非对称结构的膝关节胫骨托的制作方法
【专利摘要】一种医疗器械人工膝关节【技术领域】的非对称结构的膝关节胫骨托，包括连接台、插入体以及设置在连接台与插入体之间的加固件，其中：连接台与插入体固定连接。本实用新型的非对称结构的膝关节胫骨托添加了加固件的结构，使非对称结构的膝关节胫骨托能更好地承受人体的股骨和胫骨的相对运动而产生压应力与剪切力，同时更利于与骨组织长合，提高膝关节的界面稳定性。
【专利说明】非对称结构的膝关节胫骨托
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是医疗器械人工膝关节【技术领域】的装置，具体是一种非对称结构的膝关节胫骨托。
【背景技术】
[0002]临床医疗工程领域中存在多类人工膝关节的设计形式，目前国内所使用的人工膝关节假体以国外设计为主；针对人工膝关节假体的结构设计，胫骨托的三维几何形状设计是国人施行人工膝关节置换术成功与否的关键因素之一。胫骨托直接插入人体胫骨平台的骨小梁结构中，完成胫骨平台以及胫骨托的固定。胫骨托的三维结构设计的优劣直接影响人工膝关节胫骨部件与人体胫骨的生长和结合。
[0003]人工的膝关节胫骨托的三维几何型面存在很多种类，多为国外设计。经研究和统计，胫骨托的设计形式多为对称设计，而人体膝关节的股骨和胫骨的相对运动在内外侧髁不同，而且其受力状态和应力分布也不同，同时胫骨托的翼插入人体胫骨平台的骨小梁结构中，起到胫骨平台以及胫骨托的固定作用，它的固定作用及与骨组织长合的优劣，直接影响膝关节的界面稳定。胫骨托无菌性松动是膝关节置换后最常见的失败原因。因为胫骨近端骨量较少，最初的胫骨托设计有一个髓内茎来对抗植入物的倾斜和抬离。该髓内茎可以将胫骨近端压应力和剪切力传递到远端松质骨内，但可能因为此处的松质骨较近端薄弱，因而可能倾向骨折。股骨远端最大的压应力可达2.5倍体重，0.5倍的剪切力，而在行走时该股骨远端承受的压应力可达3倍体重。而在膝关节的整个屈曲过程中，膝关节胫股关节主要在内侧接触并相互作用，尤其在高屈曲时明显，因此，在膝关节假体负重中，内侧较外侧要承受更大的压应力和剪切力。
[0004]经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN102232883A公告日2011-11-09记载了一种膝关节旋转平台假体，包括胫骨托和胫骨垫，其中:所述胫骨托的上端面与胫骨垫的下端面均为平面，胫骨托上端面设有两至三根限位柱，其中一个限位柱为主限位柱；胫骨垫的下端面边缘设有相应的开口限位槽,其中一个限位槽为主限位槽；各限位柱分别设置在对应限位槽中，主限位柱与对应的限位槽前后方向移动，上下方向限位连接,其他限位柱可在相应限位槽内移动,主限位槽开口处与其他限位槽内端距离小于主限位柱与其他限位柱之间的距离。但是该技术中胫骨托仅仅使用支撑棒加强其强度，长久使用可能会造成人工膝关节界面的不稳定以及人工膝关节假体的脱位、断裂等的失效现象。
[0005]中国专利文献号CN202154767U，公告日20120307，公开了一种低磨损量人工胫骨平台假体，包括有锁合柱、锁合面、带翼固定柱，锁合柱带有锥度设计，并且设计有防止高分子量聚乙烯垫片脱落的小台阶，嵌入到高分子量聚乙烯胫骨垫片里，锁合面采用机械加工而成，尺寸精度更高，并且表面采用高抛光处理，与高分子量胫骨垫片接触并对其起支撑作用，带翼固定柱可以直接植入人体髓腔，也可以连接加长杆组件后再植入人体髓腔以获得初始的植入稳定性。但该技术对于的膝关节胫骨托假体翼的结构设计均为内外侧髁的对称性设计和布局；然而，由于在膝关节屈曲过程中，膝关节的胫股关节主要在内侧接触并相互作用，内侧较外侧要承受更大的压应力和剪切力；因此，以上设计采用内外侧髁对称性设计的胫骨托去支撑不对称的受力状态，因而更易产生由于受力的不对称所产生的假体与骨组织界面的松动、磨损甚至假体的破坏。
实用新型内容
[0006]本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种非对称结构的膝关节胫骨托，根据膝关节内外侧髁受力的不对称性，设计出非对称翼结构的胫骨托假体，能够解决由于膝关节内外侧所承受的压应力与剪切力不平衡，所造成的人工膝关节界面松动、过度磨损等不稳定问题。
[0007]本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括:连接台、插入体以及设置在连接台与插入体之间的加固件，其中:连接台与插入体固定连接。
[0008]所述的加固件包括:至少两个第一加固片和至少一个第二加固片，其中，两个第一加固片与连接台垂直并与插入体相交，并且两个第一加固片位于同一平面；第二加固片的端面位于第一加固片所在的平面上，并且与其形成夹角。
[0009]所述的第一加固片与第二加固片之间的夹角为36°。
[0010]所述的连接台与插入体通过焊接、螺接结构连接或一体成型制成。
[0011]有益效果
[0012]与现有技术相比，本实用新型的非对称结构的膝关节胫骨托添加了加固件的结构，使非对称结构的膝关节胫骨托能更好地承受人体的股骨和胫骨的相对运动而产生压应力与剪切力，同时更利于与骨组织长合，提高膝关节的界面稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的结构示意图；
[0014]图2为本实用新型的仰视结构图；
[0015]其中:1连接台、2插入体、3加固件、31第一加固片、32第二加固片。
[0016]图3为在30-60-90-120屈曲时胫骨聚乙烯假体上的接触应力和分布示意图；
[0017]图中:(a) 30度屈曲的接触应力和分布(b) 60度屈曲的接触应力和分布(C) 90度屈曲的接触应力和分布(d) 120度屈曲的接触应力和分布。
[0018]图4为人工膝关节胫骨假体在内侧由于高接触应力产生的磨损和破裂实物图。【具体实施方式】
[0019]下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0020]实施例1
[0021]如图1、2所示，本实用新型包括:连接台1、插入体2以及设置在连接台I与插入体2之间的加固件3，其中:连接台I与插入体2固定连接。
[0022]所述的插入体2插设在胫骨中，通过非对称结构的膝关节胫骨托将胫骨与股骨连接起来。
[0023]所述的加固件3包括:至少二个第一加固片31和至少一个第二加固片32，其中，两个第一加固片31与连接台I垂直并与插入体2相交，并且两个第一加固片位于同一平面；第二加固片32的端面位于第一加固片所在的平面上，并且与其形成夹角。所述的加固件3用于加强插入体2与连接台I之的强度，同时有利于与人体胫骨骨组织的长合，在本实施例中，所述加固件3由二个第一加固片31与一个第二加固片32组成，具体使用时，可以根据人体的胫骨的结构大小的不同，所述加固件3可以包括多个第一加固片31和多个第二加固片32。
[0024]所述的第一加固片31与第二加固片32之间的夹角为36°，第一加固片31与第二加固片32的角度也根据具体情况可以改变。
[0025]非对称结构的第二加固片32是依据生物力学的研究结果，顺应人体自然膝关节的运动和力学功能设计，因此，其将更好地承受人体膝关节的股骨和胫骨的相对运动而产生压应力与剪切力，同时更利于与骨组织长合，提高膝关节的界面稳定性。
[0026]所述的连接台I与插入体2通过焊接方法连接。
[0027]所述的连接台I与插入体2通过螺接结构连接,进一步优选为一体成型制成。
[0028]如图3所示，是对于人工膝关节假体的有限元分析结果，分别是30° -60° -90° -120°时屈曲时胫骨聚乙烯假体上的接触应力和分布。通过观察比较内外侧髁的接触，可以发现在膝关节屈曲达到80°以上的屈曲过程中，由于同时伴随发生大约15°的股骨内旋，导致股骨与胫骨假体的假体在屈曲80°以上时，在股骨外侧髁没有接触发生。此时，膝关节胫股关节假体的相互作用引起胫骨平台外旋。因此，后方内侧软组织张力明显下降，外侧软组织张力提高，直接导致股胫关节内外侧髁的接触不对称。在内侧产生较大的接触应力集中，当膝关节屈曲达到120°时，在胫骨平台的内后侧缘处发生较高的峰值接触应力，达到股骨与胫骨假体在髁部接触应力的最大值，21.71Mpa。同时股胫关节之间属于高分子聚乙烯和钴铬钥金属接触界面，这种应力集中的发生是高分子聚乙烯假体后方磨损以及假体早期松动的主要原因。此时，股骨假体的后侧缘与胫骨平台内侧髁后部接近后侧缘处接触，由于接触面积急剧减小，直接导致相对较高的接触应力。从图4可以看出，在内侧这一区域由于高接触应力的作用而出现严重的磨损失效。
【权利要求】
1.一种非对称结构的膝关节胫骨托，其特征在于，包括:连接台、插入体以及设置在连接台与插入体之间的加固件，其中:连接台与插入体固定连接。
2.根据权利要求1所述的非对称结构的膝关节胫骨托，其特征在于，所述的加固件包括:至少二个第一加固片和至少一个第二加固片，其中:两个第一加固片与连接台垂直并与插入体相交，并且两个第一加固片位于同一平面；第二加固片的端面位于第一加固片所在的平面上，并且与其形成夹角。
3.根据权利要求2所述的非对称结构的膝关节胫骨托，其特征在于，所述的第一加固片与第二加固片之间的夹角为36°。
4.根据权利要求1所述的非对称结构的膝关节胫骨托，其特征在于，所述的连接台与插入体通过焊接、螺接结构连接或一体成型制成。
【文档编号】A61F2/38GK203447389SQ201320468609
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】吴海山, 王建平, 曹庆宏, 赵辉, 金航军, 沈陆 申请人:上海晟实医疗器械科技有限公司