解剖重建式人工膝关节假体的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种膝关节假体，具体是一种解剖重建式人工膝关节假体。解决现在的人工膝关节假体结构设计中存在的受力不符合人体生物力学的问题，包括股骨假体、胫骨平台假体和聚乙烯衬垫，所述的股骨假体的内侧髁与外侧髁的顶点之间连线与水平方向形成3度夹角，所述的股骨假体的内侧髁与外侧髁的外顶点与水平方向形成3度夹角，所述的胫骨平台假体结构包括U型的平台，U型平台下表面连接立柱，立柱上设有翼板，所述的聚乙烯衬垫为U型，在U型臂上设有凹面，其中内侧凹面和外侧凹面的顶点之间连线与水平底面方向形成3度夹角。最主要的创新在于不改变人体下肢的解剖轴线，保留前后交叉韧带，更加符合人体的生物力学而非机械力学。
【专利说明】解剖重建式人工膝关节假体
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种膝关节假体，具体是一种解剖重建式人工膝关节假体。
【背景技术】
[0002] 人工膝关节置换手术曾被誉为20世纪最成功的手术之一，从上世纪70年代初， John Insall提出的全髁置换开始，标志着现代人工膝关节置换术的开展。期间人工膝关 节的发展也经历了一个较长的过程，随着人们对膝关节生物力学研究的不断深入，人工膝 关节假体设计理念不断更新，手术技术日趋成熟，手术效果肯定。目前人工全膝关节置换 术被认为是治疗终末期或严重的膝关节炎最有效、最成功的手术之一。纵观膝关节假体设 计开发的历史，现代假体的设计要求置换后的膝关节能更好的恢复膝关节本身的运动学特 性，同时要求减少关节假体接触面之间的应力，减少假体磨损。在实际设计中要兼顾以上要 求具有相当的难度，为减少股骨髁金属假体和胫骨平台聚乙烯假体之间的压应力，需增加 假体间的接触面积，使假体更匹配。但随之而来的问题是假体对关节运动的限制也增加，胫 骨假体与胫骨界面间的应力也增加。反之如增加关节的活动自由度，减少胫骨假体与胫骨 界面之间的应力，需减少股骨髁与胫骨假体间的接触面积。但带来的代价是胫骨聚乙烯假 体的接触应力增加，这样势必增加聚乙烯分层破裂。因此，假体设计中的低应力与活动自由 度之间的矛盾始终无法完全解决，而只能在设计中寻找两者的平衡点。活动载荷假体-- 在70年代后期开始的活动载荷假体设计改变了以往传统的膝关节假体的设计模式，其通 过聚乙烯在金属底托之间呈现光滑的活动平面，允许聚乙烯在金属底托表面上旋转和前后 运动。从理论上该设计可使正常膝关节运动步态中所产生的剪切力和扭转力传递到膝关节 周围的软组织，而不是传递到假体各接触部件或假体与骨之间界面，从而使聚乙烯磨损和 假体松动减少到最低程度。活动载荷膝关节假体的代表LCS假体在临床应用25年以后， 长期随访获得令人满意的手术效果，因而近年在临床上也有不断推广的趋势。高屈曲度假 体--通常，膝关节假体的设计允许膝关节有(Γ120度的运动，在超过120度的屈曲运动 时，股骨后髁的假体弧度已经结束，此时假体之间的接触表现为股骨后髁假体边缘与胫骨 聚乙烯的点状接触，接触面应力大，因而多表现出胫骨聚乙烯后侧的早期磨损。改进的高屈 曲度设计通过增加股骨后髁的截骨量，而使股骨假体后髁厚度增加，延长后髁弧度，因而在 膝关节屈曲12(Γ150度范围内假体之间仍然保持面一面接触，减少了聚乙烯表面的应力， 从而在理论上减少了膝关节极度屈曲时的假体磨损。此类设计在亚洲患者十分受欢迎，由 于生活习惯上与欧美病人的差异，亚洲患者对手术后膝关节的屈曲要求更高，采用该设计 后能更多的满足患者对高屈曲膝关节运动的需求。
[0003] 随着膝骨性关节炎概念的普及，大家都已清楚其病损部位主要在关节表面，包括 关节面软骨的缺失、软骨下骨裸露、半月板磨损、骨赘及游离体的行程，但膝关节前后交叉 韧带往往受累较轻，即便是晚期骨关节炎患者也不例外，而现行的人工膝关节表面置换术 均要求切除患者前后交叉、或前交叉韧带，并用一简单的"立柱"设计来防止关节脱位，使人 体膝关节运动机能明显受限；此外，为保证假体与骨骼的接触面受力均匀，现行人工膝关节 表面置换术后患者的解剖轴和机械轴合并，并丧失了膝关节屈曲运动时股骨外旋和胫骨内 旋的功能，所以现行的人工膝关节置换术技术，可以理解为，是为了减轻患者病痛，改善生 活质量的一种姑息手术。
[0004] 随着人民对生活水平的要求逐步提高，现有人工膝关节假体的弊端逐渐显现，新 的、更加科学、更加符合人体生理的假体成为需要；而科学技术的日新月异，手术技术的精 益求精，特别是材料学和计算机技术的蓬勃发展，使得新型假体的设计和应用成为可能。
[0005] 在正常生理情况下，当人体站立位时，股骨头的中心、距踝关节的中心应处于同一 条直线，此直线即为下肢的机械轴线或力学轴线。经股骨干中心延伸的股骨解剖轴线与机 械轴线在膝关节中心，与胫骨近端，既胫骨干中心延伸的胫骨解剖轴线相交汇，其夹角平均 约为6° ;胫股角是股骨的解剖轴线与胫骨解剖轴线在膝关节中心形成的向外侧的夹角，此 夹角平均174°。现代临床常用的人工膝关节统称为三代膝关节假体，已经非常接近膝关节 生理解剖形态及生物力学，但为保证假体术后受力均匀，截骨后，股骨旋转，与胫骨面平行， 股骨的生理内旋3°消失，并不是真正意义上的解剖重建。
【发明内容】
[0006] 本实用新型为了解决现在的人工膝关节假体结构设计中存在的受力不符合人体 生物力学的问题，提供了一种解剖重建式人工膝关节假体。
[0007] 本实用新型的技术方案是，一种解剖重建式人工膝关节假体，包括股骨假体、胫骨 平台假体和聚乙烯衬垫，所述的股骨假体的内侧髁与外侧髁的顶点之间连线与水平方向形 成3度夹角，所述的股骨假体的内侧髁与外侧髁的外顶点与水平方向形成3度夹角，所述的 胫骨平台假体结构包括U型的平台，U型平台下表面连接立柱，立柱上设有翼板，所述的聚 乙烯衬垫为U型，在U型臂上设有凹面，其中内侧凹面和外侧凹面的顶点之间连线与水平底 面方向形成3度夹角。
[0008] 与现有装置相比较，本实用新型所述的人工膝关节假体，在现有人工膝关节假体 的基础上大胆改进，按机械轴截骨但假体上设计保留膝关节3度内倾股骨前后髁解剖大 小，用胫骨垫内侧坡度阻挡了股骨内移，由于股骨和胫骨截骨面以下肢机械轴垂直克服起 初设计的斜行截骨容易引起假体松动的问题。股骨端假体采用更加纤薄的设计不需要课 间窝截骨，胫骨保留了髁间棘，从而保留了更多的骨量。向真正的表面置换更进一步；而胫 骨-骨界面采用双柱前后翼状锚定设计，在保证稳定的同时，为前后交叉止点让出空间，保 留了前后交叉韧带四边形的功能提高了膝关节的稳定性，这样基本上保留了膝关节的完整 结构，达到正常膝关节的相同功能。股骨-胫骨假体界面采用与胫骨假体匹配的更加耐磨 的高交联聚乙烯填充，以增加假体的使用寿命。
[0009] 而本实用新型的最主要的创新在于不改变人体下肢的解剖轴线，保留前后交叉韧 带，更加符合人体的生物力学而非机械力学。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1为本实用新型所述的股骨假体结构示意图
[0011] 图2为图1的A向视图
[0012] 图3为图1的B向视图
[0013] 图4为聚乙烯衬垫结构图
[0014] 图5为图4的仰视图 [0015] 图6为胫骨平台假体结构图
[0016] 图7为图6的仰视图
[0017] 图8为图6的俯视图。
【具体实施方式】
[0018] 一种解剖重建式人工膝关节假体，包括股骨假体1、胫骨平台假体7和聚乙烯衬垫 4,如图1所示意，所述的股骨假体1的内侧髁2与外侧髁3的下顶点之间连线与水平方向 形成3度夹角，如图3所示意，所述的股骨假体的内侧髁2与外侧髁3的外顶点与水平方向 形成3度夹角，如图6、7、8所示意，所述的胫骨平台假体7结构包括U型的平台，U型平台 下表面连接立柱8,立柱8上设有翼板9,如图4、5所示意，所述的聚乙烯衬垫4为U型，在U 型臂上设有凹面，其中内侧凹面5和外侧凹面6的顶点之间连线与水平底面方向形成3度 夹角。
[0019] 胫骨平台假体7的U型平台上表面为槽状，聚乙烯衬垫4下表面边缘为卡状。这 样聚乙烯衬垫正好卡在U型平台上表面的槽内。
[0020] 股骨假体并不做斜面设计来体现3度内旋，而是采用内低外高，及内侧髁远端及 后侧假体较外侧髁假体略厚，形成3度夹角，回复股骨内旋之生理形态。
[0021] 聚乙烯衬垫具有与胫骨平台假体上表面相匹配的形态，且其下表面凸起区域可完 美压配于胫骨平台假体之上表面，其上表面，即与股骨假体的接触面仍采用现行的球状凹 面设计，以完美贴合股骨假体并允许其前后滑滚移动，迎合股骨内低外高的解剖形态，又不 致破坏胫骨解剖轴线，衬垫也采用内低外高设计，既外侧较内侧厚，重建解剖轴线与机械轴 线的关系。最早的膝关节设计分别在股骨-假体，胫骨-假体接触面建立内翻角，使得假 体-骨界面多向受力，虽保留了解剖轴线，符合生物力学，但又违反了机械力学，最终导致 手术失败，而本设计保留了假体-骨界面传统的垂直受力机制，而将内翻设计体现在聚乙 烯衬垫上，且衬垫不采用斜面设计而是外高内低的设计，这样，各接触面都保持了机械稳定 的垂直单向受力机制，提高了假体的生存率。
[0022] 胫骨平台则假体采用中间镂空，前端相连，的"U"型形态设计，以预留出前后交叉 韧带的生理空间，上表面凹陷以用于压配相应形态的聚乙烯衬垫，下表面，即与骨的接触面 采用向下延伸的双立柱设计，附带副翼，并在外侧立柱的外侧及内侧立柱的内侧设计防止 旋转的移位的翼。
【权利要求】
1. 一种解剖重建式人工膝关节假体，包括股骨假体（1)、胫骨平台假体（7)和聚乙烯衬 垫（4)，其特征是：所述的股骨假体（1)的内侧髁（2)与外侧髁（3)的下顶点之间连线与水 平方向形成3度夹角，所述的股骨假体的内侧髁（2)与外侧髁（3)的外顶点与水平方向形成 3度夹角，所述的胫骨平台假体（7)结构包括U型的平台，U型平台下表面连接立柱（8)，立 柱（8)上设有翼板（9)，所述的聚乙烯衬垫（4)为U型，在U型臂上设有凹面，其中内侧凹面 (5)和外侧凹面（6)的顶点之间连线与水平底面方向形成3度夹角。
2. 根据权利要求1所述的解剖重建式人工膝关节假体，其特征是：胫骨平台假体（7)的 U型平台上表面为槽状，聚乙烯衬垫（4)下表面边缘为卡状。
【文档编号】A61F2/38GK203873920SQ201420147055
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年3月30日 优先权日:2014年3月30日
【发明者】刘乐泉, 刘敏 申请人:山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司