一種仿生人工寰齒關節(jié)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種仿生人工寰齒關節(jié)，包括寰椎部件、樞椎部件及螺釘，寰椎部件由中間杵窩部分及側(cè)翼組成，杵窩部分由球窩部分及下方圓臺部分組成，側(cè)翼兩側(cè)各設計有對稱的鎖定螺釘孔，樞椎部件分為上下兩部分，上方部分由頂端的球頭和下方的圓柱體構(gòu)成，圓柱體底面與骨面接觸部分設計為多齒狀結(jié)構(gòu)，下方部分與樞椎椎體前方結(jié)構(gòu)相匹配，其上設計有三枚呈品字排列的鎖定螺釘釘孔，關節(jié)與骨面接觸處均設計羥基磷灰石涂層，本實用新型在保留寰樞椎旋轉(zhuǎn)功能的前提下，實現(xiàn)了寰樞椎有限的側(cè)屈及屈伸功能，且杵窩關節(jié)的設計深度大，減小了脫位的風險，在仿生學上更接近人體生理狀態(tài)。
【專利說明】一種仿生人工寰齒關節(jié)
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于醫(yī)用假體制造【技術領域】，尤其涉及一種保留三維運動的仿生人工寰齒關節(jié)。
【背景技術】
[0002]人體上頸椎為第一二頸椎，即寰樞椎。寰樞椎與下方頸椎結(jié)構(gòu)不同，無椎間盤結(jié)構(gòu)，由三個關節(jié)和多條韌帶構(gòu)成，即樞椎齒狀突和寰椎前弓后方關節(jié)面以及寰椎橫韌帶、翼狀韌帶組成的正中關節(jié)，兩側(cè)的寰椎下關節(jié)面和樞椎上關節(jié)面構(gòu)成的兩個近似水平略帶傾斜的關節(jié)面組成。寰齒正中關節(jié)為類車軸狀，與雙方的側(cè)塊關節(jié)共同協(xié)作完成寰樞椎之間多方向的活動:主要的旋轉(zhuǎn)運動以及少量的側(cè)屈以及前屈后伸動作。
[0003]目前，由于齒狀突骨折陳舊性愈合或者風濕性關節(jié)炎、創(chuàng)傷等引起的寰樞椎不穩(wěn)造成上段頸髓壓迫刺激出現(xiàn)神經(jīng)癥狀時，通常根據(jù)情況選擇后方的直接復位融合固定，或者前方松解減壓，切除齒狀突，進行固定或者曠置。但兩種手術方案均效果不理想。單純齒狀突切除術后破壞了正常結(jié)構(gòu)，寰樞椎之間不穩(wěn)定性增加，活動范圍加大，對于神經(jīng)的刺激性加大。前方或者后方融合術后不穩(wěn)消除，但是新的問題出現(xiàn)。頸椎約50%的旋轉(zhuǎn)功能位于寰樞椎，融合后頸椎旋轉(zhuǎn)活動度降低，對于人體正常生活影響較大，且融合后的頸椎由于運動和彈性功能喪失，頸椎生物力學發(fā)生改變，可能對鄰近節(jié)段出現(xiàn)應力集中等改變，并可能出現(xiàn)相應并發(fā)癥，面臨二次手術可能。
[0004]非融合技術的出現(xiàn)使人們將目光投向寰樞椎，如何將非融合技術應用于寰樞椎，在解除神經(jīng)壓迫、局部畸形的同時保留局部功能才成為了研究的熱點。
[0005]在這個基礎上，國內(nèi)陳堅、曹正霖、譚明生、胡勇、賀西京等人分別對寰樞椎的解剖形態(tài)進行了研究分析、數(shù)據(jù)測量，并分別設計出形態(tài)不同、功能類似的人工寰齒關節(jié)。例如:曹正霖等研究設計的人工寰齒關節(jié)，由人工齒狀突和人工寰椎前弓組成。人工齒狀突類似空心釘，分為椎體部和齒突部等連續(xù)的2部分，椎體部固定于樞椎椎體，齒突部突出樞椎體，與人工寰椎前弓的齒突環(huán)部相扣套。人工寰椎前弓左右對稱，由I塊前弓板和2枚相同的側(cè)塊螺釘組成，人工寰椎前弓分為兩側(cè)的側(cè)塊板、連接板和中間的齒突環(huán)等連續(xù)的3部分，齒突環(huán)為圓環(huán)狀，與人工齒狀突的齒突部相關節(jié)。而譚明生等研制的人工寰齒半關節(jié)，該設計和其他人工寰齒關節(jié)均不同，主要側(cè)重于通過寰樞橫韌帶的恢復重建寰齒后關節(jié)的穩(wěn)定性，既能防止寰椎向前脫位，又能保留寰齒關節(jié)的主要旋轉(zhuǎn)功能。雖然不同人工關節(jié)間形態(tài)上存在部分差異，但是設計思路基本相同，即最大限度的仿生并保留正常寰齒關節(jié)的旋轉(zhuǎn)功能。
[0006]以上人工寰齒關節(jié)均存在一定的保留關節(jié)功能的效果。上述人工寰齒關節(jié)設計上僅僅保留了旋轉(zhuǎn)功能，為類車軸關節(jié)。但人體寰齒關節(jié)之間由后方的翼狀韌帶及十字韌帶等連接，除了旋轉(zhuǎn)功能外，還存在少量的屈伸以及側(cè)屈功能。因此上述人工關節(jié)沒有完全達到正常人體關節(jié)的功能，存在部分缺陷。
[0007]針對所發(fā)現(xiàn)的缺點，賀西京等對人工寰齒關節(jié)進行了更新設計，設計了第二代人工寰齒關節(jié)。將關節(jié)分為上下兩個關節(jié):上方采用車軸關節(jié)，下方采用球窩關節(jié)。球窩關節(jié)的活動度保證了關節(jié)間可以多方向活動，達到了寰樞椎旋轉(zhuǎn)及側(cè)屈、屈伸等方向活動的目的。
[0008]但是賀西京等設計的第二代人工寰齒關節(jié)仍具有以下不足:
[0009]I)采用了兩個關節(jié)，增加了設計的復雜性，關節(jié)的高靈活度增大了關節(jié)脫位的可能性。
[0010]2)球窩關節(jié)接觸面小，局部應力大。
[0011]3)關節(jié)為倒置，與人體生理狀態(tài)不符。
[0012]4)關節(jié)與骨之間直接接觸，骨長入無可能性，脫位風險較大。
[0013]綜上所述，目前國內(nèi)外尚未成功設計出完全符合人體生理狀態(tài)的仿生人工寰齒關節(jié)。
實用新型內(nèi)容
[0014]本實用新型的目的在于克服傳統(tǒng)融合技術的缺點，并將現(xiàn)有人工寰齒關節(jié)的缺點加以改進，提供一種仿生人工寰齒關節(jié)，該仿生人工寰齒關節(jié)不僅能夠在外觀上同正常人體寰齒關節(jié)接近，且在力學上能夠?qū)﹃P節(jié)活動度進行限制，保留旋轉(zhuǎn)功能，并有效的保留寰樞椎之間少量的側(cè)屈及前屈后伸功能，更加接近生理狀態(tài)。
[0015]為達到上述目的，本實用新型采用了以下技術方案:
[0016]該人工寰齒關節(jié)包括寰椎部件以及樞椎部件，所述寰椎部件由杵窩關節(jié)以及與杵窩關節(jié)相連的弧形側(cè)翼板組成，弧形側(cè)翼板的兩端對稱分布于杵窩關節(jié)兩側(cè)，杵窩關節(jié)由球窩以及與球窩下端相連的圓臺狀殼體組成，圓臺狀殼體與球窩相連通，樞椎部件由球頭關節(jié)以及弧形板組成，球頭關節(jié)由球頭以及與球頭下端相連的圓柱體組成，弧形板與圓柱體的下端相連，球頭關節(jié)設置于杵窩關節(jié)內(nèi)。
[0017]所述弧形側(cè)翼板的兩端上開設有螺釘孔，弧形板上開設有若干個螺釘孔。
[0018]所述弧形板上開設有三個呈品字形排列的螺釘孔。
[0019]所述人工寰齒關節(jié)還包括設置于弧形側(cè)翼板以及弧形板上的螺釘孔內(nèi)的螺釘。
[0020]所述寰椎部件、樞椎部件以及螺釘采用醫(yī)用鈦合金材質(zhì)。
[0021]所述杵窩關節(jié)與弧形側(cè)翼板采用一體成型。
[0022]所述圓柱體的下底面為鋸齒狀。
[0023]所述弧形側(cè)翼板、杵窩關節(jié)以及弧形板的表面均設置有羥基磷灰石涂層。
[0024]本實用新型的有益效果體現(xiàn)在:
[0025]本實用新型所述仿生人工寰齒關節(jié)從形態(tài)以及生物力學特征上進行仿生，通過球頭關節(jié)與杵窩關節(jié)對應部分的配合，不僅保留了旋轉(zhuǎn)功能，而且增加了側(cè)屈及前屈后伸功能，與現(xiàn)有人工寰齒關節(jié)相比，關節(jié)數(shù)量相對較少，結(jié)構(gòu)的復雜性降低，且為正常狀態(tài)正向關節(jié)，更加符合生理狀態(tài)；同時，能夠?qū)?cè)屈以及屈伸角度進行限制，更加符合正常生理狀態(tài)的活動度，減少了脫位的可能性，本實用新型能夠更好地對正常寰齒關節(jié)進行仿生，保留了接近正常的運動功能，并提供了更好地固定可靠性。
[0026]本實用新型所述圓柱體的下底面為與骨截面相接觸的面，圓柱體的下底面為鋸齒狀結(jié)構(gòu)，使得在與骨截面相接觸的面上增加了鋸齒狀接觸面，增加了骨長入的可能性，減少了脫位的風險；本實用新型中在與皮質(zhì)骨相接觸的面上，比如，弧形側(cè)翼板、杵窩關節(jié)以及弧形板的表面，增加了羥基磷灰石涂層，可以增加骨長入，增強了關節(jié)的牢固性。
[0027]本實用新型通過弧形側(cè)翼板以及弧形板上的螺釘孔內(nèi)的多枚螺釘把持，可以從不同角度固定，增加了角度穩(wěn)定性，降低了松動脫出的風險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型的主視圖；
[0029]圖2為本實用新型的后視圖；
[0030]圖3為本實用新型的俯視圖；
[0031]圖4為本實用新型的仰視圖；
[0032]圖5為圖1的A-A剖視圖；
[0033]圖6為本實用新型所述圓臺狀殼體的截面示意圖；
[0034]圖7為本實用新型所述弧形側(cè)翼板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖8為本實用新型的使用狀態(tài)圖；
[0036]圖中:1為弧形側(cè)翼板,2為螺釘孔,3為球窩,4為圓臺狀殼體,5為球頭,6為圓柱體，7為弧形板,8為螺釘,9為多齒狀結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做詳細說明。
[0038]參見圖1-圖5，本實用新型所述仿生人工寰齒關節(jié)包括寰椎部件以及樞椎部件，所述寰椎部件由杵窩關節(jié)以及與杵窩關節(jié)相連的弧形側(cè)翼板I組成，弧形側(cè)翼板I的兩端對稱分布于杵窩關節(jié)兩側(cè)，杵窩關節(jié)由球窩3以及與球窩下端相連的圓臺狀殼體4組成，圓臺狀殼體4與球窩3相連通，所述杵窩關節(jié)與弧形側(cè)翼板I采用一體成型，樞椎部件由球頭關節(jié)以及弧形板7組成，球頭關節(jié)由球頭5以及與球頭下端相連的圓柱體6組成，弧形板7與圓柱體6的下端相連，所述圓柱體6的下底面為鋸齒狀，球頭關節(jié)設置于杵窩關節(jié)內(nèi)。
[0039]所述弧形側(cè)翼板I的兩端上開設有螺釘孔2，所述弧形板7上開設有若干個螺釘孔2 (例如，三個呈品字形排列的螺釘孔2)，所述人工寰齒關節(jié)還包括設置于弧形側(cè)翼板I以及弧形板7上的螺釘孔內(nèi)的螺釘8，所述弧形側(cè)翼板1、杵窩關節(jié)以及弧形板7的表面均設置有羥基磷灰石涂層，所述寰椎部件、樞椎部件以及螺釘8采用醫(yī)用鈦合金材質(zhì)。
[0040]寰椎部件中，弧形側(cè)翼板I采用螺釘8通過弧形側(cè)翼板上的螺釘孔2定位于寰椎側(cè)塊中點，樞椎部件中，弧形板7采用螺釘8通過弧形板上的螺釘孔2定位于樞椎椎體，球頭5與球窩3相配合,圓柱體6與圓臺狀殼體4的內(nèi)側(cè)面相配合,不僅使關節(jié)具有旋轉(zhuǎn)功能，而且保留了有限的側(cè)屈及前屈后伸功能。
[0041]實施例
[0042]參見圖1-圖5，一種仿生人工寰齒關節(jié)，包括寰椎部件、樞椎部件及螺釘。所述寰椎部件由位于中間的杵窩關節(jié)及與杵窩關節(jié)相連接的弧形側(cè)翼組成，弧形側(cè)翼上分別對稱設計有螺釘孔；杵窩關節(jié)由位于頂端的球窩及位于下方的圓臺狀殼體組成，圓臺狀殼體與球窩相連通；所述樞椎部件由上部分的球頭關節(jié)和下部分的弧形板組成；球頭關節(jié)由上方的球頭和下方的圓柱體構(gòu)成，圓柱體下底面與骨面接觸部分設計為鋸齒狀結(jié)構(gòu)；弧形板上設計有三枚呈品字形排列的螺釘孔；球頭關節(jié)放置于杵窩關節(jié)中，球頭與球窩相配合，圓柱體與圓臺狀殼體的內(nèi)側(cè)面相配合。杵窩關節(jié)包繞下方球頭關節(jié)，球頭與球窩相配合可以保證球頭關節(jié)在其中進行旋轉(zhuǎn)運動，圓柱體與圓臺狀殼體的內(nèi)側(cè)面相配合可以允許球頭關節(jié)在杵窩關節(jié)內(nèi)進行前屈后伸以及側(cè)屈運動，并進行限制，防止無限制的大幅度活動。所述螺釘分別設于螺釘孔內(nèi)。
[0043]件窩關節(jié)頂端球窩的外徑半徑為10.2mm,內(nèi)徑半徑為5.35mm,高度為2.5mm ;圓臺高度為10.9mm，圓臺外側(cè)壁夾角a為10°，圓臺內(nèi)側(cè)壁夾角b為20° (參見圖6)。
[0044]弧形側(cè)翼由中間的平行部分和兩側(cè)的向下弧形部分組成，兩側(cè)向下弧形部分的夾角c為160° (參見圖7)，內(nèi)緣直徑為97.5mm，外緣直徑為100mm，總寬度為48mm，高度為10.9mm,厚度為 2.5mm。
[0045]弧形側(cè)翼上的螺釘孔圓心間距離為36mm，螺釘孔半徑為3.5mm?；⌒蝹?cè)翼內(nèi)面涂
以羥基磷灰石涂層。
[0046]杵窩關節(jié)與弧形側(cè)翼為一體成型，兩部分連接處以半徑為1.5mm弧形連接。
[0047]球頭關節(jié)頂端半球體(球頭)的直徑為10.7mm,下方連接的圓柱體總高度為10.9mm,圓柱體下底面的齒高度為0.3mm,寬度為0.43mm,齒間角度為60° ,形成鋸齒狀骨接觸面。
[0048]弧形板厚度:下方為2mm,上方為3mm,總高度為22.5mm。弧形板的骨接觸面與圓柱體底面夾角為125°。弧面內(nèi)側(cè)直徑為61mm。弧形板下方為半圓形，直徑為18.3mm，弧形板上方寬度為10.7mm，與圓柱體直徑一致，上下方以斜面連接?；⌒伟鍍?nèi)面(骨接觸面)涂
以羥基磷灰石涂層。
[0049]弧形板上螺釘孔呈品字形分散，上方螺釘孔位于弧形板中線，垂直于弧形板。下方兩個螺釘孔位于中線兩側(cè)，螺釘孔距離下方半圓形中心約3mm，分別向內(nèi)側(cè)傾斜約5°。三個螺釘孔直徑為2.7mm。
[0050]寰椎部件、樞椎部件和螺釘均采用醫(yī)用鈦合金材質(zhì)，接觸骨面部分涂以羥基磷灰石涂層。
[0051]參見圖8，本實用新型所述仿生人工寰齒關節(jié)的裝配關系如下:球頭關節(jié)放置于杵窩關節(jié)內(nèi)，螺釘分別位于螺釘孔內(nèi)。杵窩關節(jié)與球頭關節(jié)面均為高度拋光，保證關節(jié)在運動過程中較小的摩擦和磨損。寰椎部件的弧形側(cè)翼具有向下向后的弧度，與寰椎前弓的形態(tài)相吻合。杵窩關節(jié)和球頭關節(jié)相配合能夠保證關節(jié)進行旋轉(zhuǎn)活動，側(cè)方的角度能夠保證寰樞椎進行側(cè)屈以及前屈后伸的少量運動，并減少摩擦，設計更合理，更加符合生理狀態(tài)。本實用新型安裝于寰樞椎時，寰椎部件采用螺釘定位于寰椎側(cè)塊中點，螺釘與矢狀面呈向外的10°夾角；樞椎部件采用螺釘分角度固定，進釘點位于樞椎椎體。
[0052]總之，本實用新型所述仿生人工寰齒關節(jié)，由寰椎部件、樞椎部件及螺釘組成。寰椎部件由杵窩關節(jié)及弧形側(cè)翼組成，杵窩關節(jié)設計為頂端球窩部分及下方圓臺部分組成，球窩部分直徑與下方球頭直徑相匹配；弧形側(cè)翼兩側(cè)設計有對稱的螺釘孔，以螺釘在寰椎側(cè)塊固定。樞椎部件分為上下兩部分，上部分為替代齒狀突的關節(jié)部分，由頂端的球頭和下方的圓柱體構(gòu)成，圓柱體底面與骨面接觸部分設計為多齒狀結(jié)構(gòu)，增加接觸面積，利于骨長入，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。下方部分與樞椎椎體前方結(jié)構(gòu)相匹配，其上設計有三枚呈品字形排列的螺釘孔，螺釘通過品字形排列的螺釘孔與樞椎椎體相固定。此仿生人工寰齒關節(jié)與骨面接觸處均設計羥基磷灰石涂層，利于骨組織結(jié)構(gòu)長入，增加關節(jié)穩(wěn)定性。本實用新型在保留寰樞椎旋轉(zhuǎn)功能的前提下，保留了寰樞椎有限的側(cè)屈及屈伸功能，且杵窩關節(jié)的設計深度大，減小了脫位的風險，在仿生學上更接近人體生理狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種仿生人工寰齒關節(jié)，其特征在于:該人工寰齒關節(jié)包括寰椎部件以及樞椎部件，所述寰椎部件由杵窩關節(jié)以及與杵窩關節(jié)相連的弧形側(cè)翼板(I)組成，弧形側(cè)翼板(I)的兩端對稱分布于杵窩關節(jié)兩側(cè)，杵窩關節(jié)由球窩(3)以及與球窩下端相連的圓臺狀殼體(4)組成，圓臺狀殼體(4)與球窩(3)相連通，樞椎部件由球頭關節(jié)以及弧形板(7)組成，球頭關節(jié)由球頭(5)以及與球頭下端相連的圓柱體(6)組成,弧形板(7)與圓柱體(6)的下端相連，球頭關節(jié)設置于杵窩關節(jié)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種仿生人工寰齒關節(jié)，其特征在于:所述弧形側(cè)翼板(I)的兩端上開設有螺釘孔(2)，弧形板(7)上開設有若干個螺釘孔(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種仿生人工寰齒關節(jié)，其特征在于:所述弧形板(7)上開設有三個呈品字形排列的螺釘孔(2 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種仿生人工寰齒關節(jié)，其特征在于:所述人工寰齒關節(jié)還包括設置于弧形側(cè)翼板(I)以及弧形板(7 )上的螺釘孔內(nèi)的螺釘(8 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種仿生人工寰齒關節(jié)，其特征在于:所述寰椎部件、樞椎部件以及螺釘(8)采用醫(yī)用鈦合金材質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種仿生人工寰齒關節(jié)，其特征在于:所述杵窩關節(jié)與弧形側(cè)翼板(I)米用一體成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種仿生人工寰齒關節(jié)，其特征在于:所述圓柱體(6)的下底面為鋸齒狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種仿生人工寰齒關節(jié)，其特征在于:所述弧形側(cè)翼板(I)、杵窩關節(jié)以及弧形板(7)的表面均設置有羥基磷灰石涂層。
【文檔編號】A61F2/44GK203763299SQ201420103435
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】賀西京, 臧全金, 韋冬 申請人:西安交通大學醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院