耀世注册官网_一种分区骨小梁髋关节表面置换股骨柄的制作方法
1.本发明涉及一种人工关节设计与制造技术领域，尤其是涉及一种髋关节表面置换术人工股骨柄部件。
背景技术：
2.随着国民经济水平提高，人均寿命增长，需接受髋膝关节置换的病例也急剧增加。髋关节置换术是近几十年来开展的一种外科技术，主要适用于老年患者的骨关节炎、股骨颈骨折以及股骨头缺血坏死等终末期疾病，能快速重建髋关节结构、矫正肢体畸形、提高髋关节的活动范围和活动度，减少因骨折后长期卧床导致的一系列并发症。
3.全髋关节置换作为一种成熟的外科手术在临床上获得广泛应用并取得较好的临床疗效与满意度。然而全髋关节置换因为存在股骨近端应力遮挡，通常会引起骨组织的自我调节和重新塑形，骨组织的生理应力刺激变化，可进一步引起骨重建的异常，继而导致股骨近端正常骨量的丢失和诱发股骨近端的人工假体松动，下沉，并出现髋部疼痛甚至行走困难等症状，最终导致假体植入失败。
4.随着关节病患者逐渐年轻化，患者不仅对人工关节置换术提出了更高的使用寿命要求，术后要求也从简单的减轻疼痛，转变为使患者恢复正常的关节功能，适应完成大范围、高强度的活动。髋关节表面置换术的主要优点是保留了大部分股骨侧骨，不入侵股骨管，尽可能保护股骨近端的骨组织结构，同时使用较大的球头，有效地提高了关节的稳定性和活动度。
5.目前髋关节表面置换术人工股骨柄外表面多为光柄(骨水泥柄)或涂层柄(非骨水泥柄，带有多孔结构的骨柄(生物柄)也多采用均匀骨小梁。研究显示，采用均匀骨小梁结构的全髋置换的股骨柄，骨组织在股骨柄上外侧，下内侧和下外侧的骨长入还不理想。进一步的研究显示，在上外侧和下内侧骨长入不理想的主要原因是骨组织受到的的压应变数值偏小，低于1000微应变，不满足骨组织的生长的条件；同时在下外侧区域，骨长入不理想的主要原因是骨组织受到的压应变数值偏大，高于3000微应变，也不满足骨组织生长的条件。因此，整体打印的股骨柄，如果采用均匀骨小梁虽然可以克服涂层柄脱落问题和组配柄锥连接失效的问题，但是无法保证骨组织在骨小梁结构上的均匀长入。因为表面髋股骨柄的尺寸，形状和结构与全款置换的股骨柄完全不同，同时表面髋股骨柄与全髋置换的股骨柄所处的力学环境也完全不同，因此套用全髋置换股骨柄的分区骨小梁还不能满足表面髋置换的需要。
6.本专利结合表面髋骨柄的结构特点，设计了一种分区骨小梁髋关节表面置换人工股骨部件，实现骨组织大部分区域的压应变在符合骨组织生长的范围内，利于骨长入，对于提高表面髋置换假体的长期稳定具有积极意义。
技术实现要素：
7.本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种髋关节表面置换术人工分区骨小
梁股骨颈部件，解决现有技术中髋关节表面置换术人工股骨柄无法保证骨组织在骨小梁结构上的均匀长入的问题。
8.本发明的技术方案概述如下：
9.一种分区骨小梁髋关节表面置换股骨柄，所述股骨柄由圆锥形头部，柄领部和柄体组成；所述柄领部与圆锥形头部交界处有一环形凹槽，所述柄部包含上部圆弧段、中部圆柱段和下部弧段；
10.柄部上部圆弧段和中部圆柱段设置有分区骨小梁，骨小梁分成8个区，环向按照上下和前后分成4个区，轴向沿骨柄轴线分成2个区；8个骨小梁分区分别为，环上轴前区，环下轴前区，环前轴前区，环后轴前区；环上轴后区，环下轴后区，环前轴后区，环后轴后区；
11.环上轴前区、环下轴前区、环前轴前区和环后轴前区构成柄部轴上部圆弧段,各占其1/4；环上轴后区、环下轴后区、环前轴后区和环后轴后区构成柄部轴中部圆柱段，各占其1/4；
12.环上轴后区和环后轴后区设置有第一种骨小梁；环上轴前区和环后轴前区设置有第二种骨小梁；环前轴后区和环下轴后区设置有第三种骨小梁；环下轴前区和环前轴前区设置有第四种骨小梁。四种骨小梁孔径依次增大，孔隙率依次增高。
13.所述第一种骨小梁孔径为0.80mm-0.85mm，孔隙率为65％
–
70％，通孔率为100％；
14.第二种骨小梁孔径为0.85mm-0.90mm，孔隙率为70％
–
75％，通孔率为100％；
15.第三种骨小梁孔径为0.90mm-0.95mm，孔隙率为75％
–
80％，通孔率为100％；
16.第四种骨小梁孔径为0.95mm-1.00mm，孔隙率为80％
–
85％，通孔率为100％；
17.所述第一种骨小梁、第二种骨小梁，第三种骨小梁和第四种骨小梁厚度相等，为1.2mm-1.5mm。
18.所述股骨柄材料为钛合金，采用3d打印方法制备。
19.本发明具有以下有益效果：
20.本发明髋关节表面置换术人工分区骨小梁股骨颈部件采用3d打印一体成型，解决了传统机加工无法制备复杂多孔结构的难题，且骨小梁与实体结合强度高，不易脱落，能够提高假体寿命。
21.本发明采用了一种沿骨柄环向和轴向分区的8分区方法，沿骨柄环向采用了4分区方法，在骨柄的轴向采用了2分区方法，整个骨柄的骨小梁分成8个区，设置的骨小梁包括4种，从强到弱骨小梁的孔径(孔径小的骨小梁弹性模量高，孔径大的骨小梁弹性模量低)孔隙率与厚度如前述。骨小梁与骨组织的匹配采用了强弱互补的方法，弹性模量低的骨组织匹配弹性模量高的骨小梁，弹性模量高的骨组织匹配弹性模量低的骨小梁。分区骨小梁的优点是能使表面髋置换后骨组织的大部分区域的压应变数值位于1000-3000微应变之间，满足骨生长的条件。分区表面髋骨小梁骨柄保证了骨组织在骨小梁上的均匀长入，解决了均匀骨小梁假体植入后，骨组织不能在骨柄骨小梁上均匀长入的问题。
22.有限元分析结果显示，表面髋股分区骨小梁骨骨柄植入后，符合骨生长条件骨组织的区域可以达到62.45％，比均匀骨小梁骨柄符合骨生长条件的区域提高了31.29％。
附图说明
23.图1为本发明不显示骨小梁的髋关节表面置换术人工股骨颈部件假体；
24.图2为本发明不显示骨小梁的髋关节表面置换术人工股骨颈部件分区示意图；
25.图3为本发明股骨颈部件顺时针旋转45
°
左视示意图；
26.图4为本发明股骨颈部件顺时针旋转45
°
右视示意图；
27.图5为实施例1的有限元分析应变云图(仅显示压应变数值位于1000-3000微应变之间的表面)；
28.图6为对照例1的有限元分析应变云图(仅显示压应变数值位于1000-3000微应变之间的表面)。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
30.实施例1
31.本发明一种分区骨小梁髋关节表面置换股骨柄，圆锥形头部1，柄领部2和柄体3组成；所述圆锥形头部1中心有螺纹孔4，柄领部2与圆锥形头部1交界处有一环形凹槽4，所述柄部包含上部圆弧段6、中部圆柱段7和下部弧段8；
32.所述柄部上部圆弧段6和中部圆柱段7设置有分区骨小梁，骨小梁分成8个区，环向按照上下和前后分成4个区，轴向沿骨柄轴线分成2个区；8个骨小梁分区分别为，环上轴前区1101，环下轴前区1102，环前轴前区1103，环后轴前区1104；环上轴后区191，环下轴后区192，环前轴后区193，环后轴后区194；
33.所述环上轴前区1101、环下轴前区1102、环前轴前区1103和环后轴前区1104构成柄部轴上部圆弧段6，各占其1/4；环上轴后区191、环下轴后区192、环前轴后区193和环后轴后区194构成柄部轴中部圆柱段7，各占其1/4；
34.所述环上轴后区191和环后轴后区194设置有第一种骨小梁112，孔径为0.80mm-0.85mm，孔隙率为65％
–
70％，通孔率为100％；环上轴前区1101和环后轴前区1104设置有第二种骨小梁113，孔径为0.85mm-0.90mm，孔隙率为70％
–
75％，通孔率为100％；环前轴后区193和环下轴后区192设置有第三种骨小梁114，孔径为0.90mm-0.95mm，孔隙率为75％
–
80％，通孔率为100％；环下轴前区1102和环前轴前区1103设置有第四种骨小梁115，孔径为0.95mm-1.00mm，孔隙率为80％
–
85％，通孔率为100％。
35.所述
36.所述第一种骨小梁、第二种骨小梁，第三种骨小梁和第四种骨小梁厚度相等，为1.2mm-1.5mm。股骨柄材料为钛合金，采用3d打印方法制备。
37.对照组
38.一种分区骨小梁髋关节表面置换股骨柄，结构与实施例1不同的是，股骨柄的第一种骨小梁、第二种骨小梁、第三种骨小梁和第四种骨小梁为同一种骨小梁，其0.94mm-1.04mm，孔隙率为65％
–
70％，骨小梁的厚度为1.5mm。
39.将实施例的有限元模型与对照组的有限元模型进行有限元分析，得到的有限元分析应变云图只显示范围为1000-3000的微应变，实施例在股骨部件骨组织有限元模型上1000-3000微应变区域在整个股骨骨组织有限元模型的占比为62.45％(图5)，大于对照组(图6，1000-3000微应变区域占比为31.16％)，提示本发明所述一种髋关节表面置换术人工股骨颈部件可实现骨组织大部分区域微应变在最低有效应变阈值和最高塑形应变阈值之
间，利于骨长入。
40.将对照组有限元模型和实施例的有限元模型进行有限元分析，结果如图5-6所示，实施例的一种髋关节表面置换术人工股骨颈部件的骨小梁与实体连接部位的应力集中区域小于对照组的应力集中区域，提示本发明一种髋关节表面置换术人工股骨颈部件的骨小梁与实体结合强度增强。
41.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
