一种变曲率单髁膝关节假体及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种变曲率单髁膝关节假体及其制造方法，包括股骨单髁和胫骨衬垫假体两部分；变曲率曲面构成的股骨单髁假体和骨组织具有高的匹配性，各曲面构成的瞬时旋转中心呈”J”字型变化，保证其在各曲面间平稳过渡；基于股骨单髁设计与之相匹配的胫骨衬垫假体，衬垫下表面设计成微多孔结构实现和骨组织间的生物固定；通过3D打印工艺制备股骨单髁和胫骨衬垫，以有限元分析的主应力迹线为依据设计打印路径，增强膝关节假体的耐磨性和力学强度。本发明专利技术提出的变曲率单髁膝关节假体及其制造方法不仅具有高的外形匹配性和运动稳定性，还具有优异的耐磨损和生物固定性能，提高了单髁膝关节假体的运动稳定性和使用寿命。膝关节假体的运动稳定性和使用寿命。膝关节假体的运动稳定性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种变曲率单髁膝关节假体及其制造方法


[0001]本专利技术属于人工关节
，具体涉及一种变曲率单髁膝关节假体及其制造方法。

技术介绍

[0002]膝关节作为人体最复杂、最大的关节，是下肢两条最长骨骼(股骨和胫骨)之间的枢纽，主要承担人体的负重和运动功能。然而，膝关节复杂的组织解剖结构和所处的力学环境使其易受创伤和骨性关节炎等疾病影响，导致了从单髁磨损演变成全膝磨损的病理过程，给患者的生活经济和身心健康带来巨大的压力。
[0003]现有的膝关节产品是采用注塑成型的单曲率股骨髁和胫骨衬垫配副形成膝关节假体。然而简单的股骨髁曲面和病人关节之间匹配性差，容易产生过覆盖或欠覆盖的问题，同时在屈曲运动时由于关节面突变会发生运动不稳定的问题，胫骨衬垫和骨组织之间采用的机械固定容易发生疲劳失效。
[0004]因此，目前的膝关节产品越来越难以满足病人对植入假体高寿命、安全可靠的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种变曲率单髁膝关节假体及其制造方法，采用变曲率曲面构成股骨单髁和胫骨衬垫假体，保证运动的稳定性，提高关节长期的安全性和使用寿命。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种变曲率单髁膝关节假体，包括胫骨衬垫，胫骨衬垫上开有凹槽，凹槽内轮廓匹配股骨单髁，股骨单髁的外轮廓包括多个变曲率曲面，多个变曲率曲面组成的瞬时旋转中心呈J字型分布，股骨单髁的内表面设置有用于连接骨组织的固定柱。
[0008]具体的，变曲率曲面包括五个，依次为股骨前端曲面、股骨斜前端曲面、股骨远端曲面、股骨斜后端曲面和股骨后端曲面，股骨单髁的半径尺寸从股骨前端曲面到股骨后端曲面依次减小。
[0009]具体的，固定柱包括短固定柱和长固定柱，长固定柱垂直于股骨斜前端所对应的曲面，短固定柱位于股骨前端所对应的曲面。
[0010]进一步的，长固定柱和短固定柱的长度比为4：(2～3)。
[0011]具体的，凹槽依次包括胫骨前端曲面、胫骨斜前端曲面和胫骨远端曲面，胫骨前端曲面、胫骨斜前端曲面和胫骨远端曲面的半径均大于与之配合的股骨单髁的曲面半径。
[0012]具体的，凹槽的最低点和股骨单髁外表面的最低点重合。
[0013]具体的，胫骨衬垫与股骨单髁组成的关节线和自然关节线一致。
[0014]具体的，股骨单髁和胫骨衬垫采用3D打印制备而成。
[0015]具体的，胫骨衬垫的下表面与骨组织接触处设置有微多孔结构。
[0016]本专利技术的另一个技术方案是，一种变曲率单髁膝关节假体的制造方法，分别采用3D打印工艺制备股骨单髁和胫骨衬垫；股骨单髁的打印路径以有限元分析的主应力迹线为依据，外层设计为同心圆路径提高耐磨性，内层分为4个区域，设计为分区垂直线路径提高力学强度，固定柱采用纵横交错的方式打印；胫骨衬垫的打印路径和股骨单髁外轮廓路径保持平行，胫骨衬垫下表面的打印路径设计为微多孔结构。
[0017]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0018]一种变曲率单髁膝关节假体，针对当前临床普遍采用单曲率或三曲率膝关节假体造成匹配性差和运动不稳定的问题，以多组变曲率曲面构成股骨髁和胫骨衬垫，一方面可以和自然关节保持高的匹配性，避免假体过覆盖或欠覆盖导致的应力传递不均和骨质流失，另一方面减少了各曲面间的跨度差，提高膝关节屈曲运动时在各曲面间平稳过渡，保证运动的稳定性；本专利技术设计的变曲率膝关节假体在外形上和骨组织具有高的匹配性，在运动时能够在高低屈曲角度下都具有良好的运动稳定性，同时还具有优异的耐摩擦，以及和骨组织可靠的结合强度，提高了假体整体的使用寿命、安全性以及患者植入后的舒适度。
[0019]进一步的，股骨髁假体采用但不局限5个变曲率曲面，提高了假体和骨组织间的匹配性，避免了匹配不均造成假体失效。股骨单髁的半径尺寸从股骨前端曲面到股骨后端曲面依次减小，这可以使瞬时旋转中心呈J字型分布，符合常人自然膝关节的运动特点，提高了患者假体置换后的运动稳定性和舒适性。
[0020]进一步的，长固定柱垂直于股骨斜前端所对应的曲面，短固定柱位于股骨前端所对应的曲面，保证了膝关节在低和高屈曲角度下都能够承受不同方向的外载荷，提高了假体整体的力学强度。同时长固定柱和短固定柱分别从水平面和30
°
的斜前面两个面固定股骨髁假体，使其不易脱落。
[0021]进一步的，长固定柱和短固定柱的长度比为4：3到4：2，保证了股骨髁假体能够被牢固的结合到骨组织上，且固定柱在高屈曲角度下均不会发生断裂。
[0022]进一步的，凹槽依次包括胫骨前端曲面、胫骨斜前端曲面和胫骨远端曲面，通过三个曲面和股骨髁假体的曲面进行外形配合，组成运动摩擦面，使二者间具有高的外形匹配度，增大接触面积，减小应力集中，提高关节的耐摩擦性，胫骨前端曲面、胫骨斜前端曲面和胫骨远端曲面的半径均大于与之配合的股骨单髁的曲面半径，确保了股骨髁假体能在胫骨衬垫假体的凹槽内平滑运动，保证了关节假体运动时的自由度。
[0023]进一步的，凹槽的最低点和股骨单髁外表面的最低点重合，保证了股骨髁和胫骨衬垫假体间不会产生过渡配合。
[0024]进一步的，胫骨衬垫与股骨单髁组成的关节线和自然关节线一致，这保证了膝关节假体在运动时的位置和自然膝关节一致，有利于患者术后的力线和运动姿态不变。
[0025]进一步的，变曲率单髁膝关节假体是采用3D打印工艺制备而成，以有限元分析的主应力迹线为打印路径，提高了关节整体的力学强度和运动时的耐磨性。
[0026]进一步的，胫骨衬垫上的微多孔结构可以和骨组织间实现生物固定，提高了关节长期结合强度。
[0027]一种变曲率单髁膝关节假体的制造方法，采用3D打印工艺制备假体，以有限元分析的主应力迹线为打印路径，提高了关节整体的力学强度和运动时的耐磨性。
[0028]综上所述，本专利技术不仅可以和自然关节保持高的匹配性，避免过覆盖或欠覆盖导
致的应力传递不均和骨质流失，还能够提高膝关节屈曲运动时在各曲面间平稳过渡，保证运动的稳定性；胫骨衬垫上的微多孔结构可以和骨组织间实现生物固定，提高了关节长期结合强度。
[0029]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的变曲率单髁膝关节假体的整体结构示意图；
[0031]图2为本专利技术变曲率股骨单髁假体的侧视图；
[0032]图3为本专利技术变曲率胫骨衬垫假体的侧视图；
[0033]图4为本专利技术变曲率胫骨衬垫假体的仰视图；
[0034]图5为本专利技术变曲率股骨单髁假体的3D打印路径示意图；
[0035]图6为拟合矢状图。
[0036]其中：1.股骨单髁；2.胫骨衬垫；3.股骨前端曲面；4.股骨斜前端曲面；5.股骨远端曲面；6.股骨斜后端曲面；7.股骨后端曲面；8.短固定柱；9.长固定柱；10.瞬时旋转中心；1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变曲率单髁膝关节假体，其特征在于，包括胫骨衬垫(2)，胫骨衬垫(2)上开有凹槽，凹槽内轮廓匹配股骨单髁(1)，股骨单髁(1)的外轮廓包括多个变曲率曲面，多个变曲率曲面组成的瞬时旋转中心(10)呈J字型分布，股骨单髁(1)的内表面设置有用于连接骨组织的固定柱。2.根据权利要求1所述的变曲率单髁膝关节假体，其特征在于，变曲率曲面包括五个，依次为股骨前端曲面(3)、股骨斜前端曲面(4)、股骨远端曲面(5)、股骨斜后端曲面(6)和股骨后端曲面(7)，股骨单髁(1)的半径尺寸从股骨前端曲面(3)到股骨后端曲面(7)依次减小。3.根据权利要求1所述的变曲率单髁膝关节假体，其特征在于，固定柱包括短固定柱(8)和长固定柱(9)，长固定柱(9)垂直于股骨斜前端所对应的曲面，短固定柱(8)位于股骨前端所对应的曲面。4.根据权利要求3所述的变曲率单髁膝关节假体，其特征在于，长固定柱(9)和短固定柱(8)的长度比为4：(2～3)。5.根据权利要求1所述的变曲率单髁膝关节假体，其特征在于，凹槽依次包括胫骨前端曲面(12)、胫骨斜前端曲面(13)和胫骨远端曲面(14)，胫骨前端曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涤尘，李阳，鲁思伟，张倍宁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：