一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构，其包括假体柄主体，假体柄主体表面设有等离子喷涂层，所述假体柄主体包括上段X与下段Y，上段X与下段Y的长度之比为65:79，误差为±3%，上段X与下段Y之间为过渡区域，过渡区域平滑，有一个倒角，所述倒角为过渡面与竖直方向的夹角，倒角的正弦值为tan0.125，误差为±3%。本实用新型股骨柄假体，柄体长度中等，无领设计，截面为改进型的槽口设计，适量减少截骨的同时增大了假体与骨的接触面积。相对于Zimmer/Traper假体，当大转子区域的骨密度在0.657-0.780g/cm3与0.862-0.985 g/cm3该假体在股骨的远端，股骨上的最大应变能密度与股骨平均应变能密度分别降低了26-35%，3.9%，6-12%。
【专利说明】
一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构。
【背景技术】
[0002]全髋关节置换术的实施离不开髋关节假体柄，假体柄的好坏对于全髋关节置换术的成功与否有决定性的影响。一种新型的适合颈干角较小，股骨颈较长的假体被设计出来，从而取得非常好的手术效果。
[0003]现有的髋关节股骨柄大部分是标准化设计，标准化的股骨柄设计不能满足所有人的需要，比如颈干角较小，股骨颈较长的股骨类型，当使用标准化的假体时就会造成截骨不合理导致假体与骨质融合不好，从而造成假体松动。
[0004]骨骼在植入假体后会发生骨质重建，而骨骼的内部结构与骨密度有很大的关系，因此骨骼的材料属性可以用骨密度分布进行表示，而骨重建就是材料密度经过适当的分布达到应变能密度均匀分布的过程。
[0005]综上所述，一款截骨适量，假体初期稳定性好，远期骨再造良好，适用于大转子处表观骨密度在0.657-0.780-0.862g-0.985/cm3的人群，这类人占我国总人口的60 %左右，这种产品将会有很大的市场前景。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一款假体柄中等长度、无领设计、柄体截面为改进槽口形，假体柄表面采用等离子喷涂处理更容易使骨长入，适当减少骨质截取量，提高初期假体稳定性，适合小颈干角，股骨颈较长病人的股骨柄假体。
[0007]为了解决现有技术中问题，本实用新型提供了一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构，其包括假体柄主体，假体柄主体表面设有等离子喷涂层，所述假体柄主体包括上段X与下段Y，上段X与下段Y的长度之比为65:79，误差为±3%，上段X与下段Y之间为过渡区域，过渡区域平滑，有一个倒角，所述倒角为过渡面与竖直方向的夹角，倒角的正弦值为tan0.125，误差为±3%，假体柄主体的三个截面的特点如下，AA截面为假体柄主体顶部的截面，BB截面为假体柄主体过渡区域中部的截面，CC截面为假体柄主体底部的截面，三个截面采用同种建立方式，截面的建立方式:在直角坐标中系，三个截面为类椭圆截面，共由8条线段组成，四段圆弧，两个大圆弧和两个小圆弧，四段直线，每条直线与相邻的两圆弧均相切，AA截面的长短轴之比为40.32:11，误差为±3%，大圆弧与小圆弧半径之比为15:4，误差为±3%。
[0008]作为本实用新型的进一步改进，所述过渡区域竖直方向的长度为4mm，误差为土
3%0
[0009]作为本实用新型的进一步改进，BB截面的长短轴之比为19.5:8，误差为±3%，大圆弧与小圆弧半径之比为5:2，误差为±3%。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，CC截面的长短轴之比为14.33:6.5，误差为±3%，大圆弧与小圆弧半径之比为5:3，误差为±3%。
[0011 ]本实用新型的有益效果是:
[0012]本实用新型股骨柄假体，柄体长度中等，无领设计，截面为改进型的槽口设计，适量减少截骨的同时增大了假体与骨的接触面积。
[0013]本实用新型假体为双锥形，主视图中假体柄下端为锥形柄，并与近端分段式设计，分段区过渡平滑，这种设计能够增大与近端股骨的接触面积，还能减少对髓腔的伤害，同时降低股骨柄上的应力集中，减少股骨柄断裂发生率。
[0014]相对于Zimmer/Traper假体，当大转子区域的骨密度在0.657-0.780g/cm3与
0.862-0.985g/cm3该假体在股骨的远端，股骨上的最大应变能密度与股骨平均应变能密度分别降低了26-35%，3.9%，6-12%。
[0015]本实用新型左视图为逐渐过渡的锥形，这样能够更好的分散假体在股骨上产生的力，使应力分布均匀。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构示意图；
[0017]图2是图1的截面图；
[0018]图3A、图3B、图3C是图2的AA，BB，CC截面图；
[0019]图4，图5，图6是假体与传统ZimmerM/L Traper假体的在不同弹性模量股骨上的应变能对比曲线；图4是股骨近端对比，图5是股骨远端，图6是股骨上的最大应变能密度对比；
[°02°]图7是B-B截面所示区域倒角示意图。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0022]本实用新型为一种近端解剖型股骨柄假体，假体柄长度中等、无领设计、改进的槽口形截面设计，柄体近端符合股骨解剖结构，假体便面采用等离子喷涂工艺进行处理;所述近端解剖型股骨柄假体从主视图看近端向远端过渡采用分段式锥形外形，过渡区域有一个较小的倒角，能有效减少应力集中发生和假体柄折断发生率，上段的加大设计可以提高假体与股骨的接触面积;从左视图看假体的过渡曲线十分流畅假体柄截面为改进型槽口形状，增大与骨的接触面积。本实用新型股骨柄假体可适用不同的患者，可以根据患者股骨近端的测量尺寸进行比例缩放来选择;最大限度的符合人体股骨近端解剖结构，适用于大转子处表观骨密度在0.657-0.780与0.862-0.985g/cm3的患者，使患者能够更快更好的恢复人体正常运动能力，提高假体的使用寿命。使用该型股骨柄假体可提高手术的灵活性，缩短手术时间，减轻病患的痛苦。
[0023]参见图2所示，本新型股骨柄假体，股骨柄柄体(剖面线部分)采用等离子喷涂处理。
[0024]图3A、图3B、图3C中，图2中B-B截面所示区域存在一个倒角，从距B-B截面上下2mm处开始，这可以使BB截面上端的部分与骨保持更大面积的接触，也可以使过渡区平滑，同时减轻初期股骨柄下沉情况。
[0025]截面的建立方式:三个截面采用同种建立方式，在直角坐标中系，此为类椭圆截面，共由8条线段组成，四段圆弧，见图3A中的圆弧S1、S2、S3、S4，四段直线，见图3A中的直线L1、L2、L3、L4，每条直线与相邻的两圆弧均相切。图中点M为类椭圆截面的中心点，点P为圆弧S4的中点，点N为直线LI和L2的延长线的交点，线段MN的长度为类椭圆截面短轴的长度，PM的长度为类椭圆截面长轴的长度。对于图3B和图3C，和图3A的分布类似，就是尺寸有变化。
[0026]AA截面的长短轴之比为20.16: 5，图中大圆弧(S1、S3)与小圆弧(S2、S4)半径之比为10:1，BB截面的长短轴之比为39:25，图中大圆弧与小圆弧半径之比为3:1，CC截面的长短轴之比为14.33:6.5，图中大圆弧与小圆弧半径之比为5:3，如图2，BB截面到AA截面的最高点的距离为X，BB截面到CC截面的距离为Y，上段X与下段Y的长度之比为65:79。这样设计的好处:抗扭转，四段圆弧设计可减少股骨内侧的应力集中，减少骨吸收，图中小倒角的正弦值为tan0.125,这样设计的好处:增加上段的体积，减少初期下沉量。
[0027]参照图2所示为假体柄下端双锥形柄体。
[0028]参照图3A、图3B、图3C所示为三个主要截面处的截面形状，均为改进型槽口截面，AA，BB，CC截面分别有不同的尺寸，可根据不同的病人情况进行选择，这样做可以提高假体与股骨的接触面积。
[0029]参照图4，图5，图6是假体与传统ZimmerM/L Traper假体的在不同弹性模量股骨上的应变能对比曲线。图4是股骨近端对比，图5是股骨远端，图6是股骨上的最大应变能对比。图中横轴是股骨上的弹性模量系数，原股骨的弹性模量为皮质骨为17000Mpa，松质骨为3000Mpa，乘以系数后可改变股骨的弹性模量，通过对比可以看出，相对于Zimmer/Traper假体，当大转子区域的骨密度在0.657-0.780g/cm3与0.862-0.985g/cm3该假体在股骨的远端，股骨上的最大应变能密度与股骨平均应变能密度分别降低了26-35%，3.9%，6-12%。
[0030]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构，其特征在于:其包括假体柄主体，假体柄主体表面设有等离子喷涂层，所述假体柄主体包括上段X与下段Y，上段X与下段Y的长度之比为65:79，误差为±3%，上段X与下段Y之间为过渡区域，过渡区域平滑，有一个倒角，所述倒角为过渡面与竖直方向的夹角，倒角的正弦值为tan0.125，误差为±3%，假体柄主体的三个截面的特点如下，AA截面为假体柄主体顶部的截面，BB截面为假体柄主体过渡区域中部的截面，CC截面为假体柄主体底部的截面，三个截面采用同种建立方式，截面的建立方式:在直角坐标中系，三个截面为类椭圆截面，共由8条线段组成，四段圆弧，两个大圆弧和两个小圆弧，四段直线，每条直线与相邻的两圆弧均相切，AA截面的长短轴之比为40.32:11，误差为± 3%，大圆弧与小圆弧半径之比为15:4，误差为± 3%。2.根据权利要求1所述的一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构，其特征在于:所述过渡区域竖直方向的长度为4mm，误差为±3%。3.根据权利要求1所述的一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构，其特征在于:BB截面的长短轴之比为19.5:8，误差为± 3%，大圆弧与小圆弧半径之比为5:2，误差为± 3%。4.根据权利要求1所述的一种基于应变能密度优化的髋关节假体结构，其特征在于:CC截面的长短轴之比为14.33: 6.5，误差为±3%，大圆弧与小圆弧半径之比为5: 3，误差为土3% ο
【文档编号】A61F2/36GK205411399SQ201521031196
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月11日
【发明人】郭同彤, 赵唐雷
【申请人】哈尔滨工业大学深圳研究生院