CN109620479A - 髋关节股骨柄部件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种髋关节股骨柄部件，包括颈部、近端及远端，近端的表面设有孔隙层，孔隙层具有蜂窝状孔隙，孔隙层的孔隙率为52％‑72％，孔隙层的孔径为500μm‑700μm，孔隙层的厚度为0.5‑1.5mm，股骨柄部件采用3D打印技术一体成型。本发明的髋关节股骨柄部件孔隙层的结构和尺寸与人体骨小梁相适应，孔隙层的表面还设置了与人体骨小梁宏观走向对应的线性凹槽，具有良好的仿生效果，促进了骨长入。本发明的股骨柄部件采用3D打印技术一体成型，孔隙层与股骨柄部件基体之间结合强度高，降低了孔隙层脱落的风险。

Description

髋关节股骨柄部件
技术领域
本发明涉及骨科植入器械技术领域，特别涉及一种髋关节股骨柄部件。
背景技术
人工髋关节股骨柄一般有骨水泥型和生物型之分。生物型的股骨柄应用较为广泛，一般在股骨柄的近端，会有粗造面的涂层，目的是增加股骨髓腔内的松质骨和股骨柄之间的接触面积。涂层带有孔隙效果，可以促进骨长入，使得股骨柄和髓腔结合在一起，提高髋关节的使用寿命。随着人们对医疗的要求越来越高，对股骨柄与髓腔的结合能力提出了新的要求。另外传统的股骨柄的涂层与基体有时候会脱落，造成涂层的掉落，影响髋关节寿命。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了髋关节股骨柄部件，包括锥部、颈部、近端及远端，近端包括实体层和位于实体层表面的孔隙层，孔隙层具有蜂窝状孔隙，孔隙层的孔隙率为52％-72％，孔隙层的孔径为500-700μm，孔隙层的厚度为0.5-1.5mm，股骨柄部件采用3D打印技术一体成型。
在一些实施方式中，孔隙层的厚度为0.5-1.5mm。
在一些实施方式中，近端包括前表面、内侧面、后表面和外侧面，内侧面为曲面，外侧面包括平直的上外侧面和平直的下外侧面。
在一些实施方式中，孔隙层的前表面设有多条间隔设置的第一线性凹槽和多条间隔设置的第二线性凹槽，后表面设有多条间隔设置的第三线性凹槽和多条间隔设置的第四线性凹槽，第一线性凹槽和第三线性凹槽纵向设置，第二线性凹槽和第四线性凹槽横向设置。
在一些实施方式中，第一线性凹槽、第二线性凹槽、第三线性凹槽和第四线性凹槽的开口宽度为0.3-0.7mm，第一线性凹槽、第二线性凹槽、第三线性凹槽和第四线性凹槽的深度为0.2-0.4mm，相邻第一线性凹槽之间的间距为1.1-1.9mm，相邻第二线性凹槽之间的间距为1.1-1.9mm，相邻第三线性凹槽之间的间距为1.1-1.9mm，第四线性凹槽之间的间距为1.1-1.9mm。
在一些实施方式中，颈干角的范围为125-135°。
在一些实施方式中，第一线性凹槽、第二线性凹槽、第三线性凹槽和第四线性凹槽的横截面轮廓形状为矩形或倒梯形。
在一些实施方式中，锥部的形状为圆台。
本发明的有益效果是：孔隙层的孔隙呈蜂窝状，且孔隙率与孔径与人体骨小梁相近，促进了骨长入效果；孔隙层采用3D打印技术一体成型，使孔隙层与股骨柄部件基体之间的结合强度大，降低了孔隙层脱落的风险；孔隙层表面设置了与主要股骨骨小梁走向一致的线性凹槽，进一步地提高了骨长入效果。
附图说明
图1为本发明一实施方式的髋关节股骨柄部件的前视图。
图2为图1中AA'面位置的截面图。
图3为本发明一实施方式的髋关节股骨柄部件的孔隙在显微镜下的照片。
图4为本发明一实施方式的髋关节股骨柄部件的前视图。
图5为本发明一实施方式的髋关节股骨柄部件的后视图。
图6为人体股骨近端的骨小梁走向示意图。
图7为本发明一实施方式的髋关节股骨柄部件的第一线性凹槽的截面示意图。
具体实施方式
传统的股骨柄部件也具有孔隙层，但发明人发现传统的股骨柄部件骨长入效果并不好，而且孔隙层容易从股骨柄部件基体上脱落。经过深入研究，发明人发现传统的孔隙层结构存在许多搭桥，孔隙层的孔隙率和孔径不合理，导致骨长入不好。发明人还发现，孔隙层与股骨柄部件基体之间的界面结合强度低。经过发明人进一步地研究发现，传统的孔隙层通过等离子喷涂或者金属烧结在股骨柄部件基体上，股骨柄部件由钛合金材料制成，钛合金是一种极易氧化的金属，在进行二次加工时，不可避免地在股骨柄部件基体和孔隙层之间形成氧化相，降低了孔隙层与股骨柄部件基体之间的结合强度，提高了孔隙层易脱落的风险。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
作为本发明的一种或多种实施方式，如图1和图2所示，髋关节股骨柄部件，包括锥部100、颈部200、近端300及远端400，近端300包括实体层310和位于实体层310表面的孔隙层320，孔隙层320具有蜂窝状孔隙，孔隙层320的孔隙率为52％-72％，孔隙层320的孔径为500-700μm，孔隙层320的厚度为0.5-1.5mm，股骨柄部件采用3D打印技术一体成型。
本实施方式提供的髋关节股骨柄部件具有合理的孔隙层320的结构，如图3所示，孔隙层320的的孔隙呈蜂窝状，孔径为500μm-700μm，孔隙率为52％-72％，该孔隙层320结构通过3D打印技术实现。人体骨小梁的孔隙率范围为70-84％，孔径范围为360-820um，因此本实施方式的孔隙层320孔径和孔隙率接近于人体骨小梁，有助于骨小梁粘附在孔隙层320上生长。
本实施方式的股骨柄部件采用3D打印技术一体成型，即实体层310和孔隙层320一体打印成型，提高了孔隙层320与实体层310的结合强度，以Ti-6Al-4V材料为例，实验表明孔隙层320的静态拉伸强度大于66MPa，静态剪切强度大于52MPa，压缩强度138.9MPa。
在本领域内，将股骨干纵轴线与股骨颈的长轴线的夹角定义为颈干角。此处将股骨干纵轴线命名为第一参考轴800，将股骨颈的长轴线命名为第二参考轴900，则颈干角为第一参考轴800与第二参考轴900的夹角，颈干角的范围为125-135°，使下肢具有较大的活动范围。锥部100的形状为圆台，锥部100的中轴线即第二参考线900。
如图4-5所示，近端300整体为锥度设计，其内侧为弯曲设计，其外侧为弯折设计。孔隙层320的表层包括前表面321、内侧面322、后表面323和外侧面324，各面之间连接位置平滑过渡。外侧面324包括平直的上外侧面3241和平直的下外侧面3242。如图5所示，股骨柄部件的近端300和远端400总长度为95-105mm。由于股骨柄部件短小弯曲，在植入本实施方式的股骨柄部件时，医生可以沿着弯曲轨迹植入股骨柄部件，在手术中尽可能减少截骨量，给为潜在的未来翻修术留下了更多的选择，有助于保留患者大转子中的天然骨骼。本实施方式的股骨柄部件可以防止股骨柄部件在髓腔内下沉，并提高了股骨柄部件的抗旋转性。
在一些实施方式中，如图4和图5所示，孔隙层320的前表面321设有多条间隔设置的第一线性凹槽325和多条间隔设置的第二线性凹槽326，后表面323设有多条间隔设置的第三线性凹槽327和多条间隔设置的第四线性凹槽328，第一线性凹槽325和第三线性凹槽327纵向设置，第二线性凹槽326和第四线性凹槽328横向设置。纵向设置即沿着或大致沿着近端300的长度方向设置，横向设置即沿着或大致沿着近端300宽度方向设置。第一线性凹槽325和第三线性凹槽327从近端300的上端位置向近端300的下端方向延伸。第二线性凹槽326和第四线性凹槽328从靠近内侧面322的位置延伸到靠近外侧面324的位置。如图6所示，人体股骨骨小梁分布在股骨上，且宏观上的排列具有方向性。本实施方式的第一线性凹槽325及第三线性凹槽327与股骨的次要压力骨小梁500相对应，第二线性凹槽326及第四线性凹槽328与股骨的次要张力骨小梁600相对应。第一线性凹槽325和第三线性凹槽327的走向大致与次要压力骨小梁500的走向一致，第二线性凹槽326和第四线性凹槽328的方向大致与次要张力骨小梁600的走向一致。将髋关节股骨柄部件插入到股骨近端时，多孔层与股骨近端的骨小梁接触。骨小梁在向多孔层的孔隙中生长时，方向性排列的骨小梁在生长过程中仍然能保持方向性排列，避免了骨小梁排列紊乱。骨小梁的有序排列对于骨头承受力量具有重要意义。另外，多孔层表面凹凸相间的结构，扩大了多孔层与股骨近端骨小梁的接触面积，有利于股骨柄部件与骨小梁的粘合，而且提高了股骨柄部件与股骨的机械连接，防止股骨柄部件移动。
本实施方式进一步提高了骨长入能力，在微观上的蜂窝状的孔隙结构与骨小梁切片结构相匹配，宏观上的线性凹槽与主要骨小梁走向相匹配，提高了孔隙层320的仿生效果，取得了良好骨长入效果。
在一些实施方式中，第一线性凹槽325、第二线性凹槽326、第三线性凹槽327和第四线性凹槽328的开口宽度为0.3-0.7mm，第一线性凹槽325、第二线性凹槽326、第三线性凹槽327和第四线性凹槽328的深度为0.2-0.4mm，相邻第一线性凹槽325之间的间距为1.1-1.9mm，相邻第二线性凹槽326之间的间距为1.1-1.9mm，相邻第三线性凹槽327之间的间距为1.1-1.9mm，第四线性凹槽328之间的间距为1.1-1.9mm。第一线性凹槽325、第二线性凹槽326、第三线性凹槽327和第四线性凹槽328的横截面轮廓形状可以为或大致为矩形、倒梯形或其他形状。图7示意性地显示了一种实施方式中的第一线性凹槽325的截面形状，并示意了第一线性凹槽325各尺寸所对应的位置。第二线性凹槽326、第三线性凹槽327和第四线性凹槽328的截面形状和尺寸可以与第一线性凹槽325相同，因此处不再以附图的形式展示。第一线性凹槽325、第二线性凹槽326、第三线性凹槽327和第四线性凹槽328通过3D打印成型，线性凹槽内也为多孔结构。本实施方式所提供的线性凹槽的尺寸参数能够取得最佳的骨长入效果。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.髋关节股骨柄部件，其特征在于，包括锥部(100)、颈部(200)、近端(300)及远端(400)，近端(300)包括实体层(310)和位于实体层(310)表面的孔隙层(320)，孔隙层(320)具有蜂窝状孔隙，孔隙层(320)的孔隙率为52％-72％，孔隙层(320)的孔径为500-700μm，股骨柄采用3D打印技术一体成型。
2.根据权利要求1所述的髋关节股骨柄部件，其特征在于，孔隙层(320)的厚度为0.5-1.5mm。
3.根据权利要求1所述的髋关节股骨柄部件，其特征在于，所述近端(300)包括前表面(321)、内侧面(322)、后表面(323)和外侧面(324)，所述内侧面(322)为曲面，所述外侧面(324)包括平直的上外侧面(3241)和平直的下外侧面(3242)。
4.根据权利要求3所述的髋关节股骨柄部件，其特征在于，孔隙层(320)的前表面(321)设有多条间隔设置的第一线性凹槽(325)和多条间隔设置的第二线性凹槽(326)，后表面(323)设有多条间隔设置的第三线性凹槽(327)和多条间隔设置的第四线性凹槽(328)，第一线性凹槽(325)和第三线性凹槽(327)纵向设置，第二线性凹槽(326)和第四线性凹槽(328)横向设置。
5.根据权利要求4所述的髋关节股骨柄部件，其特征在于，第一线性凹槽(325)、第二线性凹槽(326)、第三线性凹槽(327)和第四线性凹槽(328)的开口宽度为0.3-0.7mm，第一线性凹槽(325)、第二线性凹槽(326)、第三线性凹槽(327)和第四线性凹槽(328)的深度为0.2-0.4mm，相邻第一线性凹槽(325)之间的间距为1.1-1.9mm，相邻第二线性凹槽(326)之间的间距为1.1-1.9mm，相邻第三线性凹槽(327)之间的间距为1.1-1.9mm，第四线性凹槽(328)之间的间距为1.1-1.9mm。
6.根据权利要求1所述的髋关节股骨柄部件，其特征在于，颈干角的范围为125-135°。
7.根据权利要求4所述的髋关节股骨柄部件，其特征在于，所述第一线性凹槽(325)、第二线性凹槽(326)、第三线性凹槽(327)和第四线性凹槽(328)的横截面轮廓形状为矩形或倒梯形。
8.根据权利要求1所述的髋关节股骨柄部件，其特征在于，所述锥部(100)的形状为圆台。
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