CN105380734B - 膝关节假体 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种膝关节假体，包括：股骨髁，股骨髁固定安装在股骨远端上；平台组件，平台组件安装在胫骨近端和股骨髁之间；垫片，垫片安装在股骨髁和平台组件之间；感应机构，感应机构设置在垫片上，用于感应股骨髁与垫片间的压力；调节机构，调节机构安装在平台组件上，用于对平台组件至少一部分相对于股骨髁和胫骨近端的位置进行调节；控制机构，感应机构和调节机构均与控制机构连接，控制机构接受感应机构传递的信号以控制调节机构进行调节。通过自调节，使垫片受到的股骨髁压力更趋平衡，从而使股骨远端和胫骨近端的骨头内外两侧受到均匀压力，排除了运动习惯等因素造成的骨质流失及假体失效，提高了患者假体的中长期寿命。

Description

膝关节假体

技术领域

本发明涉及假体技术领域，具体而言，涉及一种膝关节假体。

背景技术

人工膝关节置换是目前治疗晚期骨性关节炎或者其他晚期膝关节病变的主要方法。人工膝关节假体属于人造器官，中长期寿命成为其主要的术后评价指标。影响人工膝关节假体寿命的影响因素很多，应力遮挡是造成膝关节假体中长期松动的其中一个重要原因。现行膝关节假体研发方向主要在假体结构、应用材料及界面研究方面，主要通过降低使用材料的弹性模量，减小应力遮挡，无法自适应假体植入后，人体骨质及患者运动习惯的变化。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能够自适应患者运动习惯的膝关节假体。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种膝关节假体，包括：股骨髁，股骨髁固定安装在股骨远端上；平台组件，平台组件安装在胫骨近端和股骨髁之间；垫片，垫片安装在股骨髁和平台组件之间；感应机构，感应机构设置在垫片上，用于感应股骨髁与垫片间的压力；调节机构，调节机构安装在平台组件上，用于对平台组件至少一部分相对于股骨髁和胫骨近端的位置进行调节；控制机构，感应机构和调节机构均与控制机构连接，控制机构接受感应机构传递的信号以控制调节机构进行调节。

进一步地，平台组件包括：固定部，固定部安装在胫骨近端上；移动部，移动部在调节机构的调节下可移动地安装在固定部上端。

进一步地，移动部靠近胫骨近端的一端为凸弧块，固定部靠近移动部的一端设置有与凸弧块相适配的凹弧块。

进一步地，凸弧块上设置有至少一条导向块，导向块沿第一方向延伸；凹弧块上设置有与导向块相适配的导向槽。

进一步地，调节机构包括：驱动部，驱动部为电动机，电动机设置在固定部靠近移动部的一端，电动机的转轴的轴线方向与第一方向垂直；传动部，传动部包括第一传动件和与第一传动件相适配的第二传动件，第一传动件套设在转轴上，第二传动件设置在移动部靠近固定部的一端。

进一步地，移动部靠近固定部的一端设置有让位凹槽，第二传动件为设置在让位凹槽中的传动齿条；第一传动件为套设在转轴上的传动齿轮。

进一步地，移动部靠近垫片的一端设置有定位块，垫片远离股骨远端的一端设置有与定位块相适配的定位凹槽。

进一步地，感应机构为压电传感器，压电传感器设置在垫片上，并位于垫片的远离膝关节假体的轴线的两侧。

进一步地，控制机构为设置在垫片上的CPU芯片或逻辑电路控制器。

应用本发明的技术方案，本发明的膝关节假体包括有股骨髁、垫片、平台组件、感应机构、调节机构和控制机构。为了获取股骨髁与垫片间的压力，本发明在垫片上设置感应机构，在感应机构获取股骨髁与垫片间的压力后，将压力转化为电信号传递给控制机构，感应机构和调节机构均与控制机构连接，控制机构接受感应机构的信号并进行处理，处理后向安装在平台组件上的调节机构发出信号，对平台组件至少一部分相对于股骨髁和胫骨近端的位置进行调节，完成膝关节假体的自调节。通过膝关节假体的自调节，使垫片受到的股骨髁压力更趋平衡，从而使股骨远端和胫骨近端的骨头内外两侧受到均匀压力，减小甚至避免局部骨质载荷刺激，排除了运动习惯等因素造成的骨质流失及假体失效，提高了患者假体的中长期寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明的膝关节假体的整体结构图；

图2示意性示出了本发明的垫片的整体结构图；

图3示意性示出了本发明的平台组件的整体结构图；

图4示意性示出了本发明的平台组件的移动部的整体结构图；以及

图5示意性示出了本发明的平台组件的固定部的整体结构图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、股骨远端；20、股骨髁；30、平台组件；31、移动部；311、第二传动件；312、导向块；313、定位块；32、固定部；321、导向槽；322、第一传动件；33、电动机；40、胫骨近端；50、垫片；51、感应机构；52、微型储电器；53、控制机构；55、定位凹槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供了一种膝关节假体，包括股骨髁20、垫片50、平台组件30、感应机构51、调节机构和控制机构53，安装时，将股骨髁20固定安装在股骨远端10上，平台组件30安装在胫骨近端40和股骨髁20之间，垫片50安装在股骨髁20和平台组件30之间。为了获取股骨髁20与垫片50间的压力，本发明还在垫片50上设置有感应机构51，在感应机构51获取股骨髁20与垫片50间的压力后，将压力转化为电信号传递给控制机构53，感应机构51和调节机构均与控制机构53连接，控制机构53接受感应机构51的信号并进行处理，处理后向安装在平台组件30上的调节机构发出信号，对平台组件30至少一部分相对于股骨髁20和胫骨近端40的位置进行调节，实现了膝关节假体的自调节。

本发明的膝关节假体通过进行自调节，使垫片50受到的股骨髁20压力更趋平衡，从而使股骨远端和胫骨近端的骨头内外两侧受到均匀压力，减小甚至避免局部骨质载荷刺激。

正如背景技术中所说的，人工膝关节假体寿命的影响因素很多，应力遮挡是造成膝关节假体中长期松动的其中一个重要原因。现行膝关节假体研发方向主要在假体结构、应用材料及界面研究方面，主要通过降低使用材料的弹性模量，减小应力遮挡，无法适应假体植入后，人体骨质及患者运动习惯的变化。为了解决这一问题，本发明的膝关节假体设置有股骨髁20、垫片50、平台组件30、感应机构51、调节机构和控制机构53，人体在进行正常活动时，由于胫骨近端40和股骨远端10的相对运动，股骨髁20与垫片50相互挤压，设置在垫片50上的各感应机构51受到挤压，产生电信号。该电信号分别通过电信号传输线传输至控制机构53，控制机构53分析该信号，分别存储该电信号的最大值，同时控制机构53控制电流储存于安装在垫片内的微型储电器52。

优选地，本发明中的感应机构51为压电传感器，压电传感器设置在垫片50上，并位于垫片50的远离膝关节假体的轴线的两侧，左侧压电传感器和右侧压电传感器受到挤压，产生电信号。该电信号分别通过左侧电信号传输线和右侧电信号传输线传输至控制机构53，控制机构53分析该两个信号，分别存储两个电信号的最大值，同时控制机构53控制电流储存于微型储电器52。

优选地，右侧压电传感器和左侧压电传感器大小、结构及压电性能完全相同，水平方向上均位于垫片50同侧的中央，竖直方向上均距垫片50上曲面最低点2mm。

其中，本发明的平台组件30包括固定部32和移动部31，固定部32安装在胫骨近端40上，移动部31在调节机构的调节下可移动地安装在固定部32上端。

人体运动一段时间后，控制机构53分析一段时间以来左侧压电传感器和右侧压电传感器的最大压力值，通过控制机构53驱动传输线向微型储电器52发送驱动命令。微型储电器52向调节机构发出驱动电压。调节机构在电压驱动下旋转，旋转方向和角度与控制机构53发出的驱动命令一致，导致移动部31相对固定部32发生了旋转。从而，垫片50左右两侧受到的股骨髁20的压力更趋相等。从而使胫骨近端40和股骨远端10的骨头内外两侧均受到压力，减小甚至避免了应力集中。

本发明中的移动部31靠近胫骨近端40的一端为凸弧块，固定部32靠近移动部31的一端设置有与凸弧块相适配的凹弧块，使移动部31相对于固定部32间的运动轨迹为弧形，符合膝关节处的受力要求，同时也可以减小固定部32与移动部31间的应力集中。

为了使移动部31与固定部32间的运动具有固定的移动方向，本发明中的凸弧块上设置有至少一条导向块312，导向块312沿第一方向延伸，凹弧块上设置有与导向块312相适配的导向槽321。上述第一方向为移动部31的移动方向，工作时，导向块312安装在导向槽321中，使移动部31在固定部32上以第一方向运动。

优选地，本发明中的导向块312与导向槽321均设置为两个，两条导向块相互平行，并分别位于调节机构的两侧，便于在移动部31移动的过程中实现导向，提高本实施例中的膝关节假体的结构稳定性和可靠性。

本发明的调节机构包括驱动部和传动部，驱动部为电动机33，电动机33设置在固定部32靠近移动部31的一端，电动机33的转轴的轴线方向与第一方向垂直传动部包括第一传动件322和与第一传动件322相适配的第二传动件311，第一传动件322套设在转轴上，第二传动件311设置在移动部31靠近固定部32的一端。工作时，控制机构53向微型储电器52发送驱动命令，微型储电器52向电动机33发出驱动电压。调节机构在电压驱动下旋转，并通过套设在电动机33转轴上的第一传动件322与设置在移动部31上的第二传动件311的配合，实现移动部31在固定部32上的调节运动。

优选地，移动部31靠近固定部32的一端设置有让位凹槽，第二传动件311为设置在让位凹槽中的传动齿条，第一传动件322为套设在转轴上的传动齿轮，通过设置让位凹槽为传动齿条与出动齿轮提供传动空间。安装过程中，传动齿条的长度方向与第一方向一致，当电动机33转动时，传动齿轮在电动机33的驱动下转动，传动齿轮带动传动齿轮沿其长度方向移动，从而实现对移动部31的调节。移动部31移动时，其实质是沿凸弧块的外表面发生摆动，对膝关节假体的侧边的高度进行调节，从而实现对膝关节假体的受力进行调节以提高膝关节假体的使用寿命。

本发明中的移动部31靠近垫片50的一端设置有定位块313，垫片50远离股骨远端10的一端设置有与定位块313相适配的定位凹槽55，在装配过程中，通过定位块313可以使垫片50与移动部31间的安装更精确。

优选地，控制机构53为设置在垫片50上的CPU芯片或逻辑电路控制器。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的膝关节假体包括有股骨髁、垫片、平台组件、感应机构、调节机构和控制机构。为了获取股骨髁与垫片间的压力，本发明在垫片上设置感应机构，在感应机构获取股骨髁与垫片间的压力后，将压力转化为电信号传递给控制机构，感应机构和调节机构均与控制机构连接，控制机构接受感应机构的信号并进行处理，处理后向安装在平台组件上的调节机构发出信号，对平台组件至少一部分相对于股骨髁和胫骨近端的位置进行调节，完成膝关节假体的自调节。通过膝关节假体的自调节，使垫片受到的股骨髁压力更趋平衡，从而使股骨远端和胫骨近端的骨头内外两侧都到均匀压力，减小甚至避免局部骨质载荷刺激，排除了运动习惯等因素造成的骨质流失及假体失效，提高了患者假体的中长期寿命。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种膝关节假体，其特征在于，包括：

股骨髁(20)，所述股骨髁(20)固定安装在股骨远端(10)上；

平台组件(30)，所述平台组件(30)安装在胫骨近端(40)和所述股骨髁(20)之间；

垫片(50)，所述垫片(50)安装在所述股骨髁(20)和所述平台组件(30)之间；

感应机构(51)，所述感应机构(51)为压电传感器，所述感应机构(51)设置在所述垫片(50)上，用于感应所述股骨髁(20)与所述垫片(50)间的压力；

调节机构，所述调节机构安装在所述平台组件(30)上，用于对所述平台组件(30)至少一部分相对于所述股骨髁(20)和所述胫骨近端(40)的位置进行调节；

控制机构(53)，所述感应机构(51)和所述调节机构均与所述控制机构(53)连接，所述控制机构(53)接受所述感应机构(51)传递的信号以控制所述调节机构进行调节；

所述平台组件(30)包括：

固定部(32)，所述固定部(32)安装在所述胫骨近端(40)上；

移动部(31)，所述移动部(31)在所述调节机构的调节下可移动地安装在所述固定部(32)上端；

所述移动部(31)靠近所述胫骨近端(40)的一端为凸弧块，所述固定部(32)靠近所述移动部(31)的一端设置有与所述凸弧块相适配的凹弧块。

2.根据权利要求1所述的膝关节假体，其特征在于，所述凸弧块上设置有至少一条导向块(312)，所述导向块(312)沿第一方向延伸；

所述凹弧块上设置有与所述导向块(312)相适配的导向槽(321)。

3.根据权利要求2所述的膝关节假体，其特征在于，所述调节机构包括：

驱动部，所述驱动部为电动机(33)，所述电动机(33)设置在所述固定部(32)靠近所述移动部(31)的一端，所述电动机(33)的转轴的轴线方向与所述第一方向垂直；

传动部，所述传动部包括第一传动件(322)和与所述第一传动件(322)相适配的第二传动件(311)，所述第一传动件(322)套设在所述转轴上，所述第二传动件(311)设置在所述移动部(31)靠近所述固定部(32)的一端。

4.根据权利要求3所述的膝关节假体，其特征在于，所述移动部(31)靠近所述固定部(32)的一端设置有让位凹槽，所述第二传动件(311)为设置在所述让位凹槽中的传动齿条；所述第一传动件(322)为套设在所述转轴上的传动齿轮。

5.根据权利要求1所述的膝关节假体，其特征在于，所述移动部(31)靠近所述垫片(50)的一端设置有定位块(313)，所述垫片(50)远离所述股骨远端(10)的一端设置有与所述定位块(313)相适配的定位凹槽(55)。

6.根据权利要求1所述的膝关节假体，其特征在于，所述感应机构(51)位于所述垫片(50)的远离所述膝关节假体的轴线的两侧。

7.根据权利要求1所述的膝关节假体，其特征在于，所述控制机构(53)为设置在所述垫片(50)上的CPU芯片或逻辑电路控制器。