CN112220590B - 一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，包括左右设置的内侧髁和外侧髁，内侧髁的内侧髁前端与外侧髁的外侧髁前端为一体，内侧髁的后端部与外侧髁的后端部通过限位挡块连接；其特征是：第一固定面、第五固定面、第六固定面和第十固定面设置有第一种骨小梁；第二固定面、第四固定面、第七固定面和第九固定面设置有第二种骨小梁；第三固定面和第八固定面设置有第三种骨小梁；第一种骨小梁孔径和孔隙率依次小于第二种骨小梁和第三骨种小梁。本发明一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，实现股骨髁骨组织大部分区域的微应变在最低有效应变阈值和超生理应变阈值之间，利于骨长入，提升长期稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工膝关节股骨髁，尤其是一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体。
背景技术
全膝关节置换术是目前临床上针对终末期膝关节疾患的有效治疗方式，其通过人工设计的关节假体替代损伤的膝关节组织，从而解除病患疼痛，恢复其膝关节功能，改善其生活质量。与人体解剖结构相对应，膝关节假体的组成包括股骨髁、胫骨平台及平台垫。随着医疗器械技术的飞速发展以及人们对假体产品安全与有效性要求的不断提高，膝关节假体设计将需要不断的优化和提升。
目前，临床上应用的膝关节假体包括骨水泥型和生物型(非骨水泥固定)两大类。其中，骨水泥型假体依靠骨水泥的固化和填充，将关节假体与骨组织机械固定。但多年的临床应用发现，骨水泥固定可带来诸多安全与有效性问题：骨水泥单体聚合释放热量，造成周围组织损伤；骨水泥颗粒如果进入血液或在填充时引起髓腔高压，会导致肺栓塞和脂肪栓塞。
生物型膝关节假体可有效消除骨水泥带来的安全与有效性风险，通常利用表面多孔结构促进骨长入，获得长期稳定性。但其表面多孔结构通常采用喷砂、涂层、烧结等表面处理工艺制得，与实体结合强度低，易脱落，降低假体使用寿命。并且，根据Wolff定律：应力使骨产生形变(又称微应变)后可启动原始信号来调节骨的合成与分解代谢，且应变范围只有在最低有效应变阈值和超生理应变阈值之间才能促进骨生长。因此，设计一种膝关节股骨髁假体，实现骨组织大部分区域微应变在最低有效应变阈值和超生理应变阈值之间，利于骨长入，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体。
本发明的技术方案概述如下：
一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，包括左右设置的内侧髁11和外侧髁12，内侧髁11的内侧髁前端1101与外侧髁(12)的外侧髁前端1102为一体，内侧髁11的后端部与外侧髁12的后端部通过限位挡块15连接；所述内侧髁11外侧壁和外侧髁12外侧壁均设置有把持凹槽16，所述内侧髁11具有内侧髁固定面110，所述外侧髁具有外侧髁固定面120；所述内侧髁固定面110包括依次相连的第一固定面111、第二固定面112、第三固定面113、第四固定面114和第五固定面115，所述外侧髁固定面120包括依次相连的第六固定面121、第七固定面122、第八固定面123、第九固定面124和第十固定面125；所述第三固定面113和第八固定面123中部设置有安装孔17，所述第一固定面111和第二固定面112相交形成第一交线181；第二固定面112与第三固定面113相交形成第二交线182；第三固定面113与第四固定面114相交形成第三交线183；第四固定面114与第五固定面115形成第四交线184；第六固定面121和第七固定面122的交线与第一交线181共线；第七固定面122和第八固定面123的交线与第二交线182共线；第八固定面123和第九固定面124的交线与第三交线183共线；第九固定面124和第十固定面125的交线与第四交线184共线；所述第一交线181、第二交线182、第三交线183及第四交线184相互平行；
所述第一固定面111与第二固定面112的夹角与第六固定面121与第七固定面122的夹角相等，为130°-140°；第二固定面112与第三固定面113的夹角与第七固定面122与第八固定面123的夹角相等，为130°-140°；第三固定面113与第四固定面114的夹角与第八固定面123与第九固定面124的夹角相等，为130°-140°；第四固定面114与第五固定面115的夹角与第九固定面124与第十固定面125的夹角相等，为130°-140°；
所述第一固定面111、第五固定面115、第六固定面121和第十固定面125设置有第一种骨小梁191；
所述第二固定面112、第四固定面114、第七固定面122和第九固定面124设置有第二种骨小梁192；
所述第三固定面113和第八固定面123设置有第三种骨小梁193；
所述第一种骨小梁191孔径和孔隙率依次小于第二种骨小梁192和第三骨种小梁193。
优选地，第一种骨小梁191孔径为0.74mm-0.85mm，孔隙率为70.0％-74.7％，通孔率为100％；
所述第二种骨小梁192孔径为0.86mm-0.99mm，孔隙率为74.8％-77.5％，通孔率为100％；
所述第三种骨小梁193孔径为1.00mm-1.10mm，孔隙率为77.6％–85％，通孔率为100％。
第一种骨小梁191、第二种骨小梁192和第三种骨小梁193的厚度相等，为0.5mm-3mm。
在第二固定面和第七固定面的结合部设置有矩形的第一种实体结构21；第一固定面和第六固定面的结合部设置半圆形的第二实体结构20，第一实体结构21和第二实体结构20的厚度与骨小梁厚度相等，为0.5mm-3mm。
所述第一实体结构21和第二实体结构20可限制第四固定面和第五固定面夹角与第九固定面和第十固定面夹角在加工中变大。
优选地，在内侧髁固定面110、外侧髁固定面120和限位挡块15构成的固定面的边缘设置有侧壁22。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，实现股骨髁骨组织大部分区域的微应变在最低有效应变阈值和超生理应变阈值之间，利于骨长入，提升长期稳定性。
本发明采用3D打印一体成型，骨小梁与实体结合强度高，不易脱落，提升假体寿命。
附图说明
图1为本发明一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体从外侧髁观察的轴测图。
图2为本发明一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体(含第一实体结构、第二实体结构)从内侧髁观察的轴测图。
图3为本发明一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体从股骨髁前方观察的轴测图。
图4为实施例1的一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体从股骨髁前方观察的有限元分析应变云图。
图5为实施例1的一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体从股骨髁后方观察的有限元分析应变云图。
图6为对照组1的均匀骨小梁人工膝关节股骨髁假体从前方观察的有限元分析应变云图。
图7为对照组1的均匀骨小梁人工膝关节股骨髁假体从后方观察的有限元分析应变云图。
具体实施方式
本发明一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，采用3D打印一体成型。其材质可以为钛合金、钴合金或锆合金中的任意一种。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体(见图1、2和3)，包括左右设置的内侧髁11和外侧髁12，内侧髁11的内侧髁前端1101与外侧髁(12)的外侧髁前端1102为一体，内侧髁11的后端部与外侧髁12的后端部通过限位挡块15连接；所述内侧髁11外侧壁和外侧髁12外侧壁均设置有把持凹槽16，所述内侧髁11具有内侧髁固定面110，所述外侧髁具有外侧髁固定面120；所述内侧髁固定面110包括依次相连的第一固定面111、第二固定面112、第三固定面113、第四固定面114和第五固定面115，所述外侧髁固定面120包括依次相连的第六固定面121、第七固定面122、第八固定面123、第九固定面124和第十固定面125；所述第三固定面113和第八固定面123中部设置有安装孔17，所述安装孔(17)与安装立柱活动连接；所述第一固定面111和第二固定面112相交形成第一交线181；第二固定面112与第三固定面113相交形成第二交线182；第三固定面113与第四固定面114相交形成第三交线183；第四固定面114与第五固定面115形成第四交线184；第六固定面121和第七固定面122的交线与第一交线181共线；第七固定面122和第八固定面123的交线与第二交线182共线；第八固定面123和第九固定面124的交线与第三交线183共线；第九固定面124和第十固定面125的交线与第四交线184共线；所述第一交线181、第二交线182、第三交线183及第四交线184相互平行；
所述第一固定面111与第二固定面112的夹角与第六固定面121与第七固定面122的夹角相等，为135°；第二固定面112与第三固定面113的夹角与第七固定面122与第八固定面123的夹角相等，为135°；第三固定面113与第四固定面114的夹角与第八固定面123与第九固定面124的夹角相等，为135°；第四固定面114与第五固定面115的夹角与第九固定面124与第十固定面125的夹角相等，为135°；
所述第一固定面111、第五固定面115、第六固定面121和第十固定面125设置有第一种骨小梁191；
所述第二固定面112、第四固定面114、第七固定面122和第九固定面124设置有第二种骨小梁192；
所述第三固定面113和第八固定面123设置有第三种骨小梁193；
所述第一种骨小梁191孔径和孔隙率依次小于第二种骨小梁192和第三骨种小梁193。
第一种骨小梁191孔径为0.80mm，孔隙率为72％，通孔率为100％；
所述第二种骨小梁192孔径为0.93mm，孔隙率为76％，通孔率为100％；
所述第三种骨小梁193孔径为1.05mm，孔隙率为80％，通孔率为100％。
第一种骨小梁191、第二种骨小梁192和第三种骨小梁193的厚度相等，为1.5mm。
实施例2
一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，包括左右设置的内侧髁11和外侧髁12，内侧髁11的内侧髁前端1101与外侧髁(12)的外侧髁前端1102为一体，内侧髁11的后端部与外侧髁12的后端部通过限位挡块15连接；所述内侧髁11外侧壁和外侧髁12外侧壁均设置有把持凹槽16，所述内侧髁11具有内侧髁固定面110，所述外侧髁具有外侧髁固定面120；所述内侧髁固定面110包括依次相连的第一固定面111、第二固定面112、第三固定面113、第四固定面114和第五固定面115，所述外侧髁固定面120包括依次相连的第六固定面121、第七固定面122、第八固定面123、第九固定面124和第十固定面125；所述第三固定面113和第八固定面123中部设置有安装孔17，所述安装孔(17)与安装立柱活动连接；所述第一固定面111和第二固定面112相交形成第一交线181；第二固定面112与第三固定面113相交形成第二交线182；第三固定面113与第四固定面114相交形成第三交线183；第四固定面114与第五固定面115形成第四交线184；第六固定面121和第七固定面122的交线与第一交线181共线；第七固定面122和第八固定面123的交线与第二交线182共线；第八固定面123和第九固定面124的交线与第三交线183共线；第九固定面124和第十固定面125的交线与第四交线184共线；所述第一交线181、第二交线182、第三交线183及第四交线184相互平行；
所述第一固定面111与第二固定面112的夹角与第六固定面121与第七固定面122的夹角相等，为130°；第二固定面112与第三固定面113的夹角与第七固定面122与第八固定面123的夹角相等，为130°°；第三固定面113与第四固定面114的夹角与第八固定面123与第九固定面124的夹角相等，为130°；第四固定面114与第五固定面115的夹角与第九固定面124与第十固定面125的夹角相等，为130°；
所述第一固定面111、第五固定面115、第六固定面121和第十固定面125设置有第一种骨小梁191；
所述第二固定面112、第四固定面114、第七固定面122和第九固定面124设置有第二种骨小梁192；
所述第三固定面113和第八固定面123设置有第三种骨小梁193；
所述第一种骨小梁191孔径和孔隙率依次小于第二种骨小梁192和第三骨种小梁193。
第一种骨小梁191孔径为0.74mm，孔隙率为70.0％，通孔率为100％；
所述第二种骨小梁192孔径为0.86mm，孔隙率为74.8％，通孔率为100％；
所述第三种骨小梁193孔径为1.00mm，孔隙率为77.6％，通孔率为100％。
第一种骨小梁191、第二种骨小梁192和第三种骨小梁193的厚度相等，为0.5mm。
实施例3
一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，包括左右设置的内侧髁11和外侧髁12，内侧髁11的内侧髁前端1101与外侧髁(12)的外侧髁前端1102为一体，内侧髁11的后端部与外侧髁12的后端部通过限位挡块15连接；所述内侧髁11外侧壁和外侧髁12外侧壁均设置有把持凹槽16，所述内侧髁11具有内侧髁固定面110，所述外侧髁具有外侧髁固定面120；所述内侧髁固定面110包括依次相连的第一固定面111、第二固定面112、第三固定面113、第四固定面114和第五固定面115，所述外侧髁固定面120包括依次相连的第六固定面121、第七固定面122、第八固定面123、第九固定面124和第十固定面125；所述第三固定面113和第八固定面123中部设置有安装孔17，所述安装孔(17)与安装立柱活动连接；所述第一固定面111和第二固定面112相交形成第一交线181；第二固定面112与第三固定面113相交形成第二交线182；第三固定面113与第四固定面114相交形成第三交线183；第四固定面114与第五固定面115形成第四交线184；第六固定面121和第七固定面122的交线与第一交线181共线；第七固定面122和第八固定面123的交线与第二交线182共线；第八固定面123和第九固定面124的交线与第三交线183共线；第九固定面124和第十固定面125的交线与第四交线184共线；所述第一交线181、第二交线182、第三交线183及第四交线184相互平行；
所述第一固定面111与第二固定面112的夹角与第六固定面121与第七固定面122的夹角相等，为140°；第二固定面112与第三固定面113的夹角与第七固定面122与第八固定面123的夹角相等，为140°；第三固定面113与第四固定面114的夹角与第八固定面123与第九固定面124的夹角相等，为140°；第四固定面114与第五固定面115的夹角与第九固定面124与第十固定面125的夹角相等，为140°；
所述第一固定面111、第五固定面115、第六固定面121和第十固定面125设置有第一种骨小梁191；
所述第二固定面112、第四固定面114、第七固定面122和第九固定面124设置有第二种骨小梁192；
所述第三固定面113和第八固定面123设置有第三种骨小梁193；
所述第一种骨小梁191孔径和孔隙率依次小于第二种骨小梁192和第三骨种小梁193。
第一种骨小梁191孔径为0.85mm，孔隙率为74.7％，通孔率为100％；
所述第二种骨小梁192孔径为0.99mm，孔隙率为77.5％，通孔率为100％；
所述第三种骨小梁193孔径为1.10mm，孔隙率为85％，通孔率为100％。
第一种骨小梁191、第二种骨小梁192和第三种骨小梁193的厚度相等，为3mm。
对照组1
结构同实施例1，但不同的是，内侧髁固定面110和外侧髁固定面120的骨小梁的孔径为0.93mm，孔隙率为76％，通孔率为100％。
实验验证：
对本发明实施例1和对照组1的有限元模型进行有限元分析，如图4-7所示，应变云图只显示范围为1000-3000的微应变(阴影部分)，本发明实施例1在股骨髁骨组织有限元模型上1000-3000微应变区域在整个股骨髁骨组织的占比为65.2％，大于对照组1(1000-3000微应变区域占比为42.3％)，提示本发明所述一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体实现大部分区域微应变在最低有效应变阈值和超生理应变阈值之间，具有优异骨长入性能。
有限元分析结果证明，实施例2、3的股骨髁骨组织有限元模型上1000-3000微应变区域在整个股骨髁骨组织有限元模型上的占比与实施例1相似。
还可以采用结构同实施例1，但在第二固定面和第七固定面的结合部设置有矩形的第一种实体结构21；第一固定面和第六固定面的结合部设置半圆形的第二实体结构20，所述第一实体结构21和第二实体结构20的厚度与骨小梁厚度相等，为1.5mm(也可以是0.5或3mm)。第一实体结构21和第二实体结构20可保证第四固定面和第五固定面夹角与第九固定面和第十固定面夹角在加工过程中不发生变化。
还可以在实施例1结构的基础上，在内侧髁固定面110、外侧髁固定面120和限位挡块15构成的固定面的边缘设置有侧壁22。
Claims (3)
1.一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，包括左右设置的内侧髁（11）和外侧髁（12），内侧髁(11)的内侧髁前端(1101)与外侧髁(12)的外侧髁前端(1102)为一体，内侧髁(11)的后端部与外侧髁(12)的后端部通过限位挡块（15）连接；所述内侧髁（11）外侧壁和外侧髁（12）外侧壁均设置有把持凹槽（16），所述内侧髁（11）具有内侧髁固定面（110），所述外侧髁具有外侧髁固定面（120）；所述内侧髁固定面（110）包括依次相连的第一固定面（111）、第二固定面（112）、第三固定面（113）、第四固定面（114）和第五固定面（115），所述外侧髁固定面（120）包括依次相连的第六固定面（121）、第七固定面（122）、第八固定面（123）、第九固定面（124）和第十固定面（125）；所述第三固定面（113）和第八固定面（123）中部设置有安装孔（17），所述第一固定面（111）和第二固定面（112）相交形成第一交线（181）；第二固定面（112）与第三固定面（113）相交形成第二交线（182）；第三固定面（113）与第四固定面（114）相交形成第三交线（183）；第四固定面（114）与第五固定面（115）形成第四交线（184）；第六固定面（121）和第七固定面（122）的交线与第一交线（181）共线；第七固定面（122）和第八固定面（123）的交线与第二交线（182）共线；第八固定面（123）和第九固定面（124）的交线与第三交线（183）共线；第九固定面（124）和第十固定面（125）的交线与第四交线（184）共线；所述第一交线（181）、第二交线（182）、第三交线（183）及第四交线（184）相互平行；
所述第一固定面（111）与第二固定面（112）的夹角与第六固定面（121）与第七固定面（122）的夹角相等，为130°-140°；第二固定面（112）与第三固定面（113）的夹角与第七固定面（122）与第八固定面（123）的夹角相等，为130°-140°；第三固定面（113）与第四固定面（114）的夹角与第八固定面（123）与第九固定面（124）的夹角相等，为130°-140°；第四固定面（114）与第五固定面（115）的夹角与第九固定面（124）与第十固定面（125）的夹角相等，为130°-140°；
其特征是：所述第一固定面（111）、第五固定面（115）、第六固定面（121）和第十固定面（125）设置有第一种骨小梁（191）；
所述第二固定面（112）、第四固定面（114）、第七固定面（122）和第九固定面（124）设置有第二种骨小梁（192）；
所述第三固定面（113）和第八固定面（123）设置有第三种骨小梁（193）；
所述第一种骨小梁（191）孔径和孔隙率依次小于第二种骨小梁（192）和第三种骨小梁（193）；
所述第一种骨小梁（191）孔径为0.74mm -0.85mm，孔隙率为70.0%-74.7%，通孔率为100%；
所述第二种骨小梁（192）孔径为0.86mm -0.99mm，孔隙率为74.8%-77.5 %，通孔率为100%；
所述第三种骨小梁（193）孔径为1.00mm -1.10mm，孔隙率为77.6%–85%，通孔率为100%；
在第二固定面和第七固定面的结合部设置有矩形的第一实体结构（21）；第一固定面和第六固定面的结合部设置半圆形的第二实体结构（20），所述第一实体结构（21）和第二实体结构（20）的厚度与骨小梁厚度相等，为0.5mm-3mm。
2. 根据权利要求1所述一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，其特征在于，所述第一种骨小梁（191）、第二种骨小梁（192）和第三种骨小梁（193）的厚度相等，为0.5mm -3mm。
3.根据权利要求1所述一种分区骨小梁膝关节股骨髁假体，其特征在于在内侧髁固定面（110）、外侧髁固定面（120）和限位挡块（15）构成的固定面的边缘设置有侧壁（22)。
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