CN1267069C - 假体膝关节 - Google Patents

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Abstract

股骨部件(1)包括一对相同且横向间隔开的股骨骨节部分(10、12)，各股骨骨节部分的横向型面为平滑凸出弯曲形，以便大致近似于解剖学上的股骨骨节的曲率。骨节间凹口(16)的顶部(16a)大致平直，并大致水平。凸轮从动件表面(20)位于凹口(16)附近，并在股骨部件(1)的前侧。股骨部件的“嵌套”支承使得假体关节稳定，且还能够前后平动、横向的弯曲和转动。

Description

假体膝关节
发明领域
本发明涉及一种具有股骨和胫骨部件的假体膝关节。
发明背景
在美国专利No.4298992和5702458中公开了一种假体膝关节，在这些专利中，本发明人署名为共同发明人。
发明简介
本发明涉及一种假体膝关节，该假体膝关节与现有技术的假体相比可提供更大程度的膝盖弯曲性。这可以通过使胫骨部件和股骨部件之间的接触点在股骨(在此为股骨部件)弯曲至最大可能的弯曲角度时靠近胫骨部件的后边缘而实现。不过，在最大可能弯曲角度时使胫骨部件和股骨部件之间的接触点靠近胫骨部件的后边缘将可能损害该假体关节的机械功能。在股骨骨节和胫骨骨节之间的接触面积可能减小，从而增加接触应力，并可能增加关节磨损。还有，在极度弯曲时，在股骨骨节中部或侧部(或者中部和侧部)处，股骨部件可能并不与它的胫骨对应部分接触。当胫骨和股骨彼此相对旋转时可能出现这种情况，这时，承受负载的胫骨骨节的后边缘可能发生边缘负载。
除了胫骨部件和股骨部件的其它承载表面外(这些承载表面是胫骨骨节和股骨骨节的中部、胫骨骨节和股骨骨节的侧部以及中心胫骨和股骨凸轮表面)，本发明的假体膝关节还包括辅助承载表面。该对辅助承载表面在胫骨部件上布置在中心凸轮(cam)的后侧(即在膝关节的后侧)并在胫骨骨节之间的中心处，而在股骨部件上则布置在股骨中心凸轮表面的后侧并在股骨骨节之间的中心处。
预计在本发明的假体膝关节的正常机械操作情况下，也就是在没有表面磨损或变形，且并没有在较高弯曲角度(即大于120度，优选是大于125度)下转动时，辅助承载表面将不传递负载，或者将只传递很小负载。不过，当磨损至一定程度或者在较高弯曲角度下在胫骨部件和股骨部件之间发生向内/向外转动时，胫骨和股骨的辅助承载表面将彼此接触并传递负载，以便使关节稳定。
当膝盖运动至较高弯曲角度，然后股骨和胫骨之间进行转动时，一个股骨骨节离开相应胫骨骨节的后边缘，导致在辅助承载表面对之间发生接触和承载。这防止关节内翻/外翻运动，从而使膝关节稳定，并有效传递关节负载。
膝关节在较高弯曲角度时的相对较小接触表面可能导致关节表面磨损或关节表面冷变形。这可能导致支承厚度减小。当中间或侧部胫骨骨节厚度减小时，辅助支承表面对将进行接触，并传递一部分关节负载。
股骨凸轮的辅助表面也可以增加股骨相对于胫骨的“跳动高度”。跳动高度是用于解释正常接触的胫骨和股骨之间所需的分离量的术语，它将使股骨能够向前运动和跳过胫骨凸轮。不希望发生这种称为脱臼的情况。因此，希望跳动高度能够最大，以便防止在较高弯曲角度时发生脱臼。因为在较高弯曲角度时股骨凸轮的辅助承载表面靠近保持在部件的关节表面的后侧边界内，因此增大跳动高度。
附图的简要说明
图1、2和3分别是股骨部件的俯视图、侧视图和后视图；
图4、5和6分别是胫骨部件的俯视图、侧视图和后视图；以及
图7是股骨部件的骨节和凸轮促动器的俯视图。
实施例的详细说明
股骨部件包括一对相同且横向间隔开的股骨骨节部分10和12，各股骨骨节部分的横向型面为平滑凸出弯曲形，以便大致近似于解剖学上的股骨骨节的曲率，且各股骨骨节部分整个沿它的前后延伸方向向中间凸出弯曲。骨节部分的前部与膝盖骨部分14的横向弯曲凸出部分14a和14b平滑汇合，该膝盖骨部分14的中部14c为凹凸形(concaveand convex)，并在它的内端处与盒状的骨节间部分16的上壁或顶部相交，该骨节间部分16与膝盖骨部分14一起与骨节部分相连。该凹口的一对横向间隔开的侧壁16b、16c使该顶部16a的边缘与骨节部分的内部边缘连接。在骨节间部分16的顶部16a中的可选开口18允许骨组织进入，并用于使该部件更好地与解剖结构和系统结合。
对着股骨的股骨部件表面为大致平直，当各骨节部分10和12的“小平面”的边界可以有小肋或凸缘时，将提供键效果，它使得该部件牢固保持在用于将该部件安装在股骨上的粘接剂上。该袋状特征也可用于小珠(bead)或其它生物安装表面。
骨节间凹口16的顶部16a大致平直(尽管它在两个平表面之间有稍微的突变)，并大致水平(平行于标称基平面)。凸轮从动件表面20位于凹口16附近，并在股骨部件1的前侧。凸轮从动件表面20位于骨节部分10和12之间。从凹口16的底侧开始，凸轮从动件表面提供有弯曲表面20a，该弯曲表面20a与基本平直的部分20b汇合，该基本平直的部分20b再在20c处向内弯曲，以便与上部凹口表面19汇合。凸轮从动件表面的尺寸为这样，与它在上部弯曲表面20c附近的延伸程度相比，它在下部弯曲表面20a附近沿向后的延伸稍微更大，如图2所示。
优选是，股骨部件由外科等级的耐久金属制成，例如316L不锈钢或满足ASTM标准#F75的铬-钴-钼合金。它也可以由生物兼容的聚合物制成。在骨头外部的表面都高度磨光。股骨部件可以相对于垂直且沿前后方向的中心平面对称，因此它可以用于任意膝盖。它也可以不对称(即专用于右侧或左侧膝盖)。
胫骨部件2(图4至6)优选是由外科等级的低摩擦、高密度、低磨损塑料制成，例如GUR4150 GUR4120或其它已知适于这些用途的树脂。该胫骨部件也相对于垂直且沿前后方向的中心平面对称，以便用于右侧或左侧。它包括椭圆形、圆角的盘状平台部分30，该盘状平台部分30的上表面可以平直。一对横向间隔开的椭圆形凹面32和34各自接收一个股骨骨节部分。股骨部件的“嵌套”支承使得假体关节稳定，且还能够前后平动、横向的弯曲和转动，所有这些都是解剖学上的膝关节的正常功能。该横向曲率稍微大于股骨骨节部分的横向曲率。
基座状固定部分36从平台部分30的底表面伸出，以便能安装在以已知方式固定在胫骨上的金属胫骨支架上。
稳定杆42在凹面32、34之间从平台部分30向上延伸，并布置成在装配这些部件时容纳于骨节间凹口16内。杆42的横向截面大致为三角形，有：平直、平行的侧表面42b；凹形凸轮表面42a，该凹形凸轮表面42a在后表面的内部；以及前表面，该前表面向前倾斜，优选是与标称参考平面成锐角，该标称参考平面垂直于延伸支脚的标称轴线。稳定杆42的侧表面离股骨骨节间凹口的侧壁足够距离，以便使假体膝关节能够进行正常的横向弯曲和转动。
胫骨部件2还提供有表面44，该表面44位于部件的后侧区域，靠近稳定杆42和靠近凸轮表面42a。表面44在胫骨骨节32和34之间的中心处，侧壁46确定了表面44的侧边缘。表面44从靠近凸轮表面42a处的下部区域向上倾斜至位于胫骨部件的后表面的边缘30a处的上部区域。
本发明的辅助承载表面包括凸轮从动件20和表面44。当股骨骨节部分10和12通过凹面32和34旋转时，凸轮从动表面20与凹形凸轮表面42a配合。当弯曲程度增加时，股骨骨节部分的上表面10a、12a开始与凹面32、34配合。凸轮从动表面的下部弯曲部分20a保持与凸轮表面42a配合，而在凸轮从动表面的平直部分20b和表面44之间存在间隙。不过，这两表面可以彼此紧密靠近。优选是，在正常情况下，该间隙的尺寸为0.01至0.4毫米(可能发生某些接触，但是将不承受负载)。在本发明的假体膝关节中，该结构能够用于进行较高程度的弯曲。
在本发明的假体膝关节的正常机械工作情况下，也就是在没有表面磨损或冷变形(cold flow)，且没有在较高弯曲角度(即大于120度，优选是大于125度)下转动时，辅助承载表面并不传递负载，或者将只传递很小负载。不过，当磨损至一定程度时，或者在较高弯曲角度下在胫骨部件和股骨部件之间进行转动或冷变形时，凸轮从动表面20和凹口44(分别为股骨和胫骨辅助承载表面)将彼此接触并传递负载，以便使关节稳定。
当膝盖运动至较高弯曲角度，且股骨和胫骨之间进行转动时，一个股骨骨节(例如10)离开相应胫骨骨节(例如32)的后边缘，导致在辅助承载表面20和44之间发生接触和承载。这防止关节内翻/外翻运动，从而使膝关节稳定，并有效传递关节负载。
膝关节在较高弯曲角度时的相对较小接触表面可能导致关节表面磨损或关节表面冷变形。这可能导致支承厚度减小。当中间或侧部胫骨骨节厚度减小时，辅助支承表面对将进行接触，并传递一部分关节负载。
股骨凸轮的辅助表面也可以增加股骨相对于胫骨的“跳动高度”。跳动高度是用于解释正常接触的胫骨和股骨之间所需的分离量的术语，它将使股骨能够向前运动和跳过胫骨凸轮。不希望发生这种称为脱臼的情况。因此，希望跳动高度能够最大，以便防止在较高弯曲角度时发生脱臼。因为在较高弯曲角度时股骨凸轮的辅助承载表面(凸轮从动件20)靠近保持在部件的关节表面的后侧边界内，因此增大跳动高度。

Claims (16)

1.一种膝关节假体，包括：
股骨部件，该股骨部件有前侧和后侧，该股骨部件包括：一对横向间隔开的骨节部分，各骨节部分有这样的表面，该表面沿前后方向凸出地弯曲，以便大致与解剖学上的股骨骨节的横向型面匹配，且该表面在它的整个前后延伸区域中横向凸出地弯曲；以及骨节间凹口，该骨节间凹口连接骨节部分；
凸轮从动件表面，该凸轮从动件表面位于所述凹口附近、在股骨部件后侧并在骨节部分之间，该凸轮从动件表面的尺寸设置为这样，即，与上部凸轮从动件表面区域相比时，在下部凸轮从动件表面区域中沿向后方向的延伸程度更大；
胫骨部件，该胫骨部件有前侧和后侧，该胫骨部件包括：平台，该平台在它的上表面上有第一和第二横向间隔开的凹面，各凹面适于接收股骨部件的一个骨节部分；胫骨杆，该胫骨杆用于容纳于股骨部件的骨节间凹口内，并有在它下端处的凸轮表面；辅助承载表面，该辅助承载表面位于凸轮表面的后面并在第一和第二凹面之间，该辅助承载表面靠近凸轮表面；该辅助承载表面的型面与凸轮从动件表面的型面互补；
其中，在安装膝关节假体时，股骨部件的横向间隔开的骨节部分位于胫骨部件的第一和第二凹面上，并布置成使得股骨部件能够相对于胫骨部件旋转；以及
在膝关节假体的正常机械操作中股骨部件转动时，凸轮从动件表面与凸轮表面配合，且该凸轮从动件表面并不向辅助承载表面传递关节稳定负载。
2.根据权利要求1所述的膝关节假体，其中：凸轮从动件表面提供有在下部凸轮从动件表面区域上的弯曲表面，该弯曲表面与基本平直的部分汇合，该基本平直的部分与在上部凸轮从动件表面区域处的弯曲表面汇合。
3.根据权利要求1所述的膝关节假体，其中：当股骨部件在较大弯曲角度下转动时，在凸轮从动件表面和辅助承载表面之间有间隙。
4.根据权利要求3所述的膝关节假体，其中：当股骨部件在较大弯曲角度下转动时，该间隙的尺寸为从0.01至0.4毫米。
5.根据权利要求1所述的膝关节假体，其中：辅助承载表面与凸轮表面汇合。
6.根据权利要求1所述的膝关节假体，其中：辅助承载表面有侧壁，该侧壁确定了辅助承载表面的侧边缘；且辅助承载表面有向上斜面，该向上斜面从靠近凸轮表面的区域到位于胫骨部件后表面边缘处的上部区域。
7.一种膝关节假体，包括：
股骨部件，该股骨部件有前侧和后侧，该股骨部件包括：一对横向间隔开的骨节部分，各骨节部分有这样的表面，该表面沿前后方向平滑地凸出地弯曲，以便大致与解剖学上的股骨骨节的横向型面匹配，且该表面在它的整个前后延伸区域中平滑地横向凸出地弯曲；以及骨节间凹口，该骨节间凹口连接骨节部分；
凸轮从动件表面，该凸轮从动件表面位于所述凹口附近、在股骨部件后侧并在骨节部分之间，该凸轮从动件表面的尺寸设置为这样，即，与上部凸轮从动件表面区域相比时，在下部凸轮从动件表面区域中沿向后方向的延伸程度更大；
胫骨部件，该胫骨部件有前侧和后侧，该胫骨部件包括：平台，该平台在它的上表面上有第一和第二横向间隔开的凹面，各凹面适于以互补关系接收股骨部件的一个骨节部分；胫骨杆，该胫骨杆从平台向上延伸，该胫骨杆位于凹面之间，用于容纳于股骨部件的骨节间凹口内，并有在它下端处的凹形弯曲的凸轮表面；辅助承载表面，该辅助承载表面位于凸轮表面的后面并在第一和第二凹面之间，该辅助承载表面靠近凸轮表面；该辅助承载表面的型面与凸轮从动件表面的型面互补；
其中，在安装膝关节假体时，股骨部件的横向间隔开的骨节部分位于胫骨部件的第一和第二凹面上，并布置成使得股骨部件能够相对于胫骨部件旋转；以及
在膝关节假体的正常机械操作中股骨部件转动时，凸轮从动件表面与凸轮表面配合，且该凸轮从动件表面并不向辅助承载表面传递关节稳定负载。
8.根据权利要求7所述的膝关节假体，其中：凸轮从动件表面提供有在下部凸轮从动件表面区域上的弯曲表面，该弯曲表面与基本平直的部分汇合，该基本平直的部分与在上部凸轮从动件表面区域处的弯曲表面汇合。
9.根据权利要求7所述的膝关节假体，其中：当股骨部件在较大弯曲角度下转动时，在凸轮从动件表面和辅助承载表面之间有间隙。
10.根据权利要求9所述的膝关节假体，其中：当股骨部件在较大弯曲角度下转动时，该间隙的尺寸为从0.01至0.4毫米。
11.根据权利要求7所述的膝关节假体，其中：辅助承载表面与凸轮表面汇合。
12.根据权利要求7所述的膝关节假体，其中：辅助承载表面有侧壁，该侧壁确定了该表面的侧边缘；且该表面有向上斜面，该向上斜面从靠近凸轮表面的区域到位于胫骨部件后表面边缘处的上部区域。
13.一种膝关节假体，包括：
股骨部件，该股骨部件有前侧和后侧，该股骨部件包括：一对横向间隔开的骨节部分，各骨节部分有这样的表面，该表面沿前后方向凸出地弯曲，以便大致与解剖学上的股骨骨节的横向型面匹配，且该表面在它的整个前后延伸区域中横向凸出地弯曲；以及骨节间凹口，该骨节间凹口连接骨节部分；
凸轮从动件表面，该凸轮从动件表面位于所述凹口附近、在股骨部件后侧并在骨节部分之间，该凸轮从动件表面的尺寸设置为这样，即，与上部凸轮从动件表面区域相比时，在下部凸轮从动件表面区域中沿向后方向的延伸程度更大；
胫骨部件，该胫骨部件有前侧和后侧，该胫骨部件包括：平台，该平台在它的上表面上有第一和第二横向间隔开的凹面，各凹面适于接收股骨部件的一个骨节部分；胫骨杆，该胫骨杆用于容纳于股骨部件的骨节间凹口内，并有在它下端处的凸轮表面；辅助承载表面，该辅助承载表面位于凸轮表面的后面并在第一和第二凹面之间，该辅助承载表面靠近凸轮表面；该辅助承载表面的型面与凸轮从动件表面的型面互补；
其中，在安装膝关节假体时，股骨部件的横向间隔开的骨节部分位于胫骨部件的第一和第二凹面上，并布置成使得股骨部件能够相对于胫骨部件旋转；以及
当股骨部件在胫骨部件表面磨损、冷变形或病人的股骨和胫骨之间旋转的状态下在较高弯曲角度下转动时，凸轮从动件表面和辅助承载表面以承载关系彼此接触。
14.根据权利要求13所述的膝关节假体，其中：凸轮从动件表面提供有在下部凸轮从动件表面区域上的弯曲表面，该弯曲表面与基本平直的部分汇合，该基本平直的部分与在上部凸轮从动件表面区域处的弯曲表面汇合。
15.根据权利要求13所述的膝关节假体，其中：辅助承载表面有侧壁，该侧壁确定了辅助承载表面的侧边缘，该表面有向上斜面，该向上斜面从靠近凸轮表面的区域到位于胫骨部件后表面边缘处的上部区域。
16.根据权利要求13所述的膝关节假体，其中：辅助承载表面与凸轮表面汇合。
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