专利名称：股骨头骨内支架假体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装在股骨头内的支架假体。
背景技术：
人体内的髋关节受力复杂，其受力不仅仅只是人的体重，还要承受肌肉作 用力，既使不在行走的情况下，髋关节的受力仍然可能很大。髋关节中的股骨 头塌陷会引起患者肢縮短，行走跛行，最终因骨性关节炎而导致髋关节功能丧 失，导致病残并丧失劳动能力。对于股骨头坏死及坏死导致塌陷明显的患者， 往往都需采用植入假体的手术方法进行治疗。目前，用于治疗股骨头坏死的方 法主要有全髋关节置换、股骨头表面置换等。上述方法中使用的假体存在的主 要缺点是或者缺乏有力支撑致使假体下沉，或者假体与骨界面存在应力集中 (应力遮蔽)致使骨吸收和假体松动。
发明内容
本发明为了解决现有的植入股骨头内的假体存在缺乏有力支撑致使假体 下沉，以及假体与骨界面应力集中(应力遮蔽)致使骨吸收和假体松动的问题， 进而提供了一种股骨头骨内支架假体。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明所述支架假体由磨 菇状主体、支撑托盘、支撑框架和连接杆组成；所述磨菇状主体由盖体和连接 套筒组成，盖体的内凹面与连接套筒的一端面固接，盖体的外轮廓形状与待植 入所述支架假体的股骨头的相应部位的轮廓形状一致；所述支撑托盘由套筒和 三 八个翼板组成，所述三 八个翼板沿套筒的中心轴线均布在套筒的外侧壁 上，三 八个翼板的一端固接在套筒的外侧壁上，所述支撑托盘的外形轮廓由 上至下呈渐縮的圆台形状，且所述圆台形状的支撑托盘的锥角(i为60° 70 ° ，由所述三 八个翼板围成中空腔；所述支撑框架由三 八个分框架和圆筒 形基座组成，所述三 八个分框架均布设置在圆筒形基座的上圆周端面上，所 述支撑框架外形轮廓由上至下呈渐縮的圆台形状，且所述圆台形状的支撑框架 的锥角e为60。 70° ，所述每个分框架均由纵筋和若干个圆弧形横筋构成，
所述若干个圆弧形横筋由下至上等间距设置在纵筋上，且若干个圆弧形横筋的 中部与纵筋垂直固接，所述若千个圆弧形横筋的长度由上至下逐渐变小，所述
三 八个纵筋的下端与圆筒形基座的上圆周端面固接；所述连接套筒插装在支 撑托盘的中空腔内，支撑框架套装在支撑托盘上，所述连接杆的一端依次穿过 圆筒形基座、套筒插接在连接套筒内。
本发明具有以下有益效果本发明既能稳固有效承载人体重量，又能使力
传递至较大范围界面，避免应力集中和骨吸收，解决假体下沉和松动的问题。 通过有限元受力分析，本发明能稳固承受人体重量，并将力传递至较大面积骨 界面。本发明用于治疗股骨头坏死，即在股骨头坏死后，通过手术将其置换入 股骨头内部来修复病变股骨头的外形，以维持病变股骨头的功能。
图1是本发明所述磨菇状主体的主剖视图，图2是图1的仰视图，图3 是本发明所述支撑托盘的主剖视图，图4是图3的俯视图，图5是本发明所述 支撑框架的主剖视图，图6是图5的俯视图，图7是本发明所述支撑框架的立 体图，图8本发明所述连接杆的主视图，图9是本发明装配位置关系图，图 10是本发明装配后的立体图，图11是将本发明安装在股骨头的示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一如图1 10所示，本实施方式股骨头骨内支架假体由磨 菇状主体l、支撑托盘2、支撑框架3和连接杆4组成；所述磨蔬状主体l由
盖体1-1和连接套筒1-2组成，盖体1-1的内凹面与连接套筒1-2的一端面固
接，盖体1-1的外轮廓形状与待植入所述支架假体的股骨头的相应部位的轮廓
形状一致；所述支撑托盘2由套筒2-1 ，三 八个翼板2-2组成，所述三 八 个翼板2-2沿套筒2-1的中心轴线均布在套筒2-1的外侧壁上，三 八个翼板 2-2的一端固接在套筒2-1的外侧壁上，所述支撑托盘2的外形轮廓由上至下 呈渐缩的圆台形状，且所述圆台形状的支撑托盘的锥角a为60° 70° ，由 所述三 八个翼板2-2围成中空腔2-3;所述支撑框架3由三 八个分框架3-1 和圆筒形基座3-2组成，所述三 八个分框架3-1均布设置在圆筒形基座3-2 的上圆周端面上，所述支撑框架3外形轮廓由上至下呈渐縮的圆台形状，且所 述圆台形状的支撑框架的锥角0为60° 70。，所述每个分框架3-1均由纵 筋3-1-1和若干个圆弧形横筋3-1-2构成，所述若干个圆弧形横筋3-1-2由下 至上等间距设置在纵筋3-1-1上，且若干个圆弧形横筋3-1-2的中部与纵筋 3-1-l垂直固接，所述若干个圆弧形横筋3-1-2的长度由上至下逐渐变小，所 述三 八个纵筋3-1-1的下端与圆筒形基座3-2的上圆周端面固接；所述连接 套筒1-2插装在支撑托盘2的中空腔2-3内，支撑框架3套装在支撑托盘2 上，所述连接杆4的一端依次穿过圆筒形基座3-2、套筒2-l插接在连接套筒
1- 2内。
磨菇状主体1:股骨头坏死并且塌陷的区域一般都在股骨头顶部负重区， 磨菇状主体1安装后需与股骨头较好地吻合，因此，磨菇状主体l (支撑帽) 的盖体1-1设计成与患者股骨头直径一致的冠状，以覆盖替代塌陷负重面。由 于各患者塌陷区大小不一，实际设计生产需按大小梯度系列化，根据负重面大 小，其冠状直径D—般至少在30mm左右(参见图1 11)。
支撑托盘2:在做置换手术时，需去除硬化的死骨，而股骨头10内坏死 区多为头内前上方倒锥形区域10-1，所以本发明所述的支撑托盘2的外形轮 廓由上至下呈渐縮的圆台形状，用来填充死骨挖除部分，同时用于稳定支撑框 架3并承托磨菇状主体1，使安装有本发明所述假体的股骨头受力尽可能分散 于较大面积，以减轻应力遮蔽和应力集中现象。为了使新生骨组织能长入，尽 可能减去支撑托盘2上的多余材料，如在支撑托盘2上设有孔2-4或开凹槽
2- 5等形状，且对于冠状直径D为30mm的盖体l-l，圆台形状的支撑托盘的锥 角a设计成64。(参见图1 11)。
支撑框架3:根据沃尔夫(Wolff)定律，骨骼的外形和内部结构的变化 是由于受外部力或功能的变化，当压力加在骨骼上时，骨小梁会自动生长排列 以适应这些压力线；而骨骼不受力，会使骨增生不良或骨量减少。由于假体上 的支撑架采用钛合金，其弹性模量(约110GPa)远远大于骨骼弹性模量(骨 骼弹性模量小于20GPa)，所以会导致支撑架周围骨骼的应力遮蔽，不利于骨 骼生长，从而可能造成假体松动。因此，为增加支撑架周边骨骼的应力刺激， 本发明的支撑框架3设计成且具有外展回复力的倒锥形框架结构，而且釆用镍 钛记忆合金减小了弹性模量。设计成框架结构， 一方面，除了将支撑框架3 自身所受的压力扩散到周围骨骼外，还有利于记忆外展回复力能最大限度作用 于周边骨骼；另一方面，框式结构能让骨小梁和血运通过框的间隙，便于骨长 入，稳定和支持置换假体(参见图1 U)。
连接杆4:股骨头内侧骨小梁组织系统直接通向股骨头关节面负重区，该 处骨小梁最粗，即使在骨质疏松患者，这组骨小梁仍然存在并承担负重功能。 该组骨小梁系统又叫主压力骨小梁，是人体重力传递的主要途径。依据股骨头 内部原有骨小梁力学构架，连接杆4 (置换体支撑柄)应尽量与主压力骨小梁 方向一致。这样就能更好保证力学传递的顺应性，使置换体周围骨骼受力性质 保持基本不变，从而有利于骨骼形态的保持和强化。连接杆4的远端的安放位 置，即假体主要着力点，将关系到置换后初期股骨头的支撑强度和稳定性。为 了减小植入体体积和减小应力遮蔽，连接杆4当然是越短越好，但是股骨头中 心松质骨力学强度相对较弱，很难支撑承受体重的假体，所以连接杆4应该延 伸至股骨头下部(与股骨颈交界处)皮质骨或致密松质骨(主压力骨小梁根部) 的上沿，因为此处不仅具有较厚的皮质骨和致密松质骨，支撑能力强；而且还 是阿当姆斯(Adams)弓前上方，为压应力密集区，而非脆弱的拉应力区域； 这里有较为丰富的血供，能更好地生成新骨，增厚骨质以适应置换后应力变化。 连接杆4尺寸参数按患者股骨头大小系列化。连接杆4由螺纹杆4-1和带螺纹 底座4-2构成，螺纹杆的直径可取6mm，带螺纹底座的直径可取10mm，底座螺 纹是为了即期固定，杆部螺纹是为了与新生骨组织交锁，增大远期稳定性(参 见图1 11)。
具体实施方式
二如图l、图8和图9所示，本实施方式所述连接杆4为 螺纹杆，所述连接套筒1-2的内壁设有螺纹，所述螺纹杆与连接套筒1-2螺纹 连接。如此设计便于安装。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三如图1和图2所示，本实施方式所述盖体1-1上开有三 个均布的通孔1-1-1 (不限于三个，也可为若干个)。在盖体1-1上开有数个 通孔，便于用专用工具安装拧紧，还可通过盖体上的通孔向股骨头内部注入骨 水泥或骨泥，以进一步稳定磨菇状主体1在股骨头上的位置；在盖体l-l内侧 表面上还可铣出若干个圆环槽，使盖体1-1内侧表面更粗糙，增大盖体1-1 内侧面的表面面积，使注入的骨水泥或骨泥与盖体1-1充分接触交融，易于使 本发明所述支架假体与股骨头稳固连接。其它组成及连接关系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四如图3和图5所示，本实施方式所述圆台形状的支撑托 盘的锥角a为64°或65° ，所述圆台形状的支撑框架的锥角e为64°或65 ° 。所述圆台形状的支撑托盘的锥角a与圆台形状的支撑框架的锥角P相同。 其它组成及连接关系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
五如图3和图4所示，本实施方式所述翼板2-2的数量为 四个。如此设计，结构简单，便于加工。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六如图5、图6和图7所示，本实施方式所述分框架3_1 的数量为四个。如此设计，结构简单，便于加工。其它组成及连接关系与具体 实施方式一或五相同。
具体实施方式
七本实施方式所述支撑框架3由形状记忆合金料材制成。 形状记忆合金支撑框架便于手术安装，而且其记忆外展回复力能使其装入后在 体温作用下，紧贴周围骨骼，减少相对活动，从而有利于阻止界面纤维层生长; 形状记忆合金支撑框架还能吸收冲击力减轻骨小梁微骨折；可将形状记忆合金 支撑框架的所有壁厚可设定为l. 5mm。其它组成及连接关系与具体实施方式
一 或二相同。
权利要求
1、一种股骨头骨内支架假体，所述支架假体由磨菇状主体(1)、支撑托盘(2)、支撑框架(3)和连接杆(4)组成；其特征在于所述磨菇状主体(1)由盖体(1-1)和连接套筒(1-2)组成，盖体(1-1)的内凹面与连接套筒(1-2)的一端面固接，盖体(1-1)的外轮廓形状与待植入所述支架假体的股骨头的相应部位的轮廓形状一致；所述支撑托盘(2)由套筒(2-1)和三～八个翼板(2-2)组成，所述三～八个翼板(2-2)沿套筒(2-1)的中心轴线均布在套筒(2-1)的外侧壁上，三～八个翼板(2-2)的一端固接在套筒(2-1)的外侧壁上，所述支撑托盘(2)的外形轮廓由上至下呈渐缩的圆台形状，且所述圆台形状的支撑托盘的锥角α为60°～70°，由所述三～八个翼板(2-2)围成中空腔(2-3)；所述支撑框架(3)由三～八个分框架(3-1)和圆筒形基座(3-2)组成，所述三～八个分框架(3-1)均布设置在圆筒形基座(3-2)的上圆周端面上，所述支撑框架(3)外形轮廓由上至下呈渐缩的圆台形状，且所述圆台形状的支撑框架的锥角β为60°～70°，所述每个分框架(3-1)均由纵筋(3-1-1)和若干个圆弧形横筋(3-1-2)构成，所述若干个圆弧形横筋(3-1-2)由下至上等间距设置在纵筋(3-1-1)上，且若干个圆弧形横筋(3-1-2)的中部与纵筋(3-1-1)垂直固接，所述若干个圆弧形横筋(3-1-2)的长度由上至下逐渐变小，所述三～八个纵筋(3-1-1)的下端与圆筒形基座(3-2)的上圆周端面固接；所述连接套筒(1-2)插装在支撑托盘(2)的中空腔(2-3)内，支撑框架(3)套装在支撑托盘(2)上，所述连接杆(4)的一端依次穿过圆筒形基座(3-2)、套筒(2-1)插接在连接套筒(1-2)内。
2、 根据权利要求1所述的股骨头骨内支架假体，其特征在于所述连接杆 (4)为螺纹杆，所述连接套筒(1-2)的内壁设有螺纹，所述螺纹杆与连接套筒(1-2)螺纹连接。
3、 根据权利要求1或2所述的股骨头骨内支架假体，其特征在于所述盖 体(1-1)上开有三个均布的通孔(1-1-1)。
4、 根据权利要求1或2所述的股骨头骨内支架假体，其特征在于所述圆 台形状的支撑托盘的锥角ci为64。，所述圆台形状的支撑框架的锥角e为64
5、 根据权利要求1所述的股骨头骨内支架假体，其特征在于所述翼板 (2-2)的数量为四个。
6、 根据权利要求1或5所述的股骨头骨内支架假体，其特征在于所述分 框架(3-1)的数量为四个。
7、 根据权利要求1或2所述的股骨头骨内支架假体，其特征在于所述支 撑框架(3)由形状记忆合金材料制成。
全文摘要
股骨头骨内支架假体，它涉及一种安装在股骨头内的支架假体。本发明解决了现有的假体存在缺乏有力支撑致使假体下沉，以及假体与骨界面应力集中致使骨吸收和假体松动的问题。磨菇状主体1的盖体(1-1)的外轮廓形状与待植入所述支架假体的股骨头的相应部位的轮廓形状一致；支撑托盘(2)由套筒(2-1)和翼板(2-2)组成，支撑框架(3)由分框架(3-1)和圆筒形基座(3-2)组成；连接套筒(1-2)插装在支撑托盘(2)的中空腔(2-3)内，支撑框架(3)套装在支撑托盘(2)上，连接杆(4)的一端依次穿过圆筒形基座(3-2)、套筒(2-1)插接在连接套筒(1-2)内。本发明既能稳固有效承载人体重量，又能使力传递至较大范围界面，避免应力集中和骨吸收。
文档编号A61L27/00GK101342100SQ20081013699
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月25日 优先权日2008年8月25日
发明者张广玉, 贾全章, 陈志刚, 顾海栋 申请人:哈尔滨工业大学