CN116919676A - 一体化踝关节假体系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种体化踝关节假体系统，涉及骨科人工关节设计制造的技术领域，该一体化踝关节假体系统，包括胫骨部件和距骨部件；所述胫骨部件位于所述距骨部件的上方，所述胫骨部件朝向所述距骨部件的下端面上设置有向内凹的内凹面；所述距骨部件朝向所述胫骨部件的上端面上设置有向外凸的外凸面；且所述内凹面与所述外凸面匹配；在所述内凹面和所述外凸面上均设置有摩擦接触面。本发明提供的一体化踝关节假体系统的胫骨部件的内凹面和距骨部件的外凸面均设置有摩擦接触面，这样有效降低胫骨部件和距骨部件之间的关节的活动磨损，利于假体与骨质更好稳定性，提高提高关节假体寿命和减少失效率。

Description

一体化踝关节假体系统

技术领域

本发明涉及骨科人工关节设计制造的技术领域，尤其是涉及一种一体化踝关节假体系统。

背景技术

随着老年社会的到来，关节疾病增多；同时由于社会进步人们对健康要求更高，关节置换的数量急剧增加。关节假体置换是一种手术治疗方法，主要目的是恢复关节功能，缓解疼痛，提高患者的生活质量。尽管关节置换手术过程及技术目前临床已标准化，但是关节置换后各种并发症时有发生，导致手术失败并需要进行手术翻修。假体与骨界面松动是造成假体失效的主要原因，假体松动的原因十分复杂，无菌性松动是最常见的术后并发症。

在关节假体失效的原因中，活动磨损是无菌性松动的最主要的原因之一。据统计，在人工关节置换术后10年内，活动磨损失效占比约为50-60％。随着使用年限的增加，活动磨损失效的占比也会逐渐增加。因此，减少关节假体的活动磨损，是提高关节假体寿命和减少失效率的重要手段之一。一些新型的人工关节材料和设计，如氧化锆陶瓷、陶瓷-金属复合材料等，可以有效减少活动磨损，提高关节假体的寿命和性能。

目前人工关节置换术所面临的重要问题是超高分子量聚乙烯组件的磨屑散布到周围组织，而引发的骨溶解现象，造成假体松动。磨耗型态分成八种，依程度共分七级，包括磨、擦痕、变形、刮痕、坑洞、层状剥落、磨穿和破裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一体化踝关节假体系统，以缓解胫骨部件和距骨部件之间的活动磨损的技术问题。

本发明提供一种一体化踝关节假体系统，包括胫骨部件和距骨部件；

所述胫骨部件位于所述距骨部件的上方，所述胫骨部件朝向所述距骨部件的下端面上设置有向内凹的内凹面；

所述距骨部件朝向所述胫骨部件的上端面上设置有向外凸的外凸面；且所述内凹面与所述外凸面匹配；

在所述内凹面和所述外凸面上均设置有摩擦接触面。

在可选的实施方式中，所述摩擦接触面的厚度为a，3μm≤a≤35μm。

在可选的实施方式中，所述摩擦接触面为金属陶瓷界面。

在可选的实施方式中，所述胫骨部件的胫骨主体和所述距骨部件的距骨主体均为锆铌合金密。

在可选的实施方式中，所述内凹面和/或所述外凸面上设置有微织构，所述微织构为凸微织构、凹微织构或复合微织构。

在可选的实施方式中，所述微织构的形状为凹六棱柱或凹圆柱。

在可选的实施方式中，所述摩擦接触面在微织构上形成。

在可选的实施方式中，所述微织构为微米级微织构和/或纳米级微织构。

在可选的实施方式中，所述胫骨部件的远离所述内凹面的一侧设置有至少一个胫骨骨小梁；

所述距骨部件的远离所述外凸面的一侧设置有至少一个距骨骨小梁；且所述胫骨部件的远离所述内凹面的一侧设置有仿松质骨微孔结构；所述距骨部件的远离所述外凸面的一侧也设置有仿松质骨微孔结构。

在可选的实施方式中，所述胫骨部件上设置三个胫骨骨小梁，所述距骨部件上设置有两个距骨骨小梁。

本发明提供的一体化踝关节假体系统的胫骨部件的内凹面和距骨部件的外凸面均设置有摩擦接触面，这样有效降低胫骨部件和距骨部件之间的关节的活动磨损，利于假体与骨质更好稳定性，提高提高关节假体寿命和减少失效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一体化踝关节假体系统的结构示意图；

图2为图1所示的一体化踝关节假体系统的胫骨部件的结构示意图；

图3为图1所示的一体化踝关节假体系统的距骨部件的结构示意图。

图标：100-胫骨部件；200-内凹面；300-胫骨骨小梁；400-距骨部件；500-外凸面；600-距骨骨小梁。

具体实施方式

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

参照图1-图3，本发明提供一种一体化踝关节假体系统，包括胫骨部件100和距骨部件400；

所述胫骨部件100位于所述距骨部件400的上方，所述胫骨部件100朝向所述距骨部件400的下端面上设置有向内凹的内凹面200；

所述距骨部件400朝向所述胫骨部件100的上端面上设置有向外凸的外凸面500；且所述内凹面200与所述外凸面500匹配；

在所述内凹面200和所述外凸面500上均设置有摩擦接触面。

在可选的实施方式中，所述摩擦接触面的厚度为a，3μm≤a≤35μm。

在可选的实施方式中，所述摩擦接触面为金属陶瓷界面。

在可选的实施方式中，所述胫骨部件100的胫骨主体和所述距骨部件400的距骨主体均为锆铌合金。

在可选的实施方式中，所述内凹面200和/或所述外凸面500上设置有微织构，所述微织构为凸微织构、凹微织构或复合微织构。

在可选的实施方式中，所述微织构的形状为凹六棱柱或凹圆柱。

在可选的实施方式中，所述摩擦接触面在微织构上形成。

该摩擦接触面在微织构上形成包含氧化锆陶瓷界面；所述内凹面200和所述外凸面500上均包含氧化锆陶瓷界面；所述内凹面200和所述外凸面500形成摩擦接触对。

在可选的实施方式中，所述微织构为微米级微织构和/或纳米级微织构。

该胫骨部件100的内凹面200和距骨部件400的外凸面500上通过使用微细铣削、车削加工和激光加工机械方法，制备出了微米级微织构和/或纳米级微织构，表面微织构的类型、分布、尺寸都可以不同，从而外凸面500和内凹面200上得到了不同形状的凹或凸微观结构或多级尺度复合结构。

复位机构即在内凹面200或外凹面上同时设置凹微织构和凸微织构。

在内凹面200和外凹面上设置微织构以后，再进行微织构的基础上进行锆铌合金氧化成金属陶瓷界面。

微织构可以为纳米级或微米级，微织构可以为按照一定规律排列的凹六棱柱或者凹圆柱等；也可以为其他规则的形状，比如正多边形等。

传统的摩擦学观点认为，表面越光洁，摩擦越小，而表面微织构减少界面摩擦、磨损有重要的影响。随着仿生学进一步发展，发现生物在长期的进化过程中，为适应艰苦环境，保护自身免受伤害体表会形成特殊的微观结构，如信鸽体表羽枝、鲨鱼的皮肤纹理、沙漠蜥蜴体表鳞片等这些微观结构的存在可以有效地减小接触表面的摩擦磨损。

微织构已被证明是一种形成抗阻减摩表面的有效手段，实验测试表明生物界具有一定规则造型的非光滑表面具有改善表面润滑状态和抗粘减摩的作用。表面微织构的类型、分布、尺寸对摩擦副的摩擦学性能有重要影响。在润滑条件下，设计加工出合理的表面微织构能够有效地改善摩擦副的摩擦性能，起到减阻减磨效果。

激光加工微织构(按一定的规律排列的微凹或微凸形状表面)既可以保持植入物材料的一系列品质，使材料的本身不发生改变，又可以大幅改善材料的综合性能。人工踝关节摩擦副之间的润滑状态由关节液中生物分子与人工关节的相互作用所决定的，而该作用与材料的润湿性能有关。润湿性是表征液体在固体表面的铺展能力，表面的亲水性和疏水性可由接触角θ的大小来定义，当θ<90°时，材料表面亲水，而θ≥90°反之。润湿性会影响润滑液在踝关节表面的浸润以及界面的滑移特性，对于可植入生物材料而言，植入物接触界面的摩擦磨损将在生理组织液中进行，微织构的存在可减少摩擦磨损。

一体化踝关节假体系统相比传统活动踝关节假体系统，其衬垫材质为超高分子量聚乙烯，锆铌合金材质的胫骨平台垫更加节约胫骨平台截骨量，为患者进一步翻修保留了更多骨量。

锆铌合金材质的胫骨平台垫可避免因超高分子量聚乙烯磨损产生的碎屑造成骨溶解，进而引发假体松动的风险。

踝关节假体系统均为锆铌合金材质，其摩擦界面为具有微织构的陶瓷层，更加耐磨。胫骨部件100和距骨部件400的摩擦界面与骨整合界面双功能一体化，提升假体耐磨性、长期稳定性。

参照图2和图3，在可选的实施方式中，所述胫骨部件100的远离所述内凹面200的一侧设置有至少一个胫骨骨小梁300；

所述距骨部件400的远离所述外凸面500的一侧设置有至少一个距骨骨小梁600；

且所述胫骨部件100的远离所述内凹面200的一侧设置有仿松质骨微孔结构；所述距骨部件400的远离所述外凸面500的一侧也设置有仿松质骨微孔结构。

在可选的实施方式中，所述胫骨部件100上设置三个胫骨骨小梁300，所述距骨部件400上设置有两个距骨骨小梁600。

胫骨部件100上设置的胫骨骨小梁300和距骨部件400上设置的距骨骨小梁600具有优异生物相容性，并且骨小梁结构界面有利于与骨界面整合。

本发明提供的一体化踝关节假体系统的胫骨部件100的内凹面200和距骨部件400的外凸面500均设置有摩擦接触面，这样有效降低胫骨部件100和距骨部件400之间的关节的活动磨损，利于假体与骨质更好稳定性，提高提高关节假体寿命和减少失效率。

胫骨部件100和距骨部件400制备方法包括下列步骤：以锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型得到带有骨小梁的含氧化层锆铌合金假体的第一中间产物，将所述第一中间产物放入热等静压炉，在惰性气体保护下，升温至1250℃-1400℃，在40MPa-180MPa，恒温放置1h-3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到第二中间产物；

将第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温，得到第三中间产物；

将第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温；得第四中间产物；

将第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，得第五中间产物，所述第五中间产物踝关节假体关节表面的粗糙度Ra≤0.050μm；

将第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％-15％的常压惰性气体，以5℃/min-20℃/min加热至500℃-700℃，以0.4℃/min-0.9℃/min降温至400℃-495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到带有骨小梁的含氧化层锆铌合金胫骨平台假体。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种一体化踝关节假体系统，其特征在于，包括胫骨部件(100)和距骨部件(400)；

所述胫骨部件(100)位于所述距骨部件(400)的上方，所述胫骨部件(100)朝向所述距骨部件(400)的下端面上设置有向内凹的内凹面(200)；

所述距骨部件(400)朝向所述胫骨部件(100)的上端面上设置有向外凸的外凸面(500)；且所述内凹面(200)与所述外凸面(500)匹配；

在所述内凹面(200)和所述外凸面(500)上均设置有摩擦接触面。

2.根据权利要求1所述的一体化踝关节假体系统，其特征在于，所述摩擦接触面的厚度为a，3μm≤a≤35μm。

3.根据权利要求2所述的一体化踝关节假体系统，其特征在于，所述摩擦接触面为金属陶瓷界面。

4.根据权利要求1所述的一体化踝关节假体系统，其特征在于，所述胫骨部件(100)的胫骨主体和所述距骨部件(400)的距骨主体均为锆铌合金。

5.根据权利要求1所述的一体化踝关节假体系统，其特征在于，所述内凹面(200)和/或所述外凸面(500)上设置有微织构，所述微织构为凸微织构、凹微织构或复合微织构。

6.根据权利要求5所述的一体化踝关节假体系统，其特征在于，所述微织构的形状为凹六棱柱或凹圆柱。

7.根据权利要求5所述的一体化踝关节假体系统，其特征在于，所述摩擦接触面在微织构上形成。

8.根据权利要求5所述的一体化踝关节假体系统，其特征在于，所述微织构为微米级微织构和/或纳米级微织构。

9.根据权利要求1所述的一体化踝关节假体系统，其特征在于，所述胫骨部件(100)的远离所述内凹面(200)的一侧设置有至少一个胫骨骨小梁(300)；

所述距骨部件(400)的远离所述外凸面(500)的一侧设置有至少一个距骨骨小梁(600)；

且所述胫骨部件(100)的远离所述内凹面(200)的一侧设置有仿松质骨微孔结构；所述距骨部件(400)的远离所述外凸面(500)的一侧也设置有仿松质骨微孔结构。

10.根据权利要求9所述的一体化踝关节假体系统，其特征在于，所述胫骨部件(100)上设置三个胫骨骨小梁(300)，所述距骨部件(400)上设置有两个距骨骨小梁(600)。