CN114224568A - 一种膝关节局部假体及其个性化设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及人工关节技术领域，尤其涉及一种膝关节局部假体及其个性化设计方法。通过多位患者膝关节CT扫描数据，得到多种规格型号和尺寸间隔密集的假体数据模型，建立患者真实膝关节骨模型数据库；目标患骨骼数据与建立的膝关节骨模型数据库的数据模型进行逐一比对，匹配到相似度高的骨骼数据，调取与目标患者病变部位对应的局部完好骨骼数据；使覆盖假体覆盖所有的病变承重区域；计算股骨切除术的切除厚度，使植入的膝关节局部假体厚度等于后股骨切除与正常股骨软骨的总和。通过匹配得到的病变部位局部模型数据，解决了现有膝关节股骨髁假体使用时截骨量大、手术难度大、未保留前后交叉韧带，患者运动体验差的问题。

Description

一种膝关节局部假体及其个性化设计方法
技术领域
本发明涉及人工关节技术领域，尤其涉及一种膝关节局部假体及其个性化设计方法。
背景技术
现有膝关节股骨髁假体有以下几种：
1、全膝股骨髁（全膝关节假体），与衬垫的上表面形成滑动配合，不仅使得所述人工全膝关节假体能够代***膝关节以实现人体膝关节该有的功能，而且因为衬垫的上表面与股骨髁之间为高形合度配合有利于减缓股骨髁与衬垫之间的相互磨损，延长膝关节假体的使用寿命，降低了翻修率。但全膝关节假体置换未保留前后交叉韧带，手术截骨量大，后髁截骨量内侧约为8mm，内侧约为10-11mm，远端截骨量一般为11mm，不利于术后手术恢复，并且手术翻修难度大；未保留前后交叉韧带，患者运动体验差。
2、平台单髁（单髁膝关节假体），包括活动平台单髁膝关节假体和固定平台单髁膝关节假体，两种产品各有缺点，活动平台单髁膝关节假体容易出现脱位现象；而固定平台单髁膝关节假体，由于垫片的上表面设计近乎于平面，因此假体易磨损，使用寿命低。因活动单髁后端截骨量一般为5mm，固定单髁远端截骨量一般为6.5mm，造成大量优质骨的丢失，术翻修难度大，降低了之后治疗的可能性。单髁膝关节置换只适用于膝关节单间置换，一旦滑车槽部分发生病变，则需要进行单髁膝关节置换和髌股关节置换累加进行膝关节双间室置换，手术时间长难度大。
同时，现有膝关节假体在应对患有双房室疾病和完整十字韧带的患者时，无法达到理想效果，从而迫使更改为全膝关节置换。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了一种膝关节局部假体及其个性化设计方法，通过CT扫描数据，建立患者真实膝关节骨模型数据库，患者膝关节骨数据与数据库数据进行对比，可匹配得到病变部位局部模型数据，解决了现有膝关节股骨髁假体使用时截骨量大、手术难度大、未保留前后交叉韧带，患者运动体验差的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种膝关节局部假体个性化设计方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、通过多位患者膝关节CT扫描数据，得到多种规格型号和尺寸间隔密集的假体数据模型，建立患者真实膝关节骨模型数据库；
步骤二、目标患骨骼数据与步骤一中建立的膝关节骨模型数据库的数据模型进行逐一比对，匹配到相似度高的骨骼数据，调取与目标患者病变部位对应的局部完好骨骼数据；
步骤三、根据步骤二调取的完好局部骨骼数据设计骨覆盖假体，使覆盖假体覆盖所有的病变承重区域；
步骤四、利用步骤三中匹配到的完好骨骼三维数据与患者病变部位扫描的三维数据进行对比，计算股骨切除术的切除厚度，使植入的膝关节局部假体厚度等于后股骨切除值与正常股骨软骨厚度值的总和。
本发明还提供了一种膝关节局部假体，包括与人体股骨髁匹配的髁状突植入物，所述髁状突植入物的外周轮廓为空间多边形，所述外周轮廓的边缘处设置有内凹的前翼缘工程弯曲面，所述髁状突植入物与相匹配的胫骨平台垫通过最小微运动过盈配合连接。
进一步优化的技术方案，所述膝关节局部假体包括顶侧部分和底侧的髁状突植入物，所述顶侧部分包括远侧部分和滑车槽组件，所述髁突植入物的底部在膝关节表面上的终沟之前终止，所述髁突植入物与胫骨平台垫一对一匹配。
进一步优化的技术方案，所述膝关节局部假体与所述滑车槽组件对应的内侧面设置有第一立柱，与所述髁突植入物对应的内侧面设置有第二立柱，所述膝关节局部假体与所述顶侧部分对应位置的内侧面设置有第一平台，与所述髁状突植入物对应的内侧面底部设置第二平台。
本发明还提供了一种膝关节髁突植入物的制造方法，使用钴铬钼合金作为基材的铸造工艺进行制造成型，所述钴铬钼合金的成份百分比为：Co为基体、Cr2 6.5-30.0%、Mo4.5-7.0%。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、依据国人骨骼数据设计的部分膝关节假体，规格型号多、尺寸间隔密集，可与国人骨骼得到更好的匹配，因此可以称其为个性化部分膝关节假体；2、从设计上依从运动医学特点，减少截骨量，最大程度的还原患者患病前状态和自身的运动体验，更符合人体的运动所需，更能满足患者的需要；3、增加了假体的耐磨损率；通过铸造工艺进行制造，相比于3D打印，明显简化了假体的的加工工序，通过一次浇注直接成形，免除了切削、锻打等机械加工工序，提高了生产效率和金属材料的利用率，既简化了设备、工序，又降低了生产成本，大大缩短了制备时间，便于形成大批量规模生产能力。
附图说明
图1为股骨切除值事例图片。
图2为髁状突植入物关节面与胫骨平台配合时的示意图。
图3膝关节局部假体结构示意图。
图4膝关节局部假体设置有内侧髁状突植入物结构示意图。
图5膝关节局部假体设置有外侧髁状突植入物结构示意图。
图6膝关节局部假体内侧面结构示意图。
图中：1、髁状突植入物；100、第一演示面；10、第二平台；11、内侧髁状突植入物；12、外侧髁状突植入物；2、胫骨平台垫；3、顶侧部分；30、远侧部分；31、第一平台；4、滑车槽组件；5、第一立柱；6、第二立柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式的参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。这里使用的“前”是指朝向人体的腹侧；“后”是指朝向人体的背侧；“内”是指朝向人体躯干中轴；“外”是指远离人体躯干中轴；“近” 是指朝向人体的头侧；“远”是指朝向人体的尾侧等等。
具体实施方式：
实施例一，一种膝关节局部假体个性化设计方法，包括以下步骤：
步骤一、通过多位患者膝关节CT扫描数据，得到多种规格型号和尺寸间隔密集的假体数据模型，建立患者真实膝关节骨模型数据库。获得的CT扫描数据经过分割、修补处理后，进行三维重构，获得膝关节三维数字化模型，众多真实膝关节三维数字化模型组成大数据库。
步骤二、目标患骨骼数据与步骤一中建立的膝关节骨模型数据库的数据模型进行逐一比对，匹配到相似度高的骨骼数据，调取与目标患者病变部位对应的局部完好骨骼数据；
步骤三、根据步骤二调取的完好局部骨骼数据设计骨覆盖假体，使覆盖假体覆盖所有的病变承重区域；
步骤四、结合图4所示，利用步骤三中匹配到的完好骨骼三维数据与患者病变部位扫描的三维数据进行对比，计算股骨切除术的切除厚度，使植入的膝关节局部假体厚度等于后股骨切除值与正常股骨软骨厚度值的总和。
实施例二，本发明还提供了一种膝关节局部假体，包括与人体股骨髁匹配的髁状突植入物1，所述髁突植入物1的底部在膝关节表面上的终沟之前终止，所述髁突植入物1与胫骨平台垫2一对一匹配。所述髁状突植入物1的外周轮廓为空间多边形，所述外周轮廓的边缘处设置有内凹的前翼缘工程弯曲面，所述髁状突植入物1与相匹配的胫骨平台垫2通过最小微运动过盈配合连接。图2中的第一演示面100详细展示了这种工程弯曲面的形式，保证了髁状突植入物1与原人体骨骼的贴合度，避免边缘翘起造成假体与人体骨骼贴合不严密，提高结合强度。
所述膝关节局部假体包括顶侧部分3和底侧的髁状突植入物1，所述顶侧部分3包括远侧部分30和滑车槽组件4，所述髁状突植入物1可以为单独的内侧髁状突植入物11（如图4所示），也可以为单独的外侧髁状突植入物12（如图5所示）。
所述外侧髁状突植入物12是指膝关节运动时与胫骨外侧间室关节室联接部分；所述滑车槽组件4是指膝关节运动时与人体髌骨相对应的部分。
所述膝关节局部假体与所述滑车槽组件4对应的内侧面设置有第一立柱5，与所述髁突植入物对应的内侧面设置有第二立柱6，所述膝关节局部假体与所述顶侧部分3对应位置的内侧面设置有第一平台31，与所述髁状突植入物1对应的内侧面底部设置第二平台10。
使用时，髁突植入物1和髌骨配对植入物组成的***，适用于双间室置换。所述髁突植入物1与胫骨平台垫一对一匹配。使用时有益于减少髌骨磨损，所述髁突植入物与相匹配的人体胫骨平台垫通过最小微运动过盈配合连接，使用时可提高所述髁突植入物1与患者原有骨骼的配合度、优化假体的耐磨能力，延长了膝关节假体的使用寿命，降低翻修率。
实施例三，一种膝关节髁突植入物的制造方法，使用钴铬钼合金作为基材的铸造工艺进行制造成型。所述钴铬钼合金的成份百分比为：Co 基体、Cr2 6.5-30.0%、Mo 4.5-7.0%。

Claims (5)

1.一种膝关节局部假体个性化设计方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、通过多位患者膝关节CT扫描数据，得到多种规格型号和尺寸间隔密集的假体数据模型，建立患者真实膝关节骨模型数据库；
步骤二、目标患骨骼数据与步骤一中建立的膝关节骨模型数据库的数据模型进行逐一比对，匹配到相似度高的骨骼数据，调取与目标患者病变部位对应的局部完好骨骼数据；
步骤三、根据步骤二调取的完好局部骨骼数据设计骨覆盖假体，使覆盖假体覆盖所有的病变承重区域；
步骤四、利用步骤三中匹配到的完好骨骼三维数据与患者病变部位扫描的三维数据进行对比，计算股骨切除术的切除厚度，使植入的膝关节局部假体厚度等于后股骨切除值与正常股骨软骨厚度值的总和。
2.一种膝关节局部假体，其特征在于：包括与人体股骨髁匹配的髁状突植入物(1)，所述髁状突植入物(1)的外周轮廓为空间多边形，所述外周轮廓的边缘处设置有内凹的前翼缘工程弯曲面，所述髁状突植入物(1)与相匹配的胫骨平台垫(2)通过最小微运动过盈配合连接。
3.根据权利要求2所述的一种膝关节局部假体，其特征在于：所述膝关节局部假体包括顶侧部分(3)和底侧的髁状突植入物(1)，所述顶侧部分(3)包括远侧部分(30)和滑车槽组件(4)，所述髁突植入物(1)的底部在膝关节表面上的终沟之前终止，所述髁突植入物(1)与胫骨平台垫(2)一对一匹配。
4.根据权利要求3所述的一种膝关节局部假体，其特征在于：所述膝关节局部假体与所述滑车槽组件(4)对应的内侧面设置有第一立柱(5)，与所述髁突植入物对应的内侧面设置有第二立柱(6)，所述膝关节局部假体与所述顶侧部分(3)对应位置的内侧面设置有第一平台(31)，与所述髁状突植入物(1)对应的内侧面底部设置第二平台(10)。
5.一种膝关节髁突植入物的制造方法，其特征在于：使用钴铬钼合金作为基材的铸造工艺进行制造成型，所述钴铬钼合金的成份百分比为：Co 基体、Cr2 6.5-30.0%、Mo 4.5-7.0%。
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