可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体的制作方法

专利名称：可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体的制作方法
技术领域：
本发明属于人工关节假体技术，特别是一种新型人工膝关节假体技术。
背景技术：
人工关节是骨科领域在二十世纪取得的最重要的进展之一，它使过去只能依赖拐 杖行走，甚至只能截肢的患者，能够像正常人一样行走，大大改善了生活质量。它作 为一种成熟的治疗方法现已在国内外广泛应用，目前，人工关节置换术己成为治疗骨 关节严重病变的终极治疗手段，被誉为20世纪骨科发展史中重要里程碑。
人工全膝关节置换(TKR)手术的开展也取得了巨大成功。但是目前所有的膝关 节假体设计都不能达到同正常膝关节相同的功能，在膝关节生理和生物力学上都不同 于正常的膝关节。而且较长时间的随访研究中，人工全膝关节置换手术的并发症也日 益显现，特别是人造关节在运动过程中的稳定性很不理想。原因在于目前常规的多代 人工全膝关节置换假体设计都要求术中切除前交叉韧带(ACL)，但并没有对其保留或 进行重建。这种设计理念指导下进行的人工全膝关节置换手术面临三方面问题，其一 是手术后膝关节不稳定；其二是为了解决手术后膝关节不稳定缺陷，在人工全膝关节 置换假体的设计上采取补救设计，例如采用引导板或操纵杆；其三，切除了具有重要 功能的前交叉韧带后导致膝关节生理、生物力学、运动学上都不同于正常的膝关节。 目前除单髁假体外，几乎所有的膝关节假体设计均牺牲了前交叉韧带。人工全膝关节
置换假体手术的精度要求很高，假体的设计、制造以及假体安装的精确程度是涉及关 节置换手术效果优劣的非常重要的因素。因此，过于复杂的设计显然在设计、制造及 假体安装方面造成手术失败。
膝关节的韧带结构对维持膝关节屈伸运动时的滑动滚动起到重要的作用，其中内 外侧副韧带和前后交叉韧带共同参与此功能。前交叉韧带的重要性在最近越来越引起 临床医生的重视，为了保留前交叉韧带，人们也做过一些探索，比如目前的两个单髁 (股骨内髁和外髁)的假体同时置换，但操作很困难。另外还有一些马蹄形设计的假 体虽然可以保留前交叉韧带，但是其设计为了保留交叉韧带使胫骨平台托件在胫骨部 位的锚定面积减小，从而可能导致假体的早期松动和下沉；并且其设计在手术时由于 韧带始终附着在骨上使得手术显露极为困难，很容易造成假体装配旋转及对位不良等失误。还有一些设计只可以重建前交叉韧带，韧带用生物材料替代，而无法保留患者 自身的韧带，这也造成了不必要的浪费和其应用范围的减小，并且重建韧带无法与人 自身的韧带相比拟，比如申请号为200510011371.0的中国发明专利申请就是这样的技 术。

发明内容
为了解决现有人工膝关节假体技术不能保留患者健康的前交叉韧带或者即使保留 前交叉韧带但假体与胫骨部位锚定面积减小、手术操作困难的问题，本发明提供了一 种既可保留或重建前交叉韧带又能保留较大的锚定面积，同时手术操作方便的人工膝 关节置换假体。
本发明的技术方案如下-
可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，包括胫骨平台托件和衬垫，胫 骨平台托件包括一个水平台和将水平台与胫骨固定连接的固定连接结构，所述衬垫具 有与胫骨平台托件水平台的上表面相匹配的下表面且设置在所述水平台上，所述衬垫 上表面具有一对横向间隔开的球形凹面，以各自接收一个股骨部件骨节部分，所述衬 垫还具有前交叉韧带穿过的通道，所述胫骨平台托件上设置有贯穿胫骨平台托件水平 台上、下表面的孔道，所述孔道的大小适合需要置入的前交叉韧带及其附着的骨块穿 过，且所述孔道在胫骨平台托件水平台上的位置适合胫骨平台托件固定于胫骨后，前 交叉韧带及其附着的骨块能穿过所述孔道进入胫骨且使前交叉韧带位于胫骨的正常生 理附着部位；还包括防止置入的骨块脱出的防脱结构。
所述防脱结构为衬垫上设置的扣压防脱结构或胫骨平台托件上设置的卡合防脱结 构或所述骨块与胫骨的固定结构。
所述孔道是横截面为矩形或圆形或三角形的孔道。
所述孔道位于胫骨平台托件水平台的中部偏前的位置，即以冠状面剖视位于中部 位置，以矢状面剖视位于偏前1/3，以与前交叉韧带在胫骨附着部位符合。所述矩形孔 道左右横径为14mm 16mm，前后矢状径为17mm 19mm。
所述衬垫上设置的扣压防脱结构为衬垫下表面能够压住所述置入的骨块的特定部分。
所述衬垫上使前交叉韧带穿过的通道为一位于衬垫中后部的缺口。 所述水平台的上表面与所述衬垫的下表面设置有嵌合结构以使所述衬垫固定在水 平台上。所述嵌合结构为所述衬垫下表面内、外侧设置的突出部分以及相应的水平台上表面设置的凹陷部分。
所述缺口为U形缺口 ，所述U形口的前缘同胫骨平台托件水平台的矩形孔道的前
缘的位置相对应，左右横径与相应胫骨平台托件矩形孔道相同，为14mm 16mm，所
述衬垫的U形口边沿设置有与所述衬垫下表面成台阶结构的水平突起缘。
所述水平突起缘设置在衬垫U形口的前部及与前部相连的内、外两侧的一部分。 所述固定连接结构为贯穿胫骨平台托件上表面和下表面的螺钉孔或设置于胫骨平
台托件下表面且与胫骨平台托件下表面垂直的连接柱；所述固定连接结构数量至少为2。
所述连接柱的表面设置有与胫骨平台托件下表面连接的加强筋。
胫骨平台托件水平台边缘设置有向中心凹陷的后交叉韧带预留位置。
本发明的假体还包括相应设置于衬垫上方的股骨假体。
本发明的技术效果
本发明的人工膝关节置换假体包括的胫骨平台托件的水平台上设置有一个特定的 孔道，该孔道不是通常仅供前交叉韧带穿过的孔道，而是前交叉韧带及其附着的骨块 都能穿过的孔道，而且，该孔道的位置能使所述骨块穿过后进入胫骨的特定部位—— 恰好使其上的前交叉韧带位于正常生理附着部位，同时，还包括了一个防止所述骨块 脱出的防脱结构，这样结构的假体就能施行保留健康前交叉韧带的假体置换手术，因 为可以先将与完整前交叉韧带结合为一体的部分骨块凿出来，在将胫骨平台托件的水 平台固定在胫骨上后，再将前交叉韧带及其附着的骨块穿过该孔道置入胫骨的相应位 置，同时由于具有防脱结构，因此置入的骨块能被固定住。如果是患者自身的完整前 交叉韧带，则凿出的骨块能正好回置回胫骨，如果是同种异体的骨块及附着的前交叉 韧带，在量好骨块的大小后在胫骨上先凿出对应大小的坑，再施行上述步骤。直接用 由于胫骨平台托件的水平台仅仅去掉了一个孔道就能实现保留完整的前交叉韧带，因 此其与胫骨部位的锚定面积仍然很大，不至于造成假体的早期松动和下沉。回植的骨 块经过一段时间生长与胫骨能够致密结合，使前交叉韧带功能基本恢复原始功能，避 免现有技术中易出现的关节脱位等后遗症。胫骨平台托件在胫骨上的安装是在前交叉 韧带被取走的条件下的手术操作，因此，没有前交叉韧带的遮拦，手术部位显露很大， 非常便于手术操作，即方便地完成胫骨平台托件的安装，随后再将附着有前交叉韧带 的骨块通过所述孔道置入到胫骨内并完成衬垫等其他部分假体部件的安装。
衬垫上设置与所述孔道对应的U 形口，可以方便地在安装好前交叉韧带后将衬
垫放置于水平台上，且U形口边沿设置的水平突起缘能正好压住从水平台上略微突出出来的骨块顶部(因为回置时先将胫骨顶部凿平，因此回置的骨块高度高于胫骨上的 孔的高度，并能突出出水平台的上表面)。
胫骨平台托件设置的与胫骨固定连接结构采用多个分布于胫骨平台托件下表面的 固定连接结构，可以使胫骨平台托件与胫骨的连接更稳固。同时由于采用多个固定连 接结构，可以使螺钉或连接柱的长度相比单一连接柱的长度短，避免在胫骨上开凿过 深的孔而给患者带来的痛苦，减少对于骨质的破坏，有利于假体的固定。
连接柱的表面设置有与胫骨平台托件下表面连接的加强筋可以增加连接柱的强度。
胫骨平台托件上容纳前交叉韧带及骨块穿过的孔道为矩形孔与前交叉韧带附着的 骨块外形相适应，矩形的骨块在实际操作中更容易实现，且取下的骨块精度更高。


图1为股骨假体设置在股骨的结构示意图； 图2为衬垫的结构图3为图2的仰视图4为前交叉韧带及其附着的骨块在置换后与衬垫的关系图5位胫骨平台托件结构图6为图5的俯视图。
图中标记列示如下
1、股骨假体；20、衬垫；21、球形凹面；22、 U形衬垫缺口部分；23、水平突起 缘；24、扣接凸台；25、前交叉韧带；26、骨块；30、胫骨平台托件的水平台；31、 孔道；32、扣接凹部；33、连接柱；34、后交叉韧带预留位置。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
图2和图3为本发明人工膝关节置换假体组成部件之一衬垫20的一个优选实施例， 在此，所述衬垫容纳前交叉韧带穿过的通道为一缺口，该缺口设置于衬垫20的中后部， 该缺口为U形即马蹄形，U形结构2个延伸的部分为工作体。每个工作体的上表面设 置有球形凹面21用于容纳股骨髁，工作体的下表面设置有扣接凸台24，扣接凸台24 的作用是与下面的胫骨平台托件的水平台30配合形成固定连接。衬垫20的U形衬垫 缺口部分22的边缘设置有一水平突起缘23，优选地是沿U形缺口周边设置成U型边缘。水平突起缘23与衬垫20的下表面具有阶梯，即水平突起缘23的下表面距离衬垫 20下表面有一定距离。优选地，水平突起缘23各处厚度均保持一致。水平突起缘23 为设置在U形衬垫缺口部分22的防脱结构，而且是一种扣压防脱结构。当然防脱结构 也可以是设置在胫骨平台托件上的卡合防脱结构或所述骨块与胫骨的固定结构，比如 将螺钉钉入骨块与胫骨形成两者的固定结构以防止附着前交叉韧带的骨块的脱出。
如图5和图6所示，本发明人工膝关节置换假体另一组成部件胫骨平台托件，其 包括水平台30和水平台下表面设置的连接柱33，水平台30上表面设置有2个扣接凹 部32，扣接凹部32对应于扣接凸台24设置，两者配合使得衬垫20能够扣合在平台托 件的水平台30上，并固定住衬垫20。胫骨平台托件的水平台30的中部两个扣接凹部 32之间设置有一个矩形的孔道31，位置具体是，以冠状面剖视位于中部位置，以矢状 面剖视位于偏前1/3，以与前交叉韧带在胫骨附着部位符合。孔道31也可以是其它的 形状。孔道31的作用是使前交叉韧带及所附着的骨块通过，孔道31的形状应与骨块 回植后朝向孔道31的形状基本一致且尺寸略大于骨块的尺寸。所述矩形孔道左右横径 为14 mm 16 mm，前后矢状径为17 mm 19 mm。衬垫20的U形口应对应于孔道 31，以接纳前交叉韧带并能由水平突起缘23压住回置的骨块。当然衬垫20也可以是 其他非U形口结构，比如设置通孔供前交叉韧带穿过的结构，这时该通孔可设计得与 孔道31略有错开部位就能够卡住回置的骨块，这种情形下，扣压防脱结构为衬垫20 的下表面能卡住骨块的部分，当然，手术时应使回置的骨块突出胫骨外并恰好与胫骨 平台托件的水平台30的上表面在同一平面上。
胫骨平台托件的水平台30的下表面设置有若干固定连接结构，固定连接结构的数 量至少为2。固定连接结构可以是贯穿胫骨平台托件的水平台30的若干螺钉孔，螺钉 穿过螺钉孔将胫骨平台托件的水平台30固定于胫骨上。固定连接结构也可以是如图5 所示的设置于胫骨平台托件的水平台30下表面的连接柱33，连接柱33可以与胫骨平 台托件的水平台30是一体的。连接柱33的外表面还可以设置加强筋，加强筋同时还 与胫骨平台托件的水平台30的下表面连接。加强筋可以进一步增强连接柱的强度。对 应于安置假体后后交叉韧带的位置胫骨平台托件的水平台30边缘设置有向中心凹陷的 后交叉韧带预留位置34，后交叉韧带预留位置34为后交叉韧带预留出空间便于保留后 交叉韧带。
本发明的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体包括胫骨平台托件和衬 垫20，优选地，还包括如图l所示的股骨假体l。
下面结合安置本发明人工膝关节置换假体方法进一步说明本发明优选实施例的结
8构功能。安置可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体的步骤如下-
首先，沿患者前交叉韧带在胫骨上附着部位外缘向胫骨方向切入取下与前交叉韧 带连接的胫骨上的骨块26，即前交叉韧带连同其附着的骨块26 —同被取下。骨块26 的形状根据实际情况可以是多种形状，优选立方体形状的骨块26，这种形状的骨块26 便于取出和后续骨块26的回植。目前有些保留前交叉韧带的手术没有取下前交叉韧带 这一步骤，采用U形胫骨平台托件固定于胫骨上。这一方面导致在手术时由于前交叉 韧带始终附着在胫骨上使得手术显露极为困难，很容易造成膝关节假体装配旋转及对 位不良等问题。另一方面，U形胫骨平台托件的水平台在胫骨上的锚定面小，很容易 导致假体的早期松动和下沉。本方法去除骨块26后U形胫骨平台托件的水平台在胫骨 端面留下的锚定面积足够大，可以避免上述问题的发生。
其次，将取下骨块26的胫骨端面削去部分骨质，削去部分骨质后该胫骨端面呈平 面形。这一步骤的作用在于平面的胫骨端面便于胫骨平台托件水平台30的安置，同时 消除部分骨质后产生的空间预留给膝关节置换假体，使得在术后患者腿部的长度保持 不变。
第三，将胫骨平台托件的水平台30下表面朝向上述胫骨端面固定，固定通过胫骨 平台托件上的固定连接结构实现。后交叉韧带置于后交叉韧带预留位置34处。
第四，将骨块26穿过胫骨平台托件的水平台30上容纳前交叉韧带穿过的孔道31 回植入原来在胫骨的骨坑中，孔道31的形状与口径应与骨块26上前交叉韧带附着部 位的外沿相当。由于胫骨端面的骨质已去掉一部分，因此回置的骨块26的高度高于胫 骨端面，并突出在水平台30上表面之上。
第五，将U形衬垫20缺口部分(即凹口)对准前交叉韧带25推入，使前交叉韧 带置于U形衬垫20中空部位中(见图4)，此时将衬垫20的下表面与胫骨平台托件的 水平台30上表面扣合。此时，U形水平突起缘23置于孔道31的上方扣压住骨块26 固定了骨块26，不需要对骨块进行额外的固定操作，降低了手术复杂度和膝关节假体 的复杂度，简单的膝关节假体结构更利于提高假体的使用寿命。
当然，可以控制好胫骨端面削去的部分骨质的厚度，使回置的骨块26恰好与胫骨 平台托件的水平台30上表面相平，这样，衬垫20就需要设计成比孔道31窄的结构， 使衬垫20的下表面能压住回置的骨块26。对于这种情形以及回置的骨块的顶部位于胫 骨平台托件的水平台30内的情形，也可以采取在胫骨平台托件的水平台30上设置卡 合防脱结构，衬垫20就不需要设置水平突起缘23，衬垫20与水平台30的配合就可以 采取非固定连接的配合方式，卡合防脱结构可以是胫骨平台托件的水平台30的孔道31上设置的活动卡片，当骨块26置入时顶开该活动卡片，置入后又弹出来以固定骨块。 所述骨块26与胫骨的固定结构是指直接将螺钉钉入骨块26并进入胫骨，使两者 固定在一起。
第六，将股骨髁对准衬垫20上表面的球形凹面进行安置并结束置换假体过程。在 操作本方法之前，可以在股骨上安装股骨假体1 (见图1)，具体方法是在股骨髁上加 工出若干平面与股骨假体内表面适应，安置股骨假体于股骨髁上。上述若干平面与股 骨假体内表面配合避免了股骨髁相对于股骨假体的滑动及由此产生的摩擦。安装股骨 假体可以避免患者股骨直接与衬垫20摩擦，对股骨造成损伤。
至此，实现了本发明保留前交叉韧带的目的，减少了由于重建前交叉韧带给患者 带来的痛苦。回植的骨块经过一段时间生长与胫骨能够致密结合，使前交叉韧带功能 基本恢复原始功能，避免现有技术中易出现的关节脱位等后遗症。
至此利用本发明的人工膝关节置换假体完成重建前交叉韧带的目的。
在本实施例中，股骨部件1的材料是钛合金、钴基合金，如Ti-6A1_4V合金、 Ti-6A1—7Nb合金等，该材料还可以是本领域技术人员熟知的其他各种材料。人工膝关 节置换假体的衬垫2的材料可以是超高分子聚乙烯多孔材料，该材料还可以是本领域 技术人员熟知的其他各种材料。胫骨平台托件3的材料是钛合金、钴基合金，如 Ti-6AL4V合金、Ti-6Al一7Nb合金等，该材料还可以是本领域技术人员熟知的其他各种 材料。
用于重建的前交叉韧带包括各种方法人工合成的前交叉韧带和同种异体的前交叉 韧带以及跟腱和/或自体的股四头肌腱、肌腱等等。对于同种异体的前交叉韧带，可以 使用一端(固定在胫骨上)带有骨块，以方便固定。
同种异体的前交叉韧带来自于遗体。使用同种异体移植的优点是很明显的，患者 自己的健康组织不会遭到破坏，因此被提取的区域不会病变。显然，这种手术时间短， 间接减少了患者的痛苦。同种异体的尸体或创伤等截肢手术的可以保证无传染性疾病 的前交叉韧带在无菌状态下采集并重新消毒包装。上述消毒方法是指用环氧乙烷直接 消毒，或真空包装后用钴60照射消毒。
使用人造韧带替代移植的优势在于避免采集组织区域所产生的疼痛，同时也避免 了同种异体移植替代物的供体缺乏，也不会有疾病传播。
本发明可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体可广泛应用于各种人工膝 关节的置换，如固定平台的人工表面全膝关节、旋转平台的人工表面全膝关节、保
留或不保留后交叉韧带的全膝关节、铰链膝关节等。
10应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明， 但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照实施方式对本发明已进行了详 细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替 换；而一切不脱离本发明的精神和技术实质的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发 明专利的保护范围当中。
权利要求
1、可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，包括胫骨平台托件，胫骨平台托件包括一个水平台和将水平台与胫骨固定连接的固定连接结构，其特征在于所述胫骨平台托件上设置有贯穿胫骨平台托件水平台上、下表面的容纳前交叉韧带穿过的孔道，所述孔道的大小适合需要置入的前交叉韧带及其附着的骨块穿过，且所述孔道在胫骨平台托件水平台上的位置适合胫骨平台托件固定于胫骨后，前交叉韧带及其附着的骨块能穿过所述孔道进入胫骨且使前交叉韧带位于胫骨的正常生理附着部位；还包括防止所述前交叉韧带附着的骨块脱出的防脱结构。
2、 根据权利要求1所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其特 征在于还包括设置于股骨与胫骨平台托件间的衬垫，所述衬垫具有前交叉韧带穿过的 通道；所述防脱结构为衬垫上设置的扣压防脱结构或胫骨平台托件上设置的卡合防脱 结构或所述骨块与胫骨的固定结构。
3、 根据权利要求1或2所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体， 其特征在于所述孔道是横截面为矩形的孔道。
4、 根据权利要求3所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其特 征在于所述孔道位于胫骨平台托件水平台的中部偏前的位置，以冠状面剖视位于中部 位置，以矢状面剖视位于偏前1/3，以与前交叉韧带在胫骨附着部位符合，所述矩形孔 道左右横径为14mm 16mm，前后矢状径为17mm 19mm。
5、 根据权利要求2所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其特 征在于所述衬垫上设置的扣压防脱结构为衬垫下表面能够压住所述置入的骨块的特定 部分。
6、 根据权利要求2所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其特 征在于所述衬垫上使前交叉韧带穿过的通道为一位于衬垫中后部的缺口。
7、 根据权利要求6所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其特 征在于所述水平台的上表面与所述衬垫的下表面设置有嵌合结构以使所述衬垫附着在 水平台上。所述嵌合结构为所述衬垫下表面内、外侧设置的突出部分以及相应的水平 台上表面设置的凹陷部分。
8、 根据权利要求7所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其特 征在于所述缺口为U形缺口 ，所述U形口的前缘同胫骨平台托件水平台的矩形孔道的 前缘的位置相对应，左右横径与相应胫骨平台托件矩形孔道相同，为14mm 16mm，所述衬垫的U形口边沿设置有与所述衬垫下表面成台阶结构的水平突起缘。
9、 根据权利要求1所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其特 征在于所述固定连接结构为贯穿胫骨平台托件上表面和下表面的螺钉孔或设置于胫骨 平台托件下表面且与胫骨平台托件下表面垂直的连接柱；所述固定连接结构数量至少 为2。
10、 根据权利要求1所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其 特征在于所述连接柱的表面设置有与胫骨平台托件下表面连接的加强筋。
11、 根据权利要求1所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其 特征在于胫骨平台托件水平台边缘设置有向中心凹陷的后交叉韧带预留位置。
12、 根据权利要求1所述的可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，其 特征在于还包括相应设置于衬垫上方的股骨假体。
全文摘要
本发明公开了一种可保留或重建前交叉韧带的人工膝关节置换假体，旨在解决现有人工膝关节假体技术不能保留患者健康的前交叉韧带或者即使保留前交叉韧带但假体与胫骨部位锚定面积减小、手术操作困难的问题。它包括胫骨平台托件和衬垫，胫骨平台托件包括一个水平台和将水平台与胫骨固定连接的固定连接结构，所述衬垫还具有前交叉韧带穿过的通道，所述胫骨平台托件上设置有贯穿胫骨平台托件水平台上、下表面的孔道，所述孔道的大小适合需要置入的前交叉韧带及其附着的骨块穿过；还包括防止置入的骨块脱出的防脱结构。本发明人工膝关节置换假体不仅可保留或重建前交叉韧带还能保留较大的锚定面积，同时手术操作方便。
文档编号A61F2/38GK101450014SQ20071017893
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者岩 王 申请人:岩 王