CN207575295U - 低弹性模量股骨柄 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种低弹性模量股骨柄，包括头部、颈部和柄体，低弹性模量股骨柄还包括一体成型在柄体内的弹性结构，弹性结构的延伸方向与柄体的延伸方向相一致。本实用新型的技术方案有效地解决了现有技术中的低弹性模量股骨柄制作工艺复杂的问题。

Description

低弹性模量股骨柄

技术领域

本实用新型涉及医疗器械中人工关节的技术领域，具体而言，涉及一种低弹性模量股骨柄。

背景技术

目前，人工髋关节置换手术目前在医学界已成为一种较为普遍的外科手术，它让无数患有终期骨关节疾病的病人重新恢复正常的生活。2007年权威医学杂志《Lancet》发表的评述性文章，甚至将人工髋关节置换术称为“世纪性的手术”(The Operation of TheCentury)。人工关节置换术是指采用金属、高分子聚乙烯、陶瓷等材料，根据人体关节的形态、构造及功能制成人工关节假体，通过外科技术植入人体内，从而代替患病关节，达到缓解关节疼痛、恢复关节功能的目的。人工关节假体需要在人体内长期发挥效能，因此，“长期”、“有效”是人工髋关节置换术追求的目标。通常采用的假体材料为不锈钢、钴合金，也有使用生物学陶瓷，它们共同的缺陷是弹性模量太高，如不锈钢与钴合金的弹性模量则高达200GPa以上，而皮质骨与松质骨的弹性模量分别只有15GPa和1.5GPa左右。从上述数据得出：金属材料或陶瓷材料的弹性模量是骨组织的十几倍甚至几十倍，用上述材料制作的植入物假体力学性能与宿主骨组织无法相互匹配，植入物假体材料与宿主骨组织之间的弹性模量不匹配将容易造成应力集中和应力遮挡现象。其中，应力遮挡是一个基本的固体力学问题，当宿主骨组织与植入物假体相连接时，二者平行负重，则硬度较高的假体承受了大部分的负荷。应力遮挡使得植入物假体材料和宿主骨组织的接合处缺乏必要的应力刺激，进而导致植入物周围的骨吸收大于骨形成，延缓骨痂的形成，并可能导致植入体产生无菌松动及断裂等一系列并发症。

为了使植入物假体材料的弹性模量尽可能与骨组织接近和匹配，国内外的相关研究者开始尝试采用多孔制备技术去模拟骨组织的微观特征，制备三维多孔植入材料，用于降低植入体的弹性模量。但这种制作工艺较复杂，不能一次性完成制备。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种低弹性模量股骨柄，以解决现有技术中的低弹性模量股骨柄制作工艺复杂的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种低弹性模量股骨柄，包括头部、颈部和柄体，低弹性模量股骨柄还包括一体成型在柄体内的弹性结构，弹性结构的延伸方向与柄体的延伸方向相一致。

进一步地，弹性结构为波纹状结构或者折板结构。

进一步地，位于弹性结构的延伸方向左侧的所有边缘顶点的第一连线与柄体的内侧边缘形状相一致；位于弹性结构的延伸方向右侧的所有边缘顶点的第二连线与柄体的外侧边缘形状相一致。

进一步地，弹性结构为波纹状结构，弹性结构为弹性板，弹性板弯曲后形成波纹状结构。

进一步地，柄体的周向侧壁上设置有多个槽状结构。

进一步地，槽状结构设置在柄体的内侧和/或外侧。

进一步地，槽状结构的槽底与波纹状结构具有预定距离。

进一步地，柄体的上部长度L₁的长度范围为1/4至1/3的柄体的总长L₀，柄体的中部长度L₂的长度范围为1/4至1/3的柄体的总长L₀，柄体的下部长度L₃的长度范围为1/2至1/3的柄体的总长L₀。

进一步地，槽状结构的槽宽L₁₁的尺寸范围为0.2至1mm。

进一步地，两个相邻的槽状结构之间的距离为层厚L₁₂，层厚L₁₂的尺寸范围为1至5mm。

进一步地，低弹性模量股骨柄的外表面采用生物涂层。

应用本实用新型的技术方案，低弹性模量股骨柄包括头部、颈部和柄体。其中，低弹性模量股骨柄还包括一体成型在柄体内的弹性结构，弹性结构的延伸方向与柄体的延伸方向相一致。在本申请中，低弹性模量股骨柄的柄体内一体成型有与柄体的延伸方向相一致的弹性结构，与现有技术中的制备多孔植入股骨柄相比，不仅降低了股骨柄的弹性模量，还使得股骨柄的制作工艺更加简化。这样，本申请中的低弹性模量股骨柄不仅具有能够与宿主骨组织的弹性模量相匹配的低弹性模量，减少现有股骨柄中应力集中和应力遮挡引起的不良效应，如宿主骨组织吸收、萎缩、疏松，股骨柄松动等，进而减轻患者痛苦。同时，本申请中的低弹性模量股骨柄的制作加工更加简便、快捷，使得股骨柄在生物医学领域得到更好的应用。

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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的低弹性模量股骨柄的实施例的主视图；

图2示出了图1中的低弹性模量股骨柄的透视图；

图3示出了图2中的低弹性模量股骨柄的A处放大图；

图4示出了图2中的弹性结构的立体结构示意图；以及

图5示出了图4中的弹性结构的主视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、头部；12、颈部；13、柄体；131、槽状结构；20、弹性结构；21、第一连线；22、第二连线；L₀、总长；L₁、上部长度；L₂、中部长度；L₃、下部长度；L₁₁、槽宽；L₁₂、层厚。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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实用新型的范围。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，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。

图1示出了根据本实用新型的低弹性模量股骨柄的实施例的主视图，图2示出了图1中的低弹性模量股骨柄的透视图，图3示出了图2中的低弹性模量股骨柄的A处放大图，图4示出了图2中的弹性结构的立体结构示意图，图5示出了图4中的弹性结构的主视图。如图1至图5所示，本实施例的低弹性模量股骨柄包括头部11、颈部12和柄体13，低弹性模量股骨柄还包括一体成型在柄体13内的弹性结构20，弹性结构20的延伸方向与柄体13的延伸方向相一致。

应用本实施例的技术方案，在本实施例中，低弹性模量股骨柄的柄体13内一体成型有与柄体13的延伸方向相一致的弹性结构20，与现有技术中的制备多孔植入股骨柄相比，不仅降低了股骨柄的弹性模量，还使得股骨柄的制作工艺更加简化。这样，本实施例中的低弹性模量股骨柄不仅具有能够与宿主骨组织的弹性模量相匹配的低弹性模量，减少现有股骨柄中应力集中和应力遮挡引起的不良效应，如宿主骨组织吸收、萎缩、疏松，股骨柄松动等，进而减轻患者痛苦。同时，本实施例中的低弹性模量股骨柄的制作加工更加简便、快捷，使得股骨柄在生物医学领域得到更好的应用。

需要说明的是，柄体13与弹性结构20的材质可以为同一种材质，也可以为不同材质。

弹性结构自身材质的弹性模量范围为20～100GPa。

需要说明的是，在本申请中，低弹性模量是指材料的弹性模量范围在20～100GPa内。

在本实施例的低弹性模量股骨柄中，在低弹性模量股骨柄插入股骨的骨髓腔后，低弹性模量股骨柄与股骨头装配后与髋关节窝(髋臼杯)连接，则低弹性模量股骨柄靠近髋关节窝(髋臼杯)的一侧为其内侧，低弹性模量股骨柄远离髋关节窝(髋臼杯)的一侧为其外侧。低弹性模量股骨柄的内侧受到压应力，外侧受到张应力，且应力最大处集中在柄体13上，则柄体13上较易发生应力遮挡。

如图2、图4及图5所示，在本实施例的低弹性模量股骨柄中，弹性结构20为波纹状结构。具体地，波纹状结构的延伸方向与柄体13的延伸方向相一致，上述设置能够降低最大应力集中处，即柄体13的弹性模量，降低柄体13的硬度，从而减少柄体13处发生应力遮挡的风险，降低股骨柄周围宿主骨组织的骨吸收、骨萎缩概率，防止股骨柄与宿主骨组织的连接松动。波纹状结构的结构简单，容易加工。

在附图中未示出的其他实施方式中，弹性结构为折板结构。具体地，折板结构的延伸方向与柄体的延伸方向相一致，上述设置能够降低最大应力集中处，即柄体的弹性模量，降低柄体的硬度，从而减少柄体处发生应力遮挡的风险，降低股骨柄周围宿主骨组织的骨吸收、骨萎缩概率，防止股骨柄与宿主骨组织的连接松动。折板结构的结构简单，容易加工。

如图2所示，在本实施例的低弹性模量股骨柄中，位于弹性结构20的延伸方向左侧的所有边缘顶点的第一连线21与柄体13的内侧边缘形状相一致。位于弹性结构20的延伸方向右侧的所有边缘顶点的第二连线22与柄体13的外侧边缘形状相一致。具体地，弹性结构20的延伸方向左侧靠近柄体13的内侧，弹性结构20的延伸方向右侧靠近柄体13的外侧。上述设置能够较大程度的降低柄体13的弹性模量，使得股骨柄的弹性模量与宿主骨组织的弹性模量相匹配，从而降低股骨柄与宿主骨组织松动的风险。

如图2至图5所示，在本实施例的低弹性模量股骨柄中，弹性结构20为波纹状结构，弹性结构20为弹性板，弹性板弯曲后形成波纹状结构。上述加工方式较为简单，方便加工。波纹状结构的厚度可以设计成不同的尺寸，以调整股骨柄整体的弹性模量，从而使得股骨柄的弹性模量与宿主骨组织的弹性模量相匹配。

具体地，当柄体13与弹性结构20的材质不同时，低弹性模量股骨柄采用的加工方法为：采用激光或高能电子束加工方法熔融成型，或者用压铸、熔模铸造方法成型，还可以采用粉末烧结方法形成。本实施例中采用熔模铸造的加工方法加工低弹性模量股骨柄，即先在股骨柄模型中放入波纹状结构，之后波纹状结构与股骨柄一起出模，进而完成低弹性模量股骨柄的加工制作。这样，波纹状结构为板状结构，不仅保证了较低的弹性模量，还具有较高的抗轴向旋转能力，使得波纹状结构在股骨柄加工过程、使用过程中均不会相对于股骨柄发生转动，从而保证股骨柄的结构稳定性，使得股骨柄能够起到支撑和带动其他骨骼活动的作用。

具体地，当柄体13与弹性结构20的材质相同时，优选地，可以采用钛合金材质，则股骨柄可以采用3D打印技术形成，使得股骨柄的加工更加容易。

如图1至图3所示，在本实施例的低弹性模量股骨柄中，柄体13的周向侧壁上设置有多个槽状结构131。低弹性模量股骨柄与股骨头装配后并与髋关节窝(髋臼杯)连接后，多个槽状结构131将柄体13的周向侧壁上受到的应力转化为槽状结构131内的压缩应力，从而降低了柄体13甚至股骨柄断裂的风险，延长股骨柄的使用寿命。

如图1至图3所示，在本实施例的低弹性模量股骨柄中，槽状结构131设置在柄体13的内侧和外侧。具体地，低弹性模量股骨柄与股骨头装配后并与髋关节窝(髋臼杯)连接后，多个槽状结构131将柄体13内侧受到的压应力和外侧受到的张应力转化为槽状结构131内的压缩应力，从而降低了柄体13甚至低弹性模量股骨柄断裂的风险，延长低弹性模量股骨柄的使用寿命。此外，只在柄体13的内、外侧设置槽状结构131降低了加工难度。

可选地，槽状结构131通过线切割或者激光切割方式制作。线切割是轮廓切割加工，无需设计和制造成型工具电极，大大的降低了低弹性模量股骨柄的加工费用，缩短了生产周期，且加工精度较高。激光切割具有切割速度快、切割质量高等优点，使得被切割后的低弹性模量股骨柄变形小，振动小，良好的保证了低弹性模量股骨柄的结构强度。因此，以上两种加工方式均可作为低弹性模量股骨柄的槽状结构131的加工方式。

如图2和图3所示，在本实施例的低弹性模量股骨柄中，槽状结构131的槽底与波纹状结构具有预定距离。具体地，槽状结构131设置在柄体13的内侧和外侧，则槽状结构131的槽底所在的平面与波纹状结构所在的平面相垂直。上述设置能够保证加工槽状结构131的过程中不会将波纹状结构切除，从而保证股骨柄的低弹性模量，降低股骨柄与宿主骨组织之间松动的风险，减轻患者痛苦。

如图1和图2所示，在本实施例的低弹性模量股骨柄中，柄体13的上部长度L₁的长度范围为1/4至1/3的柄体13的总长L₀，柄体13的中部长度L₂的长度范围为1/4至1/3的柄体13的总长L₀，柄体13的下部长度L₃的长度范围为1/2至1/3的柄体13的总长L₀。具体地，低弹性模量股骨柄与股骨头装配后并与髋关节窝(髋臼杯)连接后，柄体13的内侧受到压应力，因此，为了防止柄体13发生断裂，需要将柄体13的上部横截面的径向尺寸增加，同时为了保证低弹性模量股骨柄的整体结构强度，柄体13的上部横截面的径向尺寸大于中部横截面和下部横截面的径向尺寸。

可选地，L₀的取值范围为100至280mm。

如图1至图3所示，在本实施例的低弹性模量股骨柄中，槽状结构131的槽宽L₁₁的尺寸范围为0.2至1mm。

如图1至图3所示，在本实施例的低弹性模量股骨柄中，两个相邻的槽状结构131之间的距离为层厚L₁₂，层厚L₁₂的尺寸范围为1至5mm。具体地，层厚L₁₂为相邻的两个槽状结构131之间距离最近的两个槽壁间距。

在本实施例中，柄体13的上部、中部及下部上的槽状结构131的槽宽L₁₁和层厚L₁₂均相等，使得槽状结构131的加工更加简便、快捷。

需要说明的是，柄体13的上部、中部及下部上的槽状结构131的槽宽L₁₁和层厚L₁₂可以不同。可选地，槽宽L₁₁及层厚L₁₂可以根据低弹性模量股骨柄的不同部分(上、中、下部)设计成不同的尺寸，从而有效的调整低弹性模量股骨柄不同部分的承受应力，提高低弹性模量股骨柄的结构强度。

在本实施例的低弹性模量股骨柄中，低弹性模量股骨柄的外表面采用生物涂层。优选地，低弹性模量股骨柄采用全涂层模式。生物涂层能够增强股骨柄与宿主骨组织的结合强度，有利于降低股骨柄与宿主骨组织的松动风险。此外，全涂层能够配合股骨柄不同部分(上、中、下部)的弹性模量，同时，能够避免现有技术中股骨柄远端不设置涂层且采用近端固定导致的应力遮挡问题。这样，全涂层和低弹性模量同时发挥作用，从而降低股骨柄上应力遮挡发生的风险。

需要说明的是，应力遮挡是一个基本的固体力学问题，当骨与金属假体相连接，二者平行负重，硬度较高的假体承受的大部分的负荷。因为常规假体的弹性模量(120GPa)远大于人体骨骼的弹性模量(20GPa)，所以容易出现应力遮挡，当骨骼被应力遮挡时，骨骼容易被吸收而逐步消失。因此，降低股骨柄的弹性模量具有现实意义，也是本专利的价值。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

在本申请中，低弹性模量股骨柄的柄体内一体成型有与柄体的延伸方向相一致的弹性结构，与现有技术中的制备多孔植入股骨柄相比，不仅降低了股骨柄的弹性模量，还使得股骨柄的制作工艺更加简化。这样，本申请中的低弹性模量股骨柄不仅具有能够与宿主骨组织的弹性模量相匹配的低弹性模量，减少现有股骨柄中应力集中和应力遮挡引起的不良效应，如宿主骨组织吸收、萎缩、疏松，股骨柄松动等，进而减轻患者痛苦。同时，本申请中的低弹性模量股骨柄的制作加工更加简便、快捷，使得股骨柄在生物医学领域得到更好的应用。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

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实用新型保护范围的限制。

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

Claims (11)

1.一种低弹性模量股骨柄，包括头部(11)、颈部(12)和柄体(13)，其特征在于，所述低弹性模量股骨柄还包括一体成型在所述柄体(13)内的弹性结构(20)，所述弹性结构(20)的延伸方向与所述柄体(13)的延伸方向相一致。

2.根据权利要求1所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，所述弹性结构(20)为波纹状结构或者折板结构。

3.根据权利要求2所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，位于所述弹性结构(20)的所述延伸方向左侧的所有边缘顶点的第一连线(21)与所述柄体(13)的内侧边缘形状相一致；位于所述弹性结构(20)的所述延伸方向右侧的所有边缘顶点的第二连线(22)与所述柄体(13)的外侧边缘形状相一致。

4.根据权利要求2所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，所述弹性结构(20)为波纹状结构，所述弹性结构(20)为弹性板，所述弹性板弯曲后形成所述波纹状结构。

5.根据权利要求4所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，所述柄体(13)的周向侧壁上设置有多个槽状结构(131)。

6.根据权利要求5所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，所述槽状结构(131)设置在所述柄体(13)的内侧和/或外侧。

7.根据权利要求6所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，所述槽状结构(131)的槽底与所述波纹状结构具有预定距离。

8.根据权利要求1所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，所述柄体(13)的上部长度L₁的长度范围为1/4至1/3的所述柄体(13)的总长L₀，所述柄体(13)的中部长度L₂的长度范围为1/4至1/3的所述柄体(13)的总长L₀，所述柄体(13)的下部长度L₃的长度范围为1/2至1/3的所述柄体(13)的总长L₀。

9.根据权利要求5所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，所述槽状结构(131)的槽宽L₁₁的尺寸范围为0.2至1mm。

10.根据权利要求5所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，两个相邻的所述槽状结构(131)之间的距离为层厚L₁₂，所述层厚L₁₂的尺寸范围为1至5mm。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的低弹性模量股骨柄，其特征在于，所述低弹性模量股骨柄的外表面采用生物涂层。