CN109662810A - 一种人工膝关节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工膝关节，包括股骨髁假体、衬垫、胫骨平台托，所述衬垫设在胫骨平台托上，所述衬垫上表面设有用于减小股骨髁假体与衬垫磨损的陶瓷片，所述陶瓷片为分散布置的一组陶瓷片，陶瓷片的外凹曲面与股骨髁假体的外表面接触构成摩擦副。该膝关节假体中的胫骨衬垫上分布有若干陶瓷片，将金属与高分子聚合物衬垫间的摩擦转变为陶瓷与股骨髁假体间的摩擦，同时陶瓷片之间具有间隙，容纳润滑液，从而降低了摩擦系数，减小磨损量，减少了金属离子析出；陶瓷片分散布置，可降低陶瓷碎裂风险；减轻膝关节的质量，使患者运动更加轻巧；陶瓷片镶嵌在高分子聚合物的衬垫上，具有一定的抗冲击性和降噪作用。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程骨科内植入物假体技术领域，尤其是涉及一种人工膝关节。
背景技术
人工膝关节置换术是治疗因创伤或疾病导致的膝关节损伤的一种有效的临床治疗方法。人工膝关节系统由股骨髁假体、胫骨衬垫、胫骨平台托组成。作为应用于人工膝关节假体的生物材料不仅要达到很好的修复作用，减轻患者病痛，恢复膝关节功能外，更重要的是不能对人体膝关节周围的组织产生不利影响。
常见的膝关节假体由金属股骨髁假体、聚乙烯胫骨衬垫和金属胫骨平台托组成。股骨髁假体与胫骨衬垫构成一对摩擦副。目前临床上使用的人工膝关节类型是金属股骨髁假体与高分子胫骨衬垫配副。此配副形成的摩擦副在长期的摩擦磨损过程中，存在有毒的金属离子析出，在人体内累积到一定浓度会导致慢性病变，同时磨损碎屑会诱导假体周围的骨组织产生骨溶解；此配副形成的摩擦副使高分子胫骨衬垫的磨损率很高，最常用的高分子材料为超高分子量聚乙烯，其年磨损量约为0.1-0.2mm，在长期的摩擦过程中，会导致高分子内衬的厚度不断减少，进而影响胫骨衬垫的强度。此外，还存在另一种类型人工膝关节假体：陶瓷股骨髁假体与高分子胫骨衬垫配副，此配副具有很好的耐磨性，磨损量非常小，也不存在金属离子析出，具有很好的发展前途，但是由于陶瓷本身固有的易碎性，导致陶瓷股骨髁假体容易碎裂，目前还处于实验室研究阶段，并没有临床应用。
因此，降低股骨髁假体与胫骨衬垫的摩擦，减小胫骨衬垫的磨损量，提高其使用寿命，是提高患者生命质量的必然需求。
发明内容
针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种人工膝关节，以达到减小股骨髁假体和衬垫的磨损、降低陶瓷碎裂风险，减少金属离子释放，延长膝关节假体使用寿命的目的。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
该人工膝关节，包括股骨髁假体、衬垫、胫骨平台托，所述衬垫设在胫骨平台托上，所述衬垫上表面设有用于减小股骨髁假体与衬垫磨损的陶瓷片，所述陶瓷片为分散布置的一组陶瓷片，陶瓷片的外凹曲面与股骨髁假体的外表面接触构成摩擦副。
作为优选的，所述股骨髁假体的外表面设有用于存贮人体体液的一组凹坑。
作为优选的，所述陶瓷片的外凹曲面凸出于衬垫上表面或与衬垫上表面处于同一曲面。
作为优选的，所述陶瓷片的外凹曲面曲率与衬垫上表面曲率一致。
作为优选的，所述陶瓷片的形状为圆柱和/或棱柱。
作为优选的，所述衬垫为高分子聚合物或其复合物或经表面改性，股骨髁假体为钛及其合金或钽及其合金或医用不锈钢或钴铬合金，陶瓷片为生物陶瓷。
作为优选的，所述股骨髁假体的内表面和胫骨平台托下部外表面与宿主骨接触的部分均设有适合于人体组织生长、便于生物连接、增强临床长期连接效果的一组孔。
作为优选的，所述陶瓷片与衬垫相连部分的外周面上设有沟槽或凸起。所述沟槽为螺旋槽。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明中的胫骨衬垫上分布有若干陶瓷片，将金属与高分子聚合物衬垫间的摩擦转变为陶瓷与股骨髁假体间的摩擦，同时陶瓷片之间具有间隙，容纳润滑液，从而降低了摩擦系数，减小磨损量，减少了金属离子析出；陶瓷片分散布置，可降低陶瓷碎裂风险；减轻膝关节的质量，使患者运动更加轻巧；陶瓷片镶嵌在高分子聚合物的衬垫上，具有一定的抗冲击性和降噪作用；陶瓷片仅需对与股骨髁假体接触的面进行精加工，其他面无需加工，减少加工工艺步骤，降低制造成本。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明人工膝关节一种结构示意图。
图2为图1中胫骨衬垫上陶瓷片一种结构示意图。
图3为图1中胫骨衬垫上陶瓷片另一种结构示意图。
图4为本发明人工膝关节另一种结构示意图。
图5为图4中股骨髁假体上陶瓷片一种结构示意图。
图6为图4中股骨髁假体上陶瓷片另一种结构示意图。
图中：1.股骨髁假体、201.陶瓷片Ⅰ、202.陶瓷片Ⅱ、3.胫骨衬垫、4.胫骨平台托。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
人工膝关节，包括股骨髁假体、胫骨衬垫、胫骨平台托，胫骨衬垫设在胫骨平台托上，胫骨衬垫上表面与股骨髁假体外表面相对应，股骨髁假体外表面或胫骨衬垫上表面设有用于减少两者之间摩擦的陶瓷片，陶瓷片为一组，一组陶瓷片离散式分布，具体可为均匀或非均匀间隔布置。非均匀间隔布置能增大接触面积，从而减小接触应力。
其中，股骨髁假体的内表面和胫骨平台托下部外表面与宿主骨接触的部分均设有适合于人体组织生长、便于生物连接、增强临床长期连接效果的一组孔，一组孔为一组微孔；微孔可以使骨组织长到里面，加强关节和人体宿主骨的连接，可提高假体在人体中固定的可靠性，保证使用效果。
下面通过具体实施例对本发明详细说明，具体如下：
如图1至图3所示，该人工膝关节，包括股骨髁假体、陶瓷片Ⅰ201、胫骨衬垫和胫骨平台托，股骨髁假体1为金属结构，衬垫设在胫骨平台托上，衬垫上表面设有用于减小股骨髁假体与衬垫磨损的陶瓷片，陶瓷片为分散布置的一组陶瓷片，陶瓷片的外凹曲面与股骨髁假体的外表面接触构成摩擦副。其中，衬垫为高分子聚合物或其复合物或经表面改性，股骨髁假体为钛及其合金或钽及其合金或医用不锈钢或钴铬合金，陶瓷片为生物陶瓷。
陶瓷片的形状为圆柱和/或棱柱。优选的，陶瓷片Ⅰ为四棱柱状体或六棱柱或圆柱体，胫骨衬垫3的作用类似于半月板结构，上面是半月弧形，下面成平台状，胫骨衬垫下部与胫骨平台托4固定，陶瓷片Ⅰ镶嵌在胫骨衬垫3向下凹呈一定弧度的半月形曲面上，陶瓷片的外端面与股骨髁假体的外表面相接触；胫骨衬垫可为高分子聚合物，优选超高分子量聚乙烯。
陶瓷片的外凹曲面凸出于衬垫上表面或与衬垫上表面处于同一曲面。陶瓷片的外凹曲面曲率与衬垫上表面曲率一致。受力均匀，稳定可靠。
陶瓷片Ⅰ突出一定高度，胫骨衬垫3的制备方法包括注塑或3D增材制造技术，股骨髁假体和胫骨平台托制备方法可采用粉末冶金烧结法或等离子喷涂法或三维打印快速成型技术。
陶瓷片镶嵌在高分子聚合物的衬垫上，具有一定的抗冲击性和降噪作用；陶瓷片仅需对与股骨髁假体接触的面进行精加工，其他面无需加工，减少加工工艺步骤，降低制造成本。
陶瓷片与胫骨衬垫连接部分的外周面上设有沟槽或凸起；优选的，沟槽为螺旋槽，沟槽置于胫骨衬垫内，增加了陶瓷片的拔出力和结合力，陶瓷片固定可靠。
股骨髁假体的外表面设有一组坑，一组坑为一组微坑，用于存贮人体体液，润滑股骨髁假体与陶瓷片的接触面，减小两者摩擦，降低磨损量。相邻陶瓷片之间具有一定的间隙，间隙中可用于存贮人体体液，润滑陶瓷片与胫骨衬垫的接触面，减小两者摩擦。两者结构共同作用，陶瓷片和股骨髁假体的磨损量非常小。
如图4至图6所示，人工膝关节，包括股骨髁假体1、陶瓷片Ⅱ202、胫骨衬垫3和胫骨平台托4，其中，衬垫为高分子聚合物或其复合物或经表面改性，股骨髁假体为钛及其合金或钽及其合金或医用不锈钢或钴铬合金，陶瓷片为生物陶瓷。
陶瓷片Ⅱ为四棱柱状体或六棱柱体或圆柱体，陶瓷片Ⅱ的一面与股骨髁假体外表面通过焊接连接在一起，股骨髁假体1采用粉末冶金烧结法制备，股骨髁假体1的材料优选为医用钛合金，陶瓷片Ⅱ的两个端面均为弧形，激光焊接后陶瓷片处于同一弧面，陶瓷片Ⅱ的材料优选为氧化铝陶瓷，陶瓷片的外凸曲面与衬垫的上表面接触构成摩擦副。
陶瓷片的形状为圆柱和/或多棱柱，一组陶瓷片非均匀间隔布置，能增大接触面积。
陶瓷片的两个端面均为弧形；具体为，陶瓷片具有外凸曲面和内凹曲面；陶瓷片的外凸曲面凸出于股骨髁假体的外表面或与股骨髁假体的外表面处于同一曲面。陶瓷片的外凸曲面曲率与股骨髁假体的外表面曲率一致。股骨髁假体具有两髁外表面，两髁外表面上均设有分散布置的陶瓷片。受力均匀，稳定可靠。
陶瓷片之间设有中间体，中间体为高分子聚合物，高分子聚合物的表面低于陶瓷片的外凸曲面。陶瓷片与中间体相连部分的外周面上设有沟槽或凸起。优选的，陶瓷片上的沟槽为螺旋槽，沟槽中具有高分子聚合物，沟槽的设置增加了陶瓷片的拔出力和结合力，使陶瓷片固定更牢固。
相邻陶瓷片之间具有一定的间隙，间隙中可用于存贮人体体液；以及衬垫的上表面设有用于存贮人体体液的一组坑，一组坑为一组微坑，用于存贮人体体液；润滑陶瓷片与胫骨衬垫的接触面，减小两者摩擦。
或者，股骨髁假体的外表面设有凹槽，凹槽用于容纳支承体，一组陶瓷片分散布置在支承体上，陶瓷片的外凸曲面与衬垫的上表面接触构成摩擦副。其中，支承体为高分子聚合物。陶瓷片与股骨假体的接触面无需精加工，减少加工工艺，降低成本，同时具有一定的抗冲击性和降噪作用。陶瓷片与支承体相连部分的外周面上设有沟槽或凸起。优选的，陶瓷片上的沟槽为螺旋槽。支承体为高分子聚合物，陶瓷片镶嵌在高分子聚合物中，沟槽中具有高分子聚合物，沟槽的设置增加了陶瓷片的拔出力和结合力，使陶瓷片固定更牢固。
该膝关节假体中的胫骨衬垫上或股骨髁假体上分布有若干陶瓷片，将股骨髁假体与胫骨衬垫隔开，降低股骨髁假体与胫骨衬垫的摩擦系数，减小磨损量；将金属与高分子间的摩擦转变为金属与陶瓷的摩擦，减少了金属与高分子摩擦造成的金属离子析出，陶瓷片离散式布置，陶瓷片结构强度大不易碎裂，减轻膝关节的质量，使患者运动更加轻巧。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种人工膝关节，包括股骨髁假体、衬垫、胫骨平台托，所述衬垫设在胫骨平台托上，其特征在于：所述衬垫上表面设有用于减小股骨髁假体与衬垫磨损的陶瓷片，所述陶瓷片为分散布置的一组陶瓷片，陶瓷片的外凹曲面与股骨髁假体的外表面接触构成摩擦副。
2.如权利要求1所述人工膝关节，其特征在于：所述股骨髁假体的外表面设有用于存贮人体体液的一组凹坑。
3.如权利要求1所述人工膝关节，其特征在于：所述陶瓷片的外凹曲面凸出于衬垫上表面或与衬垫上表面处于同一曲面。
4.如权利要求1所述人工膝关节，其特征在于：所述陶瓷片的外凹曲面曲率与衬垫上表面曲率一致。
5.如权利要求1所述人工膝关节，其特征在于：所述陶瓷片的形状为圆柱和/或棱柱。
6.如权利要求1所述人工膝关节，其特征在于：所述衬垫为高分子聚合物或其复合物或经表面改性，股骨髁假体为钛及其合金或钽及其合金或医用不锈钢或钴铬合金，陶瓷片为生物陶瓷。
7.如权利要求1所述人工膝关节，其特征在于：所述股骨髁假体的内表面和胫骨平台托下部外表面与宿主骨接触的部分均设有适合于人体组织生长、便于生物连接、增强临床长期连接效果的一组孔。
8.如权利要求1所述人工膝关节，其特征在于：所述陶瓷片与衬垫相连部分的外周面上设有沟槽或凸起。
9.如权利要求8所述人工膝关节，其特征在于：所述沟槽为螺旋槽。
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- 2019-03-01 CN CN201910154429.9A patent/CN109662810A/zh active Pending
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