专利名称：膝面代换假体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括一个配有锁定销的股骨构件和一个置于一个通过销或螺钉固定在胫骨上的金属托中的塑料胫骨的膝面代换假体。
可以用人造膝关节代替受伤的膝关节。在需要矫正高度变形的情况下，只能通过一个拉紧的双面机械连接机构来确保必须的运动。为此使用了各种分别铰接的轴向总假体。这种公知假体的缺点是在取出碎骨片后，只用薄薄的一层人体组织即人皮覆盖大量的金属。另一个缺点是不能符合生理学地定位提供连接的支架，这可能导致假体松动。
如果提供绳索系统功能并限制两个表面的相对滑动的韧带系统是未受损伤的，则它只替代参与运动的表面是足够的。在这样的情况下，采用了所谓的“表面代换假体”。
在所谓的“表面代换假体”的情况下，只必须取出较少部分的骨头端。它们没有任何机械连接结构。
已知的表面代换假体的股骨构件包括位于髁上的两个滑动部一个与金属托组合在一起的塑性体与上述髁相对地安装在胫骨上。
股骨构件主要包括两个如菲克在本世纪初提出的大致平行的滚珠，这种结构在技术文献中被称为所谓的“菲克”原理。这些滚珠的形状近似于椭圆球，并且基体曲线的中心位于一条螺旋形的所谓渐开线上。这确保了根据屈伸膝盖时的膝关节部分而将两块骨头牢固地连接在一起。
大多数已知膝盖假体的股骨构件是与为单个髁而设计的假体相对应的假体的镜面对称复制品，但是它无法适应于膝盖的正常三维运动。
已知的膝盖假体的一个重要部件具有一个致使构件相对滑动的平面对置件，而这损坏了膝关节的稳定性。同时，弯曲的股骨构件和该平面之间的单点连接造成塑料胫骨构件的过度摩损。
在已知的解决方案中，对置部件是呈槽形的塑料件，但是因其几何形状的缘故，它不允许端部转动。因此，在假体和骨头之间产生了转动应力，这可能造成假体构件的错位。为克服这一缺点，通过一个位于金属托中的可转动的塑料插入件如转动座确保了上述转动。在这种情况下，由瓦尔德玛·林克制成的假体可能因为人体的连接组织而阻碍转动，这使人感觉到疼痛。限制运动并传递力的锁销可能造成在其最终位置上、在骨头边界处的错位。
例如，通过采用在CH66555、UK2150441、UK2219942、US4659331、US4714473、US4731086的专利说明书中所述的固定程序就可以消除错位。
在最常见的假体中，在对置件的弧矢平面内的槽的深度基本上是不变的。这样的解决方案在DE2550774的专利说明书中有所记载。此实施例的缺点是膝盖可能在伸腿时向后扭转。
已知的上述膝盖假体的公有缺点是不可能毫无困难地确保在人类正常生活中所必需的运动。同时，构件的运动或摩擦可能导致很快地发生磨损或假体的结构松动。
本发明的目的是构造一种用于代替人体膝关节的表面的假体，它包括用于通过相对滑动和滚动而实现膝关节的理想功能所必需的正常运动的构件。
在制造本发明的膝盖假体时，先假定已经根据活动的需要而研制出了人体关节和动物关节，并且它们的最终形状确保了实现关节的理想功能。
因此，本发明的实质是形成参与运动的假体的表面形状，这明显有别于目前已知的和已获得专利的膝面代换假体。
本发明基于这样的认识(这已经得到了三维分析的支持)在机械领域中公知的“刚性体的球面运动”必须通过新型假体来实现。
本发明的目的是通过这样一种膝面代换假体实现的，即它包括一个配有锁定销的股骨构件和一个置于一个通过螺钉或销固定在胫骨上的金属托内的塑料胫骨构件，其中，其运动由锥面决定的股骨构件的外表面由参与运动的对数螺旋母线构成，而其内表面对应于锥形螺旋母线。
在本发明膝面代换假体的一个优选实施例中，在外表面的情况下，其走向沿着股骨构件的基体的圆弧(弧段)垂直于对数螺旋母线成形，而在内表面的情况下，可沿锥形螺旋母线转动地且根据人体膝关节的局部弧度地形成了所述圆弧。
在本发明的膝面代换假体的另一个优选实施例中，胫骨构件的表面配有槽形凹口，此槽形凹口的外弧表面是根据股骨构件的对数螺旋母线的滚落段形成的，而其内表面的表面对应于股骨构件的锥形螺旋母线的滚落段。
在本发明的又一个膝面代换假体的优选实施例中，胫骨构件的槽形曲面高于股骨构件的曲面。
以下将参见附图来举例描述本发明的膝面代换假体，其中
图1表示本发明的膝面代换假体的不等角投影图；图2表示如图1所示的膝面代换假体的股骨构件的不等角投影图，它示出了外表面和内表面的母线；图3表示如图2所示的股骨构件的后视图，它示出了圆弧段；图4表示如图1所示的膝面代换假体的胫骨构件的不等角投影图；图5表示另一个用于如图2所示的股骨髁的单侧实施例的俯视图；以及图6表示另一个用于内胫坪的如图4所示膝面代换假体的单侧实施例的不等角投影图。
图1所示的膝面代换假体主要由股骨构件1、胫骨构件2以及一个用于固定胫骨构件2的本身已公知的金属托3构成。
图1示出了一个双侧安装型实施例。
图2是图1所示的股骨构件1的不等角投影图，它示出了参与运动的对数螺旋母线4的外表面和锥形螺旋母线5的内表面。
图3是图1所示的股骨构件的后视图，它示出了垂直于对数螺旋母线4的圆弧段6，圆弧段7沿股骨构件的锥形螺旋母线5以适当的角度立体转动。
图4是根据股骨构件1的对数螺旋母线4和锥形螺旋母线5的滚落段实现的槽形表面8、9的不等角投影图。它还具有一个明显的弧矢面弯曲部，前部的凸起防止了膝盖向后扭转。在前平面内的胫骨构件2的曲面10高于股骨构件1的曲面，从而允许自由地活动并同时抵消了所有作用于人体的外部机械影响。
为实现刚性体的球面运动，参与运动的股骨构件1的表面是根据所谓的“瞬心轨迹线锥”形成的。外表面的母线是对数螺旋母线4，而内表面的母线是锥形螺旋母线5。
匹配部件即位于传统金属托3内的胫骨构件2被制成槽形。
胫骨构件2的槽形外弧部的表面8是根据股骨构件1的对数螺旋母线4的滚落段形成的，而其内弧部的表面9对应于股骨构件1的锥形螺旋母线5的滚落段。
p=cekφ(π/6≤φ≤2π/3)其中，“c”是髁曲率的固定特征值；根据群体。“k”是在弧矢平面内髁的正切的余切值，它也是群体特征值并且是避免自锁的检验值。
股骨构件1的锥形螺旋母线5的公式为x=aekφ×cosφ；y=aekφ×sinφ；k=bekφ其中，a、b是根据在前平面内测定的股骨宽度和最大髁“半径”而定的常数，它们是群体特征值。
如此构成的股骨构件1和胫骨构件2构成了一对假体。在这对假体的构件之间，即使在屈膝过程中，沿锥体上的弧线的运动导致了对应于生理运动(球面运动)的转动即关节运动。
股骨构件1的内表面被五个平面包围。这与通常已知的通过模型在生产中产生的骨表面相匹配。
胫骨构件2是一个塑料体，它的槽形曲面10高于股骨构件1的圆弧段6、7的曲面，从而提供了有一定自由度的运动并灵活地抵消了非生理力。
股骨构件1的外表面的带两个参数的公式为x=([cekφ-R]+R×cosθ)×cosφy=([cekφ-R]+R×cosθ)×sinφz=±R×sinθ其中，θ是半径R为35mm的圆弧段的中心角。
股骨构件1的内表面的带两个参数的公式为x=([aekφ-R]+R×cosθ)×cosφy=([aekφ-R1+R×cosθ)×sinφz=aekφ±R×sinθ其中，θ是半径R为35mm的圆弧段的中心角。
除了双侧安装型假体外，还必须使用单侧安装型假体。这样的单侧安装型假体构成具有外曲线和内曲线的双侧膝假体的一半。于是，其功能允许相应的生理运动。
图5示出了单侧安装型股骨构件1，其母线具有对应于股骨构件1内表面的锥形螺旋母线5的曲率。
图6表示单侧安装型膝面代换假体的胫骨构件2，其槽形表面的滚落段对应于图5所示股骨构件1的滚落段。
单侧安装型股骨构件1(图5)具有所谓的“解剖组织内表面”。它具有这样的优点，即只应该取出很少部分的骨表面而且髁保留有其解剖形状并由此保留了其骨组织结构。
骨架形托座保证了即使在不使用任何粘结剂的情况下，也能使现有技术所述的固定程序变得多余。
本发明的膝面代换假体的优点是因为构成膝关节的骨头的解剖组织的缘故，所以它提供了有可能的正常生理运动，这是由股骨构件1外表面的对数螺旋母线、其内表面的锥形螺旋母线以及与其运动相对应的胫骨构件2的槽形曲面确保的。
附图标记一览表1-股骨构件；2-胫骨构件；3-金属托；4-对数螺旋母线；5-锥形螺旋母线；6-圆弧段；7-圆弧段；8-表面；9-表面；10-曲面。
权利要求
1．一种膝面代换假体，它包括一个配有锁定销的股骨构件(1)和一个置于一个通过螺钉或销固定在胫骨上的金属托(3)内的塑料胫骨构件(2)，其特征在于，其运动由锥面决定的股骨构件(1)的外表面是根据其参与运动的对数螺旋母线(4)形成的，而其内表面对应于锥形螺旋母线(5)。
2．如权利要求1所述的假体，其特征在于，在外表面的情况下，其走向沿股骨构件的母线的圆弧即圆弧段(6,7)垂直于对数螺旋母线(4)地成形，而在内表面的情况下，根据人体膝关节的局部弧度可沿锥形螺旋母线(5)转动地构成所述的圆弧段。
3．如权利要求1或2所述的假体，其特征在于，胫骨构件(2)的表面配有槽形凹口，此槽形凹口的外弧部的表面(8)是根据股骨构件(1)的对数螺旋母线(4)的滚落段形成的，而其内弧部的表面(9)对应于股骨构件(1)的锥形螺旋母线(5)的滚落段。
4．如权利要求1-3之一所述的假体，其特征在于，胫骨构件(2)的槽形曲面高于股骨构件(1)的曲面。
全文摘要
本发明涉及一种漆面代换假体,它包括一个配有锁定销的股骨构件(1)和一个置于一个通过螺钉或销固定在胫骨上的金属托(3)内的塑料胫骨构件(2)。所述的漆面代换假体的特征在于:其运动是由锥形表面决定的股骨构件(1)的外表面是根据其对数螺旋母线(4)形成的,而其内表面对应于锥形螺旋母线(5)。
文档编号A61F2/38GK1211909SQ97192548
公开日1999年3月24日 申请日期1997年2月14日 优先权日1996年2月26日
发明者加博尔·克拉科维奇, 佐尔坦·尤哈尔斯, 陶马什奈·巴尔多希 申请人:加博尔·克拉科维奇, 佐尔坦·尤哈尔斯, 陶马什奈·巴尔多希