CN113208782A - 髋臼假体及髋关节表面置换系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种髋臼假体及髋关节表面置换系统。所述髋臼假体包括多孔基体以及连接于所述多孔基体的超高分子量聚乙烯基体，所述多孔基体为半球形；所述超高分子量聚乙烯基体通过压铸固定于所述多孔基体围设形成的空间内。

Description

髋臼假体及髋关节表面置换系统

技术领域

本发明涉及人工假体技术领域，特别是涉及一种髋臼假体及髋关节表面置换系统。

背景技术

髋关节表面置换术相比全髋关节置换术能更多地保留患者骨量，更好地恢复患者生物力学，对于活动需求大的年轻患者具有更好的治疗效果。

市面上现有髋关节表面置换系统大多为相互配对的髋臼假体及股骨假体相配合；现有的髋臼假体通常采用两种材料相互结合形成，以满足髋臼假体的生物性能。但现有髋臼假体的两种材料之间的结合程度较差，无法满足人体正常髋部活动的强度需求。

发明内容

基于此，有必要针对上述的问题，提供一种改进的髋臼假体及髋关节表面置换系统。

一种髋臼假体，所述髋臼假体包括多孔基体以及连接于所述多孔基体的超高分子量聚乙烯基体；所述超高分子量聚乙烯基体通过压铸固定于所述多孔基体围设形成的空间内。

进一步地，所述多孔基体包括相互固定的多孔外层及多孔内衬层，且所述多孔外层位于所述多孔基体的外侧，所述多孔内衬层位于所述多孔外层及所述超高分子量聚乙烯基体之间，且所述超高分子量聚乙烯基体渗入并固定于所述多孔内衬层。

进一步地，所述多孔外层的孔隙率在50％以上；及/或，

多孔内衬层的孔隙率在20％以上。

进一步地，所述多孔基体还包括致密层，所述致密层形成于所述多孔外层与所述多孔内衬层之间。

进一步地，所述多孔外层的厚度t1，满足以下关系式：0.5mm≤t1≤2mm；及/或，

所述致密层的厚度t2，满足以下关系式：0.1mm≤t2≤2mm；及/或，

所述多孔内衬层的厚度t3，满足以下关系式：0.2mm≤t2≤3mm。

进一步地，所述多孔基体为钛合金基体。

进一步地，所述多孔基体通过3D打印一体成型。

本发明一实施方式还提供一种髋关节表面置换系统，包括相互配合的髋臼假体和股骨假体；所述髋臼假体为如上述任意一项所述的髋臼假体。

进一步地，所述股骨假体包括相互固定的球形关节部及连接部，所述球形关节部用于与所述超高分子量聚乙烯基体相配合，所述连接部用于植入与所述髋臼假体对应的股骨处；

且所述股骨假体还包括所述球形关节部外侧的耐磨层。

进一步地，所述耐磨层包括TiN、TiNbN及DLC膜的至少一种。

本发明一实施方式提供一种髋臼假体，通过将超高分子量聚乙烯基体直接压铸于多孔基体内，使得超高分子量聚乙烯基与多孔基体之间的连接强度相应提升，以使髋臼假体能够在人体内满足正常髋部活动的强度需求。

附图说明

图1为本发明一实施方式中髋关节表面置换系统的结构示意图；

图2为图1所示髋关节表面置换系统中髋臼假体的结构示意图；

图3为图2所示髋臼假体在A处的结构示意图；

图4为本发明另一实施方式的髋关节表面置换系统中髋臼假体的局部结构示意图；

图5为图1所示髋关节表面置换系统中股骨假体的结构示意图。

元件标号说明

100、髋关节表面置换系统；10、髋臼假体；11、多孔基体；111、多孔外层；112、多孔内衬层；113、致密层；12、超高分子量聚乙烯基体；20、股骨假体；21、球形关节部；22、连接部；23、耐磨层。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施方式提供一种髋关节表面置换系统。髋关节表面置换系统用于在髋关节置换手术中替换原有损伤的髋臼关节及对应的股骨部分，以维持正常的人体活动需求。

请参阅图1，图1为本发明一实施方式中髋关节表面置换系统100的结构示意图。

髋关节表面置换系统100包括髋臼假体10及股骨假体20。髋臼假体10与股骨假体20配套安装在人体内并相互配合，用于替换人体髋关节损伤的部分，以维持人体髋臼关节的正常生理机能。髋臼假体10用于替换人体内髋骨的损伤部分，并通过特殊材料的紧固件等与正常的髋骨部分相固定；股骨假体20通过紧固件等固定于股骨中，并对准髋臼假体10。

请参阅图2，图2为图1所示髋关节表面置换系统100中髋臼假体10的结构示意图。

髋臼假体10包括多孔基体11以及连接于多孔基体11的超高分子量聚乙烯基体12。多孔基体11用于朝向并连接至人体髋骨的正常侧。超高分子量聚乙烯基体12固定于多孔基体11，且超高分子量聚乙烯基体12用于朝向髋关节表面置换系统100中的股骨假体20，并与股骨假体20配合，以替代原本人体内髋骨与股骨之间的关节活动。

多孔基体11大致为半球状。多孔基体11的外侧能够与髋骨的正常侧相连接；多孔基体11围设形成的空间内壁能够与超高分子量聚乙烯基体12相固定。超高分子量聚乙烯基体12的形状与多孔基体11的内壁形状大致相同，且围设形成的空间内能够用于包裹股骨假体20，以使股骨假体20与超高分子量聚乙烯基体12之间形成正常的关节连接。

可以理解，在其他实施方式中，髋臼假体10的外轮廓还可以设置成与髋骨正常侧相配合的其他结构形状，只要能够实现与髋骨正常侧之间的固定连接即可。

髋骨与股骨之间具有较大的关节活动量，是人体中承受力较大的关节部位之一。因此对于本申请中的髋关节表面置换系统100中的髋臼假体10或股骨假体20的受力强度要求均有较高的要求，同时需要具有一定的生物相容性以及较好的耐磨损性能等。

在本申请中，髋臼假体10通过多孔基体11以及超高分子量聚乙烯基体12固定后使得髋臼假体10满足上述的需求。多孔基体11由于孔隙的存在使得多孔基体11与髋骨的正常侧能够在髋关节置换手术后相互融合，并稳定生长，以确保髋臼假体10的骨生长性。超高分子量聚乙烯基体12由于超高分子量聚乙烯材料固有的性能，使髋臼假体10朝向股骨假体20一侧具有超强的耐磨性以及自润滑性的同时还具备高强度、稳定的化学性质以及极强的抗老化性能。上述的这些特点均显示出超高分子量聚乙烯基体12独特的性能优势。

需要解释的是：超高分子量聚乙烯基体12采用超高分子量聚乙烯材料制成。超高分子量聚乙烯材料是分子量150万以上高交联度的聚乙烯材料。由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔融状态时流动性极差，其熔体指数几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。

由于上述的超高分子量聚乙烯的材料特性，例如表面光洁度高等，使得超高分子量聚乙烯基体12与多孔基体11之间的结合度不高，两者之间的相界面较为明显，即使通过喷涂的方式等也难以使超高分子量聚乙烯基体与多孔基体较好的融合。两者在结合度不高的情况下，会使髋臼假体在长期地使用下背侧产生磨损，严重时会影响患者关节的活动；在髋臼假体背侧磨损严重的情况下，需要对髋臼假体重新翻修，从而造成患者二次手术的问题。

请一并参阅图3及图4，图3为图2所示髋臼假体10在A处的结构示意图；

图4为本发明另一实施方式的髋关节表面置换系统100中髋臼假体10的局部结构示意图。

基于上述问题，本申请中的多孔基体11与超高分子量聚乙烯基体12通过压铸的方式进行固定，使得超高分子量聚乙烯基体12能够更好地与多孔基体11相结合。压铸是将超高分子量聚乙烯在一定高压且热熔的情况下使超高分子量聚乙烯基体12快速形成于多孔基体11围设的空间内，并与多孔基体11之间形成较好的连结力。超高分子量聚乙烯快速伸入多孔基体11内。多孔基体11与超高分子量聚乙烯基体12通过压铸结合为一体式结构，不存在常规组配式假体的背侧磨损问题，进而能够相应提高髋臼假体的使用寿命。

在上述的压铸过程中，通过对压铸器具压铸时压力与速度的控制，使得多孔基体11能够在压铸过程中对应形成多孔外层111及多孔内衬层112。多孔外层111位于所述多孔基体11的外侧，并用于与髋骨的正常侧相固定，以使两者之间相互融合；多孔外侧的孔隙能够作为髋骨的正常侧骨细胞的生长基体。多孔内衬层112位于多孔外层111及超高分子量聚乙烯基体12之间；多孔内衬层112用于供超高分子量聚乙烯基体12渗入并固定。超高分子量聚乙烯在熔融态与多孔层压铸结合。当超高分子量聚乙烯基体12渗入多孔内衬层112时，超高分子量聚乙烯基体12的材料渗入多孔内衬层112的孔隙中，使得两者之间的结合强度增加。

通过压铸形成的髋臼假体10，其力学性能大大提升。相较于传统聚乙烯表面加涂层的形式，髋臼假体10力学性能的提升在于多孔内衬层112与超高分子量聚乙烯基体12之间的结合强度更佳；且结合后不存在传统组配合式存在的聚乙烯与多孔基体11之间的微动磨损。

本领域技术人员将上述的多孔基体11以及超高分子量聚乙烯基体12往往通过喷涂等方式相结合，且两者之间由于所喷涂超高分子量聚乙烯的厚度较小，因此本领域技术人员通常不会想到通过压铸的方式将两者结合。

在本实施方式中，多孔基体11为钛合金基体。钛合金具有较高的机械强度以及金属记忆特性等特征，使得钛合金能够在假体中充当较好的基体，并使其形成的髋臼假体10能够较好地与人体骨骼相适应。

在其中一个实施方式中，多孔基体11通过3D打印一体成型。3D打印成型的多孔基体11不仅使多孔外侧与多孔内衬层112之间的连接强度得以保证，还能够通过3D打印的参数设置而自主控制多孔外侧及多孔内衬层112各自的孔隙率。如此设置，使得多孔基体11便于生产及成型，且对应的孔隙率可自主设置成较为理想的孔隙率，以使得超高分子量聚乙烯基体12能够通过压铸较好地融合于多孔基体11。

在其中一个实施方式中，多孔外层111的孔隙率在50％以上；及/或，多孔内衬层112的孔隙率在20％以上。多孔外层111的孔隙率设置在50％以上能够为髋骨正常侧提供更好的生长空间；多孔内衬层112的孔隙率在20％以上能够确保多孔内衬层112具有充足的孔隙供超高分子量聚乙烯基体12渗入，以保证超高分子量聚乙烯基体12与多孔基体11之间的结合强度。

在其中一个实施方式中，多孔基体11还包括致密层113。致密层113形成于多孔外层111及多孔内衬层112之间；且致密层113用于阻挡超高分子量聚乙烯基体12渗入多孔外层111，以确保多孔外层111的孔隙率，且使得多孔内衬层112的孔隙能够更好地被超高分子量聚乙烯基体12填充。由于多孔外层111及多孔内衬层112的存在，使得超高分子量聚乙烯基体12在与多孔基体11相互压合的时候，容易渗透多孔基体11，从而造成多孔外层111的孔隙中也被超高分子量聚乙烯材料填充，因而会影响髋臼假体10与髋骨正常侧的连接性能。为了避免上述问题的出现，多孔外层111及多孔内衬层112之间设置致密层113。如此设置，多孔基体11与超高分子量聚乙烯基体12能够更好地结合。两者结合形成的髋臼假体10不管是整体的力学性能还是与人体自身的骨相融性，都有很大程度的提升，能够更好地适应于人体中。

致密层113的设置是为了防止超高分子量聚乙烯基体12在压铸时渗到多孔外层111，同时可以提高整体多孔基体11的刚度。由于致密层113的存在，多孔基体11的整体硬度有很大程度的提升，从而使得多孔基体11整体的刚度增加，对应的多孔基体11整体的厚度可对应减薄。在本申请中，通过致密层113的设置，使得超高分子量聚乙烯基体12与多孔基体11之间的连接强度大大提升；因此多孔基体11整体厚度能够相应减小，且多孔基体11整体刚度有明显提升。在假体领域中，将假体的整体厚度变薄需要考虑各方面的因素，例如考虑到能否与人体骨头正常侧之间具有足够的结合强度或假体关节自身强度是否足够等因素，因此并不是本领域技术人员仅将假体厚度变薄即可解决的问题。

多孔基体11的多孔外层111、致密层113以及多孔内衬层112是通过3D打印一体成型设置。如此设置，能够确保多孔基体11各个层之间的连接强度。

可以理解，在其他实施方式中，若不考虑超高分子量聚乙烯基体12的渗入问题，则对应的致密层113可相应省略。例如在其他一些实施方式中，如图4所示，多孔基体整体为多孔结构，厚度在1.2mm～5mm之间，孔隙率在20％～90％之间。超高分子量聚乙烯基体12通过渗入多孔内衬层112区域，实现两个部件之间的完全锁合固定，多孔外层111区域仍有足够的厚度供骨长入。

进一步地，多孔外层111的厚度t₁，满足以下关系式：0.5mm≤t₁≤2mm；及/或，致密层113的厚度t₂，满足以下关系式：0.1mm≤t₂≤2mm；及/或，多孔内衬层112的厚度t₃，满足以下关系式：0.2mm≤t₃≤1.5mm。如此设置，多孔外层111的厚度设置使得髋骨的正常侧能够有足够的生长空间，以使髋骨的正常侧与髋臼假体之间具有足够的连接强度。多孔内衬层112的厚度设置是为了与超高分子量聚乙烯基体12压铸后具有足够的结合强度，且该厚度不会增加患者的负担；此外，在多孔内衬层112与超高分子量聚乙烯基体12总厚度不变的前提下，以及确保多孔内衬层112与超高分子量聚乙烯基体12结合强度的情况下，超高分子量聚乙烯基体12的厚度能够尽可能厚，以增加髋臼假体10工作时的耐磨性。致密层113由于工艺的局限设置，厚度控制在0.1mm≤t₂≤2mm，过厚会导致髋臼假体10的总体厚度增大，增加患者的负担。

请参阅图5，图5为图1所示髋关节表面置换系统100中股骨假体20的结构示意图。

股骨假体20包括相互固定的球形关节部21及连接部22，球形关节部21用于与超高分子量聚乙烯基体12相配合；连接部22用于植入与髋臼假体10对应的股骨处。球形关节部21朝向股骨正常侧的表面设有3D打印多孔结构(未标号)。多孔结构厚度在0.5mm～2mm之间，且平均孔隙率在50％以上。多孔结构通过其良好的骨长入性能够实现生物型固定。相比传统骨水泥，股骨假体20具有更好的远期稳定性。

需要解释的是：髋骨的截骨处所对应的股骨也需要替换成与髋臼假体10相配合的股骨假体20；股骨正常侧便指的是股骨截骨后用于安装股骨假体20并与股骨假体20相接触的位置。

在其中一个实施方式中，为了增加股骨假体20球形关节部21与超高分子量聚乙烯基体12的耐磨性，股骨假体20还包括耐磨层23。耐磨层23设置于球形关节部21背离股骨正常侧的位置。耐磨层23用于增加球形关节部21与超高分子量聚乙烯基体12之间的耐磨性，以延长股骨假体20的使用寿命。

在其中一个实施方式中，耐磨层23包括TiN、TiNbN及DLC(Diamond Like Carbon)薄膜的至少一种。TiN、TiNbN以及DLC膜材料均能够有效增加球形关节部21的耐磨性，从而延长髋关节表面置换系统100的使用寿命。

可以理解，在其他实施方式中，耐磨层23还可以采用其他耐磨性能好的材料制成。

本发明一实施方式提供一种髋臼假体，将多孔基体与超高分子量聚乙烯基体通过压铸的方式相结合，避免两者因常规组配式假体的背侧磨损问题，从而提高假体寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种髋臼假体，其特征在于，所述髋臼假体包括多孔基体以及连接于所述多孔基体的超高分子量聚乙烯基体；所述超高分子量聚乙烯基体通过压铸固定于所述多孔基体围设形成的空间内。

2.根据权利要求1所述的髋臼假体，其特征在于，所述多孔基体包括相互固定的多孔外层及多孔内衬层，且所述多孔外层位于所述多孔基体的外侧，所述多孔内衬层位于所述多孔外层及所述超高分子量聚乙烯基体之间，且所述超高分子量聚乙烯基体渗入并固定于所述多孔内衬层。

3.根据权利要求2所述的髋臼假体，其特征在于，所述多孔外层的孔隙率在50％以上；及/或，

多孔内衬层的孔隙率在20％以上。

4.根据权利要求2所述的髋臼假体，其特征在于，所述多孔基体还包括致密层，所述致密层形成于所述多孔外层与所述多孔内衬层之间。

5.根据权利要求4所述的髋臼假体，其特征在于，所述多孔外层的厚度t1，满足以下关系式：0.5mm≤t1≤2mm；及/或，

所述致密层的厚度t2，满足以下关系式：0.1mm≤t2≤2mm；及/或，

所述多孔内衬层的厚度t3，满足以下关系式：0.2mm≤t2≤3mm。

6.根据权利要求1所述的髋臼假体，其特征在于，所述多孔基体为钛合金基体。

7.根据权利要求1所述的髋臼假体，其特征在于，所述多孔基体通过3D打印一体成型。

8.一种髋关节表面置换系统，包括相互配合的髋臼假体和股骨假体；其特征在于，所述髋臼假体为如权利要求1至7任意一项所述的髋臼假体。

9.根据权利要求8所述的髋关节表面置换系统，其特征在于，所述股骨假体包括相互固定的球形关节部及连接部，所述球形关节部用于与所述超高分子量聚乙烯基体相配合，所述连接部用于植入与所述髋臼假体对应的股骨处；

且所述股骨假体还包括所述球形关节部外侧的耐磨层。

10.根据权利要求9所述的髋关节表面置换系统，其特征在于，所述耐磨层包括TiN、TiNbN及DLC膜的至少一种。

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