CN110368144A - 肩关节假体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种肩关节假体，包括肱骨头假体和肩盂假体，肱骨头假体包括多孔结构层和聚合物材料层，多孔结构层具有多个孔隙，聚合物材料层设置在多孔结构层上，聚合物材料层的背离多孔结构层的一侧为第一关节面，第一关节面为朝向聚合物材料层的外部凸起的弧面；肩盂假体具有第二关节面，第二关节面为朝向肩盂假体的内部凹陷的弧面，第一关节面与第二关节面配合。由于聚合物材料层与人体自然的生理软骨具有近似硬度和弹性，其在耐磨性能以及力学性能方面都能达到要求，具有良好的生物学性能，因此可以避免现有的肩关节假体存在的易磨损或者脆性大等问题，提高了现有的肩关节假体的性能，满足患者的使用需求。

Description

肩关节假体
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种肩关节假体。
背景技术
肩关节由肱骨头和肩胛骨的肩盂(即关节盂)组成，相连两骨关节面大小相差较大，具体地，肩盂的关节窝仅能容纳肱骨头的关节头的1/4～1/3。关节窝周缘有关节唇加深关节盂。关节囊薄弱且松弛，附着在关节盂周缘和肱骨解剖颈之间，关节囊壁内还有由滑膜包裹的肱二头肌长头腱，此腱具有加固肩关节的作用。
肩关节为全身最灵活的球窝关节，可作屈，伸、收、展、旋转及环转运动。加以关节头与关节窝的面积差度大，关节囊薄而松弛等结构特征，反映了它具有灵活性的运动机能。肩关节周围有大量肌肉通过。这些肌肉对维护肩关节的稳固性有重要意义，但关节的前下方肌肉较少，关节囊又最松弛，所以肩关节稳固性较差。当上肢处于外展、外旋位向后跌倒时，以及手掌或肘部着地时，易发生肩关节的前脱位。
肩关节置换术适用于骨性关节炎病症。骨性关节炎包括原发及继发性、类风湿关节炎、创伤性关节炎、肩袖损伤性关节病，以及人工肩关节翻修，骨坏死、肿瘤、肩关节发育不良、陈旧性感染等。
人工肩关节(即肩关节假体)置换术是指采用金属、陶瓷等材料，根据人体肩关节的形态、构造及功能制成人工关节假体，通过外科技术植入人体内，代替患病关节功能，以达到缓解关节疼痛、恢复肩关节功能的目的。
随着技术的进步，人工肩关节使用的材料有一定的变化和发展，其中，金属材料会有金属离子析出，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。陶瓷材料磨损小，同时具有惰性和很好的生物相容性，因此陶瓷材料的人工肩关节成为目前临床使用的首选。但由于陶瓷材料本身固有的脆性，如果厚度薄，则容易碎裂，并造成手术操作难的问题。
因此，现有技术中的肩关节假体仍然不能满足使用需求。
发明内容
本发明提供了一种肩关节假体，以提高现有技术中的肩关节假体的性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种肩关节假体，包括肱骨头假体和肩盂假体，肱骨头假体包括多孔结构层和聚合物材料层，多孔结构层具有多个孔隙，聚合物材料层设置在多孔结构层上，聚合物材料层的背离多孔结构层的一侧为第一关节面，第一关节面为朝向聚合物材料层的外部凸起的弧面；肩盂假体具有第二关节面，第二关节面为朝向肩盂假体的内部凹陷的弧面，第一关节面与第二关节面配合。
进一步地，聚合物材料层通过注塑工艺设置在多孔结构层上，聚合物材料层的一部分材料渗入多孔结构层的多个孔隙中。
进一步地，聚合物材料层由聚氨酯、聚乙烯醇凝胶或聚乳酸制成。
进一步地，第二关节面上分布有朝向肩盂假体内凹陷的纹理结构，纹理结构用于容纳关节液。
进一步地，纹理结构包括：多个交叉设置的凹陷纹路；或，多个间隔设置的凹陷纹路。
进一步地，多孔结构层具有第一限位结构，聚合物材料层具有第二限位结构，第一限位结构和第二限位结构限位配合。
进一步地，多孔结构层具有第一限位凹槽，第一限位凹槽形成第一限位结构，聚合物材料层包括：弧形壁，弧形壁的外凸面形成第一关节面，弧形壁的内凹面的至少一部分与多孔结构层连接；第一限位凸起，设置在弧形壁的内凹面上，第一限位凸起形成第二限位结构，第一限位凸起与第一限位凹槽配合连接。
进一步地，弧形壁为碗状结构，第一限位凸起设置在弧形壁的碗口处。
进一步地，肱骨头假体还包括：实体结构层，与多孔结构层的背离聚合物材料层的一侧连接；肱骨柄，与实体结构层连接，肱骨柄用于穿入肱骨主体中。
进一步地，多孔结构层具有第三限位结构，实体结构层具有第四限位结构，第三限位结构与第四限位结构限位配合。
进一步地，多孔结构层具有第二限位凸起，第二限位凸起形成第三限位结构，实体结构层具有第二限位凹槽，第二限位凹槽形成第四限位结构，第二限位凸起与第二限位凹槽配合连接。
进一步地，实体结构层设置在多孔结构层内，多孔结构层具有第一端面，第一端面用于与肱骨主体配合，实体结构层具有第二端面，第二端面用于与肱骨柄配合，第一端面围绕第二端面设置。
进一步地，实体结构层内具有减重腔。
进一步地，实体结构层内具有锥形孔，锥形孔的内壁用于与肱骨柄的端部配合连接，聚合物材料层为回转体结构，锥形孔偏离聚合物材料层的轴线设置。
应用本发明的技术方案，在肱骨头假体中设置多孔结构层和聚合物材料层，聚合物材料层的第一关节面与肩盂假体的第二关节面摩擦配合。由于多孔结构层具有多个孔隙，可以和聚合物材料层稳定连接，并且能够与人体组织实现良好的生物相容。由于聚合物材料层与人体自然的生理软骨具有近似硬度和弹性，其在耐磨性能以及力学性能方面都能达到要求，具有良好的生物学性能，因此可以避免现有的肩关节假体存在的易磨损或者脆性大等问题，提高了现有的肩关节假体的性能，满足患者的使用需求。
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示出了本发明的实施例提供的肩关节假体的结构示意图；
图2示出了图1中的肩关节假体中的肱骨头假体的结构示意图；
图3示出了图1中的肩关节假体中的肩盂假体的结构示意图；
图4示出了图3中的肩盂假体上的纹理结构的第一示意图；
图5示出了图3中的肩盂假体上的纹理结构的第二示意图；
图6示出了图3中的肩盂假体上的纹理结构的第三示意图；
图7示出了图3中的肩盂假体上的纹理结构的第四示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、多孔结构层；11、第二限位凸起；12、第一端面；20、聚合物材料层；21、第一关节面；22、弧形壁；23、第一限位凸起；30、实体结构层；31、第二端面；32、减重腔；33、锥形孔；40、肱骨柄；50、肩盂假体；51、第二关节面；52、纹理结构；53、本体；54、固定桩；60、肱骨主体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图7所示，本发明的实施例提供了一种肩关节假体，包括肱骨头假体和肩盂假体50，肱骨头假体包括多孔结构层10和聚合物材料层20，多孔结构层10具有多个孔隙，聚合物材料层20设置在多孔结构层10上，聚合物材料层20的背离多孔结构层10的一侧为第一关节面21，第一关节面21为朝向聚合物材料层20的外部凸起的弧面；肩盂假体50具有第二关节面51，第二关节面51为朝向肩盂假体50的内部凹陷的弧面，第一关节面21与第二关节面51配合。
应用本实施例的技术方案，在肱骨头假体中设置多孔结构层10和聚合物材料层20，聚合物材料层20的第一关节面21与肩盂假体50的第二关节面51摩擦配合。由于多孔结构层10具有多个孔隙，可以和聚合物材料层20稳定连接，并且能够与人体组织实现良好的生物相容。由于聚合物材料层20与人体自然的生理软骨具有近似硬度和弹性，其在耐磨性能以及力学性能方面都能达到要求，具有良好的生物学性能，因此可以避免现有的肩关节假体存在的易磨损或者脆性大等问题，提高了现有的肩关节假体的性能，满足患者的使用需求。
在本实施例中，聚合物材料层20通过注塑工艺设置在多孔结构层10上，聚合物材料层20的一部分材料渗入多孔结构层10的多个孔隙中。这样聚合物材料层20和多孔结构层10能够可靠地结合在一起，提高肱骨头假体的强度。在本实施例中，多孔结构层10为金属材料，多孔结构层10可以采用3D打印或化学气相渗透方式制成。多孔结构层10内的孔隙的尺寸为0.3mm至1.2mm，孔隙率在50％以上。这样可以减轻重量并且提高结构强度，并且提高生物融合性。多孔结构层10整体为多孔结构，内部布满3D联通的孔隙，骨骼可以通过多孔结构实现和聚合物材料层20之间的联通。
在本实施例中，聚合物材料层20由聚氨酯、聚乙烯醇凝胶或聚乳酸制成。以上材料稳定性好，并且变形能力和强度满足长期使用需求。进一步地，聚合物材料层20可采用聚氨酯TPU材料。这些材料具有良好的延展性、断裂强度、耐磨性、生物相容性，因此可以和多孔结构层10达到良好的结合，确保假体长期植入的总体性能。
在本实施例中，聚合物材料层20的厚度为2mm至6mm，该厚度范围既可以保证关节面的功能，同时能保证聚合物材料层20的质量。
在本实施例中，肩盂假体50可采用金属材料或者陶瓷材料制成。如图3所示，肩盂假体50包括本体53和设置在本体上的多个固定桩54，第二关节面51位于本体53上，本体53的侧面抛光，防止软组织的粘连，本体53的远离第二关节面51的一侧以及固定桩54的表面有生物涂层，以实现假体的中远期生物固定。固定桩54可以设置为1至3个。
在本实施例中，第二关节面51上分布有朝向肩盂假体50内凹陷的纹理结构52，纹理结构52用于容纳关节液。通过设置纹理结构52，可以留存进入的关节液，这样可通过关节液对第一关节面21和第二关节面51进行润滑，从而可以减小磨损，提高肩关节假体的使用寿命，并且便于人员活动。在本实施例中，纹理结构52需要光滑处理，用以防止表面粗糙造成对软组织的挫伤。
具体地，如图4至图7所示，纹理结构52包括：多个交叉设置的凹陷纹路；或，多个间隔设置的凹陷纹路。通过不同形状的凹槽纹路，可以留存关节液。交叉设置的凹陷纹路可以为网状结构，如图4所示的蜂窝状或图5所示的交叉直线状。间隔设置的凹槽纹路可以为环形结构或者L形结构，如图6和图7所示。纹理结构52的深度为0.15mm至0.25mm。
进一步地，对于纹理结构52包括多个交叉设置的凹陷纹路的情况，在纹理结构的交叉点处分布有深度大于凹陷纹路的内陷深度的沉孔，通过沉孔可以进一步容纳关节液，减小磨损。
在本实施例中，多孔结构层10具有第一限位结构，聚合物材料层20具有第二限位结构，第一限位结构和第二限位结构限位配合。这样可以提高多孔结构层10与聚合物材料层20的连接强度。
如图2所示，多孔结构层10具有第一限位凹槽，第一限位凹槽形成第一限位结构，聚合物材料层20包括：弧形壁22，弧形壁22的外凸面形成第一关节面21，弧形壁22的内凹面的至少一部分与多孔结构层10连接；第一限位凸起23，设置在弧形壁22的内凹面上，第一限位凸起23形成第二限位结构，第一限位凸起23与第一限位凹槽配合连接。通过第一限位凸起23与第一限位凹槽的配合，可以进一步提高聚合物材料层20与多孔结构层10的连接强度，防止聚合物材料层20脱离。具体地，第一限位凸起23的截面可以设置为锥形结构，锥形结构的角度小于60°。
进一步地，弧形壁22为碗状结构，第一限位凸起23设置在弧形壁22的碗口处。通过上述设置，可以固定聚合物材料层20的边缘，以防止在应力环境下聚合物材料层20发生翻边或与多孔结构层10分离。第一限位凹槽为环形凹槽结构，第一限位凸起23为环形凸起结构。这样可在多孔结构层10的圆周方向以及聚合物材料层20的圆周方向加强聚合物材料层20与多孔结构层10的连接。
在本实施例中，肱骨头假体还包括：实体结构层30，与多孔结构层10的背离聚合物材料层20的一侧连接；肱骨柄40，与实体结构层30连接，肱骨柄40用于穿入肱骨主体60中。实体结构层30的材料内部无孔隙，实体结构层30用于起到支撑作用。实体结构层30由金属材料制成，实体结构层30的一部分材料渗入到多孔结构层10的多个孔隙中。这样可以提高实体结构层30与多孔结构层10的连接强度。
在本实施例中，多孔结构层10具有第三限位结构，实体结构层30具有第四限位结构，第三限位结构与第四限位结构限位配合。通过上述设置，可以进一步提高实体结构层30与多孔结构层10的连接强度。
具体地，多孔结构层10具有第二限位凸起11，第二限位凸起11形成第三限位结构，实体结构层30具有第二限位凹槽，第二限位凹槽形成第四限位结构，第二限位凸起11与第二限位凹槽配合连接。这样可通过第二限位凸起11与第二限位凹槽的配合实现可靠连接，防止实体结构层30与多孔结构层10脱离。在本实施例中，第一限位凹槽位于第二限位凸起11上。
在本实施例中，实体结构层30设置在多孔结构层10内，多孔结构层10具有第一端面12，第一端面12用于与肱骨主体60配合，实体结构层30具有第二端面31，第二端面31用于与肱骨柄40配合，第一端面12围绕第二端面31设置。这样多孔结构层10和实体结构层30均能够与肱骨主体60连接，提高了肩关节假体与肱骨主体60连接的可靠性。具体地，第一端面12与第二端面31平齐，多孔结构层10上具有限位台阶，限位台阶与实体结构层30的侧壁限位配合。
如图2所示，实体结构层30内具有减重腔32。通过设置减重腔32，可以减轻实体结构层30以及肩关节假体整体的重量。在本实施例中，实体结构层30、多孔结构层10和聚合物材料层20均为壁状结构。
在本实施例中，实体结构层30内具有锥形孔33，锥形孔33的内壁用于与肱骨柄40的端部配合连接，聚合物材料层20为回转体结构，锥形孔33偏离聚合物材料层20的轴线设置。通过上述设置，可便于肱骨柄40与实体结构层30的连接，并且能够提高两者的连接强度。将锥形孔33偏离聚合物材料层20的轴线设置，可满足受力需求。本实施例中的锥形孔33与减重腔32连通。在本实施例中，实体结构层30的第二端面31的外轮廓为圆形，锥形孔33与实体结构层30的第二端面31同心设置。这样在通过第二端面31的圆心的截面上，锥形孔33两侧的尺寸相等。
进一步地，在本实施例中，多孔结构层10为一体成型的金属结构。金属结构分为内层和外层，其中，外层为多孔结构层10，内层为实体结构层30。这样，多孔结构层10可以减轻重量、提供假体与骨骼相适宜的弹性模量，特别是聚合物材料层20与多孔结构层10通过多个孔隙相结合，结合强度更强，更牢固。实体结构层30可以保证系统的整体强度，同时中空的减重腔32可以减重，锥形孔33用来与肱骨柄40进行组配，可提供稳定的接口，为临床提供更多的选择。
应用本实施例的技术方案，在肱骨头假体中设置多孔结构层10和聚合物材料层20，聚合物材料层20的第一关节面21与肩盂假体50的第二关节面51摩擦配合。由于多孔结构层10具有多个孔隙，可以和聚合物材料层20稳定连接，并且能够与人体组织实现良好的生物相容。由于聚合物材料层20与人体自然的生理软骨具有近似硬度和弹性，其在耐磨性能以及力学性能方面都能达到要求，具有良好的生物学性能，因此可以避免现有的肩关节假体存在的易磨损或者脆性大等问题，提高了现有的肩关节假体的性能，满足患者的使用需求。
该技术方案具有以下优势：聚合物材料层20充分利用聚合物良好的生物学性能以及在关节滑液下的优良的耐磨性。聚合物材料层20通过注塑的方式与多孔结构层10连接。多孔结构层10具有多个孔隙，可对聚合物有良好的抓持力。多孔结构层10内的实体结构层30为致密实体层，确保强度。多孔结构层10设置有外上侧反钩区和内下侧反钩区，旨在固定聚合物的边缘，防止在应力环境下翻边、分离。实体结构层30内部中空，可以减重，这对于肩关节追求轻便尤为重要，偏置的锥形孔33可以实现和肱骨柄40的锥连接。与肱骨主体60骨面接触的区域采用3D多孔结构，有益于假体与骨骼实现骨整合。肩盂假体50选择金属材料或陶瓷材料制成，肩盂假体50表面的纹理结构52可以充分容纳关节液，本方案提供了几种不同的纹理结构52。肩盂假体50侧面高抛光，防止软组织的粘连。肩盂假体50的背侧及固定桩54有生物涂层，以预期实现假体的生物固定。
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。

Claims (14)

1.一种肩关节假体，包括肱骨头假体和肩盂假体(50)，其特征在于，
所述肱骨头假体包括多孔结构层(10)和聚合物材料层(20)，所述多孔结构层(10)具有多个孔隙，所述聚合物材料层(20)设置在所述多孔结构层(10)上，所述聚合物材料层(20)的背离所述多孔结构层(10)的一侧为第一关节面(21)，所述第一关节面(21)为朝向所述聚合物材料层(20)的外部凸起的弧面；
所述肩盂假体(50)具有第二关节面(51)，所述第二关节面(51)为朝向所述肩盂假体(50)的内部凹陷的弧面，所述第一关节面(21)与所述第二关节面(51)配合。
2.根据权利要求1所述的肩关节假体，其特征在于，所述聚合物材料层(20)通过注塑工艺设置在所述多孔结构层(10)上，所述聚合物材料层(20)的一部分材料渗入所述多孔结构层(10)的多个孔隙中。
3.根据权利要求1所述的肩关节假体，其特征在于，所述聚合物材料层(20)由聚氨酯、聚乙烯醇凝胶或聚乳酸制成。
4.根据权利要求1所述的肩关节假体，其特征在于，所述第二关节面(51)上分布有朝向所述肩盂假体(50)内凹陷的纹理结构(52)，所述纹理结构(52)用于容纳关节液。
5.根据权利要求4所述的肩关节假体，其特征在于，所述纹理结构(52)包括：
多个交叉设置的凹陷纹路；或，
多个间隔设置的凹陷纹路。
6.根据权利要求1所述的肩关节假体，其特征在于，所述多孔结构层(10)具有第一限位结构，所述聚合物材料层(20)具有第二限位结构，所述第一限位结构和所述第二限位结构限位配合。
7.根据权利要求6所述的肩关节假体，其特征在于，所述多孔结构层(10)具有第一限位凹槽，所述第一限位凹槽形成所述第一限位结构，所述聚合物材料层(20)包括：
弧形壁(22)，所述弧形壁(22)的外凸面形成所述第一关节面(21)，所述弧形壁(22)的内凹面的至少一部分与所述多孔结构层(10)连接；
第一限位凸起(23)，设置在所述弧形壁(22)的内凹面上，所述第一限位凸起(23)形成所述第二限位结构，所述第一限位凸起(23)与所述第一限位凹槽配合连接。
8.根据权利要求7所述的肩关节假体，其特征在于，所述弧形壁(22)为碗状结构，所述第一限位凸起(23)设置在所述弧形壁(22)的碗口处。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的肩关节假体，其特征在于，所述肱骨头假体还包括：
实体结构层(30)，与所述多孔结构层(10)的背离所述聚合物材料层(20)的一侧连接；
肱骨柄(40)，与所述实体结构层(30)连接，所述肱骨柄(40)用于穿入肱骨主体中。
10.根据权利要求9所述的肩关节假体，其特征在于，所述多孔结构层(10)具有第三限位结构，所述实体结构层(30)具有第四限位结构，所述第三限位结构与所述第四限位结构限位配合。
11.根据权利要求10所述的肩关节假体，其特征在于，所述多孔结构层(10)具有第二限位凸起(11)，所述第二限位凸起(11)形成所述第三限位结构，所述实体结构层(30)具有第二限位凹槽，所述第二限位凹槽形成所述第四限位结构，所述第二限位凸起(11)与所述第二限位凹槽配合连接。
12.根据权利要求9所述的肩关节假体，其特征在于，所述实体结构层(30)设置在所述多孔结构层(10)内，所述多孔结构层(10)具有第一端面(12)，所述第一端面(12)用于与所述肱骨主体配合，所述实体结构层(30)具有第二端面(31)，所述第二端面(31)用于与所述肱骨柄(40)配合，所述第一端面(12)围绕所述第二端面(31)设置。
13.根据权利要求9所述的肩关节假体，其特征在于，所述实体结构层(30)内具有减重腔(32)。
14.根据权利要求9所述的肩关节假体，其特征在于，所述实体结构层(30)内具有锥形孔(33)，所述锥形孔(33)的内壁用于与所述肱骨柄(40)的端部配合连接，所述聚合物材料层(20)为回转体结构，所述锥形孔(33)偏离所述聚合物材料层(20)的轴线设置。
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