CN112603600B - 一种股骨假体及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种股骨假体及其设计方法，股骨假体包括与骨嵴剩余段插接的上固定段、一端可与所述上固定段连接的第一连接段、可连接在所述第一连接段上的第二连接段、以及一端可与所述第二连接段连接的下固定段，股骨下端连接在所述下固定段的另一端上，上固定段的一端上设有能插入骨嵴剩余段的第一插杆，所述第一插杆能够穿过骨嵴剩余段进入股骨上端内部。本申请具有增强股骨假体和骨嵴剩余段连接强度的效果。

Description

一种股骨假体及其设计方法

技术领域

本申请涉及假体置换技术的领域，尤其是涉及一种股骨假体及其设计方法。

背景技术

股骨又名大腿骨、髀骨、楗，是人体最长的管状骨。股骨的上端以股骨头与髋臼构成髋关节，其下端与髌骨、胫骨上端构成膝关节，主要起到支撑全身体重的作用。

在外科医疗中，当人体的股骨的骨嵴部位发生肿瘤或其它病变后，需要通过手术切除股骨上的局部骨嵴，切除骨嵴后，导致股骨缺损的重建问题备受关注。

现有的，需要使用股骨假体代替切除的骨嵴，股骨假体的上端上设有插杆，将插杆插入患者体内剩余的骨嵴后，即可完成假体替换。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有由于受到患者体内操作空间的限制，使得插杆长度较短，能够插入骨嵴内即可，从而导致较短的插杆插入骨嵴内，插杆与骨嵴插接后的接触点较小,容易出现穿透骨嵴而连接不稳定的缺陷。

发明内容

为了改善股骨与股骨假体连接不稳定的问题，本申请提供一种股骨用限位件、股骨假体及其设计方法。

第一方面，本申请提供的一种股骨假体，采用如下的技术方案：

一种股骨假体，用于连接在骨嵴剩余段和股骨下端之间,股骨假体包括可与骨嵴剩余段插接的上固定段、一端可与所述上固定段连接的第一连接段、可连接在所述第一连接段上的第二连接段、以及一端可与所述第二连接段连接的下固定段，股骨下端连接在所述下固定段的另一端上，上固定段的一端上设有能插入骨嵴剩余段的第一插杆，所述第一插杆能够穿过骨嵴剩余段进入股骨上端内部。

通过采用上述技术方案，以患病股骨为原型定制的分段式股骨假体，能减小股骨假体替换患病股骨时所需要的操作空间，对第一插杆与骨嵴剩余段的连接形成较大空间的让位，从而通过长度较长的第一插杆，增大插杆与骨嵴的接触面，加强股骨假体与骨嵴剩余段的连接强度以及连接稳定性，降低第一插杆穿透骨嵴剩余段的可能性。

可选的，所述上固定段背离骨嵴剩余段的一端与第一连接段的一端插接配合。

通过采用上述技术方案，装配方式简单，操作方便快捷、快速，合理利用人体的受力情况来增强连接稳定性。

可选的，所述上固定段远离骨嵴剩余段的一端上设有第一限位块，所述第一连接段一端的端面上开设有第二限位槽，所述第一限位块与所述第二限位槽相适配；

位于第一限位块背离上固定段的一侧上设有第二插杆，位于第二限位槽的槽底开设有第三插孔，所述第二插杆与所述第三插孔相适配。

通过采用上述技术方案，既能够使得第一连接段和上固定段形成稳定的连接，第一限位块和第二限位槽的配合能对两者形成限位，增强假体的使用稳定性的同时，还使得两者不能随意转动。

可选的，所述第二连接段的一端与下固定段背离股骨下端的一端插接配合。

通过采用上述技术方案，装配方式简单，操作方便快捷、快速，合理利用人体的受力情况，利于对患者进行治疗。

可选的，所述第二连接段的一端上设有第二限位块，下固定段背离股骨下端的端面上开设有第一限位槽，所述第一限位槽与所述第二限位块相适配；

第二限位块背离第二连接段本体的一侧上设有第三插杆，第一限位槽的槽底上开设有第二插孔，所述第二插孔与所述第三插杆相适配。

通过采用上述技术方案，既能够使得第二连接段和下固定段形成稳定的连接，第二限位块和第一限位槽的配合能对两者形成限位，增强假体的使用稳定性的同时，还使得两者不能随意转动。

可选的，所述第一连接段背离上固定段的端面上开设有第一卡槽，端面上还设有第一延伸段，所述第一延伸段背离所述第一卡槽的端面上设有第一卡块；

所述第二连接段背离下固定段的端面上开设有第二卡槽，端面上还设有第二延伸段，所述第二延伸段背离所述第二卡槽的端面上设有第二卡块，所述第二卡块与第一卡槽适配，所述第二卡槽与所述第一卡块相适配。

通过采用上述技术方案，卡块和卡槽的装配关系简单，延伸段能够对连接段本体形成让位，减小连接时所需要的操作空间，从而避免倾斜操作连接段的过程中，发生连接段的对患者的肌肉造成划伤、拉伤等情况。

可选的，所述第一连接段的端面上设有第一延伸段，第一卡块位于第一延伸段背离所述第一卡槽的端面上；

所述第二连接段的端面上设有第二延伸段，第二卡块位于所述第二延伸段背离所述第二卡槽的端面上。

通过采用上述技术方案，第一延伸段和第二延伸段对应设置后，便于后期使用钢钉等连接部件将第一连接段和第二连接段进行连接加固处理。

第二方面，本申请提供的一种用于骨嵴切除后的股骨假体的设计方法，包括以下设计步骤：

S1、获取股骨病体ct扫描数据、骨密度数据，标记病变体切除位置；

S2、根据ct扫描数据计算股骨上端距离标记的上切除位置的距离x，根据ct扫描数据计算股骨下端距离标记的下切除位置的距离y，计算得到上切除位置和下切除位置之间的距离z；

S3、根据骨密度数据换算得到A和B；

S4、当x大于等于A时，进入S5；当x大于等于B、小于A时，进入S6；当x小于B时，进入S7；

S5、选用上固定段，进入S8；

S6、选用插杆长度为x-20mm的上固定段，进入S8；

S7、生成从上切除位置向下延伸设计长度的骨嵴模型，根据骨嵴模型3D打印上固定段，在上固定段上加工第一限位槽、第二插孔和钢钉孔，进入S8。

S8、当y大于等于A时，进入S9；当y大等于于B、小于A时，进入S10；当y小于B时，进入S11；

S9、选用下固定段，进入S12；

S10、选用插杆长度为y-20mm的下固定段，进入S12；

S11、生成从下切除位置向上延伸设计长度的骨嵴模型，根据骨嵴模型3D打印下固定段，在下固定段上加工第一限位槽、第二插孔和钢钉孔，进入S12；

S12、根据z确定连接段的长度。

通过采用上述技术方案，根据不同患者不同的骨密度以及所需要替换的骨嵴长度等不同因素，为患者定制相应的股骨假体，从而利于对患者进行股骨治疗。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1. 通过设置限位件，能够与股骨形成稳定的贴合，缝隙能够对切除刀具形成限位，从而提升股骨下端切除面的平整度，利于后期将股骨下端与股骨假体进行稳定、良好地连接；

2. 通过设置一种股骨假体，对第一插杆与骨嵴剩余段的连接形成较大空间的让位，使得长度较长的第一插杆，加强股骨假体与骨嵴剩余段的连接强度以及连接稳定性，降低第一插杆穿透骨嵴剩余段的可能性；

3. 通过插接配合，装配方式简单，操作方便快捷、快速，合理利用人体的受力情况来增强连接稳定性。

附图说明

图1是股骨用限位件与股骨的装配结构示意图；

图2是限位件的结构示意图；

图3是定制股骨假体与骨嵴、股骨下端的装配结构示意图；

图4是定制股骨假体的爆炸结构示意图；

图5是实施例二中第一连接段和第二连接段的结构示意图；

图6是定制股骨假体的设计方法的流程图。

附图标记说明：

1、骨嵴剩余段；2、股骨下端；21、第一插孔；3、限位件；31、第一弧形板；32、第二弧形板；33、连接块；34、凸棱；35、支撑筒；4、上固定段；41、第一插杆；42、第一限位块；43、第二插杆；5、下固定段；51、仿生骨小梁；511、平板部；512、插接柱；52、第一限位槽；53、第二插孔；54、钢钉孔；6、第一钢板；7、第二钢板；8、第一连接段；81、第二限位槽；82、第三插孔；83、第一卡槽；84、第一延伸段；85、第一卡块；9、第二连接段；91、第二限位块；92、第三插杆；93、第二卡槽；94、第二延伸段；95、第二卡块。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

实施例一

本申请公开的一种股骨用限位件、股骨假体及其设计方法，参照图1，限位件3在对患病股骨进行治疗时使用。

股骨包括骨嵴、以及分别位于骨嵴两端的股骨上端和股骨下端2，对患病骨嵴进行治疗时，需要先将患病骨嵴和股骨下端2进行切除，再使用股骨假体对患病骨嵴进行替换。骨嵴切除后与股骨上端连接的一段命名为骨嵴剩余段1，将股骨假体的两端分别连接在骨嵴剩余段1上和股骨下端2，从而达到替换骨嵴的目的。

定制限位件3前，先通过ct扫描患者患病的股骨，得到股骨相关数据，再将股骨相关数据输入到3D打印设备，然后通过3D打印设备借助股骨的ct扫描数据，采用钛合金材料制作出一体成型的限位件3。

参照图2，限位件3包括第一弧形板31、第二弧形板32、以及连接在第一弧形板31和第二弧形板32之间的连接块33。

第一弧形板31的弧形凹陷板面和骨嵴靠近股骨下端2一段的外表面相适配，第二弧形板32的弧形凹陷板面和股骨下端2的外表面相适配，连接块33位于弧形板弧形长度中部的位置处，第一弧形板31和第二弧形板32在连接块33的连接作用下相互间隔设置，并且形成两道缝隙。

使用时，先将限位件3放置在患病股骨的骨嵴和股骨下端2的位置处，当弧形板与股骨外表面相对应的位置相互贴合后，使用钢钉将限位件3固定在股骨上，然后再将切除刀具的刃部放入第一弧形板31和第二弧形板32之间的一道缝隙内，缝隙能够对切除刀具形成限位，从而提升股骨下端2切除面的平整度，使用切除刀具分别放在两道缝隙内对股骨假体进行两次切除，最终将股骨下端2从骨嵴上完全切掉。

参照图2，限位件3还包括分别设于第一弧形板31和第二弧形板32弧形突出板面上的凸棱34、以及一端连接在弧形板弧形突出板面上的四个支撑筒35，两条凸棱34分别位于第一弧形板31和第二弧形板32相互靠近的两侧上，每两个支撑筒35分别间隔设置第一弧形板31和第二弧形板32上，第一弧形板31和第二弧形板32上对应支撑筒35的端部均开设有连通孔，连通孔图中未示出。

通过凸棱34能够增大缝隙对切除刀具的限制范围，使切除刀具位于缝隙内时，切除刀具不易晃动，从而对形状不规则的股骨下端2进行平整的切除。

使用钢钉（图中未示出）将限位件3固定在股骨上时，先将钢钉穿入支撑筒35内，再将钢钉连接在股骨上。钢钉穿入支撑筒35后，支撑筒35既能对钢钉进行预定位，当钢钉的大头端与支撑筒35抵接后，支撑筒35位于弧形板与钢钉大头端之间，支撑筒35还能承受钢钉大头端向弧形板施加的挤压力，从而降低钢钉对弧形板挤压变形的可能性，对限位件3形成保护的同时，增强限位件3的使用可靠性，利于提升股骨下端2切除面的平整度。

通过ct扫描患者需要替换的骨嵴，得到骨嵴相关数据，将骨嵴相关数据输入到3D打印设备中，通过3D打印设备以需要替换的骨嵴的数据，采用钛合金材料制作出与患病骨嵴完全相同的股骨假体。

参照图3，股骨假体包括一端可与骨嵴剩余段1一端连接的上固定段4、一端与股骨下端2连接的下固定段5、以及连接在上固定段4和下固定段5之间的连接段，连接段由插接配合的第一连接段8和第二连接段9组成。

通过分段式可连接的股骨假体，在对骨嵴进行替换的过程中，上固定段4、连接段和下固定段5各自的长度远小于需要替换的骨嵴的长度，从而在替换骨嵴过程中，较短的股骨假体能够不会受到操作空间的限制，便于对股骨假体进行替换。

参照图4，上固定段4本体呈圆柱状，上固定段4的上端设置有第一插杆41，第一插杆41能由骨嵴剩余段1的下端插入骨嵴剩余段1内，第一插杆41的长度大于骨嵴剩余段1的长度，当第一插杆41插入骨嵴剩余段1内后，上固定段4的端面与骨嵴剩余段1的端部抵接，并且第一插杆41上端位于股骨上端的内部。

第一插杆41的长度大于骨嵴剩余段1的长度，当第一插杆41插入骨嵴剩余段1后，长度较长的第一插杆41能够增大与骨嵴剩余段1内部的接触面积，从而降低第一插杆41穿透骨嵴剩余段1的可能性，增强股骨假体与骨嵴剩余段1的连接稳定性。

结合图3、图4，将上固定段4连接在骨嵴剩余段1上后，还需要对两者进行加固连接，因而还设置有第一钢板6和多根钢钉，将第一钢板6连接在股骨上端段和上固定段4上，钢钉分别穿设在第一钢板6的上、下两端连接在股骨上端和上固定段4上，从而对骨嵴剩余段1和上固定段4进行加固连接。

参照图4，下固定段5为实心结构，且其靠近下端的一段呈类圆台状。下固定段5的下端设置有仿生骨小梁51，仿生骨小梁51包括一体成型的平板部511和一端位于平板部511上的插接柱512，平板部511设置在下固定段5本体的下端面上，插接柱512位于平板部511背离下固定段5的侧面上，平板部511上设置有插接柱512的一侧的平面与股骨下端2的切面相一致，在股骨下端2的切面上开设有与插接柱512适配的第一插孔21，下固定段5上还开设有两个钢钉孔54，钢钉孔54连通下固定段5的侧面和底面，两个钢钉孔54的长度方向呈“八”字型。

对骨嵴进行替换时，将插接柱512插设在第一插孔21后，转动股骨下端2和下固定段5，当两者的切面完全吻合后，将两根钢钉分别放入两个钢钉孔54内，然后将钢钉打向股骨下端2，从而完成股骨下端2和下固定段5之间的连接。

将股骨下端2连接在下固定段5上，当股骨假体对骨嵴完成替换后，未患病的股骨下端2能够与患者身体内原有构造形成良好的契合，从而有利于患者后期进行恢复。仿生骨小梁51能够促进股骨下端2的愈合。

结合图3、图4，将股骨下端2连接在下固定段5上后，使用第二钢板7和多根钢钉，对股骨下端2与下固定段5进行加固连接，多根钢钉分别连接穿设在第一钢板7的上、下两端上，且分别在下固定段5和股骨下端2上。

结合图3、图4，上固定段4的下端设有第一限位块42、以及设于第一限位块42背离第一插杆41一侧上的第二插杆43，第二插杆43呈圆台状，且第二插杆43较小的底面背离第一限位块42。

第一连接段8的本体为圆柱状，其上端开设有与第一限位块42适配的第二限位槽81，在限位槽的底面上开设有与第二插杆43适配的第三插孔82。

将第一限位块42插入第二限位槽81内后，能够限制第一连接段8不能转动，将第二插杆43插入第三插孔82内后，患者在直立状态下，在其自身重力作用下，使得第二插杆43稳定插接在第三插孔82内，从而在不借助外力的前提下，使得上固定段4和第一连接段8形成稳定的连接。

结合图3、图4，第二连接段9本体为圆柱状结构，下固定段5远离股骨下端2一段的直径与第二连接段9的直径相一致。

下固定段5的上端面开设有第一限位槽52，在第一限位槽52的槽底上开设有第二插孔53。

第二连接段9的下端设有与第一限位槽52适配的第二限位块91，在第二限位块91背离第二连接段9本体的下表面上，设置有与第二插孔53适配的第三插杆92，第三插杆92为圆台状结构，且其较小的底面背离第二连接段9，第二连接段9、第二限位块91、以及第三插杆92均一体成型设置。

将第二限位块91对应第一限位槽52槽口，并将第三插杆92插设在第二插孔53内，第二限位块91与第一限位槽52的插接配合，能够限制第二连接段9和下固定段5连接后均不能发生相对转动，在患者身体自重作用下，能够使得第三插杆92稳定插设在第二插孔53内，从而将下固定段5连接在第二连接段9上。

结合图3、图4，第一连接段8的下端面上开设有条形第一卡槽83，在第一连接段8的下端沿第一连接段8的轴线方向设有第一延伸段84，第一延伸段84的侧面与第一卡槽83槽口的一侧平齐，在第一延伸段84背离第一卡槽83的端面上设有条形第一卡块85，第一延伸段84长度方向的横截面呈半圆形，第一连接段8、第一延伸段84和第一卡块85均一体成型设置。

在第二连接段9的上端面上开设有与第一卡块85适配的条形第二卡槽93，在第二连接段9的上端沿其轴线方向向上延伸有第二延伸段94，第二延伸段94长度方向的横截面半圆形，第二延伸段94的侧面与第二卡槽93槽口的一侧平齐，第二延伸段94背离第二卡槽93一端的端面上设有与第一卡槽83适配的条形第二卡块95，第二连接段9、第二延伸段94和第二卡块95均一体成型设置。

将第一延伸段84和第二延伸段94平整的侧面对应设置，然后第一卡块85和第二卡块95分别卡设在第二卡槽93和第一卡槽83内后，第一延伸段84和第二延伸段94平整的侧部能够相互贴合，然后再使用钢钉，沿垂直于延伸段长度的方向打入第一延伸段84和第二延伸段94上，从而将第一连接段8和第二连接段9完成连接。

卡块和卡槽结构、装配方式简单，操作过程简便，利于对患者进行假体替换手术。当卡块和卡槽卡合后，还能限制第一连接段8和第二连接段9不能出现随意转动，能够提升连接段的使用可靠性。

实施例二

相对于实施例一，本实施例中的区别在于：

参照图5，第一卡块85和第二卡块95均设置为T型，且第一卡槽83和第二卡槽93均设置为与T型卡块适配的T型卡槽。在T型块和T型槽的相互配合下，在第一连接段8和第二连接段9在连接的过程中，能够降低第一连接段8和第二连接段9沿条形卡块的长度方向滑移的可能性，从而提升第一连接段8和第二连接段9之间的连接稳定性。

实施例三

参照图6，一种用于骨嵴切除后的股骨假体的设计方法，包括以下设计步骤：

S1、获取股骨病体ct扫描数据、骨密度数据，标记病变体切除位置（病变体切除位置由医生事先确定）；

S2、根据ct扫描数据计算股骨上端距离标记的上切除位置的距离x，根据ct扫描数据计算股骨下端距离标记的下切除位置的距离y，计算得到上切除位置和下切除位置之间的距离z。

S3、根据骨密度数据经下表换算得到A和B。

	骨密度<-1sd	-1sd≤骨密度≤1sd	骨密度>1sd
				A=	130mm	120mm	110mm
B=	60mm	50mm	40mm

S4、当x大于等于A时，进入S5；当x大于等于B、小于A时，进入S6；当x小于B时，进入S7。

S5、选用上固定段，进入S8。

S6、选用插杆长度为x-20mm的上固定段，进入S8。

S7、生成从上切除位置向下延伸100mm的骨嵴模型，根据骨嵴模型3D打印上固定段，在上固定段上加工第一限位槽、第二插孔和钢钉孔，进入S8。

S8、当y大于等于A时，进入S9；当y大于等于B、小于A时，进入S10；当y小于B时，进入S11。

S9、选用下固定段，进入S12。

S10、选用插杆长度为y-20mm的下固定段，进入S12。

S11、生成从下切除位置向上延伸100mm的骨嵴模型，根据骨嵴模型3D打印下固定段，在下固定段上加工第一限位槽、第二插孔和钢钉孔，进入S12。

S12、选用长度为z-200mm的连接段。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于骨嵴切除后的股骨假体的设计方法，包括以下设计步骤：

S1、获取股骨病体ct扫描数据、骨密度数据，标记病变体切除位置；

S2、根据ct扫描数据计算股骨上端距离标记的上切除位置的距离x，根据ct扫描数据计算股骨下端距离标记的下切除位置的距离y，计算得到上切除位置和下切除位置之间的距离z；

S3、根据骨密度数据换算得到A和B；

S4、当x大于等于A时，进入S5；当x大于等于B、小于A时，进入S6；当x小于B时，进入S7；

S5、选用上固定段，进入S8；

S6、选用插杆长度为x-20mm的上固定段，进入S8；

S7、生成从上切除位置向下延伸设计长度的骨嵴模型，根据骨嵴模型3D打印上固定段(4)，在上固定段(4)上加工第一限位槽(52)、第二插孔(53)和钢钉孔，进入S8；

S8、当y大于等于A时，进入S9；当y大于等于B、小于A时，进入S10；当y小于B时，进入S11；

S9、选用下固定段(5)，进入S12；

S10、选用插杆长度为y-20mm的下固定段，进入S12；

S11、生成从下切除位置向上延伸设计长度的骨嵴模型，根据骨嵴模型3D打印下固定段(5)，在下固定段(5)上加工第一限位槽(52)、第二插孔(53)和钢钉孔，进入S12；

S12、根据z确定连接段的长度。

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