CN109662809A - 一种仿生肿瘤型膝关节假体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿生肿瘤型膝关节假体，包括股骨组件、胫骨组件和人工韧带；股骨组件包括股骨髁假体，胫骨组件包括胫骨假体、胫骨托和胫骨衬垫，胫骨衬垫设置在胫骨托上部以用于承载股骨髁假体，胫骨托下部形成有用于插入胫骨假体髓腔的胫骨髓针；在股骨髁假体、胫骨衬垫、胫骨托和胫骨假体内形成有交叉孔道，并在股骨髁假体、胫骨衬垫、胫骨托和胫骨假体的交叉孔道内以及股骨髁假体和胫骨假体内外两侧设置有用于重建十字交叉韧带和侧副韧带的人工韧带。本发明基于仿生学原理，通过将刚性固定改为柔性固定的设计，在实现了膝关节重建的同时，解决了铰链式膝关节假体对股骨及胫骨应力较大的缺点，有效的预防了假体的提前松动及再次翻修可能，延长了假体的使用寿命。

Description

一种仿生肿瘤型膝关节假体
技术领域
本发明涉及一种人工关节，尤其是关于一种适合股骨远端肿瘤切除术后重建的仿生肿瘤型膝关节假体。
背景技术
膝关节周围是骨原发恶性肿瘤的常见部位之一，恶性肿瘤如骨肉瘤、尤文肉瘤、多形性肉瘤、软骨肉瘤等均好发于该部位。近年来，肿瘤切除和人工关节假体重建因其具有术后即刻稳定及早期负重行走等较好的术后功能，已成为膝关节周围恶性骨肿瘤治疗的主要方式。然而，随着患者生存期的延长和保肢手术的大量开展，肿瘤型假体存在的诸如感染、松动、折断等诸多问题，继而引发二次、多次翻修手术，甚至截肢，严重威胁患者的关节功能和生活质量。按照经典的假体失败分型，II型-无菌性松动(Aseptic loosening)和III型-结构性失败(Structural failure)是两大类非常主要的假体失败形式，两者的失败总和占到了远期假体失败病例的50％以上。因此，如何在控制肿瘤的同时最大程度减少假体相关并发症是当前骨肿瘤学界研究的重中之重。
生物力学研究显示，股骨与胫骨侧假体的非仿生学连接方式是导致以上两种失败的主要原因。目前，单纯铰链式连接和旋转铰链式是几乎所有肿瘤型人工关节采用的主流设计理念：由于有股骨或者胫骨侧的大段骨缺损，肿瘤型膝关节周围没有十字交叉韧带、关节囊和内外侧副韧带等稳定结构。为了最大程度恢复肿瘤型关节的稳定性，早期肿瘤型关节采用了单纯铰链式连接结构。该结构把膝关节简化为只具有屈伸功能的复合体，加之金属铰链为刚性结构，假体髓针和骨干髓腔的接触界面在每一个步行周期都承受了极大的旋转和拔出应力。长此以往，不可避免的加速了假体松动和断裂的概率。所以，单纯铰链式肿瘤型人工关节假体目前仅被当作儿童保肢手术的短时间替代性假体使用。近些年出现的旋转铰链结构，在保留铰链结构的同时，添加了陷入胫骨平台侧的旋转轴心，让肿瘤型人工关节在正常屈伸的同时具有一定的内外旋活动度。该设计在一定程度上缓解了假体髓针和髓腔的旋转应力，但是该设计并没有改变铰链的刚性固定方式，无法从根本上扭转步行周期下的髓腔应力。
综上所述，现有的非仿生肿瘤人工假体存在生物力学方面的设计缺陷，已经成为改善假体失败率的“绊脚石”。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种适合股骨远端肿瘤切除术后重建的仿生肿瘤型膝关节假体。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种仿生肿瘤型膝关节假体，其特征在于，包括股骨组件、胫骨组件和人工韧带；其中，所述股骨组件包括股骨髁假体，所述胫骨组件包括胫骨假体、胫骨托和胫骨衬垫，所述胫骨衬垫设置在所述胫骨托上部以用于承载所述股骨髁假体，所述胫骨托下部形成有用于插入所述胫骨假体髓腔的胫骨髓针；在所述股骨髁假体、胫骨衬垫、胫骨托和胫骨假体内形成有交叉孔道，并在所述股骨髁假体、胫骨衬垫、胫骨托和胫骨假体的交叉孔道内以及所述股骨髁假体和胫骨假体内外两侧设置有用于重建十字交叉韧带和侧副韧带的所述人工韧带；由此，所述股骨髁假体能够在所述人工韧带的限制下相对所述胫骨衬垫前后旋转，以允许膝关节假体做屈伸运动；所述胫骨假体、胫骨托和胫骨衬垫能够以所述胫骨髓针为轴相对所述股骨髁假体内外旋转，以允许膝关节假体做内外旋运动。
所述的仿生肿瘤型膝关节假体，优选的，所述人工韧带包括：第一副韧带，连接于所述股骨髁假体和胫骨假体外侧以重建外侧副韧带；主韧带，穿设在所述股骨髁假体、胫骨衬垫、胫骨托和胫骨假体的的交叉孔道内以重建十字交叉韧带；第二副韧带，连接于所述股骨髁假体和胫骨假体内侧以重建内侧副韧带。
所述的仿生肿瘤型膝关节假体，优选的，所述主韧带包括穿设在所述交叉孔道内的前交叉韧带和后交叉韧带，且所述前交叉韧带方向起点位于所述胫骨假体前方内侧，向后方外侧斜向延伸；所述后交叉韧带方向起点位于所述胫骨假体后方外侧，向前方内侧斜向延伸。
所述的仿生肿瘤型膝关节假体，优选的，还包括固定于所述股骨髁假体外侧的第一副韧带压板和固定于所述股骨髁假体内侧的第二副韧带压板，以及固定于所述胫骨假体外侧的第一副韧带固定环和固定于所述胫骨假体内侧的第二副韧带固定环；所述第一副韧带的一端固定在所述第一副韧带压板上，另一端穿过所述第一副韧带固定环后与所述后交叉韧带一体连接；所述第二副韧带的一端固定在所述第二副韧带压板上，另一端穿过所述第二副韧带固定环后与所述前交叉韧带一体连接。
所述的仿生肿瘤型膝关节假体，优选的，所述交叉孔道的形态与生理状态下十字交叉韧带的走形、起止点和力学方向一致。
所述的仿生肿瘤型膝关节假体，优选的，所述股骨组件和胫骨组件均采用3D打印技术和表面喷涂工艺制备而成，并且所述第一副韧带压板和第二副韧带压板通过锁钉和骨水泥固定在所述股骨髁假体上，所述第一副韧带固定环和第二副韧带固定环亦通过锁钉和骨水泥固定在所述胫骨假体上。
所述的仿生肿瘤型膝关节假体，优选的，所述胫骨衬垫为模拟半月板形态的高稳定型聚乙烯衬垫。
所述的仿生肿瘤型膝关节假体，优选的，所述股骨组件还包括组配骨干延长段和组配髓腔延长柄，所述组配骨干延长段的第一端锥接在所述股骨髁假体上，所述组配髓腔延长柄锥接在所述组配骨干延长段的第二端。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提供的膝关节假体基于仿生学原理，通过将刚性固定改为柔性固定的设计，在实现了膝关节重建的同时，解决了铰链式膝关节假体对股骨及胫骨应力较大的缺点，有效的预防了假体的提前松动及再次翻修可能，延长了假体的使用寿命。2、本发明在关节的连接部分采用重建交叉韧带及侧副韧带的设计，采用人工韧带穿过假体上预先制备好的孔道及关节对侧骨上的孔道重建交叉韧带及侧副韧带，这样可以在关节活动时将假体柄的应力降为零，可以有效降低假体柄的松动、折断率。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图；
图2是本发明的整体结构侧视图；
图3是本发明的爆炸结构示意图；
图4是本发明人工韧带的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
如图1到图3所示，本发明提供的一种仿生肿瘤型膝关节假体，包括股骨组件1、胫骨组件2和人工韧带3。其中，股骨组件1包括股骨髁假体11，胫骨组件2包括胫骨假体21、胫骨托22和胫骨衬垫23，胫骨衬垫23设置在胫骨托22上部以用于承载股骨髁假体11，胫骨托22下部形成有用于插入胫骨假体21髓腔的胫骨髓针24。
在股骨髁假体11、胫骨衬垫23、胫骨托22和胫骨假体21内形成有交叉孔道。同时，在股骨髁假体11、胫骨衬垫23、胫骨托22和胫骨假体21的交叉孔道内以及股骨髁假体11和胫骨假体21内外两侧设置有用于重建十字交叉韧带和侧副韧带的人工韧带3。由此，股骨髁假体11能够在人工韧带3的限制下相对胫骨衬垫23前后旋转，以允许膝关节假体做屈伸运动；胫骨假体21、胫骨托22和胫骨衬垫23能够以胫骨髓针24为轴相对股骨髁假体11内外旋转，以允许膝关节假体做内外旋运动。
在上述实施例中，优选的，如图4所示，人工韧带3包括：第一副韧带31，连接于股骨髁假体11和胫骨假体21外侧以重建外侧副韧带；主韧带32，穿设在股骨髁假体11、胫骨衬垫23、胫骨托22和胫骨假体21的的交叉孔道内以重建十字交叉韧带；第二副韧带33，连接于股骨髁假体11和胫骨假体21内侧以重建内侧副韧带。
在上述实施例中，优选的，主韧带32包括穿设在交叉孔道内的前交叉韧带321和后交叉韧带322，且前交叉韧带321方向起点位于胫骨假体21前方内侧，向后方外侧斜向延伸；后交叉韧带322方向起点位于胫骨假体21后方外侧，向前方内侧斜向延伸。
在上述实施例中，优选的，还包括固定于股骨髁假体11外侧的第一副韧带压板4和固定于股骨髁假体11内侧的第二副韧带压板4′，以及固定于胫骨假体21外侧的第一副韧带固定环5和固定于胫骨假体21内侧的第二副韧带固定环5′。第一副韧带31的一端固定在第一副韧带压板4上，另一端穿过第一副韧带固定环5后与后交叉韧带322一体连接；第二副韧带33的一端固定在第二副韧带压板4′上，另一端穿过第二副韧带固定环5′后与前交叉韧带321一体连接。
在上述实施例中，优选的，交叉孔道的形态与生理状态下十字交叉韧带的走形、起止点和力学方向一致，以保证膝关节假体在动态屈伸状态下的均衡应力传导，避免膝关节假体活动受限，减少极度屈伸状态下假体对人工韧带3的剪切力。
在上述实施例中，优选的，股骨组件1和胫骨组件2均采用3D打印技术和表面喷涂工艺制备而成，并且第一副韧带压板4和第二副韧带压板4′通过锁钉和骨水泥固定在股骨髁假体11上，第一副韧带固定环5和第二副韧带固定环5′亦通过锁钉和骨水泥固定在胫骨假体21上。
在上述实施例中，优选的，胫骨衬垫23为模拟半月板形态的高稳定型聚乙烯衬垫，符合股骨髁假体11曲面，以分散应力，可以明显增加膝关节假体的稳定性。
在上述实施例中，优选的，如图1到图3所示，股骨组件1还可包括组配骨干延长段12和组配髓腔延长柄13，组配骨干延长段12的第一端锥接在股骨髁假体11上，组配髓腔延长柄13锥接在组配骨干延长段12的第二端，从而可以较大范围调节股骨组件1的长度，以适应不同股骨缺损程度的患者。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种仿生肿瘤型膝关节假体，其特征在于，包括股骨组件(1)、胫骨组件(2)和人工韧带(3)；
其中，所述股骨组件(1)包括股骨髁假体(11)，所述胫骨组件(2)包括胫骨假体(21)、胫骨托(22)和胫骨衬垫(23)，所述胫骨衬垫(23)设置在所述胫骨托(22)上部以用于承载所述股骨髁假体(11)，所述胫骨托(22)下部形成有用于插入所述胫骨假体(21)髓腔的胫骨髓针(24)；
在所述股骨髁假体(11)、胫骨衬垫(23)、胫骨托(22)和胫骨假体(21)内形成有交叉孔道，并在所述股骨髁假体(11)、胫骨衬垫(23)、胫骨托(22)和胫骨假体(21)的交叉孔道内以及所述股骨髁假体(11)和胫骨假体(21)内外两侧设置有用于重建十字交叉韧带和侧副韧带的所述人工韧带(3)；
由此，所述股骨髁假体(11)能够在所述人工韧带(3)的限制下相对所述胫骨衬垫(23)前后旋转，以允许膝关节假体做屈伸运动；所述胫骨假体(21)、胫骨托(22)和胫骨衬垫(23)能够以所述胫骨髓针(24)为轴相对所述股骨髁假体(11)内外旋转，以允许膝关节假体做内外旋运动。
2.根据权利要求所述的仿生肿瘤型膝关节假体，其特征在于，所述人工韧带(3)包括：
第一副韧带(31)，连接于所述股骨髁假体(11)和胫骨假体(21)外侧以重建外侧副韧带；
主韧带(32)，穿设在所述股骨髁假体(11)、胫骨衬垫(23)、胫骨托(22)和胫骨假体(21)的的交叉孔道内以重建十字交叉韧带；
第二副韧带(33)，连接于所述股骨髁假体(11)和胫骨假体(21)内侧以重建内侧副韧带。
3.根据权利要求2所述的仿生肿瘤型膝关节假体，其特征在于，所述主韧带(32)包括穿设在所述交叉孔道内的前交叉韧带(321)和后交叉韧带(322)，且所述前交叉韧带(321)方向起点位于所述胫骨假体(21)前方内侧，向后方外侧斜向延伸；所述后交叉韧带(322)方向起点位于所述胫骨假体(21)后方外侧，向前方内侧斜向延伸。
4.根据权利要求3所述的仿生肿瘤型膝关节假体，其特征在于，还包括固定于所述股骨髁假体(11)外侧的第一副韧带压板(4)和固定于所述股骨髁假体(11)内侧的第二副韧带压板(4′)，以及固定于所述胫骨假体(21)外侧的第一副韧带固定环(5)和固定于所述胫骨假体(21)内侧的第二副韧带固定环(5′)；
所述第一副韧带(31)的一端固定在所述第一副韧带压板(4)上，另一端穿过所述第一副韧带固定环(5)后与所述后交叉韧带(322)一体连接；
所述第二副韧带(33)的一端固定在所述第二副韧带压板(4′)上，另一端穿过所述第二副韧带固定环(5′)后与所述前交叉韧带(321)一体连接。
5.根据权利要求1到4任一项所述的仿生肿瘤型膝关节假体，其特征在于，所述交叉孔道的形态与生理状态下十字交叉韧带的走形、起止点和力学方向一致。
6.根据权利要求4所述的仿生肿瘤型膝关节假体，其特征在于，所述股骨组件(1)和胫骨组件(2)均采用3D打印技术和表面喷涂工艺制备而成，并且所述第一副韧带压板(4)和第二副韧带压板(4′)通过锁钉和骨水泥固定在所述股骨髁假体(11)上，所述第一副韧带固定环(5)和第二副韧带固定环(5′)亦通过锁钉和骨水泥固定在所述胫骨假体(21)上。
7.根据权利要求1到4任一项所述的仿生肿瘤型膝关节假体，其特征在于，所述胫骨衬垫(23)为模拟半月板形态的高稳定型聚乙烯衬垫。
8.根据权利要求1到4任一项所述的仿生肿瘤型膝关节假体，其特征在于，所述股骨组件(1)还包括组配骨干延长段(12)和组配髓腔延长柄(13)，所述组配骨干延长段(12)的第一端锥接在所述股骨髁假体(11)上，所述组配髓腔延长柄(13)锥接在所述组配骨干延长段(12)的第二端。
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