一种3D打印髋关节置换假体的制作方法

一种3d打印髋关节置换假体
技术领域
1.本发明涉及医用设备技术领域，尤其涉及一种人工髋关节置换假体。


背景技术：

2.人工全髋关节置换术(total hip arthroplasty)在治疗髋关节损伤，髋关节发育不良等病症中运用广泛。目前在人工全髋关节置换术中使用的髋臼杯，用螺钉将髋臼杯固定在损伤位置，这种锁定方式在置入人体后的稳定性无法保证，可能会出现移位、脱落，进而导致需要再次手术。
3.因此，如何改进髋关节置换假体使其能稳定设置于人体中，长期固定不移位是本领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3d打印髋关节置换假体。
5.本技术提供了一种3d打印髋关节置换假体，包括髋关节主体和设置于髋关节主体上的固定翼组，髋关节主体为碗状，髋关节主体中心开设有中心孔，髋关节主体的第一侧开设有第一连接孔和对称设置于第一连接孔两侧的第二连接孔，第一连接孔和两个第二连接孔的圆心连线为等腰三角形；固定翼组沿髋关节主体的周向设置在髋关节主体环体周壁上。
6.可选择地，固定翼组包括设置在髋关节主体第一侧的第一固定翼和两个第二固定翼，第一固定翼设置在第一连接孔正下方，两个第二固定翼对称设置在第一固定翼两边。
7.可选择地，固定翼组还包括设置在髋关节主体第二侧的两个第三固定翼，两个第三固定翼与两个第二固定翼中心对称。
8.可选择地，髋关节主体的第一侧还开设有第三连接孔，第三连接孔设置于第一连接孔和第一固定翼之间，第三连接孔和两个第二连接孔的圆心连线为等边三角形。
9.可选择地，髋关节主体环体周壁的底部设置有凹槽区，凹槽区包括若干条宽2～5mm、深2～5mm的环体槽。
10.可选择地，固定翼组沿着髋关节主体的底部边缘设置在凹槽区上自凹槽区向外延伸，固定翼的延伸端为锥形尖端。
11.可选择地，由钛合金材料制成，钛合金按重量分数计包括：5.50％～6.75％al；3.50％～4.50％v；0～0.30％fe；0～0.02％o；0～0.08％c；0～0.05％n；0～0.015％h；0～0.1％cu；0～0.1％sn；余量为ti；置换假体表面均匀分布若干微孔。
12.可选择地，钛合金按重量分数计包括：5.80％～6.50％al；3.80％～4.20％v；0.10％～0.20％fe；0.01％～0.02％o；0.05％～0.05％c；0.02％～0.04％n；0.01％～0.015％h；0.05％～0.1％cu；0.05％～0.1％sn；余量为ti。
13.可选择地，置换假体表面的孔隙率为60％-85％，微孔的孔径为1.50～1.70mm。
14.可选择地，置换假体表面的孔隙率为70％-80％，微孔的孔径为1.57～1.66mm。
15.髋关节置换术是将髋臼置换假体植入到人体中，植入的髋臼置换假体与人体骨骼共同承载荷载，通常植入的髋臼置换假体的刚度高于人体骨骼的刚度，植入的髋臼置换假体承载更多荷载，而骨骼承载较低荷载，导致植入的髋臼置换假体与人体骨骼出现应力遮挡，假体力线偏移，不能对称负重。而且在髋关节置换术中通常使用的髋臼杯上开设有螺纹孔，髋臼杯上的螺纹孔开设的不对称会导致髋臼杯的重量分布不均匀，在人体中可能会加剧负重不对称的情况。
16.钛合金与人体骨骼模量相差较小，适合作为髋臼置换假体植入到人体中，本技术发明人发现髋臼置换假体的材料按重量分数计包括5.50％～6.75％al；3.50％～4.50v；0～0.30％fe；0～0.02％o；0～0.08％c；0～0.05％n；0～0.015％h；0～0.1％cu；0～0.1％sn；余量为ti时，能够有效降低髋臼置换假体的模量，植入后即可发挥即时稳定及支撑作用。髋臼置换假体表面为多孔结构，均匀分布有微孔，髋臼置换假体表面的开孔率为60％-85％，微孔的孔径为1.50～1.70mm，髋臼置换假体表面的微孔有利于人体骨生产。
17.本技术的髋关节置换假体，固定翼将髋关节主体固定在人体骨骼上，优化螺钉的进钉位置，髋关节置换假体与骨骼连接牢固，长期使用也不会出现晃动或移位的问题。
附图说明
18.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1是本技术的3d打印髋关节置换假体的结构示意图；
20.图2是本技术的3d打印髋关节置换假体的另一个角度的结构示意图；
21.图3是本技术的3d打印髋关节置换假体第一侧的侧视图；
22.图4是实施例中髋关节置换假体的连接孔的分布位置示意图；
23.图5是实施例中髋关节置换假体的连接孔的结构示意图；
24.图6是实施例中髋关节置换假体第一侧的侧视图；
25.图7是实施例中髋关节置换假体的固定翼组的分布示意图；
26.图8是具体实施例中固定翼的立体图；
27.图9是具体实施例中固定翼的侧视图；
28.图10是本技术的3d打印髋关节置换假体放大20倍的表面微孔图。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。
30.人工髋关节置换术在治疗髋关节损伤、髋关节发育不良等病症中运用广泛，目前在人工全髋关节置换术中通常使用的是髋臼杯，用螺钉将髋臼杯固定在损伤位置，这种锁定方式在置入人体后的稳定性无法保证，可能会出现移位、脱落，进而导致需要再次手术。
31.髋臼杯的安装位置是影响置换术成功与否的重要因素，髋关节置换术中，限定的经验是将置换假体倾斜45度并且前倾15度安装，目前安装髋臼杯的方法是在髋臼杯上开设圆心在同一个圆上的若干螺纹孔，通过螺钉将髋臼杯与骨骼连接，这种开孔方式增加了安装难度，对执行手术的医务人员的业务水平和经验要求很高，安装位置容易与预设位置出现偏差，髋臼杯在人体内与骨骼的受力方向偏离影响肢体受力线，或者按照髋臼窝设计的髋臼杯与安装位置偏离导致髋臼杯摩擦甚至撞击骨骼，此过程由加剧髋臼杯移位，引发炎症造成髋臼杯脱落，需要将植入件取出再次手术进行翻修。而且，这种连接方式连接髋臼杯和骨骼的螺钉平行设置，长期使用髋臼杯可能发生移位、脱落。
32.本技术提供了一种3d打印髋关节置换假体，包括：髋关节主体和设置于髋关节主体上的固定翼，髋关节主体为碗状，髋关节主体上开设有中心孔、第一连接孔和对称设置于第一连接孔两侧的第二连接孔，第一连接孔和第二连接孔设置在髋关节主体的同一侧，第一连接孔和第二连接孔的中心点的连线为等腰三角形；固定翼沿髋关节主体的周向设置在髋关节主体环体周壁的底部。手术时，将本技术的髋关节置换假体的固定翼固定到盆骨上，用螺钉穿过连接孔将髋关节置换假体与股骨连接，优化螺钉的进钉位置，髋关节置换假体与骨骼连接牢固，长期使用也不会出现晃动或移位的问题。
33.本技术的3d打印髋关节置换假体，如图1-3所示，包括：髋关节主体10和设置于髋关节主体10上的固定翼，髋关节主体10为碗状，髋关节主体10中心开设有中心孔11，髋关节主体10第一侧开设有第一连接孔12和对称设置于第一连接孔12两侧的两个第二连接孔13，第一连接孔12和第二连接孔13的圆心连线为等腰三角形；固定翼组沿髋关节主体10的周向设置在髋关节主体10环体周壁上。
34.其中，髋关节主体10的开孔侧为第一侧，髋关节主体10的第一侧以髋关节主体10的中心孔11的圆心、碗口圆心和第一连接孔12的圆心连线形成的平面对称。
35.作为一种示例，如图4所示，第一连接孔12设置在与中心孔11同圆心的第一同心圆上，第二连接孔13设置在与中心孔11同圆心的第二同心圆上，第二同心圆的直径大于第二同心圆的直径。在此条件下，螺钉穿过第一连接孔12、第二连接孔13连接髋关节主体10和股骨，螺钉连接的更牢固，三根螺钉均匀受力，与人体骨骼共同承载荷载。
36.作为一种示例，如图1所示，固定翼组包括设置在髋关节主体10第一侧的第一固定翼21和两个第二固定翼22，第一固定翼21设置在第一连接孔12正下方，两个第二固定翼22对称设置在第一固定翼21两边。手术时将髋关节主体10朝向盆骨髋关节主体10的第一侧向上，将第一固定翼21和第二固定翼22连接到盆骨上端。
37.基于上述示例，一种可行的实施方式中，如图1、2所示，固定翼组还包括设置在髋关节主体10第二侧的两个第三固定翼23，两个第三固定翼23与两个第二固定翼22以髋关节主体10的中心点作为对称中心对称。手术时将髋关节主体朝向盆骨髋关节主体10的第一侧向上，将第一固定翼21和第二固定翼22连接到盆骨上端，将第三固定翼23连接到盆骨下端。
38.基于上述示例，一种可行的实施方式中，第二固定翼22与第一固定翼21的夹角小于45
°
，两个第三固定翼23之间的夹角为锐角。
39.作为一种示例，如图5、6所示，髋关节主体10上还开设有第三连接孔14，第三连接孔14设置于第一连接孔12和第一固定翼21之间，髋关节主体10以髋关节主体10的中心孔11的圆心、碗口圆心和第一连接孔12的圆心连线形成的平面对称。第三连接孔14和两个第二
连接孔13的中心点的连线为等边三角形。将髋关节主体10的固定翼固定到盆骨上，再用螺钉穿过连接孔连接髋关节主体10和股骨，连接孔的位置限制了螺钉的钉入位置进而限制了髋关节假体与股骨的连接位置，四根螺钉的分布与股骨连接牢固，有利于髋关节置换假体与骨骼建立受力线。
40.基于上述示例，一种可行的实施方式中，第三连接孔14设置在与中心孔11同圆心的第三同心圆上，其中，第三同心圆的直径大于第二同心圆的直径。
41.基于上述示例，一种可行的实施方式中，如图7所示，第二固定翼22与第一固定翼21的夹角为30
°
，两个第三固定翼23之间的夹角为60
°
。髋关节主体10的第一侧安装在盆骨上端，盆骨上端的骨头较厚，第一固定翼21和第二固定翼22钉入到盆骨上端，髋关节主体10的第二侧安装到盆骨下端，第三固定翼23固定到盆骨下端，这种连接方式，五个固定翼与盆骨连接牢固限制了髋关节主体的位置防止其移位，及时长期使用也不会出现移位或晃动等情况，五个固定翼均匀受力，髋关节置换假体对称负重，髋关节主体10上各处受力均匀，固定翼均匀承载荷载，有利于髋关节置换假体与骨骼建立受力线，固定翼设置位置根据人体解剖学独立设计，更能适应手术时进钉位置的需求。
42.作为一种示例，髋关节主体10底部的环体周壁上设置有凹槽区30，凹槽区30包括若干条宽2～5mm、深2～5mm的环体槽35。凹槽区30增加了髋关节置换假体的摩擦力，避免髋关节置换假体在人体中一段时间后受到冲击出现晃动或移位。
43.基于上述示例，一种可行的实施方式中，固定翼组沿着髋关节主体10的底部边缘设置在凹槽区30上自凹槽区30向外延伸，固定翼的延伸端为锥形尖端。
44.作为一种示例，如图8、9所示，固定翼为宽度为2～5毫米、长度为8～1.2mm、高度为5～9mm的翼形板，固定翼朝向髋关节主体的一端为连接端，自下向上固定翼连接端的宽度逐渐缩小，固定翼从连接端向外延伸宽度逐渐缩小形成延伸尖端。
45.基于上述示例，一种可行的实施方式中，如图8所示，髋关节主体10底部的环体周壁周上设置有凹槽区30时，固定翼底部朝向髋关节主体10的一端设置有凹槽，固定翼的连接端与髋关节主体连接，固定翼的底部凹槽与环体槽35连接。
46.其中，髋关节主体10和固定翼一体成型，手术时将置换假体的固定翼连接到人体骨骼上，髋关节主体10的位置固定，即使置换主体在人体中若干年，固定翼依然能够与骨骼连接牢固且固定翼不会与髋关节主体10分离，髋关节主体10在人体内的位置固定，不会出现连接松动导致髋关节主体发生移位、脱落的情况。
47.作为一种示例，本技术的3d打印髋关节置换假体，由钛合金材料制成，钛合金按重量分数计包括：5.50％～6.75％al；3.50％～4.50％v；0～0.30％fe；0～0.02％o；0～0.08％c；0～0.05％n；0～0.015％h；0～0.1％cu；0～0.1％sn；余量为ti；髋关节主体表面均匀分布若干微孔。
48.基于上述示例，在一种可行的实施方式中，钛合金按重量分数计包括：5.80％～6.50％al；3.80％～4.20％v；0.10％～0.20％fe；0.01％～0.02％o；0.05％～0.05％c；0.02％～0.04％n；0.01％～0.015％h；0.05％～0.1％cu；0.05％～0.1％sn；余量为ti。通过调节生产髋关节置换假体的钛合金的成分，生产的髋关节置换假体能够有效降低髋臼置换假体的模量，植入后即可发挥即时稳定及支撑作用。
49.如图10所示，髋臼置换假体表面为多孔结构，均匀分布有微孔，髋臼置换假体表面
的开孔率为60％-85％，微孔的孔径为1.50～1.70mm，髋臼置换假体表面的微孔有利于人体骨生长。髋关节主体表面的微孔均匀分布，在相同的孔隙率和孔筋条件下，本技术的髋关节主体表面密度为无孔致密髋关节置换假体密度的92～95％，能够有效降低髋关节置换假体的模量，重建肢体力线与原始肢体力线达到贴合，进而实现有效载荷传导。
50.基于上述示例，在一种可能的实施方式中，髋关节主体表面的孔隙率为70％-80％，微孔的孔径为1.57～1.63mm。
51.基于上述示例，在一种可行的实施方式中，髋关节主体表面的微孔的孔筋丝度为600-1000μm，优选地，髋关节主体表面表面的微孔的孔筋丝度平均为800μm。在此条件下，髋关节主体表面表面的微孔分布更利于骨长入及细胞长入，使假体与骨之间的结合更加紧密。
52.髋关节主体10表面可设有涂层，作为一种示例，涂层可以为钛涂层，钛涂层的厚度为0.3～0.5mm，涂层表面孔隙率为50～60％，钛涂层喷涂到本技术的髋关节主体10的表面多孔结构上与表面多孔结构形成立体孔隙，将髋关节置换假体植入到人体中，有利于长期使用的骨长入。
53.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。