一种人工髋关节.pdf

本发明公开了一种人工髋关节，包括：髋臼外杯、髋臼内衬、股骨球头和关节股骨柄，髋臼内衬配合在髋臼外杯的内壁与股骨球头的外表面之间，关节股骨柄固定于股骨球头。本发明的人工髋关节耐磨性和润滑性好，可延长使用寿命。

1.  一种人工髋关节，其特征在于，包括：髋臼外杯、髋臼内衬、股骨球头和关节股骨柄，髋臼内衬配合在髋臼外杯的内壁与股骨球头的外表面之间，关节股骨柄固定于股骨球头。

2.  根据权利要求1所述的人工髋关节，其特征在于，所述股骨球头的外表面和/或髋臼内衬的内表面上形成有碳基润滑膜。

3.  根据权利要求2所述的人工髋关节，其特征在于，所述碳基润滑膜包括富sp²a-C层与TiC层依次层叠的叠层以及叠层上的富sp³a-C层。

4.  根据权利要求3所述人工髋关节，其特征在于，富sp³a-C层的厚度为15-30nm，所述碳基润滑膜的厚度为2.0～5.0μm。

5.  根据权利要求3所述的人工髋关节，其特征在于，所述富sp²a-C层中碳的含量为75～95wt％。

6.  根据权利要求3所述的人工髋关节，其特征在于，所述叠层中碳的含量为45～75wt％。

7.  根据权利要求1所述的人工髋关节，其特征在于，髋臼内衬为超高分子量聚乙烯或者高交联超高分子量聚乙烯，所述髋臼外杯、股骨球头和关节股骨柄的材料为医用金属材料。

8.  根据权利要求1-7中任一项所述的人工髋关节，其特征在于，所述金属外杯和/或关节股骨柄靠近股骨球头的端部的外表面上形成有钛合金层，所述钛合金层为海绵孔结构。

9.  根据权利要求8所述的人工髋关节，其特征在于，所述钛合金层的厚度为50-1000μm。

10.  根据权利要求8所述的人工髋关节，其特征在于，所述钛合金层由3D打印形成。

11.  根据权利要求8所述的人工髋关节，其特征在于，所述钛合金层的孔隙率为70-85％。

一种人工髋关节
技术领域
本发明涉及生物医用材料领域，尤其涉及一种人工髋关节。
背景技术
人工髋关节置换是目前治疗骨关节领域疾病最有效的方法，它使很多严重骨关节疾病的患者得到康复。
在人工髋关节的临床应用中，还有许多的问题需要不断的探索，其中，关节髋臼杯与关节股骨柄稳定性问题，以及人工关节的松动问题，是比较致命的两个问题。
人工关节的松动问题主要由关节界面间磨损导致金属、陶瓷、高分子等碎屑造成无菌性松动，使得关节头与臼杯截面间的匹配性变差，进而导致人工关节的失效，碎屑通常会引起人体内的生物反应，如炎症或排斥反应等，对人体造成伤害。为了解决人工关节的松动问题，目前，常对人工关节进行表面处理，例如在人工关节表面进行钛珠烧结、钛丝烧结或喷涂钛合金粉末、生物陶瓷粉、羟基磷灰石(HA)涂层等，然而，这些表面处理虽然可以缓解松动问题，但与人体骨组织的融合性较差，存在稳定性的问题。
此外，关节面长期磨损产生的碎屑，引起的溶骨素导致骨细胞退行性萎缩，造成髋臼外杯与骨质间界面间隙的脱离松动，仍然有可能导致髋臼外杯植入最终失效，因此，提高臼杯、股骨柄与人体骨有效结合加强稳定性的同时，提高关节耐磨性能也至关重要。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术缺陷之一，提供一种人工髋关节，延长人工髋关节的使用寿命。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种人工髋关节，包括：髋臼外杯、髋臼内衬、股骨球头和关节股骨柄，髋臼内衬配合在髋臼外杯的内壁与股骨球头的外表面之间，关节股骨柄固定于股骨球头。
可选的，所述股骨球头的外表面和/或髋臼内衬的内表面上形成有碳基润滑膜。
可选的，所述碳基润滑膜包括富sp²a-C层与TiC层依次层叠的叠层以及叠层上的富sp³a-C层。
可选的，富sp³a-C层的厚度为15-30nm，所述碳基润滑膜的厚度为2.0～5.0μm。
可选的，所述富sp²a-C层中碳的含量为75～95wt％。
可选的，所述叠层中碳的含量为45～75wt％。
可选的，髋臼内衬为超高分子量聚乙烯或者高交联超高分子量聚乙烯，所述髋臼外杯、股骨球头和关节股骨柄的材料为医用金属材料。
可选的，所述金属外杯和/或关节股骨柄靠近股骨球头的端部的外表面上形成有钛合金层，所述钛合金层为海绵孔结构。
可选的，所述钛合金层的厚度为50-1000μm。
可选的，所述钛合金层由3D打印形成。
可选的，所述钛合金层的孔隙率为70-85％。
本发明实施例提供的人工髋关节，采用髋臼外杯、髋臼内衬、股骨球头的结构，通过髋臼内衬提高髋臼外杯与股骨球头的匹配性，增加耐磨性和润滑性，延长人工髋关节的使用寿命。
进一步的，所述股骨球头的外表面和/或髋臼内衬的内表面上形成有碳基润滑膜，碳基润滑膜可以采用包括富sp³a-C层以及富sp²a-C层与TiC层依次层叠的叠层的结构，使得股骨球头的界面具有良好的自润滑性能和高硬度，提高髋臼的耐磨性和使用的稳定性。
进一步的，所述金属外杯和/或关节股骨柄靠近股骨球头的端部的外表面上形成有钛合金层，该钛合金层为海绵孔结构，在该人工髋关节植入人体后，骨细胞会长入海绵孔结构的孔道中，增加与人体骨组织的融合性，有效防止人工髋关节和骨质间发生松动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的人工髋关节的爆炸结构示意图；
图2为根据本发明实施例的碳基润滑膜的剖面结构示意图；
图3为根据本发明实施例的钛合金层的电镜照片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
参考图1所示，本发明实施例的人工髋关节包括髋臼外杯1、髋臼内衬2、股骨球头3和关节股骨柄4，髋臼内衬2配合在髋臼外杯1的内壁与股骨球头3的外表面之间，关节股骨柄4固定于股骨球头3。
在本发明中，髋臼内衬2配合在髋臼外杯1内壁与股骨球头3外表面之间，作为股骨球头3的介面，股骨球头3接合在关节股骨柄4上，以髋臼内衬2为介面进行活动。髋臼内衬2可以提高髋臼外杯与股骨球头的匹配性，增加耐磨性和润滑性，延长人工髋关节的使用寿命。
髋臼内衬2可以采用聚乙烯、陶瓷或金属材料等，本实施例中，髋臼内衬2可以为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)或者高交联超高分子量聚乙烯，所述髋臼外杯1、股骨球头3和关节股骨柄4的材料为医用金属材料，医用金属材料是用于生物医学材料的金属或合金，例如钛合金、不锈钢、钴铬钼合金、镍钴合金等。
在本发明的实施例中，在所述股骨球头3的外表面以及髋臼内衬2的内 表面上形成有碳基润滑膜，该碳基润滑膜通常为包括碳材料的复合膜层，该碳基润滑膜可以通过溅射的方式镀覆在股骨球头和髋臼内衬的内表面上，使得股骨球头的介面具有良好的润滑性。
在本实施例中，如图2所示，所述碳基润滑膜10包括富sp²a-C层与TiC层依次层叠的叠层101以及叠层上的富sp³a-C层102，可以通过溅射的方式镀覆，富sp³a-C层102即主要以sp³键的形式结合的非晶碳，富sp²a-C层即主要以sp²键的形式结合的非晶碳。
在优选的实施例中，富sp³a-C层102的厚度为15-30nm，所述碳基润滑膜的厚度为2.0～5.0μm，所述富sp²a-C层中碳的含量为75～95wt％，所述叠层102中碳的含量为45～75wt％。本实施例的碳基润滑膜中，在与球头和内衬基底接合的表面上形成的为富sp²a-C层与TiC层依次层叠的叠层101，在顶层形成的为富sp³a-C层102，该叠层的结构及材料使得与基底具有更好的结合力，同时具有低的内应力和好的润滑性，并通过富sp³a-C层提高硬度和耐磨性能、润滑性能。此外，采用聚乙烯的髋臼内衬与碳基润滑膜的股骨球头配合使用，介面间具有更好的润滑性和耐磨性，避免磨损碎屑的产生，延长了人工髋关节的使用寿命。
为了进一步提高人工髋关节与人体骨组织的融合性，在金属外杯1的表面11上，以及关节股骨柄4靠近股骨球头的端部的外表面41上形成有钛合金层，可以在金属外杯1的整个表面上覆盖该钛合金层。关节股骨柄4与股骨球头3固定，关节股骨柄可以为与股骨球头一体的结构，也可以为与股骨球头为分体的结构，可以在关节股骨柄4的整个表面上形成该钛合金层，也可以在关节股骨柄靠近股骨球头3的端部的部分外表面上形成有钛合金层，参考图3所示，关节股骨柄4靠近股骨球头的端部41指关节股骨柄与股骨球头连接后，关节股骨柄靠近股骨球头的暴露出的周面，优选的，该端部41的高度h为整个股骨柄高度的1/3。
该钛合金层的结构海绵孔结构，海绵孔结构即类似于海绵的孔结构，如图3所示，海绵孔结构中的孔洞的壁20为钛合金材料，孔洞22呈规则或不规则形状，孔洞在厚度方向上错落分布，呈不规则立体网状分布，形成连通的孔道，其中，钛合金材料为医用钛合金材料，适用于植入人体内， 钛合金层中的孔隙率为75％，钛合金层的厚度可以为50-1000μm，可以通过3D打印技术在基底表面上形成。
该钛合金层为海绵孔结构，具有类似于骨组织的孔洞结构，在将表面形成有该钛合金层的人工髋关节植入人体后，骨细胞会沿着海绵孔结构中的孔道生长，进而使得人工髋关节与人体骨组织嵌合，增加与人体骨组织的融合性，有效防止人工髋关节和骨质间发生松动。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。