CN118845312B - 一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体 - Google Patents

Abstract

一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，属于医用假体领域，包括骶髂平台和髂骨复合体；所述的骶髂平台的上部分别设置有轴关节面和耳状面，轴关节面和耳状面所在的平面夹角为135°±10°，下部设置有套筒连接杆，套筒连接杆上设置有数个连接杆螺孔；所述的髂骨复合体上端设置有套筒，套筒侧壁开设有数个套筒螺孔；所述的骶髂平台的套筒连接杆穿套在髂骨复合体的套筒内，大小相应；本发明具有仿生骶髂界面轴向骶髂关节的解剖结构和人体限制骶骨章动及反向章动作用，通过骶骨轴关节面、耳状面双界面固定，不仅降低了骶骨横钉的剪切应力，还增加了骶骨骨整合面积，提高假体稳定，最终实现假体的短期稳定性及长期有效性。

Description

一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体

技术领域

本发明涉及医用假体领域，特别涉及一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体。

背景技术

骨盆肿瘤切除及功能性重建已成为现今骨盆肿瘤治疗的主流方法，当前骨盆重建主要依靠骶髂关节和耻骨联合固定，其中骶髂关节固定起到主要作用（可到达60%的作用）。目前，骶髂界面的固定方式主要为耳状面单界面固定，该固定方式通过螺钉将假体与骶骨耳状面贴合连接。由于骶骨耳状面较垂直，所承受应力主要为剪切应力，较大的剪切应力将增大骶髂界面松动、螺钉折断、骶骨骨折等并发症风险。在此基础上，骨盆假体还可以通过增加钉棒系统、骶骨钩等辅助固定方式增强骶髂界面的稳定。然而，骶骨钩虽可降低骶髂界面的剪切应力，但未考虑解剖仿生设计，依靠钩辅助固定的稳定性尚存在争议；当前应用较广的辅助钉棒系统可提供骶髂界面稳定，但限制了腰椎活动且改变了骨盆力学传导，并且手术切口较大，安装难度较高，普及应用困难。

因此，亟需开发一种具有解剖仿生设计、可重建人体骶髂界面结构和功能、稳定性俱佳、易于安装应用的骨盆假体。

传统意义上的骶髂关节是指骶骨耳状面与髂骨形成的关节，骶骨耳状面是传导骨盆应力的枢纽并维持骨盆环结构的稳定。近年来，随着解剖研究的深入，人们发现在两侧耳状面背面，存在一个“轴向的”关节即骶髂轴关节，其位于骶髂关节耳状面形成的角背侧约15 mm囊外的髂突和骶腔，这些骨性结构通常在一侧被软骨覆盖，骶骨腔被富含脂肪细胞的乳晕组织占据，它们的界面非常紧密，形成一个囊外连接。作为骶髂关节的组成部分，骶髂轴关节在骶骨章动旋转和反章动旋转中发挥着关键作用，在骨盆的生物力学传导和稳定性维护中扮演着不可或缺的角色。然而，当前的骨盆假体设计并未充分考虑重建轴关节结构及功能的重要性，这在一定程度上限制了假体的应用效果和患者的术后恢复。

因此，从仿生学角度出发，研发一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体显得尤为重要。这种假体能够模拟自然状态下骶髂轴关节的结构与功能，通过重建这一关键关节，实现骨盆假体的更稳定固定和更接近生理状态的力学传导。这不仅有望解决传统固定方式存在的问题，还能推动骨盆肿瘤治疗技术的进一步发展，为患者带来更加安全、有效的治疗选择。

综上所述，本发明从仿生学角度出发，研发一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，重建骨盆结构和功能，具有骶髂界面稳定、易于安装及推广等特点。

发明内容

本发明基于目前骨盆假体存在的缺陷，提供了一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，该假体具有仿生骶髂界面轴向骶髂关节的解剖结构和人体限制骶骨章动及反向章动作用，通过骶骨轴关节面、耳状面双界面固定，不仅降低了骶骨横钉的剪切应力，还增加了骶骨骨整合面积，提高假体稳定，最终实现假体的短期稳定性及长期有效性。

一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，包括骶髂平台和髂骨复合体；

所述的骶髂平台的上部分别设置有轴关节面和耳状面，轴关节面和耳状面所在的平面夹角为135°±10°，下部设置有套筒连接杆，套筒连接杆上设置有数个连接杆螺孔；

所述的髂骨复合体上端设置有套筒，套筒侧壁开设有数个套筒螺孔；

所述的骶髂平台的套筒连接杆穿套在髂骨复合体的套筒内，大小相应；

所述的连接杆螺孔与套筒螺孔数量相同，位置相应。

所述的轴关节面上开设有数个轴关节面螺孔；耳状面上开设有数个耳状面螺孔；骶骨螺钉螺设在轴关节面螺孔与耳状面螺孔内，使轴关节面和耳状面分别与人体骶骨连接。

所述的轴关节面依据骶髂界面轴向骶髂关节的解剖结构和人体限制骶骨章动及反向章动作用的仿生设计，形状为半月形，人骶骨轴关节面上缘距骶骨上缘高度为h，依据h高度的不同，将骶髂平台分为三种，分别为：

第一种，h>10mm，轴关节面高度为23.0mm，宽度为22.0mm，深度为7.0mm；第二种，5mm<h≤10mm，轴关节面高度为26.0mm，宽度为22.0mm，深度为6.0mm；

第三种，h≤5mm，轴关节面高度为33.0mm，宽度为23.5mm，深度为6.0mm。

所述的耳状面根据骨盆环重建原理进行设计，表面设有界面微孔，形状为肾形。

所述的髂骨复合体根据肿瘤侵袭部位分为三类：

第一类，针对髂骨部位侵袭，髂骨复合体仅有髂骨部分，根据骨盆环的力学特征，设计为弧形实心高强度结构，髂骨复合体下方通过螺钉与同侧髋臼部分固定；

第二类，针对髂骨部位和髋臼部位侵袭，髂骨复合体包括有髂骨部分和髋臼部分，髂骨部分与上述第一类相同设计，髋臼部分为实心高强度的标准髋臼假体，表面设有界面微孔，髂骨复合体下方通过螺钉与同侧坐骨支、耻骨支固定；

第三类，针对髂骨部位、髋臼部位和坐骨、耻骨部位的侵袭，髂骨复合体包括有髂骨部分、髋臼部分，和坐骨、耻骨部分，髂骨部分和髋臼部分与第二类设计相同，依据骨盆环完整性和骨盆生物力学功能，通过拓扑优化设计坐骨、耻骨部分，设计为流线型实心高强度结构，髂骨复合体下方通过螺钉与对侧耻骨联合面固定。

所述的骶髂平台通过轴关节面和耳状面与骶骨螺接固定。

所述的骶骨螺钉植入方向采用骨密度通道设计。

所述的骶髂平台和髂骨复合体的材料采用Ti6Al。

所述的微孔结构或者为bcc结构或者体心立方结构或者金刚石结构或者泰森多边形结构。

工作过程和工作原理：

骶骨与两侧髋骨组成了一个刚性环结构，称为骨盆环。骨盆环分前后两部分，后部是承重主弓直立位时重力线经，骶髂关节至两侧髋骨为骶股弓。因为外力或者肿瘤细胞的侵蚀，会造成骨盆环的损坏，本发明根据骨盆环的支撑原理，对骨盆环缺损的部位补充假体进行修复。本发明通过解剖形态学测量，明确了轴关节面与耳状面间的夹角关系，依据骶髂界面轴向骶髂关节的解剖结构和人体限制骶骨章动及反向章动作用的仿生设计重建了骨盆结构和功能，以此为基础设计了骶髂平台来增强骶髂界面稳定性。

骶髂平台轴关节面与骶骨轴关节面通过螺钉固定，骶髂平台耳状面与骶骨耳状面通过螺钉固定。根据患者骨盆缺损部位和程度的不同设计了三类髂骨复合体，髂骨复合体与骶髂平台通过套筒方式连接固定。第一类髂骨复合体可替代髂骨骨缺损部分，根据骨盆环力学特征设计为弧形实心高强度结构；第二类髂骨复合体可替代合并髂骨和髋臼的骨缺损部分，髂骨部分与第一类髂骨复合体设计相同，髋臼部分为实心高强度的标准髋臼假体，设有界面微孔以促进骨长入增强稳定性；第三类髂骨复合体可替代合并髂骨、髋臼和坐骨、耻骨的骨缺损部分，髂骨和髋臼骨缺损部分与第二类复合体设计相同，根据骨盆环完整性和骨盆生物力学特征，将坐骨、耻骨骨缺损部分通过拓扑优化设计为流线型实心高强度结构。三类复合体均通过螺钉与下方骨组织坚强固定。

骨密度（Bone Mineral Density，BMD）：是指单位骨组织内骨矿物质的含量。本发明螺钉选用的骨密度通道就是选择骨矿物质含量最高的通道。

本发明的有益效果：

1、本发明具有仿生骶髂界面轴向骶髂关节的解剖结构和人体限制骶骨章动及反向章动作用，通过骶骨轴关节面、耳状面双界面固定，不仅降低了骶骨横钉的剪切应力，还增加了骶骨骨整合面积，提高假体稳定，最终实现假体的短期稳定性及长期有效性。

2、本发明提出了“轴关节仿生设计理论”，通过解剖形态学测量，明确了轴关节面与耳状面间的夹角关系，重建了骨盆结构和功能，增强骶髂界面稳定性，为骨盆假体设计改进提供了理论依据。

3、本发明提出了三类髂骨复合体，通过与骶髂平台的连接，可以满足不同类型患者的假体设计需求，易于安装及推广。

4、本发明已具备完善的重建理论和完整的重建流程，能够快速并准确完成骨盆重建，提高手术效率，加速患者术后康复。

附图说明

图1为本发明与轴关节连接位置示意图。

图2为本发明实施例1的髂骨复合体的示意图。

图3为本发明实施例1的安装正视图。

图4为本发明实施例1的安装侧视图。

图5为本发明实施例2的髂骨复合体的示意图。

图6为本发明实施例2的安装正视图。

图7为本发明实施例2的安装侧视图。

图8为本发明实施例3的髂骨复合体的示意图。

图9为本发明实施例3的安装正视图。

图10为本发明实施例3的安装侧视图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1、图2、图3和图4所示，为本发明的实施例1。

一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，包括骶髂平台1和髂骨复合体2；

所述的骶髂平台1的上部分别设置有轴关节面11和耳状面12，轴关节面11和耳状面12所在的平面夹角为135°，下部设置有套筒连接杆13，套筒连接杆13上设置有二个连接杆螺孔14；

所述的髂骨复合体2上端设置有套筒21，套筒21侧壁开设有二个套筒螺孔22；

所述的骶髂平台1的套筒连接杆13穿套在髂骨复合体2的套筒21内，大小相应；

所述的连接杆螺孔14与套筒螺孔22数量相同，位置相应。

所述的轴关节面11上开设有二个轴关节面螺孔111；耳状面12上开设有二个耳状面螺孔121，骶骨螺钉3螺设在轴关节面螺孔111与耳状面螺孔121内，使轴关节面11和耳状面12分别与人体骶骨连接。

所述的轴关节面11依据骶髂界面轴向骶髂关节的解剖结构和人体限制骶骨章动及反向章动作用的仿生设计，形状为半月形，人骶骨轴关节面上缘距骶骨上缘高度为h， h为12mm，轴关节面高度为23.0mm，宽度为22.0mm，深度为7.0mm。

所述的耳状面12根据骨盆环重建原理进行设计，表面设有体心立方结构的界面微孔，形状为肾形。

肿瘤侵袭部位为髂骨部位，髂骨复合体2仅有髂骨部分，根据骨盆环的力学特征，设计为弧形实心高强度结构，髂骨复合体2下方通过螺钉与同侧髋臼部分固定；

所述的骶髂平台1通过轴关节面11和耳状面12与骶骨螺接固定。

所述的骶骨螺钉3植入方向采用骨密度通道设计。

所述的骶髂平台1和髂骨复合体2的材料采用Ti6Al。

实施例2

请参阅图1、图5、图6和图7所示，为本发明的实施例2。

一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，包括骶髂平台1和髂骨复合体2；

所述的骶髂平台1的上部分别设置有轴关节面11和耳状面12，轴关节面11和耳状面12所在的平面夹角为140°，下部设置有套筒连接杆13，套筒连接杆13上设置有二个连接杆螺孔14；

所述的髂骨复合体2上端设置有套筒21，套筒21侧壁开设有二个套筒螺孔22；

所述的骶髂平台1的套筒连接杆13穿套在髂骨复合体2的套筒21内，大小相应；

所述的连接杆螺孔14与套筒螺孔22数量相同，位置相应。

所述的轴关节面11上开设有二个轴关节面螺孔111；耳状面12上开设有二个耳状面螺孔121，骶骨螺钉3螺设在轴关节面螺孔111与耳状面螺孔121内，使轴关节面11和耳状面12分别与人体骶骨连接。

所述的轴关节面11依据骶髂界面轴向骶髂关节的解剖结构和人体限制骶骨章动及反向章动作用的仿生设计，形状为半月形，人骶骨轴关节面上缘距骶骨上缘高度为h， h为8mm，轴关节面高度为26.0mm，宽度为22.0mm，深度为6.0mm。

所述的耳状面12根据骨盆环重建原理进行设计，表面设有金刚石结构的界面微孔，形状为肾形。

肿瘤侵袭部位为髂骨部位和髋臼部位，髂骨复合体2包括有髂骨部分和髋臼部分，髂骨部分与发明内容中第一类相同设计，髋臼部分为实心高强度的标准髋臼假体，表面设有金刚石结构的界面微孔，髂骨复合体2下方通过螺钉与同侧坐骨支、耻骨支固定；

所述的骶髂平台1通过轴关节面11和耳状面12与骶骨螺接固定。

所述的骶骨螺钉3植入方向采用骨密度通道设计。

所述的骶髂平台1和髂骨复合体2的材料采用Ti6Al。

实施例3

请参阅图1、图8、图9和图10所示，为本发明的实施例3。

一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，包括骶髂平台1和髂骨复合体2；

所述的骶髂平台1的上部分别设置有轴关节面11和耳状面12，轴关节面11和耳状面12所在的平面夹角为130°，下部设置有套筒连接杆13，套筒连接杆13上设置有二个连接杆螺孔14；

所述的髂骨复合体2上端设置有套筒21，套筒21侧壁开设有二个套筒螺孔22；

所述的骶髂平台1的套筒连接杆13穿套在髂骨复合体2的套筒21内，大小相应；

所述的连接杆螺孔14与套筒螺孔22数量相同，位置相应。

所述的轴关节面11上开设有二个轴关节面螺孔111；耳状面12上开设有二个耳状面螺孔121，骶骨螺钉3螺设在轴关节面螺孔111与耳状面螺孔121内，使轴关节面11和耳状面12分别与人体骶骨连接。

所述的轴关节面11依据骶髂界面轴向骶髂关节的解剖结构和人体限制骶骨章动及反向章动作用的仿生设计，形状为半月形，人骶骨轴关节面上缘距骶骨上缘高度为h， h为4mm，轴关节面高度为33.0mm，宽度为23.5mm，深度为6.0mm。

所述的耳状面12根据骨盆环重建原理进行设计，表面设有泰森多边形结构界面微孔，形状为肾形。

肿瘤侵袭部位为髂骨部位、髋臼部位和坐骨、耻骨部位，髂骨复合体2包括有髂骨部分、髋臼部分和坐骨、耻骨部分，髂骨部分和髋臼部分与发明内容中第二类设计相同，依据骨盆环完整性和骨盆生物力学功能，通过拓扑优化设计坐骨、耻骨部分，设计为流线型实心高强度结构，髂骨复合体2下方通过螺钉与对侧耻骨联合面固定。

所述的骶髂平台1通过轴关节面11和耳状面12与骶骨螺接固定。

所述的骶骨螺钉3植入方向采用骨密度通道设计。

所述的骶髂平台1和髂骨复合体2的材料采用Ti6Al。

Claims (8)

1.一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，其特征在于：包括骶髂平台（1）和髂骨复合体（2）；

所述的骶髂平台（1）的上部分别设置有轴关节面（11）和耳状面（12），轴关节面（11）和耳状面（12）所在的平面夹角为135°±10°，下部设置有套筒连接杆（13），套筒连接杆（13）上设置有数个连接杆螺孔（14）；

所述的髂骨复合体（2）上端设置有套筒（21），套筒（21）侧壁开设有数个套筒螺孔（22）；

所述的骶髂平台（1）的套筒连接杆（13）穿套在髂骨复合体（2）的套筒（21）内，大小相应；

所述的连接杆螺孔（14）与套筒螺孔（22）数量相同，位置相应；

所述的轴关节面（11）依据骶髂界面轴向骶髂关节的解剖结构和人体限制骶骨章动及反向章动作用的仿生设计，形状为半月形，人骶骨轴关节面上缘距骶骨上缘高度为h，依据h高度的不同，将骶髂平台分为三种，分别为：

第一种，h>10mm，轴关节面高度为23.0mm，宽度为22.0mm，深度为7.0mm；第二种，5mm<h≤10mm，轴关节面高度为26.0mm，宽度为22.0mm，深度为6.0mm；

第三种，h≤5mm，轴关节面高度为33.0mm，宽度为23.5mm，深度为6.0mm。

2.根据权利要求1所述的一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，其特征在于：所述的轴关节面（11）上开设有数个轴关节面螺孔（111）；耳状面（12）上开设有数个耳状面螺孔（121）；骶骨螺钉（3）螺设在轴关节面螺孔（111）与耳状面螺孔（121）内，使轴关节面（11）和耳状面（12）分别与人体骶骨连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，其特征在于：所述的耳状面（12）根据骨盆环重建原理进行设计，表面设有界面微孔，形状为肾形。

4.根据权利要求1所述的一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，其特征在于：所述的髂骨复合体（2）根据肿瘤侵袭部位分为三类：

第一类，针对髂骨部位侵袭，髂骨复合体（2）仅有髂骨部分，根据骨盆环的力学特征，设计为弧形实心高强度结构，髂骨复合体（2）下方通过螺钉与同侧髋臼部分固定；

第二类，针对髂骨部位和髋臼部位侵袭，髂骨复合体（2）包括有髂骨部分和髋臼部分，髂骨部分与上述第一类相同设计，髋臼部分为实心高强度的标准髋臼假体，表面设有界面微孔，髂骨复合体（2）下方通过螺钉与同侧坐骨支、耻骨支固定；

第三类，针对髂骨部位、髋臼部位和坐骨、耻骨部位的侵袭，髂骨复合体（2）包括有髂骨部分、髋臼部分，和坐骨、耻骨部分，髂骨部分和髋臼部分与第二类设计相同，依据骨盆环完整性和骨盆生物力学功能，通过拓扑优化设计坐骨、耻骨部分，设计为流线型实心高强度结构，髂骨复合体（2）下方通过螺钉与对侧耻骨联合面固定。

5.根据权利要求1所述的一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，其特征在于：所述的骶髂平台（1）通过轴关节面（11）和耳状面（12）与骶骨螺接固定。

6.根据权利要求2所述的一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，其特征在于： 所述的骶骨螺钉（3）植入方向采用骨密度通道设计。

7.根据权利要求1所述的一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，其特征在于：所述的骶髂平台（1）和髂骨复合体（2）的材料采用Ti6Al。

8.根据权利要求4所述的一种具有仿生轴关节功能的骨盆假体，其特征在于：所述的微孔结构或者为bcc结构或者体心立方结构或者金刚石结构或者泰森多边形结构。