CN111374805A - 一种组配式肩关节假体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组配式肩关节假体及其制造方法，其包括：肩胛骨假体、肩盂假体以及肱骨假体，所述肩盂假体的肩盂支杆自由端与所述肩胛骨假体的肩盂部活动枢接设置，所述肩盂假体的肩盂骨内套设置在所述肱骨假体的肱骨头铰接槽中；且所述肱骨柄外壁包覆设有骨小梁结构。从而提供成套装配且相互连接配合的肩胛骨假体、肩盂假体以及肱骨假体，能够满足肱骨、肩盂以及肩胛骨均损坏患者的假体置换需求，还真实的模拟了人体肩胛骨与肩盂之间的相对活动关系，且肱骨柄外壁包覆设有骨小梁结构，使人体组织能够快速且牢固的附着在假体上，并解决了骨水泥容易造成假体松动及其单体聚合时释放大量的热量造成周围组织损伤等问题。

Description

一种组配式肩关节假体及其制造方法

技术领域

本发明涉及肩关节置换技术领域，特别涉及一种组配式肩关节假体及其制造方法。

背景技术

肩关节是人体中最灵活的关节，其主要功是进行屈曲、伸展、外展、内收、外旋和内旋运动，因此肩关节是人体的重要部位，当患者因为患病或外力原因造成肩关节损坏的时候，为降低患者的痛苦和保证患者日后能够正常生活，一般会采取肩关节假体置换的治疗方案。在收集大量病例方案中发现，有大比例的肩关节治疗患者的肩胛骨、肩盂以及肱骨均存在损坏，需要整体置换，但是现有肩关节假体中的肱骨假体和肩胛骨假体都是单独存在，肱骨肩关节是独立与完好的肩胛骨匹配植入，肩胛骨也是独立与完好的肱骨匹配植入，因此无法满足肩关节整体损坏患者同时治疗和置换的需求，另外，现有肩关节的肱骨柄置换都为水泥型植入，但是骨水泥是一种惰性材料,长期的微动会造成假体松动，且骨水泥单体聚合时可以释放大量的热量，造成周围组织损伤。

发明内容

本发明提供一种组配式肩关节假体及其制造方法，用以解决上述提出的技术问题。

本发明提供一种组配式肩关节假体，其包括：

肩胛骨假体，所述肩胛骨假体设有肩盂部；

肩盂假体，所述肩盂假体包括一体设置的肩盂骨和肩盂支杆，所述肩盂骨为球体状设置，所述肩盂支杆长度方向的中心轴与肩盂部的中心轴同轴设置；

肱骨假体，所述肱骨假体包括一体设置的肱骨头和肱骨柄，所述肱骨头相对肩盂骨的生理结构位置上设有内凹铰接槽，所述肱骨柄的直径自与肱骨柄连接的一端至另一自由端逐渐减小，且所述肱骨柄外壁包覆设有骨小梁结构；

所述肩盂假体的肩盂支杆自由端与所述肩胛骨假体的肩盂部活动枢接设置，所述肩盂假体的肩盂骨内套设置在所述肱骨假体的肱骨头铰接槽中。

优选的，所述肩胛骨假体的肩盂部设有安装通孔，所述安装通孔沿肩盂的生理结构连接方向横向向外延伸出一连接通槽；所述肩盂支杆的自由端亦设有一与所述安装通孔配合设置的枢接通孔，所述肩盂支杆的自由端伸入连接通槽中，通过螺钉同时穿过肩盂部的安装通孔以及肩盂支杆的枢接通孔并配合螺母锁紧实现枢接设置。

优选的，所述连接通槽以安装通孔为圆心，逐渐向外扩开设置，其扩开角度与肩盂在生理结构上相对肩胛骨的最大转动角度一致。

优选的，所述肩盂假体的肩盂骨通过内衬部件内套设置在所述肱骨假体的肱骨头铰接槽中，所述内衬部件设置在肩盂骨与铰接槽体之间。

优选的，所述铰接槽的槽口螺纹配合有锁套，所述锁套的通孔直径大于肩盂骨的直径，小于铰接槽的槽口直径。

优选的，所述内衬部件采用维他命E高交联超高分子量聚乙烯材质制成。

优选的，所述肩胛骨假体、肩盂假体以及肱骨假体均采用聚醚醚酮材料制成。

本发明所述组配式肩关节假体，其通过设计肩盂假体的肩盂支杆自由端与所述肩胛骨假体的肩盂部活动枢接设置，所述肩盂假体的肩盂骨内套设置在所述肱骨假体的肱骨头铰接槽中，不仅提供成套装配且相互连接配合的肩胛骨假体、肩盂假体以及肱骨假体，能够满足肱骨、肩盂以及肩胛骨均损坏患者的假体置换需求，还真实的模拟了人体肩胛骨与肩盂之间的相对活动关系，且肱骨柄外壁包覆设有骨小梁结构，使人体组织能够快速且牢固的附着在假体上，并解决了骨水泥容易造成假体松动及其单体聚合时释放大量的热量造成周围组织损伤等问题。

本发明还提供一种组配式肩关节假体的制造方法，其包括如下步骤：

采集患者的肱骨、肩盂以及肩胛骨的医学影像信息，根据医学影像信息得到的肱骨、肩盂以及肩胛骨结构参数建立三维模型；

参照标准人体肱骨、肩盂以及肩胛骨的结构参数，分别对肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型一一修正；

根据肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型，采用增材制造工艺分别打印出肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体；

根据原始三维模型数据对打印得到的肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体进行复检。

优选的，所述采集患者的肱骨、肩盂以及肩胛骨的医学影像信息，根据医学影像信息得到的肱骨、肩盂以及肩胛骨结构参数建立三维模型；具体包括如下内容：

通过各项医学检测获得患者肱骨、肩盂以及肩胛骨的医学影像信息；

计算医学影像信息并将其转化为三维模型的数据信息；

根据肱骨和肩胛骨的生理组织结构及人体解刨结构对肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维结构参数进行优化。

优选的，所述根据原始三维模型数据对打印得到的肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体进行复检；具体包括如下内容：

对肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体进行表面处理；

对肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体的几何形貌及功能匹配进行检测和验证；

对肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体进行三维扫描，将扫描得到的假体三维数据与原始三维模型数据进行测量比对。

本发明所述组配式肩关节假体的制造方法，其在获得肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型数据信息之后，根据肱骨和肩胛骨的生理组织结构及人体解刨结构对肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维结构参数进行优化，解决医学检测可能会存在些许误差或部分不清晰的问题，并在假体打印得到后，将假体三维数据与原始三维模型数据进行测量比对，避免3D打印执行端的执行结构数据由于机械制造精度而存在打印误差的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1所述的一种组配式肩关节假体的结构示意图；

图2为图1沿A-A的剖视图；

图3为本发明实施例2所述的一种组配式肩关节假体的制造方法的步骤框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种组配式肩关节假体，其包括：

肩胛骨假体1，所述肩胛骨假体1设有肩盂部12；

肩盂假体2，所述肩盂假体2包括一体设置的肩盂骨21和肩盂支杆22，所述肩盂骨21为球体状设置，所述肩盂支杆22长度方向的中心轴与肩盂部12的中心轴同轴设置；

肱骨假体3，所述肱骨假体3包括一体设置的肱骨头31和肱骨柄32，所述肱骨头31相对肩盂骨21的生理结构位置上设有内凹铰接槽311，所述肱骨柄32的直径自与肱骨柄32连接的一端至另一自由端逐渐减小，且所述肱骨柄32外壁包覆设有骨小梁结构33；

所述肩盂假体2的肩盂支杆22自由端与所述肩胛骨假体1的肩盂部12活动枢接设置，所述肩盂假体2的肩盂骨21内套设置在所述肱骨假体3的肱骨头31铰接槽311中。

本发明所述组配式肩关节假体，其通过设计肩盂假体2的肩盂支杆22自由端与所述肩胛骨假体1的肩盂部12活动枢接设置，所述肩盂假体2的肩盂骨21内套设置在所述肱骨假体3的肱骨头31铰接槽311中，不仅提供成套装配且相互连接配合的肩胛骨假体1、肩盂假体2以及肱骨假体3，能够满足肱骨、肩盂以及肩胛骨均损坏患者的假体置换需求，还真实的模拟了人体肩胛骨与肩盂之间的相对活动关系，且肱骨柄32外壁包覆设有骨小梁结构33，使人体组织能够快速且牢固的附着在假体上，并解决了骨水泥容易造成假体松动及其单体聚合时释放大量的热量造成周围组织损伤等问题。

本发明实施例还提供一种组配式肩关节假体的制造方法，其包括如下步骤：

采集患者的肱骨、肩盂以及肩胛骨的医学影像信息，根据医学影像信息得到的肱骨、肩盂以及肩胛骨结构参数建立三维模型；

参照标准人体肱骨、肩盂以及肩胛骨的结构参数，分别对肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型一一修正；

根据肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型，采用增材制造工艺分别打印出肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1；

根据原始三维模型数据对打印得到的肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1进行复检。

本发明所述组配式肩关节假体的制造方法，其在获得肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型数据信息之后，根据肱骨和肩胛骨的生理组织结构及人体解刨结构对肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维结构参数进行优化，解决医学检测可能会存在些许误差或部分不清晰的问题，并在假体打印得到后，将假体三维数据与原始三维模型数据进行测量比对，避免3D打印执行端的执行结构数据由于机械制造精度而存在打印误差的问题。

实施例1

本发明实施例1提供一种组配式肩关节假体，如图1所示，其包括肩胛骨假体1、肩盂假体2以及肱骨假体3，所述肩胛骨假体1、肩盂假体2以及肱骨假体3的形状和尺寸结构都是根据患者自身的肩胛骨、肩盂以及肱骨的尺寸进行优化设计的，使之与患者正常时期的肩胛骨、肩盂以及肱骨结构尺寸近乎一致。具体的，所述肩胛骨假体1优选用钛合金和聚醚醚酮材料制成，其中，所述聚醚醚酮材料具有较高的负重强度和较低的弹性模量，从而容许生理负重条件下使得应力遮挡最小化，因此，采用聚醚醚酮材料制成的肩胛骨假体1能够与人体具有很好的相融性，并能够明显减少应力遮蔽、避免术后CT及MRI检查出现的金属尾影；同时由于聚醚醚酮材料的热传导系数相较金属材料较低，因此可以增加在寒冷季节和地区患者术后舒适度。所述肩盂假体2优选采用钴铬钼材质制作而成，具有耐疲劳性好和抗拉强度高的优点。所述肱骨假体3优选采用钛合金材料。

所述肩胛骨假体1包括肩胛部11和肩盂部12，所述肩胛部11上分布设有多个假体安装固定孔111，所述肩盂假体2包括一体设置的肩盂骨21和肩盂支杆22，所述肩盂骨21为球体状设置，所述肩盂支杆22长度方向的中心轴与肩盂部12的中心轴同轴设置，所述肩盂假体2的肩盂支杆22自由端于所述肩胛骨假体1的肩盂部12活动枢接设置。如图1和图2所示，所述肩胛骨假体1的肩盂部12设有设有安装通孔121，所述安装通孔121沿肩盂的生理结构连接方向横向向外延伸出一连接通槽122，所述连接通槽122以安装通孔121为圆心，逐渐向外扩开设置，其扩开角度与肩盂在生理结构上相对肩胛骨的最大转动角度一致；所述肩盂支杆22的自由端亦设有一与所述安装通孔121配合设置的枢接通孔221，所述肩盂支杆22的自由端伸入连接通槽122中至安装通孔121与枢接通孔221同轴设置，通过螺钉4同时穿过肩盂部12的安装通孔121以及肩盂支杆22的枢接通孔221并配合螺母5锁紧实现枢接设置，以使所述肩盂假体2通过肩盂支杆22能够绕肩胛骨假体1的肩盂部12自由转动。为避免肩盂支杆22长时间转动容易造成磨损问题，所述枢接通孔221内侧同轴内套设置有轴套7，所述轴套7的外径与枢接通孔221的直径相配合，内径与安装通孔121的直径相配合。其中，所述螺钉4以及螺母5均优选采用钴铬钼材质制作而成，钴铬钼材质具有耐疲劳性好和抗拉强度高的优点，其应用在需要寿命长且不会骨折或应力疲劳处；所述轴套7优选采用维他命E高交联超高分子量聚乙烯材质制作而成，能够降低肩盂支杆22的磨损率。

所述肱骨假体3包括一体设置的肱骨头31和肱骨柄32，所述肱骨头31相对肩盂骨21的生理结构位置上设有内凹铰接槽311，所述肩盂假体2的肩盂骨21内套设置在所述肱骨假体3的肱骨头31铰接槽311中。具体的，所述肩盂假体2的肩盂骨21通过内衬部件6内套设置在所述肱骨假体3的肱骨头31铰接槽311中，所述内衬部件6设置在肩盂骨21与铰接槽311体之间，其内侧与肩盂骨21的外壁配合设置，外侧与铰接槽311的内壁配合设置，且所述内衬部件6相对铰接槽311槽口位置设有直径大于肩盂支杆22的扩开口，所述扩开口的扩开中心点与肩盂骨21的中心点重叠，所述扩开口的扩开角度依照肩盂骨21相对肱骨的人体生理结构最大活动角度设置。如图1所示，所述内衬部件6包括上内衬61和底内衬62，所述底内衬62一侧与内凹槽的槽底内壁配合设置，另一侧与肩盂骨21配合设置；所述上内衬61中设有一孔径与肩盂支杆22孔径配合设置的套装通孔，所述套装通孔一侧孔口外壁与肩盂骨21配合设置，另一侧孔口的直径大于肩盂支杆22的直径，且孔口外壁呈周向倒角设置；优选的，所述内衬部件6采用维他命E高交联超高分子量聚乙烯材质制成，亦能够同时降低肱骨头31与肩盂骨21之间的磨损率。同时，所述铰接槽311的槽口设有锁套8，所述锁套8螺纹配合套装在所述槽口上，所述锁套8的通孔直径大于肩盂骨21的直径，小于铰接槽311的槽口直径。优选的，所述锁套8采用钛合金材料。

另外，本发明实施例所述肱骨假体3中所述肱骨柄32的直径自与肱骨柄32连接的一端至另一自由端逐渐减小，即呈防下沉锥度结构，能够保证肱骨假体3植入位置长期稳定不发生位移。所述肱骨柄32外壁包覆设有骨小梁结构33，所述骨小梁结构33具有不规则立体网状结构，有利于骨诱导的发生，使人体组织能够快速且牢固的附着在假体上，具有有优益的生物相容性，且采用骨小梁结构33替代骨水泥解决了骨水泥容易造成假体松动及其单体聚合时释放大量的热量造成周围组织损伤等问题。

实施例2

本发明实施例2提供一种组配式肩关节假体的制造方法，如图3所示，所述制造方法包括如下步骤：

S1、采集患者的肱骨、肩盂以及肩胛骨的医学影像信息，根据医学影像信息得到的肱骨、肩盂以及肩胛骨结构参数建立三维模型；

S2、参照标准人体肱骨、肩盂以及肩胛骨的结构参数，分别对肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型一一修正；

S3、根据肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型，采用增材制造工艺分别打印出肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1；

S4、根据原始三维模型数据对打印得到的肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1进行复检。

具体的，首先通过各项医学检测获得患者肱骨、肩盂以及肩胛骨的医学影像信息；例如采用X光、超声波、CT、MRKPET-CT等检测手段获取患者目标肱骨和肩胛骨的医学影像信息，然后计算医学影像信息并将其转化为三维模型的数据信息，由于肱骨、肩盂以及肩胛骨的结构尺寸是采用医学检测获得的，而医学检测可能会存在些许误差或部分不清晰的问题，因此，在得到医学影像信息转化得到的三维模型数据信息之后，技术人员还会根据肱骨和肩胛骨的生理组织结构及人体解刨结构对肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维结构参数进行优化。

根据优化后的三维结构参数分别对肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1进行三维建模，并参照标准人体肱骨、肩盂以及肩胛骨的结构参数，对三维模型进行二次修正，并对肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1的三维模型进行有限元分析软件和运动学及动力学仿真，保证肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1之间的匹配性。

根据肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型，采用增材制造工艺分别打印出肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1，并根据打印效果，对肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1进行适当的表面处理，例如可能存在患者原有的骨骼因为患病发生形变或产生空洞又或表面坑洼，由于肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1是根据患者发生病变后的肩关节骨骼进行三维建模的，这些病变结构也可能随之打印了出来，因此，通过对肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1进行适当的表面处理，磨除病变结构。接着再对肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1的几何形貌及功能匹配进行检测和验证，反复检测提高假体的精准度，最后，对肱骨假体3、肩盂假体2以及肩胛骨假体1进行三维扫描，将扫描得到的假体三维数据与原始三维模型数据进行测量比对，避免3D打印执行端的执行结构数据由于机械制造精度而存在打印误差的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种组配式肩关节假体，其特征在于，包括：

肩胛骨假体，所述肩胛骨假体设有肩盂部；

肩盂假体，所述肩盂假体包括一体设置的肩盂骨和肩盂支杆，所述肩盂骨为球体状设置，所述肩盂支杆长度方向的中心轴与肩盂部的中心轴同轴设置；

肱骨假体，所述肱骨假体包括一体设置的肱骨头和肱骨柄，所述肱骨头相对肩盂骨的生理结构位置上设有内凹铰接槽，所述肱骨柄的直径自与肱骨柄连接的一端至另一自由端逐渐减小，且所述肱骨柄外壁包覆设有骨小梁结构；

所述肩盂假体的肩盂支杆自由端与所述肩胛骨假体的肩盂部活动枢接设置，所述肩盂假体的肩盂骨内套设置在所述肱骨假体的肱骨头铰接槽中。

2.根据权利要求1所述一种组配式肩关节假体，其特征在于，所述肩胛骨假体的肩盂部设有安装通孔，所述安装通孔沿肩盂的生理结构连接方向横向向外延伸出一连接通槽；所述肩盂支杆的自由端亦设有一与所述安装通孔配合设置的枢接通孔，所述肩盂支杆的自由端伸入连接通槽中，通过螺钉同时穿过肩盂部的安装通孔以及肩盂支杆的枢接通孔并配合螺母锁紧实现枢接设置。

3.根据权利要求2所述一种组配式肩关节假体，其特征在于，所述连接通槽以安装通孔为圆心，逐渐向外扩开设置，其扩开角度与肩盂在生理结构上相对肩胛骨的最大转动角度一致。

4.根据权利要求1所述一种组配式肩关节假体，其特征在于，所述肩盂假体的肩盂骨通过内衬部件内套设置在所述肱骨假体的肱骨头铰接槽中，所述内衬部件设置在肩盂骨与铰接槽体之间。

5.根据权利要求1所述一种组配式肩关节假体，其特征在于，所述铰接槽的槽口螺纹配合有锁套，所述锁套的通孔直径大于肩盂骨的直径，小于铰接槽的槽口直径。

6.根据权利要求4所述一种组配式肩关节假体，其特征在于，所述内衬部件采用维他命E高交联超高分子量聚乙烯材质制成。

7.根据权利要求1所述一种组配式肩关节假体，其特征在于，所述肩胛骨假体、肩盂假体以及肱骨假体均采用聚醚醚酮材料制成。

8.一种权利要求1至7中任意一项所述一种组配式肩关节假体的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集患者的肱骨、肩盂以及肩胛骨的医学影像信息，根据医学影像信息得到的肱骨、肩盂以及肩胛骨结构参数建立三维模型；

参照标准人体肱骨、肩盂以及肩胛骨的结构参数，分别对肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型一一修正；

根据肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维模型，采用增材制造工艺分别打印出肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体；

根据原始三维模型数据对打印得到的肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体进行复检。

9.根据权利要求8所述一种组配式肩关节假体的制造方法，其特征在于，所述采集患者的肱骨、肩盂以及肩胛骨的医学影像信息，根据医学影像信息得到的肱骨、肩盂以及肩胛骨结构参数建立三维模型；具体包括如下内容：

通过各项医学检测获得患者肱骨、肩盂以及肩胛骨的医学影像信息；

计算医学影像信息并将其转化为三维模型的数据信息；

根据肱骨和肩胛骨的生理组织结构及人体解刨结构对肱骨、肩盂以及肩胛骨的三维结构参数进行优化。

10.根据权利要求8所述一种组配式肩关节假体的制造方法，其特征在于，所述根据原始三维模型数据对打印得到的肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体进行复检；具体包括如下内容：

对肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体进行表面处理；

对肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体的几何形貌及功能匹配进行检测和验证；

对肱骨假体、肩盂假体以及肩胛骨假体进行三维扫描，将扫描得到的假体三维数据与原始三维模型数据进行测量比对。

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