TWI638637B - Femoral stem of artificial hip joint - Google Patents

Abstract

一種人工髖關節之股骨柄，係含有一基柱，於該基柱之外緣，突設有多數橫向與縱向的突肋，令各該突肋間框圍形成多數容置空間，於至少一容置空間中，設有立體網格體，該立體網格體具有多數朝該基柱中心呈徑向多層堆疊且相通的多數微孔，使該基柱植入人體的股骨體後，新生之骨細胞可以自由地竄入各層微孔間生長，使該基柱與該股骨體得以完全融合、糾結為一體，緊固在患者之股骨體中。

Description

人工髖關節之股骨柄

本發明係有關於一種人工髖關節之股骨柄，尤指一種於基柱上，設有多數縱向與橫向的突肋，並於各該突肋間框圍形成多數容置空間，於至少一容置空間中設有立體網格體，該立體網格體具有多數朝基柱中心呈徑向多層堆疊的多數微孔，使植入股骨體後，新生之骨細胞可以竄入該立體網格層中之各微孔內增生，融合成一體，使本發明緊固於該股骨體中。

由於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與髖臼間，連接一股骨頭，完成置換。上述之股骨柄，係製自金屬材料，呈一縱長且漸尖狀，用以釘入患者股骨體中，患者在手術復原的過程中，股骨體新生之骨細胞會附著於該股骨柄上，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者的身上，為了防止此一現象的發生，有些以固定片加予鎖固，即將該股骨 柄鎖固在該股骨體之密骨層上。但是這樣的手術方式，並沒有徹底解決股骨柄易於股骨體內晃動、鬆動的現象，原因是，縱長的股骨柄在人體活動時，會隨之產生極大的彎力矩及多向的作用力，原本些許微的縫隙，經長時間後，便會加大，使股骨柄與股骨體內之鬆骨組織(spongy bone)產生脫離。

緣此，如美國專利第8529569號所示之股骨柄(12)，其表面係含有以機械加工方式，形成表面粗糙之粗糙面(90)，使該股骨柄(12)插入人體股骨體之鬆骨組織後，新生之骨細胞可以附著於股骨柄(12)的粗糙面(90)上，以增進該股骨柄(12)與股骨體之附著能力，使該股骨柄(12)可以緊固於股骨體中。

雖然上述之美國專利前案，該股骨柄(12)藉由粗糙表面與股骨體間的結合效果，優於僅具光滑表面之股骨柄，但是新生的骨細胞僅能附著在粗糙面(90)的表面上，並無法盤根錯節地深入該股骨柄(12)內生長，因此，該美國專利前案所揭示之股骨柄(12)與股骨體間，並無法確實地融合、糾結成一體，僅能說是相互「依靠」在一起，因此無法真正達到融合、糾結的目的，而顯有改進的必要。

本案發明人有鑑於此，乃予以研究創新，揭示出本發明所示人工髖關節之股骨柄。

本發明之目的旨在提供一種人工髖關節之股骨柄，係含有一基柱，於該基柱之頂端，係形成一柄頭，該柄頭突設有一人工股骨頸，藉由該人工股骨頸之末端連接一股骨頭；其中該基柱之外緣，突設有多數橫 向與縱向的突肋，令各該突肋間框圍形成多數容置空間，於至少一容置空間中，設有立體網格體(Three-Dimensional Mesh)，該立體網格體具有多數朝該基柱中心呈徑向多層堆疊且相通的多數微孔者。

本發明所揭示人工髖關節之股骨柄，由於形成於基柱之立體 網格體，其各層多數微孔，不僅是分佈在基柱的最外層表面，而是呈徑向多層方式堆疊在該基柱上，因此新生之骨細胞不僅嵌進在最外層的微孔中，也會深入於次層、更次層之各該微孔中，使新生之骨細胞可以盤根錯節地深入各層的各微孔中，使本發明之插入段可以與股骨體確實地融合、糾結呈一體，其融合效果，優異於僅能附著在表面呈粗糙面之習知人工股骨柄[例如美國專利第8529569號]，而顯本發明的優異進步性；另外藉由各該橫向與縱向的突肋，也可以增強本發明之機械強度。

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

(11)‧‧‧基柱

(11’)‧‧‧延伸骨柄

(111)‧‧‧突肋

(112)‧‧‧容置空間

(113)‧‧‧連接孔

(114)‧‧‧螺絲

(115)‧‧‧凹穴、孔洞或多層網狀結構物

(12)‧‧‧柄頭

(120)‧‧‧銜接孔

(121)‧‧‧人工股骨頸

(122)‧‧‧凹孔

(20)‧‧‧股骨頭

(13)‧‧‧立體網格體

(131)‧‧‧微孔

(30)‧‧‧股骨體

(31)‧‧‧密骨層

(32)‧‧‧鬆骨組織

(P)‧‧‧骨細胞

第一圖：係本發明所示基柱之結構示意圖；第二圖：係顯示本發明第一實施例之立體示意圖；第三圖：係顯示本發明植入股骨體中之示意圖；第四圖：係顯示本發明之可取立體網格體局部放大結構示意圖；第五圖：係顯示本發明新生骨細胞生長於立體網格體之示意圖；第六圖：係本發明第二實施例示意圖；以及第七圖：係本發明第三實施例之示意圖。

請參閱第一圖至第五圖所示，本發明係有關於一種人工髖關 節之股骨柄(10)，係含有一縱長的基柱(11)，於該基柱(11)之頂端，形成一柄頭(12)，該柄頭(12)突設有一人工股骨頸(121)，藉由該人工股骨頸(121)之末端連接一股骨頭(20)；其中該基柱(11)之外緣，突設有多數橫向與縱向的突肋(111)，令各該突肋(111)間框圍形成多數容置空間(112)，於至少一容置空間(112)中，設有立體網格體(13；Three-Dimensional Mesh)，該立體網格體(13)具有多數朝該基柱(11)中心呈徑向多層堆疊且相通的多數微孔(131)者；如是，使該基柱(11)植入人體的股骨體(30)後，新生之骨細胞可以自由地竄入各層微孔(131)間生長，使該基柱(11)與該股骨體(30)得以確實地融合、糾結為一體，緊固在患者之股骨體(30)中。

如義一、二圖所示，本發明所揭示人工髖關節之股骨柄 (10)，其中柄頭(12)之頂端，係可穿設一銜接孔(120)，用以銜接一人工股骨頸(121)；或者令該柄頭(12)之頂端一體成型地突設該人工股骨頸(121)，本發明並不自限該人工股骨頸(121)之設置及成型方式。

本發明所揭示人工髖關節之股骨柄(10)，於該柄頭(12)之頂 端，進一步穿設有一凹孔(122)，以供植入手術進行時，工具插入該凹孔(122)中進行操作。

如第三、四、五圖所示，本發明所揭示人工髖關節之股骨柄 (10)，其中該基柱(11)之立體網格體(13)，其所形成之各微孔(131)孔徑，係可以介於100~500μm，較佳為150μm、200μm及250μm；各該微孔(131)可為相同孔徑或相異之孔徑。由於骨細胞之外徑大約為50μm，本發明之各該微 孔(131)孔徑，係至少可以容納兩個骨細胞於內生長，使骨細包可以容易地進入各該微孔(131)中生長；如第五圖所示，因新生之骨細胞(P)可以輕易地進入各層多數微孔(131)間生長，且自由地連接於各相互導通之多數微孔(131)間，形成盤根錯節狀，達到融合、固定的目的。

本發明所揭示人工髖關節之股骨柄，其中該立體網格體(13) 所形成之各該微孔(131)，可為多邊形[如三角、矩形或六邊形]、圓形...等幾何形狀或者不規則形狀，本發明並不予自限。

由於本發明所揭示人工髖關節之股骨柄(10)，由於該立體網 格體(13)的各該微孔(131)，是呈現徑向多層、堆疊且相互連通的狀態，因此，除可以提供新生之骨細胞於各微孔(131)間自由生長外，人體股骨體(30)之密骨層[(31),compact bone]所含的微血管，可以透過這些互通的微孔(131)，充分供應氧氣及養份，提供骨細胞合適的生長的環境，以增進骨細胞的生長效率，因此，除了本發明可與股骨體(30)確實地融合、糾結成一體外，也可以縮短患者術後復原期間。

如第一、二、三及四圖所示，本發明所揭示人工髖關節之股 骨柄(10)於製造上，係可藉由金屬粉末積層(additive manufacturing)[例如3D列印技術成型]，一體成型該基柱(11)與位於該容置空間(112)內的立體網格體(13)；或者，可以藉由傳統機械加工或其它製程，先成型該基柱(11)與其頂端之柄頭(12)後，再藉由金屬粉末積層方式於該基柱(11)之容置空間(112)中填補成型該立體網格體(13)。

如第一、二圖所示，本發明所揭示人工髖關節之股骨柄 (10)，由於該基柱(11)含有多數橫向與縱向的突肋(111)，因此可增強本發明 之機械強度。另外，由於形成有多數容置空間(112)，且容置空間(112)中可形成鏤空狀的立體網格體(13)，因此可以大大降低人工髖關節之股骨柄的重量，以降低病患之身體運動時之負荷。

如第三、四、五圖所示，本發明所揭示人工髖關節之股骨柄 (10)，由於形成於基柱(11)外層之立體網格體(13)，其各微孔(131)不僅僅是分佈在基柱(11)的最外側表面，而且是呈徑向多層方式堆疊在該基柱(11)上，因此新生之骨細胞不僅嵌進在最外層的微孔(131)中，也會深入於次層、再次層、更次層之各該微孔(131)中，如第五圖之各箭頭引線(P)所示，使新生之骨細胞可以盤根錯節地深入立體網格體(13)之各層堆積的各微孔(131)中，使本發明所示之基柱(11)可以與人體股骨體(30)之鬆骨組織(32)緊密融合、糾結呈一體，不易產生晃動，其融合效果，優異於僅能附著在表面呈粗糙面之習知股骨柄[例如美國專利第8529569號]，本發明可防止基柱(11)於股骨體(30)中因搖晃而產生鬆動，本發明尤適用於具骨質疏鬆之病患，而顯本發明的優異進步性。

如第七圖所示，本發明所揭示人工髖關節之股骨柄(10)，其 中該基柱(11)另外於至少一容置空間(112)中，形成有凹穴、孔洞或多層網狀結構物(115)，以供填入骨水泥或骨粉，使該基座(11)植入股骨體(30)後，除了藉由立體網格體(13)之各該微孔(131)，提供新生骨組織竄入生長外，也可使患者之骨組織直接嵌入於骨水泥中，使本發明與患者原本的骨組織完全緊密黏合，以鞏固患者股骨體結構，或者藉由所填入之骨粉(BMP,Bone Morphogenetic Protein、氫氧磷灰石與磷酸三鈣之混合物)，裨益患有骨質疏鬆或骨組織增生速度緩慢的患者其骨組織的生長。

上述形成於基柱(11)之容置空間(112)中的多數凹穴、孔洞或 多層網狀結構物(115)，令其穴徑、孔徑或網隙大於1mm，使骨水泥或骨粉可以填充於內，並直接與患者之骨組織相互接觸。

本發明所揭示人工髖關節之股骨柄(10)，在應用上，由於新 生的骨細胞可以非常確實地融合、糾結於立體網格體(13)之各微孔(131)中，因此，對於一般患者應用，本發明所揭示之基柱(11)便無需極長的穿入於患者的股骨體(30)中，也即，本發明所需之基柱(11)長度會短於習知股骨柄之長度，此一特徵，除了減低本發明材料之使用並可降低成本外，由於所需穿入患者股骨體(30)內之長度較短，因此患者在手術中挖除股骨體(30)內之鬆骨組織也會相對減少，並使手術後復原較為快速。

惟，當本發明係提供給特定患者，例如骨質較為脆化或疏鬆 之患者使用時，可如第六圖所示，本發明所揭示人工髖關節之股骨柄(10)，其中於該基柱(11)之底端，進一步穿設有一連接孔(113)，以藉螺絲(114)鎖接一延伸骨柄(11’)，使本發明可以伸入股骨體(30)更深之處，以適用於骨質較為脆化的患者，使本發明可以與股骨體(30)更為堅強地融合、糾結成一體；上述之延伸骨柄(11’)，係可為製自塑膠、PEEK複合材料、PU、纖維等材料，呈一軟性延伸骨柄(11’)，使該延伸骨柄(11’)可於股骨體(30)中產生彈形彎曲、變形者。

如第三圖所示，本發明所揭示人工髖關節之股骨柄(10)，於 安裝時，係可自股骨體(30)之頂端切除一部份，並將不必要的鬆骨組織(32)除去，如第三圖之假想線及本發明所包含之區域，以順利將本發明所示之股骨柄(10)植入該股骨體(30)中；上述被除去之鬆骨組織(32)，於患者復原 過程中，將會重新生長而重新復原，或可以填入骨水泥等封阻材料。

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 (6)

1. 一種人工髖關節之股骨柄，係含有一縱長的基柱，該基柱之外緣，突設有多數橫向與縱向的突肋，令各該突肋間框圍形成多數容置空間，於至少一容置空間中，設有立體網格體，該立體網格體具有多數朝該基柱中心呈徑向多層堆疊且相通的多數微孔；其中該基柱之立體網格體，其所形成之各微孔孔徑，係介於100~500μm。
2. 如請求項1所述人工髖關節之股骨柄，係以金屬粉末積層方式，一體成型該基柱與位於該容置空間內的立體網格體者。
3. 如請求項1所述人工髖關節之股骨柄，係先成型該基柱後，再藉由金屬粉末積層方式於該基柱之容置空間中填補成型該立體網格體。
4. 如請求項1所述人工髖關節之股骨柄，其中該基柱另外於至少一容置空間中，係形成有凹穴、孔洞或多層網狀結構物，以於該凹穴、孔洞或多層網狀結構物中，填入骨水泥或骨粉者。
5. 如請求項4所述人工髖關節之股骨柄，其中各該凹穴、孔洞或多層網狀結構，令其穴徑、孔徑或網隙大於1mm者。
6. 如請求項1所述人工髖關節之股骨柄，其中於該基柱之底端，進一步穿設有一連接孔，以藉螺絲鎖接一軟性延伸骨柄。