CN107280817B - 股骨侧内侧、外侧单髁假体和股骨滑车假体 - Google Patents

股骨侧内侧、外侧单髁假体和股骨滑车假体 Download PDF

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Abstract

公开了一种股骨内侧单髁假体(201)以及股骨侧外侧单髁假体(301)和股骨滑车假体(401)。所述股骨内侧单髁假体包括：关节面，所述关节面为膝关节运动过程中与髌骨内侧和胫骨平台内侧相接触的表面，它在矢状位上表现为第一椭圆(38)上的弧段(203)，在冠状位上表现为第一圆形(94)上的弧段(95)；以及里侧面，所述里侧面为所述假体置入后邻接股骨髁部截骨面和骨水泥的部分，表现为直线截面的里侧面后髁处(202)，以及与关节面弧段(203)一致的里侧面远端部(209)。利用本公开上述实施例的假体能够更为贴近正常人体股骨髁部的几何形态，并简化了各种不同型号股骨假体的设计参数值。

Description

股骨侧内侧、外侧单髁假体和股骨滑车假体
技术领域
本公开涉及人工膝关节假体，具体涉及应用于早期膝关节内侧间室、外侧间室和髌股关节骨性关节炎的单间室置换假体。
背景技术
膝关节分为三个间室，分别为内侧间室、外侧间室和髌股间室。早期的膝关节骨性关节炎(OA)可以累及任何一个间室，但尤其以累及膝关节内侧间室为主。此时膝关节的力线向内侧偏移(内翻畸形)，导致内侧间室磨损过多，引起股骨内髁和相对应的内侧胫骨平台软骨面变薄、剥脱。内侧间室OA典型症状是内翻畸形、疼痛伴关节交索、骨赘形成以及侧副韧带松弛。保守治疗或非手术治疗措施(如非甾体类抗炎镇痛药、关节软骨营养保护药物、关节内注射透明质酸、膝关节支具等)仅对轻度OA的患者有一定疗效。而当保守治疗无效时，膝关节内侧间室单髁置换术(Unicompartmental Knee Arthroplasty,UKA)是终极治疗方式。膝关节内侧间室UKA是指手术切除膝关节的内侧胫股关节面，即内侧股骨远端在屈伸活动时与内侧胫骨平台直接接触的那部分关节软骨面，以及与之相对应的胫骨平台关节软骨面。其手术目的是以最小的手术创伤去尽量保留正常关节结构，最终达到更好的功能恢复，同时为以后可能进行的全膝关节置换术保留足够的剩余骨量和操作余地。而且随着内植物材料和加工技术的改进，病例适应证的更适合的选择，以及手术技巧的提高，内侧间室UKA的疗效得到越来越多的认可。外侧间室和髌股间室OA发生率明显少于内侧间室OA，但治疗原则同内侧间室OA，必要时也需进行UKA假体置换。
内外侧间室UKA假体又可分为胫骨侧UKA假体(胫骨平台内外侧UKA假体)和股骨侧UKA假体(股骨内外髁UKA假体)；髌股间室UKA假体分为滑车(部)UKA假体和髌骨假体。相比于胫骨侧UKA假体，股骨侧UKA假体的设计更为重要，因为其直接影响了术后的膝关节功能。目前国内外一致认为：最接近正常人体股骨内外髁几何特征设计的股骨侧UKA假体，才能提供最接近正常膝关节的运动感觉。但股骨内外髁的几何形态特征异常复杂，并没有得到一致的公认。人们最初认为股骨内外髁是圆形，且围绕一个固定的轴旋转1。随后又有学者认为股骨内外髁是螺旋形，且旋转轴并不是固定的，而是存在一个瞬时的旋转中心2。上世纪90年代，学者们又重新支持股骨内外髁为圆形且旋转轴固定的观点3-5。尤其核磁矢状位扫描的应用，更使得这些研究者坚信股骨内外髁在矢状位是由两个圆形构成6-9。这些不同的理论，导致了不同的生物力学和运动学实验结果，并直接影响了股骨内外髁UKA假体的设计。例如依据股骨髁部为单一曲率圆形的理论，设计而出的牛津单髁假体；依据股骨髁部有两个或多个圆形组成的理论，设计而出的Miler-Galante假体，等等。然而目前的股骨内外髁UKA假体，都存在或多或少的缺点。例如牛津单髁假体(Oxford UKA)：虽然长期随访结果较好，但假体与股骨髁部形状并不匹配，导致假体与股骨髁部有一较深的被磨掉的凹槽；且由于其单一曲率圆形设计特点，牛津单髁假体并不能恢复患者已内翻畸形的下肢力线。其他类型的UKA假体的形状在术中与股骨内外髁部不匹配居多，这导致膝关节屈曲过程中髌骨与假体的撞击，极易引起疼痛和手术失败。股骨滑车几何形态是制造股骨滑车UKA假体的根本，但股骨滑车的几何特征更加复杂难释，所以人们把滑车UKA假体简化设计为具有外翻凹槽，并相应地把髌骨表面进行凸形置换。
现有技术生产的股骨内外髁UKA假体、股骨滑车UKA假体没有和股骨内外髁、股骨滑车很好的形态匹配。这种形态不匹配导致膝关节屈曲过程中髌骨与假体的撞击，引起屈膝疼痛，假体松动，最终手术失败。即便如牛津单髁假体发生撞击几率略少，但它依据股骨内髁呈单一曲率的圆形设计而成。这样做的结果就是导致UKA假体前方与股骨内髁剩余骨质间存在一较深的凹槽。虽然这个凹槽并没有临床证据证明对膝关节运动学或假体使用寿命有影响，但事实上此凹槽就是股骨最远端所在，其高度无法恢复导致膝关节内翻畸形无法矫正。如果为了校正内翻畸形则必须使假体安放的高些，则这个时候就会导致屈曲过程中，髌骨与假体的撞击，而牛津单髁手术技术中不松解内侧副韧带的方法，其本身也是为了防止滑动垫片的脱位。
发明内容
鉴于现有技术中的一个或多个问题，提出了一种膝关节单髁假体和滑车假体。
根据本公开的一个方面，提出了一种股骨侧内侧单髁假体，包括：关节面，所述关节面为膝关节运动过程中与髌骨内侧和胫骨平台内侧相接触的表面，它在矢状位上表现为第一椭圆上的弧段，在冠状位上表现为第一圆形上的弧段；以及里侧面，所述内侧面为所述假体置入后邻接股骨髁部截骨面和骨水泥的部分，表现为直线截面的里侧面后髁处，以及与关节面弧段相一致的里侧面远端部。
根据一些实施例，所述的股骨侧内侧单髁假体还包括：第一立柱，设置在所述里侧面上，对应于所述第一椭圆的圆心第二立柱，设置在所述里侧面上，对应于所述第一椭圆的焦点。
根据一些实施例，所述股骨侧内侧单髁假体的前侧的末端形成有锁定螺钉孔，所述锁定螺钉孔形成为插入其中的锁定螺钉的方向与第一立柱和第二立柱的方向不同。
根据一些实施例，第一椭圆的长轴垂直于股骨机械轴，并且其圆心对应于股骨内髁内侧副韧带附着点。
根据一些实施例，在矢状位上表现为各个层面上的相应第一椭圆在三维空间上集合，它们构成完整的股骨内侧单髁假体形状，它们的圆心在矢状位上重合，且长短轴方向一致，全部圆心的连线重合于穿髁线(TEA)且垂直于Whiteside线。
根据一些实施例，在轴位视角上，所述假体放置方向为平行于Whiteside线且垂直于穿髁线(TEA)，并且假体外侧有一平直的边，平行于Whiteside线且垂直于TEA，而内侧弧边呈圆弧状，以适应股骨内髁远端外形，前方弧边的曲度对应于磨具圆形的参数，底部为冠状位第一圆形的曲率。
根据一些实施例，所述第一椭圆上的弧段的角度范围为150度至200度，所述第一圆形上的弧段的角度范围为50度至90度。
根据本公开的另一方面，提出了一种股骨侧外侧单髁假体，包括：关节面，所述关节面为膝关节运动过程中与髌骨外侧和胫骨平台外侧相接触的表面，它在矢状位上表现为第二椭圆上的弧段，在冠状位上表现为第三椭圆上的弧段；以及里侧面，所述里侧面为所述假体置入后邻接股骨髁部截骨面和骨水泥的部分，表现为直线截面的里侧面后髁处，以及与关节面弧段一致的里侧面远端部。
根据一些实施例，所述的股骨侧外侧单髁假体还包括：第三立柱，设置在所述里侧面上，对应于所述第二椭圆的焦点。
根据一些实施例，所述股骨侧外侧单髁假体的远侧的末端形成有锁定螺钉孔，所述锁定螺钉孔形成为插入其中的锁定螺钉的方向与第三立柱的方向不同。
根据一些实施例，在矢状位上表现为各个层面上的相应第二椭圆(78)在三维空间上集合，它们构成完整的股骨外侧单髁假体形状，它们的圆心矢状位上重合，且长短轴方向一致，全部圆心的连线重合于穿髁线(TEA)且垂直于Whiteside线。
根据一些实施例，在轴位视角，所述假体放置方向为平行于Whiteside线且垂直于穿髁线(TEA)，并且假体内侧有一平直的边，平行于Whiteside线且垂直于TEA，而外侧弧边呈圆弧状，以适应股骨外髁远端外形，前方弧边的曲度对应于圆形的曲率参数，底部为冠状位第三椭圆形的弧段的曲率。
根据一些实施例，所述第二椭圆上的弧段的角度范围为120度至160度，所述第三椭圆上的弧段的角度范围为50度至90度。
根据本公开的再一方面，提出了一种股骨滑车假体，包括：关节面，所述关节面为膝关节运动过程中与髌骨关节面相接触的表面，它在矢状位上表现为第四椭圆或圆形上的弧段与第五椭圆或圆形上的段弧空间集合；以及里侧面，所述里侧面为所述假体置入后邻接股骨滑车部截骨面和骨水泥的部分，表现为与股骨滑车关节面形态相一致的里侧面。
根据一些实施例，所述第四椭圆或圆形和第五椭圆或圆形以同心排列，同心轴空间上平行于TEA，且垂直于Whiteside线。
根据一些实施例，所述股骨滑车假体的中心处有一立柱，四周有四个锁定螺钉孔以安放锁定螺钉。
利用本公开上述实施例的假体能够更为贴近正常人体股骨髁部的几何形态，并简化了各种不同型号股骨假体的设计参数值。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1A是描述根据本公开实施例的假体的膝关节内髁矢状位剖面图，示意股骨内髁椭圆原理及特点；
图1B是描述根据本公开实施例的假体的膝关节内侧滑车矢状位剖面图，示意股骨内侧滑车椭圆原理及特点，并与股骨内髁椭圆的关系；
图2是描述根据本公开实施例的假体的膝关节股骨滑车最凹处矢状位剖面图示意此处圆形的特点；
图3是描述根据本公开实施例的假体的膝关节股骨外髁及股骨滑车矢状位剖面图示意股骨外髁椭圆原理及特点，并与此处股骨滑车圆形的关系；
图4是描述根据本公开实施例的假体的膝关节矢状位股骨髁部椭圆形和圆形构造重叠示意图，示意股骨髁部是由椭圆形和圆形构成及其特点；
图5是描述根据本公开实施例的假体的膝关节冠状位视图，示意股骨内外髁由圆形和椭圆形构成及特点；
图6示出了根据本公开实施例的股骨内髁UKA假体的矢状位视图；
图7示出了根据本公开实施例的股骨内髁UKA假体的冠状位视图；
图8示出了根据本公开实施例的股骨内髁UKA假体的轴位视图；
图9是描述本公开实施例的股骨内髁UKA假体的立体视图；
图10A是描述根据本公开实施例的股骨内髁UKA假体置入的操作和相应器械使用的示意图；
图10B是描述根据本公开实施例的股骨内髁UKA假体置入的操作和相应器械使用的示意图；
图11是描述根据本公开实施例的股骨外髁UKA假体的矢状位视图；
图12是描述根据本公开实施例的股骨外髁UKA假体的冠状位视图；
图13是描述根据本公开实施例的股骨外髁UKA假体的立体视图；
图14是描述根据本公开实施例的股骨滑车UKA假体的构造原理和立体视图。
具体实施方式
下面将详细描述本公开的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本公开。在以下描述中，为了提供对本公开的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本公开。在其他实例中，为了避免混淆本公开，未具体描述公知的材料或方法。
根据本公开实施例的UKA假体(包括股骨内侧髁，股骨外侧髁和股骨滑车关节面)，其外形最贴近正常人体股骨髁部和滑车部的几何特征。如下的一个或多个实施例详述了此椭圆原理及应用于UKA的设计方法。一个或多个实施例将以图示形式表现。但这些图示及说明并不限制本公开申请想要保护的创新内容。每个图示及说明将关联于其他图示。
根据一个或多个实施例，本公开提供的UKA假体元件包括：股骨内侧髁、股骨外侧髁和股骨滑车置换部件。它们可单独应用在特定的单间室骨性关节炎的情况，也可以联合应用于两个或三个间室的骨性关节炎的情况。具体来说，所述股骨内侧髁UKA假体元件是指膝关节运动时与胫骨内侧间室关节式联接部分；所述股骨外侧髁UKA假体元件是指膝关节运动时与胫骨外侧间室关节式联接部分；所述股骨滑车UKA假体元件是指膝关节运动时与髌骨相对应部分。其中任何UKA假体元件均包括假体关节面和假体里侧面。需要说明的是，这里使用的“前”是指朝向人体的腹侧；“后”是指朝向人体的背侧；“内”是指朝向人体躯干中轴；“外”是指远离人体躯干中轴；“近”是指朝向人体的头侧；“远”是指朝向人体的尾侧，等等。同样地，“矢状位”、“冠状位”和“轴位”的描述同解剖学平面定义。“水平轴”指向“前”“后”方向并平行于地面；“垂直轴”指向“远”“近”方向并垂直于地面。一般来讲，UKA假体元件的“最远点”是指膝关节完全伸直时与对应的胫骨支撑件建立的最远接触点；UKA假体元件的“最后点”是指与“最远点”相垂直的UKA假体后方偏心距最大值点。UKA假体元件的“最前点”是指与“最后点”相反的UKA假体前方偏心距最大值点。
本公开描述的实施例显示为左侧股骨UKA假体元件。右侧股骨UKA假体元件和左侧股骨UKA假体元件呈矢状位镜像。因此，我们声明这里描述的股骨UKA假体的特征原理同等适用于左膝或右膝配置。需要注意的是，本公开的股骨滑车UKA假体设计包括“置换髌骨关节面”和“不置换髌骨关节面”两种情况的假体。其中“置换髌骨关节面”的股骨滑车UKA假体相对于“不置换髌骨关节面”假体，设计了髌骨相对应的滑车凹槽和角度。
根据本公开的一个或多个实施例，在矢状位上，股骨内外髁关节面外形由椭圆构成，内外滑车关节面外形由椭圆和/或圆构成，冠状位上，股骨内外髁关节面外形由椭圆形和圆形构成。
例如，股骨内髁UKA假体以矢状位椭圆和冠状位圆形的原理进行设计构造。在矢状位上，股骨内髁关节面各层面为椭圆形的集合，它们在三维空间上构成完整的股骨内髁部形状。其中股骨内髁关节软骨面的方向为垂直于穿髁线(TEA)且平行于Whiteside线的同心椭圆结构。在冠状位上，股骨内髁关节面表现为圆形的一段弧。
再如，股骨外髁UKA假体以矢状位椭圆和冠状位椭圆的原理进行设计构造。在矢状位上，股骨外髁关节面各层面为椭圆形的集合，它们在三维空间上构成完整的股骨外髁部形状。股骨外髁椭圆较股骨内髁椭圆稍小，其长轴方向参照于股骨内髁椭圆呈顺时针旋转一定角度。股骨外髁关节软骨面的方向为垂直于穿髁线(TEA)且平行于Whiteside线的同心椭圆结构。在冠状位上，股骨外髁关节面表现为椭圆形的一段弧。
根据本公开的实施例，股骨假体滑车UKA假体以椭圆和圆形原理进行设计构造。在矢状位上，全部股骨滑车各层面均可以椭圆形或圆形表现。它们在三维空间上构成完整的股骨滑车部结构。股骨内侧滑车关节软骨面矢状位各层面为椭圆形集合，且这些椭圆的长短轴方向相同，每个椭圆的圆心同心圆排列。但每个椭圆的离心率并不相同。这些椭圆的大小例如呈斐波那契数列排序。全部股骨外侧滑车层面均呈圆形表现，虽每个外侧滑车圆形的半径大小不同，但其圆心投影均重合。这条连接股骨滑车椭圆形和圆形圆心的直线垂直于穿髁线(TEA)且平行于Whiteside线。股骨内髁椭圆和股骨滑车最凹层面圆形的参数，决定了整个假体形状和长短径参数。
例如，核磁(MRI)矢状位扫描膝关节的最佳或最正确的位置方式：所扫描膝关节处于伸直0度位置时，膝关节轴位定位相设定为沿股骨内外髁最高点连线方向，膝关节冠状位定位相设定为沿正切胫骨平台关节面方向。股骨内髁几何特征可用椭圆形表示，属于此椭圆形上的一段弧。在一个实施例中，我们选取股骨内髁最后点偏心距(offset)最大值所在的矢状位层面，亦即股骨内髁中间层面，所示股骨内髁和椭圆形关系如图1A。自内侧半月板前角33伸直位时在股骨内髁42关节软骨面36形成的前切迹recess34开始，至内侧半月板后角43高屈曲位时在股骨内髁42形成的后切迹recess35结束，此段的股骨内髁42的关节软骨面36与一椭圆38完全重合。此椭圆38的长轴垂直于股骨机械轴，其圆心39在MRI轴位扫描上对应于股骨内髁内侧副韧带附着点123。在一个实施例中，此椭圆38的半长轴为31mm，半短轴为25mm，离心率为0.591。在另一个实施例中，此处椭圆的半长轴为27mm，半短轴为22mm，离心率为0.58。在多个实施例中，其半长轴在20mm至35mm之间，半短轴16mm至30mm之间，离心率在0.5至0.7之间。同时，通过测量椭圆圆心39与前后切迹34，35连线间的夹角α；椭圆圆心39和后切迹35连线与椭圆38长轴之间的夹角β，即可对此段关节软骨面36形状长度进行准确描述。在一个事实例中，夹角α为180度，夹角β为35度。在另一个实施例中，夹角α为190度，夹角β为40度。在多个实施例中，夹角α在170度至195度之间，夹角β在20度至45度之间。在绝大多数情况下，股骨内髁中间层面前方并无股骨内侧滑车关节面，即股骨内髁中间层面的椭圆38不对应于股骨内侧滑车最前点偏心距(offset)最大值层面，且这两个层面的椭圆并不一致。因此，我们将此股骨内髁椭圆38沿MRI矢状位扫描方向投射到股骨内侧滑车最前点偏心距(offset)最大值层面，如图1B。自此层面内侧半月板前角45伸直位时在股骨内髁42关节软骨面36形成的前切迹recess46开始，向前上至此层面股骨内侧滑车关节软骨面37结束，此段滑车关节软骨面37可用一椭圆形40的一段弧表示。虽一部分受试者此段关节面表现为圆形，但大多数受试者表现为椭圆形。此股骨内侧滑车关节软骨面椭圆40的长轴垂直于股骨内髁中间层面椭圆38的长轴。此椭圆40是以股骨滑车最凹层面(图2)上的圆形70为基准所做，所以此椭圆40的圆心41与股骨滑车最凹层面(图2)的圆形70的圆心41，在矢状位扫描的投影完全重合。在一个实施例中，此椭圆40的半长轴为29mm，半短轴为27mm，离心率为0.365。在多个实施例中，此椭圆40的半长轴在20mm至35mm之间，半短轴20mm至30mm之间。总体来说，此椭圆40半长轴与半短轴之差不大，例如1mm，2mm，或3mm。同时，通过测量圆心41与前切迹46及滑车软骨面结束点连线间的夹角γ，圆心41至滑车软骨面结束点连线与此椭圆40半短轴之间夹角γ’，即可对此段滑车关节软骨面的弧形37进行准确地描述。在多个实施例中，夹角γ在40度至80度之间，夹角γ’在-5度至40度之间。
根据一些实施例，股骨内髁椭圆38的圆心39与股骨内侧滑车椭圆40的圆心41的位置关系决定整个股骨髁部与股骨滑车部的空间位置关系，决定着股骨假体的外径里径的参数值。可以用股骨内髁椭圆38与股骨内侧滑车椭圆40的长短轴相交围成的矩形50来表述它们之间的关系。在一个实施例中，矩形50的长107为13mm，宽109为9mm。在另一个实施例中，矩形50的长107为12mm，宽109为7mm。在多个实施例中，矩形50的长107在8mm至16mm之间，宽109在4mm至12mm之间。这两个椭圆38,40圆心39,41连线与股骨内髁椭圆38长轴的夹角为θ。在一个实施例中，θ为32度。在另一个实施例中，θ为35度。在多个实施例中，θ角度范围在25度至35度之间。
股骨滑车最凹层面62即为临床上Whiteside线所在的层面，如图2。此层面62是测定股骨内外滑车关节面几何形态的重要基础。能够最佳重合于此滑车层面62关节软骨面64的，且同时等比例缩小后仍能最佳重合于此层面62软骨下骨面65的圆形，有且只有一个70。此圆形70的圆心41在MRI矢状位扫描投影，与股骨内侧滑车椭圆40圆心及股骨外侧滑车圆形80圆心完全重合，故都用圆心41表示。临床上的Blumensaat线63被此圆形70囊括。类似于前面的表述，此层面62的滑车关节软骨面64是该圆形70的一段弧，并可用该圆形70的半径和角度表示。圆心41与滑车关节软骨面64前后界连线的夹角为ψ；圆心41与关节软骨面64前界的连线与水平轴夹角为ε。在一个实施例中，此圆形70的半径为24mm，ψ为100度，ε为0度。在另一个实施例中，此圆形70的半径为25mm，ψ为105度，ε为5度。在多个实施例中，此圆形70半径大小为16mm至30mm，ψ范围从90度至125度，ε范围从-20度至10度。且此圆形70的半径与股骨内髁椭圆38的半长轴长度呈特定比率关系，例如2/5，3/5或3/4。
根据本公开的实施例，股骨外髁几何形状可用椭圆形表示，属于此椭圆形的一段弧。在一个实施例中，我们选取股骨外髁最后点偏心距(offset)最大值所在的矢状位层面，亦即股骨外髁中间层面，此层面矢状位上同时也是股骨外侧滑车最前点偏心距(offset)最大值层面，所示各关系如图3。自外侧半月板前角73伸直位时在股骨外髁82关节软骨面76形成的前切迹recess74开始，至外侧半月板后角83高屈曲位时在股骨外髁82形成的后切迹recess75结束，此段的股骨外髁82的关节软骨面76与一椭圆78完全重合。此椭圆78的长轴相对于股骨内髁椭圆38长轴，呈顺时针旋转一定角度Ω，例如在一个实施例中为12度，另一实施例中为18度，在多个实施例中，Ω平均旋转5度至25度之间。其圆心79在矢状位投影完全重合于股骨内髁椭圆38的圆心39；在MRI轴位上对应于股骨外髁外侧副韧带附着点122。在一个实施例中，此椭圆78的半长轴为30mm，半短轴为26mm；在另一个实施例中，此椭圆78的半长轴为26mm，半短轴为23mm。在多个实施例中，此椭圆78的半长轴在21mm至33mm之间，半短轴16mm至30mm之间，离心率在0.5至0.7之间。同时，通过测量圆心79与前后切迹74，75连线间的夹角φ，圆心79和后切迹75连线与外髁椭圆78长轴之间的夹角ζ，即可对此段关节面76弧进行准确地描述。在一个实施例中，φ为130度，ζ为40度。在多个实施例中，夹角φ在120度至160度之间，夹角ζ在30度至70度之间。
在此层面上，自前切迹recess74开始到股骨外侧滑车关节软骨面77结束，此段77可用圆形80表示。虽然一部分受试者表现为椭圆形，但大多数受试者表现仍为圆形。此股骨外侧滑车层面72圆形80的圆心41在MRI矢状位上与股骨内侧滑车椭圆40的圆心，以及股骨滑车最凹层面62的圆心完全重合。此圆形80的半径在25mm至35mm之间，例如28mm，或者26mm。圆形80圆心41与圆形80椭圆78下方交点的连线，圆形80的圆心41与股骨外侧滑车软骨关节面结束点连线，它们之间的夹角为ρ；圆形80的圆心41与股骨外侧滑车软骨面结束点的连线与水平轴之间的夹角为ρ’。夹角ρ在80度至120度之间，例如90度，100度或110度；夹角ρ’在-30度至20度之间，例如-10度，0度，或10度。
根据本公开的实施例，股骨髁部在MRI矢状位扫描方向上：股骨内外髁关节软骨面几乎均可用椭圆形表示，股骨内外滑车关节软骨面几乎均可用椭圆形和/或圆形表示，股骨滑车最凹处(即滑车沟中心)为圆形表示，如图4。
股骨内髁关节软骨面矢状位各层面为同圆心椭圆形的集合92，其中每个椭圆的大小不同，长短轴方向一致且重合，每个椭圆有着近似的离心率，如图4。这代表着股骨外髁假体走行方向同矢状方向。所以股骨内髁关节软骨面真正方向为平行于Whiteside线，垂直于穿髁线TEA。股骨外髁关节软骨面矢状位各层面为椭圆形的集合93，如图4。其中每个椭圆的大小不同，长短轴方向一致且近似重合，即每个椭圆的圆心近似重合呈同心圆排列。这代表着股骨外髁假体走行方向同矢状方向。所以股骨外髁关节软骨面真正方向为平行于Whiteside线，垂直于穿髁线(TEA)。股骨内侧滑车关节软骨面矢状位各层面为椭圆形集合(图4)，且这些椭圆的长短轴方向相同，每个椭圆的圆心同心圆排列。但每个椭圆的离心率并不相同。这些椭圆的大小呈斐波那契数列排序。MRI矢状位扫描股骨髁部，全部股骨外侧滑车层面均呈圆形表现，虽每个外侧滑车圆形的半径大小不同，但其圆心41投影均重合(图4)。
在经过股骨内髁椭圆圆心39和股骨外髁椭圆圆心79的冠状面上，其股骨内外髁冠状位关节面95,97可用圆形和椭圆形表示，如图5。以股骨内髁椭圆圆心39为圆心，一圆形94可很好地重合于股骨内髁冠状位关节面95，其圆半径等于股骨内髁椭圆38的半短轴。此段关节面的弧度可用角度λ表示。垂线分λ为λ1和λ2，其中λ1和λ2可以相等，也可以不相等。在一个实施例中，λ角度为65度；在另一个实施例中，λ角度为70度。以股骨外髁椭圆圆心79为中心，一椭圆96顺时针旋转δ1度，且恰与内侧圆形94相切且重合于股骨外髁冠状位关节面97。此椭圆96的离心率等于0.618，即为完美椭圆。此段关节面的弧度可用角度δ表示。垂线分δ为δ1和δ2，其中δ1和δ2不相等。在一个实施例中，δ角度为70度；在另一个实施例中，δ角度为75度。
根据本公开实施例的股骨内髁UKA假体具有矢状位椭圆形几何形态和冠状位圆形几何形态。根据以上实施例，知道股骨内髁为同心椭圆的集合，且这些椭圆平面在空间上平行于滑车的Whiteside线。这些椭圆的圆心对应于股骨内髁内侧副韧带附着点处。所以股骨内髁UKA假体的几何形态为：矢状位上由同心椭圆构成，如图6；冠状位上由圆形构成，如图7。本公开的股骨内髁UKA假体201分为关节面部分，即在膝关节运动过程中与髌骨内侧和胫骨平台内侧相接触的假体外围表面；和里侧面部分，即股骨内髁UKA假体201置入后邻接股骨髁部截骨面和骨水泥的部分，表现为直线截面的里侧面后髁处，以及与关节面弧段相一致的里侧面远端部。
矢状位上，股骨内髁UKA假体201为一椭圆形38的一段弧203，如图6。这段弧203的前后点对应着半月板切迹recess，形成一个弧度范围，例如150度至200度，其中此弧度范围在一个实施例中为175度，另一个实施例中为185度，且在另一个实施例中为180度。其具体可表示为连接半月板前后切迹recess207，208且通过椭圆圆心39的直线与椭圆长轴的角度β。这个β角度在一个实施例中为30度，另一个实施例中为35度，且在另一个实施例中为40度。股骨内髁UKA假体里侧面后髁处202即为半月板后切迹recess208垂直于椭圆长轴的垂线，也即为后髁截骨位置所在。此位置随假体参数的变化而变化。股骨内髁UKA假体201的远端203呈椭圆弧形构造。其内侧面有两个立柱，分别是对应于椭圆圆心39的中心立柱204；和对应于椭圆焦点的后方立柱205。在此UKA假体的远端部件203的末端，还有一锁定螺钉的钉孔206，以对应一枚锁定螺钉206’。此位置在正常人体时接触与半月板，并不与胫骨平台关节面相接触；且也同时并不接触与髌骨，所以在此位置行螺钉固定并不影响关节面的接触。而且锁定固定螺钉206’的方向与中心立柱及后方立柱不同，可增强假体的稳定度。可以理解，本领域的技术人员可以根据需要设置更多数目的立柱。
冠状位上，据图5我们已知股骨内髁冠状位关节面外形可用一圆形94的一段弧95表示，其弧度为λ，例如该弧度的范围为50度至90度，所以内髁UKA假体201的冠状位外形如图7所示。而矢状位上弧段203可看做与一圆形221近似重合，此圆形221的半径大于UKA假体201冠状位圆形94的半径。此圆形221的曲率和参数作为磨具参数以准备骨床面。
轴位视角上，股骨内髁UKA假体201的关节面呈不对称形，如图8。假体放置方向为平行于Whiteside线且垂直于穿髁线TEA。假体内外侧各有一平直的边243,245，平行于Whiteside线且垂直于TEA。而内侧弧边241呈圆弧状，以适应股骨内髁远端外形；前方弧边242的曲度对应于磨具圆形221的参数；底部244为冠状位圆形94的曲率。所以，股骨内髁UKA假体201的立体图示，如图9。除上述所说的各个位置，假体的里侧面具有相应凹陷槽痕以适应骨水泥。
以先前说明的股骨髁部MRI扫描方向，术前的MRI图像上即可计划出最佳的假体大小和位置。具体手术操作：显露后首先要确定滑车沟的Whiteside线，用电刀在内髁面上标记平行于Whiteside线的假体方向线。用一与股骨内髁椭圆最相适应的椭圆测量磨具251良好地贴合于关节面，如图10A。测量磨具251前端有一个抓钩254结构，能很好地把持住内后髁部。在测量磨具251的末端有两个钉孔255，用短钉进行固定以达到更大的稳定性。必须保证测量磨具的中空扶手257正对应着内侧副韧带附着点方向，即椭圆圆心39的方向。此中空扶手257可放入钻头，在股骨内髁上钻孔道258，以利于下一步放入磨钻中心固定桩。在测量磨具251的下端有一截骨槽256，其正对应着股骨内髁后方截骨线202。然后取下测量磨具251，在中心孔道258上放置固定桩259，用中空钻头271，其半径等于前面提及的圆形221。磨锉的深度由固定桩259限制，期间并不断用假体试模比较深度。
根据本公开实施例的股骨外髁UKA假体具有矢状位和冠状位皆为椭圆形几何形态。根据以上实施例，知道股骨外髁为同心椭圆的集合，且这些椭圆平面在空间上平行于滑车的Whiteside线。这些椭圆的圆心对应于股骨外髁外侧副韧带附着点处。所以股骨外髁UKA假体的几何形态为：矢状位上由同心椭圆构成；冠状位上由椭圆形构成，如图6。本公开的股骨内髁UKA假体201分为关节面部分，即在膝关节运动过程中与髌骨内侧和胫骨平台内侧相接触的假体外围表面；和里侧面部分，即股骨内髁UKA假体201置入后邻接股骨髁部截骨面和骨水泥的部分，表现为直线截面的里侧面后髁处，以及与关节面弧段一致的里侧面远端部。
矢状位上，股骨外髁UKA假体301为一椭圆形78的一段弧，如图11。这段弧的前后点对应着半月板切迹recess307,308，它们形成一个角度范围，例如该弧度的范围为120度至160度，在一个实施例中，这个角度为145度，在另一个实施例中为150度。其具体可表示为半月板前后切迹recess307，308与椭圆圆心79围成的角度α。其中圆心79半月板后切迹308连线与水平轴呈角度β，此β角度在一个实施例中为35度，另一个实施例中为40度，在多个实施例中平均为35度。股骨外髁UKA假体301里侧面后髁截骨方向302垂直于水平轴。此位置随椭圆参数变化而变化。股骨外髁UKA假体301的远端303呈椭圆弧形构造。其内侧面有一个立柱，即对应于椭圆焦点的后方立柱305。在此UKA假体的远端部件303的末端，还有一锁定螺钉钉孔306，以对应一枚锁定螺钉306’。此位置在正常人体时接触与半月板，并不与胫骨平台关节面相接触；同时此螺钉孔位置偏外不接触于髌骨，所以在此位置行螺钉固定并不影响关节面的接触。而且锁定固定螺钉306’的方向与后方立柱不同，可增强假体的稳定度。
冠状位上，据图5我们已知通过圆心79的股骨外髁冠状位关节面外形符合一椭圆形96的一段弧97表示，其弧度为δ，例如该弧度的范围为50度至90度，所以外髁UKA假体301的冠状位外形如图12所示，其相应的胫骨侧假体关节面冠状位形状为适应此椭圆的凹形325。这段弧97近似地可以重合于一个不经过圆心79的圆形321，其圆心位置为322，其圆半径可看做为椭圆96的半短轴长度。方向轴323不仅为后方立柱305的方向，也为磨锉钻及固定桩的方向，其与垂直轴的角度为15度，此圆形321的曲率和参数作为磨具参数以准备骨床面。冠状位上，锁定钉孔及锁定螺钉306方向与垂直轴呈角度15度。所以锁定螺钉306与后方立柱305呈角度30度，以达到假体的最大稳定性。
轴位视角上，股骨外髁UKA假体301的关节面呈不对称形，如图8。假体放置方向为平行于Whiteside线且垂直于穿髁线TEA。假体内外髁各有一平直的边343,345，平行于Whiteside线且垂直于TEA。而外侧弧边341呈圆弧状，以适应股骨外髁远端外形；前方弧边342的曲度对应于圆形321的曲率参数；底部344为冠状位椭圆形96的曲率。所以，股骨内髁UKA假体201的立体图示，如图13。除上述所说的各个位置，假体的里侧面具有相应凹陷槽沟以适应骨水泥。
股骨外髁UKA假体安放的操作步骤同内髁UKA假体安放步骤，有相应的特制的外形磨具，不再赘述。
根据本公开的实施例的股骨滑车UKA假体具有矢状位内侧滑车椭圆形或圆形和外侧滑车圆形或椭圆形的几何形态，以及适用于非髌骨置换和髌骨置换的设计。例如，股骨滑车假体401包括：关节面，所述关节面为膝关节运动过程中与髌骨关节面相接触的表面，它在矢状位上表现为椭圆或圆形40上的弧段37与椭圆或圆形80上的段弧77空间集合；以及里侧面，所述里侧面为所述假体置入后邻接股骨滑车部截骨面和骨水泥的部分，表现为与股骨滑车关节面形态相一致的里侧面409。根据上述实施例，股骨内外滑车分别由椭圆形和圆形的一段弧以同心排列构成，如图4。所以本公开的股骨滑车UKA假体401设计为股骨内侧滑车的椭圆形和外侧滑车圆形几何形态构成，以同心排列。同心轴41’空间上平行于TEA，且垂直于Whiteside线。如图14的图A所示，显示为内外侧滑车部分的同心椭圆及圆形构成，中心圆70即为经过Whiteside线的滑车最凹处圆形。股骨滑车UKA假体401的中心处有一立柱402，四周有四个锁定螺钉孔403,404,405,406以安放锁定螺钉，如图14的图B所示。
上述的实施例中，股骨外髁UKA假体设计基于股骨外髁椭圆结构形成的，股骨外髁椭圆是按照正常人体膝关节股骨外后髁关节软骨面形状进行设计的。股骨外髁的椭圆稍小于股骨内髁椭圆。其长轴方向参照于股骨内髁椭圆呈顺时针旋转一定角度。同时，股骨内外髁椭圆的圆心在股骨假体矢状位上呈重合表现。替代方案可将股骨外髁椭圆简化为长短轴方向与股骨内髁椭圆相一致，而取消顺时针旋转这个步骤，这可以更加简化股骨假体设计制作的过程。虽改变后的外形与正常人体肩关节股骨外后髁关节软骨面形状并不一致，但也无不可。辅以相匹配的胫骨平台侧假体垫片，也可以取到良好的关节运动学效果。
此外，在滑车UKA假体设计中，将股骨内外侧滑车描述成由椭圆形或圆形构成。这个方案是最终统计学分析得出。虽然大部分实施例股骨内髁表现为椭圆形，但也有少部分实施例股骨内髁表现为圆形；虽然大部分实施例股骨外髁表现为圆形，但也有少部分实施例股骨外髁表现为椭圆形。且我们的具体实施方案是建立在分析中国人正常膝关节结构基础之上，不排除种族不同而产生的差异。如果将股骨内髁描述成圆形、股骨外髁描述成椭圆形；或者将股骨内外髁都描述成圆形、或者都描述成椭圆形，辅以相匹配的髌骨置换假体，也可以取得良好的关节运动学效果。
需要说明的是，本公开提出的假体，在非大批量生产时，如定制的个体化三维(3D)打印膝关节假体中，也将受到本专利保护。
这样，本公开实施例中提出的椭圆形、圆形原假体更为符合正常人体膝关节形态结构的。此椭圆形、圆形原理把复杂的、不可解读的膝关节结构简化为简单的、可有效重复的椭圆形、圆形的空间构成。
此外，本公开实施例提出的椭圆形、圆形原理而制作的股骨假体，其各组件的参数都可以以椭圆形、圆形的、重要角度参数体现，且随着各参数的变化而相应出现变化，从而实现不同型号假体的精确制作。并且，各个单独的UKA假体可单独使用或联合组配应用。可实现关节力线的校正。
虽然已参照几个典型实施例描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离公开的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种股骨侧内侧单髁假体(201)，包括：
关节面，所述关节面为膝关节运动过程中与髌骨内侧和胫骨平台内侧相接触的表面，它在矢状位上表现为第一椭圆(38)上的弧段(203)，在冠状位上表现为第一圆形(94)上的弧段(95)，
其中在矢状位上表现为各个层面上的相应第一椭圆在三维空间上集合，它们构成完整的股骨内侧单髁假体形状，它们的圆心在矢状位上重合，且长短轴方向一致，全部圆心的连线重合于穿髁线TEA且垂直于Whiteside线。
2.如权利要求1所述的股骨侧内侧单髁假体(201)，还包括：
里侧面，所述里侧面为所述假体置入后邻接股骨髁部截骨面和骨水泥的部分，表现为直线截面的里侧面后髁处(202)，以及与关节面的第一椭圆(38)上的弧段(203)相一致的里侧面远端部(209)；
第一立柱(204)，设置在所述里侧面上，对应于所述第一椭圆(38)的圆心(39)；以及
第二立柱(205)，设置在所述里侧面上，对应于所述第一椭圆(38)的焦点。
3.如权利要求2所述的股骨侧内侧单髁假体(201)，其中所述股骨侧内侧单髁假体(201)的前侧的末端形成有锁定螺钉孔(206)，所述锁定螺钉孔形成为插入其中的锁定螺钉(206’)的方向与第一立柱(204)和第二立柱(205)的方向不同。
4.如权利要求1所述的股骨侧内侧单髁假体(201)，其中第一椭圆(38)的长轴垂直于股骨机械轴，并且其圆心(39)对应于股骨内髁内侧副韧带附着点(123)。
5.如权利要求1所述的股骨侧内侧单髁假体(201)，其中所述第一椭圆(38)上的弧段(203)的角度范围为150度至200度，所述第一圆形(94)上的弧段(95)的角度范围为50度至90度。
6.一种股骨侧内侧单髁假体(201)，包括：
关节面，所述关节面为膝关节运动过程中与髌骨内侧和胫骨平台内侧相接触的表面，它在矢状位上表现为第一椭圆(38)上的弧段(203)，在冠状位上表现为第一圆形(94)上的弧段(95)，
其中在轴位视角上，所述假体(201)放置方向为平行于Whiteside线且垂直于穿髁线TEA，并且假体(201)外侧有一平直的边(243)，平行于Whiteside线且垂直于TEA，而内侧弧边(241)呈圆弧状，以适应股骨内髁远端外形，前方弧边(242)的曲度对应于磨具圆形(221)的参数，底部(244)为冠状位第一圆形(94)的曲率。
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