CN109394395B - 一种用于人工髋关节置换的髋臼杯假体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域。该发明提供了一种用于人工髋关节置换的髋臼杯假体，以解决髋臼杯假体无法持久稳定地固定在髋臼中的问题。该髋臼杯假体，包括杯体，其为半球状；以及膨胀装置，其环绕在所述杯体的顶部，并且可沿径向向外膨胀。本发明的髋臼杯假体植入到髋臼窝后通过膨胀装置沿径向膨胀而强化压配，形成一个内大外小的鼓状结构，从而实现髋臼杯在人体髋臼内的稳定固定。

Description

一种用于人工髋关节置换的髋臼杯假体

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种用于人工髋关节置换的髋臼杯假体。

背景技术

人工髋关节置换是将人工假体(包含股骨和髋臼两部分)固定在正常的骨质上，以取代病变的髋关节，重建患者髋关节正常功能的治疗手段。随着科学技术的发展，它已经成为治疗髋关节疾病的一种标准手术方法。髋臼杯是组成全关节假体的重要组件，它用于髋关节置换的髋臼侧。参见图1，在髋臼杯植入时，先通过手术工具(如髋臼锉)在人体髋臼窝上修出一个与假体尺寸相应的半球形，然后将髋臼杯植入修整好的髋臼窝中。利用骨水泥固定或生物固定两种形式将髋臼杯固定在正常的骨质上。其中，生物固定是直接将髋臼杯固定在修好的髋臼窝内，通过与骨头之间的接触压配，以及随后的骨长入来实现固定。在现有技术中，固定髋臼杯的方法主要有三种：

第一种方法是将髋臼杯假体半径设计为比髋臼窝半径大(如0.5mm)来实现压配。由于髋臼杯在髋臼内的配合一般是半球或小半球，该结构是一个内小外大的不稳定结构，植入后产生的压配将存在一定的对外推力，特别是在外力作用下，加上随后各种原因而导致的骨吸收和骨溶解，容易使髋臼杯假体松动而脱落。

第二种方法是在髋臼杯外表面增加倒齿、沟槽、多孔等形状结构以增加脱出阻力和促进骨头与假体的连接。该结构能在一定程度上改善髋臼杯的固定，但始终没有改变内小外大的不稳定结构。

第三钟方法是在髋臼杯底部增加骨螺钉以实现加固。这种方法由于骨螺钉是固定在髋臼杯底部，在力学上对杯体固定的能力十分有限。此外，为了保证骨螺钉能完全旋在髋臼骨头内,骨螺钉的旋入有特定的方向要求，否则骨螺钉会刺穿骨头,这在手术中是一个难点。基于这些原因，目前只有少数医生采用骨螺钉固定。

由于以上原因，目前在临床上髋臼杯松动失效仍然是髋关节置换最主要的并发症之一。因此，在髋臼杯设计中，如何实现与骨头的最佳压配，同时在植入后如何始终地保持这种压配，使假体能持久稳定的固定在髋臼中，是髋臼杯假体设计中的一个重要问题，也是延长假体寿命，降低手术翻修率的重要考量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于人工髋关节置换的髋臼杯假体，以解决现有技术中如何将髋臼杯假体持久稳定地保持在髋臼中的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种用于髋关节置换的髋臼杯假体，包括：杯体，其为半球状；以及膨胀装置，其环绕在所述杯体的顶部，并且可沿径向向外膨胀。

进一步，杯体的顶部设置有多个安装孔。

进一步，膨胀装置包括：楔形环，其为开口环，环绕在杯体外表面；膨胀环，其为开口环，环绕在杯体外表面，位于楔形环下方；以及多个紧固件，用于穿设在多个安装孔内。

进一步，膨胀装置包括：环体，其为闭口环，设置有多个安装孔；楔形环，其为开口环，位于环体的下方；膨胀环，其为开口环，位于楔形环下方；以及多个紧固件，用于穿设在多个安装孔内。

进一步，杯体设置有卡槽，膨胀环和楔形环卡在所述卡槽中。

进一步，楔形环的楔角为0°至45°。

进一步，膨胀环与杯体外表面形成的向上倾角为0°至45°。

进一步，膨胀环的外表面可以为倒齿状或多孔状。

进一步，膨胀装置与所述杯体一体成型或独立成型。

本发明的有益效果为：

本发明的髋臼杯假体植入到髋臼窝后，通过膨胀装置沿径向膨胀而强化压配，形成一个内大外小的结构，从而实现髋臼杯在人体髋臼内的稳定固定。

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是根据现有技术的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体与髋臼窝配合的结构示意图。

图2是根据现有技术的髋臼杯假体固定的结构图。

图3是髋臼杯假体固定的理想结构图。

图4是本发明的第一实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体的结构示意图。

图5是本发明的第二实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体的结构示意图。

图6是本发明的第二实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体在膨胀前的状态示意图。

图7是本发明的第二实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体在膨胀后的状态示意图。

图8是本发明的第三实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体中的膨胀装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

图2是根据现有技术的髋臼杯假体固定的结构图。如图2所示，目前髋臼杯假体基本采用图2的内小(如箭头所示)外大的半球或小半球固定结构。这种结构的优点是植入方便，手术时在髋臼窝修出与髋臼假体相应大小的球面后，将髋臼杯直接植入。在植入时，可根据患者髋关节的解剖形状调整髋臼杯的方向，但存在如前所述的不稳定问题。此外，在植入后，骨面由于半球面的缘故对髋臼杯始终有向外的推力，而内小外大的结构也无法阻挡该推力以防止髋臼杯脱出。

图3是髋臼杯固定的理想结构。该结构的特征是在髋臼杯边缘的适当位置设置一个突出环，使髋臼杯在边缘附近形成内大(如箭头所示)外小的结构，将髋臼杯锁定在骨头内，同时骨头对髋臼杯在边缘附近形成了向内和水平横向压力的稳定固定，但这种结构在手术中无法直接实现。首先，手术时需要在人体髋臼窝沿周边修出相应且尺寸一致的环槽，这在手术过程中几乎无法实现。此外，即使修出相应的环槽，髋臼杯在植入时，由于入口小，突出环也会将髋臼的周边损坏而无法实现内大外小的稳定固定。

图4是根据本发明的第一实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体。该用于人工髋关节置换的髋臼杯假体包括：杯体402，其为半球状；以及膨胀装置401，其环绕在所述杯体的顶部，并且可沿径向向外膨胀。杯体的材料可以为金属、聚乙烯或陶瓷等。杯体也可以为小半球状。该杯体的开口处可以设置有多个安装孔。该杯体402与该膨胀装置401可以一体成型，也可以分别独立成型。在髋臼杯假体植入到髋臼后，该膨胀装置沿径向向外膨胀以形成膨胀环带而强化压配，即形成一个内大外小的结构，从而实现髋臼杯在髋臼内的稳定固定。该髋臼杯假体的杯体在植入前外形与现有技术中的髋臼杯杯体形状无异，为一个完整半球或小半球，以方便手术时髋臼杯植入。

图5是根据本发明的第二实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体的结构示意图。该髋臼杯假体包括杯体501和膨胀装置。该膨胀装置包括：楔形环502，其为开口环，附装在所述杯体外表面，膨胀环503，其为开口环，附装在所述杯体外表面，位于所述楔形环502下方；以及多个紧固件504，用于穿设在所述多个安装孔内。其中，该膨胀环503在髋臼杯假体植入到髋臼后沿径向向外膨胀以形成膨胀环带，从而实现髋臼杯在髋臼内的稳定固定。膨胀环503与杯体501独立成型。该髋臼杯假体的杯体在植入前外形与现有技术中的髋臼杯杯体形状无异，为一个完整半球或小半球，以方便手术时髋臼杯植入。

图6是本发明的第二实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体在膨胀前的状态示意图。如图6所示，在髋臼杯植入前，紧固件504处于原始未锁定位置，楔形环502处于顶部未锁定位置，膨胀环503保持普通髋臼杯一样的形状。

图7是本发明的第二实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体在膨胀后的状态示意图。如图7所示，当髋臼杯打入髋臼窝后，旋下紧固件504，紧固件504推动楔形环502向下运动撑开膨胀环503实现髋臼杯锁定。楔形环502可以由紧固件504压下，也可以由专用手术器械压下，然后采用锁定件(例如锁定螺钉)将楔形环502锁定。该紧固件504可以为紧固螺钉等。楔形环502和膨胀环503为开口环同时具有内收弹性。开口环结构使其能够在径向向外膨胀或向内收缩，所具有的弹性使其能始终紧附在杯体501上。当将该髋臼杯植入到髋臼后，膨胀环503向外膨胀，加强压配，同时完成髋臼杯的稳定锁定。

在本实施例中，杯体501设置有卡槽，楔形环502和膨胀环503卡在卡槽中，从而防止楔形环502和膨胀环503在髋臼杯植入髋臼时滑出，同时在锁定后防止杯体脱出。

在本实施例中，楔形环502的楔角β小于材料间的摩擦角，使材料之间的摩擦力始终大于髋臼杯紧固后由于骨面的压力对楔形环推出的推力，以保证楔形环502在随后的使用过程中不会在压力的作用下慢慢向上滑出，丧失固定功能。楔形环502的楔角β的范围为0°<β<arctg(f),f为材料间的摩擦系数。当材料的摩擦系数较小，即材料较为光滑时，楔形环502的楔角β接近于零度。通常，材料间的摩擦系数通常小于1，即，0°<β<arctg(1)。优选地，0°<β<45°。

在本实施例中，膨胀环503与杯体501的上下接触面可以有一定向上的斜角α，斜角α使膨胀环在向外膨胀过程中同时可以向上移动，对杯体501产生向下的反推力，进一步加强杯体向内的固定。但是，角度过大会使得向上移动过大，可能造成骨头崩溃，反而丧失推力。当斜角为0°时，膨胀环向上移动为零，因此，向上的推力完全消失，仅剩下周向推力。因此，斜角α范围优选为0°<α<45°。

在本实施例中，膨胀环503的外表面可以为倒齿状或多孔状，使其在膨胀时更好地与骨头结合固定。

图8是根据本发明第三实施例的用于人工髋关节置换的髋臼杯假体的的膨胀装置的结构示意图。在该实施例中，所有的膨胀组件形成一个独立的膨胀装置，以方便与其它材料的髋臼杯杯体(例如，如聚乙烯或陶瓷)配合使用,实现稳定固定(如图4所示)。该膨胀装置包括：环体801，其为闭口环，设置有多个安装孔；楔形环802，其为开口环，位于环体801的下方；膨胀环803，其为开口环，位于所述楔形环802的下方；以及多个紧固件804，用于穿设在环体801的多个安装孔内。其中，该膨胀环803在髋臼杯假体植入到髋臼后沿径向向外膨胀以形成膨胀环带，从而实现髋臼杯在髋臼窝内的稳定固定。该膨胀装置与杯体结合在植入前外形与现有技术中的髋臼杯杯体形状无异，为一个完整半球或小半球，以方便手术时髋臼杯植入。在髋臼杯植入前，紧固件804处于原始未锁定位置，楔形环802处于顶部未锁定位置，膨胀环803保持普通髋臼杯一样的形状。当髋臼杯打入髋臼窝后，旋下紧固件804，紧固件804推动楔形环802向下运动撑开膨胀环803实现髋臼杯稳定固定。楔形环803可以由紧固件804压下，也可以由专用手术器械压下，然后采用锁定件(例如，锁定螺钉)将楔形环802锁定。该紧固件804可以为紧固螺钉等。膨胀环803和楔形环802为开口环同时具有内收弹性。膨胀环803与环体独立成型。开口环结构使其能够在径向向外膨胀或向内收缩，所具有的弹性使其能始终紧附在环体上。当将该髋臼杯植入到髋臼后，膨胀环803向外膨胀，加强压配，同时完成髋臼杯的稳定固定。

在本实施例中，环体801设置有卡槽，膨胀环803和楔形环802卡在卡槽中，从而防止膨胀环803和楔形环802在髋臼杯植入髋臼时滑出，同时在稳定固定后防止杯体脱出。

在本实施例中，楔形环802的楔角β小于材料间的摩擦角，使得材料之间的摩擦力始终大于髋臼杯紧固后由于骨面的压力对楔形环推出的推力，以保证楔形环802在随后的使用过程中不会由于推力作用慢慢向上滑出，丧失固定功能。楔形环802的楔角β为0°<β<arctg(f),f为材料间的摩擦系数。当材料的摩擦系数较小，即材料较为光滑时，楔形环802的楔角β接近于零度。通常，材料间的摩擦系数通常小于1，即，0°<β<arctg(1)。优选地，0°<β<45°。

在本实施例中，膨胀环803与杯体801的上下接触面可以有一定向上的斜角α，斜角α使膨胀环在向外膨胀过程中同时可以向上移动，对环体801产生向下的反推力，进一步加强杯体向内的固定。但是，角度过大会使得向上移动过大，可能造成骨头崩溃，反而丧失推力。当斜角为0°时，膨胀环向上移动为零，向上的推力完全消失，仅剩下周向推力。因此，斜角α优选0°<α<45°。

在本实施例中，膨胀环803的外表面可以为倒齿状或多孔状，使其在膨胀时更好地与骨头结合固定。

以上所述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。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (4)

1.一种用于髋关节置换的髋臼杯假体，包括：

杯体，其为半球状；以及

膨胀装置，其环绕在所述杯体的顶部；其中；

所述膨胀装置包括：

环体，其为闭口环，设置有多个安装孔；

楔形环，其为开口环，位于所述环体的下方；

膨胀环，其为开口环，位于所述楔形环下方，并且

可沿径向向外膨胀；以及多个紧固件，用于穿设在

所述多个安装孔内；

其中，所述环体设置有卡槽，所述膨胀环和所述楔形环卡在所述卡槽中；所述楔形环的楔角为0°至45°；

其中，所述膨胀环与所述杯体外表面形成的向上倾角为0°至45°；

其中，所述膨胀环的外表面可以为倒齿状或多孔状。

2.根据权利要求1所述的髋臼杯假体，其中，所述膨胀装置包括：

楔形环，其为开口环，环绕在所述杯体外表面；

膨胀环，其为开口环，环绕在所述杯体外表面，位于所述楔形环下方；

以及多个紧固件，用于穿设在所述多个安装孔内。

3.根据权利要求1或2所述的髋臼杯假体，其中，所述膨胀装置与所述杯体一体成型或独立成型。

4.根据权利要求1所述的髋臼杯假体，其中，所述膨胀环与所述膨胀装置的环体独立成型。

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