CN110709033A - 模块化膝关节假体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块化膝关节假体组件套件(10)，用于替换第一患者侧远端股骨的切除的关节表面。所述套件(10)包括(a)至少一个双髁部件(20)，其尺寸和形状基本上替换切除的后髁和远髁骨部分；以及(b)至少第一滑车沟部件(50)和第二滑车沟部件(70)，每个部件的尺寸和形状都适于替换切除的滑车沟骨部分。所述第一滑车沟部件(50)包括限定第一滑车沟方向角的第一髌骨关节路径。所述第二滑车沟部件(70)包括限定第二滑车沟方向角的第二髌骨关节路径。所述双髁部件(20)和所述第一滑车沟部件和第二滑车沟部件中的一个(50；70)形成基本完整的股骨膝关节假体。所述第二滑车沟方向角不同于所述第一滑车沟方向角。

Description

模块化膝关节假体
技术领域
本发明涉及一种全模块化膝关节假体组件套件，尤其涉及一种可用于获得具有可更换和个性化滑车沟部件的膝关节假体的套件。
背景技术
当人类膝关节的软骨由于外伤、磨损或疾病而磨损时，股骨和胫骨会给人带来疼痛。这种疼痛可能是由关节中未被软骨保护的骨部分引起的，或者是由不稳定性引起的软组织结构的炎症引起的。膝关节磨损的人经常接受部分或全部膝关节置换，以重建膝关节功能并消除疼痛。
人类膝关节由远端股骨、近端胫骨和髌骨组成。远端股骨包括内侧髁和外侧髁，其靠着胫骨平台铰接并形成胫骨-股骨关节。此外，远端股骨包括滑车沟，滑车沟位于内侧髁和外侧髁之间并且至少部分位于内侧髁和外侧髁上方，滑车沟形成髌骨(膝关节骨)的关节伙伴，共同形成髌骨-股骨关节。膝关节是改进的铰链关节，允许弯曲和伸展以及内外旋转。
髌骨用作主要股骨延伸肌肉和胫骨之间的骨连接。当膝关节从完全屈曲扩展到完全伸展时，髌骨在滑车沟内从远端股骨髁向前侧平移。由于其厚度，髌骨增加了肌肉的杠杆臂，从而提高了大腿肌肉在伸展运动期间移动和稳定小腿的效率。
在全膝关节置换术中，移除股骨和胫骨的软骨覆盖区域，并用植入部件替代，理想的情况是在手术后充当自然健康的膝关节。典型的膝关节假体包括整块金属股骨部件、金属胫骨部件和其间的聚乙烯半月板轴承，并且可选地包括聚乙烯髌骨表面置换部件。最常见的是直切口，移除胫骨的近端，移除股骨的远端、前端和后端，然后是倒角切口。
对于人工膝关节的长期成功至关重要的是内侧髁和外侧髁之间的正确平衡以及屈曲和伸展的正确平衡。如果其中一个髁比另一髁承受更多的负荷，则这可能导致假体过度磨损，并大大缩短其寿命。此外，膝关节伸展过紧会限制关节的伸直，而整体平衡过松会使膝关节不稳定。
因此，为了达到全部或部分膝关节置换的良好结果，人们认为胫股关节的功能是非常重要的。这包括例如伸展和屈曲间隙之间的关系以及膝关节内侧和外侧之间的张力。如果一方面观察到屈曲和伸展之间的不正确平衡，另一方面观察到内侧和外侧之间的不正确平衡，外科医生可以通过额外的骨移除或选择性韧带释放来纠正这种情况。理想地，在正视图中，胫骨切口和股骨切口基本平行，并且内侧和外侧处于正确的平衡。
屈曲和伸展间隙平衡不仅限定了膝关节的股胫关节这一主要关节元件，而且还可能对髌股关节产生影响。例如，屈曲时的任何内部或外部旋转都可能导致髌骨沟倾斜，并因此变得有点突出。
任何内翻/外翻伸展适应都可能促使髌骨沟变得有点陡峭，从而迫使髌骨向非自然方向移动。
因此，评估股骨部件的滑车沟中的髌骨轨迹非常重要。非自然方向的髌股关节错位会促使髌骨承受过大的负荷。这可能在周围软组织(肌肉、韧带、肌腱)中产生疼痛的应力，甚至可能促使髌骨痛苦地从滑车沟中脱出。此外，由于主要基于普通人体解剖结构的膝关节植入部件的整体特征，因此在植入设计中经常需要做出妥协。对于许多患者来说，正确安装的胫股关节可能伴随有髌股关节错位。这也可能仅仅是因为许多解剖结构显示出自然滑车沟角，这与普通人体解剖结构有很大不同；植入部件的设计基础。因此，严格地由副韧带的张力提供股骨部件的旋转。内侧的任何松动情况都将使股骨部件向内旋转，这将使滑车向内定向，因此可能导致外侧化，从而导致髌骨错位。总之，整块膝关节股骨部件的主要缺点是植入物在髁的形状和方向与滑车沟的形状和方向之间具有设定的关系。股骨部件在屈曲时的给定旋转限定滑车的方向，因此髌骨的任何错位实际上是不可改变的。
发明内容
为了提供假体膝关节的最佳术后功能并因此满足患者的要求，需要一种膝关节假体系统，其能够更好地适应或个性化髌骨轨迹，以适应患者特定的解剖结构。因此，本发明的目的是克服上述与膝关节植入物相关的至少一些问题。
根据本发明的第一方面，提供了根据权利要求1所述的模块化膝关节假体组件套件。
所提出的新型模块化膝关节假体组件的优点在于，允许医生获得全膝关节植入物，该植入物提供可互换滑车沟部件。以在术中评估髌骨轨迹，并提供将植入滑车沟方向最佳设置为评估的自然髌骨轨迹方向的可能性。
根据本发明的第二方面，提供了一种根据权利要求16所述的制备模块化膝关节假体的方法。
在所附的从属权利要求中叙述本发明的其他方面。
附图说明
参考附图，从以下对非限制性示例实施例的描述中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
图1A和1B是示出根据本发明的示例模块化膝关节假体组件套件的透视图；
图2A和2B是更详细地示出图1所示的示例双髁部件的透视图；
图3A和3B是更详细地示出图1所示的滑车沟部件的示例的透视图；
图4A和4B是更详细地示出图1所示的滑车沟部件的另一示例的透视图；
图5A和5B是示出根据本发明变型的示例双髁部件的透视图；以及
图6是示出组装好的模块化膝关节假体以及多个虚拟平面和视图方向的透视图。
具体实施方式
参考图1A，示出了用于替换股骨远端的切除的关节表面的模块化全膝关节假体组件套件10。图1B描绘了双髁部件20和第一滑车沟部件50和第二滑车沟部件70，其解剖学形状用于替换患者的右膝关节。部件的镜像将表示患者左膝的示例设计。图1B示出了与图1A相同的部件，但角度不同。应当注意，膝关节假体组件套件10可以包括另外的双髁部件20和/或滑车沟部件50；70，这些都是为患者的同一侧(左侧或右侧)设计的，并且其设计彼此略有不同，这将在后面更详细地解释。在本示例中，滑车沟部件50；70和双髁部件20都是整体部件(即由单件构成)。当组装在一起时，双髁部件20和滑车沟部件50、70中的一个形成(模块化)股骨部件。在该示例中，组装的股骨部件因此是两件式部件。该示例中的股骨部件仅由两个部件组成(可能除了一些紧固元件，例如，螺钉)这一事实具有设计可以保持简单的优点。
参考图2A和2B，更详细地示出了双髁部件20。双髁部件20的尺寸和形状适于替换切除的后髁和远髁骨部分。双髁部件包括内侧髁21和外侧髁22。两个髁21；22分别包括后髁部分23；24和远端髁部分25；26。当膝关节屈曲时(膝关节处于弯曲位置)，后髁部分23；24与近端胫骨接合，并且在朝向延伸的运动过程中，远端髁部分25、26与胫骨近端接合。内侧和外侧髁21；22旨在替换膝关节的胫股关节的关节表面。
双髁部件20还包括内盒27(非封闭盒)或内部开口或内部空间，包括后内表面28、远侧内表面29、后内斜面30和前内斜面31。斜面在此处被理解为表示相对于由后内表面28或远端内表面29限定的平面成大于90°的表面。内盒27的尺寸和形状适于接合或接触切除的股骨远端。内表面可以包括骨水泥袋或者包括提供骨整合方法的任何结构。
在该示例中，双髁部件20包括至少一个支撑前支柱(元件)32或在近端方向Z从至少一个远端髁部分25；26延伸的支撑、稳定或突出的前元件。近端方向Z在图2A中用箭头表示。前支柱元件32的尺寸和形状适于与滑车沟部件50；70的后侧52；72接合(面向股骨)，并形成支撑，以增大滑车沟部件50；70的机械稳定性。在该示例中，前支柱元件32具有前内表面33，用于与前切除的目标骨直接接合。此外，在该示例中，前内表面33和后内表面28以发散的方式定向为在0°和10°之间的锐角E。根据本发明的变型，角度E是负的，并且后内表面和前内表面以会聚的方式定向。前支柱元件32的弹性可以通过楔入效应或弹性压配合效应或其组合提供对骨骼的压配合。还应注意，在该示例中，内盒27由后内表面28、远端内表面29、后内斜面30、前内斜面31和支柱元件32限定。因此，根据该示例，没有进一步的表面限制内盒27。双髁部件20还包括用于将双髁部件20固定到股骨的销钉37。
图3A至3C示出了第一滑车沟部件50的一个示例。第一滑车沟部件50包括第一前关节面51和第一后侧面52。第一关节面51包括第一髌骨关节路径53，限定第一滑车沟方向角A1和第一滑车沟倾斜角B1。如图3B所示，第一滑车沟方向角A1表示滑车路径在正面中的方向，或者第一髌骨关节路径偏离笔直且无角度延伸的髌骨关节路径的程度，即平行于矢状平面的虚拟线或平面，而第一滑车沟倾斜角B1投影在横向平面中。滑车沟方向角因此是平行于矢状平面的虚拟线和沿着髌骨关节路径的方向的线之间的角度。第一滑车沟倾斜角B1是基本水平的虚拟线(当第一滑车沟部件50放置在基本水平的表面上时)和连接第一髌骨关节路径53的第一中间顶侧或峰54和第一横向顶侧或峰55的虚拟线之间的角度。在一个示例中，形成髌骨关节路径的滑车沟具有带深度的基本凹形横截面，其中，该深度由具有第一中间高度MH1的基本凸形第一中间峰或波峰和具有第一横向高度LH1的基本凸形第一横向峰或波峰限定。更具体地，深度限定在沟底部和任何一个横向或中间峰之间的高度差之间。滑车沟具有波形的形状，并且深度沿着滑车沟可以是恒定的，也可以不是恒定的。在该示例中，滑车沟部件在内外方向上的宽度基本上等于双髁部件的宽度。因此，在该示例中，滑车沟部件包括髌骨关节路径以及中间和横向峰。在一个示例中，如图3C所示，第一中间高度MH1和第一横向高度LH1基本上彼此相同或相似。在另一示例中，高度基本不同。总之，第一滑车沟方向角A1限定髌骨的跟踪或平移方向，即第一髌骨关节路径的方向，而中间和横向峰限定第一关节路径的沟槽壁的高度，这防止髌骨离开沟槽。
第一滑车沟部件50的尺寸和形状适于替换远端股骨的切除的前区域。此外，第一滑车沟部件50的尺寸和形状适于与所述双髁部件20基本无缝接合。为了组装稳定性，滑车沟部件50、70可以包括一个或多个翼56A、56B，翼56A、56B被配置为与双髁部件20中的一个或多个互补形状的囊袋或沟槽34A、34B(见图2A)接合。翼和囊袋可以帮助组装步骤，并提供稳定性。或者，双髁部件20可以包括一个或多个翼，用于与滑车沟部件50、70中的一个或多个囊袋接合。
参考图4A至4C，示出了第二滑车沟部件70的示例。第二滑车沟部件70包括第二前关节面71和第二后侧面72。第二关节面71包括第二髌骨关节路径73，限定了第二滑车沟方向角A2和第二滑车沟倾斜角B2。如图所示，第一和第二滑车沟部件50；70在形状上基本相似，除了滑车沟方向角和滑车沟倾斜角中的至少一个。图4C还示出了第二中间高度MH2和第二横向高度LH2。然而，此处没有更详细地解释这些高度，因为上面对MH1和LH1的解释也适用于此处。
根据一个示例，第一和第二滑车沟部件50；70的第一和第二滑车沟方向角A1；A2分别是不同的。第一和第二滑车沟方向角A1；A2可以相差至少3°或更具体地相差至少5°或7°。换言之，第一和第二髌骨关节路径53；73将朝向不同的方向。此外，除了或代替不同的第一和第二滑车沟方向角A1；A2；第一和第二滑车沟倾斜角B1；B2可能不同。第一和第二滑车沟倾斜角B1；B2可以相差至少1°或更具体地相差至少3°、5°或7°。
在外科膝关节置换术中，移除胫骨的近端，移除股骨的远端、前端和后端，随后是倒角切口。有利的是，在移除股骨的前端之前，分析滑车沟的方向和倾斜。现在，基于所建立的滑车沟定向和倾斜，选择模块化全膝关节假体组件套件10中的最佳匹配的滑车沟部件50；70，并刚性固定到所述双髁部件20。因此，膝关节假体适应于或个性化为患者特定解剖结构的髌骨轨迹。
因此，限定和制备包括双髁部件20和滑车沟部件50；70的全或完整股骨膝关节假体的外科方法因此包括至少一些以下步骤：
限定股骨部件的前后尺寸和相关的内外尺寸，
在解剖参考(例如，膝关节的髓内轴)和滑车沟方向之间建立空间关系，
参考和/或限定解剖滑车沟方向，
在解剖参考(例如，膝关节的上髁轴和/或后髁)和滑车沟倾斜之间建立空间关系，
参考和/或限定解剖滑车沟倾斜，
从一组双髁部件中选择合适的双髁部件，
为所选(给定)的双髁部件从一组滑车沟部件中选择合适的滑车沟部件，
将所选的滑车沟部件与所选的双髁部件接合，
可选地添加至少一个固定装置(未示出)，例如，至少一个螺钉、螺栓、卡扣元件和/或胶水，用于将双髁部件20和滑车沟部件连接在一起。除了或者代替上述任何固定装置，双髁部件和滑车沟部件之间的连接可以是压配合连接。
参考图5A和5B，示出了双髁部件20和第一或第二滑车沟部件50；70的替代设计。更具体地，在图5A和5B的设计中，与例如在图2A和2B中所示的前支柱32相比，前支柱32具有不同的形状和结构。图5A和5B的双髁部件20包括支撑前支柱32，支撑前支柱32包括用于在双髁部件20中形成的凹槽或囊袋中从近端侧91、内侧92和外侧93中的至少一个捕捉滑车沟部件50；70的外围突出边缘90。边缘90具有增加的厚度，因此增大了机械稳定性。在所示的示例中，外围边缘基本上围绕滑车沟部件50；70。滑车沟部件因此可以被认为是插入件，其部分或全部被双髁部件20接收。边缘90可以从前支柱32的表面突出与滑车沟部件50；70的横截面厚度相同的量。以这种方式，当滑车沟部件50；70与双髁部件20组装在一起时，滑车沟部件50；70可以基本上不从双髁部件20的表面突出，并且形成与双髁部件20齐平的(基本上平滑的)表面。该示例中的双髁部件20还包括引导装置97，例如，引导槽，以接收滑车沟部件50；70的引导突起98。应当注意，在例如图1A和1B所示的设计中也提供了类似的引导装置。引导装置还提高了组装好的假体的稳定性(当滑车沟部件50；70与双髁部件20接合时)。
参考图6，在透视图中示出了包括多个虚拟平面和观察方向的组装好的全模块化膝关节假体300。如本说明书中所述，虚拟平面根据人体的解剖视图方向和平面来阐明膝关节假体的解剖视图方向和侧面。观察方向基本上垂直于相应的虚拟平面。
平面A是前平面，其与假体的前侧或正侧重合。
平面P是后平面，其与假体的后侧或背侧重合。
平面D是远端平面，其与假体的远端或侧面重合。
平面X是近端平面，其与假体的近端或侧面重合。
平面M是内侧平面，其与假体的内侧重合。
平面L是外侧平面，其与假体的侧边重合。
平面S是矢状平面，矢状平面是穿过假体中心的虚拟平面，基本垂直于内侧和外侧平面。
最常见的全膝关节假体由生物相容性材料制成，例如，钴铬钢或钛(合金)或陶瓷材料。根据本发明，滑车沟部件50；70可以由任何生物相容性塑料制成，例如，聚乙烯、聚醚醚酮、聚甲醛和/或聚苯砜，而双髁部件20可以由任何合适的生物相容性材料制成，例如，陶瓷材料和/或金属，包括例如钴铬合金和/或不锈钢。预计聚乙烯和聚醚醚酮对髌骨的关节软骨的摩擦系数较低，因此可以减少磨损。此外，滑车沟部件上的负荷被认为是边缘负荷。滑车沟部件可以通过铣削、添加制造或注射成型或其任意组合来制造。应当注意，双髁部件20和/或滑车沟部件50；70可以形成试验性(临时)膝关节假体，但是也可以形成一旦移除试验性膝关节假体就植入的长期可植入膝关节假体。
虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这种说明和描述应被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的，本发明不限于所公开的实施例。基于对附图、公开内容和所附权利要求的研究，可以理解其他实施例和变型，并且本领域技术人员在执行所要求的发明时可以实现这些实施例和变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“a”或“an”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中列举不同特征这一事实并不表示不能有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。

Claims (17)

1.一种模块化膝关节假体组件套件(10)，用于替换第一患者侧远端股骨的切除的关节表面，所述模块化膝关节假体组件套件(10)包括
(a)至少一个双髁部件(20)，其尺寸和形状基本上替换切除的后髁和远髁骨部分；以及
(b)第一滑车沟部件(50)和第二滑车沟部件(70)，每个部件的尺寸和形状都适于替换切除的滑车沟骨部分，所述第一滑车沟部件(50)包括限定第一滑车沟方向角(A1)的第一髌骨关节路径，所述第二滑车沟部件(70)包括限定第二滑车沟方向角(A2)的第二髌骨关节路径，
其中，所述双髁部件(20)和所述第一滑车沟部件和第二滑车沟部件中的一个(50；70)形成基本完整的股骨膝关节假体，其特征在于，所述第二滑车沟方向角(A2)不同于所述第一滑车沟方向角(A1)。
2.根据权利要求1所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述第二滑车沟方向角(A2)和所述第一滑车沟方向角(A1)之间的差至少为3o。
3.根据权利要求1或2所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述第一髌骨关节路径具有凹形横截面，并且位于具有基本凸形横截面和第一中间高度(MH1)的第一中间峰和具有基本凸形横截面和第一横向高度(LH1)的第一横向峰之间，并且其中，所述第二髌骨关节路径具有凹形横截面，并且位于具有基本凸形横截面和第二中间高度(MH2)的第二中间峰和具有基本凸形横截面和第二横向高度(LH2)的第二横向峰之间。
4.根据权利要求3所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述第一中间高度(MH1)、所述第二中间高度(MH2)、所述第一横向高度(LH1)和所述第二横向高度(LH1)都基本相同。
5.根据权利要求3所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述第一中间高度(MH1)不同于所述第二中间高度(MH2)，和/或所述第一横向高度(MH1)不同于所述第二横向高度(MH2)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述组件形成试验性膝关节假体。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述组件形成长期可植入膝关节假体。
8.根据前述权利要求中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述双髁部件(20)包括支撑前支柱元件(32)，所述支撑前支柱元件(32)的尺寸和形状适于与所述第一和第二滑车沟部件(50；70)中的任一个的后侧接合，以增大接合的滑车沟部件(50；70)的稳定性。
9.根据前述权利要求中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述双髁部件(20)包括支撑前支柱元件(32)，所述支撑前支柱元件包括外围突出边缘(90)，用于从近侧、内侧和外侧中的至少一个捕捉所述第一和第二滑车沟部件(50；70)中的任一个。
10.根据前述权利要求中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述套件(10)包括用于将所述第一和第二滑车沟部件(50；70)中的任一个固定到双髁部件(20)的固定装置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述第一和第二滑车沟部件(50；70)中的任一个由生物相容性塑料制成，例如，聚乙烯、聚醚醚酮、聚甲醛和/或聚苯砜。
12.根据前述权利要求中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述双髁部件(20)由生物相容性材料制成，例如，钴铬合金、不锈钢和/或陶瓷材料。
13.根据前述权利要求中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述第一和/或第二滑车沟部件(50；70)在内-外方向的宽度基本上等于双髁部件(20)的宽度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述第一和/或第二滑车沟部件(50；70)包括至少一个突出接合元件(56A；56B)，用于与双髁部件(20)中的至少一个囊袋(34A；34B)接合，或者其中，所述第一和/或第二滑车沟部件(50；70)包括至少一个囊袋(56A；56B)，用于与双髁部件(20)中的至少一个突出接合元件接合。
15.根据前述权利要求中任一项所述的模块化膝关节假体组件套件(10)，其中，所述第一和/或第二滑车沟部件(50；70)还包括第一或第二中间峰以及第一或第二横向峰，分别在其间形成第一或第二髌骨关节路径。
16.一种制备模块化膝关节假体的方法，包括双髁部件(20)和滑车沟部件(50；70)，其中，所述方法包括：
限定股骨部件的前后尺寸和内外尺寸，
参考和/或限定解剖滑车沟方向，
从双髁部件(20)的套件中选择合适的双髁部件(20)，
从滑车沟部件的套件中选择合适的滑车沟部件(50；70)，并且
将滑车沟部件(50；70)连接到双髁部件(20)，以获得组装的模块化膝关节假体。
17.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法还包括参考和/或限定解剖滑车沟的中间高度和/或横向高度。
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