CN113796998B - 股骨假体和具有其的膝关节假体 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种股骨假体和膝关节假体，所述股骨假体包括股骨本体和凸轮部，股骨本体的关节表面具有用于在第一屈膝角度范围内抵接胫骨假体的第一关节表面部分、用于在第二屈膝角度范围内抵接胫骨假体的第二关节表面部分，第一屈膝角度范围为第一屈膝角度至第二屈膝角度，第二屈膝角度范围为第二屈膝角度至第三屈膝角度，在第二屈膝角度处，第一关节表面部分的曲率半径为第一曲率半径，第二关节表面部分的曲率半径为第二曲率半径，凸轮部初始接触胫骨假体的隆凸关节面为前端关节面，在矢状面内，股骨假体处于伸展状态，凸轮部的前端关节面的圆心位于第二曲率半径的圆心的第一象限内。本公开的股骨假体的截骨量较小、可以降低膝关节骨折风险。

Description

股骨假体和具有其的膝关节假体

技术领域

本公开涉及医疗器械技术领域，具体地涉及一种股骨假体和具有其的膝关节假体。

背景技术

膝关节置换术采用人工膝关节假体替代病变的关节软骨和半月板而保留正常的关节韧带和其他组织，从而有着创伤小、康复快、疼痛降低以及更自然的活动范围等优点，因此膝关节置换术被广泛应用于膝关节治疗中。但是相关技术中的人工膝关节的结构设计不合理，导致膝关节髁间的截骨量较多，增加了膝关节骨折的风险。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本公开实施例提出一种截骨量较小、可以降低膝关节骨折风险的股骨假体。

本公开实施例还提出一种膝关节假体。

根据本公开的实施例的股骨假体，所述股骨假体适于安装到人体股骨上，并与人体胫骨上的胫骨假体配合，所述股骨假体包括股骨本体和凸轮部，所述凸轮部与所述股骨本体相连；所述股骨本体的关节表面具有用于在第一屈膝角度范围内抵接所述胫骨假体的第一关节表面部分、用于在第二屈膝角度范围内抵接所述胫骨假体的第二关节表面部分；所述第一屈膝角度范围为第一屈膝角度至第二屈膝角度；所述第二屈膝角度范围为所述第二屈膝角度至第三屈膝角度；其中，所述第一屈膝角度为0°，所述第一屈膝角度＜所述第二屈膝角度＜所述第三屈膝角度；在所述第二屈膝角度处，所述第一关节表面部分的曲率半径为第一曲率半径，所述第二关节表面部分的曲率半径为第二曲率半径；所述股骨假体由伸展状态运动至屈膝状态时，所述凸轮部初始接触所述胫骨假体的隆凸的关节面为前端关节面，在矢状面内，所述股骨假体处于伸展状态时，所述凸轮部的前端关节面的圆心位于所述第二曲率半径的圆心的第一象限内。

根据本公开的实施例的股骨假体，在矢状面内，股骨假体处于伸展状态时，凸轮部的前端关节面的圆心位于第二曲率半径的圆心的第一象限内，从而可以使凸轮部更靠近膝关节后髁位置，进而可以降低膝关节髁间截骨量，从而有效减少膝关节骨折的风险。

在一些实施例中，在矢状面内，所述股骨假体处于伸展状态时，所述第二曲率半径的圆心与所述前端关节面的圆心之间的连线与所述股骨本体的前后方向之间的夹角为θ2，其中，0°≤θ2≤70°。

在一些实施例中，所述股骨假体由伸展状态运动至屈膝状态时，在所述第二屈膝角度处，所述凸轮部开始接触所述胫骨假体的隆凸。

在一些实施例中，在矢状面内，在所述第二屈膝角度处，所述第一曲率半径的圆心与所述第二曲率半径的圆心的连线与所述凸轮部的前端关节面相切。

在一些实施例中，所述第二屈膝角度为θ1，50°≤θ1≤70°。

在一些实施例中，所述第三屈膝角度为θ3，θ3≤90°。

在一些实施例中，所述第一曲率半径为R1，所述凸轮部的前端关节面的曲率半径为R3，其中，0.05≤R3/R1≤0.25。

在一些实施例中，所述第一关节表面部分的矢状面具有单一的第一曲率半径。

在一些实施例中，所述第二关节表面部分的矢状面的曲率半径自前端至后端逐渐减小。

根据本公开的另一实施例的膝关节假体，包括：胫骨假体，所述胫骨假体包括胫骨本体和隆凸，所述隆凸设于所述胫骨本体的上端；股骨假体，所述股骨假体为上述实施例中任一项所述的股骨假体，所述凸轮部与所述股骨本体限定出滑动间隙，所述隆凸配合在所述滑动间隙内，所述股骨本体可相对所述胫骨本体在伸展状态和屈膝状态之间运动，在所述股骨假体由所述伸展状态运动至所述屈膝状态的过程中，所述第一关节表面部分和所述第二关节表面部分依次与所述胫骨本体接触，所述凸轮部与所述隆凸接触。

本公开提供的股骨假体和具有其的膝关节假体，在矢状面，股骨假体的凸轮部的前端关节面的圆心位于第二曲率半径的圆心的第一象限内。由于膝关节的解剖特征-髁间骨量，其前侧髁间骨量远远大于后髁骨量，而膝关节髁间截骨量的多少取决于隆凸的位置，隆凸越靠前侧则膝关节髁间截骨量越多，隆凸靠后则可以降低膝关节髁间截骨量。而隆凸的设置位置与股骨假体上的凸轮部的位置相关，凸轮部与隆凸配合运动，通过限定凸轮部的设置位置，可以达到限定隆凸的设置位置的目的。本公开的实施例的股骨假体，在矢状面，凸轮部的前端关节面的圆心位于第二曲率半径的圆心的第一象限内的设置可以使得凸轮部有效的靠近股骨本体的后髁位置，进而与凸轮部配合的隆凸也可以靠近后侧设计，进而有效地减少膝关节后髁位置截骨量，降低膝关节髁间骨折的风险。另外，本公开的实施例的股骨假体在伸展状态运动至屈膝状态时，可以通过凸轮部对隆凸进行限位，从而可以抑制股骨假体的异常前移现象，提高了膝关节假体使用时的可靠性。

附图说明

图1是本公开实施例的股骨假体的示意图。

图2是本公开实施例的股骨假体的第二曲率半径的圆心与凸轮部的前端关节的圆心的位置关系图。

图3是本公开实施例的膝关节假体的俯视图。

图4是本公开实施例的膝关节假体的剖视图。

图5是本公开实施例的膝关节假体的侧视图。

附图标记：

1、股骨假体；11、股骨本体；111、第一关节表面部分；112、第二关节表面部分；12、凸轮部；121、前端关节面；13、滑动间隙；

2、胫骨假体；21、胫骨本体；22、隆凸。

具体实施方式

下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。

为了更好地解释和说明本公开的技术方案，结合本领域的惯用描述方法，对本公开中所涉及的方向等进行解释和说明。

在解剖学和医疗器械领域中，内、外、前、后、远、近、矢状面、冠状面、横截面等方向和面具有特定的含义，且为本领域的技术人员所熟知，如无特别说明，这些术语是指本领域技术人员公认的含义。

通常的，在描述人体、关节或者假体时，通常涉及如下三种切面：矢状面、冠状面和横截面。其中，矢状面指从前后方向，将人体或关节分成左、右两部分的纵切面，其中，经过人体正中的矢状面为正中矢状面，该面将人体分成左右相等的两部分。冠状面指从左右方向，将人体或关节分为前后两部分的纵切面，冠状面与矢状面垂直。横截面是与地平面平行将人体或关节分为上、下两部分的平面，横截面与冠状面和矢状面相互垂直。

可以理解的是，当描述膝关节或者膝关节假体时，矢状面、冠状面和横截面均是指人正常竖直站立时的切面，此时膝关节的屈膝角度为0°。当膝关节或者膝关节假体伸屈时，或者人体姿态发生调整时，切面可以随之发生变化。

通常的，在描述人体、关节或者假体时，涉及如下三类不同的方向：远近、内外和前后。其中，远端指人体或关节相对远离躯干的一端。近端指人体或关节相对靠近躯干的一端。内侧指相对接近人体正中矢状面的一侧。外侧指相对远离人体正中矢状面的一侧。前侧指矢状面上相对接近腹部的一侧。后侧指矢状面上相对接近背部的一侧。

下面参考附图描述根据本公开实施例的股骨假体和具有其的膝关节假体。

如图1至图5所示，本公开的实施例的股骨假体1适于安装到人体股骨上，并与人体胫骨上的胫骨假体2配合。股骨假体1包括股骨本体11和凸轮部12，凸轮部12与股骨本体11相连。

股骨本体11的关节表面具有用于在第一屈膝角度范围内抵接胫骨假体2的第一关节表面部分111、用于在第二屈膝角度范围内抵接胫骨假体2的第二关节表面部分112。第一屈膝角度范围为第一屈膝角度至第二屈膝角度，第二屈膝角度范围为第二屈膝角度至第三屈膝角度。

其中，第一屈膝角度为0°，第一屈膝角度＜第二屈膝角度＜第三屈膝角度。在第二屈膝角度处，第一关节表面部分111的曲率半径为第一曲率半径R1，第二关节表面部分112的曲率半径为第二曲率半径R2。

在伸展状态，人体股骨的力线与人体胫骨的力线大体重合。股骨假体1由伸展状态运动至屈膝状态时，凸轮部12初始接触胫骨假体2的隆凸22的关节面为前端关节面121，在矢状面内，股骨假体1处于伸展状态时，凸轮部12的前端关节面121的圆心O3位于第二曲率半径的圆心O2的第一象限内。

可以理解的是，如图1和图2所示，在矢状面内，以第二关节表面部分112的第二曲率半径的圆心O2为原点建立直角坐标系。胫骨本体21的前后方向为X轴，胫骨本体21由前至后的方向为X轴的正方向。人体股骨的力线(图1中股骨假体1的上下方向)为Y轴，股骨假体1由下至上的方向为Y轴的正方向。如图4和图5所示的膝关节假体的前侧，即人体矢状面上相对接近腹部的一侧；膝关节假体的后侧，即人体矢状面上相对接近背部的一侧。

如图1和图2所示，在股骨假体1处于伸展状态时(人体胫骨与人体股骨的力线大体重合)，此时，前端关节面121的圆心O3位于第一象限内。换言之，凸轮部12的前端关节面121的圆心O3位于第二关节表面部分112的第二曲率半径的圆心O2的后上方。

根据本公开的实施例的股骨假体1，由于股骨假体1处于伸展状态时，在矢状面，凸轮部12的前端关节面121的圆心O3位于第二曲率半径的圆心O2的第一象限内，从而可以使凸轮部12更靠近膝关节后髁位置，进而可以降低膝关节髁间截骨量，从而有效减少膝关节骨折的风险。另外，本公开的实施例的股骨假体1在伸展状态运动至屈膝状态时，可以通过凸轮部12对隆凸22进行限位，从而可以抑制股骨假体1的异常前移现象，提高了膝关节假体使用时的可靠性。

由于膝关节的解剖特征-髁间骨量，其前侧髁间骨量远远大于后侧髁间骨量，而膝关节髁间截骨量的多少取决于隆凸22的位置，隆凸22越靠前侧则膝关节髁间截骨量越多，隆凸22靠后则可以降低膝关节髁间截骨量。而隆凸22的设置位置与股骨假体1上的凸轮部12的位置相关，凸轮部12与隆凸22配合运动，通过限定凸轮部12的设置位置，可以达到限定隆凸22的设置位置的目的。

本公开的实施例的股骨假体1，在矢状面，凸轮部12的前端关节面121的圆心O3位于第二曲率半径的圆心O2的第一象限内的设置可以使得凸轮部12有效的靠近股骨本体11的后髁位置，进而与凸轮部12配合的隆凸22也可以靠近后侧设计，进而有效地减少膝关节后髁位置截骨量，降低膝关节髁间骨折的风险。

如图3至图5所示，胫骨假体2包括胫骨本体21和隆凸22，隆凸22设于胫骨本体21的上端。凸轮部12与股骨本体11相连以限定出滑动间隙13，隆凸22配合在滑动间隙13内。股骨本体11与胫骨本体21相连且相对胫骨本体21在伸展状态和弯曲位置之间可转动。在股骨假体1由伸展状态运动至屈膝状态时(如图4中股骨假体1相对胫骨假体2顺时针转动)时，第一关节表面部分111和第二关节表面部分112依次与胫骨本体21接触，前端关节面121与隆凸22接触。

进一步地，如图1所示，在矢状面内，股骨假体1处于伸展状态时，第二曲率半径的圆心O2与前端关节面121的圆心O3之间的连线与股骨本体11的前后方向之间的夹角为θ2，其中，0°≤θ2≤70°。可以理解的是，在以第二关节表面部分112的第二曲率半径的圆心O2为原点建立坐标系内，股骨本体11的前后方向为X轴，人体股骨的力线为Y轴。第二曲率半径的圆心O2与前端关节面121的圆心O3之间的连线与X轴的正半轴之间的夹角θ2满足0°≤θ2≤70°。

本申请的发明人通过实验研究发现，当第二曲率半径的圆心O2与前端关节面121的圆心O3之间的连线与股骨本体11的前后方向之间的夹角满足上述范围时，可以进一步地使凸轮部12有效的靠近膝关节后髁位置，进一步地降低截骨量，使得膝关节髁间骨折的概率大大降低。

在一些实施例中，股骨假体1由伸展状态运动至屈膝状态时，在第二屈膝角度处，凸轮部12开始接触胫骨假体2的隆凸22。可以理解的是，在屈膝过程中，股骨假体1由第一屈膝角度范围运动至第二屈膝角度范围时，股骨本体11的第一关节表面部分111先与胫骨假体2接触，然后随着屈膝角度的增加，再过渡到第二关节表面部分112与胫骨假体2接触。当股骨本体11的第一关节表面部分111刚要与胫骨本体21分离，股骨本体11的第二关节表面部分112刚要与胫骨本体21接触时，即在第二屈膝角度处，凸轮部12的外周面的前端关节面121同时与隆凸22接触，从而可以在股骨假体1的运动过程中使隆凸22与凸轮部12有效接触，进而有效抑制的股骨假体1异常前移的现象，提高了股骨假体1使用时的可靠性。

进一步地，如图1所示，在矢状面内，在第二屈膝角度处，第一曲率半径的圆心O1与第二曲率半径的圆心O2的连线与凸轮部12的前端关节面121相切，从而可以进一步地抑制股骨假体1异常前移的现象，使得股骨假体1的结构更加合理，提高了膝关节假体的使用效果。

可选地，如图1所示，第二屈膝角度为θ1，满足：50°≤θ1≤70°，θ1可以取50°至70°的范围内的任意角度。例如，圆心角θ1为50°、60°、65°或者70°。本申请的发明人通过实验研究发现，当第二屈膝角度θ1位于上述范围时，可以进一步地降低膝关节假体运动时的磨损量，使得人体在步态运动范围内股骨和胫骨关节面接触面积一致，维持膝关节假体的最大接触面积，降低膝关节假体的接触应力，有效减少膝关节假体磨损，增加膝关节假体的使用寿命。

可选地，第三屈膝角度为θ3，θ1＜θ3≤90°。本申请的发明人通过实验研究发现，当第三屈膝角度θ3位于上述范围时，可以降低膝关节假体的接触应力，有效减少膝关节假体磨损，增加膝关节假体的使用寿命。

进一步地，如图1所示，第一关节表面部分111的第一曲率半径为R1，凸轮部12的前端关节面121的曲率半径为R3，其中，0.05≤R3/R1≤0.25。可选地，R3/R1的值为0.05、0.055、0.01、0.02或者0.025。本申请的发明公开人通过实验研究发现，当R3/R1的值小于0.05时会导致凸轮部12的尺寸过小，当凸轮部12与隆凸22接触时，无法使膝关节假体达到最大弯曲角度。当R3/R1的值大于0.25时会导致凸轮部12的尺寸过大，造成凸轮部12超出股骨本体11的后髁，同样无法使膝关节假体达到最大弯曲角度。因此，本申请的发明人得出结论，当0.05≤R3/R1≤0.25时，可以优化股骨假体1的结构尺寸，使得股骨假体1的设计更加合理，使用寿命较长，且可靠性较高。

在一些实施例中，如图1所示，第一关节表面部分111的矢状面可以具有单一的第一曲率半径，从而可以保证膝关节在步态运动中有较高的接触面积，且在整体步态运动下，股骨假体1和胫骨假体2的接触面积不会发生变化，从而有效降低了膝关节假体运动时的磨损量。

可选地，第二关节表面部分112的矢状面的曲率半径自前端至后端逐渐减小，从而使得第二关节表面部分112与胫骨假体2可以维持膝关节假体的最大接触面积，进而降低膝关节假体的接触应力，有效减少膝关节假体磨损，增加膝关节假体的使用寿命。

举例说明，在本公开的一种实施方式中，第一屈膝角度为0°，第二屈膝角度为70°，第三屈膝角度为90°。在该实施例中，0°至70°的第一屈膝角度范围内，股骨本体1抵接胫骨假体2的第一关节表面部分111的矢状面具有单一曲率半径；70°至90°的第二屈膝角度范围内，股骨本体1抵接胫骨假体2的第二关节表面部分112矢状面的曲率半径自前端至后端逐渐减小，比如第二关节表面部分112在矢状面具有5个不同的曲率半径，该5个不同的曲率半径的数值自前端至后端逐渐减小。并且，在第一屈膝角度0°时，股骨假体1处于伸展状态，此时，凸轮部12的前端关节面121的圆心O3位于第二曲率半径的圆心O2的第一象限内。随着屈膝运动，在70°的屈膝角度时，凸轮部12的前端关节面121开始接触胫骨假体2的隆凸22。从而在有效减少膝关节假体磨损，增加膝关节假体的使用寿命的同时，还可以减少膝关节的后髁截骨量，降低膝关节髁间骨折的风险。

可以理解，在本公开的不同的实施方式中，上述第二屈膝角度θ1，第三屈膝角度θ3，只要满足本公开的保护范围内的任意数值，都可以被组合，上述可选的特征也可被组合形成不同的实施方式，都属于本公开的保护范围。

如图2至图5所示，根据本公开的另一实施例的膝关节假体，包括股骨假体1和胫骨假体2，股骨假体1为本公开实施例的股骨假体1。胫骨假体2包括胫骨本体21和隆凸22，隆凸22设于胫骨本体21的上端。凸轮部12与股骨本体11限定出滑动间隙13，隆凸22配合在滑动间隙13内，股骨本体11与胫骨本体21相连且相对胫骨本体21在伸展状态和屈膝状态之间可转动。在股骨假体1由伸展状态运动至屈膝状态的过程中，第一关节表面部分111和第二关节表面部分112依次与胫骨本体21接触，凸轮部12与隆凸22接触。

根据本公开的实施例的膝关节假体，由于股骨假体1处于伸展状态时，凸轮部12的前端关节面121的圆心O3位于第二曲率半径的圆心O2的第一象限内，从而可以使凸轮部12更靠近股骨本体11的后髁位置，进而可以降低膝关节髁间截骨量，从而有效减少膝关节骨折的风险。另外，本公开的实施例的膝关节假体在伸展状态运动至屈膝状态时，可以通过凸轮部12对隆凸22进行限位，从而可以抑制股骨假体1的异常前移现象，提高了膝关节假体使用时的可靠性。

在本公开中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

应可理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (9)

1.一种股骨假体，其特征在于，所述股骨假体适于安装到人体股骨上，并与人体胫骨上的胫骨假体配合，所述股骨假体包括股骨本体和凸轮部，所述凸轮部与所述股骨本体相连；

所述股骨本体的关节表面具有用于在第一屈膝角度范围内抵接所述胫骨假体的第一关节表面部分、用于在第二屈膝角度范围内抵接所述胫骨假体的第二关节表面部分；所述第一屈膝角度范围为第一屈膝角度至第二屈膝角度；所述第二屈膝角度范围为所述第二屈膝角度至第三屈膝角度；其中，所述第一屈膝角度为0°，所述第一屈膝角度＜所述第二屈膝角度＜所述第三屈膝角度；

在所述第二屈膝角度处，所述第一关节表面部分的曲率半径为第一曲率半径，所述第二关节表面部分的曲率半径为第二曲率半径；

所述股骨假体由伸展状态运动至屈膝状态时，所述凸轮部初始接触所述胫骨假体的隆凸的关节面为前端关节面，在矢状面内，所述股骨假体处于伸展状态时，所述凸轮部的前端关节面的圆心位于所述第二曲率半径的圆心的第一象限内，在所述第二屈膝角度处，所述第一曲率半径的圆心与所述第二曲率半径的圆心的连线与所述凸轮部的前端关节面相切。

2.根据权利要求1所述的股骨假体，其特征在于，在矢状面内，所述股骨假体处于伸展状态时，所述第二曲率半径的圆心与所述前端关节面的圆心之间的连线与所述股骨本体的前后方向之间的夹角为θ2，其中，0°≤θ2≤70°。

3.根据权利要求1所述的股骨假体，其特征在于，所述股骨假体由伸展状态运动至屈膝状态时，在所述第二屈膝角度处，所述凸轮部开始接触所述胫骨假体的隆凸。

4.根据权利要求1所述的股骨假体，其特征在于，所述第二屈膝角度为θ1，50°≤θ1≤70°。

5.根据权利要求1或4所述的股骨假体，其特征在于，所述第三屈膝角度为θ3，θ3≤90°。

6.根据权利要求1所述的股骨假体，其特征在于，所述第一曲率半径为R1，所述凸轮部的前端关节面的曲率半径为R3，其中，0.05≤R3/R1≤0.25。

7.根据权利要求1所述的股骨假体，其特征在于，所述第一关节表面部分的矢状面具有单一的第一曲率半径。

8.根据权利要求1所述的股骨假体，其特征在于，所述第二关节表面部分的矢状面的曲率半径自前端至后端逐渐减小。

9.一种膝关节假体，其特征在于，包括：

胫骨假体，所述胫骨假体包括胫骨本体和隆凸，所述隆凸设于所述胫骨本体的上端；

股骨假体，所述股骨假体为权利要求1-8中任一项所述的股骨假体，所述凸轮部与所述股骨本体限定出滑动间隙，所述隆凸配合在所述滑动间隙内，所述股骨本体可相对所述胫骨本体在伸展状态和屈膝状态之间运动，在所述股骨假体由所述伸展状态运动至所述屈膝状态的过程中，所述第一关节表面部分和所述第二关节表面部分依次与所述胫骨本体接触，所述凸轮部与所述隆凸接触。