专利名称：表面型人工髋关节假体组件的制作方法
技术领域：
发明领域此发明为可在骨科人工髋关节置换手术中使用的表面型人工髋关节假体组件，人工假体由薄壳式壳体和人工假体固定装置组成。人工假体薄壳式壳体的特征是其颈体部分的几何尺寸可与现有商品化的其它类型人工全髋关节假体中的人工球头，人工臼匹配，并构成人工全髋关节假体。
从生物力学的观点出发，自然股骨头所受外力主要是通过皮质骨传导到股骨颈下半部和股骨矩区域的。这个区域的骨骼质量和力学强度都优于股骨干的其它区域，特别是股骨矩区域。因此尽可能多地保留股骨颈和股骨矩，并有效利用它们作为人工假体的主要受力区域是改进人工髋关节假体结构和植入后受力能力的重要思路和指标。此前在已发表的专利文献中曾经有过类似设计思路的报道。例如美国专利4976740报道将金属或其它生物相容材料的空心球形人工股骨头嵌在受损的股骨颈顶部，并配以相应的机械固定，以替代受损的自然股骨头。美国专利5007935报道了以残留的股骨矩为主要受力区域，用一个带有人工金属股骨头的表面型实心假体，嵌在经修整的股骨矩上的立方形区域上，并配以相应的机械固定。经过多年的临床使用，上述两假体设计暴露了一些在应力分配方式上的缺陷，目前在临床使用量已非常少。
中国专利98200233和00244070报道了一种具有金属钟罩结构的人工假体，其基本思路是以罩体套在残留股骨颈外侧，并配以相应的机械固定来使假体安放在残留股骨的大，小粗隆床上，以保证假体的稳定性。此类型可称为股骨颈式假体。其假体设计意图旨在以残留股骨颈为人工假体受力的主要支撑区域。根据这种人工假体结构，残留股骨颈区域将同时承担假体所受外力的传导和假体生物固定双重职责。这种类型人工假体的优点是有效地克服了上述诸人工假体在实际使用中所存在的缺点。特别是在利用皮质骨作为人工假体受力承载面，避免假体安装时损坏髓腔和简化手术操作等方面有了很大的改进。但从假体所受应力分析，假体实际所受的主要外力，特别是压应力，仍多集中在假体的下半圈裙边部，一个比较狭窄的金属壳体上，假体所受全部外力集中在残留股骨的小粗隆和小粗隆床附近区域。由于受力面积仍然比较小，所受的实际单位压强会比较大。尽管外力是作用在质地比较坚硬的皮质骨上，在某些情况下会，数值会超出骨骼允许的生理屈服极限。在长期反复压应力作用下，会产生由于应力遮挡而造成的局部骨吸收现象。特别是在小粗隆区域。由于人体股骨颈生理结构差异，股骨颈型人工假体的安装质量和使用效果，对残留股骨颈的形态和医生的操作技巧的依赖性非常大，如果人工假体安装不当，往往容易产生假体在股骨颈上的轴，颈向位移。如果此现象发生在人工假体植入早期，会使得假体产生微动或其它影响假体功能的不良影响。发明总结本发明目的旨在克服和改善以往人工髋关节假体设计中在选择适当受力传导区域，传导强度和假体与残留骨骼结合等方面的缺陷和不足。表面型髋关节假体是一种股骨矩型假体。它在置换技术和人工关节使用方面的优点在于简化置换手术难度，缩短手术时间，扩大患者的假体置换年龄范围，提高假体使用功能和寿命等。
本发明的特征是人工假体为一流线型的薄壳结构，具有应力分布均匀，承载面积大和受力压强较合理的等特点。特别是通过薄壳结构中包括一个沿骨干方向，向股骨矩区域延伸的舌形部分，将人工股骨头所受外力均匀分布在残留股骨颈下缘和股骨矩区域。其中股骨矩区域为假体主要力传导区域。
本发明的另一特征是人工假体具有一个或多于一个的，由假体裙边自然延伸出的，与机械固定螺钉固定方向不同，且垂直于假体底边的延伸柄。此延伸柄分别植入大粗隆床和股骨矩区域的皮质骨内，从而延长人工假体的力臂，同时，延伸柄中心轴线与人工假体机械固定装置的中心线的夹角式设计，在假体安装后，形成假体在残留股骨上端的自锁式固定，有效地克服人工假体受力时的沿股骨颈轴向和径向旋转和增强假体在安装后的稳定性。有利地避免假体的早期微动，保证了假体生物固定的尽快完成。
本发明的另一特征是人工假体圆孔镂空结构和其表面上相应的生物涂料有利于残留股骨颈上新生骨在假体周围的快速生长和尽快完成假体生物固定。
本发明的另一特征是人工假体可分别与现有商品化的不同类型人工全髋关节假体中的人工球头，人工臼匹配，并构成人工全髋关节假体使用。
所说人工假体的薄壳式镂空壳体(1)由三个壳体形态部分组成薄壳颈部分(20)，薄壳壳体部分(30，40)和壳体延伸柄部分(60，70)。
所说薄壳颈部分其特征是它位于薄壳上方，与薄壳壳体顶部有机连接成一体，所说颈部的结构可分为两种方式。
其中之一为颈部上部为锥状体(21)，下部为圆柱体(22)，所说锥体的外形几何尺寸，即角度，长度和锥体直径与现有商品化的其它类型人工髋关节假体中的人工球的内锥体角度，长度和锥体直径一致，锥状体的中心有轴向中心孔(23)，中心孔穿透所说薄壳壳体顶部，以便机械固定螺钉穿过；锥状体的中心孔，内部有一台阶结构(24)，以便螺钉贯穿假体时托住螺钉，并将假体固定在残留股骨上；其中之二颈部上部为锥状体(31)，中部为圆柱体(32)，下部为自薄壳内顶部，向壳体底边方向延伸出，并和所说薄壳假体连为一体结构的金属延伸螺杆(36)，所说锥体的外形几何尺寸，即角度，长度和锥体直径，与现有商品化的其它类型人工髋关节假体中的人工球头的内孔锥度，长度和锥体直径一致，所说金属延伸螺杆的头部四分之一处有螺纹(37)，所说金属延伸螺杆的长度为所说薄壳假体安装后，所说金属延伸螺杆可以穿透对侧残留股骨干的皮质骨，并与螺母或其它自锁装置和背向衬板(90)配合将所说假体固定在残留股骨上，所说锥状体(21，31)的轴心线与壳体的底部平面(39)成120-135度夹角(25)，此处所推荐的角度为127度。所说薄壳颈部分可与现有商品化的其它类型人工髋关节假体中的人工球头，人工臼配合构成人工全髋关节假体，所说人工球头和人工臼配合可以是金属对超高聚乙烯，金属对金属，金属对陶瓷和陶瓷对陶瓷方式中任何一种。
假体薄壳式镂空壳体(1)，其特征在于壳体为不对称曲线形状(10)，所说不对称曲线形状其特征是在由股骨颈中轴线和股骨干中轴线所构成的股骨颈纵向平面处呈近似抛物线曲线形状(11)，在与股骨颈纵向平面垂直处的纵平面处呈锺形正态分布曲线形状(12)，所说壳体其它部分形态为两曲线的自然平滑连接表面。
假体薄壳式壳体(1)不对称形态按其功能划分为壳体与残留股骨颈结合区域，称股骨颈区(41)，和壳体与股骨矩结合区域，称股骨矩区(42)，所说股骨颈区形态为较对称的，向股骨颈轴线上方隆起的曲面镂空薄壳形态，所说较对称的隆起的镂空薄壳为按一定规律分布的孔(43)构成的镂空结构，所说孔可以为圆，长圆，或其它异型孔，所推荐孔形为圆形，所推荐的孔径为5-8毫米，所说的镂空曲面薄壳形为与修整后的残留股骨颈一致的形态。
所说股骨矩区(42)的壳体形态为由所说股骨颈区下方，沿股骨干内，下方自然延伸的长舌形壳体(51)，所说自然延伸的狭长舌形壳体其特征是假体薄壳壳体的下，后侧部分的外缘线(52)沿小粗隆底部内缘线延伸至与所说壳体的下，前侧部分的外缘线(53)向股骨矩下部延伸交会处而构成的结构，以便覆盖和与股骨干的小粗隆床和股骨矩的皮质骨相配合，所说壳体股骨矩区为人工假体的主要受力支撑区域。所说壳体的下，后侧部分的外缘线为向上隆起曲面形态，从而避免假体覆盖小粗隆，并完成所说壳体下后缘的，从转子窝到股骨矩下端的壳体曲面过渡。按照这种结构，假体下，后侧边缘将沿小粗隆内根部区域伸向股骨矩区域。
所说薄壳式壳体的内部(56)，和外部表面(57)可分别选择下列其中之一或两者兼顾的表面涂层类型经抛光处理的自然光滑表面；或带由可促进或有利于新生骨增长，从而达到以生物方式固定假体目的的材料喷涂的表面，所说的可促进或有利于新生骨增长的材料可以是羟基磷酸灰石类和微型金属珠类的喷涂物或两种方式的混合。
所说薄壳壳体延伸柄为分别位于薄壳体底部裙边和壳体长轴中线低点和高点处的上延伸柄(60)和下延伸柄(70)，所说上延伸柄自所说壳体内股骨颈区，经底部裙边，沿垂直与壳体底部平面方向自然延伸出来的金属柄，所说上延伸柄其特征是在其安装后，将位于大粗隆床，股骨上，外侧，中线上的区域，其长度可为下列两种情况之一可足以穿透大粗隆床处皮质骨；或同时穿透大粗隆床处皮质骨和残留骨干侧皮质骨。所说位于下延伸柄位于所说壳体下裙边端点区域，向与所说壳体底平面垂直方向自然延伸的金属柄，其安装后将对应于股骨干的股骨矩区域，其长度可为下列两种情况之一可足以穿透股骨矩处皮质骨；或同时穿透股骨矩处皮质骨和残留骨干侧皮质骨。所说延伸柄形状可为圆柱状或扁舌状金属柄。
所说人工假体固定装置是由紧固装置和背向衬板(90)组成，所说紧固装置可以选择下列其中之一螺钉，螺母或自锁装置，所说螺钉可以是下列其中之一机械螺钉(81)，或自功螺钉(82)，所说螺钉其特征是在其顶部有一台阶(83)与所说薄壳颈锥体内台阶匹配，所说螺钉其特征是其螺纹(84)仅限于螺钉底部的四分之一区域，所说自功螺钉的螺纹(85)在其前二分之一处有两个相差180度的开口角度为90度的豁口；所说自攻螺钉长度应足以贯穿所说壳体锥形颈部，并穿透股骨干外侧皮质骨，但不应超出过多，所推荐的超出量应少于3毫米。所说机械螺钉其长度应足以与所说背向衬板的螺旋孔结合和紧固所说假体。所说人工假体固定装置为螺母(110)，并与延伸螺杆和背向衬板结合，将假体固定在残留股骨干上。
所说背向衬板(90)，其几何特征是一个其内表面与股骨上，外侧，中线(100)表面适应的，适度自然弯曲的条状物，条状物纵向中线上包括至少两个孔，所说孔是与所说薄壳假体的上延伸杆对应的延伸杆孔(91)和与所说假体固定螺钉或所说金属延伸螺杆对应的螺钉孔(92)构成，所说延伸杆孔(91)为直孔，所说螺钉孔(92)可为下列情况之一与所说螺钉的螺纹相配合的内螺扣孔，或可允许所说金属延伸螺杆穿过的直孔。
所说紧固装置和背向衬板(90)其特征是由生物相容性材料制造，所说生物相容性材料为下列情况之一钴铬钼合金金属；钛及钛合金金属，陶瓷材料，可在体内生物吸收或降解材料及人工合成材料等。
所说薄壳壳体(1)，其特征是由生物相容性材料制造，所说生物相容性材料为下列材料之一钴铬钼合金金属；钛及钛合金金属，陶瓷材料，人工合成材料等。
图1.表面型人工髋关节假体(左侧)组装在残留股骨上端附视图。
图2.表面型人工髋关节假体(左侧)组装在残留股骨上端侧视图。
图3.表面型人工髋关节假体薄壳式壳体(左侧)构造1，假体侧视图。
图4.表面型人工髋关节假体薄壳式壳体(左侧)构造1，假体侧视图。
图5.表面型人工髋关节假体薄壳式壳体(左侧)构造2，假体侧视图。
图6.表面型人工髋关节假体薄壳式壳体(左侧)构造2侧视图。
图7.表面型人工髋关节假体薄壳式壳体在平行与股骨干方向，在股骨颈中线剖面处的呈近似抛物线曲线形状。
图8.表面型人工髋关节假体薄壳式壳体在与股骨颈纵向平面垂直处的纵平面处呈锺形正态分布曲线形状。
图9.表面型人工髋关节假体薄壳式壳体侧视图。
图10.表面型人工髋关节假体薄壳式壳体仰视图(左侧)。
图11.表面型人工髋关节假体背向衬板的不同视图。
实施方法实例1在受损股骨头下三分之一处切除股骨头，用专用股骨颈切除器具修整残留股骨颈，大，小粗隆床。以试模测定是否符合标准。用定位器确定上，下延伸杆的位置。用钻头打孔。安放假体。用钻头沿假体上部锥体中心孔打孔，直至穿透对侧皮质骨。将背向衬板贴附在股骨上端外侧的中心线附近，其上孔对准假体上延伸杆。将假体固定螺钉穿入假体，与背向衬板一起旋紧。
实例2在受损股骨头下三分之一处切除股骨头，用专用股骨颈切除器具修整残留股骨颈，大，小粗隆床。用试模测定是否符合标准。用定位器确定上，下延伸杆和中心螺杆的位置。用钻头打孔，直至穿透对侧皮质骨。将背向衬板贴附在股骨上端外侧的中心线附近，其上，下孔分别对准上延伸杆和中心螺杆，并穿人孔内。以螺母固定中心螺杆和假体，从股骨上端外侧将假体与背向衬板一起旋紧。
实例3在受损股骨头下三分之一处切除股骨头，用专用股骨颈切除器具修整残留股骨颈，大，小粗隆床。用试模测定是否符合标准。用定位器确定上，下延伸杆的位置。用钻头打孔。安放假体。用小于固定自攻螺钉有效直径的钻头沿假体上部锥体中心孔打孔，直至穿透对侧皮质骨。以假体固定用自攻螺钉穿入假体，旋入对侧皮质骨，将假体紧固在残留股骨上端。
尽管上述发明为列举于此发明相关的所有可能的应用，如尺寸，形态或使用方式等。但任何与此发明的核心精神相符或相似的产品或应用均属于本发明专利内容。
权利要求1.一种表面型人工全髋关节假体组件，该组件由薄壳式镂空壳体和人工假体固定装置组成，所说薄壳式镂空壳体为左，右侧各异的，自身非对称假体，所说薄壳式镂空壳体由三个壳体形态部分组成薄壳颈部分，薄壳壳体部分和壳体延伸柄部分，所说人工假体固定装置是由紧固装置和背向衬板部件构成.
2.由权利要求1所说人工全髋关节假体组件，其特征在于所说薄壳式镂空壳体的薄壳颈部分是位于薄壳顶部，与薄壳壳体顶部有机连接成一体，所说薄壳颈部其特征是上部为锥状体，下部为圆柱体，所说锥状体其特征是在于外形几何尺寸，即角度，长度和锥体直径与现有商品化的其它类型人工髋关节假体中的人工球的内孔锥度，长度和锥体直径一致，所说锥状体的结构特征可以选择如下两结构之一1).所说锥状体其特征是锥体中心有轴向中心孔，所说中心孔穿透所说薄壳壳体顶部，以便机械固定螺钉穿过；所说锥状体的中心孔，其特征是内部具有一台阶结构，以便螺钉贯穿假体时托住螺钉，2).所说锥状体其特征是所说颈部下部为一个自所说薄壳内顶部，沿所说锥体中心轴，向所说壳体底部方向延伸的，和所说薄壳假体连为一体的金属延伸螺杆，所说金属延伸螺杆的头部四分之一处有螺纹或自锁装置，所说金属延伸螺杆的长度为所说薄壳假体安装后，所说金属延伸螺杆可以穿透残留股骨干对侧的皮质骨，并与螺母或其它自锁装置配合将所说假体固定在残留股骨上。所说锥状体中心轴线与所说薄壳壳体的底部平面成120-135度夹角，所说薄壳颈部分可与现有商品化的其它类型人工髋关节假体中的人工球头，人工臼配合构成人工全髋关节假体。
3.由权利要求1所说人工全髋关节假体组件，其特征在于所说薄壳式镂空壳体的镂空区域的外观形态是由两部分组成壳体与残留股骨颈结合区域，称股骨颈区，和由股骨颈区下部自然延伸出的壳体裙边区域，称裙边，两区域均为不对称曲线形状，所说不对称曲线形状其特征是在由股骨颈中轴线和股骨干中轴线所构成的股骨颈纵向平面处所说薄壳式镂空壳体的内部剖面呈近似抛物线曲线形状，在与股骨颈纵向平面垂直处的横平面处所说薄壳式镂空壳体的内部剖面呈近似锺形正态分布曲线形状，所说壳体其它部分形态为两曲线的自然平滑连接表面，所说镂空薄壳为按一定规律分布的孔构成的镂空结构，所说孔可以为圆，长圆，或其它异型孔，所推荐孔形为圆形，所推荐的孔径为5-8毫米，所说的镂空薄壳的曲面形态与修整后的残留股骨颈一致的形态，
4.由权利要求1所说人工全髋关节假体组件，其特征在于所说薄壳式镂空壳体的裙边具有自所说壳体上方延伸出来的平缓壳体形态，所说裙边形态以股骨上端区域生理特征可划分为前上区域，前下区域，后上区域和后下区域，所说前上区域其壳体形态为较陡的壳体，所说前下区域其壳体形态为由较陡的壳体过渡到平缓的，能覆盖股骨矩区域的形态。所说后上区域其壳体形态为平缓和能覆盖大粗隆床和转子窝的形态，所说后下区域其壳体形态为所说壳体裙边的外缘线沿小粗隆底内缘线延伸至与所说壳体的前下裙边的外缘线向股骨矩下部延伸交会处而构成的沿股骨干内下方自然延伸的长舌形壳体，以便覆盖和与股骨干的小粗隆床和股骨矩的皮质骨相配合，所说壳体股骨矩区为人工假体的主要受力支撑区域。所说壳体的下，后侧裙边为一向上隆起曲面形态，从而避免假体覆盖小粗隆区域，并完成所说壳体下后缘的从转子窝到股骨矩的壳体曲面过渡。
5.由权利要求1所说人工全髋关节假体组件，其特征在于所说薄壳式镂空壳体的内部，外部表面可分别选择于下列其中之一或兼顾的表面涂层类型经抛光处理的自然光滑表面；或带由可促进或有利于新生骨增长，从而达到生物方式固定人工假体目的的材料喷涂的表面，所说的可促进或有利于新生骨增长的材料可以是羟基磷酸灰石类和微型金属珠类的喷涂物或两种方式兼顾使用。
6.由权利要求1所说人工全髋关节假体组件，其特征在于所说薄壳式楼空壳体延伸柄分别为位于所说薄壳体底部裙边和壳体长轴中线低点和高点处的上延伸柄和下延伸柄，所说上延伸柄自所说壳体内股骨颈区经底部裙边沿垂直与壳体底部平面方向自然延伸出来的金属柄，所说上延伸柄其特征是在其安装后，将位于对大粗隆床顶部，股骨上，外侧，中线上的区域，其长度可为下列两种情况之一可足以穿透大粗隆床处皮质骨；或同时穿透大粗隆床处皮质骨和残留骨干外侧皮质骨；所说下延伸柄位于所说壳体下裙边的下端点区域，向与所说壳体底平面垂直的外侧方向自然延伸的金属柄，其安装后将对应于股骨干的股骨矩区域，其长度可选择下列两种情况之一可足以穿透股骨矩处皮质骨；或同时穿透股骨矩处皮质骨和与其对应地残留骨干外侧皮质骨，所说延伸杆的形状可以选择下列情况其中之一圆柱形或扁弧舌形。
7.由权利要求1所说人工全髋关节假体组件，其特征在于所说薄壳式楼空壳体紧固装置可以选择下列其中之一螺钉，螺母或锁定装置，所说螺钉可以选择下列其中之一机械螺钉和自功螺钉，所说螺钉其特征是在其顶部有一台阶与所说薄壳颈锥体内台阶匹配，所说螺钉其特征是其螺纹仅限于螺钉底部的四分之一区域，所说自攻螺钉长度应足以贯穿所说壳体锥形颈部，并穿透股骨干外侧皮质骨，所说机械螺钉其长度应足以与所说背向衬板的螺旋孔结合和紧固所说假体，所说螺母，其特征在于与所说延伸螺杆一起将所说背向衬板和所说薄壳假体固定在残留股骨干上。
8.由权利要求1所说人工全髋关节假体组件，其特征在于所说薄壳式楼空壳体的紧固装置中的背向衬板是一个金属板，其形态为与股骨上，外侧，中线表面形态适应的，适度自然弯曲的条状物，所说条状物纵向中线上包括至少两个孔，所说孔为与所说薄壳假体的上延伸杆对应的延伸杆孔和与所说假体固定螺钉或所说金属延伸螺杆对应的螺钉孔构成，所说延伸杆孔为直孔，所说螺钉孔可选择下列情况之一与所说螺钉的螺纹相配合的内螺纹孔，或可允许所说金属延伸螺杆穿过的直孔。
9.由权利要求1所说人工全髋关节假体组件，其特征是在于所说薄壳式楼空壳体是由生物相容性材料制造，所说生物相容性材料可选择于下列材料之一钴铬钼合金金属；钛及钛合金金属，陶瓷材料，人工合成材料等，所说紧固装置和背向衬板由生物相容性材料制造，所说生物相容性材料可分别选择于下列情况之一或组合钴铬钼合金金属；钛及钛合金金属，陶瓷材料，可在体内生物吸收或降解材料及人工合成材料等。
专利摘要本实用新型为骨科人工关节置换手术中使用的表面型人工全髋关节假体组件，由薄壳式镂空壳体和人工假体固定装置组成，所说镂空壳体为左，右各异的非对称假体，以分别适应人体左，右侧的生理结构。薄壳式镂空壳体可覆盖残留股骨颈，股骨矩和部分大，小粗隆床皮质骨外表面，具有比较大的假体与残留股骨上坚硬皮质骨的接触面积。人工假体壳体内表面与残留股骨间紧密配合和相应的机械固定装置使得假体的术后早期稳定性好，股骨上端在术后充分的血运使得假体周边新生骨得以生长，使得假体能在比较短的时间内达到生物固定效果。
文档编号A61F2/32GK2566818SQ0223810
公开日2003年8月20日 申请日期2002年6月17日 优先权日2002年6月17日
发明者张连森, 谢平, 贾健 申请人:张连森, 谢平, 贾健