CN112618114A - 一种钽金属骨小梁股骨髁假体及膝关节置换体 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种钽金属骨小梁股骨髁假体及膝关节置换体，该股骨髁假体包括钴铬钼基体和焊接在钴铬钼基体内的多孔钽金属骨小梁内壳，该膝关节假体包括上述股骨髁假体，还包括股骨髓针、胫骨平台垫、胫骨平台托和胫骨髓针，股骨髓针和股骨髁假体通过第一锥度锁合机构连接，胫骨髓针和胫骨平台托通过第二锥度锁合机构连接，胫骨平台托的上端面与胫骨平台垫的下端面均为平面，胫骨平台托的上端面设有一个旋转限位孔；胫骨平台垫的下端面设有与旋转限位孔相对应的旋转限位柱，旋转限位柱设置在旋转限位孔内。本申请的有益效果为：可提供广泛的骨长入空间，可以减少应力遮挡，可抵抗化学性侵蚀，可有效降低假体松动和脱位的风险。
Description
技术领域
本申请涉及人工关节的技术领域，尤其是涉及一种钽金属骨小梁股骨髁假体及膝关节置换体。
背景技术
风湿性关节炎、骨关节炎、创伤性关节炎、多发性关节炎存在骨缺损和关节不稳的膝关节置换手术多使用膝关节置换体，从而恢复膝关节正常的生理运动。目前，该种膝关节假体在关节置换手术中得到了广泛的应用。然而，相关技术的膝关节置换体还存在较多的不稳定因素。现有的膝关节置换体在结构上和使用上，仍存在缺陷，未能达到最佳的使用效果，而其缺点可归纳如下：
1、膝关节置换体重的传统股骨髁假体为钴铬钼材质，其外表面经高抛光，不能有效同时满足利于骨长入、提供较高摩擦系数、弹性模量与松质骨接近，有效减少应力遮挡等。
2、膝关节置换体聚乙烯胫骨平台垫和胫骨平台托有扣锁机制，连接不能达到绝对的牢固，同时胫骨平台托非高抛光面，因此在膝关节运动中两者会产生微动，导致聚乙烯胫骨平台垫下表面磨损。
3、现有技术的膝关节置换体不能实现正常膝关节屈曲时的生理内外旋角度，同时股骨髁和胫骨平台垫的关节接触面呈圆对浅凹曲面的接触方式，限制了关节间的高匹配，导致局部高应力。增加了胫骨平台垫的磨损。
4、膝关节置换体是针对膝关节置换术中无法获得足够的韧带平衡，关节松弛持续存在的复杂情况而设计的。但目前对于多大程度的不稳定需要使用膝关节置换体仍然存在争议，尚无明确答案。有研究认为，关节松弛度大于7-10 mm时需要增加限制程度，需使用膝关节置换体。然而，其他顾虑也一直存在，因为假体限制度的增加会使传导至假体−骨水泥或骨水泥−骨界面的应力增加，从而导致假体无菌性松动和早期失败。
相关技术的膝关节置换体依然存在低接触应力和自由旋转之间的矛盾，不能实现正常膝关节屈曲时的生理内外旋角度，同时股骨髁和胫骨平台垫的关节接触面呈圆对浅凹曲面的接触方式，限制了关节间的高匹配，导致局部高应力。
发明内容
本申请的目的在于克服现有膝关节置换体存在的缺陷，而提供一种钽金属骨小梁股骨髁假体及膝关节置换体。
第一方面，本申请提供的一种钽金属骨小梁股骨髁假体，采用如下的技术方案：
一种钽金属骨小梁股骨髁假体，包括钴铬钼基体和焊接在钴铬钼基体内的多孔钽金属骨小梁内壳。
通过采用上述技术方案：采用经过CVD（化学气相沉积）技术制造的钽金属骨小梁内壳与钴铬钼基体焊接在一起的一种新型股骨髁假体，其内表面骨小梁结构的高度互联的蜂窝结构可提供广泛的骨长入空间，材料的高摩擦系数提供植入物良好的初始稳定性，低弹性模量可以减少应力遮挡，钽金属材料本身有很好的强度和延展性，可抵抗化学性侵蚀，钽还具有良好的生物相容性，可有效降低假体松动和脱位的风险。
可选的，所述的钴铬钼基体一体铸造成型，所述多孔钽金属骨小梁内壳通过扩散焊焊接在钴铬钼基体的内侧面。
通过采用上述技术方案：上述加工方式简单易行，可以大批量进行生产。
第二方面，本申请提供的一种膝关节置换体，采用如下的技术方案：
一种膝关节置换体，包括上述的股骨髁假体，还包括股骨髓针、胫骨平台垫、胫骨平台托和胫骨髓针，所述股骨髓针和股骨髁假体通过第一锥度锁合机构连接，所述胫骨髓针和胫骨平台托通过第二锥度锁合机构连接，所述胫骨平台托的上端面与胫骨平台垫的下端面均为平面，胫骨平台托的上端面设有一个旋转限位孔；胫骨平台垫的下端面设有与旋转限位孔相对应的旋转限位柱，所述旋转限位柱设置在旋转限位孔内。
通过采用上述技术方案：股骨髓针和股骨髁假体通过第一锥度锁合机构连接，胫骨髓针和胫骨平台托通过第二锥度锁合机构连接，连接的稳定性高，旋转限位柱与旋转限位孔的配合，使胫骨平台垫以限位柱为轴在胫骨平台托上旋转，符合正常的人体自然膝关节运动过程。
优选的，所述第一锥度锁合机构包括设置在股骨髁上第一锥孔柱，设置在胫骨髓针下端的与第一锥孔柱配合的第一椎体柱。
通过采用上述技术方案：在进行手术时，通过将第一椎体柱插入第一锥孔柱内便可完成操作，使得手术更为便利。
优选的，所述第一锥度锁合机构还包括设置在第一锥孔柱侧面、轴线与第一锥孔柱轴线垂直的螺钉，所述第一椎体柱的下端设有环形槽。
通过采用上述技术方案：通过设置螺钉，能够更为牢固对股骨髓针和股骨髁假体之间进行固定。
优选的，所述第二锥度锁合机构包括设置在胫骨髓针上端的第二锥孔柱，设置在胫骨平台垫下侧的与第二锥孔柱配合的第二椎体柱。
通过采用上述技术方案：在进行手术时，通过将第二椎体柱插入第二锥孔柱内便可完成操作，使得手术更为便利。
优选的，所述胫骨平台垫由超高分子量聚乙烯材料制造，所述股骨髓针、胫骨髓针和胫骨平台托由钛合金材料制造。
通过采用上述技术方案：超高分子量聚乙烯材料和钛合金材料具有优良的性能，特别适合于制造人体假肢。
优选的，所述胫骨平台垫与股骨髁的矢状面形合比不小于1.1:1。
通过采用上述技术方案：为了提高膝关节稳定性，增大了股骨-胫骨形合度。上述矢状面形合比为1.1:1或者提供更大的形合度，通过形合度来实现稳定性。最小化内侧平移距离从而增加稳定性，同时外侧髁活动更自如。
优选的，所述胫骨平台垫的前唇高度为10-13mm，所述胫骨平台垫的后唇高度为3-3.5mm。
通过采用上述技术方案：为股骨髁假体提供了更大的前方限制性和半脱位阻力，提高了伸直和下楼梯时的稳定性。
优选的，所述胫骨平台垫的后唇处设有导角部。
通过采用上述技术方案：使术中安放更顺畅，同时也可以为股骨髁假体高屈曲留出活动空间。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、采用经过CVD技术制造的钽金属骨小梁内壳与钴铬钼基体焊接在一起的一种新型股骨髁假体，可提供广泛的骨长入空间，材料的高摩擦系数提供植入物良好的初始稳定性，低弹性模量可以减少应力遮挡，钽金属材料本身有很好的强度和延展性，可抵抗化学性侵蚀，钽还具有良好的生物相容性，可有效降低假体松动和脱位的风险。
2、提高了稳定性，延长了使用寿命，可以减小接触应力至亚蠕变水平，增加假体的形合度比减轻体重或减少活动水平更有利于减小接触应力。
3、股骨髁假体和胫骨平台垫具有很好的几何形状匹配，从而明显减少了异常活动，使其具有更优越的膝关节动力学。旋转平台的第二个关节面即聚乙烯胫骨平台垫的下表面和胫骨平台托的上表面的动力学设计。高限制型旋转平台膝关节具有较小的前方滑移和异常的动力学。使其具有更优越的膝关节动力学。
4、在保持股-胫骨关节面高度匹配性的同时，允许膝关节在高度屈曲状态时的股骨沿胫骨平台后移。从而减少对平台垫的磨损。
5、旋转平台垫能够代偿手术操作或术后正常活动所导致的股-胫骨关节之间的旋转不良，这种旋转不良可以产生扭力，对于固定平台垫，可通过高匹配的聚乙烯平台垫传递至平台垫背侧，在旋转平台膝关节，术中在胫骨近端可选择最理想的位置安放胫骨平台托，而不影响平台垫在膝关节屈曲全过程中与股骨髁假体的吻合。
附图说明
图1是本申请实施例的股骨髁假体的结构示意图。
图2是本申请实施例的膝关节置换体的爆炸安装结构示意图。
图3是本申请实施例的安装后的膝关节置换体侧面结构示意图。
附图标记说明，100、股骨髁假体；110、铬钼基体；120、多孔钽金属骨小梁内壳；200、股骨髓针；300、胫骨平台垫；310、旋转限位柱；320、前唇；330、后唇；331、导角部；400、胫骨平台托；410、旋转限位孔；500、胫骨髓针；600、第一锥度锁合机构；610、第一锥孔柱；611、环形槽；620、第一椎体柱；630、螺钉；700、第二锥度锁合机构；710、第二锥孔柱；720、第二椎体柱。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
第一方面，本申请实施例公开一种钽金属骨小梁股骨髁假体100，参照图1，包括钴铬钼基体110和焊接在钴铬钼基体110内的多孔钽金属骨小梁内壳120，多孔钽金属骨小梁内科为多孔结构，采用CVD设备经化学气相沉积工艺制成，然后采用扩散焊工艺将多孔钽金属骨小梁内壳120与钴铬钼股骨髁焊接在一起，进而得到钽金属骨小梁股骨髁假体100。多孔钽骨小梁假体高度联通且其类似骨小梁的蜂窝结构可提供广泛的骨长入空间，材料的高摩擦系数提供植入物良好的初始稳定性，低弹性模量可以减少应力遮挡，钽金属材料本身有很好的强度和延展性，可抵抗化学性侵蚀，钽还具有良好的生物相容性。本多孔钽骨小梁胫骨假体可有效降低假体松动和脱位的风险，其中在本实施例中，钴铬钼基体110一体铸造成型，所述多孔钽金属骨小梁内壳120通过扩散焊焊接在钴铬钼基体110的内侧面。上述加工方式简单易行，可以大批量进行生产。
第二方面，本申请实施例公开一种膝关节置换体，参照图2，包括股骨髁假体100，还包括股骨髓针200、胫骨平台垫300、胫骨平台托400和胫骨髓针500，股骨髓针200和股骨髁假体100通过第一锥度锁合机构600连接，胫骨髓针500和胫骨平台托400通过第二锥度锁合机构700连接，胫骨平台托400的上端面与胫骨平台垫300的下端面均为平面，胫骨平台托400的上端面设有一个旋转限位孔410；胫骨平台垫300的下端面设有与旋转限位孔410相对应的旋转限位柱310，旋转限位柱310设置在旋转限位孔410内。股骨髁假体100和股骨髓针200通过第一锥度锁合机构600连接，胫骨髓针500和胫骨平台托400通过第二锥度锁合机构700连接，连接的稳定性高，旋转限位柱310与旋转限位孔410的配合，使胫骨平台垫300以限位柱为轴在胫骨平台托400上旋转，符合正常的人体自然膝关节运动过程。
股骨髁假体100采用上述结构和工艺制成，胫骨平台垫300由超高分子量聚乙烯材料制造，股骨髓针200、胫骨髓针500和胫骨平台托400由钛合金材料制造。超高分子量聚乙烯材料和钛合金材料具有优良的性能，特别适合于制造人体假肢。
继续参照图2，在本实施例中，第一锥度锁合机构600包括设置在股骨髁假体100上的第一锥孔柱610，设置在胫骨髓针500下端的与第一锥孔柱610配合的第一椎体柱620。在进行手术时，通过将第一椎体柱620插入第一锥孔柱610内便可完成操作，使得手术更为便利。
参照图2和图3，在本实施例中，第一锥度锁合机构600还包括设置在第一锥孔柱610侧面、轴线与第一锥孔柱610轴线垂直的螺钉630，第一椎体柱620的下端设有环形槽611。通过设置螺钉630，螺钉630的内端部卡接在环形槽611内，能够更为牢固对股骨髁假体100和股骨髓针200之间进行固定。
继续参照图2，在本实施例中，第二锥度锁合机构700包括设置在胫骨髓针500上端的第二锥孔柱710，设置在胫骨平台垫300下侧的与第二锥孔柱710配合的第二椎体柱720。在进行手术时，通过将第二椎体柱720插入第二锥孔柱710内便可完成操作，使得手术更为便利。
为了提高膝关节稳定性，增大了股骨-胫骨形合度。胫骨平台垫300与股骨髁假体100的矢状面形合比不小于1.1:1。上述矢状面形合比为1.1:1或者提供更大的形合度，通过形合度来实现稳定性。最小化内侧平移距离从而增加稳定性，同时外侧髁活动更自如。
通过提高形合度可以将接触面积增大。明显的增大了股骨和胫骨关节面的接触面积。接触面积的增大意味着作用于关节面的机械应力可以分布在更大的面积上，从而使接触应力成比例的降低。聚乙烯胫骨平台垫300可以承受作用于其表面的一定大小的应力，当应力到达极限时聚乙烯将会损坏，这个极限称之为聚乙烯的蠕变极限，对于传统的聚乙烯胫骨平台垫300这个应力大约是25兆帕斯卡。膝关节面受到的应力根据活动方式的不同可以变化很大。例如爬楼梯时，膝关节收到的应力可以达到体重的6-8倍。因此人工全膝关节置换术后病人的日常活动就可以使膝关节受到的应力超出聚乙烯的蠕变极限。对于高限制型膝关节来说，要想保持膝关节受到的应力一直都低于聚乙烯的蠕变极限是不可能的，即使是当前形合度相对更高的假体也是如此。相反，高限制型旋转平台膝关节假体可以减小接触应力至亚蠕变水平，增加假体的形合度比减轻体重或减少活动水平更有利于减小接触应力。
参照图1和图2，在本实施例中，胫骨平台垫300的前唇320高度为10-13mm，胫骨平台垫300的后唇330高度为3-3.5mm。为股骨髁200提供了更大的前方限制性和半脱位阻力，提高了伸直和下楼梯时的稳定性。
参照图3，在本实施例中，胫骨平台垫300的后唇330处设有导角部331。使术中安放更顺畅，同时也可以为股骨髁假体100高屈曲留出活动空间。
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 (10)
1.一种钽金属骨小梁股骨髁假体，其特征在于，包括钴铬钼基体（110）和焊接在钴铬钼基体（110）内的多孔钽金属骨小梁内壳（120）。
2.根据权利要求1所述的钽金属骨小梁股骨髁假体，其特征在于，所述的钴铬钼基体（110）一体铸造成型，所述多孔钽金属骨小梁内壳（120）通过扩散焊焊接在钴铬钼基体（110）的内侧面。
3.一种膝关节置换体，其特征在于，包括权利要求1-2任意一项所述的股骨髁假体（100），还包括股骨髓针（200）、胫骨平台垫（300）、胫骨平台托（400）和胫骨髓针（500），所述股骨髓针（200）和股骨髁假体（100）通过第一锥度锁合机构（600）连接，所述胫骨髓针（500）和胫骨平台托（400）通过第二锥度锁合机构（700）连接，所述胫骨平台托（400）的上端面与胫骨平台垫（300）的下端面均为平面，胫骨平台托（400）的上端面设有一个旋转限位孔（410）；胫骨平台垫（300）的下端面设有与旋转限位孔（410）相对应的旋转限位柱（310），所述旋转限位柱（310）设置在旋转限位孔（410）内。
4.根据权利要求1所述的一种膝关节置换体，其特征在于：所述第一锥度锁合机构（600）包括设置在股骨髁假体（100）上第一锥孔柱（610），设置在胫骨髓针（500）下端的与第一锥孔柱（610）配合的第一椎体柱（620）。
5.根据权利要求2所述的一种膝关节置换体，其特征在于：所述第一锥度锁合机构（600）还包括设置在第一锥孔柱（610）侧面、轴线与第一锥孔柱（610）轴线垂直的螺钉（630），所述第一椎体柱（620）的下端设有环形槽（611）。
6.根据权利要求1所述的一种膝关节置换体，其特征在于：所述第二锥度锁合机构（700）包括设置在胫骨髓针（500）上端的第二锥孔柱（710），设置在胫骨平台垫（300）下侧的与第二锥孔柱（710）配合的第二椎体柱（720）。
7.根据权利要求1所述的一种膝关节置换体，其特征在于：所述胫骨平台垫（300）由超高分子量聚乙烯材料制造，所述股骨髓针（200）、胫骨髓针（500）和胫骨平台托（400）由钛合金材料制造。
8.根据权利要求1所述的一种膝关节置换体，其特征在于：所述胫骨平台垫（300）与股骨髁假体（100）的矢状面形合比不小于1.1:1。
9.根据权利要求1所述的一种膝关节置换体，其特征在于：所述胫骨平台垫（300）的前唇（320）高度为10-13mm，所述胫骨平台垫（300）的后唇（330）高度为3-3.5mm。
10.根据权利要求7所述的一种膝关节置换体，其特征在于：所述胫骨平台垫（300）的后唇（330）处设有导角部（331）。
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