TWI517842B - 脛骨構件及人工膝關節 - Google Patents

Description

脛骨構件及人工膝關節

本發明係關於一種脛骨構件以及人工膝關節，並且特別地，關於一種可提供足夠接合力並降低骨水泥使用量的脛骨構件以及使用該脛骨構件的人工膝關節。

關節炎是全世界最常見的慢性疾病，只要是關節的軟骨退化或者結締組織發炎，導致關節疼痛從而干擾關節的正常運動就可稱為關節炎。關節炎的病因很多，引起關節損傷也各有不同。全世界約有3.55億關節炎患者，其中中國就佔了一億以上。在美國，每五個人中就有一人出現關節炎的疼痛與不適；而在亞洲，每六個人中就有一個人在人生某個時刻罹患此病。

關節的問題主要有(1)類風濕性關節炎：因免疫機能障礙所引起；(2)骨性關節炎：即退化性關節炎。關節炎最常見的症狀有關節疼痛、關節變形、活動障礙、行走不便及肢體固定不動時關節出現僵硬及腫脹等症狀。退化性關節炎的患者以五十歲以上的中老年人最常見到，而隨著人口老化社會的來臨，退化性關節炎成為越來越嚴重的醫療課題。除了中老年人以外，從事體力勞動工作者或運動員可能因為關節過度使用而產生退化性關節炎。更甚者，由於現代人攝取營養過度且缺乏運動而容易肥胖，亦可能給關節太大負擔導致退化性關節炎。因此，退化性關節炎並不是老年人獨有的疾病，它可以影響包括兒童在內的各個年齡層。關節炎嚴重時，關節的縫隙會變狹窄而引發疼痛，造成病患不良於行，部分患者會因疼痛而足不出戶。如此不但影響患者之社會功能，也會使患者因活動度減少影響身體健康，甚至因骨骼強度不足而在跌倒後發生骨折。

除了物理或藥物治療之外，對於病情嚴重的患者可施以人工關節置換手術來治療關節炎。人工關節被稱為近代醫療界三大重要發明 之一，其活動度及方便性在醫療器材設計製造之技術不斷演進下，置換人工關節後的患者可以自由活動，因而大幅改善生活品質，有助於患者重返社會。在各種人工關節手術中，以人工膝關節之技術與效果最為成熟，其使用年限也日趨穩定。一般人工膝關節的使用年限大約15年，由於人類平均壽命逐年上升，人工膝關節因超過使用年限而需再置換的狀況也隨之增加。

傳統的人工膝關節的脛骨構件為了要與脛骨連結，其上設計柱狀的凸起物，於手術時將脛骨上方的骨面開孔以便凸起物軸向地深入脛骨。由於凸起物以單方向(軸向)深入脛骨，為了讓脛骨可隨人工膝關節自由轉動，脛骨構件的柱狀凸起物與脛骨孔槽的內壁間需填充骨水泥來黏接兩者，換言之，骨水泥是用來提供膝蓋彎曲時人工膝關節與脛骨的連接力。由於先前技術的脛骨組件是以軸向深入脛骨，骨水泥對膝蓋彎曲時產生的正向應力具有較大的承受能力，但卻對剪應力的承受能力不足。為了抵抗剪應力，骨水泥的使用量必須加大來提供足夠的側向接合力。然而，在進行人工膝關節的再置換手術時，大量骨水泥的良好接合力反而讓舊的人工膝關節不容易拆除，導致再置換手術困難度上升，同時，於為了拆除舊人工膝關節而清除骨水泥的過程中，將會犧牲相當多的硬質骨與鬆質骨而對患者骨頭造成傷害。

因此，本發明之一範疇在於提供一種脛骨構件，除了可提供足夠的側向接合力之外，還可降低骨水泥使用量而利於再置換手術的進行，進而解決先前技術之問題。

根據一具體實施例，本發明之脛骨構件係於人工膝關節中用來接合脛骨，其包含第一脛骨連接結構以及第二脛骨連接結構。第一脛骨連接結構可沿徑向***脛骨上所挖鑿出之徑向孔槽中，第二脛骨連接結構可沿軸向***脛骨上所挖鑿出之軸向孔槽中。

於本具體實施例中，脛骨構件藉由徑向***脛骨之第一脛骨連接結構以及軸向***脛骨之第二脛骨連接結構提供徑向與軸向的連接力，可使脛骨構件穩固地接合脛骨，而不需填充大量的骨水泥，將有利於 再置換手術的進行。

本發明之另一範疇在於提供一種人工膝關節，以解決先前技術之問題。

根據一具體實施例，本發明之人工膝關節包含用來接合股骨之股骨構件，以及用來接合脛骨並樞接股骨構件之脛骨構件。脛骨構件可包含第一脛骨連接結構以及第二脛骨連接結構。第一脛骨連接結構可沿徑向***脛骨上所挖鑿出之徑向孔槽中，第二脛骨連接結構可沿軸向***脛骨上所挖鑿出之軸向孔槽中。

於本具體實施例中，人工膝關節之脛骨構件藉由徑向***脛骨之第一脛骨連接結構以及軸向***脛骨之第二脛骨連接結構提供徑向與軸向的連接力，可使人工膝關節之脛骨構件穩固地接合脛骨，而不需填充大量的骨水泥，將有利於再置換手術的進行。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧人工膝關節

10‧‧‧股骨構件

12‧‧‧脛骨構件

14‧‧‧關節墊片

120‧‧‧第一組合件

122‧‧‧第二組合件

1200‧‧‧容置空間

1202‧‧‧第一脛骨連接結構

1204‧‧‧斜面

1220‧‧‧第二脛骨連接結構

2‧‧‧股骨

3‧‧‧脛骨

30‧‧‧徑向孔槽

32‧‧‧軸向孔槽

圖一係繪示根據本發明之一具體實施例之人工膝關節的示意圖。

圖二A係繪示圖一之人工膝關節之脛骨構件的分解示意圖。

圖二B係繪示圖二A之脛骨構件的組合示意圖。

圖三A係繪示圖二A之第一組合件與脛骨接合的示意圖。

圖三B係繪示圖二A之第二組合件與脛骨接合的示意圖。

請參閱圖一，圖一係繪示根據本發明之一具體實施例之人 工膝關節1的示意圖。人工膝關節1可透過手術方式植入於患者的股骨2與脛骨3之間，使得股骨2與脛骨3可相對地轉動，令患者能自由行走活動。如圖一所示，人工膝關節1可包含股骨構件10、脛骨構件12、以及設置於兩者間之關節墊片14，其中，脛骨構件12與股骨構件10係互相樞接，而關節墊片14則可於兩者相對轉動時提供降低磨擦力的效果，使得兩者能更順暢地轉動以避免脛骨構件12與股骨構件10因摩擦而過度損耗。

於本具體實施例中，股骨構件10可接合患者的股骨2，並 且脛骨構件12可接合患者的脛骨3，因此，股骨2及脛骨3可隨股骨構件10及脛骨構件12間的互相轉動來達到一般正常人的走、跑、跳、蹲等動作。

請參閱圖二A以及圖二B，圖二A係繪示圖一之人工膝關節1之脛骨構件12的分解示意圖，圖二B則繪示圖二A之脛骨構件12的組合示意圖。如圖二A所示，脛骨構件12包含有第一組合件120與第二組合件122，其中，第一組合件120上設置有一容置空間1200，可容置第二組合件122於其中。第二組合件122容置於第一組合件120之容置空間1200形成組合後的脛骨構件10(如圖二B所示)，並且其上可承載關節墊片14並可樞接股骨構件12。

於圖二A中，第一組合件120上延伸形成第一脛骨連接結構1202，且第二組合件122上形成兩個第二脛骨連接結構1220。於本具體實施例中，第一脛骨連接結構1202可為長條契形結構，其寬度是由第一組合件100朝外逐漸變寬。第二組合件122之第二脛骨連接結構1220於本具體實施例中係為兩個，但於實務中可為一或多個，本發明對此並不加以限制。此外，第一組合件120上還設置有對應第二組合件122之第二脛骨連接結構1220的開口，使得第二組合件122容置於容置空間1200時，第二脛骨連接結構1220可容納於開口中並凸出於第一組合件120之外。

請參閱圖三A以及圖三B，圖三A係繪示圖二A之第一組合件120與脛骨3接合的示意圖，圖三B則繪示圖二A之第二組合件122與脛骨3接合的示意圖。如圖三A所示，脛骨3的頂部(即接近膝關節之部位)挖鑿有徑向孔槽30，而徑向孔槽30之截面係對應第一脛骨連接結構1202之截面。於本具體實施例中，由於第一脛骨連接結構1202是長條契形結構，因此徑向孔槽30可配合挖鑿成具有契形截面的長條孔槽。

當脛骨構件12於手術中進行與脛骨3之接合時，其第一組合件120之第一脛骨連接結構1202可對準徑向孔槽30，以沿脛骨3之徑向***至徑向孔槽30，如圖三A所示。請再參閱圖二A，如上述，於本具體實施例中第一脛骨連接結構1202是一長條契形結構且其寬度是由第一組合件100朝外逐漸變寬，因此，第一脛骨連接結構1202上形成有兩個斜面1204。當第一脛骨連接結構1202***徑向孔槽30時，兩個斜面1204可以提供脛骨3正向以及側向的支撐力，換言之，同時可承受患者膝蓋彎曲時產生的正向應力及剪應力。

上述第一脛骨連接結構1202是以長條契形結構的斜面1204支撐脛骨3，然而於實務中，第一脛骨連接結構也可藉不同形狀的長條結構達到支撐效果。舉例而言，第一脛骨連接結構可為一長條方形結構或長條圓形結構，而徑向孔槽亦可配合其截面形狀而挖鑿。因此，第一脛骨連接結構之設計原則乃為自徑向深入脛骨以提供正向或側向連接，其截面形狀可根據使用者或設計者需求而有所調整。

於另一具體實施例中，第一脛骨連接結構1202之表面(例如斜面1204)上也可設置墊片，使得第一脛骨連接結構1202於***徑向孔槽30時墊片可接觸徑向孔槽30之內壁，藉此可防止第一組合件120於脛骨3上下(軸向)作動。此外，徑向孔槽30內也可填充骨水泥以將第一脛骨連接結構1202固定於徑向孔槽30。請注意，於本具體實施例中，骨水泥僅是用來將第一徑骨連接結構1202固定於徑向孔槽30，而患者行走或運動對膝關節所產生的正向應力或剪應力則可由第一徑骨連接結構1202承受，因此骨水泥的需求量相較於先前技術可大幅降低。

當第一組合件120以第一脛骨連接結構1202***徑向孔槽30之形式組裝於徑骨30上後，第二組合件122可沿脛骨3的軸向置入第一組合件120的容置空間1200中。如圖三B所示，徑骨3上另外挖鑿有軸向孔槽32，其位置對應第二組合件122之第二脛骨連接結構1220。當第二組合件122置入第一組合件120之容置空間1200時，第二脛骨連接結構1220可沿脛骨3的軸向***軸向孔槽32之中，藉此可防止第一組合件120及整個脛骨構件12於脛骨3前後(徑向)作動。軸向孔槽32內也可填充骨水泥以將第二脛骨連接結構1220固定於軸向孔槽32中，同樣地，患者行走或運動 對膝關節所產生的正向應力或剪應力主要可由第一徑骨連接結構1202承受，因此軸向孔槽32中的骨水泥的需求量相較於先前技術可大幅降低。

於本具體實施例中，第二組合件122之第二連接結構1220係呈長條方柱狀，但於實務中，其形狀並不限於長條方柱，也可以是長條圓柱或是具其他截面形狀的長條柱體。此外，第二連接結構1220之凸出長度以及軸向孔槽32的深度可根據患者需求來調整，以能固定脛骨構件12防止其於脛骨3前後(徑向)作動為原則。

上述脛骨構件以第一組合件及第二組合件互相組合，使第一脛骨連接結構與第二脛骨連接結構自脛骨的徑向及軸向進行連接的方式，亦可簡化為一體成形的脛骨構件具第一脛骨連接結構與第二脛骨連接結構的樣態。根據另一具體實施例，脛骨構件可為一本體上設置有可動的第一脛骨連接結構與第二脛骨連接結構，換言之，脛骨構件並不分解成第一組合件或第二組合件，而是連同第一脛骨連接結構與第二脛骨連接結構形成一整體。於本具體實施例中，第一脛骨連接結構與第二脛骨連接結構可擇一設計為可動的，或兩者皆設計為可動的，以下將詳述各種可動樣態的脛骨構件固定於脛骨的方式。

於一具體實施例中，若上述一體成形之脛骨構件的第一脛骨連接結構為固定的且第二脛骨連接結構為可動的，可先將第二脛骨連接結構的位置調整至一預備位置，再將第一脛骨連接結構自徑向***脛骨的徑向孔槽中。第一脛骨連接結構以及徑向孔槽可參照圖三A及圖三B所示之形狀，故當第一脛骨連接結構***徑向孔槽時也限制了整個脛骨構件於脛骨軸向上的運動，且此時第二脛骨連接結構係位於預備位置而並未連接脛骨。接著，調整第二脛骨連接結構使其***脛骨之軸向孔槽中，藉此可限制整個脛骨構件於脛骨徑向的運動。因此，脛骨構件可穩固地連接脛骨。

於另一具體實施例中，若脛骨構件的第一脛骨連接結構為可動的且第二脛骨連接結構為固定的，則連接脛骨的順序改變為先將第二脛骨連接結構***軸向孔槽，再調整第一脛骨連接結構使其***徑向孔槽。更甚者，若脛骨構件的第一脛骨連接結構與第二脛骨連接結構皆被設計為可動的，則可將兩者先調整到個別的預備位置，接著將脛骨構件先放置到預定與脛骨連接的位置之上，最後調整第一脛骨連接結構與第二脛骨 連接結構，使兩者分別***徑向孔槽及軸向孔槽中。上述各樣態之一體成形脛骨構件，僅靠第一脛骨連接結構以及第二脛骨連接結構即可於脛骨的徑向和軸向上提供穩固的接合力，因此骨水泥的需求量相較於先前技術可大幅降低。

綜上所述，本發明之人工膝關節之脛骨構件包含兩組合件，其中第一組合件具有第一徑骨連接結構可沿徑向***脛骨之徑向孔槽，而第二組合件可組裝至第一組合件中，並且包含第二脛骨連接結構可沿軸向***脛骨之軸向孔槽中。透過徑向***之第一徑骨連接結構以及軸向***之第二脛骨連接結構提供正向及側向的連接，使得脛骨構件本體可抵抗患者行走或運動時所產生的正向應力與剪應力。因此，相較於先前技術，本發明之人工膝關節的脛骨構件裝置於脛骨時，僅需少量骨水泥即可達到接合脛骨的功效，有利於再置換手術的進行並且可降低清除骨水泥時對骨頭造成的傷害。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創作之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的範疇內。

12‧‧‧脛骨構件

120‧‧‧第一組合件

122‧‧‧第二組合件

1200‧‧‧容置空間

1202‧‧‧第一脛骨連接結構

1204‧‧‧斜面

1220‧‧‧第二脛骨連接結構

Claims (8)

1. 一種脛骨構件，用於一人工膝關節中以接合一脛骨，包含：至少一第一脛骨連接結構，用以沿該脛骨之徑向***該脛骨上所挖鑿出之一徑向孔槽，以限制該脛骨構件於該脛骨之軸向上的運動；至少一第二脛骨連接結構，該第二脛骨連接結構係用以沿該脛骨之軸向***該脛骨上所挖鑿出之一軸向孔槽，以限制該脛骨構件於該脛骨之徑向上的運動；一環狀第一組合件，包含一容置空間，該環狀第一組合件上形成該第一脛骨連接結構；以及一盤狀第二組合件，完全地容置於該容置空間中，該盤狀第二組合件上形成該第二脛骨連接結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之脛骨構件，其中該第一脛骨連接結構係一長條契形結構，並且該長條契形結構之寬度係自該脛骨構件朝外逐漸變寬。
3. 如申請專利範圍第2項所述之脛骨構件，進一步包含一墊片，該墊片係設置於該長條契形結構之表面上，並於該長條契形結構***該徑向孔槽時接觸該徑向孔槽之內壁。
4. 如申請專利範圍第1項所述之脛骨構件，其中該徑向孔槽中填充骨水泥以與該第一脛骨連接結構接合，並且該軸向孔槽中填充骨水泥以與該第二脛骨連接結構接合。
5. 一種人工膝關節，用以接合一脛骨以及一股骨，該人工膝關節包含：一股骨構件，用以接合該股骨；以及 一脛骨構件，樞接該脛骨構件致使該脛骨構件及該股骨構件能相對地旋轉，該脛骨構件係用以接合該脛骨並包含：至少一第一脛骨連接結構，用以沿該脛骨之徑向***該脛骨上所挖鑿出之一徑向孔槽，以限制該脛骨構件於該脛骨之軸向上的運動；至少一第二脛骨連接結構，該第二脛骨連接結構係用以沿該脛骨之軸向***該脛骨上所挖鑿出之一軸向孔槽，以限制該脛骨構件於該脛骨之徑向上的運動；一環狀第一組合件，包含一容置空間，該環狀第一組合件上形成該第一脛骨連接結構；以及一盤狀第二組合件，完全地容置於該容置空間中，該盤狀第二組合件上形成該第二脛骨連接結構。
6. 如申請專利範圍第5項所述之人工膝關節，其中該第一脛骨連接結構係一長條契形結構，並且該長條契形結構之寬度係自該脛骨構件朝外逐漸變寬。
7. 如申請專利範圍第6項所述之人工膝關節，進一步包含一墊片，該墊片係設置於該長條契形結構之表面上，並於該長條契形結構***該徑向孔槽時接觸該徑向孔槽之內壁。
8. 如申請專利範圍第5項所述之人工膝關節，其中該徑向孔槽中填充骨水泥以與該第一脛骨連接結構接合，並且該軸向孔槽中填充骨水泥以與該第二脛骨連接結構接合。