人工髋关节股骨柄假体设计的若干基础

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010638367.1(22)申请日 2020.07.06(71)申请人 吉林大学地址 130000 吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人 张志辉　张晓龙　于征磊　谢鑫宇　孔德印　王金成　任露泉　(74)专利代理机构 吉林长春新纪元专利代理有限责任公司 22100代理人 王怡敏(51)Int.Cl.A61F 2/36(2006.01)(54)发明名称采用轻量化设计的人体个性化髋关节股骨柄假体及其制法(57)摘要本发明涉及一种采用轻量化设计的人体个性化髋关节股骨柄假体及其制法，属于医疗器械领域。

包括柄颈、柄体、椎体、椎尖，假体上部呈三角形，内侧角度在90°~120°；柄体采用六边形蜂窝结构单元进行轻量化设计；柄体和椎体亦可同时进行轻量化设计，轻量化设计可采用不规则开孔或闭孔结构设计，亦可采用3D晶格结构设计，结构单元优选为金刚石单元、菱形十二面体单元或截立方体单元；椎尖采用实体结构设计。

本发明通过实体模型个性化特征的提取和以轻量化为导向的正向设计，在个性化定制的同时实现了轻量化设计，能够在满足力学性能的前提下减轻髋关节股骨柄假体的重量，实现材料利用率的最大化，同时为骨再生和骨长入提供大量空间，提高了稳定性。

权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 111728741 A 2020.10.02C N 111728741A1.一种采用轻量化设计的人体个性化髋关节股骨柄假体，其特征在于：包括柄颈(1)、柄体(2)、椎体(3)、椎尖(4)，所述柄体(2)采用六边形蜂窝结构单元进行轻量化设计；柄体(2)和椎体(3)亦可同时进行轻量化设计，所述轻量化设计采用不规则开孔或闭孔结构设计，或者采用3D晶格结构设计，结构单元优选为金刚石单元、菱形十二面体单元或截立方体单元；椎尖(4)采用实体结构设计。

Wagnercone股骨柄设计原理及手术操作展开全文设计原理Wagner cone锥形假体股骨柄采用钛合金材料加工制成，用于股骨近端区域困难条件时进行生物性固定，例如近端股骨畸形。

假体柄身表面喷砂处理，粗糙微观形貌与其特殊形状设计共同促进骨的大面积附着。

5°角锥状柄横断面为圆形，外科医生可在任何前倾方向放置Wagner cone股骨柄。

柄身有8条脊，其锐利边缘可增加对皮质的固定，提供最佳旋转稳定性。

脊和锥状几何外形更加确保了牢靠的固定。

Wagner cone股骨柄最大限度减少了其它非骨水泥固定系统常见的大腿疼痛发生率。

除提供旋转稳定性外，柄身锐利脊还有利于骨的附着。

临床研究数据表明，在锐利脊处的骨形成和附着效果更佳。

为在股骨距实现对假体的进一步支持，将内侧脊向远端延长，使其透过突起表面达到支持和固定的效果。

柄部侧方脊始于肩部顶端，目的在于确保在粗隆区域拥有最大可能的接触面积。

总之，脊的形状提供了旋转稳定性并且改善了材料与骨生长的效果及结合。

手术操作暴露可采用各种手术路径植入Wagner cone锥形假体股骨柄。

所用特殊途径取决于外科医师的偏好。

本技术适用于后方入路（患者侧卧位图1）图1腿长的判断确立标记点，在分离股骨前进行测量，在完成重建后，比较腿长和股骨偏心距。

通过该项比较进行调整以便使制定的术前计划能够达到预期目的。

有多种测量腿长的方法。

根据手术技术选择最适宜的方法。

股骨颈截骨术根据图2所示手术路径分离股骨。

参照从解剖标记点到术前模板过程中确定的截骨水平间距，确保截骨线的准确性。

在贯穿股骨颈的线上用钢笔标记切除线。

用标记线作为引导，进行股骨颈截骨。

为防止损伤大转子，当锯到达大转子时防止切割。

将锯取下，在股骨颈上方部分完成截骨切割或用一骨刀完成切割。

图2股骨腔的准备随着切口到达近端股骨，从大转子内侧部分和股骨颈侧方部分分离软组织。

必须清楚暴露该区域，才可以正确定位插入股骨扩髓钻的部位（图3）。

股骨柄的设计原则股骨柄设计原则在过去50年里，人们一直在努力恢复患病的髋关节的正常功能并缓解疼痛。

这样就出现了各种各样的髋关节假体。

在评价全髋关节的功能时必须考虑柄的设计特点。

这些特点包括股骨头、股骨颈、颈领以及柄体。

骨水泥型柄的设计理念和注意事项与非骨水泥型的股骨柄不同。

因此，本文分别就骨水泥型和非骨水泥型股骨柄的上中下段设计原则作一综述。

骨水泥固定的股骨柄颈领在所有股骨柄的设计参数中，有无颈领的设计是最有争议的一个。

在骨水泥固定的股骨假体中，设计颈领的初衷是在柄的插入过程中可以对骨水泥进行加压。

结果发现颈领并没有达到预期的目的。

骨水泥型柄的原理是将负荷更合理地传递给近端的股骨和骨水泥，实事上，许多实验和计算机模型研究都表明，带领的股骨柄会将更大的压应力（比较接近正常水平的压应力）传递给内侧股骨距（如图1、图2所示）。

这一效果有利于降低由于应力遮挡造成的股骨近端骨吸收，降低假体上的弯曲应力，降低假体远端骨水泥套层上的应力（如图3所示）。

锥度设计的股骨柄对负荷传递的特点之一是在近端股骨和骨水泥上产生很高的环形应力。

这种环形应力接近于骨水泥套层的极限拉伸强度，但如果柄带有颈领的话，理论上将降低骨水泥套层上的环形应力，关节系统使用起来将会安全的多。

但是，令人担忧的是：1、要想使颈领与股骨紧密配合，在技术上很难达到；2、在手术中做到的颈领与骨的任何接触，都无法在术后保持下去。

即使发生很轻微的骨吸收，也会丧失掉假体柄对应力的合理传导，从而丧失了颈领的作用。

数学模型表明，颈领可以将应力通过骨水泥套层传递到股骨距。

相反，实验室研究却表明，加上轴向负载后，颈领下的骨水泥套层很快碎裂。

但是在临床上，不管是有领或无领骨水泥柄，临床效果都比较好。

股骨柄柄体的设计股骨柄的设计包括柄的几何特点（长度、形态、横截面），材料特性、表面处理。

形态：早期的假体柄一般为弯曲形设计，除了横截面为钻石形的以外，这种弯曲形设计的假体柄已经被淘汰了。

人工全髋关节置换髋臼杯和股骨柄假体的选择及固定方式贺业腾;闫新峰【摘要】@@ 人工全髋关节的长期稳定性是决定假体使用年限的关键,其影响因素主要有患者因素、手术因素、假体设计和选择因素等.选择合适的假体和固定方式能显著提高人工全髋关节手术的远期效果.【期刊名称】《山东医药》【年(卷),期】2011(051)019【总页数】2页(P108-109)【作者】贺业腾;闫新峰【作者单位】山东省千佛山医院,济南,250014;山东省千佛山医院,济南,250014【正文语种】中文人工全髋关节的长期稳定性是决定假体使用年限的关键，其影响因素主要有患者因素、手术因素、假体设计和选择因素等。

选择合适的假体和固定方式能显著提高人工全髋关节手术的远期效果。

1 假体的选择1.1 髋臼假体髋臼假体的形状为半球形，生物固定的髋臼由髋臼杯和内衬组成，水泥固定的髋臼没有髋臼杯，只有聚乙烯制成的内衬。

一般认为髋臼的生物固定优于水泥固定，所以出现了髋臼的生物固定 +股骨柄的水泥固定组合，称为杂交固定的全髋关节。

但对于年龄过大(70岁以上)骨质疏松症及骨生长机能障碍者，应采用骨水泥固定的髋臼。

技术上要求髋臼锉至松质骨，充分冲洗，骨床钻孔及加压填充以便于水泥渗入松质骨并形成 2～3 mm的水泥壳。

生物固定髋臼杯的表面涂层对假体的长期稳定性至关重要，特别是对髋臼发育不良(DDH)的髋臼，骨与臼杯的接触面积小，良好的骨长入更为重要。

假体的表面处理可大致分为表面巨孔型、表面微孔、表面涂层和双涂层四大类。

表面巨孔型即珍珠面处理的宏观交锁假体已基本淘汰，表面微孔和双涂层效果较好，粗糙面处理的髋臼杯则效果交叉。

也有旋入式髋臼杯可以在 DDH处理中获得良好的初始稳定，但由于一旦松动则骨丢失较多而遭到很多学者的反对。

1.2 股骨柄假体人工关节材料的发展经历了近百年的过程，先后使用过白金、银、高速钢、钒钢、象牙等材料。

水泥型股骨柄一般由钴铬钼合金制成，形状多为锥形，表面有粗糙和光滑两种，由于假体水泥界面的微动可导致骨水泥磨损，故多数学者认为光滑柄效果更好。