减少应力遮挡的标准柄髋关节假体

本发明涉及医疗器械设计，具体而言，尤其涉及一种减少应力遮挡的标准柄髋关节假体。

背景技术：

1、对于患有终末期髋关节疾病的年轻患者，全髋关节置换术仍然是目前唯一有效的治疗手段。但翻修手术时有发生，尤其是在年轻患者中更为常见，主要原因包括无菌性松动、磨损/骨溶解、疼痛、假体周围骨折、脱位等。

2、目前，金属由于具有高强度、高韧性、易加工和抗疲劳的优点而成为髋关节假体的重要材料，但由于金属材料普遍比骨的弹性模量高1-2个数量级，且股骨柄为实体结构、弹性模量恒定，因此在假体植入后，坚硬的植入物屏蔽了先前作用在股骨上的负荷，使得较小的负荷通过股骨近端转移，这种刚度失配产生的“应力遮挡”，导致失去驱动骨形成的机械刺激，骨适应性重塑过程中发生骨吸收，进而增加假体松动、假体周围骨折的风险。

3、随着科技进步及医疗器械技术的快速发展，增材制造技术可精准制备具有复杂结构的人工髋关节假体，其中多孔结构可以较好地解决“应力遮挡”效应的问题，尤其是功能梯度多孔结构，可以根据需求降低假体各部位的弹性模量，以实现最佳的力学匹配，可最大程度的刺激骨长入。

技术实现思路

1、根据上述提出的现有髋关节假体采用的金属材料弹性模量较高且恒定，无法规避“应力遮挡”效应，最终会导致假体松动、假体周围骨折等临床问题，而提供一种减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，即一种能够恢复头颈部力学传导路径、减少柄部弹性模量的金属髋关节假体。本发明主要通过3d打印技术制备头颈柄一体化髋关节假体，模拟人股骨头颈部负责传导主压力、主张力的自然小梁结构，在假体头颈部赋予主压力、主张力骨小梁多孔支撑结构，向下延续为实体颈领结构，以恢复力学传导路径；股骨柄采用功能梯度多孔结构，即孔隙率由股骨柄的近端至远端逐渐增大，通过梯度多孔结构可调整股骨柄的弹性模量，以满足不同部位的承力要求，刺激新骨长入多孔结构，进而实现“锚定”固定。由此实现一体化精密制备且具有良好力学传导、较低弹性模量的髋关节假体，从而有效降低因“应力遮挡”导致假体松动、假体周围骨折的发生率。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，包括：头颈部基体以及与头颈部基体下端一体连接的股骨柄基体，所述头颈部基体包括头部基体和颈部基体，用于模拟人股骨头自然轮廓结构，以在头颈内部提供足够空间构筑骨小梁多孔支撑结构；

4、所述头颈部基体内具有交错走形的多孔支撑结构，与人股骨近端内部主压力、主张力骨小梁走形匹配；

5、所述股骨柄基体为标准柄，其在植入人体后柄体在小转子下方的长度占头部中心至柄体末端长度的1/2-3/4；所述股骨柄基体具有功能梯度多孔结构，该功能梯度多孔结构的孔隙率由柄体上部至下部逐渐增大，孔径由柄体上部至下部逐渐增大。

6、进一步地，所述多孔支撑结构包括第一多孔结构、第二多孔结构、第三多孔结构和第四多孔结构；

7、所述第一多孔结构为主压力小梁区功能梯度多孔支撑结构，由头部基体顶部内面斜向下走行，止于颈部基体和股骨柄基体的内侧内面，并向下延伸为实体的颈领结构，所述颈领结构在植入人体后与股骨距桥接，用于将头颈部基体的压力传导至股骨距，恢复力学传导路径；

8、所述第二多孔结构为主张力小梁区均匀多孔支撑结构，由头部基体内侧内面先横向再斜向下走行，止于颈部基体和股骨柄基体外侧内面；所述第二多孔结构包括横穿在第一多孔结构中部的第三多孔结构，将第一多孔结构分为上下两部分，所述第三多孔结构形成于第一多孔结构和第二多孔结构的交汇区，为均匀多孔结构；

9、所述第四多孔结构为头颈部基体内剩余空间填充的均匀多孔结构。

10、进一步地，所述股骨柄基体具有功能梯度多孔结构为第五多孔结构，所述第五多孔结构贯穿整个股骨柄基体。

11、进一步地，所述第一多孔结构和第二多孔结构的交汇区形成股骨头的中心支点，且与第五多孔结构上端构成三角稳定结构。

12、进一步地，所述第一多孔结构为孔隙率渐变的功能梯度多孔结构，孔径为600-800um，孔隙率为60％；

13、所述第二多孔结构的孔径为800um，孔隙率为50-70％；

14、所述第三多孔结构的孔径为800um，孔隙率为50-70％；

15、所述第四多孔结构的孔径为1200um，孔隙率为70-90％。

16、进一步地，所述第五多孔结构为孔隙率渐变的功能梯度多孔结构，孔隙率由柄体上端的40％逐渐增大至下端的60％，孔径由400um逐渐增大至800um；为提供足够的力学支撑，内部可设计为实心结构。

17、进一步地，所述头部基体的轮廓为3/4球形，直径在40-56mm。

18、进一步地，所述假体具有带一定壁厚的一体式实体外壳，厚度为2-5mm。

19、进一步地，所述假体的材质至少为钛、钛合金、钴合金、不锈钢、钽、钛钽合金中的一种。

20、进一步地，所述假体通过3d打印制造。

21、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

22、1、本发明提供的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，在假体近端赋予类似于主压力、主张力多孔支撑结构，主压力、主张力小梁在头部的交汇区恢复股骨头中心点；身体载荷可分别沿主压力、主张力小梁经假体颈部向股骨柄内部实体壳内、外侧传递，尤其是压力载荷可经过实体颈领传导至内侧股骨距，恢复头颈部压力、张力的力学传导路径，从而减少假体周围骨质的“应力遮挡”，进而减少骨吸收，有利于假体的长期稳定存活。

23、2、本发明提供的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，柄体设计为孔隙率渐变的功能梯度多孔结构，可有效降低股骨柄的弹性模量，从而减少假体周围骨质的“应力遮挡”效应；同时可以满足不同部位的承力要求，刺激新骨长入多孔结构，进而实现“锚定”固定。

24、3、本发明提供的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，主压力、主张力小梁支撑结构与柄部上端多孔结构三者共同形成了三角形稳定系统，主压力、主张力多孔小梁支撑分别止于颈部基体的内、外侧，可有效增加假体的抗疲劳强度，减少假体断裂的风险。

25、基于上述理由，本发明是一款减少“应力遮挡”的标准柄髋关节假体，可在医疗等领域广泛推广。

技术特征：

1.一种减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，包括：头颈部基体以及与头颈部基体下端一体连接的股骨柄基体(3)，所述头颈部基体包括头部基体(1)和颈部基体(2)，用于模拟人股骨头自然轮廓结构，以在头颈内部提供足够空间构筑骨小梁多孔支撑结构；

2.根据权利要求1所述的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，所述多孔支撑结构包括第一多孔结构(4)、第二多孔结构(5)、第三多孔结构(6)和第四多孔结构(8)；

3.根据权利要求2所述的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，所述股骨柄基体(3)具有功能梯度多孔结构为第五多孔结构(9)，所述第五多孔结构(9)贯穿整个股骨柄基体(3)。

4.根据权利要求3所述的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，所述第一多孔结构(4)和第二多孔结构(5)的交汇区形成股骨头的中心支点，且与第五多孔结构(9)上端构成三角稳定结构。

5.根据权利要求2或4所述的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，所述第一多孔结构(4)为孔隙率渐变的功能梯度多孔结构，孔径为600-800um，孔隙率为60％；

6.根据权利要求3或4所述的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，所述第五多孔结构(9)为孔隙率渐变的功能梯度多孔结构，孔隙率由柄体上端的40％逐渐增大至下端的60％，孔径由400um逐渐增大至800um；为提供足够的力学支撑，内部可设计为实心结构。

7.根据权利要求1所述的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，所述头部基体(1)的轮廓为3/4球形，直径在40-56mm。

8.根据权利要求1所述的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，所述假体具有带一定壁厚的一体式实体外壳，厚度为2-5mm。

9.根据权利要求1所述的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，所述假体的材质至少为钛、钛合金、钴合金、不锈钢、钽、钛钽合金中的一种。

10.根据权利要求1所述的减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，其特征在于，所述假体通过3d打印制造。

技术总结
本发明提供一种减少应力遮挡的标准柄髋关节假体，包括：头颈部基体及股骨柄基体，头颈部基体包括头部基体和颈部基体，用于模拟人股骨头自然轮廓结构，以在头颈内部提供足够空间构筑骨小梁多孔支撑结构；头颈部基体内具有交错走形的多孔支撑结构，与人股骨近端内部主压力、主张力骨小梁走形匹配；股骨柄基体为标准柄，其在植入人体后柄体在小转子下方的长度占头部中心至柄体末端长度的1/2‑3/4；股骨柄基体为功能梯度多孔结构。本发明可恢复头颈部压力、张力的力学传导路径，减少假体周围骨质的“应力遮挡”，进而减少骨吸收，有利于假体的长期稳定存活；可有效增加假体的抗疲劳强度，减少假体断裂的风险。

技术研发人员：赵德伟,曹孟,刘凌鹏,李军雷
受保护的技术使用者：大连大学附属中山医院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15