明提供一种在伸展和弯曲之间可移动的膝关节假体，该假体包括：股骨部件，包括：横向髁和中间髁；关节表面，其包括横向髁和中间髁的各个表面；与该关节表面相对的骨接触表面，该骨接触表面适于在股骨部件附接到股骨上时与股骨的远端部分邻接；前部仿形件；和设置在前部仿形件后部的后部仿形件；具有胫骨板的胫骨部件，突出部从其朝向近端（近关节）延伸，当该股骨部件经过从弯曲结构到伸展结构的假体运动范围运动时，该前部仿形件可与该突出部接合以形成第一横向力，该胫骨板限定出朝向近端的胫骨部件支承表面；和胫骨插入件，包括：远端插入件支承表面，其可滑动地邻接该胫骨部件支承表面以在之间限定接触面，该接触面为施加在该接触面上的位于该胫骨插入件和胫骨部件之间的给定压缩提供第一横向运动阻力；和近端关节表面，其大小和形状设计为邻接该股骨部件的横向髁和中间髁，以为给定压缩提供第二横向运动阻力，第二阻力大于第一阻力，第一横向力大于第一运动阻力，由此该股骨部件和该胫骨插入件在前部仿形件接合突出部时成对移动（平移）。

在另一种方式中，本发明提供一种膝关节假体，包括：胫骨部件，具有朝向近端的胫骨板；突出部，结合到该胫骨部件并从该胫骨板朝向近端突出，该突出部限定出前后跨度；胫骨插入件，可附接到该胫骨部件上，该胫骨插入件包括：插入件支承表面，其与胫骨部件的胫骨板邻接，并与其滑动接合；近端关节表面，该关节表面与该插入件支承表面相对设置；和椭圆孔，该椭圆孔形成在胫骨插入件内，以使得至少一部分突出部经过该椭圆孔，该椭圆孔具有比突出部的前后跨度更大的前后尺寸，由此，该胫骨插入件可相对于胫骨部件在前后方向上滑动；和股骨部件，其可在伸展结构和弯曲结构之间与胫骨插入件相联接，该股骨部件包括：关节表面，其在股骨部件与胫骨插入件相联接时与胫骨插入件的关节表面邻接；前部仿形件，其可在从弯曲结构到伸展结构的第一运动范围内与突出部接合；和后部仿形件，其可在从伸展结构到弯曲结构的第二运动范围内与突出部接合。

在又一种方式中，本发明提供一种膝关节假体，包括：股骨部件，包括：横向髁和中间髁；关节表面，其包括横向髁和中间髁的各个表面；与该关节表面相对的骨接触表面，该骨接触表面适于在股骨部件附接到股骨上时与股骨的远端部分邻接；前部仿形件；和设置在前部仿形件后部的后部仿形件；具有胫骨板的胫骨部件，突出部从其朝向近端延伸，该胫骨板限定出朝向近端的胫骨部件支承表面；胫骨插入件，包括：远端插入件支承表面，其可滑动地邻接该胫骨部件以在之间限定接触面，该接触面对施加在该接触面上的位于该胫骨插入件和胫骨部件之间的给定压缩提供第一横向运动阻力；和近端关节表面，其大小与形状设计为邻接该股骨部件的横向髁和中间髁，以为给定压缩提供第二横向运动阻力，第二阻力大于第一阻力；和一装置，用于在伸展运动和弯曲运动之间出现假体变形时相对于该胫骨部件前后移动胫骨插入件和股骨部件。

当出现假体变形时，用于前后移动的装置可促使所述后部仿形件和所述前部仿形件中的一个与所述突出部分离，并且使所述后部仿形件和所述前部仿形件中的另一个与所述突出部接合。

用于前后移动的装置包括与所述胫骨插入件的近端关节表面配合的所述股骨部件的所述关节表面和所述接触面。

用于前后移动的装置包括形成在所述胫骨插入件中的椭圆孔，所述椭圆孔限定出比所述突出部的相应前后跨度更大的前后跨度。

附图说明

通过结合伴随附图参考接下来的具体实施方式，本发明的上述以及其他特征和优势，以及实现的方式将变得更加显而易见，并且发明本身也可被更好地理解，其中：

图1是根据本发明的膝关节假体的正视横截面视图，图示为弯曲运动开始时的伸展结构；

图2是图1所示的膝关节假体的正视剖视图，图示为弯曲运动期间的部分弯曲结构；

图3是图1所示的膝关节假体的正视部分剖视图，图示为弯曲运动期间的高弯曲结构；

图4是图1所示的高度弯曲假体的正视部分剖视图，图示为在从弯曲运动到伸展运动的变形之后，稍小于图3所示的弯曲结构；

图5是图1所示的膝关节假体的正视部分剖视图，图示为伸展运动期间的部分弯曲结构；

图6是图1所示的膝关节假体的正视剖视图，图示为伸展运动之后处于伸展的结构；

图7是根据本发明的膝关节假体的分解透视图；和

图8是根据本发明的胫骨插入件的透视图。

在多个视图中，相应的附图标记表示相应的部件。在此阐述的例证图示出本发明的示例性实施例，这种例证不应被看作以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

本发明提供一种膝关节假体，其能够在整个伸展弯曲运动的大范围内通过仿形件/突出部的相互作用实现引导的伸展弯曲运动。该膝关节假体包括胫骨部件、相对于该胫骨部件可移动的胫骨插入部件（即"移动支承式"胫骨插入件）、从该胫骨部件开始朝向近端（近关节）延伸并且经过该胫骨插入件的突出部、以及具有一对与突出部相互作用的仿形件的股骨部件。更具体而言，本发明的膝关节假体利用由后部仿形件和突出部之间的相互作用而被驱动的弯曲引导来引导大范围的弯曲运动。相反地，大范围的伸展运动是由前部仿形件和突出部之间的相互作用引导的。该移动支承平台便于前部仿形件/突出部接触与后部仿形件/突出部接触之间的转换。

有利地，根据本发明的膝关节假体实现由股骨部件和胫骨插入件之间的高度一致引起的低接触压力，同时也实现由移动支承带来的低磨损和长寿命。另外，伸展弯曲运动中的引导运动能够真正控制膝关节假体的运动轨迹。

为了使胫骨和股骨接受本发明的膝关节假体，任何一种合适的制备膝关节的方法或者设备都可使用。在接下来的论述中，"近端（朝向近端）"指的是朝向病人躯干的方向，而"远端（朝向远端）"指的是与近端相反的方向，即远离病人躯干的方向。"前部"指的是朝向病人正面的方向，而"后部"指的是与前部相反的方向，即朝向病人背面的方向。对于膝关节假体部件，"前部"、"后部"、"近端"和"远端"指的是当膝关节假体处于伸展结构（即相当于伸直腿）时各部件相对于病人的朝向。虽然在此描述的实施例是相对于右膝盖进行描述的，应当理解的是，本发明同样适用于左膝盖结构。

1.膝关节假体结构

现在参考图1，膝关节假体10包括股骨部件12、胫骨部件14、胫骨插入件16和突出部18。股骨和胫骨部件12，14适于分别安装到远端的股骨和近端的胫骨上，正如以下详细讨论的。胫骨插入件16邻接胫骨部件14的近端面并且设置在股骨部件12和胫骨部件14之间。股骨部件12安放在胫骨插入件16上，并且胫骨插入件16在膝关节假体10的联接期间在股骨和胫骨部件12，14之间提供支承表面。突出部18结合到胫骨部件14并且朝向近端延伸经过胫骨插入件16并与股骨部件12接合。

最好如图7所示，股骨部件12包括骨接触表面20和关节表面22，各自在股骨部件12的前部24和后部26之间延伸。骨接触表面20适于将股骨部件12附接到股骨的远端部分，例如利用骨接合剂。股骨部件12包括中间髁28和横向髁30，髁间窝32形成在髁28，30之间。关节表面22大体与骨接触表面20相对设置，并且包括中间髁28和横向髁30的外表面以及股骨部件12的前凸缘的外表面。前部仿形件34从邻接前部24的骨接触表面20朝向近端延伸（即朝上），并且在示例性实施例中，前部仿形件34靠近髁间窝32的前端（即，靠近股骨部件12的前部24上髁间窝32结束的位置）。股骨部件12进一步包括靠近后部26并且位于中间髁和横向髁28，30之间的后部仿形件36。后部仿形件36位于前部仿形件34的后部，并且从中间髁28到横向髁3横跨髁间窝32。正如接下来更详细描述的，前部和后部仿形件34，36与突出部18配合，以分别引导膝关节假体10的伸展弯曲运动。

仍旧参考图7，胫骨部件14包括胫骨柄38，胫骨柄从胫骨板40开始并且远离胫骨插入件16向远（远关节）延伸。胫骨柄38适于安放在胫骨的髓腔内以将胫骨部件14锚固到胫骨的近端。胫骨板40进一步包括朝向近端的胫骨部件支承表面42。正如接下来更详细描述的，胫骨部件支承表面42适于允许接触面44上的胫骨插入件16和胫骨部件14之间的低摩擦滑动（图1-6），以使得胫骨插入件16和股骨部件12成对地一起运动。换言之，胫骨插入件16和股骨部件12适于在某些联接（成关节）状态以及膝关节假体10的某些弯曲范围内作为单个元件相对于胫骨部件14移动，正如接下来详细论述的。

正如图1-6中清楚所见，突出部18从胫骨板40的支承表面42朝向近端延伸。在所示实施例中，突出部18图示为包括远端突出部段46的单独部件，其尺寸为可安放在形成于胫骨部件14中的具有相应尺寸的腔48（图7）内。在本发明的一个实施例中，远端突出部段46大体为圆柱形。在其他实施例中，突出部18的远端突出部段46可以是非圆柱形并且牢固地锁定在胫骨部件14内。在又一个替代实施例中，突出部18可与胫骨部件14一体形成和/或整体形成。突出部18的近端部分50限定了前部仿形件表面52和后部仿形件表面54。如下文中所详述的，前部仿形件表面52成形为并且适于在腿伸直时与股骨部件12的前部仿形件34配合来引导膝关节假体10，因此在伸展期间产生希望的关节特性。类似地的，后部仿形件表面54成形为并且适于在腿弯曲时与后部仿形件36配合来引导膝关节假体10，因此在弯曲期间产生希望的关节特性。

回头参见图7，胫骨插入件16的近端朝向上方的表面包括中间关节表面56和横向关节表面58，这些关节表面成形为分别与中间髁28和横向髁30联接。胫骨插入件16还包括与关节表面56，58相对设置的远端支承表面62。当与胫骨部件支承表面42邻接滑动接合设置时，远端支承表面62与胫骨部件支承表面42配合以提供低摩擦接触面44。

中间和横向关节表面56，58与股骨部件12的关节表面22具有高度一致性，因为中间髁和横向髁28，30的弯曲凸起分别与中间和横向关节表面56，58严格对应。正如下文中所详述的，这种高度一致性使股骨部件12的各个关节表面与胫骨插入件16之间保持大面积接触，同时还增加横向力从股骨部件12到胫骨插入件16的传递能力。对本发明来说，横向力是具有中间/横向矢量分量、前/后矢量分量或其组合的力。对于站立或者行走病人，横向力大体平行于躯体的解剖学横断面。

作用于股骨部件12和胫骨插入件16之间的关节接触区域上的横向力可以例如是由突出部18和股骨部件12的前部和/或后部仿形件34，36之间的相互作用产生的。举例来说，当前部仿形件34在伸展期间接触到近端突出部段50的前部仿形件表面52时（如下文中所详述的），横向力通过易于在前部推动股骨部件12的（静止）突出部18作用于股骨部件12上。相反地，当后部仿形件36在弯曲期间接触到近端突出部段50的后部仿形件表面54时，横向力通过易于在后部推动股骨部件12的突出部18作用于股骨部件12上。

股骨部件12的关节表面22和胫骨插入件16的关节表面56，58的接触面上的高度表面一致性增加了两个部件在假体10联接期间经受较高剪切力而不相对于彼此滑动的可能性。关节表面56，58的凹入碟状弧面支托各个髁28，30的相应凸出弧面，以使得股骨部件12将必须朝向近端运动（或者胫骨插入件16将必须朝向远端（远关节）运动）以适应之间的相对滑动。由此可见，股骨部件12和胫骨插入件16之间的关节接触表面上的一致性给横向运动（即前后移动）带来物理障碍。

另一方面，胫骨插入件16和胫骨部件14之间的相对低的摩擦接触面44在应用横向力时在滑动阻力方面产生差异，下部接触面44允许在较低的力临界值下滑动。由于这种差异，通过仿形件/突出部的相互作用在股骨部件12中产生的横向力可通过胫骨插入件16有效地传递，以使得在胫骨插入件16的近端关节表面56，58和股骨部件12的关节表面22之间的接触面上出现任何一种这样的滑动之前，可出现接触面44上的滑动。因而，股骨部件12的关节表面22的接触面和胫骨插入件16的关节表面56，58的接触面的高度表面一致性允许上述横向力用作股骨部件12和胫骨插入件16相对于胫骨部件14滑动移动的动力，而不是有助于胫骨插入件16和股骨部件12之间的滑动。

可以预期的是，胫骨插入件16的近端关节表面56，58和远端关节表面62的具体摩擦特性和几何特性可以各种方式设计，假设相邻部件的相互作用引起上述阻力差值以便于施加横向力时在接触面44上开始产生滑动。此外，可以理解的是，摩擦特性在胫骨插入件16的近端和远端表面上的滑动阻力方面起到重要作用。为了确保滑动阻力上的合适差值，应当考虑到，胫骨插入件16和相邻部件之间的整个接触面积以及通常施加到膝关节假体上的压力，来选择接触面44以及胫骨插入件16的各个关节表面与胫骨部件12之间的接触面上的摩擦系数。然而，施加到接触面44上的任何压力也必然施加到股骨部件12和胫骨插入件16之间的接触面上。因此，摩擦系数可以如此选择，以使得接触面44上的系数小于股骨部件/胫骨插入件接触面上的系数。当以这种方式选择摩擦系数时，滑动将在接触面44上可靠性开始，用于人类膝关节中经受的任何一种典型的压力值。

为了便于前部或者后部方向上的这种滑动移动，胫骨插入件16包括贯穿的椭圆孔60（图8），该孔设置在中间和横向关节表面56，58之间。孔60在中间横向方向上仅仅比突出部18的相应的中间横向宽度稍宽，这将允许突出部18在组装膝关节假体10时容易地穿过孔60。然而，孔60的前后尺寸（即，椭圆孔60的"长"尺寸）明显大于突出部18的相应的前后跨度。正如接下来详细论述的，椭圆孔60允许胫骨插入件16的前后滑动（即，插入件16是"移动支承式"插入件），同时基本上阻止了中间或者横向运动。

2.膝关节假体工作特性

总体参考图1-6，膝关节假体10图示为处于各种位置，从刚刚开始弯曲的伸展结构（图1）开始，经过弯曲运动期间的中度和高度弯曲（图2和3），在伸展运动期间反向经过中度和高度弯曲（图4和5），回到伸展运动后的伸展结构（图6）。正如下所述，膝关节假体10开始弯曲使膝关节假体10从图6的结构移动到图1的结构。为方便起见，股骨部件12的中间髁28和胫骨部件14的中间关节表面56图示于图1-6中，但是当然可以理解的是，类似的相互作用出现在横向髁30和横向关节表面58之间。

具体参见图1，膝关节假体10图示为处于在开始弯曲之后的伸展结构（即零度弯曲）。膝关节假体10的最初弯曲开始使后部仿形件36朝向突出部18移动，同时使前部仿形件34远离突出部18移动。因此，前部仿形件34和后部仿形件36在图1所示的弯曲初期都不与近端突出部段50的前部和后部仿形件表面52，54接触。前部间隙64存在于远端突出部段46和形成在胫骨插入件16中的椭圆孔60（图8）的前表面66之间。正如接下来根据图6更详细论述的，前部间隙64是由膝关节假体10的伸展运动引起的，例如使膝关节假体10达到图1所示的伸展结构所要求的伸展运动。

现在参考图2，膝关节假体10图示为处于与大约45°的膝关节弯曲对应的中度弯曲结构，经历了从图1的伸展位置到图2所示的部分弯曲位置的弯曲运动（由图2中的箭头F₁示意性表示）。后部仿形件36已与近端突出部段50的后部仿形件表面54接合。当股骨部件12相对于胫骨插入件16从伸展状态（图1）到中度弯曲状态（图2）联接时，后部仿形件36和后部仿形件表面54在弯曲开始之后不久就接合并且在弯曲过程中（即到图2的中度弯曲结构）保持持续接合。这种仿形件-突出部的接合引导膝关节假体10的运动，因为后部仿形件36跟随仿形件表面54的轨迹运动（图1中图示为笔直轨迹）。

由近端突出部段50的后部仿形件表面54和后部仿形件36之间的相互作用提供的引导的一个方面是胫骨插入件16从图1所示的位置到图2所示的位置的运动。具体而言，胫骨插入件16向后部运动以闭合前部间隙64（图1）并且打开突出部18和椭圆孔60（图8）的后表面70之间的后部间隙68（图2）。这种向后部运动起因于胫骨插入件16的近端表面和远端表面上的横向阻力的不一致，正如上详细论述的。更具体而言，对于施加到胫骨插入件16上的给定的近端/远端压力（例如，沿着腿的纵向轴线，比如从站立或者行走开始），由股骨部件12的关节表面22和胫骨插入件16的关节表面56，58之间的相互作用产生的横向力大于来自胫骨部件14的支承表面42和胫骨插入件16的远端表面62之间的相互作用的相应的横向力（在接触面44上）。因此，当后部仿形件36在弯曲初期最初接合突出部18时，胫骨部件12和胫骨插入件16向后运动，使这一对在胫骨插入件16在接触面44上相对于胫骨部件14向后滑动时作为一个元件相对于胫骨部件14一起移动。这种向后运动闭合前部间隙64并且打开后部间隙68，如图2所示。

因此，股骨部件12的关节表面22和胫骨插入件16的关节表面56，58之间的高度一致性，特别是在弯曲初期，使股骨部件12和胫骨插入件16作为一对向后运动，从而后部仿形件36和突出部18之间的相互作用使前部间隙64闭合并且使后部间隙68打开。

现在转向图3，图示出从图2所示的结构进一步弯曲至大于90°弯曲的膝关节假体10。在从大约45°（图2）到大于90°（在图3中由箭头F₂示意性图示）的弯曲期间，后部仿形件36保持与近端突出部段50的后部仿形件表面54接合。进一步地，后部仿形件36沿后部仿形件表面54向远运动，以使得形成在后部仿形件表面54上的任何一种曲线或者其他几何结构都将在弯曲联接期间引导股骨部件12的运动轨迹。

另外，前部间隙64已经在图2所示的部分弯曲结构中闭合，因此股骨部件12停止与同胫骨插入件16作为一个元件运动。反之，股骨部件12的关节表面22开始在中间和横向关节表面56，58上滑动，以允许股骨"后翻"。由于股骨部件12的这种滑动，当膝关节假体10已经从图2的部分弯曲行进到图3的深度弯曲时，关节表面22和胫骨插入件16的中间和横向关节表面56，58之间的接触点朝向股骨部件12的后部26运动。然而，由接触点的向后运动引起的横向剪切力小于胫骨插入件16在弯曲初期阶段中运动引起的相应的力（如上所述）。在深度弯曲状态下降低的剪切力是由髁28，30和关节表面56，58之间的接触引起的，逐渐从伸展结构中相对较大的接触面积（即图1）转换为弯曲结构中相对较小的接触面积（即图3）。接触面积的减少是股骨部件12的关节表面22的曲率半径朝向后部26伴随减少的结果，正如图1-6中示意性图示的。

现在转向图4，图示出膝关节假体10在由图1-3表示的弯曲运动停止之后以及伸展运动初期（由图4中箭头E₁示意性表示）过程中处于深度弯曲结构。对本发明来说，股骨部件12的转动方向的这种改变，例如从弯曲运动到伸展运动或者反之亦然，被称为假体变形。如图4所示，后部仿形件36在最初伸展运动开始之际与近端突出部段50的后部仿形件表面54分离，而随着最初伸展运动的继续，前部仿形件34随后与近端突出部段50的前部仿形件表面52接合。

在前部仿形件34与突出部18接合之后，后部间隙68开始闭合而前部间隙64再次打开。与如上所述的从前部间隙64到后部间隙68的变化类似，在伸展期间出现的从后部间隙68到前部间隙64的变化是股骨/插入件剪切力的结果，与形成在接触面44上的相应的横向力阻力相比，这种剪切力具有抵抗前部仿形件34和突出部18之间的相互作用产生的横向力的更大的能力。具体地说，源自股骨部件12的关节表面22和胫骨插入件16的关节表面56，58之间的相互作用的剪切力大于在接触面44上胫骨部件14和胫骨插入件16之间的摩擦作用，从而胫骨插入件16在向前移动期间跟随股骨部件12运动。因此，随着后部间隙68闭合，股骨部件12和胫骨插入件16向前运动，是该对作为一个元件的移动。

现在转向图5，图示出膝关节假体10处于部分弯曲位置，经历从图4所示的深度弯曲结构到图5所示的部分弯曲结构的进一步伸展（由图5中箭头E₂示意性图示）。前部仿形件34保持与近端突出部段50的前部仿形件表面52完全接合，并且后部间隙68（图4）完全闭合以为完全打开的前部间隙64（图5）让路。

另外，前部仿形件34和前部仿形件表面52之间的相互作用的特性在伸展运动期间以不同弯曲度变化。在所示实施例中，如图4所示，仿形件34和前部仿形件表面52之间的相对较小的表面接触为图5所示的其间相对较大的相应的表面接触让路。在图4-6所示的实施例中，当假体10从弯曲状态向伸展状态运动时，前部仿形件34在大约45°弯曲时达到与前部仿形件表面52接合的最大面积。举例来说，大的表面接触可以帮助推动关节表面22和关节表面56，58之间的滑动运动（正如接下来详细论述的）。

此外，前部仿形件34和前部仿形件表面52的特定形状在伸展运动期间引导股骨部件12相对于胫骨插入件16的联接。虽然图示实施例显示了可以用来获得希望运动引导结果的特定仿形件/突出部的几何结构，但是落入本发明范围内的是，前部仿形件34和/或近端突出部段50的前部仿形件表面52的形状、尺寸和几何结构可以改变，以获得特定应用所需或者希望的任何一种运动轨迹。

现在转向图6，图示出膝关节假体10处于已经从图4所示的深度弯曲位置伸展之后的完全伸展位置（由图6中箭头E₃示意性图示），经过图5所示的部分弯曲位置，最后到达图6所示的伸展位置。前部仿形件34与前部仿形件表面52保持接触，并且在伸展弯曲运动期间不会出现后部仿形件36和近端突出部段50的后部仿形件表面54之间的接触。因此，前部间隙64保持完全打开而后部间隙68（图2-4）保持完全闭合。如果弯曲再次开始，膝关节假体10的股骨部件12将向前滑动以转变为图1所示的结构，由后部仿形件36和突出部18的相互作用引起的弯曲引导过程将再次如图1-3所示地进行。

有利地，胫骨插入件16的"移动支承式"设计，即胫骨插入件16在接触面44上相对于胫骨部件14向前滑动以打开或者闭合前部和后部间隙64，68的能力允许前部和后部仿形件34，36在伸展弯曲运动的整个运动范围内与突出部18的近端突出部段50上的相应的仿形件表面52，54接合。因此，基本上在整个弯曲运动范围内以及基本上在整个伸展运动范围内，膝关节假体10的运动轨迹可被突出部18和股骨部件12的仿形件34或者36之间的相互作用引导或者受突出部18和股骨部件12的仿形件34或者36之间的相互作用的影响。

例如，在示例性图示实施例中，源自仿形件/突出部相互作用的引导运动可以实现不超过80°的伸展运动（经由前部仿形件34和仿形件表面52之间的相互作用）。引导运动同样可以实现不超过95°或更多的弯曲运动（经由后部仿形件36和仿形件表面54之间的相互作用）。在示例性实施例中，仿形件/突出部相互作用可出现在弯曲运动期间的大约60°弯曲到155°弯曲以及伸展运动期间的大约80°弯曲到完全伸展（即0°弯曲）。

同样有利地，由膝关节假体10经受的伸展弯曲引导运动可以实现，在股骨部件12和胫骨插入件16之间的关节接触面上具有最小滑动。这种最小化的滑动以至少两种方式减轻中间和横向关节表面56，58的磨损。首先，少量的滑动使与摩擦有关的磨损可能性最小。其次，少量的滑动允许髁28，30和关节表面56，58之间的高度一致性（正如上所论述的），以使得之间的接触压力和该接触面上经受的合力相对小。

同时有利地，股骨部件12、胫骨部件14、胫骨插入件16和突出部18的各种参数都可修改，以获得膝关节假体10的伸展弯曲运动的特定、希望的运动轨迹。举例来说，这些参数包括：前部和后部仿形件34，36的形状和几何结构；前部和后部仿形件表面52，54的形状和几何结构；突出部18的近端突出部段50的尺寸以及突出部18和胫骨部件14之间的相对连接位置；椭圆孔60的总尺寸（以及通过伸展，前部和后部间隙64，68的最大尺寸）；股骨部件12的关节表面22与胫骨插入件16的中间和/或横向关节表面56，58之间的相互作用特性（即，剪切力的产生）；在接触面44上胫骨部件14的支承表面42与胫骨插入件16的远端表面62之间的相互作用特性（即静摩擦和动摩擦）；以及可以根据任何一种已知的方法改变的膝关节假体10的其他特征。

虽然本发明已被描述为具有示例性设计，本发明还可在公开内容的本质和范围内进一步改动。因此，本申请意欲覆盖使用一般原理的、本发明的任何一种变化、应用或适应性变化。进一步地，本申请意欲涵盖本发明的这种偏离，其是已知的或者属于本发明所属领域的惯例并且落入所附权利要求的限制。

Claims (22)

1.一种膝关节假体（10），包括：

胫骨部件（14），具有朝向近端的胫骨板（40）；

突出部（18），结合到所述胫骨部件（14）并且从所述胫骨板（40）向近端伸出，所述突出部（18）限定前后跨度；

胫骨插入件（16），可附接到所述胫骨部件（14），所述胫骨插入件（16）包括：

插入件支承表面（62），与所述胫骨部件（14）的所述胫骨板（40）邻接，且与所述胫骨部件（14）的所述胫骨板（40）滑动接合；

近端关节表面（56、58），所述关节表面（56、58）与所述插入件支承表面（62）相对设置；和

椭圆孔（60），形成在所述胫骨插入件（16）内，以使得所述突出部（18）的至少一部分穿过所述椭圆孔（60），所述椭圆孔（60）具有大于所述突出部（18）的所述前后跨度的前后尺寸，由此所述胫骨插入件（16）相对于所述胫骨部件（14）在前后方向上可滑动；和

股骨部件（12），其可在伸展结构和弯曲结构之间与所述胫骨插入件（16）相联接，所述股骨部件（12）包括：

关节表面（22），在所述股骨部件（12）与所述胫骨插入件（16）联接时与所述胫骨插入件（16）的所述关节表面（56，58）邻接；

前部仿形件（34），其在从弯曲结构到伸展结构的第一运动范围内与所述突出部（18）可接合；和

后部仿形件（36），其在从伸展结构到弯曲结构的第二运动范围内与所述突出部（18）可接合。

2.如权利要求1所述的膝关节假体，其特征在于，第一运动范围为至少80度。

3.如权利要求1或2所述的膝关节假体，其特征在于，第一运动范围从80度弯曲延伸到零度弯曲。

4.如权利要求1-3中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，第二运动范围为至少95度。

5.如权利要求1-4中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，第二运动范围从155度弯曲延伸到60度弯曲。

6.一种在伸展和弯曲之间可移动的膝关节假体，所述假体包括：

股骨部件，包括：

横向髁和中间髁；

关节表面，其包括所述横向髁和中间髁的各个表面；

骨接触表面，与所述关节表面相对，所述骨接触表面适于在股骨部件固定到股骨上时与股骨的远端部分邻接；

前部仿形件；和

后部仿形件，设置在所述前部仿形件的后部；

胫骨部件，具有胫骨板，突出部从其朝向近端延伸，当所述股骨部件经过从弯曲结构到伸展结构的假体运动范围运动时，所述前部仿形件与所述突出部可接合以形成第一横向力，所述胫骨板限定出朝向近端的胫骨部件支承表面；和

胫骨插入件，包括：

远端插入件支承表面，其可滑动地与所述胫骨部件支承表面邻接以在它们之间限定接触面，该接触面对施加在所述接触面上的位于所述胫骨插入件和所述胫骨部件之间的给定压缩提供第一横向运动阻力；和

近端关节表面，其大小和形状设计为与所述股骨部件的所述横向髁和所述中间髁邻接，以为给定压缩提供第二横向运动阻力，第二阻力大于第一阻力，

所述第一横向力大于所述第一运动阻力，由此所述股骨部件和所述胫骨插入件在所述前部仿形件接合所述突出部时成对移动。

7.如权利要求6所述的膝关节假体，其特征在于，当指向后方的力相对于胫骨部件作用在股骨部件上时，所述前部仿形件在80度弯曲和零度弯曲之间的假体运动范围内接合所述突出部。

8.如权利要求6或7所述的膝关节假体，其特征在于，当指向前方的力相对于胫骨部件作用于股骨部件上时，在所述股骨部件从伸展结构运动到弯曲结构时，所述后部仿形件与所述突出部可接合，以形成第二横向力，所述第二横向力大于所述第一运动阻力，由此所述股骨部件和所述胫骨插入件在所述后部仿形件接合所述突出部时成对移动。

9.如权利要求8所述的膝关节假体，其特征在于，所述后部仿形件在60度弯曲和155度弯曲之间的假体运动范围内接合所述突出部。

10.如权利要求6-9中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，所述后部仿形件跨过形成在所述中间髁和所述横向髁之间的髁间窝。

11.如权利要求6-10中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，所述前部仿形件与形成在所述中间髁和所述横向髁之间的髁间窝的前端相邻。

12.如权利要求6-11中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，所述前部仿形件从所述股骨部件的所述骨接触表面向近端延伸。

13.如权利要求6-12中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，所述胫骨插入件包括椭圆孔，所述椭圆孔限定出比所述突出部的相应的前后跨度更大的前后跨度。

14.如权利要求13所述的膝关节假体，其特征在于，所述椭圆孔包括前壁和后壁，所述突出部与所述壁可接合以限定所述胫骨插入件的前后运动极限。

15.如权利要求14所述的膝关节假体，其特征在于，所述第一横向力大于所述第二运动阻力，由此所述股骨部件在达到所述前后运动极限中的一个时相对于所述胫骨插入件可滑动。

16.一种膝关节假体，包括：

股骨部件，包括：

横向髁和中间髁；

关节表面，其包括所述横向髁和中间髁的各个表面；

骨接触表面，与所述关节表面相对，所述骨接触表面适于在股骨部件附接到股骨上时与股骨的远端部分邻接；

前部仿形件；和

后部仿形件，设置在所述前部仿形件的后部；

胫骨部件，具有胫骨板，突出部从其向近端延伸，所述胫骨板限定出朝向近端的胫骨部件支承表面；

胫骨插入件，包括：

远端插入件支承表面，其可滑动地与所述胫骨部件邻接，以在之间限定接触面，该接触面对施加在所述接触面上的位于所述胫骨插入件和所述胫骨部件之间的给定压缩提供第一横向运动阻力；和

近端关节表面，其大小与形状设计为所述股骨部件的所述横向髁和所述中间髁邻接，以为给定压缩提供第二横向运动阻力，第二阻力大于第一阻力；和

一装置，用于在伸展和弯曲运动之间出现假体变形时，相对于所述胫骨部件前后移动所述胫骨插入件和所述股骨部件。

17.如权利要求16所述的膝关节假体，其特征在于，当出现假体变形时，用于前后移动的所述装置可促使所述后部仿形件和所述前部仿形件中的一个与所述突出部分离，并且使所述后部仿形件和所述前部仿形件中的另一个与所述突出部接合。

18.如权利要求16或17所述的膝关节假体，其特征在于，用于前后移动的所述装置包括与所述胫骨插入件的近端关节表面配合的所述股骨部件的所述关节表面和所述接触面。

19.如权利要求16-18中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，当指向后方的力相对于胫骨部件作用在股骨部件上时，所述前部仿形件在80度弯曲和零度弯曲之间的假体运动范围内接合所述突出部。

20.如权利要求16-19中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，当指向前方的力相对于胫骨部件作用在股骨部件上时，所述后部仿形件在60度弯曲和155度弯曲之间的假体运动范围内接合所述突出部。

21.如权利要求16-20中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，用于前后移动的所述装置包括形成在所述胫骨插入件中的椭圆孔，所述椭圆孔限定出比所述突出部的相应的前后跨度更大的前后跨度。

22.如权利要求1-21中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，该突出部相对于该胫骨部件可移动地固定。

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