专利名称：改进的矫形装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的矫形装置，特别是涉及一种设计成帮助或替换受损关节的人造矫形装置。
背景技术：
现有技术的人造矫形装置广泛用于医疗外科手术领域中，该人造矫形装置广义地分成外部假体或肢体假体、校正器或矫形器以及内部假体或关节假体。在关节中(这里的意思是任意普通关节，尽管为了方便优选是参考膝关节)在彼此相对运动的关节表面之间具有接触。 这种相对运动基本由在关节表面之间的相对滚转运动和相对滑动来限定。相对运动通过使得关节表面保持在正确的相对位置的关节结构来保证，关节结构例如韧带、肌肉和软骨组织。当关节表面由于退化性疾病而受到损害时，内部假体能够用于恢复关节功能。关节假体试图利用复制自然关节的相对运动的凸轮、工作表面和中间元件(例如塑料插入件)来复制和替换退化的自然关节表面。特别是，复制原来的运动将部分依赖于在假体中进行接触的配合表面的形状(这些表面构成为模仿自然表面的典型形状)，部分依赖于在植入假体所需的外科手术操作过程中没有除去的自然关节结构。实际上，应当知道，在关节假体的植入过程中，在要替换的关节处的主关节结构(例如在膝盖假体中的十字形韧带)经常被切割，以便允许插入假体。在很多病例中，假体在不能使得关节表面之间保持最佳相对位置的状态下插入。总的来说，在大部分现有技术假体中，在运动过程中进行接触的配合表面将相互抵靠地滑动，从而导致由于形成的摩擦和较高的单位负载而引起的快速磨损。为了克服这些缺点，已经发展了例如在国际专利申请W02007/074387中所述的假体。这些假体基于配合表面的特殊形状。特别是，在国际专利申请中所述的配合工作表面定义为具有曲线形准线(具有作为准线的、平面相对运动的极坐标)的规则表面(ruledsurface)的一部分,或者制作成与球形相对运动的瞬轴面(axoidal surface)重合。一个自由度的平面或球形相对运动近似于自然关节的实际空间运动，因此瞬轴面之间的相对运动只是滚转运动，没有滑动。不过，在上述申请W02007/074387中所述的这种假体需要从股骨中更多地除去骨材料，特别是在膝盖假体中。在文献US-A-5413604、W02007/119173 和 US-A-3969773 中介绍了另外不同类型的现有技术假体。文献W02007/119173介绍了一种假体，该假体包括具有三个自由度的球形关节，该球形关节位于内髁的中心，并与并不限制假体沿设置通路运动的轨迹组合。因此，假体并不精确近似于自然膝关节的一个自由度的运动，且并不完全重新产生关节的解剖学限制，特别是当解剖学膝盖结构受损或进行切除或除去、以便能够插入假体时。因此，关节比自然情况下的控制更差，从而产生更不符合解剖学的相对运动，同时将非自然负载置于膝盖结构的其它部分上。在文献US-A-5413604中所述的假体也限定了具有太多自由度的运动，该假体包括具有三个自由度的球形关节，该球形关节位于外髁的中心。文献US-A-3969773涉及一种假体，该假体构成为限定了在两个圆形表面之间的平面运动，这两个圆形表面的中心总是等距，并通过两个刚性部件和/或通过两个连杆来连接。这两个表面有效地在彼此之上滚转，但是根据所提出方案产生的平面运动并不能以足够精度来复制实际关节运动。
而且，两个连杆并不完全限制假体绕接触表面的公共法线的旋转，并需要附加连接部件，不过，这使得圆形滚转表面的选择很重要。
发明内容
在本文中，本发明的主要技术目的是提供一种优于现有技术装置的矫形装置。本发明的目的是提供一种矫形装置，它能够尽可能接近地复制被替代关节的自然运动,还很容易植入。
通过下面对附图中所示的矫形装置的优选和非排他实施例的非限定说明，将更清楚本发明的其它特征和优点，附图中图I是膝关节的示意图，该膝关节用于定义本发明的假体；图2以示意正视图表示了本发明的膝盖假体的原理图；图3是表示本发明假体的第一优选实施例的示意正视图；图4是表示本发明矫形装置的第二优选实施例的示意正视图；图5是表示本发明矫形装置的第三优选实施例的示意正视图；图6是图5的假体的细节的示意透视图；图7是表示本发明矫形装置的第四优选实施例的示意正视图；以及图8不意表不了图7的矫形装直的细节。
具体实施例方式参考附图，特别是图3、4、5和7，标号I表示矫形装置，或者一般地说，表示本发明的假体。如专利申请W02007/074387 (该文献整个被本文参引)中所述，关节的运动能够近似为球形运动，也就是说，可参考一系列绕经过固定在两个部件上的点的可变方向轴线的瞬时旋转。总的来说，由球面副所限定的球形运动具有三个自由度。不过，与膝盖运动(本说明书特别涉及膝盖运动，但并不是限制本发明的范围)类似的球形运动只有一个自由度。如图I中所示，关节2因此可参考具有一个自由度的等效空间机构来示意表示。
通过非限定示例，膝盖3(图I)能够基本参考模型100，该模型100包括通过球形运动副6而与第二骨段5连接的第一骨段4。膝盖3的实际运动由自然解剖韧带结构来约束，例如十字形韧带和副韧带，使得近似的球形运动能够被认为只有一个自由度。为了简明，下面的说明所述的球面副的意思是球形运动副或运动副，它允许三个空间自由度，也就是说绕经过运动副自身中心的三个轴线旋转。骨段4和5通过第一杆7和第二杆8而相互约束。第一杆7在第一锚固点7a处与第一骨段4连接，在第二锚固点7b处与第二骨段5连接。 第二杆8在第一锚固点8a处与第一骨段4连接，在第二锚固点Sb处与第二骨段5连接。模型100的第一杆7和第二杆8表示主自然解剖韧带结构。通过特殊的非排他和因此非限定示例，第一杆7和第二杆8可以在模型100中表示两个十字膝盖韧带。在还一特殊的非排他和因此非限定示例中，第一杆7和第二杆8可以在模型100中表示一个十字形韧带和一个副韧带。通过杆7和8表示在模型100中的主韧带结构允许在球形模型100中和在它产生的运动中重新产生等距结构(isometry),在自然关节运动中存在这些等距结构。因此，通过模型100产生的一个自由度的球形运动能够近似自然膝关节运动，并重新产生至少关节主韧带结构的等距形式。近似于膝关节运动的一个自由度的球形运动的瞬时旋转的螺旋轴线RO是由第一平面I与第二平面n 2相交限定的轴线，该第一平面Jil由球面副6的中心“0”和将第一杆7锚固在骨段4、5上的两个点7a、7b来确定，该第二平面2由球面副6的中心“0”和将第二杆8锚固在骨段4、5上的两个点8a、8b来确定。当在相对运动过程中继续经过固定点“0”时，瞬时旋转轴线RO将由于在部件4和5之间的相对运动而改变它的方向。参考图1，在运动过程中由瞬时旋转轴线RO占据的位置的几何轨迹是用于第一部件4的第一圆锥形表面SI和用于第二部件5的第二圆锥形表面S2。换句话说，第一和第二表面SI、S2是具有曲线形准线的规则表面，其中，在部件4和5的相对运动过程中，母线RO在经过固定点(点“0”，图I)的相应曲线形准线上运动。第一和第二表面SI、S2是可参考关节2运动的球形运动的瞬轴面(axoid)。关节2的运动特别指一系列绕经过固定点“0”的可变方向轴线的瞬时旋转。关节2的运动完全由第二圆锥形表面S2在第一圆锥形表面SI上的滚转来限定。应当知道，球形运动的两个瞬轴面圆锥表面SI、S2有相同的顶点，并在每一瞬间都沿母线接触，该母线与在给定瞬时的瞬时旋转轴线RO重合。应当知道，在这样的运动中，球形运动的瞬轴面在没有滑动的情况下在彼此的上面旋转。运动的瞬轴面SI、S2由用作与关节2等效的机构的空间模型100来推出。参考图2，对于作为优选实施例的膝关节3，第一骨段4是股骨，第二骨段5是胫骨。
运动的瞬轴面SI、S2定位成如图2中所示，固定中心“0”必须被认为基本定位在股骨4的内侧髁9处。如图所示，中心“0”相对于膝盖的矢状中间平面位于中间位置处。更详细地说，点“0”的定位是对限定球形运动的试样用实验方法获得的数据的最优化，它模拟自然膝盖的实际总体运动。根据本发明的矫形装置I的第一优选实施例(图3中所示)包括设计成与股骨4刚性连接的第一部件10和设计成与胫骨5刚性连接的第二部件11。如图所示,部件10和11包括相互接触的工作或负载表面IOb和lib。
因为膝关节3的运动与一个自由度的球形运动近似，因此负载表面IObUlb优选是通过球形运动的瞬轴面圆锥表面SI、S2来产生。更具体地说，例如呈自然骨节的复制品形式的表面IOb附接在瞬轴面SI上。表面SI在表面S2上的旋转(为运动的瞬轴面)产生与表面S2自身相关联的表面 lib。也可选择，负载表面IOb优选是呈圆锥形表面的一部分的形式，具有顶点在“0”处的曲线形准线，与自然骨节近似。优选是，使用上述处理过程产生的负载表面Ilb也是具有顶点在“0”处的曲线形准线的圆锥形表面的一部分。换句话说，负载表面10b、llb呈规则圆锥形表面的形式。因此规则圆锥形表面IObUlb沿一区段接触，比任意其它表面受更多约束，且接触压力比普通接触表面的压力低。优选是，根据相同原理，该处理过程能够与建立胫骨板(表面Ilb)和产生与股骨的骨节相对应的配合表面IOb的过程相反。因此，配合负载表面IObUlb主要用于在骨段4、5之间传递力。因此，假体I能够与股骨4相关连的部件10包括负载表面10b，对称地，假体2能够与胫骨相关连的部件11包括表面11b，该表面Ilb与第一部件10的第一负载表面IOb配
八
口 o在所示结构中，膝盖3的运动受到自然解剖韧带结构例如十字形韧带(标记为20和21)和副韧带(标记为30和31)的约束，从而近似的球形运动只有一个自由度。实际上，部件10和11的相对运动就像该部件受到球面副和通过“软”或韧带自然解剖结构而限制为一个的自由度的约束那样进行。在第二优选实施例中，如图4中所示，本发明的矫形装置I也包括设计成与股骨4刚性连接的第一部件10和设计成与胫骨5刚性连接的第二部件11。本发明的矫形装置I还包括球面副17，以便约束股骨4和胫骨5。球面副17定心在位于股骨的骨节9中的上述固定点“0”处。在通过示例表示的第二优选实施例中，球面副17包括形成于部件11中的球窝18，形成于第一部件10上的球形部分19在该球窝18中运动。换句话说，凸形球形部分19装配至球窝18的球形凹形部分中。这种连接提供了在股骨4和胫骨5之间的三个自由度，且必须消除其中的两个自由度，以便获得具有一个自由度的球形运动。
优选是，图4中所示的矫形装置包括固定在第一和第二骨段4、5上或第一和第二部件10、11上的第一和第二杆或连接元件20、21。应当知道，连接元件20、21优选是通过自然、人造或生物学的韧带部分来实现。杆20和21用于引导部件10和11的相对运动，也就是说，用于引导装置I。更详细地看，四个锚固点A、B、C、D通过试验来寻找，以便与球面副17组合作用来限定一个自由度的球形运动，从而使得矫形装置I能够复制膝盖3的实际运动。锚固点A、C位于股骨4上,而锚固点B、D位于胚骨5上,它们如图4中所不布置。如图所示，点A、B、C和D位于各骨段4、5上或在部件 10和/或11上(没有区别)。杆20在锚固点A和B处固定在股骨4上和胫骨5上。杆21在锚固点C和D处固定在股骨4上和胫骨5上。有利地，锚固点A、B以与由杆21连接的锚固点C、D交叉的方式通过杆20来连接。优选是，锚固点A、B、C和D位于空腔12处，该空腔12自身在两个骨节9、9'之间延伸到股骨4中。杆20和21穿过空腔12，以便相互交叉和连接相应的锚固点。优选是，杆20、21位于关节2的中间位置处。有利地，如上所述，杆20、21优选是通过韧带的一部分来实现。重要的是，固定杆20、21优选是包括自然十字形韧带(当该十字形韧带没有危险或损伤时)。一般地说，杆20、21以与自然十字形韧带基本相同的方式锚固在股骨4和胫骨5上。韧带部分只对牵引有反应，因此，为了防止它们松弛和为了复制自然运动，矫形装置I包括负载表面IOb和lib。上述类型的负载表面IOb和Ilb分别在相对于杆20和21与球面副17相对的解剖结构侧被建造(modelled)在第一部件10和第二部件11中。优选是，第一负载表面IOb通过在骨节9'(它与该骨节9'的形状匹配)处的部件10而与骨段4相关连。换句话说，表面IOb基本类似于自然骨节9'地形成，表面Ilb优选是产生为表面IOb的匹配表面(根据上述一个自由度的球形运动)。也可选择，表面IOb类似具有曲线形准线的圆锥形表面部分地形成，具有在“0”处的顶点，并近似于自然骨节9'。表面Ilb基本作为表面IOb的匹配表面(根据上述一个自由度的球形运动)产生。实际上，如图4中所示，矫形装置I包括在第一骨节9处的球面副17、在第二骨节9'处的负载表面IObUlb以及在第一和第二骨节9、9'之间在空腔12处的杆20、21。装置I的该实施例能够保存关节2的健康部分，例如十字形韧带，而不必切除或处置整个关节区域。因此，假体I有球形连接件(通常称为“球窝接头”)和两个韧带，这两个韧带用于约束它的运动和使得自由度从三减至一。因为这些韧带以及球和窝不能支承高压缩负载，因此假体I包括用于支承该负载的匹配负载表面，而不会阻碍装置I的运动。图5和6中所示的、根据本发明的矫形装置I的第三优选实施例也包括设计成与股骨4刚性连接的第一部件10和设计成与胫骨5刚性连接的第二部件11。第一和第二部件10和11包括相应装置I的引导和/或接触表面10a、I Ia,该引导和/或接触表面10a、lla相互接触地工作。换句话说，表面IOa和Ila是部件10和11相互接触并设计成引导矫形装置I的表面。表面IOa和Ila分别表不为上述圆锥形表面SI的一部分和上述圆锥形表面S2的一部分。 优选是，部件10和11制造成使得用于引导关节的接触表面10a、Ila位于两个股骨骨节9、9'之间。实际上，表面IOa和Ila通过在股骨4的骨节9、9'之间选择运动的瞬轴面SI和S2的相应部分来制成。这是优选位置，因为我们在股骨4中有在股骨4自身的两个骨节9、9'之间延伸的上述空腔12，该空腔12非常接近球形运动(关节2的实际运动近似该球形运动)的瞬轴面S1、S2。将接触表面10a、I Ia专门选择在该位置使得在骨上(在股骨4和胫骨5上)所需的工作最小。最好如图6中所不,用于连接两个表面IOa和Ila的装置13也设置于该位置。这些连接装置13包括柔性元件，该柔性元件的形状和功能与在专利申请W02007/074387中所述的相同，并在下面简要介绍。连接装置13包括一系列柔性元件14、15和16，优选是薄片类型。元件14、15、16固定在引导表面10a、Ila上，也位于空腔12处。特别是，元件14基本在它的第一端处固定在部件11在表面Ila处的一部分上。元件14还基本在它的第二端处固定在部件10在表面IOa处的一部分上。元件14从部件11的、元件14被固定的部分直至在给定瞬时的瞬时旋转轴线部分地定位在表面Ila上，且该元件14从在给定瞬时的瞬时旋转轴线直至部件10的、元件14被固定的部分部分地包围表面10a。当胫骨5相对于股骨4运动时,柔性元件14从表面IOa打开，并包绕在表面Ila上，或者反之亦然。元件15基本在它的第一端处固定在部件10在表面IOa处的第二部分上。元件15还基本在它的第二端处固定在部件11在表面Ila处的第二部分上。元件15从部件10的、元件15被固定的部分直至在给定瞬时的瞬时旋转轴线部分地包绕在表面IOa上，且该元件15从在给定瞬时的瞬时旋转轴线直至部件11的、元件15被固定的部分部分地包围表面11a。当胫骨5相对于股骨4运动时，柔性元件15从表面IOa打开，并包绕在表面Ila上，或者反之亦然。优选是，柔性元件15以与柔性元件14相同的方式包绕在引导表面10a、lla上。柔性元件16相对于柔性元件15与柔性元件14对称地定位。
元件16在相对于柔性元件15与柔性元件14相对的一侧基本在它的第一端处固定在部件11在表面Ila处的一部分上。元件16还在相对于柔性元件15与柔性元件14相对的一侧基本在它的第二端处固定在部件10在表面IOa处的一部分上。元件16从部件11的、元件16被固定的部分直至在给定瞬时的瞬时旋转轴线部分地定位在表面Ila上，且该元件16从在给定瞬时的瞬时旋转轴线直至部件10的、元件16被固定的部分部分地包围表面10a。当胫骨5相对于股骨4运动时,柔性元件16从表面IOa打开，并包绕在表面Ila上，或者反之亦然。
这样布置的元件14、15和16使得表面IOa和I Ia (也就是说，假体I的部件10和11)能够在没有滑动的情况下相互滚转。优选是，在没有滑动的情况下相互滚转的引导表面10a、lla还考虑柔性元件14、15、16的非零厚度而合适形成。应当知道，在该结构中需要三个柔性元件，因为球形运动的中心点“0”为虚拟的，也就是说并不像前述实施例和后面更详细所述的实施例中那样通过球形连接件来物理限定。因此，三个柔性元件的存在使得表面IOa和lla(也就是，假体I的部件10和11)能够在没有滑动的情况下相互滚转，同时防止部件10和11绕接触表面IOa和Ila的公共法线进行相对旋转。如图5中特别所示，部件9和10包括工作或负载表面IOb和11b，该工作或负载表面IOb和Ilb相互接触，并与上面所述基本相同。负载表面IOb和Ilb的存在特别有利，因为用于引导关节2的表面IOa和Ila优选是具有减小的中间-侧部延伸范围。优选是，如上所述，负载表面IOb和Ilb使用运动的圆锥形瞬轴面SI、S2来构成。更具体地说，制成为自然骨节的复制品形式的表面IOb附接在瞬轴面SI上。表面SI在表面S2上的旋转(为运动的瞬轴面)产生了与表面S2自身相连的表面 lib。也可选择，负载表面IOb优选是呈圆锥形表面的一部分的形式，具有顶点在“0”处的曲线形准线，与自然骨节近似。优选是，使用上述处理过程产生的负载表面Ilb也是具有顶点在“0”处的曲线形准线的圆锥形表面的一部分。因此，匹配负载表面IObUlb主要用于在骨段4、5之间传递力。从左向右看图5，因此与股骨4相关连的假体I的部件10具有第一部分，该第一部分包括负载表面IOb ;中心部分,该中心部分由表面IOa构成,定义为球形运动的瞬轴面SI的一部分；以及第三部分，该第三部分包括另一负载表面10b。以对称方式，再从左向右看图5，与胫骨相关连的假体2的部件11具有第一部分，该第一部分被建造为第一部件10的第一负载表面IOb的匹配表面Ilb ;中心部分，该中心部分被建造为球形运动的瞬轴面S2的一部分；以及第三部分，该第三部分被建造为部件10的第二负载表面IOb的匹配表面lib。
实际上，在该实施例中，部件10和11的相对运动就像该部件受到球面副的约束以及就像相对运动受到表面IOa和I Ia (该表面IOa和Ila构成引导表面，所述引导表面使得装置I只有一个自由度)的约束那样进行。图7表示了本发明的矫形装置I的第四优选实施例。在第四优选实施例中，根据本发明的矫形装置I也包括设计成与股骨4刚性连接的第一部件10和设计成与胫骨5刚性连接的第二部件11。装置I包括球形连接件，也就是说球面副22，该球面副22定心在位于股骨4的骨节9中的球形运动的固定点“0”处。在通过示例表示的优选实施例中，球面副22包括形成于部件11中的球窝23，形成于第一部件10上的球形部分24在该球窝23中运动。
换句话说，球面副22包括与股骨4相关连的球形凸形部分24以及与胫骨5相关连的球形表面23的相应凹形部分，其中，第一球形表面24接合在第二球形表面23中，以便形成球面副22。为了引导和约束球面副22并因此引导和约束装置1，该装置I包括第二对表面25,26,前者与股骨4相连，后者与胫骨5相连。匹配表面25、26是上述圆锥形表面S1、S2的一部分，该圆锥形表面S1、S2是在所述区域中合适复制的、球形运动的瞬轴面。实际上,部件10包括引导表面25,部件11包括与表面25匹配的引导表面26。换句话说，引导表面25、26实现与图5中所不的实施例的引导表面10a、lla相同的功能。有利地，表面25、26位于骨节9'的侧部，优选是保持在膝盖3的自然尺寸内。特别如图8中示意所示，圆锥形表面25、26通过连接装置27而约束成相互滚转。连接装置27包括一对柔性元件28、29。柔性元件28、29定位成使得表面25和26能够在没有滑动的情况下相互滚转。应当知道，该实施例只包括一对柔性元件，因为骨段4、5还通过球面副22相互约束。元件28、29固定在引导表面25、26上，也位于骨节9'的侧部。特别是，元件28基本在它的第一端处固定在部件11在瞬轴面26处的一部分上。元件28还基本在它的第二端处固定在部件10在瞬轴面25处的第二部分上。元件28从部件11的、元件28被固定的部分直至在给定瞬时的瞬时旋转轴线部分地定位在表面26上，且该元件28从在给定瞬时的瞬时旋转轴线直至部件10的、元件28被固定的部分部分地包围表面25。当胫骨5相对于股骨4运动时,柔性元件28从表面25打开，并包绕在表面26上，或者反之亦然。元件29基本在它的第一端处固定在部件10在表面25处的第二部分上。元件29还基本在它的第二端处固定在部件11在表面26处的第二部分上。元件29从部件10的、元件29被固定的部分直至在给定瞬时的瞬时旋转轴线部分地包绕在表面25上，且该元件29从在给定瞬时的瞬时旋转轴线直至部件11的、元件29被固定的部分部分地包绕在表面26上。
当胫骨5相对于股骨4运动时,柔性元件28从表面25打开，并包绕在表面26上，或者反之亦然。优选是,柔性兀件29以与柔性兀件28相同的方式包绕在引导表面25、26上。优选是，引导表面25和26以及柔性连接装置27位于骨节9'侧，同时球面副22位于第一中间骨节9处。图7中所示的矫形装置I包括一对匹配负载表面10b、llb。优选是，表面IObUlb位于骨节9'处，并制成匹配表面的形式。优选是，如结合其它实施例所述，表面IOb制成为重新 产生股骨骨节，且相应表面Ilb根据球形运动(该球形运动近似于膝盖3的实际空间运动)而产生为表面IOb的匹配轮廓。也可选择，负载表面IOb优选是呈具有顶点在“0”处的曲线形准线的圆锥形表面的一部分的形式，该圆锥形表面的一部分近似于自然骨节。有利地，使用上述处理过程而产生的负载表面Ilb也是具有顶点在“0”处的曲线形准线的圆锥形表面的一部分。实际上，在该实施例中，部件10和11的相对运动由球面副22来限定，并由表面25和26来约束成使得装置I只剩下一个自由度。当用作第二植入件或修正植入件时，上述第三和第四实施例特别有利。在一些情况下，当主假体失效或严重的关节破坏时，实际上需要在第二次手术中植入具有更多约束的假体，以便用第二假体来替换第一假体。上述发明有工业用途，并可以在并不脱离本发明范围的情况下以多种方式进行变化和改变。而且，本发明的所有细节都可以由技术等效元件来代替。
权利要求
1.一种矫形装置，所述矫形装置用于使得第一骨段和第二骨段(4、5)活动连接，从而形成关节(2)，所述矫形装置包括第一部件(10)，所述第一部件(10)能够与第一骨段(4)相关连；第二部件(11)，所述第二部件(11)能够与第二骨段(5)相关连；连接装置(13、17、20、21、22、27、30、31)，用于连接第一部件(10)和第二部件(11)，以使得第一部件和第二部件(IOUl)相互连接；约束装置(10a、lla、17、20、21、22、25、26、30、31)，用于约束第一部件(10)和第二部件(11)之间的相对运动，以使得第一部件和第二部件(10、11)进行一个自由度的球形相对运动，所述矫形装置的特征在于通过连接装置(13、17、20、21、22、27、30、31)和约束装置(10a、lla、17、20、21、22、25、26、30、31)，第一部件和第二部件(10,11)通过定心在点(O)处的球形运动副来虚拟或物理连接，所述点(O)是与第一骨段(4)和第二骨段(5)之间的实际相对空间运动近似的球形运动的中心，约束装置(10a、lla、17、20、21、22、25、26、30、31)将球形运动副限制为一个自由度，其特征还在于从模型(100)获得球形运动，所述模型包括通过球形运动副(6)和通过第一杆和第二杆(7、8)来与第二部件连接的第一部件，所述第一杆和第二杆用于连接第一部件和第二部件，球形运动副(6)、第一杆(7)和第二杆(8)限定瞬时旋转轴线(RO)，在运动过程中由瞬时旋转轴线(RO)占据的位置的几何轨迹是具有用于第一部件(4)的曲线形准线的第一规则表面(SI)和具有用于第二部件(5)的曲线形准线的第二规则表面(S2)，具有曲线形准线的第一规则表面和第二规则表面(S1、S2)是可参考关节(2)运动的球形运动的瞬轴面。
2.根据权利要求I所述的矫形装置，其特征在于第一部件(10)具有至少一个第一负载表面(10b)，第二部件(11)具有在球形运动中与所述第一负载表面(IOb)匹配的第二负载表面(11b)，所述球形运动与第一骨段(4)和第二骨段(5)之间的实际相对空间运动近似。
3.根据权利要求2所述的矫形装置,其特征在于第一负载表面(IOb)基本位于第一骨段⑷的骨节(9)处。
4.根据前述任意一项权利要求所述的矫形装置，其特征在于第一部件(10)具有在第一骨段(4)的第二骨节(9')处的第三负载表面(10b)，第二部件(11)具有在球形运动中与所述第三负载表面(IOb)匹配的第四负载表面(Ilb)，所述球形运动与第一骨段(4)和第二骨段(5)之间的实际相对空间运动近似。
5.根据前述任意一项权利要求所述的矫形装置，其特征在于第一负载表面(IOb)复制第一骨段⑷的骨节(9)。
6.根据前述任意一项权利要求所述的矫形装置，其特征在于第三负载表面(IOb)复制第一骨段(4)的第二骨节(9')。
7.根据权利要求2所述的矫形装置，其特征在于第一或第三负载表面(IOb)中的至少一个呈圆锥形表面的一部分的形式，所述圆锥形表面具有顶点在球形运动的中心点(O)处的曲线形准线，所述球形运动与第一骨段(4)和第二骨段(5)之间的实际相对空间运动近似。
8.根据权利要求7所述的矫形装置，其特征在于与第一或第三负载表面(IOb)匹配的负载表面(Ilb)呈圆锥形表面的一部分的形式，所述圆锥形表面具有顶点在球形运动的中心点(O)处的曲线形准线，所述球形运动与第一骨段(4)和第二骨段(5)之间的实际相对空间运动近似。
9.根据前述任意一项权利要求所述的矫形装置，其特征在于约束装置(10a、lla、17、20、21、22、25、26、30、31)包括在第一部件(10)和第二部件(11)之间操作的引导杆(20、21)。
10.根据权利要求9所述的矫形装置，其特征在于第一杆和第二杆(20、21)以与膝关节的十字形韧带相同的方式定位，第一骨段和第二骨段(4、5)分别由股骨(4)和胫骨(5)构成。
11.根据权利要求10所述的矫形装置，其特征在于第一杆和第二杆(20、21)由十字形韧带构成。
12.根据前述权利要求9至11中任意一项所述的矫形装置，其特征在于引导杆(20、21)由天生的、人造的或生物学的韧带部分构成。
13.根据前述任意一项权利要求所述的矫形装置，其特征在于连接装置(13、17、20、21、22、27、30、31)包括用于使得第一部件(10)与第二部件(11)连接的球面副(17、22)，所述球面副(17、22)的中心在固定点(O)处。
14.根据权利要求13所述的矫形装置，其特征在于第一部件(10)包括球形部分(19、24)，第二部件(11)包括球窝(18、24)，球形部分(19,24)被约束为在所述球窝(18,24)内运动。
15.根据前述任意一项权利要求所述的矫形装置，其特征在于第一部件和第二部件(IOUl)分别包括呈第一规则表面和第二规则表面(S1、S2)的一部分形式的匹配的第一引导表面和第二引导表面(10a、lla、25、26),所述第一规则表面和第二规则表面(SI、S2)具有曲线形准线，并构成中心在固定点(O)处的球形运动的瞬轴面，所述球形运动与第一骨段(4)和第二骨段(5)之间的实际相对空间运动近似，第一引导表面和第二引导表面(10a、Ila,25,26)至少部分构成约束装置(10a、11a、17、20、21、22、25、26、30、31)。
16.根据权利要求15所述的矫形装置，其特征在于连接装置(13、17、20、21、22、27、30,31)包括至少第一柔性元件和第二柔性元件(14、15、28、29)，所述第一柔性元件和第二柔性兀件在第一引导表面和第二引导表面(10a、lla)处固定在第一部件和第二部件(10、11)上。
17.根据权利要求15或16所述的矫形装置，其特征在于第一引导表面和第二引导表面(IOaUla)基本位于第一部件和第二部件(10、11)的中心部分处，也就是说，在骨段(4)的第一骨节和第二骨节(9、9')之间。
18.根据权利要求15或16所述的矫形装置，其特征在于第一引导表面和第二引导表面(IOaUla)位于第一部件和第二部件(10、11)的侧端。
19.根据前述任意一项权利要求所述的矫形装置，其特征在于与第一骨段(4)和第二骨段(5)之间的实际相对空间运动近似的球形运动的中心点(O)位于股骨⑷的中间骨节(9)中，第一骨段和第二骨段(4、5)分别由股骨(4)和胫骨(5)构成。
20.根据前述任意一项权利要求所述的矫形装置，其特征在于与第一骨段(4)和第二骨段(5)之间的实际相对空间运动近似的球形运动的中心点(O)相对于膝盖的矢状中间平面位于中间位置，第一骨段和第二骨段(4、5)分别由股骨(4)和胫骨(5)构成。
全文摘要
本发明公开了一种用于使得有机系统的第一骨段和第二骨段(4、5)活动连接的矫形装置(1)，其将替换或帮助受损关节(2)，该装置包括第一部件(10)，该第一部件能够与第一骨段(4)相连；第二部件(11)，该第二部件能够与第二骨段(5)相连；第一和第二部件(10、11)通过定心在点(O)处的球形运动副来虚拟或物理连接，该点是表示第一骨段(4)和第二骨段(5)之间的实际相对空间运动的一个自由度的球形运动的中心，装置(1)还包括连接元件(20、21)，该连接元件引导在第一骨段和第二骨段(4、5)之间的相对运动。
文档编号A61F2/38GK102802565SQ201080030405
公开日2012年11月28日 申请日期2010年5月7日 优先权日2009年5月8日
发明者V·帕伦蒂卡斯泰利, F·卡塔尼, N·桑奇西, A·莱亚尔迪尼 申请人:博洛尼亚大学, 里佐利整形医院