用于全髖關(guān)節(jié)成形術(shù)的最佳接觸機(jī)械部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及可以作為假體關(guān)節(jié)諸如髖關(guān)節(jié)的一部分而植入的部件。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)在眾多出版物中闡明，人髖是球和承窩關(guān)節(jié)，然而存在所有三種連續(xù)旋轉(zhuǎn)，盡管髖臼和股骨的股骨頭的實(shí)際形狀不是完全球形。正常髖可以經(jīng)歷俯屈/伸展、內(nèi)/外旋轉(zhuǎn)和外展/內(nèi)收旋轉(zhuǎn)，包括三個連續(xù)旋轉(zhuǎn)以執(zhí)行運(yùn)動。由于韌帶約束，最顯著的是髂股韌帶和股骨頭韌帶，因此不允許股骨頭相對于髖白發(fā)生顯著的平移。
[0003]設(shè)計(jì)了目前全髖關(guān)節(jié)成形術(shù)(THA)植入物，使得股骨頸:(I)沿著與地面平行的水平軸線對齊；或者，(2)沿著相對于水平軸線成30至45度取向的軸線對齊(參見圖1，其中Θ代表股骨頸相對于水平軸線或平面的角度)。已經(jīng)用該指導(dǎo)原則設(shè)計(jì)了股骨主干的完整系統(tǒng)，需要植入的股骨頸以遵循解剖頸的取向(參見圖2)。盡管這些植入的主干嘗試維持解剖頸的角度，但必須理解的是，所述解剖頸要厚得多并且是患者特異性的(參見圖3)。
[0004]關(guān)于目前THA植入物的擔(dān)憂包括:⑴股骨頭從髖臼杯脫臼；和，⑵股骨頭在髖臼杯內(nèi)滑動。脫臼是目前THA植入物的一個主要擔(dān)憂，并且該現(xiàn)象非常少見地發(fā)生在解剖髖。當(dāng)脫臼相對于THA植入物發(fā)生時，股骨頭完全脫離髖臼杯(參見圖4)。隨著股骨頭在外側(cè)方向在髖白杯的上外側(cè)方位滑動，股骨頭分離(也非常少見地在解剖髖中看到)常規(guī)地發(fā)生在THA植入物(參見圖5和6)。該股骨頭分離現(xiàn)象發(fā)生在承重和非承重活動過程中，并且是關(guān)于目前THA的一個主要擔(dān)憂。該現(xiàn)象發(fā)生在超過95%的所有具有THA的患者中。本發(fā)明的發(fā)明人假定，這些現(xiàn)象(脫臼和股骨頭分離)可能因?yàn)楣晒穷i軸線沒有與腿(即，股骨)的承重軸線對齊而發(fā)生。
[0005]在天然股骨中，假定承重軸線6為機(jī)械軸線(參見圖7)。所述機(jī)械軸線由位于股骨頭球的中心的第一點(diǎn)2和位于踝關(guān)節(jié)的中心的第二點(diǎn)4限定。因此假定，該軸線6在正常的健康腿中也經(jīng)過膝的中心或在膝中心的內(nèi)側(cè)，甚至可能經(jīng)過內(nèi)側(cè)髁。因此，假定機(jī)械軸線6承載上體的重量，因?yàn)樵撦S線與施加于髖關(guān)節(jié)的承重力的方向?qū)R。
[0006]在正常髖中，股骨頭的大尺寸允許髖關(guān)節(jié)力分散在大面積上，從而導(dǎo)致最小化的在股骨頭上的接觸應(yīng)力(參見圖8)。并且，正常髖具有支撐韌帶結(jié)構(gòu)，其在所有運(yùn)動過程中維持股骨頭在髖白內(nèi)的接觸(參見圖9)。因此，在解剖髖關(guān)節(jié)中維持大的接觸面積，從而允許承載表面力轉(zhuǎn)移到該大的接觸面積上，導(dǎo)致遠(yuǎn)低于破壞水平的接觸應(yīng)力。
[0007]在THA外科手術(shù)后，韌帶支撐結(jié)構(gòu)已經(jīng)受損。因此，在植入髖假體后，天然解剖結(jié)構(gòu)不再在合適的位置，并且不能耐受可能使股骨頭從髖白杯移開的平面力和力矩。如以前所述，所有目前THA植入物嘗試維持與解剖頸類似的股骨頸角度(參見圖1和2)。
[0008]參考圖10，將THA植入物疊加在圖8的解剖髖關(guān)節(jié)上；可以看出，股骨頭接觸面積已經(jīng)顯著減小，并且當(dāng)對齊植入物部件的取向時，髖關(guān)節(jié)處于受損狀態(tài)，使得脫白和股骨頭分離不僅是可能的而且可能受到影響以致于發(fā)生。髖的拉出方向與頸角度對齊，所述頸角度在目前植入物中與機(jī)械軸線垂直或接近垂直。承載表面接觸面積的這種顯著減小是目前THA的一個主要擔(dān)憂，因?yàn)楣晒穷^也可以在外側(cè)方向滑動，從而導(dǎo)致甚至更減小的承載表面接觸面積和在上外側(cè)方位的聚乙烯磨損(參見圖12)。因此，在該取向，隨著上身的承載力施加于植入的股骨頭(其沿著解剖頸軸線對齊，如在圖10中)上，該施加的力可以促進(jìn)股骨頭從髖臼杯脫位或分離。該現(xiàn)象可由力矩的誘導(dǎo)或剪切力沿著股骨頸軸線的引入造成，從而將股骨頭推出髖臼杯。
[0009]參考圖13，關(guān)于THA的另一個持續(xù)的擔(dān)憂是與頂樞有關(guān)的故障以及在頂樞和可釋放股骨球之間表現(xiàn)出的磨損。許多或者全部與THA—起使用的股骨植入物包括被接收在患者股骨的髁間通道內(nèi)的股骨主干、集成的股骨頸和股骨頭，所述股骨頭可從股骨頸的一端(即，頂樞)除去且能夠接合髖臼杯。
[0010]已經(jīng)設(shè)計(jì)了當(dāng)前的股骨植入物，使得股骨頸角度與解剖股骨頸角度對齊。通過這樣做，患者的上身(經(jīng)由骨盆)在股骨植入物頭上施加的力相對于股骨頸角度具有顯著的角度。該施加的上身垂直力(F)作用于髖關(guān)節(jié)，這沿著NI〉軸線施加于牛頓參考系。該垂直力(F)然后在頂樞參考系中分解成分力(Tl〉，Τ2>, Τ3??從牛頓參考系向頂樞參考系的相對轉(zhuǎn)化與三個連續(xù)旋轉(zhuǎn)有關(guān)，但是主要旋轉(zhuǎn)被表示為θτ。使用該旋轉(zhuǎn)，然后將分力定義為FTl *Τ1>和FT2*T2>。關(guān)注的主要力是FT1，其在TI〉方向施加，并且在運(yùn)動過程中，該力實(shí)際上嘗試使球從頂樞脫離。
[0011]在髖運(yùn)動過程中，在垂直方向施加主要力FT1，這可造成股骨頭誘發(fā)在股骨頸的頂樞之間的微搖擺運(yùn)動。該微搖擺運(yùn)動也可由該上身力在股骨頭上施加的力矩(相對于頂樞)誘導(dǎo)。該微運(yùn)動造成頂樞的外表面與股骨頭的內(nèi)表面之間的摩擦，從而造成頂樞的承載表面和股骨頭之間的磨損。另外，該磨損可能造成來自承載表面的微粒碎片，所述碎片遍布于患者的身體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明涉及可作為假體關(guān)節(jié)諸如髖關(guān)節(jié)的一部分而植入的部件。
[0013]本發(fā)明的第一方面是提供一種假體股骨部件，其包括:(a)股骨干；(b)可操作地聯(lián)接到所述股骨干的股骨頸；和(C)可操作地聯(lián)接到所述股骨干的股骨球，其中縱向延伸穿過所述股骨頸的頸軸線相對于縱向延伸穿過所述股骨干的股骨干軸線成不大于35度的角度。
[0014]在所述第一方面的一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述縱向延伸穿過所述股骨頸的頸軸線相對于所述縱向延伸穿過所述股骨干的股骨干軸線成介于35至20度之間的角度。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述縱向延伸穿過所述股骨頸的頸軸線相對于所述縱向延伸穿過所述股骨干的股骨干軸線成介于20至15度之間的角度。在另一個詳細(xì)的實(shí)施例中，所述縱向延伸穿過所述股骨頸的頸軸線相對于所述縱向延伸穿過所述股骨干的股骨干軸線成介于15至10度之間的角度。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述縱向延伸穿過所述股骨頸的頸軸線相對于所述縱向延伸穿過所述股骨干的股骨干軸線成介于10至5度之間的角度。在一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述縱向延伸穿過所述股骨頸的頸軸線相對于所述縱向延伸穿過所述股骨干的股骨干軸線成介于O至5度之間的角度。在一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述股骨頸包括頂樞，并且所述頂樞從所述股骨干軸線偏離5至160毫米。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述假體股骨部件還包括固位托架，所述固位托架能夠使用緊固件聯(lián)接至所述股骨干。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述固位托架能夠定位在股骨的外表面上。
[0015]本發(fā)明的第二方面是提供一種假體髖關(guān)節(jié)，其包括:(a)股骨部件，其包括可操作地聯(lián)接到股骨球的股骨主干，所述股骨球包括基本上均勻的凸承載表面，但是從所述承載表面向外伸出的突出物除外；和(b)髖臼部件，其包括可操作地聯(lián)接到髖臼杯插入物的髖臼杯，所述髖白杯插入物包括基本上均勻的凹承載表面，但是延伸到所述承載表面中的凹坑除外，所述凹坑的尺寸設(shè)定成容納所述突出物在其中的至少部分插入并限定所述突出物的運(yùn)動范圍，其中所述突出物和凹坑之間的相互作用可有效地阻止在內(nèi)收方向和外展方向中的至少一個方向上的運(yùn)動。
[0016]在第二方面的一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述突出物包括半球形凸出段，并且所述凹坑包括半球形凹陷段。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凹陷段比所述半球形凸出段大了不到I個數(shù)量級。在另一個詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凹陷段比所述半球形凸出段大了超過I個數(shù)量級。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凸出段定位在所述股骨球的凸承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的內(nèi)部。在一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凸出段定位在所述股骨球的凸承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的外面。在一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凹陷段定位在所述髖白杯插入物的凹承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的內(nèi)部。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凹陷段定位在所述髖白杯插入物的凹承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的外面。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述凹坑的尺寸比所述突出物的尺寸大了 I個數(shù)量級。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述凹坑的尺寸比所述突出物的尺寸大了不到I個數(shù)量級。
[0017]在第二方面的另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述突出物定位在所述股骨球的凸承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的內(nèi)部。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述突出物定位在所述股骨球的凸承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的外面。在另一個詳細(xì)的實(shí)施例中，所述凹坑定位在所述髖臼杯插入物的凹承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的內(nèi)部。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述凹坑定位在所述髖白杯插入物的凹承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的外面。在一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述突出物包括球形凸出段、正方形凸出段、矩形凸出段、三角形凸出段和不規(guī)則凸出段中的至少一種，并且所述凹坑包括球形凹陷段、正方形凹陷段、矩形凹陷段、三角形凹陷段和不規(guī)則凹陷段中的至少一種。
[0018]本發(fā)明的第三方面是提供一種假體髖關(guān)節(jié)，其包括:(a)股骨部件，其包括可操作地聯(lián)接到股骨球的股骨主干，所述股骨球包括基本上均勻的凸承載表面，但是延伸到所述承載表面中的凹坑除外；和，(b)髖白部件，其包括可操作地聯(lián)接到髖白杯插入物的髖臼杯，所述髖白杯插入物包括基本上均勻的凹承載表面，但是突出物除外，所述突出物實(shí)現(xiàn)穿過所述承載表面和從所述承載表面伸出中的至少一種，所述突出物的尺寸設(shè)定成至少部分地插入所述凹坑中，所述凹坑限定所述突出物的運(yùn)動范圍，其中所述突出物和凹坑之間的相互作用可有效地阻止在內(nèi)收方向和外展方向中的至少一個方向上的運(yùn)動。
[0019]在第三方面的一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述突出物包括半球形凸出段，并且所述凹坑包括半球形凹陷段。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凹陷段比所述半球形凸出段大了不到I個數(shù)量級。在另一個詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凹陷段比所述半球形凸出段大了超過I個數(shù)量級。在另一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凹陷段定位在所述股骨球的凸承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的內(nèi)部。在一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凹陷段定位在所述股骨球的凸承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的外面。在一個更詳細(xì)的實(shí)施例中，所述半球形凸出段定位在所述髖白杯插入物的凹承載表面的負(fù)荷承載區(qū)域的內(nèi)部