CN114010375A - 膝关节假体及膝关节假体的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种膝关节假体及膝关节假体的加工方法。其中，膝关节假体包括：胫骨平台；胫骨垫片，位于胫骨平台的上方，胫骨垫片相对于胫骨平台可转动地设置；限位结构，设置在胫骨平台和胫骨垫片之间，限位结构设置在膝关节假体的中部，限位结构包括限位体和限位滑槽，限位体和限位滑槽中的一个设置在胫骨平台上，另一个设置在胫骨垫片上。应用本发明的技术方案，可以解决胫骨垫片和胫骨平台相对运动容易对人体造成二次伤害的问题。

Description

膝关节假体及膝关节假体的加工方法

技术领域

本发明涉及生物医学假体技术领域，具体而言，涉及一种膝关节假体及膝关节假体的加工方法。

背景技术

胫骨平台在膝关节置换中与胫骨垫片配合用于替代胫骨被疾病或创伤损坏的关节面。

膝关节是下肢的主要关节，其结构和功能都是人体关节中最复杂的。同时，膝关节也是最容易受到病损的关节之一。膝关节置换手术是治疗膝关节严重病变和畸形有效手段。成功的膝关节置换术可在长时间内显著缓解患者膝关节疼痛、改善膝关节功能，保障下肢站立的稳定性和日常生活所需的关节活动功能。

用于膝关节置换的假体主要为胫骨垫片和胫骨平台组装固定在一起的固定平台型膝关节假体，或者为胫骨垫片可以与胫骨平台相对转动的旋转平台型膝关节假体。

其中，固定平台型膝关节假体植入人体后存在以下缺陷：膝关节运动过程中胫骨垫片和胫骨平台之间产生力矩作用，界面处会出现微动，导致超高分子量聚乙烯/高交联聚乙烯材质的胫骨垫片出现磨损，产生碎屑，引起骨溶解、假体下沉等并发症；受临床手术精度的制约，固定平台型膝关节假体经手术植入人体后，股骨部件和胫骨部件之间存在扭矩，加速胫骨垫片磨损，加重并发症；固定平台型膝关节假体植入人体后，运动过程中，由于胫骨垫片和股骨髁假体相互限制相对旋转运动，导致患者本体感觉差。

目前，临床上使用的旋转平台型膝关节假体植入人体后，依靠人体韧带组织实现限位，易引起软组织出现损伤，造成二次伤害。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种膝关节假体及膝关节假体的加工方法，以解决胫骨垫片和胫骨平台相对运动容易对人体造成二次伤害的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种膝关节假体，包括：胫骨平台；胫骨垫片，位于胫骨平台的上方，胫骨垫片相对于胫骨平台可转动地设置；限位结构，设置在胫骨平台和胫骨垫片之间，限位结构设置在膝关节假体的中部，限位结构包括限位体和限位滑槽，限位体和限位滑槽中的一个设置在胫骨平台上，另一个设置在胫骨垫片上。

进一步地，限位体为设置在胫骨平台上表面的滑轨，滑轨由胫骨平台的前侧向内部延伸设置，限位滑槽为设置在胫骨垫片下表面的凹槽。

进一步地，滑轨为多个，多个滑轨在胫骨平台的上表面间隔设置，胫骨垫片的下表面设置有与多个滑轨配合的凹槽，其中，凹槽为燕尾槽。

进一步地，胫骨平台包括实体部以及连接在实体部的下方的疏松部，限位体设置在实体部上。

进一步地，疏松部为骨小梁多孔网格结构。

进一步地，胫骨平台还包括支撑结构，支撑结构为由疏松部向下延伸的设置的第一多孔结构。

进一步地，支撑结构为弧形，胫骨平台包括多个支撑结构，多个支撑结构间隔设置在疏松部的下表面。

进一步地，胫骨平台还包括硬化骨替代结构，硬化骨替代结构设置在疏松部的下表面，硬化骨替代结构为第二多孔结构。

进一步地，胫骨平台采用钛合金材料制成，或者，胫骨平台采用钴铬钼合金材料制成，或者胫骨平台采用钽金属材料制成。

进一步地，胫骨平台采用3D打印技术一体成型。

根据本发明的另一方面，还提供了一种膝关节假体的加工方法，用于加工上述的膝关节假体，加工方法包括：

根据患者的CT数据建立膝关节假体模型；

确定胫骨近端截骨后的轮廓以及硬化骨区域。

确定膝关节假体模型上的多孔结构的位置；

采用3D打印技术打印形成膝关节假体模型。

应用本发明的技术方案，由于在膝关节假体的中部设置了限位结构，从而能够限制胫骨垫片相对于胫骨平台的转动角度，进而避免在人体运动时，由于胫骨垫片相对于胫骨平台转动角度过大对韧带组织造成二次伤害，使用户装入膝关节假体后能够在正常活动的基础上对软组织进行保护，保证假体生命周期的稳定，提高了用户的使用体验。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的膝关节假体的实施例的胫骨平台的结构示意图；

图2示出了图1的胫骨平台的仰视结构示意图；

图3示出了图1的膝关节假体的实施例的胫骨垫片的仰视图；

图4示出了图3的胫骨垫片的立体结构示意图；

图5示出了图1的膝关节假体的剖视图；以及

图6示出了根据本发明的膝关节假体的加工方法的实施例的流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、胫骨平台；11、实体部；12、疏松部；13、支撑结构；14、硬化骨替代结构；20、胫骨垫片；31、限位体；32、限位滑槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1、图4和图5所示，本实施例提供了一种膝关节假体，包括胫骨平台10、胫骨垫片20和限位结构。其中，胫骨垫片20位于胫骨平台10的上方，胫骨垫片20相对于胫骨平台10可转动地设置；限位结构设置在胫骨平台10和胫骨垫片20之间，限位结构设置在膝关节假体的中部，限位结构包括限位体31和限位滑槽32，限位体31和限位滑槽32中的一个设置在胫骨平台10上，另一个设置在胫骨垫片20上。

在本实施例中，由于在膝关节假体的中部设置了限位结构，从而能够限制胫骨垫片20相对于胫骨平台10的转动角度，进而避免在人体运动时，由于胫骨垫片20相对于胫骨平台10转动角度过大对韧带组织造成二次伤害，使用户装入膝关节假体后能够在正常活动的基础上对软组织进行保护，保证假体生命周期的稳定，提高了用户的使用体验。

值得说明的是，膝关节假体的中部是指在其左右方向上的中部。

在附图未示出的替代实施例中，也可将限位体设置在胫骨垫片上，将限位滑槽设置在胫骨平台上，其限位效果与上述设置方式相同。

如图1、图3和图4所示，在本实施例中，限位体31为设置在胫骨平台10上表面的滑轨，滑轨由胫骨平台10的前侧向内部延伸设置，限位滑槽32为设置在胫骨垫片20下表面的凹槽。

具体地，此处的胫骨平台10的前侧与膝关节假体的前侧一致，胫骨垫片20的前侧与胫骨平台10的前侧对应设置，均朝向人体的前侧安装，具体的前后方向见图1中箭头指示。

限位体31由胫骨平台10的前侧向内延伸地设置，限位滑槽32也由胫骨垫片20的前侧向内延伸的设置，在将胫骨垫片20安装至胫骨平台10上时，将限位滑槽32的开口处对准限位体31的端部并向后滑动，以将胫骨垫片20安装至胫骨平台10上，实现对胫骨垫片20在胫骨平台10上的安装和限位。

如图1、图3至图5所示，在本实施例中，滑轨为多个，多个滑轨在胫骨平台10的上表面间隔设置，胫骨垫片20的下表面设置有与多个滑轨配合的凹槽，其中，凹槽为燕尾槽。

在本实施例中，滑轨为两个，两个滑轨在胫骨平台10的上表面间隔设置。具体地，本实施例中的滑轨包括直线型滑轨以及与直线型滑轨连接的弧形滑轨，直线型滑轨位于胫骨平台10的中部，弧形滑轨由直线型滑轨的前侧端部向外侧延伸地设置，两个弧形滑轨分别由胫骨平台10的中部分别向两侧延伸地设置，凹槽的结构与滑轨的结构相对应设置。

进一步地，滑轨的截面为倒置的梯形结构，凹槽为燕尾槽，从而能够有效防止胫骨垫片20由胫骨平台10上脱出。

上述设置保证了胫骨平台10与胫骨垫片20之间连接的结构强度，且防转效果良好。

如图1和图2所示，在本实施例中，胫骨平台10包括实体部11以及连接在实体部11的下方的疏松部12，限位体31设置在实体部11上。

优选地，疏松部12为骨小梁多孔网格结构。

具体地，由于在实体部11的下方设置了疏松部12，疏松部12为骨小梁多孔网格结构，从而能够有利于骨细胞的长入和附着。

相关技术中，常见的膝关节胫骨平台按固定方式分为骨水泥固定和生物固定，骨水泥固定在临床中有较多缺点：1）骨水泥单体可能会通过血液进入肺循环导致肺栓塞而危及患者生命安全，2）骨水泥存在老化磨损等问题，长期微动会造成假体松动，3）骨水泥单体聚合时会释放大量热量，造成周围组织损伤。

生物固定舍弃了骨水泥的使用，避免了骨水泥注入过程中产生的不良反应，还具有以下优点：1）生物固定提供了一个生物学的骨-假体界面，长期固定效果更好，2）术中避免了等待骨水泥凝固硬化所需时间，缩短了手术时间，有利于降低TKA相关并发症发生率。3）生物固定避免了术后假体翻修所带来的骨水泥去除麻烦，保留了骨量，更有利于翻修。

现有生物型胫骨平台虽然采用了很多生物的固定方式，如将骨接触面直接设计成多孔的金属表面的形式，一种是通过等离子喷射、高温烧结或电泳沉积等技术对假体基体骨接触面进行恰当处理（Ti、HA等涂层）。但是都只是简单地把骨水泥型的胫骨平台在骨接触面处变为多孔或粗糙结构方便骨长入，并没有考虑患者的具体骨质情况，包括平台的覆盖、硬化骨区域（不能骨长入）等等。当胫骨平台植入后发现内外侧存在骨长入偏差时（一侧有骨长入，一侧没有），会出现内外侧不平衡，最终导致假体失效。

本实施例中的胫骨平台10的下部设置疏松部12，骨小梁多孔网格结构能够有利于骨细胞的长入和附着，保证内外侧受力的平衡，确保假体的有效生命周期。

如图1和图2所示，在本实施例中，胫骨平台10还包括支撑结构13，支撑结构13为由疏松部12向下延伸的设置的第一多孔结构。

上述设置为胫骨平台10与皮质骨之间的结合提供了支撑，且第一多孔结构的设置有助于与外围皮质骨贴合，使得膝关节假体植入人体后更加稳定。

如图1和图2所示，在本实施例中，支撑结构13为弧形，胫骨平台10包括多个支撑结构13，多个支撑结构13间隔设置在疏松部12的下表面。

在本实施例中，支撑结构13为弧形的月牙形结构，且设置在胫骨平台10的下方靠近边缘的位置，支撑结构13至少为两个，两个支撑结构13的弧形开口相对设置，两个支撑结构13的外轮廓由患者截骨后的胫骨近端内轮廓决定。上述设置保证了皮质骨之城的稳定性。

如图2和图5所示，在本实施例中，胫骨平台10还包括硬化骨替代结构14，硬化骨替代结构14设置在疏松部12的下表面，硬化骨替代结构14为第二多孔结构。

具体地，根据患者胫骨骨质的情况，在胫骨平台10的下方设置硬化骨替代结构14，并采用第二多孔结构设置上述硬化骨替代结构14，从而能够满足骨长入的要求，进一步保证了假体植入人体后更加稳定。

优选地，胫骨平台10采用钛合金材料制成，或者，胫骨平台10采用钴铬钼合金材料制成，或者胫骨平台10采用钽金属材料制成。

进一步地，胫骨平台10采用3D打印技术一体成型。

在本实施例中，根据不同患者的骨骼参数以及患者CT生成胫骨的三维模型，并完成胫骨的近端截骨，对截骨后的胫骨去除骨硬化区域，根据上述参数及模型描绘假体轮廓线，并3D打印生成胫骨平台10。3D打印过程中，根据患者自身的骨密度状态，调整产品大的孔径以及孔隙率，生成定制化骨密度，更有利于骨长入。

如图6所示，本实施例还提供了一种膝关节假体的加工方法，用于加工上述的膝关节假体，加工方法包括：

根据患者的CT数据建立膝关节假体模型；

确定胫骨近端截骨后的轮廓以及硬化骨区域；

确定膝关节假体模型上的多孔结构的位置；

采用3D打印技术打印形成膝关节假体。

具体地，根据患者CT数据建立胫骨关节三维模型，通过术前规划，描绘胫骨近端截骨后轮廓，硬化骨区域、大小，确定多孔固定结构位置；

术中胫骨近端截骨完成后，通过手术导航及机器人截骨将胫骨侧截成胫骨平台背侧形态，最后插入平台直接固定；

3D打印一体成型胫骨平台，骨接触面类骨小梁多孔结构设计；

平台与垫片锁定结构：双导轨中央锁定，前侧在钩槽处突出设计，加强锁定防旋功能。

本实施例的技术方案具有以下优点：

1、定制化设计

（1）更适配的平台轮廓设计

根据不同患者的骨骼参数，骨质状态，提供接近定制化的胫骨平台产品；

（2）更符合骨质情况的骨小梁多孔结构

3D打印一体成型的胫骨平台，骨接触面采用金属类骨小梁的设计，有利于骨细胞长入和附着，解决患者胫骨侧存在的硬化区域导致假体后期因缺乏骨长入而导致的不平衡问题。

2、新锁定设计

（1）平台采用双导轨中央锁定，使得胫骨垫片的植入精准、稳定；

（2）锁定前侧中间部分凸出设计，加强平台对于垫片的防旋功能，保证假体生命周期的稳定。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

由于在膝关节假体的中部设置了限位结构，从而能够限制胫骨垫片相对于胫骨平台的转动角度，进而避免在人体运动时，由于胫骨垫片相对于胫骨平台转动角度过大对韧带组织造成二次伤害，使用户装入膝关节假体后能够在正常活动的基础上对软组织进行保护，保证假体生命周期的稳定，提高了用户的使用体验。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种膝关节假体，其特征在于，包括：

胫骨平台（10）；

胫骨垫片（20），位于所述胫骨平台（10）的上方，所述胫骨垫片（20）相对于所述胫骨平台（10）可转动地设置；

限位结构，设置在所述胫骨平台（10）和所述胫骨垫片（20）之间，所述限位结构设置在所述膝关节假体的中部，所述限位结构包括限位体（31）和限位滑槽（32），所述限位体（31）和所述限位滑槽（32）中的一个设置在所述胫骨平台（10）上，另一个设置在所述胫骨垫片（20）上。

2.根据权利要求1所述的膝关节假体，其特征在于，所述限位体（31）为设置在所述胫骨平台（10）上表面的滑轨，所述滑轨由所述胫骨平台（10）的前侧向内部延伸设置，所述限位滑槽（32）为设置在所述胫骨垫片（20）下表面的凹槽。

3.根据权利要求2所述的膝关节假体，其特征在于，所述滑轨为多个，多个所述滑轨在所述胫骨平台（10）的上表面间隔设置，所述胫骨垫片（20）的下表面设置有与多个所述滑轨配合的凹槽，其中，所述凹槽为燕尾槽。

4.根据权利要求1所述的膝关节假体，其特征在于，所述胫骨平台（10）包括实体部（11）以及连接在所述实体部（11）的下方的疏松部（12），所述限位体（31）设置在所述实体部（11）上。

5.根据权利要求4所述的膝关节假体，其特征在于，所述疏松部（12）为骨小梁多孔网格结构。

6.根据权利要求4所述的膝关节假体，其特征在于，所述胫骨平台（10）还包括支撑结构（13），所述支撑结构（13）为由所述疏松部（12）向下延伸的设置的第一多孔结构。

7.根据权利要求6所述的膝关节假体，其特征在于，所述支撑结构（13）为弧形，所述胫骨平台（10）包括多个所述支撑结构（13），多个所述支撑结构（13）间隔设置在所述疏松部（12）的下表面。

8.根据权利要求4所述的膝关节假体，其特征在于，所述胫骨平台（10）还包括硬化骨替代结构（14），所述硬化骨替代结构（14）设置在所述疏松部（12）的下表面，所述硬化骨替代结构（14）为第二多孔结构。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的膝关节假体，其特征在于，所述胫骨平台（10）采用钛合金材料制成，或者，所述胫骨平台（10）采用钴铬钼合金材料制成，或者所述胫骨平台（10）采用钽金属材料制成。

10.一种膝关节假体的加工方法，其特征在于，用于加工如权利要求1至9中任一项所述的膝关节假体，所述加工方法包括：

根据患者的CT数据建立膝关节假体模型；

确定胫骨近端截骨后的轮廓以及硬化骨区域；

确定膝关节假体模型上的多孔结构的位置；

采用3D打印技术打印形成膝关节假体。

Images