用于全髋关节成形术的最佳接触机械部件的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及可以作为假体关节诸如髋关节的一部分而植入的部件。
【背景技术】
[0002]已经在众多出版物中阐明，人髋是球和承窝关节，然而存在所有三种连续旋转，尽管髋臼和股骨的股骨头的实际形状不是完全球形。正常髋可以经历俯屈/伸展、内/外旋转和外展/内收旋转，包括三个连续旋转以执行运动。由于韧带约束，最显著的是髂股韧带和股骨头韧带，因此不允许股骨头相对于髋白发生显著的平移。
[0003]设计了目前全髋关节成形术(THA)植入物，使得股骨颈:(I)沿着与地面平行的水平轴线对齐；或者，(2)沿着相对于水平轴线成30至45度取向的轴线对齐(参见图1，其中Θ代表股骨颈相对于水平轴线或平面的角度)。已经用该指导原则设计了股骨主干的完整系统，需要植入的股骨颈以遵循解剖颈的取向(参见图2)。尽管这些植入的主干尝试维持解剖颈的角度，但必须理解的是，所述解剖颈要厚得多并且是患者特异性的(参见图3)。
[0004]关于目前THA植入物的担忧包括:⑴股骨头从髋臼杯脱臼；和，⑵股骨头在髋臼杯内滑动。脱臼是目前THA植入物的一个主要担忧，并且该现象非常少见地发生在解剖髋。当脱臼相对于THA植入物发生时，股骨头完全脱离髋臼杯(参见图4)。随着股骨头在外侧方向在髋白杯的上外侧方位滑动，股骨头分离(也非常少见地在解剖髋中看到)常规地发生在THA植入物(参见图5和6)。该股骨头分离现象发生在承重和非承重活动过程中，并且是关于目前THA的一个主要担忧。该现象发生在超过95%的所有具有THA的患者中。本发明的发明人假定，这些现象(脱臼和股骨头分离)可能因为股骨颈轴线没有与腿(即，股骨)的承重轴线对齐而发生。
[0005]在天然股骨中，假定承重轴线6为机械轴线(参见图7)。所述机械轴线由位于股骨头球的中心的第一点2和位于踝关节的中心的第二点4限定。因此假定，该轴线6在正常的健康腿中也经过膝的中心或在膝中心的内侧，甚至可能经过内侧髁。因此，假定机械轴线6承载上体的重量，因为该轴线与施加于髋关节的承重力的方向对齐。
[0006]在正常髋中，股骨头的大尺寸允许髋关节力分散在大面积上，从而导致最小化的在股骨头上的接触应力(参见图8)。并且，正常髋具有支撑韧带结构，其在所有运动过程中维持股骨头在髋白内的接触(参见图9)。因此，在解剖髋关节中维持大的接触面积，从而允许承载表面力转移到该大的接触面积上，导致远低于破坏水平的接触应力。
[0007]在THA外科手术后，韧带支撑结构已经受损。因此，在植入髋假体后，天然解剖结构不再在合适的位置，并且不能耐受可能使股骨头从髋白杯移开的平面力和力矩。如以前所述，所有目前THA植入物尝试维持与解剖颈类似的股骨颈角度(参见图1和2)。
[0008]参考图10，将THA植入物叠加在图8的解剖髋关节上；可以看出，股骨头接触面积已经显著减小，并且当对齐植入物部件的取向时，髋关节处于受损状态，使得脱白和股骨头分离不仅是可能的而且可能受到影响以致于发生。髋的拉出方向与颈角度对齐，所述颈角度在目前植入物中与机械轴线垂直或接近垂直。承载表面接触面积的这种显著减小是目前THA的一个主要担忧，因为股骨头也可以在外侧方向滑动，从而导致甚至更减小的承载表面接触面积和在上外侧方位的聚乙烯磨损(参见图12)。因此，在该取向，随着上身的承载力施加于植入的股骨头(其沿着解剖颈轴线对齐，如在图10中)上，该施加的力可以促进股骨头从髋臼杯脱位或分离。该现象可由力矩的诱导或剪切力沿着股骨颈轴线的引入造成，从而将股骨头推出髋臼杯。
[0009]参考图13，关于THA的另一个持续的担忧是与顶枢有关的故障以及在顶枢和可释放股骨球之间表现出的磨损。许多或者全部与THA—起使用的股骨植入物包括被接收在患者股骨的髁间通道内的股骨主干、集成的股骨颈和股骨头，所述股骨头可从股骨颈的一端(即，顶枢)除去且能够接合髋臼杯。
[0010]已经设计了当前的股骨植入物，使得股骨颈角度与解剖股骨颈角度对齐。通过这样做，患者的上身(经由骨盆)在股骨植入物头上施加的力相对于股骨颈角度具有显著的角度。该施加的上身垂直力(F)作用于髋关节，这沿着NI〉轴线施加于牛顿参考系。该垂直力(F)然后在顶枢参考系中分解成分力(Tl〉，Τ2>, Τ3??从牛顿参考系向顶枢参考系的相对转化与三个连续旋转有关，但是主要旋转被表示为θτ。使用该旋转，然后将分力定义为FTl *Τ1>和FT2*T2>。关注的主要力是FT1，其在TI〉方向施加，并且在运动过程中，该力实际上尝试使球从顶枢脱离。
[0011]在髋运动过程中，在垂直方向施加主要力FT1，这可造成股骨头诱发在股骨颈的顶枢之间的微摇摆运动。该微摇摆运动也可由该上身力在股骨头上施加的力矩(相对于顶枢)诱导。该微运动造成顶枢的外表面与股骨头的内表面之间的摩擦，从而造成顶枢的承载表面和股骨头之间的磨损。另外，该磨损可能造成来自承载表面的微粒碎片，所述碎片遍布于患者的身体。
【发明内容】
[0012]本发明涉及可作为假体关节诸如髋关节的一部分而植入的部件。
[0013]本发明的第一方面是提供一种假体股骨部件，其包括:(a)股骨干；(b)可操作地联接到所述股骨干的股骨颈；和(C)可操作地联接到所述股骨干的股骨球，其中纵向延伸穿过所述股骨颈的颈轴线相对于纵向延伸穿过所述股骨干的股骨干轴线成不大于35度的角度。
[0014]在所述第一方面的一个更详细的实施例中，所述纵向延伸穿过所述股骨颈的颈轴线相对于所述纵向延伸穿过所述股骨干的股骨干轴线成介于35至20度之间的角度。在另一个更详细的实施例中，所述纵向延伸穿过所述股骨颈的颈轴线相对于所述纵向延伸穿过所述股骨干的股骨干轴线成介于20至15度之间的角度。在另一个详细的实施例中，所述纵向延伸穿过所述股骨颈的颈轴线相对于所述纵向延伸穿过所述股骨干的股骨干轴线成介于15至10度之间的角度。在另一个更详细的实施例中，所述纵向延伸穿过所述股骨颈的颈轴线相对于所述纵向延伸穿过所述股骨干的股骨干轴线成介于10至5度之间的角度。在一个更详细的实施例中，所述纵向延伸穿过所述股骨颈的颈轴线相对于所述纵向延伸穿过所述股骨干的股骨干轴线成介于O至5度之间的角度。在一个更详细的实施例中，所述股骨颈包括顶枢，并且所述顶枢从所述股骨干轴线偏离5至160毫米。在另一个更详细的实施例中，所述假体股骨部件还包括固位托架，所述固位托架能够使用紧固件联接至所述股骨干。在另一个更详细的实施例中，所述固位托架能够定位在股骨的外表面上。
[0015]本发明的第二方面是提供一种假体髋关节，其包括:(a)股骨部件，其包括可操作地联接到股骨球的股骨主干，所述股骨球包括基本上均匀的凸承载表面，但是从所述承载表面向外伸出的突出物除外；和(b)髋臼部件，其包括可操作地联接到髋臼杯插入物的髋臼杯，所述髋白杯插入物包括基本上均匀的凹承载表面，但是延伸到所述承载表面中的凹坑除外，所述凹坑的尺寸设定成容纳所述突出物在其中的至少部分插入并限定所述突出物的运动范围，其中所述突出物和凹坑之间的相互作用可有效地阻止在内收方向和外展方向中的至少一个方向上的运动。
[0016]在第二方面的一个更详细的实施例中，所述突出物包括半球形凸出段，并且所述凹坑包括半球形凹陷段。在另一个更详细的实施例中，所述半球形凹陷段比所述半球形凸出段大了不到I个数量级。在另一个详细的实施例中，所述半球形凹陷段比所述半球形凸出段大了超过I个数量级。在另一个更详细的实施例中，所述半球形凸出段定位在所述股骨球的凸承载表面的负荷承载区域的内部。在一个更详细的实施例中，所述半球形凸出段定位在所述股骨球的凸承载表面的负荷承载区域的外面。在一个更详细的实施例中，所述半球形凹陷段定位在所述髋白杯插入物的凹承载表面的负荷承载区域的内部。在另一个更详细的实施例中，所述半球形凹陷段定位在所述髋白杯插入物的凹承载表面的负荷承载区域的外面。在另一个更详细的实施例中，所述凹坑的尺寸比所述突出物的尺寸大了 I个数量级。在另一个更详细的实施例中，所述凹坑的尺寸比所述突出物的尺寸大了不到I个数量级。
[0017]在第二方面的另一个更详细的实施例中，所述突出物定位在所述股骨球的凸承载表面的负荷承载区域的内部。在另一个更详细的实施例中，所述突出物定位在所述股骨球的凸承载表面的负荷承载区域的外面。在另一个详细的实施例中，所述凹坑定位在所述髋臼杯插入物的凹承载表面的负荷承载区域的内部。在另一个更详细的实施例中，所述凹坑定位在所述髋白杯插入物的凹承载表面的负荷承载区域的外面。在一个更详细的实施例中，所述突出物包括球形凸出段、正方形凸出段、矩形凸出段、三角形凸出段和不规则凸出段中的至少一种，并且所述凹坑包括球形凹陷段、正方形凹陷段、矩形凹陷段、三角形凹陷段和不规则凹陷段中的至少一种。
[0018]本发明的第三方面是提供一种假体髋关节，其包括:(a)股骨部件，其包括可操作地联接到股骨球的股骨主干，所述股骨球包括基本上均匀的凸承载表面，但是延伸到所述承载表面中的凹坑除外；和，(b)髋白部件，其包括可操作地联接到髋白杯插入物的髋臼杯，所述髋白杯插入物包括基本上均匀的凹承载表面，但是突出物除外，所述突出物实现穿过所述承载表面和从所述承载表面伸出中的至少一种，所述突出物的尺寸设定成至少部分地插入所述凹坑中，所述凹坑限定所述突出物的运动范围，其中所述突出物和凹坑之间的相互作用可有效地阻止在内收方向和外展方向中的至少一个方向上的运动。
[0019]在第三方面的一个更详细的实施例中，所述突出物包括半球形凸出段，并且所述凹坑包括半球形凹陷段。在另一个更详细的实施例中，所述半球形凹陷段比所述半球形凸出段大了不到I个数量级。在另一个详细的实施例中，所述半球形凹陷段比所述半球形凸出段大了超过I个数量级。在另一个更详细的实施例中，所述半球形凹陷段定位在所述股骨球的凸承载表面的负荷承载区域的内部。在一个更详细的实施例中，所述半球形凹陷段定位在所述股骨球的凸承载表面的负荷承载区域的外面。在一个更详细的实施例中，所述半球形凸出段定位在所述髋白杯插入物的凹承载表面的负荷承载区域的内部