專利名稱：多功能支撐人工關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人工關(guān)節(jié)，特別是涉及一種具有多個支撐面，可模擬正常關(guān)節(jié)運動的多功能支撐人工關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，大部分關(guān)節(jié)假體是采用單球形支撐或者并列雙球支撐的設(shè)置，這些設(shè)計方案不能大部分的再現(xiàn)關(guān)節(jié)所要達到的要求，其支撐面磨耗或磨損使其出現(xiàn)遠期松動現(xiàn)象，造成使用年限減短，從而導(dǎo)致假體的遠期失效，這種失敗是它的主要失敗原因，這種失敗通常需要大的外科手術(shù)來補救。因此，設(shè)計具有多樣性的支撐面的人工關(guān)節(jié)來降低在每個支撐面的壓力是十分必要的。
現(xiàn)以膝關(guān)為例，如果膝關(guān)節(jié)不能充分模擬正常膝關(guān)節(jié)的活動，對膝關(guān)節(jié)的壓力將會增加，從而導(dǎo)致過早地斷裂的可能性增加。然而，盡管膝關(guān)節(jié)允許彎曲、伸展以及其它的膝關(guān)節(jié)的動作，這種關(guān)節(jié)必須能防止這些具有減弱的或破壞的肌腱或韌帶的患者的關(guān)節(jié)移位。特別是這種人工關(guān)節(jié)在伸開位置上應(yīng)很穩(wěn)固或被鎖住，從而在走路或跑動等造成的負荷加重而不會引起關(guān)節(jié)的翹曲。
在正常的人體膝關(guān)節(jié)的彎曲和伸展時，股骨的遠端和脛骨的近端相互滑動。特別是當(dāng)大腿由完全伸展位轉(zhuǎn)向彎曲位時，脛骨移向股骨的前面。當(dāng)膝關(guān)節(jié)回到伸展位時發(fā)生相反的運動。如果膝關(guān)節(jié)受限于這種前后運動，那么膝關(guān)節(jié)的內(nèi)壓力將會增加，從而導(dǎo)致磨損的增加。
除了這種前后運動，膝關(guān)節(jié)必須允許脛骨圍繞脛骨的縱軸旋轉(zhuǎn)。在每一個股骨的彎曲和伸展的過程中有一些脛骨的旋轉(zhuǎn)。對于施加于腿或腳外部的扭曲力，有時需要額外的旋轉(zhuǎn)。這種脛骨的旋轉(zhuǎn)在正常情況下會被圍繞在膝關(guān)節(jié)周圍的韌帶和肌腱所約束。因此，如果圍繞膝關(guān)節(jié)的肌腱和韌帶很弱的話，有一個重要的支撐表面能用來控制加于腿或腳的各種各樣的橫向壓力或旋轉(zhuǎn)扭力是非常有意義的。與此類似地，對于人工關(guān)節(jié)來說，在脛骨的旋轉(zhuǎn)周附近不允許大的旋轉(zhuǎn)動作或位移也是應(yīng)該的。
關(guān)于膝關(guān)節(jié)的進一步的要求是足部被允許一定程度上從圍繞身體的中線旋里或旋外。這種運動被稱為內(nèi)翻外翻運動。在正常的膝關(guān)節(jié)中，這種動作是通過脛骨圍繞某個股骨踝旋轉(zhuǎn)，并與脛骨遠端側(cè)向運動一起完成的，擁有這一動作的人工關(guān)節(jié)通常更受歡迎。
最后，膝關(guān)節(jié)還必須適應(yīng)髕骨的活動。在屈和伸的過程中，髕骨滑過股骨髁，而股骨髁正是人造膝關(guān)節(jié)和髕骨相接觸的地方，所以需要提供一個足夠大小的支撐面來避免對髕骨的損傷，并且人造膝關(guān)節(jié)還要能滿足髕骨的自然運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多功能支撐人工關(guān)節(jié)，本發(fā)明的人工關(guān)節(jié)具有多個支撐面，這樣就在一定程度上限制了膝關(guān)節(jié)的活動；這種人造膝關(guān)節(jié)為膝關(guān)節(jié)嚴重惡化或損傷的患者提供了一個穩(wěn)定的復(fù)原環(huán)境，同時還通過一個或多個部分限制的支撐面使膝關(guān)節(jié)得以正?；顒樱ㄟ^增加支撐面和模擬正常關(guān)節(jié)運動，從而降低關(guān)節(jié)的磨耗和磨損，以彌補現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。
本發(fā)明所涉及的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，它用于代替人體關(guān)節(jié)在第一骨骼與第二骨骼之間，并可以在伸展位置和彎曲位置之間繞彎曲通軸產(chǎn)生相對運動，所述人工關(guān)節(jié)由裝在所述第一骨骼上的第一構(gòu)件和裝在所述第二骨骼上的第二構(gòu)件組成，所述人工關(guān)節(jié)含有在所述第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間產(chǎn)生相對運動的多個支撐，所述支撐中至少有一個支撐包括具有部分完全球形支撐面的支撐和該支撐的互補支撐腔，所述支撐中至少有一個支撐含有普通凸輪弧形支撐和普通凸輪弧形支撐的互補支撐面。
所述部分完全球形支撐面的支撐包含部分完全球形的第一支撐的支撐面和第一支撐的互補支撐腔。
所述部分完全球形支撐面的支撐包含部分完全球形的第二支撐的支撐面和第二支撐的互補支撐腔。
所述普通凸輪弧形支撐至少包含兩個普通凸輪弧形支撐面，所述每個普通凸輪弧形支撐面壓在各自的普通凸輪弧形支撐的互補支撐面上。
所述第一支撐的互補支撐腔限制所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件之間產(chǎn)生平行于所述彎曲通軸的相對運動。
所述第一支撐的支撐面位于所述第一構(gòu)件上，所述普通凸輪弧形支撐的互補支撐面位于所述第二構(gòu)件上。
所述第二支撐的支撐面位于所述第二構(gòu)件上，所述普通凸輪弧形支撐的互補支撐面也位于所述第二構(gòu)件上。
所述部分完全球形的第一支撐的支撐面中心完全位于所述關(guān)節(jié)的所述彎曲通軸上。
所述部分完全球形的第一支撐的支撐面位于所述至少兩個普通凸輪弧形支撐面之間。
所述部分完全球形的第一支撐的支撐面和所述部分完全球形第二支撐的支撐面為完全同軸心。
所述關(guān)節(jié)為膝關(guān)節(jié)，所述第一根骨骼和第二根骨骼為人體的股骨和脛骨，所述構(gòu)件一個是股骨構(gòu)件，一個是脛骨構(gòu)件。
所述脛骨構(gòu)件包括脛骨底盤和脛骨插件。
所述股骨構(gòu)件包括股骨底盤和股骨插件。
所述脛骨插件中包含有所述第一支撐的互補支撐腔。
所述股骨插件中包含有所述第二支撐的互補支撐腔。
所述脛骨構(gòu)件包含部分完全球形的第二支撐的支撐面，所述股骨構(gòu)件包含部分完全球形的第一支撐的支撐面，所述部分完全球形的第一支撐的支撐面的直徑小于所述部分完全球形的第二支撐的支撐面的直徑。
所述股骨構(gòu)件的部分完全球形的第一支撐的支撐面處于第一支撐的支柱頂上。
所述脛骨插件具有前后向的通槽，該通槽與所述第一支撐的支撐腔相通，所述第一支撐的支柱貫穿該通槽。
當(dāng)所述股骨插件安裝到所述股骨底盤中時，所述股骨插件有第一支撐的安裝通道，所述股骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第一支撐可以在該安裝通道出入。
當(dāng)所述述脛骨構(gòu)件安裝到所述股骨構(gòu)件上時，所述股骨插件有第二支撐的安裝通道，所述脛骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第二支撐可以在該安裝通道出入。
所述部分完全球形的第一支撐的支撐面和所述部分完全球形的第二支撐的支撐面均為金屬材料，所述股骨插件和脛骨插件為非金屬材料，所述第一支撐的互補支撐面和所述第二支撐的互補支撐面均為聚合物材料。
所述脛骨構(gòu)件的所述第一支撐的互補支撐腔為普通圓柱形，其對稱軸為安裝時的前后方向。
所述脛骨構(gòu)件的所述第一支撐的支撐腔的前端為部分完全球形，而且與所述股骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第一支撐的半徑直徑完全相同。
所述脛骨構(gòu)件的所述第一支撐的支撐腔是凹入的，這樣在所述股骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第一支撐的支撐面和所述第一支撐的支撐腔之間產(chǎn)生相對運動，該相對運動垂直于彎曲通軸和脛骨的縱軸方向。
所述股骨插件含有第二支撐的互補支撐腔，在所述關(guān)節(jié)從伸展位置到彎曲位置圍繞彎曲軸旋轉(zhuǎn)時，第二支撐的互補支撐腔含有一個支撐面來支撐脛骨構(gòu)件的第二支撐的支撐面，且允許在垂直于彎曲軸的方向上第二支撐的支撐面相對于第二支撐的互補支撐腔產(chǎn)生運動。
當(dāng)所述關(guān)節(jié)完全伸展時，各個所述凸輪支撐的支撐面與各自凸輪支撐的互補支撐面相接觸；所速關(guān)節(jié)完全伸展時，脛骨構(gòu)件作用在股骨構(gòu)件上的支撐載荷將全部從所述各個凸輪支撐的互補支撐面上轉(zhuǎn)移到所述的凸輪支撐的支撐面上。
所述凸輪支撐的支撐面具有減徑曲率，當(dāng)所述關(guān)節(jié)繞彎曲軸旋轉(zhuǎn)至少為65°時，使得所述凸輪支撐的支撐面至少有一個不與它各自的凸輪支撐的互補支撐面相接觸。
所述的股骨插件含有擋塊結(jié)構(gòu)，所述脛骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第二支撐安裝在第二支撐的支柱上；當(dāng)所述關(guān)節(jié)完全伸展時，所述股骨插件的所述擋塊結(jié)構(gòu)支撐所述第二支撐的支柱，于是所述關(guān)節(jié)的過分伸展就受到了限制。
用于所述股骨插件的所述部分完全球形的第一支撐的安裝通道和所述第二支撐的支撐面成90°角度時，關(guān)節(jié)才能被拆卸。
在按照本發(fā)明制造的支撐面中，至少有一個部分完全球形的部件，而這個球型部件位于一個形狀特殊的互補支撐腔里。這個腔的形狀與球型部件的直徑有關(guān)，而球型部件的直徑又限制了關(guān)節(jié)在不同方向上的運動，比如在前后運動中，防止關(guān)節(jié)向其它方向運動而造成的損傷，即側(cè)向脫位。在有一個以上的球型部件時，它們通常是同心的，因此，處于伸展位時，這些球型部分可以充分地穩(wěn)固關(guān)節(jié)；而處于屈曲位時，可以使關(guān)節(jié)自由的前后運動。
值得提出的是，至少有一個腔的側(cè)向?qū)挾群臀挥谄渲械那蛐筒考闹睆揭粯樱虼?，可以有效的防止膝關(guān)節(jié)側(cè)向脫位的發(fā)生。
如果使用同時采用兩個同心的部分完全球形部件和與其相對應(yīng)的互補支撐腔，那將很大程度上穩(wěn)固膝關(guān)節(jié)，并防止在前后運動中發(fā)生脫位。為了達到這個目的，在前后運動整個過程中，至少有一個部分完全球形來限制關(guān)節(jié)的活動。對于人工關(guān)節(jié)來說，為了能夠在伸展位保持穩(wěn)固并防止前后移動，它至少得有一個部分完全球形和互補支撐腔的接觸面，來防止在伸展位時關(guān)節(jié)前后移動。但是，如果在股骨上的互補支撐腔的胸肋面和遠中面以及脛骨上的支撐面的后面提供空隙，那么，當(dāng)膝關(guān)節(jié)在屈曲位時，將可以前后運動。不過可以通過這種前后運動來限制空隙的大小，可以防止前或后脫位。
為了進一步模擬正常膝關(guān)節(jié)的活動，我們添加了更多的支撐面，使其與正常股骨髁的功能更為相似。在多功能支撐人工關(guān)節(jié)中，這種支撐面是由在前后運動中位于關(guān)節(jié)中股骨部分的弓型或輪狀的普通凸輪弧形支撐面組成的，它可以在膝關(guān)節(jié)處于不同位置時與脛骨盤的表面相互協(xié)作。這種支撐面一般有左右兩個部分組成，兩個部分反向位于股骨縱軸的兩側(cè)。容納球型支撐面的腔具有足夠的空間能夠使關(guān)節(jié)向一個方向或另一個方向進行旋轉(zhuǎn)運動，既模擬正常膝關(guān)節(jié)的內(nèi)翻-外翻運動。
由于在腿完全或近乎完全伸展時，膝關(guān)節(jié)的負荷最大，所以凸輪面也被設(shè)計成在完全或近乎完全伸展時處于最大負荷狀態(tài)。隨著凸輪面受力的增大，膝關(guān)節(jié)的過度伸展受到阻礙，盡管有的病人采取別的措施來防止這種過度伸展，但對于凸輪面來說，膝關(guān)節(jié)在屈曲位運動時，它可以在一定程度上增加內(nèi)翻、外翻或者其它的運動方式來轉(zhuǎn)化其所受的負荷。
在膝關(guān)節(jié)處于伸展位時，任何上述支撐面都不會阻止脛骨在膝關(guān)節(jié)正常運動中圍繞脛骨的縱軸進行必要的旋轉(zhuǎn)運動。但是，股骨上的普通凸輪弧形支撐面和脛骨上的盤可以被設(shè)計成阻礙脛骨的旋轉(zhuǎn)。如果需要防止這樣的旋轉(zhuǎn)運動，而膝關(guān)節(jié)周圍的肌腱和韌帶都不足以防止旋轉(zhuǎn)而造成的脫位，還可以采用別的固定方式來進行保護。
我們通過使用大量的支撐面來使人工關(guān)節(jié)的磨損降到最低限度，盡管人造膝關(guān)節(jié)還是會磨損到無法繼續(xù)使用的程度，但我們可以對其進行修復(fù)，而不用徹底的更換整個膝關(guān)節(jié)。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，關(guān)節(jié)的股骨和脛骨部分都被設(shè)計成包括永久和可換的兩個部分。所有的支撐面和固定部位都由一個含有可更換的表面和一個永久性的表面組成。在股骨的可更換部分同樣有支撐面，用來接納髕骨并在曲和伸的過程中使髕骨可以滑過股骨。
通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，可更換部分可以替代永久部分和髕骨的磨損。所以，當(dāng)關(guān)節(jié)磨損到不能繼續(xù)使用的程度的時候，只需要替換可更換部分就可以繼續(xù)使用膝關(guān)節(jié)。在使用一個以上部分完全球形和互補支撐腔的部位，組裝通道中可以使關(guān)節(jié)的股骨和脛骨部分處于特定的位置從而將兩者分離。由于關(guān)節(jié)的分離，可更換部分可以被替換并從新組裝關(guān)節(jié)。在初次組裝時，這些組裝通道還可以使安裝過程中不會對多功能支撐人工關(guān)節(jié)產(chǎn)生過多的破壞。
盡管這種人工關(guān)節(jié)被認為是膝關(guān)節(jié)的理想替代物，但是通過變換部分完全球形部分和互補支撐腔的數(shù)量和排列方式，改變輪狀表面的形狀，這種人工關(guān)節(jié)還可以用于替代人體其它部位的關(guān)節(jié)。


圖1為多功能支撐人工關(guān)節(jié)的立體透視圖(未顯示髕骨)。
圖2為多功能支撐人工關(guān)節(jié)的立體外形示意圖。(顯示髕骨)圖3為多功能支撐人工關(guān)節(jié)股骨部分立體后向透視圖。
圖4為多功能支撐人工關(guān)節(jié)股骨部分立體側(cè)前向透視圖。
圖5為多功能支撐人工關(guān)節(jié)股骨部分立體側(cè)后向透視圖。
圖6為多功能支撐人工關(guān)節(jié)股骨插件后向透視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為圖6的側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為圖6的近端結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為圖6的側(cè)向近端透視圖。
圖10圖6的主視圖。
圖11為多功能支撐人工關(guān)節(jié)股骨部分立體外形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為多功能支撐人工關(guān)節(jié)脛骨部分立體外形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13為多功能支撐人工關(guān)節(jié)脛骨部分立體側(cè)后向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14為多功能支撐人工關(guān)節(jié)脛骨部分立體外形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15為多功能支撐人工關(guān)節(jié)脛骨部分立體后向示意圖。
圖16為多功能支撐人工關(guān)節(jié)脛骨插件正視圖。
圖17為多功能支撐人工關(guān)節(jié)脛骨插件側(cè)向透視圖。
圖18為多功能支撐人工關(guān)節(jié)脛骨插件的后視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖19為多功能支撐人工關(guān)節(jié)縱截面透視圖。
圖20為多功能支撐人工關(guān)節(jié)橫截面透視圖。
圖21為多功能支撐人工關(guān)節(jié)屈曲狀態(tài)縱截面透視圖。
圖22為圖1的水平截面透視圖。
圖23為圖1的脛骨轉(zhuǎn)動情況下的水平截面透視圖。
圖中1遠端方向、2前向運動、3近端方向、4伸展位、5股骨縱軸、6后向運動、7前后平面、8前后向軸、9彎曲通軸、10脛骨縱軸、11股骨構(gòu)件、12脛骨構(gòu)件、13股骨長釘、14弧形支撐面、15內(nèi)支撐、16內(nèi)支撐支柱、17股骨插件、18股骨帶翼支撐、19股骨底盤、20股骨插件夾盤、21遠端內(nèi)支撐表面、22前端支撐表面、23近端內(nèi)支撐表面、24中間支撐的后端互補支撐面、25中間支撐的前端互補支撐面、26中間支撐的近端互補支撐面、27中間支撐的支柱通道、28髕骨支撐面、29插入面、30內(nèi)支撐安裝通道、31中間支撐安裝通道、32中間支撐的遠端支撐面、33中間支撐、34中間支撐的近端支撐面、35股骨互補支撐腔、36中間支撐的支柱、37凸輪支撐的互補支撐面、38脛骨長釘、39中間支撐的前端支撐面、40脛骨插件插槽、41內(nèi)支撐支柱的安裝通道、42脛骨插件、43通道支撐、44內(nèi)支撐的互補支撐腔、45脛骨翼支撐、46脛骨底盤、47內(nèi)支撐的近端互補支撐腔、48內(nèi)支撐的遠端互補支撐腔、49內(nèi)支撐的前端互補支撐腔、50人工關(guān)節(jié)、51旋轉(zhuǎn)停止部、52接觸帶。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
具體實施例方式
如圖1，作為人工膝關(guān)節(jié)的人工關(guān)節(jié)50所示，去掉髕骨后，可觀察到關(guān)節(jié)連接股骨和脛骨。股骨具有股骨縱軸5，脛骨具有脛骨縱軸10。當(dāng)人工關(guān)節(jié)50安裝到患者的腿上時，當(dāng)其彎曲時，股骨縱軸5和脛骨縱軸10繞彎曲通軸9轉(zhuǎn)動。彎曲通軸9貫穿患者的股骨髁，經(jīng)由人體的中線穿過股骨髁到體外的一點。
股骨縱軸5和脛骨縱軸10繞彎曲通軸9運動時，它們處于前后平面7。該前后平面7包括平行于前后平面7且垂直于脛骨縱軸10的前后向軸8。
沿前后向軸8向患者身體前方的運動為前向運動2。相類似地，沿前后向軸8向患者身體后方的運動為后向運動6。在描述優(yōu)選實施例時，其他方向包括近端方向3和遠端方向1。近端方向3指的是安裝人工關(guān)節(jié)50時朝向患者臀部的方向。與其相反的是，遠端方向1則指遠離臀部的方向。在優(yōu)選實施例的描述中，“近端”一般用來描述朝向臀部或者朝向與最靠近臀部部分的運動；與此相反，“遠端”一般用來描述遠離臀部或者離臀部最遠部分的運動。
“后向”一般用來描述沿后向6或者沿后向6最遠構(gòu)件部分的運動。與其相似，“前向”一般用來描述沿后向2或者沿后向2最遠構(gòu)件部分的運動。
除了膝關(guān)節(jié)可以繞彎曲通軸9轉(zhuǎn)動以外，脛骨還可以以脛骨旋轉(zhuǎn)角繞脛骨縱軸10旋轉(zhuǎn)。與其相類似，股骨在某些情況下也可以以股骨旋轉(zhuǎn)角繞股骨縱軸5旋轉(zhuǎn)。而且，關(guān)節(jié)在某些位置時可以繞前后向軸8旋轉(zhuǎn)，繞該軸的旋轉(zhuǎn)形成了內(nèi)翻和外翻運動。
當(dāng)患者兩腿直立時，股骨縱軸5與脛骨縱軸10平行，此時構(gòu)成伸展位4。當(dāng)腿彎曲時，股骨縱軸5以相對于伸展位4的彎曲角運動。
圖2給出了人工關(guān)節(jié)50已安裝在患者腿部的情況?；颊叩捏x骨被重新安裝在它原來的位置，但圖中并沒有給出膝關(guān)節(jié)周圍的韌帶和肌腱。
人造膝關(guān)節(jié)包括兩個主要構(gòu)件脛骨構(gòu)件12和股骨構(gòu)件11。這兩個構(gòu)件已裝在患者的膝關(guān)節(jié)上，用以保持脛骨和股骨的正常位置。股骨、脛骨以及包圍材料需去掉少部分，以達到下述的適當(dāng)?shù)牟贾谩?br> 圖3、圖4、圖5和圖11更詳細地描述了股骨構(gòu)件11。圖4和圖5十分清楚地表明股骨構(gòu)件11包括兩個獨立部分，股骨底盤19和股骨插件17。股骨底盤19還有股骨釘13。股骨釘長6英寸，向近端成錐形。在股骨上有放置股骨底盤19的腔隙，通過采用填塞或其它方法將其與股骨相連。股骨釘13優(yōu)選裝在股骨帶翼支撐18，該帶翼支撐18具有摺痕而鎖定于患者股骨的內(nèi)表面上。股骨釘13所處的位置與股骨底盤19的撐架有關(guān)，由患者股骨的自然幾何形狀決定。股骨底盤19的遠端位于在兩個股骨髁之間的擴大的髓內(nèi)腔，如圖3所示。
如圖5所示，股骨插件17的遠端表面構(gòu)成了普通凸輪弧形支撐面14。在優(yōu)選實施例中，普通凸輪弧形支撐面14包含外弧形面和內(nèi)弧形面，與患者的左右股骨髁相符合。如圖1所示，普通凸輪弧形支撐面14的遠端表面在股骨遠端凸出。因此，或者股骨構(gòu)件必須僅稍稍滿足股骨安裝，或者按照需要將股骨髁削去。
股骨插件的更具體情況如圖6，7，8，9和10所示。除了普通凸輪弧形支撐面外，股骨插件通常也為圓柱形。尤其是股骨插件17的近端包括一個插入面29，這個插入面由兩個圓柱型的部分構(gòu)成。股骨插件17的內(nèi)部通常是空心的，這樣就形成了一個內(nèi)表面，構(gòu)成了中間支撐的互補支撐腔35。位于普通凸輪支撐的弧形支撐面的外弧形面和內(nèi)弧形面之間的區(qū)域是開放式的，這樣從股骨插件17的后端和外表面到中間支撐的互補支撐腔35之間中間支撐的支柱通道27。
將中間支撐的支柱通道27的一部分去掉，形成中間支撐安裝通道31，該通道為圓柱形空心管道，從股骨插件17的后端表面一直延伸到中間支撐的互補支撐腔35。將股骨插件17近端的一部分去掉，形成內(nèi)支撐安裝通道30，該通道從股骨插件17的近端支撐面一直延伸到中間支撐的互補支撐腔35。
如圖5所示，股骨底盤19還包括股骨插件夾盤20，它通常為圓柱形中空區(qū)域，與插入面29相配合將股骨插件17可滑動連接在股骨底盤19上。內(nèi)支撐15通常位于股骨插件夾盤20中。內(nèi)支撐15的部分表面為球形，通過內(nèi)支撐支柱16將與股骨底盤連接。內(nèi)支撐支柱16的橫截面為矩形，且與股骨縱軸5基本平行。各個部件的配置是為了將股骨插件17安裝到股骨底盤19上，插入面29滑進股骨插件夾盤20時，內(nèi)支撐15和內(nèi)支撐支柱16也同時穿過了內(nèi)支撐安裝通道30，所以在安裝內(nèi)支撐15時，內(nèi)支撐15所處位置與中間支撐的互補支撐腔35通常為同軸心，如圖11和圖3所示。
見圖7，股骨插件17的遠端表面形成髕骨支撐面28。如圖1所示，這個髕骨支撐面28與正常的股骨前端形狀一致，并且在膝關(guān)節(jié)裝入患者體內(nèi)后與髕骨相配合，如圖2。
見圖12，13，14和15，將脛骨構(gòu)件12從人工關(guān)節(jié)50上拆卸下來。如圖13所示，脛骨構(gòu)件12由脛骨底盤46和脛骨插件42構(gòu)成。脛骨插件42的外表面為圓柱形。然而，脛骨插件42的近端表面為開放式，形成內(nèi)支撐支柱的安裝通道41，在內(nèi)支撐支柱的安裝通道41的任一側(cè)，脛骨插件42形成通道支撐43。
脛骨插件42的內(nèi)部為中空，形成內(nèi)支撐的互補支撐腔44。內(nèi)支撐的互補支撐腔44的前端封閉，為半球形表面，而脛骨插件42的后端是開放的。脛骨插件的內(nèi)支撐的互補支撐腔的后端也是開放式的，與內(nèi)支撐支柱的安裝通道41相通。內(nèi)支撐的互補支撐腔44的底部為半圓柱形，其縱軸與前后向軸8互相平行。內(nèi)支撐的互補支撐腔44的近端被去掉一部分，下文將對此進行討論。
脛骨底盤46包括中間支撐33。中間支撐33大體上為球形表面。中間支撐33的內(nèi)部為中空，形成脛骨插件插槽40。脛骨插件插槽40的前端封閉后端開放，并且在中間支撐33的近端支撐面也為開放式的。脛骨插件插槽40為圓柱形，滑動插入脛骨插件42，并且準(zhǔn)許通道支撐43延伸至中間支撐33的近端支撐面，并由中間支撐33來支撐，如圖15所示。
中間支撐33安裝在中間支撐的支柱36頂部，中間支撐的支柱36與脛骨的縱軸平行。中間支撐的支柱36橫截面為圓形，并緊列在凸輪支撐的互補支撐面37的中后部。凸輪支撐的互補支撐面37優(yōu)選完全平盤形狀，可覆蓋并保護了脛骨的近端，如圖5。為了容納凸輪支撐的互補支撐面37，可去掉脛骨近端的材料。
凸輪支撐的互補支撐面37進一步與脛骨長釘38相連。脛骨長釘38通常有6英時長，并且向其遠端呈錐形。為了將脛骨底盤46固定在脛骨上，脛骨上有腔隙來容納脛骨長釘38，可采用填塞或者其它的方法將其與脛骨相連。優(yōu)選脛骨長釘38帶有脛骨翼支撐45，這些支撐為褶皺形被鎖定在患者脛骨的內(nèi)表面。脛骨長釘38的位置與脛骨底盤46的撐架有關(guān)，由患者股骨的自然幾何形狀決定的。
圖9所示，中間支撐的互補支撐腔35包括中間支撐的前端互補支撐面25、中間支撐的近端互補支撐面26和中間支撐的后端互補支撐面24。與其相類似，內(nèi)支撐的互補支撐腔44包括內(nèi)支撐的前端互補支撐腔49、內(nèi)支撐的近端互補支撐腔47和內(nèi)支撐的遠端互補支撐腔48，如圖17所示。同樣，中間支撐33包括中間支撐的前端支撐面39、中間支撐的近端支撐面34和中間支撐的遠端支撐面32，如圖14所示。最后，內(nèi)支撐15包括前端支撐表面22、近端內(nèi)支撐表面23和遠端內(nèi)支撐表面21，如圖11所示。
見圖19和20，脛骨構(gòu)件12和股骨構(gòu)件11在伸展位時組裝情況。內(nèi)支撐15在前端、遠端和近端三個方向上受到內(nèi)支撐的前端互補支撐腔49、內(nèi)支撐的近端互補支撐腔47和內(nèi)支撐的遠端互補支撐腔48的限制，但是其后方并沒有受到限制，這是因為運動會沿著內(nèi)部支撐安裝通道30進行。同樣，中間支撐33在前端、遠端和近端三個方向上受到中間支撐的前端互補支撐面25、中間支撐的近端互補支撐面26及中間支撐的后端互補支撐面24的限制，但是其后方并沒有受到限制，這是因為運動會沿著中間支撐安裝通道31進行。
雖然中間支撐33和內(nèi)支撐15在后端都沒有受到限制，但是人工膝關(guān)節(jié)在這個體位時不能被組裝或者拆卸，因為內(nèi)支撐15通過股骨底盤19固定在相對于中間支撐的互補支撐腔35內(nèi)。因此，內(nèi)支撐15的后向運動受到中間支撐的互補支撐腔35和中間支撐33的限制。人工膝關(guān)節(jié)處于任何其他體位時，內(nèi)部支撐安裝通道30和中間支撐安裝通道31都不會成一直線，以致于人造膝關(guān)節(jié)都不能被組裝或者拆卸除，但下述情況除外。
人造膝關(guān)節(jié)作為整體而言，脛骨插件42的表面和股骨底盤19之間，股骨插件17的表面和脛骨底盤46之間以及股骨插件17的表面和髕骨之間一直存著在兩部分之間由于相互作用而發(fā)生的運動。因此，用于制造股骨插件17和脛骨插件42的材料通常采用比股骨底盤19和脛骨底盤46的材料更耐磨損。人工膝關(guān)節(jié)50中大部分磨損都來自股骨插件17和脛骨插件42，而這兩個構(gòu)件的更換都無需大的重建性外科手術(shù)，這個將在下面給予描述。尤其是，設(shè)計的人工膝關(guān)節(jié)50在安裝和拆卸時能夠使脛骨底盤46和股骨底盤19牢固的插入到骨中。通過這種設(shè)計，可簡化關(guān)節(jié)的初始安裝，而且無需大的外科手術(shù)就可以更換磨損的插件。對于股骨底盤19和脛骨底盤46來說，鈷-鉻-鉬合金是合適的材料，對于股骨插件17和脛骨插件42來說，超高分子聚乙烯是合適的材料。
為了簡化組裝和拆卸，中間支撐安裝通道31通常為圓柱形，其大小正好使中間支撐33比較容易通過即可。同樣，內(nèi)支撐安裝通道30通常由圓柱型部分和橫截面為矩形的部分構(gòu)成，圓柱型部分的直徑足夠大使內(nèi)支撐15順利通過，矩形部分要足夠大使內(nèi)支撐支柱16比較容易通過。如圖17所示，內(nèi)支撐的互補支撐腔44的后端呈短圓柱型，其大小可使內(nèi)支撐15進入內(nèi)支撐的互補支撐腔44。
組裝關(guān)節(jié)時，首先將脛骨插件42滑動插入脛骨插件插槽40，這樣就形成了脛骨構(gòu)件12。然后，中間支撐33通過股骨插件的中間支撐安裝通道31，于是中間支撐33被固定在中間支撐的互補支撐腔35。接下來，股骨底盤19的內(nèi)支撐15通過股骨插件17中的內(nèi)支撐安裝通道30被嵌入。
如上所述，股骨插件17是通過股骨底盤19里的股骨插件夾盤20滑動連接在股骨底盤19上，如圖5所示。撐住脛骨構(gòu)件12和股骨插件17，以便內(nèi)支撐的互補支撐腔44的縱軸和股骨插件17中內(nèi)支撐安裝通道30的軸相互平行和內(nèi)支撐15插入內(nèi)支撐的互補支撐腔44一樣，股骨底盤19可以滑動連接于股骨插件17。這種組裝操作只有在關(guān)節(jié)以90度屈曲時才能實現(xiàn)。外科醫(yī)生將在患者的腿處于90度彎曲體位來組裝膝關(guān)節(jié)。位于中間支撐33上的脛骨構(gòu)件12和股骨插件17將沿著股骨的縱軸5移動。接下來，髕骨的位置會被調(diào)整到正常的位置，當(dāng)髕骨處于這個正常的位置時，在彎曲過程中，髕骨會與股骨插件17反向運動。一旦按照說明將膝關(guān)節(jié)組裝好后，除非按照上述過程逆序操作，否則關(guān)節(jié)無法拆卸。因此，關(guān)節(jié)限制了脫位和過度伸展，并提供了預(yù)防脫臼的穩(wěn)定重建，而無需考慮患者肌腱和韌帶的條件。
在需要拆卸膝關(guān)節(jié)時，比如更換磨損部件即股骨插件17和脛骨插件42時，按照上述安裝過程逆序操作，便可以將其拆卸。將髕骨移到膝關(guān)節(jié)的一邊，腿屈曲到90度位置，從遠端與股骨縱軸5平行的方向拉股骨插件17，直到它與股骨底盤19分離，這時，向上拉股骨插件17并使中間支撐33通過中間支撐安裝通道31就可以將股骨插件17從中間支撐33中分離出來。同樣，股骨插件17被拆卸后，脛骨插件42可以從脛骨插件插槽40滑出，安裝新的脛骨插件42。
組裝完成后，人工膝關(guān)節(jié)繞彎曲通軸9的運動就由中間支撐的支柱通道27和內(nèi)支撐支柱的安裝通道來進行調(diào)節(jié)。中間支撐的支柱通道27在側(cè)向上的寬度必須足夠大，來容納中間支撐支柱36以及至少6度左右的內(nèi)翻外翻運動所需要的附加空隙。
同樣，內(nèi)支撐支柱的安裝通道41在側(cè)向的寬度必須足夠容納內(nèi)支撐支柱16和最少6度左右的內(nèi)翻外翻運動，而且脛骨不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，如圖8所示。如圖9所示，中間支撐的支柱通道27從中間支撐安裝通道31由前端和遠端延伸至旋轉(zhuǎn)停止部51。如圖19所示，旋轉(zhuǎn)停止部51支撐著中間支撐的支柱36，與內(nèi)支撐15和內(nèi)支撐的前端互補支撐腔49一起來防止關(guān)節(jié)在伸展位4時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并且在關(guān)節(jié)在伸展位4時鎖定關(guān)節(jié)，防止產(chǎn)生前后移動。優(yōu)選的中間支撐33近端的前面也與股骨插件17相互接觸，從而鎖定了關(guān)節(jié)的所有前后運動。旋轉(zhuǎn)停止部51的橫截面為半環(huán)狀，其直徑與中間支撐的支柱36相近。
內(nèi)支撐支柱的安裝通道41從脛骨插件42的后表面起向前延伸至能讓內(nèi)支撐支柱16在伸展位4時按人工關(guān)節(jié)所需的方式運動的位置。
如圖19和20所示，內(nèi)支撐15一般置于內(nèi)支撐的互補支撐腔44中。同樣地，中間支撐33也置于中間支撐的互補支撐腔35中，而且當(dāng)人工關(guān)節(jié)50處于伸展位置時，內(nèi)支撐15和中間支撐33在伸展位置的部分球表面中心一般應(yīng)為同心的。另外，普通凸輪弧形支撐面14的遠端表面一般為帶中心的弧形，這樣它才可以放置于前后平面7上，且緊鄰于內(nèi)支撐15和中間支撐33的中心。據(jù)此可知，人工關(guān)節(jié)50處就有三種支撐面相互作用的勢能載荷，人工關(guān)節(jié)50處于不同位置會相應(yīng)由不同的外部載荷，至少這些支撐面相互作用的勢能載荷中的一個，也可能是兩個或三個，成為支撐的實際載荷。這三種支撐面相互作用的勢能載荷，首先普通凸輪弧形支撐面14和凸輪支撐的互補支撐面37之間；其次在中間支撐33和中間支撐的互補支撐腔35之間；再次在內(nèi)支撐15和內(nèi)支撐的互補支撐腔44之間。
更為特別的是，支撐力可以從脛骨傳到脛骨底盤46，然后通過中間支撐33傳到中間支撐的互補支撐腔35，隨后到達股骨插件17。然后支撐力依次通過股骨底盤19到達股骨。此外，在特殊情況下，來自脛骨底盤46上的支撐力可以傳到脛骨插件42，然后再傳到內(nèi)支撐15，此后通過內(nèi)支撐支柱16傳到股骨底盤19，直到股骨。另外支撐力也可由脛骨傳到凸輪支撐的互補支撐面37，然后傳到普通凸輪弧形支撐面14，隨后依次傳到股骨底盤19和股骨。
當(dāng)人工關(guān)節(jié)50組裝后彎曲和伸展時，關(guān)節(jié)彎曲通軸9可能會沿前后向軸8移動，其移動取決于哪個支撐處于實際支撐載荷以及股骨相對于脛骨的移動程度。
當(dāng)人工關(guān)節(jié)50彎曲角為0-65°時，普通凸輪弧形支撐面14會擱在凸輪支撐的互補支撐面37上，支撐著作用于膝蓋的大部分載荷。在這種位置下，彎曲通軸9將靠近普通凸輪弧形支撐面14與凸輪支撐的互補支撐面37相接觸的曲率中心。
當(dāng)人工關(guān)節(jié)50彎曲角大于65°時，作用于膝蓋的大部分載荷都由中間支撐33于中間支撐的互補支撐腔35的接觸來承擔(dān)，這種情況下，彎曲通軸9位于中間支撐33的部分球表面中心附近。優(yōu)選地，除非其它載荷支撐無法相互作用時，否則不管人工關(guān)節(jié)處于何種位置，內(nèi)支撐15都不承受明顯的載荷。中間支撐33的部分球接觸面的中心優(yōu)選位于普通凸輪弧形支撐面14的相應(yīng)部分的曲率中心附近，于是就可以確定人工關(guān)節(jié)50的幾個組件的大小關(guān)系。
如果脛骨相對于股骨沿前后向軸8的彎曲和移動不明顯改變，彎曲通軸9相對于凸輪支撐的互補支撐面37的位置也是優(yōu)選的。若關(guān)節(jié)彎曲通軸的位置有較大變化，即會導(dǎo)致人工關(guān)節(jié)50的延長或縮短，以致于超出生理上所能接受的程度。
仍然參照圖19和圖20，當(dāng)人工關(guān)節(jié)組裝后，內(nèi)支撐15會在內(nèi)支撐的互補支撐腔44中滑移。如上所述，內(nèi)支撐15在形狀上一般為部分球形，內(nèi)支撐15的直徑一般都與內(nèi)支撐的互補支撐腔44的側(cè)面寬相近，這樣才保證關(guān)節(jié)不會在任何側(cè)向上脫臼，比如股骨和脛骨在側(cè)向上的相對移動就不會導(dǎo)致脫臼發(fā)生。另外，脛骨相對于股骨可能會在前后平面7上發(fā)生前后移動。與此相類似，中間支撐的互補支撐腔35的側(cè)向?qū)挾纫c中間支撐33的球形部件的直徑一樣，這樣可以更多一層保險，以防止側(cè)脫臼的發(fā)生和限制了下面所要提到的脛骨繞脛骨縱軸10旋轉(zhuǎn)。
參照圖22和圖23，內(nèi)支撐支柱16優(yōu)選橫截面為矩形。當(dāng)膝蓋處于伸展位4時，根據(jù)內(nèi)支撐支柱16橫截面和支撐通道43兩側(cè)之間的寬度，允許脛骨繞脛骨縱軸10以30°脛骨旋轉(zhuǎn)角運動，這是為了模擬正常膝蓋的最大脛骨轉(zhuǎn)動。然而，由于內(nèi)支撐支柱16與通道支撐43的作用，可避免轉(zhuǎn)動脫臼現(xiàn)象。
彎曲過程中，在脛骨相對于股骨向前運動時，脛骨繞脛骨縱軸旋轉(zhuǎn)受到限制，這是由于內(nèi)支撐15與中間支撐33不再同心的緣故。基于患者的不同肌腱和韌帶的情況，可通過加寬中間支撐的互補支撐腔35或內(nèi)支撐的互補支撐腔44使這種限制得以緩解。對于那些肌腱和韌帶嚴重受損的患者而言，也可以選擇讓內(nèi)支撐15放置于從不會與中間支撐33同心的位置上，這樣可以將脛骨允許的轉(zhuǎn)動角減小到在任何彎曲角度使鎖可以接受的程度。
人工關(guān)節(jié)在關(guān)節(jié)彎角位0-65°時的情況，如圖19和圖20所示。如這些圖所示，在內(nèi)支撐15和內(nèi)支撐的遠端互補支撐腔48遠端有小空隙。同樣，小空隙也存在于中間支撐和中間支撐的近端互補支撐面26之間。據(jù)此可知，除非其它部件嚴重磨損，否則這兩個勢能載荷支撐面的相互作用將很少或不傳遞載荷。相反地，普通凸輪弧形支撐面14和凸輪支撐的互補支撐面37是相配合的，這是主要載荷的支撐作用。
圖21中是人工關(guān)節(jié)50彎曲角大于65°時的情況。在這種體位時，普通凸輪弧形支撐面14和凸輪支撐的互補支撐面37之間會有高達2mm的輕度分離。與此相類似，內(nèi)支撐15和內(nèi)支撐的遠端互補支撐腔48的遠端接著就會有小空隙。據(jù)此，除非其它部件遭到嚴重磨損，否則沒有載荷傳遞到這兩種勢能載荷支撐面上。相反地，壓載荷就會通過連接觸帶52傳遞到中間支撐的互補支撐腔35，這個在下面將會詳細描述。
當(dāng)膝蓋彎曲運動時，自然的前后運動要求內(nèi)支撐15可在內(nèi)支撐的互補支撐腔44內(nèi)向后移動。在優(yōu)選的實施例中，以90°彎曲角時，內(nèi)支撐15以相對于內(nèi)支撐15沿后向運動6最大的移動量為3mm，同時假定內(nèi)支撐15在后向6的運動是有規(guī)律的，在彎曲角為30°時，內(nèi)支撐的移動為1mm，在60°時為2mm。當(dāng)人工關(guān)節(jié)在使用時，這些假定的移動量的發(fā)生與否是取決于在作用于膝蓋上的負載荷。上面所討論的移動僅僅用于確定補充支撐面的形狀。
為了適應(yīng)這種前后移動，中間支撐的互補支撐腔35的部分形狀要能夠適于患者的這種前后移動。在彎曲角大于65°的任何角度，接觸帶52的寬度越大越好。
當(dāng)關(guān)節(jié)彎曲角為0-65°時，中間支撐的前端互補支撐面25和中間支撐的近端互補支撐面26允許在中間支撐33和中間支撐的互補支撐腔35之間有明顯的但盡可能小的間隙。據(jù)此，中間支撐的互補支撐腔35這些部分的形狀是由普通凸輪的弧形支撐14的精確形狀所決定的，普通凸輪支撐的選擇應(yīng)能最好地模擬患者股骨髁在任何彎曲角時的運動以及內(nèi)支撐15在任何彎曲角時所假定的有規(guī)律的向后運動。
當(dāng)彎曲角為65°時，普通凸輪弧形支撐面14和凸輪支撐的互補支撐面37以及中間支撐33和中間支撐的互補支撐腔35將同時接觸。
當(dāng)彎曲角大于65°時，中間支撐的前端和后端互補支撐面25的形狀由內(nèi)支撐15在任何彎曲角度所假定的向后有規(guī)律的運動所決定。依據(jù)這種向后運動，中間支撐的互補支撐腔35的形狀就要允許有最大的接觸帶52。最好是在脫開距離106的允許范圍內(nèi)，讓中間支撐的互補支撐腔35的瞬時曲率半徑能夠與中支撐33相接觸的中間支撐的近端支撐面34上的那部分半徑盡可能地相近。因此，中間支撐的互補支撐腔35的精確形狀，在此所述的其它操作極限內(nèi)，由接觸帶52所達到最大的迭代過程決定。
圖20，通過普通凸輪弧形支撐面14的外弧形面和內(nèi)弧形面同凸輪支撐的互補支撐面37的相互作用來阻止內(nèi)翻外翻運動。與此相類似，正常的膝蓋是通過股骨髁與脛骨近端之間的作用來阻止內(nèi)翻外翻運動。除非出現(xiàn)，在膝蓋的一側(cè)用力擠壓脛骨軟骨，而在膝蓋的另一側(cè)股骨節(jié)相應(yīng)的運動脫離了脛骨。人工關(guān)節(jié)50也可以發(fā)生上述運動。在關(guān)節(jié)彎曲度小于65°時，在內(nèi)支撐15和內(nèi)支撐的近端互補支撐腔47之間有空隙，而且在中支撐33和中間支撐的近端互補支撐面26及中間支撐的前端互補支撐面25之間有空隙。這些空隙允許普通凸輪弧形支撐面14的兩個邊緣都能夠轉(zhuǎn)動，而且要滿足內(nèi)翻外翻運動至少有6°的要求。當(dāng)關(guān)節(jié)彎曲角大于65°時，脫開距離應(yīng)該允許產(chǎn)生一定程度地內(nèi)翻外翻運動，而無需要求中間支撐的互補支撐腔35脫離中支撐33。
正常的膝蓋，關(guān)節(jié)最大彎曲角約位為135°，當(dāng)彎曲超過此極限時，采用增大半徑的方法來阻止關(guān)節(jié)進一步彎曲。在優(yōu)選實施例中，當(dāng)彎曲角接近0°時，一般普通凸輪弧形支撐面14與凸輪支撐的互補支撐面37之間的接觸也能阻止關(guān)節(jié)進一步伸展。另外，為了阻止膝蓋過分伸展，凸輪支撐的互補支撐面37一般在設(shè)計時能夠相對于前后向軸8沿向前方向2升高5°角，來協(xié)助普通凸輪弧形支撐面14。凸輪支撐的互補支撐面37相對于前后向軸8的5°角有助于對彎曲極限位置的阻礙，但是依然允許脛骨在其旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)產(chǎn)生運動。
上面所述的為優(yōu)選實施例，令人欣賞的是在不脫離本發(fā)明的清楚內(nèi)容和權(quán)利要求的保護范圍下，本發(fā)明的修改和變化是很容易的。例如，應(yīng)該認識到在某些情況下僅有一個球形的支撐面可以獲得足夠穩(wěn)定的重建。特別地，可移開中間支撐33中間支撐的互補支撐腔35，加大內(nèi)支撐15和內(nèi)支撐的互補支撐腔44的相關(guān)尺寸且重新裝配可以獲得載荷支撐的相互作用。可以選擇的是，讓內(nèi)支撐的互補支撐腔44和內(nèi)支撐15分離。在這兩種情況下，為了恢復(fù)因其它支撐移走而導(dǎo)致某些特征的喪失，可采用可代替的設(shè)計。例如，中間支撐的支柱36橫截面可為矩形，且尺寸要合適通過中間支撐的支柱通道27來限制脛骨轉(zhuǎn)角，普通凸輪弧形支撐面14要做成無論在任何彎曲角時均為最重要的載荷支撐面。此外，中間支撐安裝通道31可重新配置，無須內(nèi)支撐15的配合，也能阻止膝蓋的過分伸展。凸輪支撐的互補支撐面37也可能做成具有一定的曲率來增加與弧形支撐面有效接觸面積，而且可限制脛骨沿其縱軸的旋轉(zhuǎn)，而無需安裝限制該運動的旋轉(zhuǎn)停止部。也可以改變凸輪支撐的互補支撐面來加強或限制脛骨相對于股骨的前后運動。另外，作為其他動物或關(guān)節(jié)的替代，可改變不同支撐的配置來實現(xiàn)所希望的限制或允許的前后運動。尤其是，如果希望限制或允許前后運動，可以改變中間支撐的互補支撐腔35和內(nèi)支撐的互補支撐腔44。按照其他動物體中使用的要求，可以重新配置其他部件從而獲得不同程度的彎曲。
權(quán)利要求
1.一種多功能支撐人工關(guān)節(jié)，它用于代替人體關(guān)節(jié)在第一骨骼與第二骨骼之間，并可以在伸展位置和彎曲位置之間繞彎曲通軸產(chǎn)生相對運動，所述人工關(guān)節(jié)由裝在所述第一骨骼上的第一構(gòu)件和裝在所述第二骨骼上的第二構(gòu)件組成，其特征在于所述人工關(guān)節(jié)含有在所述第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間產(chǎn)生相對運動的多個支撐，所述支撐中至少有一個支撐包括具有部分完全球形支撐面的支撐和該支撐的互補支撐腔，所述支撐中至少有一個支撐含有普通凸輪弧形支撐和普通凸輪弧形支撐的互補支撐面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述部分完全球形支撐面的支撐包含部分完全球形的第一支撐的支撐面和第一支撐的互補支撐腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述部分完全球形支撐面的支撐包含部分完全球形的第二支撐的支撐面和第二支撐的互補支撐腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述普通凸輪弧形支撐至少包含兩個普通凸輪弧形支撐面，所述每個普通凸輪弧形支撐面壓在各自的普通凸輪弧形支撐的互補支撐面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述第一支撐的互補支撐腔限制所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件之間產(chǎn)生平行于所述彎曲通軸的相對運動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述第一支撐的支撐面位于所述第一構(gòu)件上，所述普通凸輪弧形支撐的互補支撐面位于所述第二構(gòu)件上。
7.根據(jù)權(quán)利要3或4所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述第二支撐的支撐面位于所述第二構(gòu)件上，所述普通凸輪弧形支撐的互補支撐面也位于所述第二構(gòu)件上。
8.按照權(quán)利要求2所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述部分完全球形的第一支撐的支撐面中心完全位于所述關(guān)節(jié)的所述彎曲通軸上。
9.按照權(quán)利要求2或4所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述部分完全球形的第一支撐的支撐面位于所述至少兩個普通凸輪弧形支撐面之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述部分完全球形的第一支撐的支撐面和所述部分完全球形第二支撐的支撐面為完全同軸心。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述關(guān)節(jié)為膝關(guān)節(jié)，所述第一根骨骼和第二根骨骼為人體的股骨和脛骨，所述構(gòu)件一個是股骨構(gòu)件，一個是脛骨構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述脛骨構(gòu)件包括脛骨底盤和脛骨插件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述股骨構(gòu)件包括股骨底盤和股骨插件。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述脛骨插件中包含有所述第一支撐的互補支撐腔。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述股骨插件中包含有所述第二支撐的互補支撐腔。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述脛骨構(gòu)件包含部分完全球形的第二支撐的支撐面，所述股骨構(gòu)件包含部分完全球形的第一支撐的支撐面，所述部分完全球形的第一支撐的支撐面的直徑小于所述部分完全球形的第二支撐的支撐面的直徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述股骨構(gòu)件的部分完全球形的第一支撐的支撐面處于第一支撐的支柱頂上。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述脛骨插件具有前后向的通槽，該通槽與所述第一支撐的支撐腔相通，所述第一支撐的支柱貫穿該通槽。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于當(dāng)所述股骨插件安裝到所述股骨底盤中時，所述股骨插件有第一支撐的安裝通道，所述股骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第一支撐可以在該安裝通道出入。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于當(dāng)所述述脛骨構(gòu)件安裝到所述股骨構(gòu)件上時，所述股骨插件有第二支撐的安裝通道，所述脛骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第二支撐可以在該安裝通道出入。
21.根據(jù)權(quán)利要求2，3，11或12所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述部分完全球形的第一支撐的支撐面和所述部分完全球形的第二支撐的支撐面均為金屬材料，所述股骨插件和脛骨插件為非金屬材料，所述第一支撐的互補支撐面和所述第二支撐的互補支撐面均為聚合物材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述脛骨構(gòu)件的所述第一支撐的互補支撐腔為普通圓柱形，其對稱軸為安裝時的前后方向。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述脛骨構(gòu)件的所述第一支撐的支撐腔的前端為部分完全球形，而且與所述股骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第一支撐的半徑直徑完全相同。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述脛骨構(gòu)件的所述第一支撐的支撐腔是凹入的，這樣在所述股骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第一支撐的支撐面和所述第一支撐的支撐腔之間產(chǎn)生相對運動，該相對運動垂直于彎曲通軸和脛骨的縱軸方向。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述股骨插件含有第二支撐的互補支撐腔，在所述關(guān)節(jié)從伸展位置到彎曲位置圍繞彎曲軸旋轉(zhuǎn)時，第二支撐的互補支撐腔含有一個支撐面來支撐脛骨構(gòu)件的第二支撐的支撐面，且允許在垂直于彎曲軸的方向上第二支撐的支撐面相對于第二支撐的互補支撐腔產(chǎn)生運動。
26.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于當(dāng)所述關(guān)節(jié)完全伸展時，各個所述凸輪支撐的支撐面與各自凸輪支撐的互補支撐面相接觸；所速關(guān)節(jié)完全伸展時，脛骨構(gòu)件作用在股骨構(gòu)件上的支撐載荷將全部從所述各個凸輪支撐的互補支撐面上轉(zhuǎn)移到所述的凸輪支撐的支撐面上。
27.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述凸輪支撐的支撐面具有減徑曲率，當(dāng)所述關(guān)節(jié)繞彎曲軸旋轉(zhuǎn)至少為65°時，使得所述凸輪支撐的支撐面至少有一個不與它各自的凸輪支撐的互補支撐面相接觸。
28.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于所述的股骨插件含有擋塊結(jié)構(gòu)，所述脛骨構(gòu)件的所述部分完全球形的第二支撐安裝在第二支撐的支柱上；當(dāng)所述關(guān)節(jié)完全伸展時，所述股骨插件的所述擋塊結(jié)構(gòu)支撐所述第二支撐的支柱，于是所述關(guān)節(jié)的過分伸展就受到了限制。
29.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，其特征在于用于所述股骨插件的所述部分完全球形的第一支撐的安裝通道和所述第二支撐的支撐面成90°角度時，關(guān)節(jié)才能被拆卸。
全文摘要
本發(fā)明所涉及的多功能支撐人工關(guān)節(jié)，它用于代替人體關(guān)節(jié)在第一骨骼與第二骨骼之間，并可以在伸展位置和彎曲位置之間繞彎曲通軸產(chǎn)生相對運動，所述人工關(guān)節(jié)由裝在所述第一骨骼上的第一構(gòu)件和裝在所述第二骨骼上的第二構(gòu)件組成，所述人工關(guān)節(jié)含有在所述第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間產(chǎn)生相對運動的多個支撐，所述支撐中至少有一個支撐包括具有部分完全球形支撐面的支撐和該支撐的互補支撐腔，所述支撐中至少有一個支撐含有普通凸輪弧形支撐和普通凸輪弧形支撐的互補支撐面；本設(shè)計方案具有多個支撐面，它可以為膝關(guān)節(jié)嚴重惡化或損傷的患者提供穩(wěn)定的復(fù)原環(huán)境，同時使膝關(guān)節(jié)得以正常活動，通過增加支撐面和模擬正常關(guān)節(jié)運動，從而降低關(guān)節(jié)的磨耗和磨損。
文檔編號A61F2/30GK1872009SQ20051007229
公開日2006年12月6日 申請日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月30日
發(fā)明者詹姆斯·貝特曼 申請人:貝特曼醫(yī)療技術(shù)有限公司