CN110811936A - 一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体及使用方法，首先切除股骨远端肿瘤和胫骨近端骨面并进行髓腔扩髓，将股骨髓针和股骨髁补块连接在一起，在股骨髓腔内注入骨水泥后将股骨髓针插入股骨髓腔内；将胫骨构件和胫骨髓针连接在一起，在胫骨髓腔内注入骨水泥后将胫骨髓针插入胫骨髓腔中；将旋转衬套置于连接部的衬套孔中，将胫骨衬垫置于在胫骨部件上，将铰链旋转球通过插入组接孔置于旋转衬套的球面凹槽中；将股骨部件置于胫骨衬垫上，将衬套锁插入连接部的衬套孔中，将股骨髁补块通过螺钉固定在股骨部件上。本假体可在最大程度上减少截骨骨量，能够显著降低假体无菌性松动率，延长假体生存期，并为可能的翻修保留了一定的骨储备。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体及使用方法，特别适用于股骨远端骨巨细胞瘤保膝治疗，也适用于股骨远端其他良、恶性肿瘤的保膝治疗以及常规人工膝关节置换失败后的翻修。
背景技术
骨巨细胞瘤（Giant cell tumor，GCT）占所有原发性骨肿瘤的10%～20%，高发地区主要在东南亚的中国、印度、斯里兰卡等国家，是欧美的3～4倍，也有“亚洲骨肿瘤”之称。GCT作为良性与恶性之间的交界性肿瘤，外科手术是其唯一的有效治疗措施，其特点是术后远处转移率低（1.5%～7%），局部复发率高（8%～62%）。
骨巨细胞瘤大多靠近关节面且病变多在5cm以内，目前国内治疗GCT的人工假体多为治疗恶性肿瘤的假体，此种假体采用高加索人种数据，同国人存在地区差异，并且截骨量偏大，为适应人工假体重建，骨端最短切除范围也要在8～12cm之间，医生手术时为安装假体需切除的长度超出肿瘤治疗范围，导致骨质过多的丢失。
有研究证明，股骨远端松动率随切除长度增加而显著增加，因此术后假体松动等并发症发病率高。
针对这些缺点，治疗GCT的新型人工膝关节假体的研发迫在眉睫，针对国人的骨骼特点，设计出能够合理截骨减少骨丢失、降低无菌性松动发生率的治疗GCT的人工假体是当前的研究热点。
自20世纪50年代以来，铰链式膝关节假体已被普遍用于在骨肿瘤切除术后重建股骨远端或胫骨近端骨缺损，第一代铰链式膝关节假体是单轴设计，高应力转移到植入物-水泥-骨界面，导致假体早期松动、疲劳和骨折的发生率较高；第二代铰链式假体的设计通过引入内外旋和内外翻运动而减少了约束。
尽管这些假体的短期失败率有所下降，但中长期临床结果仍不令人满意。第三代铰链式假体(旋转铰链膝，RHK)设计有活动轴承、聚乙烯轴承、股骨前槽加深等特点。虽然第三代假体的失败率进一步下降，但也存在一些缺点，如双轴运动和股骨髁不完全加载，这与人体正常关节不同。目前使用的旋转铰链型膝关节假体为达到膝关节屈伸和旋转的目的分别设置了屈伸轴和旋转轴，结构较复杂。旋转铰链型膝关节假体的屈伸轴有聚乙烯衬套，由于聚乙烯衬套承重，极易出现磨损和破裂，明显缩短了假体的使用寿命。患者因为更换破损的聚乙烯衬套有可能会经历多次手术，给患者带来极大的痛苦和经济负担。
发明内容
鉴于现有技术的状况及存在的不足，本发明提供了适用于治疗股骨远端骨巨细胞瘤的一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体及使用方法，这种假体为骨巨细胞瘤患者的保肢提供了更为适宜的治疗方案，也可以扩展到其他良、恶性肿瘤的保膝治疗，以及常规人工膝关节置换失败后的翻修。
本假体依据骨巨细胞瘤的生长特点设计，减少截骨骨量，较目前市场上常规肿瘤型假体可多保留骨长度约3-4cm，能够显著降低假体术后无菌性松动率，延长假体生存期，并为可能的翻修保留了一定的骨储备。
铰链旋转轴、铰链旋转球和胫骨平台为完整的一体结构，结构简单强度高，同时实现了膝关节假体的屈伸和旋转功能要求，进一步降低了手术操作难度，增加了手术的成功率，提高了术后效果。可旋转的胫骨衬垫的设计可实现左右各旋转15度，满足正常人膝关节在屈伸活动中有5～10°旋转活动的要求，减少膝关节限制，运动更为仿生，有效的减少了应力集中，能够显著降低假体无菌性松动率。该假体通过减小铰链旋转轴和铰链旋转球的高度可实现铰链旋转轴、铰链旋转球的零负重和髁部的完全负重，可有效预防假体聚乙烯衬套受力易磨损和破裂的难题，延长假体使用寿命。本发明假体的旋转衬套和衬套锁可实现对铰链旋转轴和铰链旋转球的相对锁定，防止膝关节假体脱位和侧方移位。胫骨衬垫旋转轴与胫骨衬垫的限位槽相匹配，可有效防止胫骨衬垫的前后移位和过度旋转。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，包括股骨髓针、胫骨髓针，其特征在于：还包括股骨部件、胫骨部件、胫骨衬垫、旋转衬套、衬套锁、股骨髁补块；
所述旋转衬套置于连接部的圆柱形的衬套孔中，旋转衬套的旋转轴豁口Ⅱ与连接部的旋转轴豁口Ⅰ相对应；
所述胫骨衬垫设置在胫骨部件上，胫骨部件的条形的胫骨衬垫旋转轴设置在胫骨衬垫条形的限位槽Ⅰ中，胫骨部件的铰链旋转轴设置在胫骨衬垫的凹口内，限位槽Ⅰ的圆心角比胫骨衬垫旋转轴的圆心角大30度，胫骨衬垫在胫骨部件上能够左右各旋转15度；
所述股骨部件设置胫骨衬垫上，股骨部件的前下方关节面和两侧的髁部关节面置于胫骨衬垫的髁间嵴和凹口两侧的髁面上；
所述胫骨部件的铰链旋转轴设置在旋转衬套旋转轴豁口Ⅱ和连接部旋转轴豁口Ⅰ中，铰链旋转轴上端的铰链旋转球置于球面凹槽中；
所述衬套锁的弧面槽端插入连接部的圆柱形的衬套孔中，衬套锁的弧面槽设置在铰链旋转球的上面，衬套锁的两个半圆形的锁定隆突分别置于股骨部件的两个半圆形的锁定槽中，以阻止旋转衬套和衬套锁在衬套孔内的旋转；
所述股骨髁补块的两侧块插入股骨部件的连接部两侧面上，股骨髁补块的限位壁置于股骨部件的限位槽Ⅱ中，股骨髁补块的前面、前下面、下面和后面分别与股骨部件的前内侧面、前下内侧面、下内侧面和后内侧面对应接触；
在股骨髁补块的两个沉孔中，分别设置一个螺钉，两个螺钉的一端分别穿过两个沉孔与股骨部件两侧的螺纹孔螺接，将股骨髁补块固定在股骨部件上；
所述股骨髓针的锥度接头Ⅰ插入股骨髁补块的锥度盲孔Ⅱ中，股骨髁补块的两个凸起对应与股骨髓针的两个卡槽卡接在一起；
所述胫骨髓针的锥度接头Ⅱ插入胫骨部件锥度盲孔Ⅰ中。
一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体的使用方法，其特征在于，步骤如下：首先切除股骨远端肿瘤和胫骨近端骨面并进行髓腔扩髓，在体外将股骨髓针和股骨髁补块连接在一起，即将股骨髓针锥度接头Ⅰ插入股骨髁补块的锥度盲孔Ⅱ中，股骨髁补块的两个凸起对应与股骨髓针两个卡槽卡接在一起，在股骨髓腔内注入骨水泥后将股骨髓针插入股骨髓腔内；
在体外将胫骨构件和胫骨髓针连接在一起，即胫骨髓针锥度接头Ⅱ插入胫骨部件锥度盲孔Ⅰ中，在胫骨髓腔内注入骨水泥后将胫骨髓针插入胫骨髓腔中；
将旋转衬套置于连接部的圆柱形的衬套孔中，球面凹槽向上，旋转衬套旋转轴豁口Ⅱ与连接部旋转轴豁口Ⅰ相对应；
将胫骨衬垫置于在胫骨部件上，胫骨部件的条形的胫骨衬垫旋转轴设置在胫骨衬垫条形的限位槽Ⅰ中，胫骨部件的铰链旋转轴设置在胫骨衬垫的凹口内，限位槽Ⅰ的圆心角比条形的胫骨衬垫旋转轴的圆心角大30度，胫骨衬垫在胫骨部件上能够左右各旋转15度；
适当调节膝关节的屈曲角度，将铰链旋转球通过插入组接孔置于旋转衬套球面凹槽中；
逐渐伸直膝关节，将股骨部件置于胫骨衬垫上，股骨部件的前下方关节面和旋转轴豁口Ⅰ两侧的髁部关节面置于胫骨衬垫的髁间嵴和凹口两侧的髁面上，胫骨部件的铰链旋转轴置于凹口、旋转轴豁口Ⅰ、旋转轴豁口Ⅱ中；
将衬套锁弧面槽端插入连接部的圆柱形的衬套孔中，衬套锁的弧面槽设置在铰链旋转球的上面，衬套锁的两个半圆形的锁定隆突分别置于股骨部件的两个半圆形的锁定槽中，以阻止旋转衬套和衬套锁在衬套孔内的旋转；
适度牵开膝关节间隙，所述股骨髁补块两侧块插入股骨部件的连接部两侧面上，股骨髁补块的限位壁置于股骨部件的限位槽Ⅱ中，股骨髁补块的前面、前下面、下面和后面分别与股骨部件的前内侧面、前下内侧面、下内侧面和后内侧面对应接触；
将2枚螺钉分别插入骨髁补块两侧块的两个沉孔中，并拧入连接部的两个带螺纹的盲孔内，假体安装完成；
假体术后膝关节活动范围为：伸直0度，屈曲120度，左右旋转各15度。
本发明的有益效果是：
1、本假体依据骨巨细胞瘤的生长特点设计，最大程度上减少截骨骨量，适用于股骨远端骨巨细胞瘤保膝治疗，也可以扩展应用于治疗其他良、恶性肿瘤的保膝治疗，也适用于常规人工膝关节置换失败后的翻修。目前国内治疗GCT的人工假体多为治疗恶性肿瘤的假体，此种假体采用高加索人种数据，同国人存在地区差异，并且截骨量偏大。为适应人工假体重建，骨端最短切除范围也要在8～12cm之间，医生手术时为安装假体需切除的长度超出肿瘤治疗范围，导致骨质过多的丢失，增加假体远期松动的风险。本假体较目前市场上常规肿瘤型假体可多保留骨长度约3-4cm，能够显著降低假体术后无菌性松动率，延长假体生存期，并为可能的翻修保留了一定的骨储备。
2、本发明假体的旋转衬套、衬套锁、铰链旋转轴和铰链旋转球可形成一种球轴铰链结构，该球轴铰链结构连接改善了传统铰链膝关节假体活动受限的弊病，满足关节不同方向的活动度，同时不减少侧向稳定性。铰链旋转轴、铰链旋转球和胫骨平台为完整的一体结构，同时实现了膝关节假体的屈伸和旋转功能要求，结构简单强度高，进一步降低了手术操作难度，增加了手术的成功率，提高了术后效果。
3、该假体胫骨部件表面设计有胫骨衬垫旋转轴，可旋转的胫骨衬垫的设计可实现左右各旋转15度。该假体可满足正常人膝关节在屈伸活动中有5～10°旋转活动的要求，减少膝关节限制，运动更为仿生，降低假体柄的力学载荷，有效的减少了应力集中，使应力传导得到缓冲，使假体的松动明显降低，进一步提高假体生存率。
4、该假体通过减小铰链旋转轴和铰链旋转球的高度可实现铰链旋转轴和铰链旋转球的零负重和髁部的完全负重，可有效预防假体聚乙烯衬套受力易磨损和破裂的难题，延长假体使用寿命。该假体以铰链旋转轴为中心进行旋转，胫骨衬垫旋转轴的弧形的圆心和铰链旋转球的球心均位于铰链旋转轴的中心线上，有助于实现膝关节旋转时假体髁部与胫骨衬垫的较稳定的大面积接触，有效避免应力集中，减缓胫骨衬垫的磨损，延长假体使用寿命。
本发明的假体结构精确匹配、在整个步态周期中可实现假体髁部与胫骨衬垫的较稳定的大面积接触，具有重要的假体初始和远期稳定作用，这对于假体生存期的延长具有极其重要的作用。
5、本发明假体的旋转衬套和衬套锁可实现对铰链旋转轴和铰链旋转球的相对锁定，防止膝关节假体纵向脱位和水平面移位，实现假体的三维稳定。胫骨衬垫旋转轴与胫骨衬垫的限位槽相匹配，可有效防止胫骨衬垫的前后移位和过度旋转。胫骨部件与股骨部件相互对应，只要通过胫骨平台的尺寸即可确定假体的型号，操作简单。
总之本发明假体可在最大程度上减少截骨骨量，能够显著降低假体无菌性松动率，延长假体生存期，并为可能的翻修保留了一定的骨储备。该假体通过与胫骨平台一体结构的铰链旋转轴和铰链旋转球同时实现了膝关节假体的屈伸和旋转功能要求，结构简单强度高，结合可旋转的胫骨衬垫的设计，可有效避免应力集中。该假体通过减小铰链旋转轴和铰链旋转球的高度可实现铰链旋转轴、铰链旋转球的零负重和髁部的完全负重，避免聚乙烯轴套的磨损和破裂，胫骨衬垫可保持较大接触承重面，延长假体使用寿命。假体的三维稳定性好，不易脱位。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图2的结构A-A剖视图；
图4为本发明的结构分解示意图；
图5为本发明股骨部件的结构示意图；
图6为图5的左视图；
图7为图5的右视图；
图8为图5的后视图；
图9为本发明胫骨部件的结构示意图；
图10为图9的仰视图；
图11为本发明胫骨衬垫的结构示意图；
图12为图11的仰视图；
图13为本发明旋转衬套的结构示意图；
图14为本发明衬套锁的结构示意图；
图15为本发明股骨髁补块的结构示意图；
图16为图15的侧视图；
图17为本发明股骨髓针的结构示意图；
图18为本发明胫骨髓针的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图18所示，一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，包括股骨部件1、胫骨部件2、胫骨衬垫3、旋转衬套4、衬套锁5、股骨髁补块6、股骨髓针7、胫骨髓针8和螺钉9。
股骨部件1由一体结构的连接部1-1、髁部1-2 和限位槽Ⅱ1-3构成，连接部1-1两侧面上设有贯通的圆柱形的衬套孔1-1-1和对称的带螺纹的盲孔1-1-3；
在一侧面的衬套孔1-1-1上设有两个半圆形的锁定槽1-1-2，两个半圆形的锁定槽1-1-2与衬套孔1-1-1相通，在连接部1-1的上面设有圆形的组接孔1-1-4，组接孔1-1-4分别与衬套孔1-1-1和旋转轴豁口Ⅰ1-1-5相通；
髁部1-2 由前方关节面1-2-1、前下方关节面1-2-2、髁部关节面1-2-3、后内侧面1-2-4、下内侧面1-2-5、前下内侧面1-2-6和前内侧面1-2-7构成；
前方关节面1-2-1、前下方关节面1-2-2和髁部关节面1-2-3构成的整体面为光滑的弧面，在连接部1-1上面和前内侧面1-2-7之间形成一条限位槽Ⅱ1-3。
胫骨部件2由一体结构的胫骨平台2-1、条形的胫骨衬垫旋转轴2-2、铰链旋转轴2-3、铰链旋转球2-4、基底部柱2-5和防旋侧翼2-6构成；胫骨平台2-1两侧长面为同向的弧面，在胫骨平台2-1的上面分别设有条形的胫骨衬垫旋转轴2-2和柱形的铰链旋转轴2-3，条形的胫骨衬垫旋转轴两侧长面为同向的弧面，两侧短面为半圆面，铰链旋转轴2-3的上端为铰链旋转球2-4，在胫骨平台2-1的下面设有基底部柱2-5，在基底部柱2-5的底面设有锥度盲孔Ⅰ2-5-1，在基底部柱2-5与胫骨平台2-1下面的连接处设有两个防旋侧翼2-6。
胫骨衬垫3一侧长面为弧面，另一侧长面的中心处为凹口3-4，胫骨衬垫3上面的中央隆起为髁间嵴3-1，髁间嵴3-1前部为弧形凹面3-3，凹口3-4的两侧凹陷区为髁面3-2，在胫骨衬垫3底面的中前部设有条形的限位槽Ⅰ3-5，条形的限位槽两侧长面为同向的弧面，两侧短面为半圆面。
旋转衬套4为半圆柱体，旋转衬套4上面为平面，下面为两个半圆面4-1，在旋转衬套4上面中部设有球面凹槽4-2，球面凹槽4-2与两个半圆面4-1之间的旋转轴豁口Ⅱ4-3相通。
衬套锁5为半圆柱体，衬套锁5的上面为弧面，下面一侧为弧面槽5-1，沿弧面槽5-1向上为旋转轴豁口Ⅲ5-2，在衬套锁5的一侧壁上设有两个半圆形的锁定隆突5-3。
股骨髁补块6为多边体型，包括前面6-4、前下面6-5、下面6-6和后面6-7，在股骨髁补块6上部两个凸起6-1之间的面上设有锥度盲孔Ⅱ6-2，在股骨髁补块6下部的两侧块6-3上对称设有一个沉孔6-3-1，在股骨髁补块6两侧块6-3内的上端设有一条限位壁6-3-2。
股骨髓针7的头端Ⅰ7-1为半椭圆体，股骨髓针7的针体部为圆柱体，在针体部有6条防旋竖嵴Ⅰ7-2，在股骨髓针7的连接部位有锥度接头Ⅰ7-4和两个卡槽7-3。
胫骨髓针8的头端Ⅱ8-1为半椭圆体，胫骨髓针8的针体部为圆柱体，在针体部有6条防旋竖嵴Ⅱ8-2，在胫骨髓针8的连接部位有锥度接头Ⅱ8-3。
股骨部件1、胫骨部件2、股骨髁补块6、股骨髓针7、胫骨髓针8和螺钉9均为合金材料；胫骨衬垫3、旋转衬套4、衬套锁5均为超高分子聚乙烯材料。
将旋转衬套4置于连接部1-1的圆柱形的衬套孔1-1-1中，旋转衬套4的旋转轴豁口Ⅱ4-3与连接部1-1的旋转轴豁口Ⅰ1-1-5相对应；
将胫骨衬垫3设置在胫骨部件2上，胫骨部件2的条形的胫骨衬垫旋转轴2-2设置在胫骨衬垫3条形的限位槽Ⅰ3-5中，胫骨部件2的铰链旋转轴2-3设置在胫骨衬垫3的凹口3-4内，限位槽Ⅰ3-5的圆心角比胫骨衬垫旋转轴2-2的圆心角大30度，胫骨衬垫3在胫骨部件2上能够左右各旋转15度；
将股骨部件1设置胫骨衬垫3上，股骨部件1的前下方关节面1-2-2和旋转轴豁口Ⅰ1-1-5两侧的髁部关节面1-2-3分别置于胫骨衬垫3的髁间嵴3-1和凹口3-4两侧的髁面3-2上；
将胫骨部件2的铰链旋转轴2-3设置在旋转衬套4旋转轴豁口Ⅱ4-3和连接部1-1旋转轴豁口Ⅰ1-1-5中，铰链旋转轴2-3上端的铰链旋转球2-4置于球面凹槽4-2中；
将衬套锁5的弧面槽5-1端插入连接部1-1的圆柱形的衬套孔1-1-1中，衬套锁5的弧面槽5-1设置在铰链旋转球2-4的上面，衬套锁5的两个半圆形的锁定隆突5-3分别置于股骨部件1的两个半圆形的锁定槽1-1-2中，以阻止旋转衬套4和衬套锁5在衬套孔1-1-1内的旋转；
将股骨髁补块6的两侧块6-3插入股骨部件1的连接部1-1两侧面上，股骨髁补块6的限位壁6-3-2置于股骨部件1的限位槽Ⅱ1-3中，股骨髁补块6的前面6-4、前下面6-5、下面6-6和后面6-7分别与股骨部件1的前内侧面1-2-7、前下内侧面1-2-6、下内侧面1-2-5和后内侧面1-2-4对应接触；
在股骨髁补块6的两个沉孔6-3-1中，分别设置一个螺钉9，两个螺钉9的一端分别穿过两个沉孔6-3-1与股骨部件1两侧的螺纹孔1-1-3螺接，将股骨髁补块6固定在股骨部件1上；
将股骨髓针7的锥度接头Ⅰ7-4插入股骨髁补块6的锥度盲孔Ⅱ6-2中，股骨髁补块6的两个凸起6-1对应与股骨髓针7的两个卡槽7-3卡接在一起；
将胫骨髓针8的锥度接头Ⅱ8-3插入胫骨部件2锥度盲孔Ⅰ2-5-1中。
一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体的使用方法，步骤如下：
首先切除股骨远端肿瘤和胫骨近端骨面并进行髓腔扩髓，在体外将股骨髓针7和股骨髁补块6连接在一起，即将股骨髓针7锥度接头Ⅰ7-4插入股骨髁补块6的锥度盲孔Ⅱ6-2中，股骨髁补块6的两个凸起6-1对应与股骨髓针7两个卡槽7-3卡接在一起，在股骨髓腔内注入骨水泥后将股骨髓针7插入股骨髓腔内；
在体外将胫骨构件2和胫骨髓针8连接在一起，即胫骨髓针8锥度接头Ⅱ8-3插入胫骨部件2锥度盲孔Ⅰ2-5-1中，在胫骨髓腔内注入骨水泥后将胫骨髓针8插入胫骨髓腔中；
将旋转衬套4置于连接部1-1的圆柱形的衬套孔1-1-1中，球面凹槽4-2向上，旋转衬套4旋转轴豁口Ⅱ4-3与连接部1-1旋转轴豁口Ⅰ1-1-5相对应；
将胫骨衬垫3置于在胫骨部件2上，胫骨部件2的条形的胫骨衬垫旋转轴2-2设置在胫骨衬垫3条形的限位槽Ⅰ3-5中，胫骨部件2的铰链旋转轴2-3设置在胫骨衬垫3的凹口3-4内，限位槽Ⅰ3-5的圆心角比条形的胫骨衬垫旋转轴2-2的圆心角大30度，胫骨衬垫3在胫骨部件2上能够左右各旋转15度；
适当调节膝关节的屈曲角度，将铰链旋转球2-4通过插入组接孔1-1-4置于旋转衬套4球面凹槽4-2中；
逐渐伸直膝关节，将股骨部件1置于胫骨衬垫3上，股骨部件1的前下方关节面1-2-2和旋转轴豁口Ⅰ1-1-5两侧的髁部关节面1-2-3分别置于胫骨衬垫3的髁间嵴3-1和凹口3-4两侧的髁面3-2上，胫骨部件2的铰链旋转轴2-3置于凹口3-4、旋转轴豁口Ⅰ1-1-5和旋转轴豁口Ⅱ4-3中；
将衬套锁5弧面槽5-1端插入连接部1-1的圆柱形的衬套孔1-1-1中，衬套锁5的弧面槽5-1设置在铰链旋转球2-4的上面，衬套锁5的两个半圆形的锁定隆突5-3分别置于股骨部件1的两个半圆形的锁定槽1-1-2中，以阻止旋转衬套4和衬套锁5在衬套孔1-1-1内的旋转；
适度牵开膝关节间隙，所述股骨髁补块6两侧块6-3插入股骨部件1的连接部1-1两侧面上，股骨髁补块6的限位壁6-3-2置于股骨部件1的限位槽Ⅱ1-3中，股骨髁补块6的前面6-4、前下面6-5、下面6-6和后面6-7分别与股骨部件1的前内侧面1-2-7、前下内侧面1-2-6、下内侧面1-2-5和后内侧面1-2-4对应接触；
将2枚螺钉9分别插入骨髁补块6两侧块6-3的两个沉孔6-3-1中，并拧入连接部1-1的两个带螺纹的盲孔1-1-3内，假体安装完成，假体术后膝关节活动范围：伸直0度，屈曲120度，左右旋转各15度。
本发明假体的生物力学实验测试和有限元分析：
生物力学实验测试和有限元分析是评估接触压力和接触面积的可靠方法，已成为骨科生物力学中最重要的方法之一。我们采用生物力学实验测试和有限元分析对该假体的实用性进行了验证。
本假体的实物部件制造并安装在BOSE ElectroForce 3510(Bose Co, MN,America)仪器上用于生物力学实验测试，股骨部件和胫骨部件由钴铬钼合金制成，胫骨衬垫、旋转衬套和衬套锁由超高分子聚乙烯材料 (UHMWPE) 制造。生物力学实验测试选取了三个假体，计算实验结果的平均值和标准差。选取5种假体屈曲角度：0°、30°、60°、90°和110°，对假体的加载为3000牛(76.5千克体重的4倍)，计算胫骨衬垫接触面积和形变。结果：在生物力学实验中，弯曲90°时胫骨衬垫内侧的接触面积为100.78±8.71 mm2，此时胫骨衬垫内侧的接触面积最大，弯曲110°时胫骨衬垫外侧的接触面积为92.88±8.42 mm2，此时胫骨衬垫外侧的接触面积最小，见表1。
该假体的三维有限元模型利用Solidworks 2014软件(DassaultSystemesSolidWorks Corp, Waltham, USA)设计，使用ABAQUS 6.14-2(Simulia，Providence，RI)进行模拟分析。股骨部件和胫骨部件被设置为刚性体，而胫骨衬垫、旋转衬套和衬套锁被设置为线性弹塑性体。有限元分析选取与生物力学实验相同的5种假体屈曲角度：0°、30°、60°、90°和110°，对假体的加载为3000牛(76.5千克体重的4倍)，计算胫骨衬垫的接触面积和形变。结果：有限元分析中，弯曲90°时胫骨衬垫内侧的接触面积为96.68 mm2，此时胫骨衬垫内侧的接触面积最大，弯曲110°时胫骨衬垫外侧的接触面积为80.02 mm2，此时胫骨衬垫外侧的接触面积最小，见表1。该结果表明有限元分析与生物力学实验两种方法得到的数据具有很好的相关性和相同的趋势，验证了有限元模型分析的有效性。
在有限元模型分析的有效性得到验证以后，单独使用有限元模型对该假体的接触应力及接触面积进行分析。整个步态周期设定为1，选取步态周期中的9个特定时间点：0、0.03、0.07、0.13、0.25、0.45、0.6、0.73和0.99。分析铰链旋转球的接触应力，分析胫骨衬垫的接触应力和接触面积。结果：在步态周期中的9个特定时间点，铰链旋转球的接触压力始终为0 MPa，胫骨衬垫上的峰值接触压力为29.27MPa，没有超过超高分子聚乙烯材料的屈服强度32MPa，该结果表明该假体铰链旋转球未负重，完全由髁部负重，见表2。
表1为3000 牛加载下生物力学实验法与有限元分析法测量胫骨衬垫接触面积和形变的差异
表1结果表明有限元分析与生物力学实验两种方法得到的数据具有很好的相关性和相同的趋势，验证了有限元模型分析的有效性。
表2为一个步态周期中假体接触应力及接触面积的有限元分析
表2结果显示在步态周期中的9个特定时间点，铰链旋转球的接触压力始终为0 MPa，胫骨衬垫上的峰值接触压力为29.27 MPa，该假体铰链旋转球未负重，完全由髁部负重。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同形变或替换，这些等同形变或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围之内。
Claims (9)
1.一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，包括股骨髓针（7）、胫骨髓针（8），其特征在于：还包括股骨部件（1）、胫骨部件（2）、胫骨衬垫（3）、旋转衬套（4）、衬套锁（5）、股骨髁补块（6）；
所述旋转衬套（4）置于连接部（1-1）的圆柱形的衬套孔（1-1-1）中，旋转衬套（4）的旋转轴豁口Ⅱ（4-3）与连接部（1-1）的旋转轴豁口Ⅰ（1-1-5）相对应；
所述胫骨衬垫（3）设置在胫骨部件（2）上，胫骨部件（2）的条形的胫骨衬垫旋转轴（2-2）设置在胫骨衬垫（3）条形的限位槽Ⅰ（3-5）中，胫骨部件（2）的铰链旋转轴（2-3）设置在胫骨衬垫（3）的凹口（3-4）内，限位槽Ⅰ（3-5）的圆心角比胫骨衬垫旋转轴（2-2）的圆心角大30度，胫骨衬垫（3）在胫骨部件（2）上能够左右各旋转15度；
所述股骨部件（1）设置胫骨衬垫（3）上，股骨部件（1）的前下方关节面（1-2-2）和两侧的髁部关节面（1-2-3）置于胫骨衬垫（3）的髁间嵴（3-1）和凹口（3-4）两侧的髁面（3-2）上；
所述胫骨部件（2）的铰链旋转轴（2-3）设置在旋转衬套（4）旋转轴豁口Ⅱ（4-3）和连接部（1-1）旋转轴豁口Ⅰ（1-1-5）中，铰链旋转轴（2-3）上端的铰链旋转球（2-4）置于球面凹槽（4-2）中；
所述衬套锁（5）的弧面槽（5-1）端插入连接部（1-1）的圆柱形的衬套孔（1-1-1）中，衬套锁（5）的弧面槽（5-1）设置在铰链旋转球（2-4）的上面，衬套锁（5）的两个半圆形的锁定隆突（5-3）分别置于股骨部件（1）的两个半圆形的锁定槽（1-1-2）中，以阻止旋转衬套（4）和衬套锁（5）在衬套孔（1-1-1）内的旋转；
所述股骨髁补块（6）的两侧块（6-3）插入股骨部件（1）的连接部（1-1）两侧面上，股骨髁补块（6）的限位壁（6-3-2）置于股骨部件（1）的限位槽Ⅱ（1-3）中，股骨髁补块（6）的前面（6-4）、前下面（6-5）、下面（6-6）和后面（6-7）分别与股骨部件（1）的前内侧面（1-2-7）、前下内侧面（1-2-6）、下内侧面（1-2-5）和后内侧面（1-2-4）对应接触；
在股骨髁补块（6）的两个沉孔（6-3-1）中，分别设置一个螺钉（9），两个螺钉（9）的一端分别穿过两个沉孔（6-3-1）与股骨部件（1）两侧的螺纹孔（1-1-3）螺接，将股骨髁补块（6）固定在股骨部件（1）上；
所述股骨髓针（7）的锥度接头Ⅰ（7-4）插入股骨髁补块（6）的锥度盲孔Ⅱ（6-2）中，股骨髁补块（6）的两个凸起（6-1）对应与股骨髓针（7）的两个卡槽（7-3）卡接在一起；
所述胫骨髓针（8）的锥度接头Ⅱ（8-3）插入胫骨部件（2）锥度盲孔Ⅰ（2-5-1）中。
2.根据权利要求1所述的一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，其特征在于：所述股骨部件（1）由一体结构的连接部（1-1）、髁部（1-2 ）和限位槽Ⅱ（1-3）构成，所述连接部（1-1）两侧面上设有贯通的圆柱形的衬套孔（1-1-1）和对称的带螺纹的盲孔（1-1-3），在一侧面的衬套孔（1-1-1）上设有两个半圆形的锁定槽（1-1-2），两个半圆形的锁定槽（1-1-2）与衬套孔（1-1-1）相通，在连接部（1-1）的上面设有圆形的组接孔（1-1-4），组接孔（1-1-4）分别与衬套孔（1-1-1）和旋转轴豁口Ⅰ（1-1-5）相通；
所述髁部（1-2 ）由前方关节面（1-2-1）、前下方关节面（1-2-2）、髁部关节面（1-2-3）、后内侧面（1-2-4）、下内侧面（1-2-5）、前下内侧面（1-2-6）和前内侧面（1-2-7）构成；
前方关节面（1-2-1）、前下方关节面（1-2-2）和髁部关节面（1-2-3）构成的整体面为光滑的弧面，在连接部（1-1）上面和前内侧面（1-2-7）之间形成一条限位槽Ⅱ（1-3）。
3.根据权利要求1所述的一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，其特征在于：所述胫骨部件（2）由一体结构的胫骨平台（2-1）、条形的胫骨衬垫旋转轴（2-2）、铰链旋转轴（2-3）、铰链旋转球（2-4）、基底部柱（2-5）和防旋侧翼（2-6）构成；所述胫骨平台（2-1）两侧长面为同向的弧面，在胫骨平台（2-1）的上面分别设有条形的胫骨衬垫旋转轴（2-2）和柱形的铰链旋转轴（2-3），条形的胫骨衬垫旋转轴两侧长面为同向的弧面，两侧短面为半圆面，铰链旋转轴（2-3）的上端为铰链旋转球（2-4），在胫骨平台（2-1）的下面设有基底部柱（2-5），在基底部柱（2-5）的底面设有锥度盲孔Ⅰ（2-5-1），在基底部柱（2-5）与胫骨平台（2-1）下面的连接处设有两个防旋侧翼（2-6）。
4.根据权利要求1所述的一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，其特征在于：所述胫骨衬垫（3）一侧长面为弧面，另一侧长面的中心处为凹口（3-4），胫骨衬垫（3）上面的中央隆起为髁间嵴（3-1），髁间嵴（3-1）前部为弧形凹面（3-3），凹口（3-4）的两侧凹陷区为髁面（3-2），在胫骨衬垫（3）底面的中前部设有条形的限位槽Ⅰ（3-5），条形的限位槽两侧长面为同向的弧面，两侧短面为半圆面。
5.根据权利要求1所述的一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，其特征在于：所述旋转衬套（4）为半圆柱体，旋转衬套（4）上面为平面，下面为两个半圆面（4-1），在旋转衬套（4）上面中部设有球面凹槽（4-2），球面凹槽（4-2）与两个半圆面（4-1）之间的旋转轴豁口Ⅱ（4-3）相通。
6.根据权利要求1所述的一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，其特征在于：所述衬套锁（5）为半圆柱体，衬套锁（5）的上面为弧面，下面一侧为弧面槽（5-1），沿弧面槽（5-1）向上为旋转轴豁口Ⅲ（5-2），在衬套锁（5）的一侧壁上设有两个半圆形的锁定隆突（5-3）。
7.根据权利要求1所述的一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，其特征在于：所述股骨髁补块（6）为多边体型，包括前面（6-4）、前下面（6-5）、下面（6-6）和后面（6-7），在股骨髁补块（6）上部两个凸起（6-1）之间的面上设有锥度盲孔Ⅱ（6-2），在股骨髁补块（6）下部的两侧块（6-3）上对称设有一个沉孔（6-3-1），在股骨髁补块（6）两侧块（6-3）内的上端设有一条限位壁（6-3-2）。
8.根据权利要求1所述的一种旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体，其特征在于：所述的股骨部件（1）、胫骨部件（2）、股骨髁补块（6）、股骨髓针（7）、胫骨髓针（8）和螺钉（9）均为合金材料；
所述胫骨衬垫（3）、旋转衬套（4）、衬套锁（5）均为超高分子聚乙烯材料。
9.一种采用权利要求1所述的旋转平台的球轴铰链型人工膝关节假体的使用方法，其特征在于，步骤如下：首先切除股骨远端肿瘤和胫骨近端骨面并进行髓腔扩髓，在体外将股骨髓针（7）和股骨髁补块（6）连接在一起，即将股骨髓针（7）锥度接头Ⅰ（7-4）插入股骨髁补块（6）的锥度盲孔Ⅱ（6-2）中，股骨髁补块（6）的两个凸起（6-1）对应与股骨髓针（7）两个卡槽（7-3）卡接在一起，在股骨髓腔内注入骨水泥后将股骨髓针（7）插入股骨髓腔内；
在体外将胫骨构件（2）和胫骨髓针（8）连接在一起，即胫骨髓针（8）锥度接头Ⅱ（8-3）插入胫骨部件（2）锥度盲孔Ⅰ（2-5-1）中，在胫骨髓腔内注入骨水泥后将胫骨髓针（8）插入胫骨髓腔中；
将旋转衬套（4）置于连接部（1-1）的圆柱形的衬套孔（1-1-1）中，球面凹槽（4-2）向上，旋转衬套（4）旋转轴豁口Ⅱ（4-3）与连接部（1-1）旋转轴豁口Ⅰ（1-1-5）相对应；
将胫骨衬垫（3）置于在胫骨部件（2）上，胫骨部件（2）的条形的胫骨衬垫旋转轴（2-2）设置在胫骨衬垫（3）条形的限位槽Ⅰ（3-5）中，胫骨部件（2）的铰链旋转轴（2-3）设置在胫骨衬垫（3）的凹口（3-4）内，限位槽Ⅰ（3-5）的圆心角比条形的胫骨衬垫旋转轴（2-2）的圆心角大30度，胫骨衬垫（3）在胫骨部件（2）上能够左右各旋转15度；
适当调节膝关节的屈曲角度，将铰链旋转球（2-4）通过插入组接孔（1-1-4）置于旋转衬套（4）球面凹槽（4-2）中；
逐渐伸直膝关节，将股骨部件（1）置于胫骨衬垫（3）上，股骨部件（1）的前下方关节面（1-2-2）和旋转轴豁口Ⅰ（1-1-5）两侧的髁部关节面（1-2-3）置于胫骨衬垫（3）的髁间嵴（3-1）和凹口（3-4）两侧的髁面（3-2）上，胫骨部件（2）的铰链旋转轴（2-3）置于凹口（3-4）、旋转轴豁口Ⅰ（1-1-5）、旋转轴豁口Ⅱ（4-3）中；
将衬套锁（5）弧面槽（5-1）端插入连接部（1-1）的圆柱形的衬套孔（1-1-1）中，衬套锁（5）的弧面槽（5-1）设置在铰链旋转球（2-4）的上面，衬套锁（5）的两个半圆形的锁定隆突（5-3）分别置于股骨部件（1）的两个半圆形的锁定槽（1-1-2）中，以阻止旋转衬套（4）和衬套锁（5）在衬套孔（1-1-1）内的旋转；
适度牵开膝关节间隙，所述股骨髁补块（6）两侧块（6-3）插入股骨部件（1）的连接部（1-1）两侧面上，股骨髁补块（6）的限位壁（6-3-2）置于股骨部件（1）的限位槽Ⅱ（1-3）中，股骨髁补块（6）的前面（6-4）、前下面（6-5）、下面（6-6）和后面（6-7）分别与股骨部件（1）的前内侧面（1-2-7）、前下内侧面（1-2-6）、下内侧面（1-2-5）和后内侧面（1-2-4）对应接触；
将2枚螺钉（9）分别插入骨髁补块（6）两侧块（6-3）的两个沉孔（6-3-1）中，并拧入连接部（1-1）的两个带螺纹的盲孔（1-1-3）内，假体安装完成；
假体术后膝关节活动范围为：伸直0度，屈曲120度，左右旋转各15度。
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