专利名称：滚动式人工膝关节的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种人工膝关节，特别是一种滚动式人工膝关节，属于人工关节领域。
背景技术：
人工膝关节现有的基本结构有限制性、半限制性和非限制性三种假体。它们的结构各不相同，但股胫骨间关节面都采用的滑动摩擦方式。这些人工膝关节的缺陷在于(1)为减小股胫关节面间的摩擦系数，人工膝关节大多采用低摩擦系数的超高分子量聚乙烯和金属为摩擦副。但超高分子量聚乙烯的磨损量大，易导致假体的远期失效。且其磨粒会引起的严重的骨溶解现象从而导致假体中、远期松动率高，使人工关节的使用年限减短。(2)限制性假体只限于单一平面活动，极易引起假体—骨水泥—骨组织界面应力异常集中。中、远期假体松动、感染等并发症发生率高。(3)半限制性、非限制性假体通常有一个聚乙烯平台。平坦的聚乙烯平台对膝关节活动程度小，但因屈膝活动时胫股关节呈点接触，局部压应力负荷大大增加，加重聚乙烯磨损，影响其使用寿命。如果聚乙烯平台关节面呈杯状且曲度与股骨髁外形相匹配，增加胫股关节面接触，虽然可以减少关节单位面积的压应力负荷，但这种设计同时也限制了关节运动，特别是旋转运动，引起假体—骨水泥—骨组织界面应力增加。经文献检索发现，H.ThabeBad Kreuznach.Germany在《第七界人国人工关节学术会暨国际学术研讨会论文集》p112-115撰文“Mobile Bearing Total Knee Arthroplasty(活动半月板型全膝关节置换术)”，该文提出了一种活动半月板型人工膝关节的设计构想，用以解决关节面间匹配性和关节活动度间的矛盾，聚乙烯的磨损问题可以通过对聚乙烯的制造工艺及添加剂的改进来解决，但由于对医学内植物材料要求极为严格，材料的改进及得到认可是极为困难的事，而且它仍无法避免聚乙烯的磨损问题，此外，这种人工膝关节还增加了一个新的磨损区域就是基底与聚乙烯的活动半月板间的磨损。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种滚动式人工膝关节，利用滚动轴承原理，使其有效降低关节伸屈运动时的摩擦阻力，这既减小了传递到髓内固定长柄上的力，从而减少假体一骨界面间的应力，又极大减少了钴铬钼合金的磨损量的，使金属磨屑的数量和颗粒大小减小，而且，该假体没有采用聚乙烯部件，从而完全避免了聚乙烯磨粒的出现，避免了聚乙烯的生物毒性作用。本发明是根据以下技术方案实现的，主要包括股骨部件、滚动体、心轴和胫骨部件，其连接方式为股骨部件和心轴上各有两条滚道，对应滚道组合形成两个横截面为圆形的环状空间，滚动体设置在环状空间内，胫骨部件的柱状突起部分与心轴的凹孔连接，每个环状空间内放入16个陶瓷滚珠(滚动体)，股骨部件、滚动体、心轴三者形成了功能上等同于两个滚动轴承的结构，形成人工膝关节的伸屈运动，在这个运动中，由于滚动体随着股骨部件的转动而转动并同时作自转运动，所以股骨部件、滚动体和心轴三者之间的摩擦方式是滚动摩擦。
股骨部件包括髓内干、股骨平台、内外髁、滚道、装球缺口，其连接方式为除髓内干外，股骨部件各部位为一个整体，通过数控机床加工而成，内外髁位于股骨部件的左右两侧，为近似圆管状，两都后上方通过股骨平台相连，两髁内有滚道和装球缺口，通过螺纹联接，髓内干与股骨平台连接在一起，这样在实际使用中，可选配不同长度和直径的髓内干。髓内干和身体重心线成9°倾角，和髓腔走向平行，以防髓内干撞击皮质骨，股骨平台与身体中轴线垂直，内外髁大小相等，髁中空间设置心轴及滚动体，三者共同构成滚动轴承结构。
心轴包括凸球面、凹孔、滚道、装球缺口、端盖，其连接方式为心轴中部有一个凸球面，与胫骨部件上的凹球面匹配传递力，球面中央有一凹孔，与胫骨部件上的柱状突起匹配，以传递运动并防止脱位，心轴两端有与股骨部件相应的滚道和装球缺口，两端的端盖与心轴用螺纹连接，在滚动轴承结构装配好后，再装在心轴上。
胫骨部件包括柱状突起、对称型胫骨平台、髓内干、胫骨关节面、突台，其连接方式为胫骨关节中间有一个凹球面的突台，凹球面中央有一柱状突起，突台两侧是胫骨关节表面，它与股骨髁外表面形态相似但不接触，除髓内干外，胫骨部件各部位为一个整体，通过数控机床加工而成，通过螺纹联接，髓内干与胫骨平台连接在一起，这样在实际使用中，可选配不同长度和直径的髓内干。
胫骨平台与身体中轴线垂直，髓内干与身体中轴线有3°夹角，与股骨髓内干有6°夹角，与下肢力线平行，凹球面的突台与心轴中部凸球面完全贴合，通过该接触面传递股胫关节面之间的力，同时该球面接触保证了关节在伸屈运动中可有20°的内外旋和10°的内外展运动，且由于接触面为球面，在屈膝活动时胫股关节仍保持面接触，不会出现局部压应力负荷增加的现象，从而减少假体磨损，延长使用寿命，柱状突起插入心轴对应的凹孔中，柱状突起并不受股胫关节面传递的重力，滚动体为直径为4.763mm的SiN轴承滚珠，总计32颗。
组装股骨部件、滚动体、心轴时，先将心轴上的装球缺口转到与股骨部件上的装球缺口相对，形成连通心轴及股骨髁端面与对应于该端面的滚道之间的圆柱形管道，该圆柱形管道的直径略大于滚动体直径，通过该圆柱形管道将滚动体一一放入滚道中，滚动体装完以后，再将心轴球面上的凹孔转到股骨部件不能遮挡的地方使其可与胫骨部件装配，最后装上心轴两端的端盖。手术前，将股骨部件、滚动体、心轴组装好成为假体上部，手术中，将假体上部和胫骨部件分别装在患者股骨和胫骨上后，将胫骨部件的柱状突起部分对准心轴球面上的凹孔中部位插入即可，由于膝关节伸屈范围不超过180°，两装球缺口永远不会再重合形成圆柱形管道，保证人工关节装配好后，滚动体不会从装球缺口处脱离滚道。
本发明属于半限制性假体，具有伸屈、旋转、内外翻三个运动，铰链旋转轴线偏关节线后上方，使假体的活动方式能接近正常膝关节的活动方式，从而可使假体—骨水泥—骨组织界面应力有效减小。股骨部件和胫骨部件及心轴都采用了钴铬钼合金制成，内部滚动体采用特殊抛光处理的具有高强度及高光洁度的SiN陶瓷滚珠，由于陶瓷本身是非导体，这两种材料之间不存在电化学反应，从而有效降低了表面腐蚀现象。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明减少了假体磨损，延长了使用年限，降低了生产成本，避免了聚乙烯的生物毒性作用，满足广大国内患者的治疗需求，具有明显的社会效益和可观的经济效益。
图1本发明结构示意2本发明股骨部件结构示意3本发明心轴结构示意4本发明胫骨部件结构示意图具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，本发明主要包括股骨部件1、滚动体2、心轴3和胫骨部件4，其连接方式为股骨部件1和心轴3上各有两条滚道12和16，对应滚道组合形成两个横截面为圆形的环状空间5，滚动体2设置在环状空间6内，胫骨部件4的柱状突起部分19与心轴3的凹孔15连接，心轴3处于股骨部件1的内外髁11中，股骨部件1、滚动体2、心轴3三者形成了等同于两个滚动轴承的结构。
股骨部件1包括髓内干9、股骨平台10、内外髁11、滚道12、装球缺口13，其连接方式为除髓内干9外，股骨部件1各部位为一个整体，内外髁11位于股骨部件1的左右两侧，为近似圆管状，两者后上方通过股骨平台10相连，内外髁11内有滚道12和装球缺口13，通过螺纹联接，髓内干9与股骨平台10连接在一起。髓内干9和身体重心线成9°倾角，和髓腔走向平行，股骨平台10与身体中轴线垂直，内外髁11大小相等，髁中空间设置心轴3及滚动体2。
心轴3包括凸球面14、凹孔15、滚道16、装球缺口17、端盖18，其连接方式为心轴3中部有一个凸球面14，球面14中央有一凹孔15，与胫骨部件4上的柱状突起19匹配，心轴3两端有与股骨部件1相应的滚道16和装球缺口17，两端的端盖18与心轴3通过螺纹连接，心轴3上的装球缺口17与股骨部件1上的装球缺口13相对，形成圆柱形管道。
胫骨部件4包括柱状突起19、对称型胫骨平台20、髓内干21、胫骨关节面22、突台23，其连接方式为胫骨关节中间有一个凹球面的突台23，凹球面中央有一柱状突起19，突台23两侧是胫骨关节面22，与股骨髁外表面形态相似，除髓内干21外，胫骨部件4各部位为一个整体，通过螺纹联接，髓内干21与对称型胫骨平台20连接在一起。
胫骨平台20与身体中轴线垂直，髓内干21与身体中轴线有3°夹角，与股骨髓内干9有6°夹角，与下肢力线平行，凹球面的突台23与心轴3中部凸球面14完全贴合，接触面为球面。
权利要求
1.一种滚动式人工膝关节，主要包括股骨部件(1)、心轴(3)和胫骨部件(4)，其特征在于还包括滚动体(2)，其连接方式为股骨部件(1)和心轴(3)上各有两条滚道(12)和(16)，对应滚道(12)和(16)组合形成两个横截面为圆形的环状空间(5)，滚动体(2)设置在环状空间(6)内，胫骨部件(4)与心轴(3)连接，心轴(3)处于股骨部件(1)的内外髁(11)中，股骨部件(1)、滚动体(2)、心轴(3)三者形成了等同于两个滚动轴承的结构。
2.根据权利要求1所述的这种滚动式人工膝关节，其特征是股骨部件(1)包括髓内干(9)、股骨平台(10)、内外髁(11)、滚道(12)、装球缺口(13)，其连接方式为除髓内干(9)外，股骨部件(1)各部位为一个整体，内外髁(11)位于股骨部件(1)的左右两侧，为近似圆管状，两者后上方通过股骨平台(10)相连，内外髁(11)内有滚道(12)和装球缺口(13)，通过螺纹联接，髓内干(9)与股骨部件(1)的股骨平台(10)连接在一起。
3.根据权利要求2所述的这种滚动式人工膝关节，其特征是髓内干(9)和身体重心线成9°倾角，和髓腔走向平行，股骨平台(10)与身体中轴线垂直，内外髁(11)大小相等，髁中空间设置心轴(3)及滚动体(2)。
4.根据权利要求1所述的这种滚动式人工膝关节，其特征是心轴(3)包括凸球面(14)、凹孔(15)、滚道(16)、装球缺口(17)、端盖(18)，其连接方式为心轴(3)中部有一个凸球面(14)，球面(14)中央有一凹孔(15)，与胫骨部件(4)上的柱状突起(19)匹配，心轴(3)两端有与股骨部件(1)相应的滚道(16)和装球缺口(17)，两端的端盖(18)与心轴(3)通过螺纹连接，心轴(3)上的装球缺口(17)与股骨部件(1)上的装球缺口(13)相对，形成圆柱形管道。
5.根据权利要求1所述的这种滚动式人工膝关节，其特征是胫骨部件(4)包括柱状突起(19)、对称型胫骨平台(20)、髓内干(21)、胫骨关节面(22)、突台(23)，其连接方式为胫骨关节中间有一个凹球面的突台(23)，凹球面中央有一柱状突起(19)，突台(23)两侧是胫骨关节面(22)，与股骨髁外表面形态相似，除髓内干(21)外，胫骨部件(4)各部位为一个整体，通过螺纹联接，髓内干(21)与对称型胫骨平台(20)连接在一起。
6.根据权利要求5所述的这种滚动式人工膝关节，其特征是胫骨平台(20)与身体中轴线垂直，髓内干(21)与身体中轴线有3°夹角，与股骨髓内干(9)有6°夹角，与下肢力线平行。
7.根据权利要求5所述的这种滚动式人工膝关节，其特征是凹球面的突台(23)与心轴(3)中部凸球面(14)完全贴合，接触面为球面。
全文摘要
一种滚动式人工膝关节属于人工关节领域。本发明主要包括股骨部件、滚动体、心轴和胫骨部件，其连接方式为股骨部件和心轴上各有两条滚道，对应滚道组合形成两个横截面为圆形的环状空间，滚动体设置在环状空间内，胫骨部件与心轴连接，心轴处于股骨部件的内外髁中，股骨部件、滚动体、心轴三者形成了等同于两个滚动轴承的结构。本发明具有实质性特点和显著进步，本发明减少了假体磨损，延长了使用年限，降低了生产成本，避免了聚乙烯的生物毒性作用，满足广大国内患者的治疗需求，具有明显的社会效益和可观的经济效益。
文档编号A61F2/38GK1403064SQ0213717
公开日2003年3月19日 申请日期2002年9月26日 优先权日2002年9月26日
发明者于仲嘉, 王成焘 申请人:上海市第六人民医院, 上海交通大学