CN114515216A - 胫骨衬垫和全膝关节假体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种胫骨衬垫和全膝关节假体，胫骨衬垫包括内侧衬垫和外侧衬垫，内侧衬垫用于和内侧髁配合，外侧衬垫用于和外侧髁配合；内侧衬垫的关节面与矢状面相交形成的截面线包括相连的第一段弧和第二段弧，第二段弧位于第一段弧的后侧，第一段弧的矢状半径小于第二段弧的矢状半径，第一段弧包括功能区，功能区在股骨假体平移和滚动期间用于与内侧髁接触。本发明提供的胫骨衬垫有效降低内侧衬垫的最后侧高度，使膝关节假体以内侧为中心稳定旋转，还能减小膝关节假体的磨损，又可以避免膝关节假体在高屈曲运动下内侧衬垫的最后侧影响内侧髁的进一步后滚，提高了膝关节假体的高屈曲性能。

Description

胫骨衬垫和全膝关节假体
技术领域
本发明涉及骨科内植入物领域，具体涉及一种胫骨衬垫和全膝关节假体。
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。
正常人膝关节在-5°(伸直位)到120°(弯曲位)的屈曲过程中，股骨内侧髁1会经历约1.5mm的前后平移(如图1所示)，股骨外侧髁2会经历约18mm的前后平移。这种运动方式使得膝关节在由伸直位到120°弯曲位的屈曲过程中股骨以内侧髁为轴相对于胫骨外旋。
以往的仿生全膝关节设计中，胫骨内侧衬垫通常设计为单一半径的完全球窝或近似球窝形状，优点是可提供在所有运动下的内侧稳定性，且保证膝关节以内侧为中心旋转，但是人体在高屈曲(如深蹲)运动下，这种单半径设计会导致股骨内侧髁假体受到胫骨内侧衬垫较高的后侧的限制，使得股骨假体不能进一步后滚，从而影响假体的高屈曲性能。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
发明人发现，人体在日常运动中对膝关节磨损占比较高的运动有如步态、上楼、下楼、椅子上站起、转身等，在上述运动的过程中膝关节外旋有最高达10-30Nm的扭矩，而内旋仅有5-6Nm的扭矩。因外旋扭矩较大，股骨外侧髁与胫骨的外侧关节面(即胫骨外侧衬垫的与股骨外侧髁相配合的面)的接触点往往可以后滚到达胫骨外侧衬垫的后侧位置，而由于膝关节的内旋扭矩较小，股骨内侧髁与内侧关节面(即胫骨内侧衬垫与股骨外侧髁相配合的面)的接触点往往无法到达胫骨内侧衬垫的后侧。因此在仿生全膝关节设计中，通过适当降低内侧衬垫后侧高度来更好的模拟正常人体运动，既能保证人体在日常中占比较多的如步态、上楼、下楼、椅子上站起、转身等运动的稳定性，又能满足人体在少数深蹲运动下，股骨假体能够进一步后滚的特性。
本发明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，本发明的实施例提出一种胫骨衬垫，本发明的实施例还提出一种全膝关节假体，这种全膝关节假体具有高屈曲性能。
本发明实施例的胫骨衬垫，用于在膝盖置换手术中与股骨假体的内侧髁和外侧髁相配合，包括：内侧衬垫和外侧衬垫，所述内侧衬垫用于和所述内侧髁配合，所述外侧衬垫用于和所述外侧髁配合；所述内侧衬垫的关节面与经过所述内侧衬垫的最低点的矢状面相交形成的截面线包括相连的第一段弧和第二段弧，所述第二段弧位于所述第一段弧的后侧，所述第一段弧的矢状半径小于所述第二段弧的矢状半径，所述第一段弧包括功能区，所述功能区在所述股骨假体平移和滚动期间用于与所述内侧髁接触。
本发明实施例提供的胫骨衬垫的内侧关节面的功能区设计为单半径，且后侧非功能区的矢状半径大于前侧功能区的矢状半径，以有效降低内侧衬垫的最后侧高度，从而既能保证股骨假体的内侧髁与内侧关节面在关键的功能区具有较高的型合度，使膝关节假体以内侧为中心稳定旋转，还能减小膝关节假体的磨损，又可以避免膝关节假体在高屈曲运动下内侧衬垫的最后侧影响内侧髁的进一步后滚，提高了膝关节假体的高屈曲性能。
在一些实施例中，所述第一段弧的矢状半径与所述第二段弧的矢状半径之比大于或等于1:5。
在一些实施例中，所述第一段弧的矢状半径与所述第二段弧的矢状半径之比为1:5-1:2。
在一些实施例中，所述第一段弧在前后方向上的长度与所述内侧衬垫的关节面在前后方向上的长度之比为0.75:1-0.95:1。
在一些实施例中，所述第一段弧的前侧端点与所述截面线的最低点的垂直距离为5.3mm-9.5mm。
在一些实施例中，所述第二段弧的后侧端点与所述截面线的最低点的垂直距离为1.5mm-3.5mm。
本发明另一方面的实施例提供一种全膝关节假体，包括：股骨假体，所述胫骨假体包括内侧髁和外侧髁；胫骨衬垫，所述胫骨衬垫为上述任一项实施例所述的胫骨衬垫。
在一些实施例中，所述第一段弧的矢状半径与所述内侧髁远端的矢状半径之比为1.1:1-1.65:1。
在一些实施例中，所述膝关节置换假体为后稳定型膝关节假体或者后交叉韧带替代型假体。
附图说明
图1是膝关节屈曲过程示意图。
图2是本发明实施例中的后稳定型膝关节假体的结构示意图。
图3是本发明实施例中的后稳定型膝关节假体的正视图。
图4是图3的A-A截面图。
图5是图3实施例中胫骨衬垫的A-A截面图。
图6是本发明实施例中的后交叉韧带替代型假体的结构示意图。
图7是本发明实施例中的后交叉韧带替代型假体的正视图。
图8是图7的A-A截面图。
附图标记：
100、胫骨衬垫；110、内侧衬垫；111、内侧关节面；120、外侧衬垫；131、第一段弧；132、第二段弧；
200、股骨假体；210、内侧髁；220、外侧髁；300、胫骨托。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为了更好地解释和说明本发明的技术方案，结合本领域的惯用描述方法，对本发明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，下面对本申请涉及到的术语进行简要说明，以便更好地理解技术方案。
在描述人体、关节或者假体时，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。可以理解的是，上述矢状面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。冠状面将人体或关节分为前后两部分的切面，该切面与矢状面垂直。
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头部的一端。近端指人体或关节相对靠近头部的一端。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胸部的一侧。后侧指矢状面上相对接近背部的一侧。
具体地，本申请实施例提供一种胫骨衬垫100，胫骨衬垫100用于在膝盖置换手术中代替胫骨外侧半月板，并与股骨假体200的内侧髁210和外侧髁220相配合。可以理解的是，胫骨衬垫100包括分别适用于左腿的左腿胫骨衬垫和适用于右腿的右腿胫骨衬垫，其中左腿胫骨衬垫与右腿胫骨衬垫关于人体正中矢状面径向对称。
下面以图2-图8描述本发明实施例提供的胫骨衬垫100的结构。
如图2所示，胫骨衬垫100包括内侧衬垫110和外侧衬垫120。内侧衬垫110位于外侧衬垫120的内侧，即内侧衬垫110相对外侧衬垫120接近人体正中矢状面。内侧衬垫110的近端面为内侧关节面111，外侧衬垫120的近端面为外侧关节面，内侧关节面111与内侧髁210相互配合，外侧关节面与外侧髁220相互配合。膝关节假体在运动时，股骨假体200以内侧髁210为轴旋转，内侧髁210沿内侧关节面111上的运动轨迹做内旋运动，外侧髁220沿外侧关节面上的运动轨迹做外旋运动。
内侧衬垫110的关节面(内侧关节面111)与矢状面相交形成的截面线包括相连的第一段弧131和第二段弧132，第二段弧132位于第一段弧131的后侧。第一段弧131的矢状半径小于第二段弧132的矢状半径。矢状半径也可称为圆弧的曲率半径。其中第一段弧131包括功能区，功能区在股骨假体平移和滚动期间用于与内侧髁210接触。
所述矢状面为图3中的截面A-A，截面A-A的剖切位置对应内侧关节面111与内侧髁210的配合过程中的接触路径的范围。功能区为内侧髁210在做内旋运动时的运动路径。内侧髁210的运动路径是指屈曲过程中内侧髁210与内侧关节面111相接触的点的集合，也即膝关节假体屈曲过程中，内侧髁210在内侧关节面111上移动的轨迹。进一步地，功能区上的点也为内侧关节面111在冠状面上的最低点。第一段弧131的矢状半径一致，因此功能区的矢状半径一致，保证了内侧关节面111的主要功能区(与内侧髁210的接触区域)形成单半径的球窝状，提高了包括本实施例的胫骨衬垫100的膝关节假体的旋转稳定性。
第二段弧132为非功能区。使第二段弧132的矢状半径大于第一段弧131的矢状半径，可以适当降低内侧关节面最后侧的相对高度，即内侧衬垫的后唇高度，使应用本发明实施例提供的胫骨衬垫100的膝关节假体在高屈曲运动下，内侧髁210能够进一步后滚达到更高的屈曲度。
本发明实施例提供的胫骨衬垫的内侧关节面的功能区设计为单半径，且后侧非功能区的矢状半径大于前侧功能区的矢状半径，以有效降低内侧衬垫的最后侧高度，从而既能保证股骨假体的内侧髁与内侧关节面在关键的功能区具有较高的型合度，使膝关节假体以内侧为中心稳定旋转，还能减小膝关节假体的磨损，又可以避免膝关节假体在高屈曲运动下内侧衬垫的最后侧影响内侧髁的进一步后滚，提高了膝关节假体的高屈曲性能。
具体地，第一段弧131包括前唇区和功能区，功能区位于前唇区的后侧，第二段弧132为后唇区。
可选地，第一段弧131的矢状半径RT1与第二段弧132的矢状半径RT2之比大于或等于1:5。本申请的发明人通过试验研究发现，当第一段弧131的矢状半径RT1与第二段弧132的矢状半径RT2之比小于1:5时，内侧髁210旋转时的稳定性可能受到影响。因此，当第一段弧131的矢状半径RT1与第二段弧132的矢状半径RT2满足上述条件时，即可以有效降低内侧衬垫110的最后侧高度，使膝关节假体在高屈曲状态下内侧髁210能够进一步后滚，提高膝关节假体的高屈曲性能，改善使用效果，还有效地保证了膝关节假体的旋转稳定性，避免股骨假体200脱位。
进一步可选地，第一段弧131的矢状半径RT1与第二段弧132的矢状半径RT2之比在1:5-1:2之间，可以进一步有效降低内侧衬垫110的最后侧高度，使膝关节假体在高屈曲状态下内侧髁210能够更大程度上的后滚。
例如，第一段弧131的矢状半径RT1与第二段弧132的矢状半径RT2之比可以为1:2、1:3、1:4、1:5，本申请的发明人通过试验研究发现当RT1/RT2满足上述范围时，可以有效降低内侧衬垫110的最后侧高度，使膝关节假体在高屈曲状态下内侧髁210能够更大程度上的后滚。
进一步地，如图5所示，第一段弧131在前后方向上的长度为L1，内侧关节面111在前后方向上的长度为LAP。可选地，0.75≤L1/LAP≤0.95。
表1：各运动下内侧衬垫最后侧磨损较少区域的前端与内侧衬垫最前端在前后方向上的距离与内侧衬垫的总长度的比例范围
Figure BDA0003514933800000051
本申请的发明人通过试验研究发现，在全膝关节置换后，内侧衬垫110的主要磨损位置具有明显的区域特征。在各种运动下，主要磨损位置均位于中后区域，最后侧的一定区域磨损程度明显减少。并且在各种运动下，内侧衬垫110最后侧磨损较少的区域占内侧衬垫110前后总长度的比例存在差别，经总结发现，内侧衬垫110的最后侧磨损较少区域的前端与内侧衬垫110最前端在前后方向上的距离与内侧衬垫110的总长度的比例范围约为75％-95％，具体见表1。在对本发明实施例的胫骨衬垫100进行设计时，也可以将矢状面内内侧衬垫110的内侧关节面111最后侧磨损较少的非功能区形成的截面线设计为第二段弧132，将矢状面内内侧关节面111最后侧磨损较少的非功能区的最前端与内侧关节面111的最前端之间形成的截面线设计为第一段弧131。
因此，使第一段弧131在前后方向上的长度L1与内侧关节面111在前后方向上的长度LAP之比的范围设计为：0.75≤L1/LAP≤0.95，是本申请的发明人经过试验验证的结果，当第一段弧131在前后方向上的长度L1与内侧关节面111在前后方向上的长度LAP满足上述条件时，即保证内侧关节面111的主要功能区是单半径，又能有效降低内侧衬垫110的最后侧高度，使膝关节假体在高屈曲状态下内侧髁210能够进一步后滚，提高膝关节假体的高屈曲性能，改善使用效果。
例如，L1/LAP可以为0.75、0.85、0.90、0.95，本申请的发明人通过试验研究发现当L1/LAP为上述上述数值时，可是内侧衬垫110的结构更为合理，使用效果更好。
如图5所示，第一段弧131的前侧端点为第一段弧131的最高点，第二段弧132的后侧端点为第二段弧132的最高点，第一段弧131的前侧端点高于第二段弧132的最高点。
可选地，第一段弧131的前侧端点与内侧关节面111与矢状面相交形成的截面线的最低点的垂直距离为H1，其中，5.3mm≤H1≤9.5mm，也就是说，内侧衬垫110的前唇高度大于等于5.3mm小于等于9.5mm。
另外，第二段弧132的后侧端点与截面线的最低点的垂直距离为H2，其中，1.5mm≤H2≤3.5mm，也就是说，内侧衬垫110的后唇高度大于等于1.5mm mm小于等于3.5mm。
本发明的另一实施例提供了一种全膝关节假体，全膝关节假体包括股骨假体200和胫骨衬垫100，胫骨假体200包括内侧髁210和外侧髁220，胫骨衬垫100可以为上述任一项实施例中的胫骨衬垫100。全膝关节假体还包括如图2中的胫骨托300，胫骨托300与胫骨衬垫100的远离股骨假体200的一侧相连。
进一步地，如图4所示，内侧髁210为单一半径球体，其远端面为具有单一半径的球面，可选地，第一段弧131的矢状半径RT1与内侧髁210远端的矢状半径RF之比为1.1:1-1.65:1。
本申请的发明人通过试验研究发现当第一段弧131的矢状半径RT1与内侧髁210远端的矢状半径RF满足上述条件时，可以使内侧髁210与内侧关节面111形成适合的型合度，该型合度既可保证膝关节假体以内侧为中心旋转，防止内侧髁210在高屈曲状态下异常前移；同时该型合度也为内侧髁210与内侧关节面111提供了较大的内侧接触面积，是胫骨衬垫100均匀受力。从而减少膝关节假体的磨损，延长了膝关节假体的使用寿命。
例如，第一段弧131的矢状半径RT1与内侧髁210远端的矢状半径RF之比为可以为1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1或1.65:1，使内侧髁210与内侧关节面111形成更合适的型合度。
需要说明的是，膝关节置换假体可以为图2所示的后稳定型膝关节假体或者如图6所示的后交叉韧带替代型假体。本申请对此不作限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，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发明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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种胫骨衬垫，用于在膝盖置换手术中与股骨假体的内侧髁和外侧髁相配合，其特征在于，包括：
内侧衬垫和外侧衬垫，所述内侧衬垫用于和所述内侧髁配合，所述外侧衬垫用于和所述外侧髁配合；
所述内侧衬垫的关节面与经过所述内侧衬垫的最低点的矢状面相交形成的截面线包括相连的第一段弧和第二段弧，所述第二段弧位于所述第一段弧的后侧，所述第一段弧的矢状半径小于所述第二段弧的矢状半径，所述第一段弧包括功能区，所述功能区在所述股骨假体平移和滚动期间用于与所述内侧髁接触。
2.根据权利要求1所述的胫骨衬垫，其特征在于，所述第一段弧的矢状半径与所述第二段弧的矢状半径之比大于或等于1:5。
3.根据权利要求2所述的胫骨衬垫，其特征在于，所述第一段弧的矢状半径与所述第二段弧的矢状半径之比为1:5-1:2。
4.根据权利要求1所述的胫骨衬垫，其特征在于，所述第一段弧在前后方向上的长度与所述内侧衬垫的关节面在前后方向上的长度之比的范围为0.75:1-0.95:1。
5.根据权利要求1所述的胫骨衬垫，其特征在于，所述第一段弧的前侧端点与所述截面线的最低点的垂直距离为5.3mm-9.5mm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的胫骨衬垫，其特征在于，所述第二段弧的后侧端点与所述截面线的最低点的垂直距离为1.5mm-3.5mm。
7.一种全膝关节假体，其特征在于，包括：
股骨假体，所述胫骨假体包括内侧髁和外侧髁；
胫骨衬垫，所述胫骨衬垫为根据权利要求1-6中任一项所述的胫骨衬垫。
8.根据权利要求7所述的全膝关节假体，其特征在于，所述第一段弧的矢状半径与所述内侧髁远端的矢状半径之比为1.1:1-1.65:1。
9.根据权利要求7或8所述的全膝关节假体，其特征在于，所述膝关节置换假体为后稳定型膝关节假体或者后交叉韧带替代型假体。
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