CN106667625A - 人工髋关节类的股骨柄 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种人工髋关节类的股骨柄，包括：柄体，柄体内设置有通道；股骨颈，股骨颈具有向下延伸的传动杆，传动杆插入在通道内，弹性元件；当柄体插入股骨髓腔后，通道和骨髓腔连通，股骨颈受到的指向远端的压力经由弹性元件传导到柄体与股骨近端的接触界面，同时传动杆的远端凸入骨髓腔压迫骨髓内液，股骨颈受到的指向远端的压力由所述接触界面和股骨远端骨质共同承担，使全股骨承受压力，并且，随着股骨颈所受压力消失，弹性元件使股骨颈回复原位。本发明采用机械或液压传动，将股骨颈所受的应力分别传导到股骨近端和股骨远端的骨质，扩大了股骨柄假体在传导应力时的受力面积，能够满足髋关节置换术后人员的跳跃、奔跑等剧烈活动的需求。

Description

人工髋关节类的股骨柄
技术领域
本发明涉及一种人体植入假体，具体地说，涉及一种人工髋关节类的股骨柄。
背景技术
股骨柄假体是用来代替人体髋关节股骨部分的外科植入物。图1示出了处于插入股骨6的股骨髓腔状态中的现有技术的股骨柄8，该股骨柄8包括大致圆柱形的股骨颈81和大致成杆状的柄体82。柄体82从股骨颈81延伸并插入股骨髓腔内，股骨颈81和股骨头5连接，股骨头5嵌入在髋臼假体(未示出)内。股骨头5可以在髋臼假体内转动。柄体82插入股骨腔后，可采用多种形式将柄体与股骨近端内壁进行连接固定如骨水泥以及压配生物固定，使得股骨柄8能够将所承受的作用应力传导到股骨近端的骨质，达到了人行走时传导应力的目的。人站立或行走时，股骨通过与股骨柄8外表面的部位给股骨柄8一个与作用应力反向的作用力F(如图1所示)，该力F的大小等于股骨柄8受到的人体产生的向股骨远端的力，从而维持人体平衡。
当人体单足站立时，股骨柄8大约受到3倍体重的压力。现有技术中，股骨柄8的侧表面与骨髓腔结合部位所能承受的力的最大强度约为人体体重的4至5倍。
现有的股骨柄假体虽可替代髋关节股骨部分，确实取得巨大成功，但是，现有的股骨柄假体无论是一体式结构还是组配式结构，都只能适用于行走，而不能适用于跳跃、奔跑，因为人在跳跃、奔跑时，髋关节要承受更大的应力，该应力超出了现有技术的股骨柄8与股骨髓腔结合的强度，即，超出了股骨通过与股骨柄8的外表面结合部位所能承受的应力，进而引起假体松动。
发明内容
本发明提供了一种人工髋关节类的股骨柄，能够承受更大的应力，以至少解决目前使用的人工髋关节类的股骨柄无法满足跳跃、奔跑的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种人工髋关节类的股骨柄，包括：柄体(2)，所述柄体(2)内设置有通道(21)；股骨颈(1)，所述股骨颈(1)具有向下延伸的传动杆(11)，所述传动杆(11)插入在所述通道(21)内，能够在该通道(21)内往复运动；弹性元件，设置在该柄体(2)和股骨颈(1)之间，当股骨颈(1)受到压力而相对于柄体(2)移动时，该弹性元件被压缩，当所述压力消失后，该弹性元件使股骨颈(1)回复原位；其中，当所述柄体(2)插入股骨髓腔后，所述通道(21)和骨髓腔(100)连通，所述股骨颈(1)受到的指向远端的压力经由弹性元件传导到柄体(2)与股骨近端(200)的接触界面(400)，同时传动杆(11)的远端凸入骨髓腔(100)压迫骨髓内液，所述股骨颈(1)受到的指向远端的压力由所述接触界面(400)和股骨远端骨质共同承担，使得全股骨承受压力。
优选地，其中，所述弹性元件设置在所述通道(21)内。
优选地，其中，所述弹性元件设置在所述通道(21)外，位于所述柄体(2)的近端与所述股骨颈(1)之间。
优选地，其中，在所述传动杆(11)的外壁上设置有第一环形凹槽(111)，在所述通道(21)内设置有第一环形凸缘(211)，所述第一环形凸缘嵌入在第一环形凹槽内，第一弹性元件设置在第一环形凹槽内。
优选地，其中，在所述传动杆的外壁上设置有第二环形凸缘(115)，在所述通道(21)内设置有第二环形凹槽(214)，所述第二环形凸缘嵌入在第二环形凹槽内，在第二环形凹槽内设置有第二弹性元件。
优选地，其中，所述传动杆包括：下传动杆，在所述下传动杆的外壁上设置有第三环形凹槽(321)，在所述通道(41)内设置有第三环形凸缘(415)，所述第三环形凸缘嵌入在第三环形凹槽内，在第三环形凹槽内设置有第三弹性元件；上传动杆,在通道的上部设置有第四环形凸缘(416)，上传动杆通过第四弹性元件与第四环形凸缘配合，其中，在上传动杆和下传动杆之间充满液压油。
优选地，其中，所述传动杆包括：下传动杆，在所述下传动杆的外壁上设置有第五环形凸缘，在所述通道内设置有第五环形凹槽，所述第五环形凸缘嵌入在第五环形凹槽内，在第五环形凹槽内设置有第五弹性元件；上传动杆,在通道的上部设置有第四环形凸缘，上传动杆通过第四弹性元件与第四环形凸缘配合，其中，在上传动杆和下传动杆之间充满液压油。
优选地，其中，股骨颈与柄体的通道具有相互配合的倒角。
优选地，其中，传动杆靠近骨髓腔的部分的外壁上具有密封圈或活塞环。
优选地，其中，上传动杆和下传动杆上具有密封液压油的密封圈，并且，下传动杆靠近骨髓腔的部分的外壁上具有密封圈或活塞环。
优选地，其中，传动杆的底端具有圆弧状突起。
优选地，其中,所述弹性元件是变刚度弹簧。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示现有的股骨柄在安装状态的剖面图；
图2是表示本发明的第一实施例的股骨柄未受压状态的剖面图；
图3是表示本发明的第一实施例的股骨柄受压状态的剖面图；
图4是表示本发明的第一实施例的股骨柄的倒角示意剖面图；
图5是表示本发明的第二实施例的股骨柄未受压状态的剖面图；
图6是表示本发明的第三实施例的股骨柄未受压状态的剖面图；
图7是表示本发明的第四实施例的股骨柄未受压状态的剖面图；
图8是表示本发明的第四实施例的股骨柄受压状态的剖面图；
图9是表示本发明的第五实施例的股骨柄的未受压状态的剖面图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的人工髋关节类的股骨柄的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
第一实施例
如图2所示，本发明的股骨柄包括股骨颈1和柄体2。股骨颈1的上端部通常为扁圆状结构，股骨颈1的上端部与股骨头5连接在一起，并通过股骨头5和髋臼杯(未示出)耦接，而柄体2则用于插入股骨6的骨髓腔100内。柄体2与股骨6的骨长入的部分为近端，向骨髓腔(100)内远离骨长入的部分为远端。柄体2内设置有通道21，通道21是上下开口的通孔，通道21通过其开放的下端与骨髓腔100联通。而股骨颈1具有从所述上端部向下延伸的传动杆11，该传动杆11插入到柄体2的通道内，具有和通道大致相同的长度，并且，该传动杆11可以沿图2中所示的箭头A在柄体2的通道内往复运动。在通道21内，具有横向内侧延伸的第一环形凸缘211。如图2所示，传动杆11插入通道21内，传动杆11具有略小于通道21的直径，使得传动杆11可以在通道21内沿股骨长轴方向往复运动。传动杆11的外壁上对应于第一环形凸缘211处具有第一环形凹槽111，第一环形凸缘211嵌入第一环形凹槽111内，使得第一环形凹槽111的上端面位于第一环形凸缘211的上方，而第一环形凹槽111的下端面位于第一环形凸缘211的下方。该第一环形凹槽111的长度比第一环形凸缘211的长度长，在第一环形凹槽111内设置第一弹性元件，例如设置弹簧112，弹簧112套于第一环形凹槽111的外壁上。在股骨颈1未受到压力时，在弹簧力的作用下，第一环形凹槽111的下端面和第一环形凸缘211的下端面大致贴合，股骨颈1的下表面12和柄体的上表面23之间具有预设的距离，该距离大致等于弹簧的极限压缩距离。并且，传动杆11和柄体2的底面基本平齐。在股骨颈1受到压应力时，弹簧112将压力传递到柄体(2)与股骨近端(200)的接触界面(400)处，并且使得传动杆的远端伸出柄体下端进入骨髓腔，例如，人体在跑动中，足跟触地时，股骨颈1受到快速的向下的压力，因此整个传动杆11向下移动，传动杆11压缩弹簧112，如图3所示，使得传动杆11的远端伸出柄体下端，进入骨髓腔100内，骨髓腔100内充满骨髓液，而骨髓腔100的容积是固定的，由于传动杆11的远端进入骨髓腔100内，压迫了骨髓液，也就使得骨髓腔100内的液体的压强增大。骨髓腔100内液体的压强作用于传动杆11的底面，形成向上的力F2。当脚抬起时，传动杆11受到的压力减小，因此被压缩的弹簧112使得传动杆11向上复位。因此，随着股骨颈1受压或压力释放，传动杆11的远端进入骨髓腔100或缩回柄体2内。
如图2所示，本实施例的股骨柄具有传动杆11，在股骨颈受向下压力F时，弹簧受压使得传动杆11的远端伸出进入骨髓腔，骨髓腔内的骨髓液随着传动杆11的远端的伸出而被压迫，导致骨髓液的压强增大，骨髓液将应力传导给股骨远端300的骨质，一个向股骨远端的力F2。股骨柄2的外表面会向股骨近端的结合部位施加一个力F1，即F＝F1+F2。可见，通过设置的传动杆，扩大了受力面积，在保持股骨柄2和股骨近端200结合部位的受力F1的情况下，将股骨柄2与股骨近端200所不能承受的应力F2传导向股骨柄2远端的股骨骨质。
需要说明的是，为了得到上述组装结构，可以将传动杆11或柄体2做成分体式结构，以满足组装条件。通过分体组装达到本实施例的目的，属于常用技术手段，在本实施例中省略描述。
在人体平卧时，股骨颈大约承受1.5倍体重的压力，当人体单足站立时，股骨颈大致受3倍体重的压力。当人体行走的时候，股骨颈1受指向远端的压力，该压力通过弹簧112传递到接触界面400处，并且弹簧112压迫传动杆11向下伸出到骨髓腔内。人体行走是对股骨颈相对缓慢加载，传动杆11也是缓慢的伸出柄体2，骨髓腔内的骨髓液在缓慢加压时会穿透骨质，无法建立起压力，因此，在人体行走时，股骨颈1所受的指向远端的压力全部由接触界面400承担，此时柄体2和股骨颈1相当于一个整体。
而当人体跑动的时候，股骨颈1受指向远端的冲击压力，使得传动杆11快速凸入到骨髓腔内，骨髓腔内的骨髓液在快速加压时会形成压力(Starling Resister)，分担股骨颈1所受的冲击压力，此时，股骨颈1所受的指向远端的压力由接触界面400和股骨远端共同承受。
而且，可以通过设计弹簧112的弹性系数，例如，刚度渐减型的变刚度弹簧，使得在股骨颈1受到指向远端的冲击压力小于所述接触界面400所能承受的应力时，弹簧变形小，所以传动杆向骨髓腔伸出很少。当股骨颈1所受的指向远端的冲击压力大于等于所述接触界面400的受压极限时，传动杆向远端快速移动，且移动幅度较大，骨髓腔内的骨髓液在快速加压时会建立起压力，骨髓液将应力传导给股骨远端300的骨质(Pascal’s Law)，使得股骨远端的骨质能够承受压力，从而使得股骨近端和股骨远端合理分担较大的冲击压力。本实施例利用机械传动结构，将股骨颈受到的应力传导到股骨远端骨髓腔内，使得髋关节能够承受较大的冲击力，也就使得使用者具备奔跑的能力。
人体的平均体重大致在70Kg，在一个实施例中，传动杆向下移动的最大的量(也就是弹簧112被极限压缩的量)大致在2mm～10mm之间，由此，为使弹簧112能够承受3倍体重的压力(这里指单侧腿处的弹簧)，弹簧112的弹性系数可以在1.03×106至2.06×105牛顿/米的范围内取值。另外，为使弹簧112能够承受4倍体重的压力，弹簧112的弹性系数可以在1.37×106至2.74×105牛顿/米的范围内取值。
在一个变型实施例中，在传动杆11的远端的外壁上，也就是传动杆靠近骨髓腔的部分的外壁上，还设置有一道或多道密封圈或活塞环114，参见图2，用以密封所述通道。
在一个变型实施例中，如图4所示，在股骨颈1的下表面12和传动杆11结合的位置，设置有倒角，相应地，在柄体的通道21的上表面，也设置有倒角，在传动杆向下移动的时候，股骨颈的倒角和柄体的倒角相互贴合。通过设置倒角，能够减少传动杆的应力集中现象。
在一个变型实施例中，传动杆11的底端具有圆弧状突起，便于传动杆在通道内移动，避免传动杆的下部尖角和骨髓腔的内壁发生剐蹭，划伤骨髓腔。
第二实施例
第二实施例的结构和第一实施例的结构基本相同，仅是将传动杆的凹槽和通道的凸缘进行了互换。如图5所示，在柄体2的通道21的内侧，具有第二环形凹槽214，而在传动杆11上设置有第二环形凸缘115，第二环形凸缘115嵌入第二环形凹槽214内，并且，在第二环形凹槽214内设置第二弹性元件，例如弹簧116。在股骨颈1受压时，传动杆11下压弹簧116，其作用原理和第一实施例相同。此处省略其作用过程的描述。
第三实施例
第三实施例的结构和第一实施例的结构基本相同，如图6所示，仅是取消了传动杆11上的环形凹槽和通道21上的环形凸缘，将弹簧112设置在股骨颈1的下表面与柄体2的上表面之间。通过股骨颈1的下表面来直接压缩弹簧112，可以简化股骨柄的加工工序。另外，还可以在股骨颈1的下表面12与柄体2的上表面23之间设置韧性的拦网7，防止新生的纤维肉芽组织进入股骨颈1与柄体2之间的缝隙。
第四实施例
如图7所示，柄体4的内部具有延伸到骨髓腔的通道41，该通道41包括弯曲部分，即，弧形通道，以适应股骨髓腔形状变化，具体地说，通道41可以包括直通道411、弧形通道412、直通道413。而股骨颈3具有在通道41内向下延伸的传动杆，可以将股骨颈所受的压力传递至骨髓腔。具体地说，该传动杆包括上传动杆31和下传动杆32，上传动杆31、下传动杆32具有略小于通道41的直径，上传动杆31、下传动杆32插入通道41内。下传动杆32具有第三环形凹槽321，在通道41的下部，具有向内侧延伸的第三环形凸缘415。第三环形凸缘415嵌入第三环形凹槽321内，使得第三环形凹槽321的上端面位于第三环形凸缘415的上方，而第三环形凹槽321的下端面位于第三环形凸缘415的下方。该第三环形凹槽321的长度比第三环形凸缘415的长度长，使得可以在第三环形凹槽321内，设置第三弹性元件，例如弹簧322，弹簧322套于第三环形凹槽321内。在通道41的上部，还设置有第四环形凸缘416，上传动杆31通过第四弹性元件，例如弹簧311安装于第四环形凸缘416的上方，通道41的上端414向内侧收缩将上传动杆31限制在通道41内。在上传动杆31的下端面和下传动杆32的上端面之间充满液压油。上传动杆31可以沿箭头B往复运动，下传动杆32可以沿箭头C往复运动。
在股骨颈3未受到压力的时候，在弹簧力的作用下，下传动杆32的下端大致和柄体4的下端平齐。当股骨颈受到快速的冲击压力时，上传动杆31压缩弹簧311，将压力传递给液压油，液压油将压力传递给下传动杆32，下传动杆32压缩弹簧322，使得下传动杆的下端伸出柄体4的通道41，其状态如图8所示。下传动杆32的下端进入骨髓腔内，而骨髓腔的容积是固定的，由于下传动杆32的下端进入骨髓腔内，压迫骨髓液，也就使得骨髓腔内的压力增大。通过骨髓液将应力传导到股骨远端的骨质，扩大了受力面积，在不减轻股骨柄与近端股骨结合部位的受力的情况下，将股骨柄与股骨近端所不能承受的应力传导向股骨柄远端300的骨质。当跑步足离地时，弹簧311使得上传动杆31回复初始状态，弹簧322使得下传动杆32回复初始状态。因此，随着上传动杆31和下传动杆32的往复运动，股骨柄3能够承受较大的冲击力，使人体能够持续的奔跑起来。
通过使用液压传动，可以适应柄体的多种变化的形状，使得股骨柄具有更大的使用范围。并且液压传动更加平稳，具有更好的缓冲效果。
此外，如图9所示，在通道41内，下传动杆32的上方，还设置有环形凸缘417，可以进一步限制下传动杆32的位移，并且，该环形凸缘417还可以阻挡部分液压油的流动，使传动更加平稳。
第五实施例
第五实施例的结构和第四实施例基本相同，仅是将下传动杆32的凹槽和通道的凸缘进行了互换。具体地说，通过在通道上设置第五环形凹槽(未示出)，在下传动杆上设置第五环形凸缘(未示出)，在第五环形凹槽内安装第五弹性元件，通过第五环形凸缘压缩第五弹性元件来传递压力。其传动原理和第四实施例的下传动杆相同，在此省略描述。
本发明通过机械或液压传动，通过弹簧促使传动杆往复运动，从而将股骨颈所受到的较大应力分别传导到股骨近端(股骨与柄体2结合处)和股骨远端的(柄体的远端)骨质，扩大了股骨柄假体在传导应力时的受力面积。并且采用变刚度弹簧，通过设计弹性系数，使股骨颈所受的指向远端的应力在股骨近端和股骨远端之间合理分配。避免了股骨柄假体与股骨近端连接面的应力集中，更符合在生理状态下股骨的承受和传导应力的方式。能够满足髋关节置换术后人员的跳跃、奔跑等剧烈活动的需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，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 (12)

1.一种人工髋关节类的股骨柄，包括：
柄体(2)，所述柄体(2)内设置有通道(21)；
股骨颈(1)，所述股骨颈(1)具有向下延伸的传动杆(11)，所述传动杆(11)插入在所述通道(21)内，能够在该通道(21)内往复运动；
弹性元件，设置在该柄体(2)和股骨颈(1)之间，当股骨颈(1)受到压力而相对于柄体(2)移动时，该弹性元件被压缩，当所述压力消失后，该弹性元件使股骨颈(1)回复原位；
其中，当所述柄体(2)插入股骨髓腔后，所述通道(21)和骨髓腔(100)连通，所述股骨颈(1)受到的指向远端的压力经由弹性元件传导到柄体(2)与股骨近端(200)的接触界面(400)，同时传动杆(11)的远端凸入骨髓腔(100)压迫骨髓内液，所述股骨颈(1)受到的指向远端的压力由所述接触界面(400)和股骨远端骨质共同承担，使得全股骨承受压力。
2.根据权利要求1所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，
所述弹性元件设置在所述通道(21)内。
3.根据权利要求1所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，
所述弹性元件设置在所述通道(21)外，位于所述柄体(2)的近端与所述股骨颈(1)之间。
4.根据权利要求2所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，
在所述传动杆(11)的外壁上设置有第一环形凹槽(111)，在所述通道(21)内设置有第一环形凸缘(211)，所述第一环形凸缘嵌入在第一环形凹槽内，第一弹性元件设置在第一环形凹槽内。
5.根据权利要求2所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，
在所述传动杆的外壁上设置有第二环形凸缘(115)，在所述通道(21)内设置有第二环形凹槽(214)，所述第二环形凸缘嵌入在第二环形凹槽内，在第二环形凹槽内设置有第二弹性元件。
6.根据权利要求2所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，
所述传动杆包括：
下传动杆，在所述下传动杆的外壁上设置有第三环形凹槽(321)，在所述通道(41)内设置有第三环形凸缘(415)，所述第三环形凸缘嵌入在第三环形凹槽内，在第三环形凹槽内设置有第三弹性元件；
上传动杆,在通道的上部设置有第四环形凸缘(416)，上传动杆通过第四弹性元件与第四环形凸缘配合，
其中，在上传动杆和下传动杆之间充满液压油。
7.根据权利要求2所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，
所述传动杆包括：
下传动杆，在所述下传动杆的外壁上设置有第五环形凸缘，在所述通道内设置有第五环形凹槽，所述第五环形凸缘嵌入在第五环形凹槽内，在第五环形凹槽内设置有第五弹性元件；
上传动杆,在通道的上部设置有第四环形凸缘，上传动杆通过第四弹性元件与第四环形凸缘配合，
其中，在上传动杆和下传动杆之间充满液压油。
8.根据权利要求2所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，股骨颈与柄体的通道具有相互配合的倒角。
9.根据权利要求4或5所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，传动杆靠近骨髓腔的部分的外壁上具有密封圈或活塞环。
10.根据权利要求6或7所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，上传动杆和下传动杆上具有密封液压油的密封圈，并且，下传动杆靠近骨髓腔的部分的外壁上具有密封圈或活塞环。
11.根据权利要求1所述的人工髋关节类的股骨柄，其中，传动杆的底端具有圆弧状突起。
12.根据权利要求1所述的人工髋关节类的股骨柄，其中,所述弹性元件是变刚度弹簧。
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