[发明专利]全膝关节置换假体

说明书

相关的申请

此非临时申请要求于2008年2月18日提交的名称为Total Knee ReplacementProsthesis(全膝关节置换假体)的美国临时申请No.61/029,457以及于2008年2月18日提交的名称为Total Knee Replacement Prosthesis with High OrderNURBS Surfaces(具有高阶非均匀有理B样条表面的全膝关节置换假体)的美国临时申请No.61/029,438的优先权，这两个申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及全膝关节置换假体，特别地，涉及具有由超环面限定的活动连接面的膝关节假体植入物，该膝关节假体植入物可以更准确地模仿正常膝关节的功能和运动。

背景技术

尽管在无意的观察者看来人的膝关节是简单的，但是膝关节要沿着复杂的路径活动连接。在弯曲膝关节时，胫骨绕着冠状轴线相对于股骨明显旋转(弯曲)。然而，股骨还在胫骨上向后平移，且胫骨还绕其纵轴线旋转。此外，在旋转膝关节时，髌骨被适度牵引。人的膝关节的复杂的活动连接路径主要由股骨远端和胫骨近端的几何结构确定。例如，股骨内侧髁较短且为球形，而股骨外侧髁较长且为椭球形的。胫骨内侧髁为凹的，而外侧髁为凸的。

人的膝关节的活动连接的复杂路径还由包围并连接股骨远端和胫骨近端的韧带的布局确定。人的膝关节由两条并行的韧带补足，一条位于该关节的外侧，而另一条位于其内侧。每条韧带连接到胫骨和股骨。到股骨的连接点大体在弧线的轴线上，胫骨的另一端沿该弧线运动且膝关节沿该弧线弯曲。并行的韧带以内外翻应力对膝关节提供稳定性。

在膝关节的中部，人的膝关节还包括两条交叉韧带。一条交叉韧带连接到胫骨的后边沿，而另一条交叉韧带向前连接到胫骨的前边沿。这两条韧带在大体位于所述并列的韧带的轴线上的髁之间的凹处均连接到股骨。所述交叉韧带在前后的方向上提供稳定性，并且还允许膝关节轴向旋转，即，绕其纵轴线旋转。因此，在膝关节弯曲时，胫骨绕其纵轴线内旋转。

已知的全膝关节置换假体通常包括股骨部件和胫骨部件，股骨部件和胫骨部件通过压配合或者通过利用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥粘结分别连接到股骨远端和胫骨近端的切面。每个部件包括一对髁面，所述髁面相互友好并且允许各部件互相相对活动连接。友好的髁面的几何结构决定运动的复杂性和自由的程度，即，所述部件能否相互相对弯曲、平移、和/或旋转。该股骨部件还包括髌骨凸缘，该髌骨凸缘与正常髌骨或者与人造髌骨部件活动连接。该髌骨凸缘为四头肌肌肉提供杆臂。

已知的全膝关节假体不能精确地再现人的膝关节的髁面。例如，已知的假体的股骨髁面通常为凸的，且在内外方向和前后方向上环绕。前后方向上的曲率半径大于内外方向上的曲率半径。通常，髁的远端面和后端面的矢状曲率(sagital curvature)的弧心的中心在连接内上髁和外上髁的轴线上，因此在弯曲和拉伸时，连接到上髁的并行的韧带的张力接近恒定。胫骨面通常是凹的碟状的，且股骨面的主轴线在矢状面上对齐。胫骨髁的矢状半径和冠状半径大于股骨髁的矢状半径和冠状半径，这样提供某种程度的旋转松弛。同样，位于股骨上的髌骨凸缘为凹的，且其取向是从上到下方向的，其具有的冠状曲率半径大于圆顶形髌骨的冠状曲率半径。

许多现有技术的全膝关节置换部件的设计忽略了正常膝关节的复杂旋转运动，取而代之的是简单的铰链设计，其仅允许绕单个水平轴线枢轴旋转。这样的简单设计基本上被放弃了，因为与施加在该假体部件上的高的旋转应力相关的高的松动率。其他现有技术的膝关节假体试图更接近地模仿正常膝关节的运动路径。然而，这些假体不能精确地再现人的膝关节的自然运动路径，并且存在其他制造限制和耐久性限制。

许多现有技术的膝关节置换假体是利用诸如圆、弧、线、平面、球和圆柱的单一几何结构模制成形的，它们具有严格限定的长度和曲率半径。然而，利用简单的几何结构不能再现人的膝关节的复杂的运动路径。利用简单的几何结构模制成形的假体产生不自然的运动、韧带的不适当的拉伸和疼痛、以及增大了的假体部件的磨损和松动。因此，希望提供一种具有更复杂的活动连接面的膝关节置换假体，通过在膝关节弯曲时允许股骨平移及胫骨旋转，它可以再现正常膝关节的运动，并且它容易制造且廉价。

发明内容