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CN109620480B - 单髁股骨假体 - Google Patents

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CN109620480B
CN109620480B CN201910098530.7A CN201910098530A CN109620480B CN 109620480 B CN109620480 B CN 109620480B CN 201910098530 A CN201910098530 A CN 201910098530A CN 109620480 B CN109620480 B CN 109620480B
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Abstract

本发明涉及一种单髁股骨假体以及胫骨衬垫，单髁股骨假体包括用于与股骨连接的截骨面以及用于与胫骨抵接的关节面，其中关节面包括远端关节面以及后髁关节面，远端关节面在矢状面上具有第一曲率半径，后髁关节面在矢状面上具有第二曲率半径，第一曲率半径大于第二曲率半径，关节面在冠状面上具有第三曲率半径，第三曲率半径与第一曲率半径相等。上述单髁股骨假体与人体的股骨关节面解剖结构更为匹配，避免了股骨远端面覆盖不足以及截骨过多问题，提高了关节面的承力性能以及关节稳定性。

Description

单髁股骨假体
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种单髁股骨假体。
背景技术
单髁置换术由于其创口小、恢复快等优点被广泛地运用于单间室的骨关节的治疗中。单髁置换术中所使用的单髁假体可分为用于置换内侧间室的内侧股骨假体、内侧胫骨假体，以及用于置换外侧间室的外侧股骨假体和外侧胫骨假体。
为了保证整个屈伸范围内股骨部件与胫骨部件的接触面积不变，传统的单髁股骨假体的关节面多为单半径的球形设计。由于股骨后髁部分关节面的形状更接近球面，故该单半径球形设计主要覆盖股骨后髁部分，即以后髁部分关节面轮廓为准进行拟合，因此对股骨远端不能很好的匹配。同时截骨时会在股骨远端形成一凹陷区域，导致远端截骨过多。股骨远端是关节日常生理活动行走和站立的主要承重面，这种不匹配会增加股骨髁假体植入后发生松动的概率。或者有些单髁股骨假体采用曲率半径从远端关节面到后髁关节面逐渐减小的多中心设计，这类股骨假体会使得膝关节在屈曲的过程中韧带组织会变松弛，导致关节稳定性降低，患者术后本体感受差，假体脱位风险高。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题中，提供一种单髁股骨假体以及胫骨衬垫。
一种单髁股骨假体，包括用于与股骨连接的截骨面以及用于与胫骨衬垫抵接的关节面，所述关节面包括远端关节面以及后髁关节面，所述远端关节面在矢状面上具有第一曲率半径，所述后髁关节面在矢状面上具有第二曲率半径，所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径。
上述单髁股骨假体采用了在矢状面上具有双半径的关节面，即在矢状面上具有第一曲率半径的远端关节面以及具有第二曲率半径的后髁关节面，并且第一曲率半径比第二曲率半径大，从而与人体的股骨关节面解剖结构更为匹配，解决了传统的球形单半径假体对股骨远端面覆盖不足以及截骨过多问题。
在其中一个实施例中，所述关节面在冠状面上具有第三曲率半径，所述第三曲率半径与所述第一曲率半径相等。
在其中一个实施例中，所述截骨面包括依次连接的后髁截骨面、后斜截骨面以及远端截骨面，所述后髁截骨面、所述后斜截骨面以及所述远端截骨面均为平面，并且所述后髁截骨面与所述远端截骨面相互垂直。
在其中一个实施例中，所述截骨面包括后髁截骨面以及远端截骨面，所述后髁截骨面为平面，所述远端截骨面为球面，并且所述远端截骨面与所述远端关节面同心。
在其中一个实施例中，所述远端截骨面的曲率半径比所述第一曲率半径小4mm-7mm。
在其中一个实施例中，所述单髁股骨假体的靠近膝关节中心的一侧形成有偏离所述膝关节中心方向的弧面。
在其中一个实施例中，所述弧面自位于所述单髁股骨假体的靠近膝关节中心一侧的前半部分的一点延伸至位于所述单髁股骨假体的前端的一点。
在其中一个实施例中，所述截骨面上设置有至少一根用以辅助所述单髁股骨假体固定的固定柱。
在其中一个实施例中，所述远端关节面与后髁关节面的过渡角范围为10°-25°，所述过渡角为在矢状面上经过所述远端关节面的曲率中心且经过所述远端关节面的最远点的直线与经过所述后髁关节面的曲率中心且经过所述远端关节面与所述后髁关节面的交点的直线所形成的夹角。
在其中一个实施例中，所述单髁股骨假体为用于置换股骨内侧间室的内侧股骨假体，所述内侧股骨假体的第一曲率半径的范围为30mm-55mm，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径的比值范围为1.4-2.1。
在其中一个实施例中，所述内侧股骨假体具有外侧面以及内侧面，所述外侧面与所述内侧面均包括朝靠近膝关节中心方向弯曲的曲面。
在其中一个实施例中，所述外侧面在横断面上的投影成弧线，所述弧线的中点处的切线与矢状面的夹角范围为15°-30°。
在其中一个实施例中，所述单髁股骨假体为用于置换股骨外侧间室的外侧股骨假体，所述外侧股骨假体的第一曲率半径的范围为30mm-60mm，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径的比值范围为1.4-2.1。
在其中一个实施例中，所述外侧股骨假体具有外侧面以及内侧面，所述外侧面包括偏向膝关节中心的第一直面以及第二直面。所述内侧面包括偏向膝关节中心的第三直面以及第四直面。
在其中一个实施例中，所述第一直面与所述第三直面相平行，并且所述第一直面以及所述第三直面与矢状面的夹角范围为0°-6°；所述第二直面与所述第四直面相平行，并且所述第二直面以及所述第四直面与矢状面的夹角范围为7°-14°。
一种胫骨衬垫，用于与上述的单髁股骨假体配合，所述胫骨衬垫具有与所述远端关节面抵接的近端关节面，所述近端关节面为球面，所述第一曲率半径与所述近端关节面的曲率半径的比值范围为0.95-1。
上述胫骨衬垫能与前述的单髁股骨假体相匹配，从而能减小单髁股骨假体磨损，提高了单髁股骨假体使用寿命。
附图说明
图1为人体各解剖面示意图；
图2为膝关节矢状面视图；
图3为膝关节冠状面视图；
图4为一实施例的单髁股骨假体的侧视图；
图5为图4所示的单髁股骨假体的俯视图；
图6为另一实施例的单髁股骨假体的侧视图；
图7为图6所示的单髁股骨假体的俯视图；
图8为一实施例的内侧股骨假体的侧视图；
图9为图8所示的内侧股骨假体的俯视图；
图10为图8所示的内侧股骨假体的安装示意图；
图11为一实施例的外侧股骨假体的侧视图；
图12为图11所示的外侧股骨假体的俯视图；
图13为图11所示的外侧股骨假体的安装示意图；
图14为另一实施例的内侧股骨假体的俯视图；
图15为另一实施例的外侧股骨假体的俯视图；
图16为一实施例的胫骨假体示意图；
图17为图16所示的胫骨假体在A-A截面的截面图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了更好地阐述本发明的技术方案，首先对各实施例中涉及的方位名称进行进行解释，如图1-3所示：
矢状面101：指从前后方向，将人体或关节分成左、右两部分的纵切面，其中，经过人体正中的矢状面为正中矢状面，该面将人体分成左右相等的两部分。
冠状面102：指从左右方向，将人体或关节分为前后两部分的纵切面，该切面与矢状面垂直。
水平面103：也称横切面，是与地平面平行将人体或关节分为上、下两部分的平面，该平面与冠状面和矢状面相互垂直。
远端：人体或关节相对远离头部的一端。
近端：人体或关节相对靠近头部的一端。
内侧：相对接近人体正中矢状面的一侧。
外侧：相对远离人体正中矢状面的一侧。
前侧：矢状面上相对接近腹部的一侧。
后侧：矢状面上相对接近背部的一侧。
参见图4以及图5，本申请实施例提供一种单髁股骨假体100，用于置换膝关节的内侧间室或外侧间室。具体地，一实施例的单髁股骨假体100包括关节面110以及截骨面120。截骨面120用于与股骨连接，以固定单髁股骨假体100。关节面110用于与胫骨抵接，以代替病变的股骨关节面。其中，关节面110为一向远端凸出的曲面，关节面110包括用于代替股骨远端的远端关节面111以及用于代替股骨后髁的后髁关节面112。远端关节面111在矢状面上具有第一曲率半径Rd，后髁关节面112在矢状面上具有第二曲率半径Rp。第一曲率半径Rd大于第二曲率半径Rp，从而关节面110在矢状面上形成具有双半径的弧面，以更好地匹配股骨的远端与后髁。进一步地，关节面110在冠状面上具有第三曲率半径Rc，并且第三曲率半径Rc与第一曲率半径Rd相等，从而使得远端关节面111形成一个半径为第一曲率半径Rd的球面。球面具有更好的承力性能，使得在日常行走和站立中作为主要承重面的远端关节面111具有更好的承重能力。
上述单髁股骨假体100采用了在矢状面上具有双半径的关节面110，即在矢状面上具有第一曲率半径Rd的远端关节面111以及具有第二曲率半径Rp的后髁关节面112。由于人体股骨的远端关节面111比后髁关节面112的曲率半径大，将第一曲率半径Rd设置为比第二曲率半径Rp大，从而能使得关节面110与人体的股骨关节面的解剖结构更为匹配，解决了传统的球形单半径假体对股骨远端面覆盖不足以及截骨过多问题。进一步地，上述单髁股骨假体100的关节面110在冠状面上的曲率半径与第一曲率半径Rd相等，从而使得远端关节面111形成一个球面，避免了传统多中心设计的股骨假体导致的膝关节屈曲不稳定问题，提高了远端关节面111的承力性能以及关节稳定性。
单髁股骨假体100的截骨面120与在单髁置换术中形成的股骨截骨面相匹配。在其中一个实施例中，截骨面120包括依次连接的后髁截骨面121、后斜截骨面122以及远端截骨面123。后髁截骨面121、后斜截骨面122以及远端截骨面123均为平面，并且后髁截骨面121与远端截骨面123相互垂直。进一步地，后斜截骨面122与后髁截骨面121以及远端截骨面123的夹角为130°-140°，优选为135°。将后髁截骨面121、后斜截骨面122以及远端截骨面123设置为平面，使得截骨面120加工简单，降低了工艺难度。
参见图6以及图7，在另一实施例中，远端截骨面123也可以采用球面代替，具体地，一实施例的截骨面120包括后髁截骨面121以及远端截骨面123。其中后髁截骨面121为平面。远端截骨面123为球面，并且远端截骨面123与远端关节面111同心，即远端截骨面123的曲率中心与远端关节面111的曲率中心重合。进一步地，远端截骨面123的曲率半径比远端关节面111的曲率半径小4mm-7mm，优选为4.5-6.5mm，最优先为6mm。在该范围内，假体厚度可以满足机械强度的要求，而且可以尽可能地控制接骨量，防止过多地截骨。以上数值范围包含端点值，下同。远端截骨面123采用球形结构可更多地保留股骨的皮质骨，在截骨时能更好地维持股骨原有松质骨结构，股骨术后承力性能更好，降低术后单髁股骨假体100的松动概率。
请继续参见图4，在其中一个实施例中，单髁股骨假体100的截骨面120上设置有至少一根固定柱124。具体地，参照图4，截骨面120上设置了两根固定柱124。固定柱124为圆柱状，用以辅助单髁股骨假体100固定。具体地，在单髁股骨假体100置换术中，会在股骨截骨面上开设安装孔，固定柱124设置于安装孔内，以达到固定单髁股骨假体100的目的。
根据置换位置不同，单髁股骨假体100可分为用于置换股骨内侧间室的内侧股骨假体以及用于置换股骨外侧间室的外侧股骨假体。当单髁股骨假体100为内侧股骨假体时，第一曲率半径Rd的范围为30mm-55mm，优选为36mm-46mm，最优选为41mm。所述第一曲率半径Rd在该数值范围内，假体的远端关节面的形状更加匹配人体原本的远端关节面的生理结构。第一曲率半径Rd与第二曲率半径Rp的比值范围为1.4-2.1，优先为1.6-2.0，最优选为1.7，从而使得内侧股骨假体更匹配股骨内侧间室。进一步地，远端关节面111与后髁关节面112的过渡角β的范围为10°-25°，优选为15°-20°，最优选为20°。过渡角在该范围内能更好的平衡关节活动度和摩擦性能。过渡角β被定义为在矢状面上，经过所述远端关节面111的曲率中心且经过远端关节面111的最远点a的直线与经过后髁关节面112的曲率中心且经过远端关节面111与后髁关节面112的交点b的直线所形成的夹角。
当单髁股骨假体100为外侧股骨假体时，第一曲率半径Rd的范围为30mm-60mm，优选为41mm-51mm,最优选为46mm。所述第一曲率半径Rd在该数值范围内，假体的远端关节面的形状更加匹配人体原本的远端关节面的生理结构。第一曲率半径Rd与第二曲率半径Rp的比值范围为1.4-2.1，优先为1.6-2.0，最优选为1.7，从而使得外侧股骨假体更匹配股骨外侧间室。进一步地，远端关节面111与后髁关节面112的过渡角β范围为10°-25°，过渡角在该范围内能更好的平衡关节活动度和摩擦性能。
本申请还提供一种非对称的单髁股骨假体，具体地，参见图8-10，以右侧膝关节的内侧股骨假体200为例，内侧股骨假体200的靠近膝关节中心500的一侧为内侧股骨假体200的内侧面231，内侧股骨假体200的远离膝关节中心500的一侧为内侧股骨假体200的外侧面232。其中，内侧股骨假体200的内侧面231形成有偏离膝关节中心500方向的弧面2311。具体地，弧面2311自位于内侧股骨假体200的内侧面231的前半部分的A点延伸至位于内侧股骨假体200的前端B点。优选A点位于内侧面231的前35%~45%处，最优选A点位于内侧面231的前40%处。其中“位于内侧面231的前35%~45%处”是指：沿前后方向A点到B点的距离L1占内侧股骨假体200最前端到最后端的距离L2的35%~45%。优选B点位于内侧股骨假体200的前端中点。具有上述弧面2311的内侧股骨假体200，可降低术后膝关节屈伸时髌骨与内侧股骨假体200碰撞的概率，降低术后疼痛和内侧股骨假体200松动概率。进一步地，以正中矢状面为镜像面，对右侧膝关节的内侧股骨假体200进行镜像即可得到应用于左侧膝关节内侧间室的内侧股骨假体。
参见图11-13，以右侧膝关节的外侧股骨假体300为例，外侧股骨假体300的靠近膝关节中心500的一侧为内侧面331，内侧股骨假体200的远离膝关节中心500的一侧为外侧面332。其中，外侧股骨假体300的内侧面331形成有偏离膝关节中心500方向的弧面3311。具体地，弧面3311自位于外侧股骨假体300的内侧面331的前半部分的A点延伸至位于外侧股骨假体300的前端的B点。优选A点位于内侧面331的前35%~45%处，最优选A点位于内侧面331的前40%处。其中“位于内侧面331的前35%~45%处”是指：沿前后方向A点到B点的距离L1占外侧股骨假体300最前端到最后端的距离L2的35%~45%%。具有上述弧面3311的外侧股骨假体300，可降低术后膝关节屈伸时髌骨与外侧股骨假体300碰撞的概率，降低术后疼痛和外侧股骨假体300松动概率。进一步地，以正中矢状面为镜像面，对右侧膝关节的外侧股骨假体300进行镜像即可得到应用于左侧膝关节外侧间室的外侧股骨假体。
在其中一个实施例中，本申请还针对内侧股骨假体200的内侧面231以及外侧面232做了进一步改进。具体地，参见图14，以右膝关节的内侧股骨假体200为例，内侧股骨假体200的外侧面232以及内侧面231均为朝靠近膝关节中心方向弯曲的曲面。可选地，内侧股骨假体200的内侧面231还形成有偏离内侧面231延伸方向的弧线2311，所述弧线2311自位于所述单髁股骨假体的靠近膝关节中心一侧的前半部分的一点延伸至位于所述单髁股骨假体的前端的一点。两端点的位置范围参考图9所示实施例。进一步地，如图14所示，外侧面232在水平面上的投影能成一弧线，该弧线的中点C处的切线与矢状面的夹角α1的范围为15°-30°，优选为23-27°，最优选为25°。所述夹角α1在上述范围内，则上述内侧股骨假体200与股骨内侧髁的解剖形状更为匹配，避免了内侧股骨假体200前端外悬凸出与膝关节内侧韧带组织干涉，减小了患者术后疼痛发生概率。进一步地，以正中矢状面为镜像面，对右侧膝关节的内侧股骨假体200进行镜像即可得到应用于左侧膝关节内侧间室的内侧股骨假体。
在另一个实施例中，本申请还针对外侧股骨假体300的内侧面331以及外侧面332做了进一步改进，具体地，参见图15，以右膝关节的外侧股骨假体300为例，外侧股骨假体300的外侧面332包括偏向膝关节中心的第一直面3321以及第二直面3322。内侧面331包括偏向膝关节中心的第三直面3312以及第四直面3313。可选地，外侧股骨假体300的内侧面331还形成有偏离第四直面3313延伸方向的弧线3311，所述弧线3311自位于所述单髁股骨假体的靠近膝关节中心一侧的前半部分的一点延伸至位于所述单髁股骨假体的前端的一点。两端点的位置范围参考图12所示实施例。其中，第一直面3321与第三直3312面相平行，并且第一直面3321以及第三直面3312与矢状面的夹角α2的范围均为0°-6°，优选为3°-5°，最优先为3°。第二直面3322与第四直面3313相平行，并且第二直面3322以及第四直面3313与矢状面的夹角α3的范围为7°-14°，优先为7°-11°，最优选为9°。夹角α2、夹角α3在上述范围内，则上述外侧股骨假体300与股骨的外侧髁的解剖形状更为匹配，避免了外侧股骨假体300的前端外悬凸出与膝关节外侧韧带组织干涉，减小了患者术后疼痛发生概率。进一步地，以正中矢状面为镜像面，对右侧膝关节的外侧股骨假体300进行镜像即可得到应用于左侧膝关节外侧间室的外侧股骨假体。
参见图16-17，本申请还提供一种胫骨衬垫400，用于与上述任一实施例的单髁股骨假体配合使用,例如与单髁股骨假体100配合。具体地，一实施例的胫骨衬垫400包括远端面410以及近端关节面420。远端面410为平面，用于与胫骨连接。近端关节面420用于与上述单髁股骨假体100的远端关节面111抵接。进一步地，近端关节面420为球面，并且近端关节面420的曲率半径SR与跟其配合的远端关节面111的第一曲率半径Rd相近。具体地，第一曲率半径Rd与近端关节面420的曲率半径SR的比值范围为0.95-1。
上述胫骨衬垫400在膝关节伸直状态时，即胫骨衬垫400与单髁股骨假体100的远端关节面111相接触时，由于近端关节面420的曲率半径SR与跟远端关节面111的矢状面曲率半径Rd及冠状面曲率半径Rc都相近，近端关节面420与远端关节面111能高度匹配。此时，人体的姿势为站立行走等，是膝关节承压较大的姿态，胫骨衬垫400与单髁股骨假体100的高度匹配，可使上述胫骨垫片400与单髁股骨假体100之间具有更好的接触摩擦性能，减小单髁股骨假体100的磨损，提高单髁股骨假体100的使用寿命。
在膝关节屈曲状态时，即胫骨衬垫400与单髁股骨假体100的后髁关节面112相接触时，虽然近端关节面420的曲率半径SR与后髁关节面112的矢状面曲率半径（即第三曲率半径Rp）并不相近，但由于近端关节面420的曲率半径SR与后髁关节面112的冠状面曲率半径（即第三曲率半径Rc）相近，因此近端关节面420与后髁关节面112在冠状面也能保持高度匹配。膝关节在屈曲状态时，人体多为坐姿，此时膝关节承压小，冠状面的高度匹配足以保证较好的接触摩擦性能，减小单髁股骨假体100的磨损，提高单髁股骨假体100的使用寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单髁股骨假体，其特征在于，包括用于与股骨连接的截骨面以及用于与胫骨衬垫抵接的关节面，所述关节面包括远端关节面以及后髁关节面，所述远端关节面在矢状面上具有第一曲率半径，所述后髁关节面在矢状面上具有第二曲率半径，所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径；所述关节面在冠状面上具有第三曲率半径，所述第三曲率半径与所述第一曲率半径相等；所述单髁股骨假体的靠近膝关节中心的一侧形成有偏离所述膝关节中心方向的弧面；所述弧面自位于所述单髁股骨假体的靠近膝关节中心一侧的前半部分的A点延伸至位于所述单髁股骨假体的前端的B点，沿前后方向，所述A点到所述B点的距离L1占所述单髁股骨假体的最前端到所述单髁股骨假体的最后端的距离L2的35％～45％。
2.根据权利要求1所述的单髁股骨假体，其特征在于，所述截骨面包括后髁截骨面以及远端截骨面，所述后髁截骨面为平面，所述远端截骨面为球面，并且所述远端截骨面与所述远端关节面同心。
3.根据权利要求2所述的单髁股骨假体，其特征在于，所述远端截骨面的曲率半径比所述第一曲率半径小4mm-7mm。
4.根据权利要求1所述的单髁股骨假体，其特征在于，所述远端关节面与所述后髁关节面的过渡角范围为10°-25°。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的单髁股骨假体，其特征在于，所述单髁股骨假体为用于置换股骨内侧间室的内侧股骨假体，所述内侧股骨假体的第一曲率半径的范围为30mm-55mm，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径的比值范围为1.4-2.1。
6.根据权利要求5中所述的单髁股骨假体，其特征在于，所述内侧股骨假体具有外侧面以及内侧面，所述外侧面与所述内侧面均包括朝靠近膝关节中心方向弯曲的曲面。
7.根据权利要求6中所述的单髁股骨假体，其特征在于，所述外侧面在水平面上的投影形成弧线，所述弧线的中点处的切线与矢状面的夹角范围为15°-30°。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的单髁股骨假体，其特征在于，所述单髁股骨假体为用于置换股骨外侧间室的外侧股骨假体，所述外侧股骨假体的第一曲率半径的范围为30mm-60mm，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径的比值范围为1.4-2.1。
9.根据权利要求8中所述的单髁股骨假体，其特征在于，所述外侧股骨假体具有外侧面以及内侧面，所述外侧面包括偏向膝关节中心的第一直面以及第二直面，所述内侧面包括偏向膝关节中心的第三直面以及第四直面。
10.根据权利要求9中所述的单髁股骨假体，其特征在于，所述第一直面与所述第三直面相平行，并且所述第一直面以及所述第三直面与矢状面的夹角范围为0°-6°；所述第二直面与所述第四直面相平行，并且所述第二直面以及所述第四直面与矢状面的夹角范围为7°-14°。
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