TWI638636B - Feather-quantified femoral stem - Google Patents

Abstract

一種羽量化之股骨柄，係以金屬粉末積層(additive manufacturing或3D printing)一體成型，其中該基柱，係包括：至少一內網格體，位於該基柱的裡部，各該內網格體是由多數小樑所組成的鏤空狀結構，而具有多數相互堆疊之洞孔；以及融合層，包圍在該內網格體的外圍，該融合層至少有一區域，是由多數微樑所組成呈鏤空狀的外網格體所構成，該外網格體具有多數相互堆疊之微孔，且令該內網格體之密度(kg/m³)與外網格體之密度(kg/m³)不相等；使本發明除藉由呈多孔隙之內、外網格體，大大降低股骨柄之重量，降低病患身體負荷外，藉由不同密度排列之內、外網格體，可提高本發明之抗彎及抗剪能力。

Description

羽量化之股骨柄

本發明係有關於一種羽量化之股骨柄，尤指一種以金屬粉末積層方式一體成型，且其基柱係由不同密度呈鏤空狀之內、外網格體所構成，除可大大降低股骨柄之重量外，也可以增進抗彎及抗剪強度。

人體之髖關節可能因為先天性髖關節發育不良、退化、病變或外力所致等諸多原因，導致股骨頭變形、髖臼磨損等狀況，使患者之腿部有酸痛、不良於行的困擾。目前的解決方式，大多數是施予人工髖關節置換術，使患者無需承受因髖關節病變所產生之身體不適。

上述之人工髖關節置換術，是先於患者之股骨體中，植入一縱長之股骨柄，再於該股骨柄之頂端連接一人工股骨頭與臼杯，完成置換。上述之股骨柄，大多數是以鑄造或傳統機械加工一體成型，材料大多數採用鈦合金或其它合金鋼，呈一縱長且漸尖狀，用以插入患者股骨體中，患者在手術復原的過程中，股骨體所新生之骨細胞會緊附於該股骨柄上，但是由於該股骨柄之表面是呈平滑狀，不利於新生骨細胞的附著，因此，容易有鬆動、搖晃的情況發生，這種現象更易發生在患有骨質疏鬆症的患者身上，為了防止此一現象的發生，有些以固定片加予鎖固，或者如美國專利第8529569號所示之人工髖關節，於股骨柄之表面，是以機械加工方式形 成粗糙面，藉由該粗糙面，使該股骨柄插入股骨體之鬆骨組織後，新生之骨細胞可以緊緊地附著於股骨柄的粗糙面上，以增進該股骨柄與股骨體之附著能力，使該股骨柄可以緊固於股骨體中。惟此種以機械加工或燒結方式所形成之粗糙面僅能形成在股骨柄的最外層表面，導致新生的骨細胞僅能附著在該粗糙面的表面上，並無法盤根錯節地深入於該股骨柄內，因此，該習知前案所揭示之股骨柄與人體之股骨體間，並非真正地融合成一體，僅是「附著」在一起，因此無法真正達到融合的目的，而顯有改進的必要。

另外，但是習知之股骨柄，由於是以鑄造或以傳統機械加工一體成型，為一實心之金屬塊，其重量十分沉重，在植入人體股骨體中後，會增加人體骨骼的負荷，導致人體運動時兩腿施力的不平均而顯其缺點。

本案發明人有鑑於此，乃予以研究創新，揭示出本發明所示羽量化之股骨柄。

本發明之目的旨在提供一種羽量化之股骨柄，係以金屬粉末積層(additive manufacturing或3D printing)一體成型，係含有一基柱，於該基柱之頂端形成有柄頭，並於該柄頭上突設有一人工股骨頸；其中該基柱，係包括：至少一內網格體，位於該基柱的裡部，各該內網格體是由多數小樑所組成的鏤空狀結構，而具有多數相互堆疊之洞孔；以及融合層，包圍在該內網格體的外圍，該融合層至少有一區域，是由多數微樑所組成呈鏤空狀的外網格體所構成，該外網格體具有多數相互堆疊之微孔，令各該微孔之孔徑介於100~500μm，且令該內網格體之密度(kg/m³)與外網格體之密度(kg/m³)不相等；使本發明除藉由呈鏤空狀之內、外網格體，降低股骨柄之重 量外，並藉由不同密度排列之內、外網格體，提高本發明之抗彎及抗剪能力，再者，可藉由多數呈堆疊微孔之外網格體，使骨細胞可以深入多層微孔中生長，使本發明與所植入之股骨體產生良好的融合效果。

本發明之可取實體，可由以下說明及所附各圖式而得以明晰之。

(10)‧‧‧股骨柄

(10’)‧‧‧延伸骨柄

(11)‧‧‧基柱

(111)‧‧‧內網格體

(111’)‧‧‧洞孔

(112)‧‧‧融合層

(112a)‧‧‧外網格體

(112’)‧‧‧微孔

(112b)‧‧‧凹穴或網體

(113)‧‧‧補強壁

(114)‧‧‧肋板

(12)‧‧‧柄頭

(121)‧‧‧人工股骨頸

(13)‧‧‧銜接穴

(14)‧‧‧工具連接穴

(15)‧‧‧連接孔

(20)‧‧‧股骨體

第一圖：係本發明第一實施例之立體圖示意圖；第二圖：係第一圖2-2方向所示之剖面結構示意圖；第三圖：係本發明第二實施例之立體局部剖面示意圖；第四圖：係第三圖4-4方向所示之剖面結構示意圖；第五圖：係顯示新生骨細胞深入外網格體各層微孔中之示意圖；第六圖：係本發明銜接一延伸骨柄實施例的剖面結構示意圖。

請參閱第一、二、五、六圖所示，本發明係有關於一種羽量化之股骨柄(10)，係以金屬粉末積層(additive manufacturing或3D printing)一體成型，係含有一基柱(11)，於該基柱(11)之頂端形成有柄頭(12)，並於該柄頭(12)上突設有一人工股骨頸(121)；其中該基柱(11)，係包括：至少一內網格體(111)，位於該基柱(11)的裡部，各該內網格體(111)是由多數小樑所組成的鏤空狀結構，而具有多數相互堆疊之洞孔(111’)；以及融合層(112)，包圍在該內網格體(111)的外圍，該融合層(112)至少有一區域，是由多數微樑所組成呈鏤空狀的外網格體(112a)所構成，該外網格體具有多數相互堆疊之 微孔(112’，如第五圖所示)，且令該內網格體之密度(kg/m³)與外網格體之密度(kg/m³)不相等；使本發明除藉由具有多數洞孔(111’)與微孔(112’)之內、外網格體(111、112a)，降低股骨柄(10)之重量外，並藉由不同密度(kg/m³)排列之內、外網格體(111、112a)，可提高本發明整體或局部區域之抗彎及抗剪能力。

如第四圖所示，本發明所揭示羽量化之股骨柄，其中於該內網格體(111)與該外網格體(112a)間，係形成一補強壁(113)，該補強壁(113)可以呈一環狀；該環狀之補強壁(113)外緣，可進一步地呈放射狀徑向突設有多數肋板(114)，並於各該肋板(114)間形成該外網格體(112a)者。

如第三、四、五圖所示，本發明所揭示羽量化之股骨柄，令該內網格體(111)之密度(kg/m³)係小於該外網格體(112a)之密度(kg/m³)，也即該內網格體(111)所形成之洞孔(111’)的孔徑大於該外網格體(112a)所形成之微孔(112’)的孔徑，藉由密度(kg/m³)較小的內網格體(111)大量分佈在股骨柄(10)之基柱(11)內部，形成支撐股骨柄(10)之主體結構，以大幅降低該股骨柄(10)的重量，減輕病患的負荷；另外藉由具多數微孔的外網格體(112a)，與所植入之人體股骨體(20)接觸，使新生之骨細胞可以順利深入該外網格體(112a)之各層微孔(112’)內生長，如第五圖之箭頭引線即表示新生骨細包生長方向，形成盤根錯節狀，因而可產生良好的融合效果。

本發明所揭示羽量化之股骨柄，其中，令內網格體(111)所形成之各該洞孔(111’)，其孔徑大於1mm；另外，該外網格體(112a)所形成之各該微孔(112’)，令其孔徑係介於100~500μm，最佳為150μm，200μm與250μm。

本發明所揭示羽量化之股骨柄，其中，令該內網格體(111)所形成之各該洞孔(111’)與外網格體(112a)所形成之各該微孔(112’)，係可為六角蜂巢狀、三角形、多邊形、圓形…等幾何形狀或形成不規則形狀，本發明並不自限該洞孔(111’)或微孔(112’)之形狀。

如第六圖所示，本發明所揭示羽量化之股骨柄(10)，其中位於該柄頭(12)頂端之人工股骨頸(121)，係可與該柄頭(12)一體成型；或者令該柄頭(12)之頂端，凹設有一銜接穴(13)，以吻合地銜接一人工股骨頸(121)；上述之人工股骨頸(121)係呈一實心體，而該銜接穴(13)之穴壁係具一厚度之實心狀。

如第一、六圖所示，本發明所揭示羽量化之股骨柄(10)，於該柄頭(12)進一步設有一工具連接穴(14)，用以銜接手術所需之操作工具，該工具連接穴(14)可為凹穴或螺孔，本發明並不予自限。

如第六圖所示，本發明所揭示羽量化之股骨柄(10)，其中該基柱(11)之底端，係穿設一連接孔(15)，以供鎖接一延伸骨柄(10’)，以因應不同患者所需的植入深度，該延伸骨柄(10’)係可製自金屬材料或塑膠、纖維或如聚醚醚酮(PEEK)複合材料，而形成可彈性彎曲之延伸骨柄(10’)，本發明並不予自限。

本發明所揭示羽量化之股骨柄，其中於該融合層(112)上，另外含有至少一區域，是由凹穴或網體(112b)所構成，令各該凹穴或網體(112b)的穴徑或網隙大於1mm，以於該凹穴或網體(112b)中填入骨粉或骨水泥，使本發明植入人體股骨體(20)中後，可以藉由骨粉誘發骨組織的生長或藉骨水泥與人體股骨體緊密接著。

本發明所揭示羽量化之股骨柄，其主要特徵在於，該基柱(11)是由具多數洞孔(111’)之內網格體(111)及具多數微孔(112’)的融合層(112)所構成，使本發明可以大幅降低股骨柄(10)之重量，並藉由不同密度排列之內、外網格體(111、112a)，提高本發明之抗彎及抗剪能力。

本發明所揭示之形狀、結構，可於不違本發明之精神與範疇下予以修飾應用，本發明並不予自限。

Claims (10)

1. 一種羽量化之股骨柄，係以金屬粉末積層一體成型，含有一基柱，於該基柱之頂端形成有柄頭，該基柱係包括：至少一內網格體，位於該基柱的裡部，各該內網格體是由多數小樑所組成的鏤空狀結構，而具有多數相互堆疊之洞孔；以及融合層，包圍在該內網格體的外圍，該融合層至少有一區域，是由具多數微樑所組成呈鏤空狀的外網格體所構成，該外網格體具有多數相互堆疊之微孔，令各該微孔之孔徑介於100~500μm，且令該內網格體之密度(kg/m³)與外網格體之密度(kg/m³)不相等。
2. 如請求項1所述羽量化之股骨柄，其中於該內網格體與該外網格體間，係形成一補強壁。
3. 如請求項2所述羽量化之股骨柄，其中於該補強壁呈一環狀。
4. 如請求項2所述羽量化之股骨柄，其中該補強壁外緣，呈放射狀突設有多數肋板，並於各該肋板間形成該外網格體者。
5. 如請求項1所述羽量化之股骨柄，其中令該內網格體之密度(kg/m³)小於該外網格體之密度(kg/m³)。
6. 如請求項1所述羽量化之股骨柄，其中具有多數洞孔之各該內網格體，令各該洞孔之孔徑大於1mm。
7. 如請求項1所述羽量化之股骨柄，其中該基柱穿設有一連接孔，以供鎖接一延伸骨柄。
8. 如請求項1所述羽量化之股骨柄，其中該融合層另含有至少一區域，是由凹穴或網體所構成，令各該凹穴或網體的穴徑或網隙大於1mm，以於該 凹穴或網體中填入骨粉或骨水泥者。
9. 如請求項1所述羽量化之股骨柄，其中該柄頭之頂端，係突設有一人工股骨頸者。
10. 如請求項1所述羽量化之股骨柄，其中該柄頭設有一工具連接穴者。