膝关节假体衬垫部件、胫骨部件及膝关节假体 【技术领域】
本发明涉及一种活动平台膝关节假体，特别是植入人体替代原始膝关节的假体。
背景技术
现代全膝关节表面置换手术(TKA)已经成为广泛应用的替换人体病损膝关节的有效手段，其方法是利用金属和聚乙烯材料置换膝关节中已被破坏的骨和软骨，如用金属股骨部件和胫骨部件替代股骨远端和胫骨近端的骨质，由聚乙烯衬垫替代关节软骨和半月板。
早期的膝关节假体是固定平台膝关节假体(FBK)，即膝关节假体的股骨部件和胫骨部件之间的聚乙烯衬垫是固定在下面的胫骨部件上的，股骨部件的内侧髁和外侧髁直接设置在聚乙烯衬垫相应的凹陷内。置换后的膝关节在屈曲时，由于其周围特殊的解剖结构，会使得股骨部件会在聚乙烯衬垫上发生旋转。如果是FBK，由于聚乙烯衬垫是固定在胫骨部件上的，为达到旋转活动的目的，需要通过减少股骨部件和聚乙烯部件之间接触面的形合度以达到膝关节旋转的目的，但这同时会使股骨部件和聚乙烯部件接触面积减少而产生高接触应力。为了解决这个问题，发展出被称为活动平台膝关节假体(MBK)。活动平台膝关节假体是指在股骨部件和胫骨部件之间设置了可以旋转的衬垫部件，衬垫部件与胫骨部件之间是高形合度的接触，衬垫部件能够在胫骨部件相应的平台上旋转，正常情况下，行走中的扭转力和剪切力通过人体关节软骨蠕变或者相对位移将应力分散，这是正常人体生理负荷分散效能。MBK发挥了这种效能，假体负重时关节受到的应力通过衬垫部件的旋转得到适当的分散，会使胫骨部件的松动减少。同时可以使股骨部件和聚乙烯部件之间接触面的形合度增高，增加二者的接触面积，解决了形合度和高接触应力之间的矛盾。与固定平台膝关节假体相比，MBK假体在设计上的优点很多：减少胫骨假体所受到的不良应力；聚乙烯磨损减小；减少不良旋转力线；均衡聚乙烯衬垫部件的承受负荷，使髌股关节更加“友好”；降低手术的难度。这些特点非常有效地的减少了术后并发症。
但是，目前活动平台膝关节假体衬垫部件在胫骨部件平台上旋转的旋转轴线的位置在衬垫部件的几何中心，即旋转轴线垂直于胫骨部件平台所在平面且通过衬垫部件在该平面投影的几何中心，而这与人体实际的生理活动并不相符(实际上膝关节在屈伸活动时股骨与胫骨之间的相对运动导致所述旋转运动，所述旋转的旋转轴线的位置应当是偏离所述几何中心)，这种非生理性的旋转会增加衬垫部件与胫骨部件之间的摩擦，降低假体的使用寿命。同时，这也导致患者在TKA术后的步态失常(主要是在膝关节屈曲的初始阶段不能保持正常膝关节的Scrow-Home运动)。
【发明内容】
为了解决现有技术中衬垫部件旋转轴线位置不当导致的患者术后步态失常及膝关节假体使用寿命低的问题，本发明提供了一种新的膝关节假体的衬垫部件，对衬垫部件所述旋转轴线的位置进行了更符合人体生理实际的调整，减少了衬垫部件与胫骨部件之间的摩擦。
本发明的技术方案如下：
膝关节假体衬垫部件，当膝关节假体进行生理弯曲时，所述衬垫部件在膝关节假体的胫骨部件平台上旋转，衬垫部件在胫骨部件平台所在平面地投影被一最小矩形外接，垂直平分最小矩形的长边与短边的两根直线将所述最小矩形分成4块区域，衬垫部件进行所述旋转的旋转轴线在该平面的投影位于所述4块区域中位于膝关节后内侧的1块区域内。
在衬垫部件与股骨部件装配状态下，衬垫部件与膝关节假体的股骨部件接触表面上设置有容纳股骨部件内侧髁的凹槽，所述衬垫部件旋转轴线在胫骨部件平台所在平面的投影位于所述凹槽在该平面的投影内。
所述凹槽最低点在胫骨部件平台所在平面的投影与所述衬垫部件旋转轴线在该平面的投影重合。
与上述衬垫部件相配的胫骨部件，包括固定于胫骨内的承力结构，衬垫部件所述旋转轴线在胫骨部件平台所在平面的投影位于所述承力结构在该平面的投影内。
本发明的技术效果是：
本发明将衬垫部件的旋转轴线设置得靠向膝关节后内侧区域，使得股骨部件的外侧髁部分围绕此轴线旋转，这就使得衬垫部件的旋转轴线的位置与生理实际相符合，避免了由于旋转轴线位置不当导致的附加应力，能够在很大程度上恢复膝关节的Scrow-Home运动，使患者术后的膝关节能够恢复正常的生理运动；同时，本发明的技术方案减少了衬垫部件与胫骨部件之间的摩擦，提高了膝关节假体的使用寿命。
【附图说明】
图1为本发明衬垫部件与胫骨部件平台相对面的视图，图中上方为人体前方，即人在自然直立状态下眼睛所视方向，图中右侧为膝关节内侧方向。
图2为本发明胫骨部件与衬垫部件相对的平台(即胫骨部件平台)面的视图，图中上方为人体前方，图中右侧为膝关节的外侧方向。
图3为本发明衬垫部件与胫骨部件装配在一起后，衬垫部件外旋状态图，图中上方为人体前方，图中右侧为膝关节的外侧方向。
图4为本发明衬垫部件与胫骨部件装配在一起后，衬垫部件内旋状态图，图中上方为人体前方，图中右侧为膝关节的外侧方向。
图5为本发明胫骨部件植入胫骨一侧的结构示意图。
图中标识说明如下：
1-4、燕尾槽式旋转轨道。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
图1所示的是本发明的衬垫部件下表面，是与胫骨部件平台装配的面。当人体膝关节进行正常的生理弯曲时，本发明衬垫部件会在胫骨部件平台上旋转，这主要是由于在膝关节生理弯曲过程中会发生股骨的外侧髁绕内侧髁旋转的运动而产生的，这使得衬垫部件发生上述旋转的旋转轴线在胫骨部件平台所在平面的投影不在衬垫部件在该平面投影的几何中心。本发明衬垫部件发生上述旋转的旋转轴线偏离衬垫部件的几何中心，偏向膝关节后内侧方向设置。具体的就是将对应图1所示衬垫部件在胫骨部件平台所在平面投影外接一个最小矩形，即该矩形将衬垫部件的所述投影包围，且矩形的每个边均至少与衬垫部件所述投影外轮廓的一点相切。然后将该矩形等分成4块区域，即两根分别垂直平分矩形的长边与短边的直线将上述矩形分割成4块区域，图1中两条虚线就是这两条直线，其中上述衬垫部件旋转轴线在该平面的投影应当位于这4块区域中邻近膝关节后内侧的1块区域内，图1中所示的黑点即是符合本发明思想的衬垫部件旋转轴线投影可选位置。这种设置经过验证表明是符合人体生理实际的，可以实现本发明的目的。优选的方案是使得衬垫部件旋转轴线投影更靠近上述两条直线的交点。
如何调整衬垫部件所述旋转轴线的位置有很多现有技术，例如图1中通过衬垫部件与胫骨平台上配合的旋转轨道决定了旋转轴线的位置。图1中标识1和标识2所指向的是两段弧形的燕尾槽式旋转轨道，是与图2中标识3和标识4所指向的两段弧形的燕尾槽式旋转轨道相配合的轨道。燕尾槽式轨道是现有技术，主要用于滑动摩擦的情况下。标识1和标识2所指向的是两段弧形的圆心重合，该圆心就是本发明所说衬垫部件的旋转轴线的投影。还有很多实现确定旋转轴线位置的方法，如在衬垫部件与胫骨部件平台之间设置旋转轴等，不再列举。
衬垫部件朝向股骨部件的表面设置有容纳股骨部件内侧髁和外侧髁的凹槽(图3和图4中为了清楚没有描绘该凹槽)，如前面所分析，衬垫部件的所述旋转与股骨部分在膝关节生理弯曲时的旋转运动相应，因此衬垫部件的旋转轴线应当穿过容纳内侧髁的凹槽，或者说旋转轴线在胫骨部件平台所在平面的投影位于该凹槽在该平面的投影内，这使得在发生所述旋转时衬垫部件的受力更合理，减少了附加应力。进一步优选的方案可以使容纳内侧髁凹槽的最低点在胫骨部件平台所在平面的投影与所述旋转轴线在该平面的投影重合。容纳内侧髁凹槽的最低点在人体正常直立状态下对应股骨部件内侧髁最接近衬垫部件的点。
图2显示的是与图1衬垫部件相配合的胫骨部件平台表面，图中所示的黑点是与所述衬垫部件旋转轴线对应的位置。
图3和图4显示了衬垫部件内旋和外旋的两种状态。图5显示了胫骨部件植入人体部分的结构。如图5所示三根呈三角形排列的固定桩及固定桩之间连接的加强梁结构，该结构在进行TKA手术时植入胫骨上开凿形状适合的凹孔内，这一方面固定胫骨部件，同时也起到承受膝关节上方人体部分施加在胫骨部件上的力，所以也被称为承力结构。本发明的承力结构的设置符合下列规则：衬垫部件所述旋转轴线在胫骨部件平台所在平面的投影位于所述承力结构在该平面的投影内。图7中标示的黑点即指向了衬垫部件所述旋转轴线与承力结构之间的位置关系。这使得负重区域直接位于承力结构之上，更有效的抵抗剪切和旋转应力，减少交变负荷对膝关节假体使用寿命的影响。