專利名稱：剛度可控的膝關節假體系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫用人工關節，尤其涉及一種應用于人體的膝關節假體系 統，在膝關節成形術中，用來替換由于病變或損傷等原因造成全部或部分功能 喪失的人體自然膝關節。
背景技術：
膝關節假體系統的發展距今已有40余年的歷史，當人體自然膝關節由于病 變或損傷等原因造成全部或部分功能喪失時，就需要用膝關節假體系統予以替 換，以重建膝關節正常功能，減輕病人的病痛，實施膝關節假體系統置換術可 以達到最佳的治療效果，能最大限度地恢復患者行動能力。
通常所說的膝關節假體系統包括股骨假體和脛骨假體兩大部分。其中，股 骨假體通過股骨安裝莖或螺釘與股骨遠端連接，具有內骨髁和外骨髁。脛骨假 體固定在脛骨近端，其內外骨髁關節面分別與股骨假體內外骨髁關節面相匹配， 以模擬正常的人體自然膝關節運動過程。為提高膝關節假體系統的穩定性和接 觸面積，人們針對股骨假體和脛骨假體內外骨髁的關節面匹配形狀進行了許多 研究，在美國專利US5725584中，股骨假體和脛骨假體內外骨髁的關節面高度 匹配，接觸面積大，穩定性高，在美國專利US6846329中，股骨假體和脛骨假 體內外骨髁的關節面按螺旋面匹配設計，同樣實現了股骨假體與脛骨假體內外 骨髁關節面的高度匹配，接觸面積大，穩定性也很高，但是，這些專利中所涉 及到的股骨假體的組成材料都是金屬合金材料，其剛度不可控，在實現了膝關 節假體系統骨髁關節面高度匹配的同時，會限制膝關節假體系統的彎曲角度， 在美國專利US7094259中，膝關節假體系統可實現深度屈曲，但是股骨假體和 脛骨假體的骨髁關節面不匹配，穩定性差。
發明內容
針對以上技術和專利的不足，本發明提出一種剛度可控的膝關節假體系統，
目的在于對股骨假體的剛度值大小實現控制，不僅可以保證膝關節假體系統 在伸膝位和屈膝位的穩定性，也可以保證膝關節假體系統在伸膝和屈膝動作過 程中股骨假體和脛骨假體內外骨髁的關節面的最大匹配，在實現膝關節假體系 統骨髁關節面高度匹配的同時，不會限制膝關節假體系統的彎曲角度。
該裝置的具體構成-
由磁流變彈性體材料組成的股骨假體，該假體與股骨遠端連接，具有內骨 髁和外骨髁；脛骨假體，該假體與脛骨近端連接，具有內骨髁和外骨髁； 左線圈，固定在體外膝關節處； 右線圈，固定在體外膝關節處。 該裝置實施的技術方案
股骨假體和脛骨假體位于左線圈和右線圈之間，在人體膝關節外部控制通 過左線圈和右線圈的電流值，會改變左線圈和右線圈之間的磁場值和磁場分布， 這會引起由磁流變彈性體材料組成的股骨假體的剛度值產生變化，在膝關節假 體系統伸膝過程中，使得由磁流變彈性體材料組成的股骨假體的剛度值降低， 股骨假體會根據膝關節假體系統內部所受合力的大小實時改變內外骨髁的關節 面形狀，實現與脛骨假體內外骨髁的關節面的最大匹配，當膝關節假體系統伸 直時，使得由磁流變彈性體材料組成的股骨假體的剛度值增大，以保證股骨假 體的剛度值可以抵抗膝關節假體系統內部所受合力的大小，實現膝關節假體系 統在伸膝位的穩定性，在膝關節假體系統彎曲過程中，使得由磁流變彈性體材 料組成的股骨假體的剛度值降低，股骨假體會根據膝關節假體系統內部所受合 力的大小實時改變內外骨髁的關節面形狀，實現與脛骨假體內外骨髁的關節面 的最大匹配，當膝關節假體系統彎曲到一定魚度時，使得由—磁流變彈性體材料 組成的股骨假體的剛度值增大，以保證股骨假體的剛度值可以抵抗膝關節假體 系統內部所受合力的大小，實現膝關節假體系統在此屈膝位的穩定性。
本發明的優點是通過控制左線圈和右線圈的電流值可以控制穿過磁流變 彈性體的磁場，從而可以根據膝關節假體系統的伸屈運動實時控制由磁流變彈 性體材料組成的股骨假體的剛度值，這不僅可以實現膝關節假體系統在伸膝位 和各個屈膝位的穩定性，也可以實現膝關節假體系統在伸屈過程中股骨假體與 脛骨假體內外骨髁關節面的最大匹配，并且不會限制膝關節假體系統的彎曲角 度。
剛度可控的膝關節假體系統主視圖
圖中序號，1.左線圈，2.右線圈，3.脛骨假體，4.股骨假體
具體實施例方式
在附圖中，左線圈1和右線圈2都固定在人體膝關節外部，在人體膝關節 外部控制通過左線圈1和右線圈2的電流值，可改變左線圈1和右線圈2之間 的磁場值。股骨假體4由磁流變彈性體材料制成，通過股骨安裝莖(圖中未示 出)與股骨遠端(圖中未示出)連接，具有內骨髁4a和外骨髁4b。脛骨假體3 由超高分子量聚乙烯材料制成，通過脛骨安裝莖(圖中未示出)與脛骨近端連
4接(圖中未示出)，具有內骨髁3a和外骨髁3b。
在附圖中，股骨假體4和脛骨假體3位于左線圈1和右線圈2之間，在人 體膝關節外部控制通過左線圈1和右線圈2的電流值，會改變左線圈1和右線 圈2之間的磁場值，這會引起由磁流變彈性體材料組成的股骨假體4的剛度值 產生變化。在膝關節假體系統伸膝過程中，使得由磁流變彈性體材料組成的股 骨假體4的剛度值降低，股骨假體4會根據膝關節假體系統內部所受合力的大 小實時改變內骨髁4a和外骨髁4b的關節面形狀，實現與脛骨假體3的內骨髁 3a和外骨髁3b的關節面的最大匹配，當膝關節假體系統伸直時，使得由磁流變 彈性體材料組成的股骨假體3的剛度值增大，以保證股骨假體3的剛度值可以 抵抗膝關節假體系統內部所受合力的大小，實現膝關節假體系統在伸膝位的穩 定性，在膝關節假體系統彎曲過程中，使得由磁流變彈性體材料組成的股骨假 體3的剛度值降低，股骨假體3會根據膝關節假體系統內部所受合力的大小實 時改變內骨髁4a和外骨髁4b的關節面形狀，實現與脛骨假體3的內骨髁3a和 外骨髁3b的關節面的最大匹配，當膝關節假體系統彎曲到一定角度時，使得由 磁流變彈性體材料組成的股骨假體3的剛度值增大，以保證股骨假體3的剛度 值可以抵抗膝關節假體系統內部所受合力的大小，實現膝關節假體系統在此屈 膝位的穩定性，從而，不僅可以實現膝關節假體系統在伸膝位和各個屈膝位的 穩定性，也可以實現膝關節假體系統在伸屈過程中股骨假體4的內骨髁4a和外 骨髁4b的關節面與脛骨假體3的內骨髁3a和外骨髁3b的關節面的最大匹配， 并且不會限制膝關節假體系統的彎曲角度。
權利要求
1. 一種剛度可控的膝關節假體系統，包括由磁流變彈性體材料組成的股骨假體，該假體與股骨遠端連接，具有內骨髁和外骨髁；脛骨假體，該假體與脛骨近端連接，具有內骨髁和外骨髁；左線圈，固定在體外膝關節處；右線圈，固定在體外膝關節處。
2. 根據權利要求1所述的膝關節假體系統，其特征在于，股骨假體和脛骨 假體位于左線圈和右線圈之間，在人體膝關節外部控制通過左線圈和右線圈的 電流值，會改變左線圈和右線圈之間的磁場值，這會引起由磁流變彈性體材料 組成的股骨假體的剛度值產生變化。
全文摘要
本發明提供一種剛度可控的膝關節假體系統，該假體系統包括與股骨遠端連接并由磁流變彈性體材料組成的股骨假體，與脛骨近端連接的脛骨假體，固定在體外膝關節處的左線圈和右線圈。在人體膝關節外部控制通過左線圈和右線圈的電流值時，由磁流變彈性體材料組成的股骨假體的剛度值會根據左線圈和右線圈之間的磁場值改變實現相應變化，在膝關節假體系統進行伸屈動作的過程中，股骨假體剛度值降低，股骨假體會根據膝關節假體系統內部所受合力的大小實時改變內外骨髁關節面的形狀，實現與脛骨假體內外骨髁關節面的最大匹配，同時，不限制膝關節假體系統的彎曲角度，當膝關節假體系統完成伸屈動作時，股骨假體剛度值增大，實現伸膝位和屈膝位穩定性。
文檔編號A61F2/60GK101450016SQ20081014807
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者周宗科, 進 姚, 張國亮, 裴福興 申請人:四川大學