髕骨假體及人工膝關節的製作方法

2023-04-27 00:16:36

本發明涉及醫療器械技術領域，尤其涉及一種髕骨假體及人工膝關節。

背景技術：

人工膝關節假體經膝關節置換術後植入到人體中，其作用是為了恢復人體正常的生理功能。對於退變磨損嚴重的髕骨進行置換已被大家所接受，市場主流膝關節假體設計已經充分地考慮了髕股假體的匹配，在股骨假體前方設置了長而寬的滑車槽。隨著髕骨置換術的大量應用，髕骨假體的設計成為影響人工膝關節置換手術效果的重要因素。

目前，髕骨假體的設計一般為整體固定或裝配固定的形式，這類髕骨假體均有一個弧形的頂部，通過骨水泥或者生物塗層的方式固定在髕骨上。這類傳統的髕骨假體的設計形式，使得髕骨假體與股骨髁假體所組成的摩擦副在膝關節屈伸運動過程中，一直處於滑動摩擦狀態，而且接觸位置集中在固定的區域上，隨著時間的推移，該區域就會出現嚴重的磨損，從而直接影響了整體膝關節假體的使用壽命。

為了延長膝關節假體的使用壽命，最大程度的降低髕骨假體的磨損，就必須使髕骨假體與股骨髁假體所組成的摩擦副長期處於一種合理的摩擦狀態中。

因此，本申請針對上述問題提供一種新的髕骨假體及人工膝關節，以降低髕骨假體的磨損。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供髕骨假體，以解決現有技術中存在的髕骨假體磨損嚴重的技術問題。

本發明的目的還在於提供人工膝關節，以解決現有技術中存在的髕骨假體磨損嚴重的技術問題。

基於上述第一目的，本發明提供的髕骨假體，包括假體主體、轉動體和髕骨固定件；

所述假體主體具有相對應的第一面和第二面；所述第一面設置有與所述轉動體配合連接的主體凹槽，所述第二面與所述髕骨固定件連接；

所述主體凹槽能夠防止所述轉動體脫離所述假體主體；所述轉動體凸出於所述第一面，且所述轉動體能夠繞自身的軸線轉動。

進一步地，所述假體主體包括頂蓋和髕骨託；所述頂蓋與所述髕骨託固定連接；

所述第一面為所述頂蓋遠離所述髕骨託的一面，所述第二面為所述髕骨託遠離所述頂蓋的一面；

所述頂蓋上設置有所述主體凹槽，所述轉動體與所述髕骨託連接。

進一步地，所述轉動體與所述髕骨託通過滾動體連接；所述轉動體和/或所述髕骨託設置有與所述滾動體配合的滾動凹槽；

或，所述轉動體與所述髕骨託通過軸承連接。

進一步地，所述轉動體靠近所述髕骨託的一面、所述髕骨託靠近所述轉動體的一面、所述轉動體與所述頂蓋配合的外周面、所述頂蓋與所述轉動體配合的內周面的表面粗糙度ra的範圍為：ra≤1.5μm。

進一步地，所述轉動體與所述頂蓋採用錐面配合連接；所述錐面的錐角a的範圍為：5°≤a≤45°。

進一步地，所述第一面為球形球冠或橢球型球冠；所述轉動體與所述第一面光滑過渡連接；

所述球形球冠的半徑為15mm-45mm，所述橢球型球冠的長半徑為25mm-45mm，橢球型球冠的短半徑為15mm-35mm。

進一步地，所述髕骨固定件的數量為多個；多個所述髕骨固定件呈中心對稱設置，且均勻固定在所述第二面上；

所述髕骨固定件為螺柱、圓柱、圓錐柱、三角柱、矩形柱、五邊柱或六邊柱中的一種或者多種。

進一步地，所述髕骨固定件與所述髕骨託一體成型；所述頂蓋和所述髕骨託通過連接件可拆裝固定連接；

所述頂蓋和所述髕骨託均設置有與所述連接件相應的假體連接孔；

所述連接件為螺柱、圓柱、圓錐柱、三角柱、矩形柱、五邊柱或六邊柱中的一種或者多種。

進一步地，所述頂蓋的材質為鈷鉻鉬合金、超高分子量聚乙烯、氧化鋁基陶瓷或氧化鋯基陶瓷；

所述髕骨託的材質為不鏽鋼、超高分子量聚乙烯、鈷鉻鉬合金或鈦合金；

所述轉動體的材質為鈷鉻鉬合金、超高分子量聚乙烯、氧化鋁基陶瓷或氧化鋯基陶瓷；

所述連接件的材質為鈦合金或不鏽鋼。

基於上述第二目的，本發明提供的人工膝關節，包括所述的髕骨假體。

本發明的有益效果：

本發明提供的髕骨假體，包括假體主體、轉動體和髕骨固定件，通過在假體主體設置與轉動體配合連接的主體凹槽，且主體凹槽能夠防止轉動體脫離假體主體，以及轉動體能夠繞自身的軸線轉動，以使髕骨假體通過轉動體與人體正常股骨髁或股骨髁假體保持接觸，以使髕骨假體與人體正常股骨髁或股骨髁假體所組成的摩擦副為滾動摩擦，極大降低了髕骨假體的磨損，延長了膝關節假體的使用壽命。

本發明提供的人工膝關節，包括髕骨假體，可以降低髕骨假體的磨損，可以延長膝關節假體的使用壽命。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例一提供的髕骨假體的爆炸圖；

圖2為本發明實施例一提供的髕骨假體另一角度的爆炸圖；

圖3為本發明實施例一提供的髕骨假體的第一角度結構示意圖；

圖4為圖3所示的髕骨假體的左剖視圖；

圖5為圖4所示的髕骨假體的未顯示轉動體的示意圖；

圖6為圖3所示的髕骨假體的俯視圖；

圖7為圖3所示的髕骨假體的仰視圖；

圖8為本發明實施例一提供的髕骨假體的第二角度結構示意圖；

圖9為本發明實施例一提供的髕骨假體的第三角度結構示意圖；

圖10為本發明實施例一提供的髕骨假體的轉動體的立體結構示意圖；

圖11為本發明實施例一提供的髕骨假體的轉動體的主視圖；

圖12為本發明實施例一提供的髕骨假體的髕骨託的立體結構示意圖；

圖13為本發明實施例一提供的髕骨假體的髕骨託的主視圖。

圖標：100-假體主體；110-第一面；120-第二面；130-主體凹槽；140-頂蓋；150-髕骨託；160-連接件；170-假體連接孔；200-轉動體；300-髕骨固定件；400-滾動體；410-滾動凹槽。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

實施例一

參見圖1-圖13所示，本實施例提供了一種髕骨假體；圖1和圖2為本實施例提供的髕骨假體的兩個視角的爆炸圖；圖3為本實施例提供的髕骨假體的第一角度結構示意圖，也可以理解為髕骨假體的主視圖，圖4為左剖視圖，圖6為俯視圖；圖7為仰視圖；為了更加清楚的顯示結構，圖5為圖4所示的髕骨假體的未顯示轉動體的示意圖；圖8和圖9為本實施例提供的髕骨假體的兩個角度的立體結構示意圖；圖10為本實施例提供的轉動體的立體結構示意圖，圖11為轉動體的主視圖；圖12為本實施例提供的髕骨託的立體結構示意圖，圖13為髕骨託的主視圖。

參見圖1-圖13所示，本實施例提供的髕骨假體，包括假體主體100、轉動體200和髕骨固定件300。

假體主體100具有相對應的第一面110和第二面120。

假體主體100設置有與轉動體200配合連接的主體凹槽130；可選地，第一面110設置有與轉動體200配合連接的主體凹槽130。

可選地，第二面120與髕骨固定件300連接。通過髕骨固定件300，以將髕骨假體固定在人體的髕骨上，例如通過骨水泥或者生物塗層的方式將髕骨假體的整體固定在髕骨上。

主體凹槽130能夠防止轉動體200脫離假體主體100；也即轉動體200在轉動時，不會從假體主體100上掉落。主體凹槽130能夠防止轉動體200脫離假體主體100的結構包括但不限於轉動體200與假體主體100的主體凹槽130設置有相互配合的限位結構，假體主體100的主體凹槽130的槽口設置有用於防止轉動體200脫離的止擋環，轉動體200與假體主體100的主體凹槽130採用錐面配合、弧面配合等等。

轉動體200凸出於第一面110，且轉動體200能夠繞自身的軸線轉動。通過轉動體200凸出於第一面110，以使轉動體200與人體正常股骨髁或股骨髁假體接觸。轉動體200例如可以為圓臺體、類似圓臺體、球檯體等等；可選地，轉動體200為圓臺體。可選地，轉動體200能夠繞自身的軸線轉動45度-360度；可選地，轉動體200能夠繞自身的軸線轉動360度。

本實施例中所述髕骨假體，包括假體主體100、轉動體200和髕骨固定件300，通過在假體主體100設置與轉動體200配合連接的主體凹槽130，且主體凹槽130能夠防止轉動體200脫離假體主體100，以及轉動體200能夠繞自身的軸線轉動，以使髕骨假體通過轉動體200與人體正常股骨髁或股骨髁假體保持接觸，以使髕骨假體與人體正常股骨髁或股骨髁假體所組成的摩擦副為滾動摩擦，極大降低了髕骨假體的磨損，延長了膝關節假體的使用壽命。

從物理常識可知，滾動摩擦的磨損顯著低於滑動摩擦；本實施例中所述髕骨假體採用了滾動摩擦的設計原理，取代傳統的滑動摩擦的設計思路，將髕骨假體的內部設計一顆可以沿自身軸線自由轉動的轉動體200，在膝關節屈伸運動過程中，髕骨假體上的轉動體200與人體正常股骨髁或股骨髁假體始終保持接觸，隨著接觸位置的不同，轉動體200隨之自由的轉動，例如自由轉動360°，保證了髕骨假體長期處於一種低磨損的運動狀態中，從而顯著的提高了膝關節假體的使用壽命。同時，由於髕骨假體始終處於低磨損的狀態，原本在傳統人工膝關節置換術後所引發的髕骨併發症，如髕骨半脫位與脫位、髕骨鬆動和膝前痛等現象也將會隨之降低，從而大幅度的提高了患者的生活質量。

參見圖1-圖9所示，本實施例的可選方案中，假體主體100包括頂蓋140和髕骨託150。

頂蓋140與髕骨託150固定連接。

第一面110為頂蓋140遠離髕骨託150的一面，第二面120為髕骨託150遠離頂蓋140的一面。將假體主體100設計為頂蓋140和髕骨託150兩部分，通過分體組裝形式，便於將轉動體200安裝連接在假體主體100內。

可選地，頂蓋140上設置有主體凹槽130，轉動體200與髕骨託150連接。也即，主體凹槽130貫穿頂蓋140，轉動體200的轉動面與頂蓋140連接，轉動體200的底面與髕骨託150連接，轉動體200的頂面與第一面110連接。

為了便於轉動體200轉動，轉動體200與髕骨託150通過滾動體400連接；通過滾動體400，以減少轉動體200在轉動時轉動體200與髕骨託150之間的摩擦，從而使轉動體200在假體主體100內轉動更加靈活，進一步降低了髕骨假體的磨損，延長了膝關節假體的使用壽命。可選地，滾動體400的數量為多個，例如滾動體400的數量為6-20個，例如滾動體400的數量為6個、8個、9個、10個、12個、15個等等。

本實施例中所述髕骨假體，通過轉動體200和滾動體400，採用滾動摩擦+推力軸承的設計原理，取代傳統的滑動摩擦的設計思路，極大降低了髕骨假體的磨損，顯著的提高了膝關節假體的使用壽命。

參見圖10-圖13所示，進一步地，轉動體200和/或髕骨託150設置有與滾動體400配合的滾動凹槽410；也即，轉動體200設置有與滾動體400配合的滾動凹槽410，或者，髕骨託150設置有與滾動體400配合的滾動凹槽410，或者，轉動體200和髕骨託150均設置有與滾動體400配合的滾動凹槽410。通過滾動凹槽410，以使滾動體400更好地滾動。可選地，轉動體200和髕骨託150均設置有與滾動體400配合的滾動凹槽410。可選地，轉動體200設置的滾動凹槽410、髕骨託150設置的滾動凹槽410的截面均為半圓形；可選地，轉動體200設置的滾動凹槽410的直徑、髕骨託150設置的滾動凹槽410的直徑與滾動體400的直徑相同；該直徑範圍例如可以為1mm-4mm，該直徑例如可以為1mm、1.5mm、2mm、2.2mm、3mm、3.5mm等等。可選地，滾動體400基本鋪滿滾動凹槽410；進一步地，為了保證良好的滾動效果，滾動凹槽410內設置有用於連接滾動體400的滾動支架。可選地，滾動體400採用球體、圓柱體、圓錐體等等。

本領域技術人員可以理解的是，轉動體200與髕骨託150也可以通過軸承連接，以減少轉動體200在轉動時轉動體200與髕骨託150之間的摩擦。

本實施例的可選方案中，轉動體200靠近髕骨託150的一面、髕骨託150靠近轉動體200的一面、轉動體200與頂蓋140配合的外周面、頂蓋140與轉動體200配合的內周面為所述髕骨假體的重要摩擦界面。例如，當髕骨假體植入人體後，轉動體200將會與人體正常股骨髁或股骨髁假體存在接觸摩擦，因此轉動體200靠近髕骨託150的一面是重要的摩擦界面；同時，隨著髕骨的運動，轉動體200根據接觸位置，在偏心載荷的作用下進行轉動，轉動的同時在髕骨託150靠近轉動體200的一面、轉動體200與頂蓋140配合的外周面、頂蓋140與轉動體200配合的內周面也會形成摩擦，因此這幾個接觸面也是重要的摩擦界面。

可選地，轉動體200靠近髕骨託150的一面的表面粗糙度ra的範圍為：ra≤1.5μm。

可選地，髕骨託150靠近轉動體200的一面的表面粗糙度ra的範圍為：ra≤0.1μm。優選地，髕骨託150靠近轉動體200的一面的表面粗糙度ra的範圍為：ra≤1.5μm。

可選地，轉動體200與頂蓋140配合的外周面的表面粗糙度ra的範圍為：ra≤1.5μm。

可選地，頂蓋140與轉動體200配合的內周面的表面粗糙度ra的範圍為：ra≤1.5μm。

本實施例的可選方案中，轉動體200與頂蓋140採用錐面配合連接；可選地，轉動體200與頂蓋140配合的錐面，和頂蓋140與轉動體200配合的錐面的錐角相同。通過採用錐面配合，以使轉動體200不能脫離頂蓋140，進而以使轉動體200不能脫離假體主體100。

可選地，錐面的錐角a的範圍為：5°≤a≤45°。錐角a例如可以為5°、10°、18°、35°、38°、45°等等。

可選地，轉動體200與頂蓋140間隔設置；也即轉動體200與頂蓋140配合的錐面，和頂蓋140與轉動體200配合的錐面間隔設置，以減少或者避免轉動體200在轉動時轉動體200與頂蓋140之間的摩擦。可選地，轉動體200與頂蓋140之間的間隙為0.01mm-0.08mm。優選地，轉動體200與頂蓋140之間的間隙為0.01mm-0.05mm。

本實施例的可選方案中，第一面110為曲面；可選地，第一面110為對稱曲面或者非對稱曲面；優選地，第一面110為球形球冠或橢球型球冠；也即頂蓋140遠離髕骨託150的一面為球形球冠或橢球型球冠；以在膝關節屈伸運動過程中，減少或者避免髕骨假體造成的人體的不適與疼痛。

可選地，球形球冠的半徑為15mm-45mm；優選地，球形球冠的半徑為20mm-40mm。可選地，球形球冠的半徑大於等於轉動體200的半徑。

可選地，橢球型球冠的長半徑為25mm-45mm，橢球型球冠的短半徑為15mm-35mm。可選地，橢球型球冠的短半徑大於轉動體200的半徑。

可選地，轉動體200與第一面110光滑過渡連接，以進一步在膝關節屈伸運動過程中，減少或者避免髕骨假體造成的人體的不適與疼痛。可選地，轉動體200與第一面110採用同樣的設計參數，以實現相對完美對接。優選地，轉動體200與第一面110採用曲率相同的圓弧面。

本實施例的可選方案中，髕骨固定件300的數量為多個；髕骨固定件300的數量例如可以為2-10個，如2個、3個、6個、8個等等。

可選地，多個髕骨固定件300呈中心對稱設置，且均勻固定在第二面120上；可選地，髕骨固定件300與髕骨託150一體成型。

可選地，髕骨固定件300為螺柱、圓柱、圓錐柱、三角柱、矩形柱、五邊柱或六邊柱中的一種或者多種；髕骨固定件300還可以為其他形狀。可選地，髕骨固定件300的截面形狀為圓形時，其直徑優選為4mm-8mm；可選地，髕骨固定件300的截面形狀為除圓形之外的形狀時，其截面的面積範圍為12mm2-25mm2。

本實施例的可選方案中，頂蓋140和髕骨託150通過連接件160可拆裝固定連接；可選地，連接件160的數量為多個；連接件160的數量例如可以為2-10個，如2個、3個、6個、8個等等。可選地，多個連接件160呈中心對稱設置。

可選地，連接件160與髕骨固定件300間隔設置，互不幹涉。

可選地，頂蓋140和髕骨託150均設置有與連接件160相應的假體連接孔170；優選地，假體連接孔170的形狀可以採用螺紋和光孔。可選地，螺紋孔為公制螺紋或英制螺紋；當假體連接孔170採用公制螺紋設計時，螺紋公稱直徑為1.5mm-5mm；當假體連接孔170採用英制螺紋設計時，螺紋公稱直徑為0.059inch-0.197inch。可選地，當假體連接孔170截面形狀為圓形時，其直徑為1.5mm-5mm；可選地，當假體連接孔170截面形狀為除圓形之外的形狀時，假體連接孔170截面的平均面積為1.5mm2-20mm2。

可選地，連接件160為螺柱、圓柱、圓錐柱、三角柱、矩形柱、五邊柱或六邊柱中的一種或者多種；連接件160還可以為其他形狀。假體連接孔170的數量與連接件160的數量相應；假體連接孔170的形狀與連接件160的形狀相應。可選地，連接件160與頂蓋140的假體連接孔170為螺紋連接和/或過盈配合，連接件160與髕骨託150的假體連接孔170為小間隙配合，以保證轉動體200與主體凹槽130的轉動間隙。

本實施例的可選方案中，頂蓋140的材質為鈷鉻鉬合金、超高分子量聚乙烯、氧化鋁基陶瓷或氧化鋯基陶瓷。可選地，鈷鉻鉬合金材料或超高分子量聚乙烯材料製成的頂蓋140採用傳統的數控加工成型，普通量具即可實現檢測；可選地，氧化鋁基陶瓷材料或氧化鋯基陶瓷材料製成的頂蓋140採用等靜壓壓制→粗加工成型→燒結→精加工磨削→拋光的加工方式成型，普通量具即可實現檢驗；以使頂蓋140不具有任何設計、生產加工和檢測上的難度。

可選地，髕骨託150的材質為不鏽鋼、超高分子量聚乙烯、鈷鉻鉬合金或鈦合金；可選地，不鏽鋼、超高分子量聚乙烯、鈷鉻鉬合金或鈦合金材料製成的髕骨託150採用傳統的數控加工成型，普通量具即可實現檢測；以使髕骨託150不具有任何設計、生產加工和檢測上的難度。

可選地，轉動體200的材質為鈷鉻鉬合金、超高分子量聚乙烯、氧化鋁基陶瓷或氧化鋯基陶瓷；可選地，鈷鉻鉬合金材料或超高分子量聚乙烯材料製成的轉動體200採用傳統的數控加工成型，普通量具即可實現檢測；可選地，氧化鋁基陶瓷材料或氧化鋯基陶瓷材料製成的轉動體200採用等靜壓壓制→粗加工成型→燒結→精加工磨削→拋光的加工方式成型，普通量具即可實現檢驗；以使轉動體200不具有任何設計、生產加工和檢測上的難度。

可選地，連接件160的材質為鈦合金或不鏽鋼。可選地，不鏽鋼或鈦合金材料製成的連接件160採用傳統的數控加工成型，普通量具即可實現檢測；以使連接件160不具有任何設計、生產加工和檢測上的難度。

可選地，滾動體400的材質為鈷鉻鉬合金、超高分子量聚乙烯、氧化鋁基陶瓷或氧化鋯基陶瓷；可選地，鈷鉻鉬合金材料或超高分子量聚乙烯材料製成的滾動體400採用傳統的數控加工成型，普通量具即可實現檢測；可選地，氧化鋁基陶瓷材料或氧化鋯基陶瓷材料製成的滾動體400採用等靜壓壓制→粗加工成型→燒結→精加工磨削→拋光的加工方式成型，普通量具即可實現檢驗；以使滾動體400不具有任何設計、生產加工和檢測上的難度。

可選地，頂蓋140、髕骨託150、轉動體200、連接件160、髕骨固定件300、滾動體400等的材料可以相同，也可以不同。

需要說明的是，在人工膝關節置換術時，需使用專用的手術器械進行髕骨截骨操作，以便於保證所有的安裝以及配合精度。

實施例二

實施例二提供了一種人工膝關節，該實施例包括實施例一所述的髕骨假體，實施例一所公開的髕骨假體的技術特徵也適用於該實施例，實施例一已公開的髕骨假體的技術特徵不再重複描述。

本實施例提供的人工膝關節，包括髕骨假體。髕骨假體的髕骨固定件可以通過骨水泥或者生物塗層的方式將髕骨假體固定在人體的被截骨的髕骨上。

本實施例中所述人工膝關節通過髕骨假體與人體正常股骨髁或股骨髁假體組成的滾動摩擦副，以極大降低髕骨假體的磨損，以延長膝關節假體的使用壽命；所述人工膝關節具有實施例一所述髕骨假體的優點，實施例一所公開的所述髕骨假體的優點在此不再重複描述。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。