CN219461541U - 一种髋关节股骨柄假体 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及人工假体技术领域，尤其涉及一种髋关节股骨柄假体。包括依次连接的股骨头锥（1）、股骨颈部（2）以及柄体（3），股骨头锥（1）被配置为用于连接球头，股骨颈部（2）的冠状面由所述股骨头锥（1）至柄体（3）的方向逐渐增大，柄体（3）包括依次连接的近端（31）、中段结构（32）以及远端（33），且所述柄体（3）的冠状面由所述近端（31）至所述远端（33）逐渐减小以形成锥度；所述股骨柄假体设置一个或多个空腔；所述股骨柄假体的空腔内设置有加强结构、支撑结构；所述近端（31）的外壁嵌设有多孔结构（6）；所述股骨头锥（1）、股骨颈部（2）、柄体（3）、加强结构、支撑结构以及多孔结构（6）一体成型。

Description

一种髋关节股骨柄假体

技术领域

本实用新型涉及人工假体技术领域，尤其涉及一种髋关节股骨柄假体。

背景技术

在人体髋关节病变坏死后，可通过假体置换手术恢复人体正常活动。具体地，将股骨柄假体植入股骨髓腔内，并在股骨柄假体的股骨头锥位置设置球头，该球头嵌入髋臼内，并与髋臼转动配合，以恢复人体的正常关节活动。

目前在售的股骨柄假体通常为实心结构，其刚度较大，塑性较差，弹性变形能力较低，现有技术中，分为生物型和骨水泥型股骨柄。

现有技术存在以下缺陷：

实心结构的股骨柄假体为金属材料，刚度较大，植入人体后弹性形变较小，实心金属材质的假体与患者皮质骨弹性模量相差较大，造成假体与骨的接触为刚性接触，而致使摩擦力偏小，导致远期假体下沉量大，最终导致假体远期失效。

由于实心柄容易造成近端骨小梁处局部应力遮挡，导致局部骨长入差等现象。

因此，亟需一种股骨柄假体，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种髋关节股骨柄假体，在实现假体轻量化的同时，能够保证假体的强度达到设计标准，而且能够有效降低假体的刚度，提高假体的塑性，促进假体植入后与人体骨组织的贴合。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

包括依次连接的股骨头锥（1）、股骨颈部（2）以及柄体（3），所述股骨头锥（1）被配置为用于连接球头，所述股骨颈部（2）的冠状面由所述股骨头锥（1）至所述柄体（3）的方向逐渐增大，所述柄体（3）被配置为植入于股骨髓腔，所述柄体（3）包括依次连接的近端（31）、中段结构（32）以及远端（33），且所述柄体（3）的冠状面由所述近端（31）至所述远端（33）逐渐减小以形成锥度；

所述股骨柄假体设置一个或多个空腔，所述空腔可根据设计部分独立或者连通为一个或多个空腔；所述股骨柄假体的空腔内设置有加强结构、支撑结构；

所述近端（31）的外壁嵌设有多孔结构（6），所述多孔结构（6）被配置为用于与股骨的骨小梁接触；

所述股骨头锥（1）、所述股骨颈部（2）、所述柄体（3）、所述加强结构、所述支撑结构以及所述多孔结构（6）一体成型。

所述股骨柄假体设置有多个空腔，多个所述空腔至少包括第一空腔、第二空腔以及第三空腔，所述第一空腔设置于所述股骨头锥和所述股骨颈部，且所述第一空腔内设置有加强结构，所述第二空腔设置于所述近端，且所述第二空腔内设置有支撑结构，所述第三空腔设置于所述远端；

作为本实用新型提供的髋关节股骨柄假体的优选方案，所述加强结构包括加强筋，所述加强筋设置于所述股骨颈部的内腔中，所述加强筋沿垂直于所述股骨颈部的截面呈十字形、工字型、三角形、矩形或网状形加强结构。

作为本实用新型提供的髋关节股骨柄假体的优选方案，所述支撑结构包括至少一个支撑横梁和/或至少一个支撑纵梁。

作为本实用新型提供的髋关节股骨柄假体的优选方案，所述支撑结构包括多个所述支撑横梁，多个所述支撑横梁在所述第二空腔内由上至下间隔分布，以与所述近端的壁面形成网格结构。

作为本实用新型提供的髋关节股骨柄假体的优选方案，所述支撑横梁平行于人体冠状面。

作为本实用新型提供的髋关节股骨柄假体的优选方案，所述股骨柄假体上设置有注药孔和释放孔，所述注药孔和所述释放孔均与所述空腔连通，所述释放孔用于释放通过所述注药孔注射于所述空腔内的药物。

作为本实用新型提供的髋关节股骨柄假体的优选方案，所述第一空腔与所述第二空腔相连通，所述第二空腔的冠状面由上端至下端逐渐减小形成锥度，所述第三空腔的冠状面由上端至下端逐渐减小形成锥度。

作为本实用新型提供的髋关节股骨柄假体的优选方案，所述股骨柄假体采用钛合金材料制备而成。

另一方面，提供一种髋关节股骨柄假体的制作方法，用于制作如上所述的股骨柄假体，所述股骨柄假体的制作方法包括以下步骤：

S1、对所述股骨柄假体进行尺寸和外形设计，并建立仿真模型；

S2、查找所述仿真模型的应力集中位置和危险截面，并针对所述应力集中位置和所述危险截面进行优化；

S3、加工成型所述股骨柄假体；

S4、对成型后的所述股骨柄假体进行表面处理；

S5、试验验证所述股骨柄假体是否满足力学要求。

作为本实用新型提供的股骨柄假体的制作方法的优选方案，

在步骤S2中，针对所述应力集中位置和所述危险截面进行优化的方法包括：增大所述应力集中位置的圆角、增加所述危险截面位置的壁厚、以及在所述股骨柄假体的空腔中设置加强结构或者支撑结构；

在步骤S3中，所述股骨柄假体采用3D打印设备一体打印成型。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供一种髋关节股骨柄假体，通过设置多个空腔，能够实现股骨柄假体的轻量化，使其更接近人体股骨头的重量，实现等质量置换，置换后不额外增加患者的负担，减轻患者手术后的不适；进一步地，股骨柄假体的中间位置承力较小，因此在中间位置设置空腔不会过多削弱股骨柄假体的强度，同时，通过在第一空腔内设置加强结构、在第二空腔内设置支撑结构以及在近端外壁嵌设多孔结构等手段能够提高股骨柄假体薄弱位置的强度，因此，该股骨柄假体在实现轻量化的同时，能够保证强度达到设计标准。而且，多个空腔的设置能够有效降低假体的刚度，使假体的刚度与人体骨组织的刚度更加接近，增加骨组织的应力水平，防止骨组织由于得不到足够的力学刺激而发生骨质疏松等症状；在空腔内设置支撑结构，能够形成高弹性假体，提高假体的塑性，使得假体植入人体后能够根据人体骨组织的形状适应性弹性变形，增加与人体骨组织的贴合度，假体与人体骨组织的接触面积更大，避免出现点接触或线接触而导致接触位置出现应力集中。另外，通过在柄体的近端与骨小梁接触的位置设置多孔结构，一方面能够增加股骨柄假体表面的粗糙度，使得假体与骨小梁之间的静摩擦力增大，防止假体下沉；另一方面，多孔结构的设置有利于人体骨组织长入，使假体与骨组织良好磨合；另外，多孔结构与整个假体一体成型，相比于现有的喷砂和喷涂工艺，能够避免涂层脱落，提高假体的使用寿命。

本实用新型还提供一种股骨柄假体的制作方法，根据患者的个体情况对股骨柄假体进行尺寸和形状设置，并建立仿真模型进行分析，从而针对假体的应力集中位置和危险截面进行优化，保证假体具有足够的强度，在对假体进行表面处理后，还需试验验证成型后的假体是否满足力学要求。假体试验验证合格后，方可植入人体。相比于现有技术中规格化的股骨柄假体，该方法能够根据患者差异和个性化需求定制假体，使得假体与患者的骨组织更加适配，加快患者与假体的磨合速度。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的髋关节股骨柄假体的结构剖视图（截面为冠状面）；

图2是本实用新型具体实施方式提供的髋关节股骨柄假体左视图；

图3是图1本实用新型具体实施方式提供的髋关节股骨柄假体中A-A向的截面视图；

图4是图1本实用新型具体实施方式提供的髋关节股骨柄假体中B-B向的截面视图；

图5是本实用新型具体实施方式提供髋关节股骨柄假体的多孔结构的放大图。

图中：

1、股骨头锥；2、股骨颈部；3、柄体；4、加强筋；5、支撑横梁；6、多孔结构；

31、近端；32、中段结构；33、远端；

341、第一空腔；342、第二空腔；343、第三空腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

如附图1、2所示，本实施例提供一种髋关节股骨柄假体，包括依次连接的股骨头锥1、股骨颈部2以及柄体3。股骨头锥1被配置为用于连接球头，该球头能够与髋臼中的球头槽转动配合，形成髋关节。股骨颈部2的冠状面由股骨头锥1至柄体3的方向逐渐增大，以过渡连接至柄体3位置，且股骨颈部2的外壁呈弧形，可实现圆弧过渡连接，避免应力集中。柄体3被配置为植入于股骨髓腔，柄体3包括依次连接的近端31、中段结构32以及远端33，且柄体3的冠状面由近端31至远端33逐渐减小以形成锥度。

需要说明的是，上述的冠状面指的是人体的前后切面。人体的左右切面称为矢状面。

继续参阅附图1、2，一种髋关节股骨柄假体设置有多个空腔，多个空腔至少包括第一空腔341、第二空腔342以及第三空腔343。其中，第一空腔341设置于股骨头锥1和股骨颈部2，且第一空腔341内设置有加强结构，第二空腔342设置于近端31，且第二空腔342内设置有支撑结构，第三空腔343设置于远端33。本实施例中，第一空腔341和第二空腔342连通，降低制造难度。由于近端31截面较大，在其内部设置第二空腔342不会过多削弱其强度；远端33承受弯矩较小，因此本实施例在远端33设置第三空腔343。总的来说，相比于现有实心结构的股骨柄假体，本实施例中假体减掉的部分本身承受的应力并不大，对假体整体的强度影响较小。当然，在其他实施例中，可在假体的其余位置增设更多的空腔，只要能够保证假体的最终强度符合设计要求即可。

如图1所示，近端31的外壁还嵌设有多孔结构6，多孔结构6被配置为用于与股骨的骨小梁接触。该假体的股骨头锥1、股骨颈部2、柄体3、加强结构、支撑结构以及多孔结构6一体成型，不仅能够简化假体的制造加工工序，还能够保证整个假体的强度。

本实施例提供的一种髋关节股骨柄假体，通过设置多个空腔，能够实现股骨柄假体的轻量化，使其更接近人体股骨头的重量，实现等质量置换，置换后不额外增加患者的负担，减轻患者手术后的不适；进一步地，股骨柄假体的中间位置承力较小，因此在中间位置设置空腔不会过多削弱股骨柄假体的强度，同时，通过在第一空腔341内设置加强结构、在第二空腔342内设置支撑结构以及在近端31外壁嵌设多孔结构6等手段能够提高股骨柄假体薄弱位置的强度，因此，该股骨柄假体在实现轻量化的同时，能够保证强度达到设计标准。

而且，多个空腔的设置能够有效降低假体的刚度，使假体的刚度与人体骨组织的刚度更加接近，增加骨组织的应力水平，防止骨组织由于得不到足够的力学刺激而发生骨质疏松等症状；在空腔内设置支撑结构，能够形成高弹性假体，提高假体的塑性，使得假体植入人体后能够根据人体骨组织的形状适应性弹性变形，增加与人体骨组织的贴合度，假体与人体骨组织的接触面积更大，避免出现点接触或线接触而导致接触位置出现应力集中。

另外，通过在柄体3的近端31与骨小梁接触的位置设置多孔结构6，一方面能够增加股骨柄假体表面的粗糙度，使得假体与骨小梁之间的静摩擦力增大，防止假体下沉；另一方面，多孔结构6的设置有利于人体骨组织长入，使假体与骨组织良好磨合；另外，多孔结构6与整个假体一体成型，相比于现有的喷砂和喷涂工艺，能够避免涂层脱落，提高假体的使用寿命。

本实施例中假体弹性模量和塑性的改变，可以有效降低应力遮挡的影响，在假体植入后，人体骨组织能够得到足够的应力刺激。另外，假体塑性的提高使得假体与股骨更大程度的过盈配合，股骨外侧面的应力显著增加，有效降低股骨外侧面发生骨质疏松的风险。

图3示出的是图1中一种髋关节股骨柄假体的A-A向的截面视图，可选地，加强结构包括加强筋4，加强筋4设置于股骨颈部2的内腔中，加强筋4沿垂直于股骨颈部2的截面呈十字形。即，加强筋4包括呈十字交叉的第一筋和第二筋，第一筋和第二筋均与股骨颈部2的内腔壁连接，能够确保股骨颈部2位置具有足够的强度。加强筋4还包括工字型、三角形、矩形或网状形等加强结构。

图4示出的是图1一种髋关节股骨柄假体的B-B向的截面视图，可选地，本实施例中，支撑结构包括支撑横梁5，支撑横梁5呈条状，用于增加设置第二空腔342的近端31的强度，避免该位置断裂损坏。进一步地，支撑横梁5设置有多个，多个支撑横梁5在第二空腔342内由上至下间隔分布，以与近端31的壁面形成网格结构。该网格结构使得近端31具有高弹性，在植入人体后能够与骨小梁更好地贴合，促进骨长入。

参见图1和图4，支撑横梁5平行于人体冠状面，以在左右方向上提供较大的强度补偿。

在另一个可选的实施例中，支撑结构可以包括至少一个支撑纵梁；或者，支撑结构既包括支撑横梁5，又包括支撑纵梁，支撑横梁5和支撑纵梁可设置一个或多个，示例性地，支撑横梁5和支撑纵梁垂直交叉设置。在设计阶段，可根据强度和弹性变形要求，适应性设计该假体近端31内腔中的支撑结构。

图5示出的是髋关节股骨柄假体的多孔结构6的放大图，具体地，在假体的截骨线以下的位置设置该多孔结构6，且多孔结构6向下延伸并截止于与骨小梁接触的末端，并非覆设于整个柄体3的外表面。该多孔结构6为类骨质结构，与人体骨组织高度相似，一方面能够增大假体与骨小梁的摩擦力，防止假体下沉，另一方面利于骨组织长入多孔结构6，使人体更快更好地适应假体。

进一步地，参见图1，多孔结构6部分嵌入近端31内，在保证多孔结构6厚度足够的同时，又不至于过多增加柄体3近端31的壁厚（若壁厚过大，虽然强度增加，但弹性变差）。

本实施例中，一种髋关节股骨柄假体上设置有注药孔和释放孔（图未示），注药孔和释放孔均与空腔连通，释放孔用于释放通过注药孔注射于空腔内的药物。示例性地，近端31的壁面上设置有注药孔和至少一个释放孔，在手术过程中，医务人员可通过注药孔向第二空腔342内注射药物，药物具有消炎镇痛等作用，在术后药物可通过释放孔释放，减少病人局部炎症发生，促进骨生长和伤口愈合。

参见图1，一种髋关节股骨柄假体的第二空腔342的冠状面由上端至下端逐渐减小形成锥度，第三空腔343的冠状面由上端至下端逐渐减小形成锥度。第一空腔341和第二空腔342的截面变化趋势与整个柄体3截面变化趋势相同，确保近端31和远端33的壁厚均匀，各位置具有均衡的弹性变形能力。

进一步地，第一空腔341、第二空腔342以及第三空腔343内壁的转角位置可做圆弧处理，避免应力集中。

本实施例中的一种髋关节股骨柄假体采用钛合金材料制备而成，钛合金材料具有自重轻、强度高、耐腐蚀性高等优点，保证制作后的假体质量优良。具体地，股骨柄假体采用钛合金粉末（Ti6Al4V粉末）通过3D打印设备打印制成。

本实施例提供的一种髋关节股骨柄假体通过设置空腔并在空腔内设置支撑结构，使得假体具备高弹性，即，股骨柄假体的弹性模量更接近人体骨组织的弹性模量，有助于假体与骨组织的贴合。常规的实心股骨柄假体与远端33位置的皮质骨是典型的点接触或线接触，在中远端33只有3-5个点接触，接触面积很小，接触位置应力较大，超过了皮质骨的承载能力而导致股骨柄假体的下沉。而本实施例中通过对股骨柄假体弹性模量和塑性的改变，使得股骨柄假体与骨组织贴合度更好，原本的点接触或线接触转变为面接触，接触面积显著增加，接触位置应力显著降低，进而，接触位置的应力低于皮质骨的承载能力，从而有效降低股骨柄假体的下沉。

本实施例还提供一种髋关节股骨柄假体的制作方法，用于制作如上所述的髋关节股骨柄假体，一种髋关节股骨柄假体的制作方法包括以下步骤：

S1、对股骨柄假体进行尺寸和外形设计，并建立仿真模型；

S2、查找仿真模型的应力集中位置和危险截面，并针对应力集中位置和危险截面进行优化；

S3、加工成型股骨柄假体；

S4、对成型后的股骨柄假体进行表面处理；

S5、试验验证股骨柄假体是否满足力学要求。

在步骤S1中，可通过CT、X光照片等手段医学分析患者病况，根据具体病况建立适合该患者的股骨柄假体仿真模型。

在步骤S2中，针对应力集中位置和危险截面进行优化的方法包括：增大应力集中位置的圆角、增加危险截面位置的壁厚、以及在股骨柄假体的空腔中设置加强结构或者支撑结构。示例性地，在第一空腔341内设置加强筋4，在第二空腔342内设置多个支撑横梁5等。

在步骤S3中，一种髋关节股骨柄假体采用3D打印设备一体打印成型，一体成型的股骨柄假体具备较高的强度，无需焊接、车削等工序。

在步骤S4中，对一种髋关节股骨柄假体的表面处理包括但不限于去除表面毛刺、提高表面质量、对过渡圆角进一步加工。

在步骤S5中，可模拟一种髋关节股骨柄假体植入人体后的状态，对髋关节股骨柄假体施加外力，并监测假体是否满足力学要求。

本实施例提供的一种髋关节股骨柄假体的制作方法，根据患者的个体情况对股骨柄假体进行尺寸和形状设置，并建立仿真模型进行分析，从而针对假体的应力集中位置和危险截面进行优化，保证假体具有足够的强度，在对假体进行表面处理后，还需试验验证成型后的假体是否满足力学要求。假体试验验证合格后，方可植入人体。相比于现有技术中规格化的股骨柄假体，该方法能够根据患者差异和个性化需求定制假体，使得假体与患者的骨组织更加适配，加快患者与假体的磨合速度。

采用一种髋关节股骨柄假体技术方案制作股骨柄假体产品试验检测表：

成型产品性能：

多孔结构性能：

产品通过性试验：

GB/T 推荐性的国家规范

ASTM 美国材料与实验协会

DIN EN ISO 分别为德国标准 英国标准 国际标准

YY/T 医药行业标准

从上述试验验证股骨柄假体产品力学性能、抗疲劳强度试验检测表分析，试验验证所述股骨柄假体产品力学技术参数满足有关国家规范、德国标准、英国标准、国际标准、美国材料与实验协会、医药行业标准要求，抗疲劳强度满足YY/T0809.4、YY/T0809.6医药行业标准。

本实用新型属于人工假体技术领域，公开一种髋关节股骨柄假体，髋关节股骨柄假体包括依次连接的股骨头锥、股骨颈部以及柄体，柄体包括依次连接的近端、中段结构以及远端，髋关节股骨柄假体设置有一个或多个空腔，在不同空腔的力学性能薄弱位置设置有加强结构或支撑结构；近端的外壁嵌设有多孔结构，多孔结构与股骨的骨小梁接触。整个假体一体成型，在实现轻量化的同时保证假体的强度达到要求，且能降低假体的刚度，提高假体的塑性，促进假体与人体骨组织的贴合。该方法能根据患者个体情况定制假体，使假体与患者的骨组织更加适配。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种髋关节股骨柄假体，其特征在于，包括依次连接的股骨头锥（1）、股骨颈部（2）以及柄体（3），所述股骨头锥（1）被配置为用于连接球头，所述股骨颈部（2）的冠状面由所述股骨头锥（1）至所述柄体（3）的方向逐渐增大，所述柄体（3）被配置为植入于股骨髓腔，所述柄体（3）包括依次连接的近端（31）、中段结构（32）以及远端（33），且所述柄体（3）的冠状面由所述近端（31）至所述远端（33）逐渐减小以形成锥度；

所述股骨柄假体设置一个或多个空腔，所述空腔可根据设计部分独立或者连通为一个或多个空腔；所述股骨柄假体的空腔内设置有加强结构、支撑结构；

所述近端（31）的外壁嵌设有多孔结构（6），所述多孔结构（6）被配置为用于与股骨的骨小梁接触；

所述股骨头锥（1）、所述股骨颈部（2）、所述柄体（3）、所述加强结构、所述支撑结构以及所述多孔结构（6）一体成型。

2.根据权利要求1所述的一种髋关节股骨柄假体，其特征在于，所述股骨柄假体设置有第一空腔（341）、第二空腔（342）、第三空腔（343）。

3.根据权利要求1所述的股骨柄假体，其特征在于，所述加强结构包括加强筋（4），所述加强筋（4）设置于所述股骨颈部（2）的内腔中，所述加强筋（4）沿力学性能较差部位于所述股骨颈部（2）的截面呈十字形、工字型、三角形、矩形或网状形加强结构。

4.根据权利要求2所述的股骨柄假体，其特征在于，所述支撑结构根据力学性能所需，至少一个支撑横梁（5）和/或至少一个支撑纵梁。

5.根据权利要求4所述的股骨柄假体，其特征在于，所述支撑结构包括多个所述支撑横梁（5），多个所述支撑横梁（5）在所述第二空腔（342）内，由上至下间隔分布，以与所述近端（31）的壁面形成网格结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的股骨柄假体，其特征在于，所述股骨柄假体上设置有注药孔和释放孔，所述注药孔和所述释放孔均与所述空腔连通，所述释放孔用于释放通过所述注药孔注射于所述空腔内的药物。

7.根据权利要求1-5任一项所述的股骨柄假体，其特征在于，所述股骨柄假体采用钛合金材料制备而成。