髋臼杯的制作方法

1.本实用新型涉及假体置换技术领域，具体而言，涉及一种髋臼杯。


背景技术：

2.人体骨骼是人体主要的承力结构，对人体至关重要。髋臼部分更是人体下肢生理运动的核心关节区域。髋臼部分骨骼的缺损或损伤，会对人正常的生活造成严重的影响。目前，治疗因骨性关节炎或退行性骨关节炎导致的髋关节问题常用的方式是进行髋关节置换手术。髋关节置换手术采用陶瓷材质的髋臼假体，填充受损的髋臼窝，形成具有良好摩擦性能的人工关节界面。
3.但是在使用陶瓷作为人造髋臼假体的过程中依然存在问题。虽然目前的陶瓷材料在材料韧性上面较之前的陶瓷产品有很大的提升，但相对人体本身的骨头来说差距仍然很大，而且由于人体的生理运动特点，髋臼的受力主要集中在髋臼上沿一侧的部分，其他部分受力较小。对于普通髋臼杯来说，在这种生理条件下，髋臼杯上的应力分布极不均匀，当髋臼杯受力的大小不同时，在截面上的应力成不均匀的状态。在这一应力环境下，髋臼杯会发生局部形变。对于传统的金属杯加聚乙烯内衬组合的假体来说，这种局部形变会导致区域磨损严重，最终假体失效。对于陶瓷材料来说，这种不均匀的形变则是更加严重的，严重时会导致陶瓷材料破碎，对患者造成更大的伤害。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种髋臼杯，以解决现有技术中的髋臼杯容易因应力集中造成断裂失效的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种髋臼杯，包括：杯体，杯体包括外表面和内表面，外表面为第一球形面，以用于与髋臼窝连接，内表面为第二球形面，以用于与股骨头连接；其中，第一球形面的球心和第二球形面的球心之间具有距离，以使外表面杯体的上侧的厚度大于杯体的下侧的厚度。
6.进一步地，第一球形面的球心和第二球形面的球心之间的距离为d，其中，0＜d≤2.5mm。
7.进一步地，第一球形面的球心位于杯体的端面所在的平面内。
8.进一步地，第二球形面的球心位于杯体的端面所在的平面内。
9.进一步地，杯体的最大的厚度为d1，杯体的最小厚度为d2，其中，1.2＜d1/d2＜1.5。
10.进一步地，还包括包裹在外表面上骨整合层。
11.进一步地，骨整合层小于杯体厚度。
12.进一步地，骨整合层采用钛和羟基磷灰石喷涂形成。
13.进一步地，杯体采用陶瓷材料制成，杯体采用切削方式成型。
14.进一步地，内表面和外表面的连接处倒角设置，骨整合层的边沿处倒角设置。
15.应用本实用新型的技术方案的髋臼杯，该髋臼杯采用了不均衡厚度设计，以分别匹配应力大小不同的受力部位，具体的，杯体为球缺体，在球缺体的平面上加工一个内槽，内槽为第二球形面，采用旋转刀具加工而成，该第二球形面偏心设置在髋臼杯的杯体上，这样使得杯体平面一侧厚度较薄一侧厚度较厚，厚度较厚的一侧在使用时设置在上方以承受较大的应力，厚度较薄的一侧设置在下方以承受相对较小的应力，这样设置的杯体在安装时不论是空间还是受力都更加合理，解决了传统厚度一致的杯体在使用时应力较大一侧容易因应力集中断裂，造成杯体损坏的问题。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
17.图1示出了根据本实用新型的髋臼杯的实施例的结构示意图；以及
18.图2示出了本实用新型的髋臼杯的实施例的剖视图。
19.其中，上述附图包括以下附图标记：
20.10、杯体；11、外表面；12、内表面；20、骨整合层。
具体实施方式
21.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可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
22.请参考图1和图2，本实施例的髋臼杯包括杯体10，杯体10包括外表面11和内表面12，外表面11为第一球形面，以用于与髋臼窝连接，内表面12为第二球形面，以用于与股骨头连接；其中，第一球形面的球心和第二球形面的球心之间具有距离，以使外表面11杯体10的上侧的厚度大于杯体10的下侧的厚度。
23.本实用新型提供了一种适应性更强，使用寿命更长的髋臼杯，该髋臼杯采用了不均衡厚度设计，以分别匹配应力大小不同的受力部位，具体的，杯体10为球缺体，在球缺体的平面上加工一个内槽形成第二球形面，采用旋转刀具加工而成，该第二球形面偏心设置在髋臼杯的杯体10上，这样使得杯体10的一侧厚度较薄一侧厚度较厚，厚度较厚的一侧在使用时设置在上方以承受较大的应力，厚度较薄的一侧设置在下方以承受相对较小的应力，这样设置的杯体10在安装时不论是空间还是受力都更加合理，使整个髋臼杯接近等应力状态，消除或减少了应力集中点和区域，减小了陶瓷假体破碎的风险，解决了传统厚度一致的杯体10在使用时应力较大一侧容易断裂失效，造成杯体10损坏的问题。
24.在传统的金属材料髋臼杯上，由于利用了金属材料较好的延展性和韧性，材料弹性好，使髋臼杯本身在一定变形后具有较高的恢复能力，多采用等厚度的髋臼杯设计。
25.但是随着材料科学的日益进步，陶瓷材料更多的应用于人体关节置换中。而陶瓷材料虽然具有良好的耐磨性和生物相容性，但是其具有较高的脆性和较低的抗变形能力，依然导致其无法大范围的使用在假体上面。在之前一直将陶瓷部件用作同金属髋臼外杯联合使用的内衬部件，在陶瓷部件的外部依然要使用金属材料来降低其脆性变形导致断裂失效的风险。
26.本实施例中涉及到的髋臼杯，为等应力陶瓷髋臼杯，因其变厚度的设计，在人体髋臼受力较大的区域，就有较厚的材料结构，以在该部位可以抵抗高载荷下的材料形变，实现整个髋臼杯的应力平均分布，达到等应力状态。
27.如图1所示，在本实施例中，第一球形面和第二球形面之间的距离为d，其中，0＜d≤2.5mm。本实施例的髋臼杯在加工时可以根据不同患者的实际情况进行设计，以在加工时同步不同的偏心尺寸满足不同患者或者体态的需要，并保证髋臼杯的整体结构强度能够满足使用要求。
28.优选地，第一球形面的球心位于杯体10的端面所在的平面内。本实施例中杯体10优先选用半球形结构，即第一球形面为球形的一半，从而方便髋臼杯与其下方的骨头进行安装连接，且不易脱出。
29.进一步地，第二球形面的球心位于杯体10的端面所在的平面内。
30.本实施例中，第二球形面也采用半圆球形加工设置，其中，第二球形面的球心与第一球形面的球形均位于杯体10的端面上且不重合，第二球形面采用半圆球能够有效防止与髋臼杯连接的上方的股骨头脱出第二球形面。
31.本实施例的中的杯体10的厚度变化是通过对第二球形面的球心相对于第一球形面的球心在端面上垂直移动而获得的，从而使得髋臼杯的型号除了第一球形面和第二球形面的直径或半径的表示之外，增加了球心偏离度这一特征，进而获得了更加丰富的髋臼杯性能，使得整个髋臼杯的力学性能更加贴近人体的生物力学状态。
32.杯体10的最大的厚度为d1，杯体10的最小厚度为d2，其中，1.2＜d1/d2＜1.5。
33.本实施例中，杯体10的厚度设计原则为在能够承受应正常人的运动压力的基础上，越薄越好，占用体积小，更加方便安装，此外，为了保证整个杯体10的受力均匀变化，杯体10采用厚度渐变的方式，从杯体10的上端到下端平滑的变薄，不会产生应力集中的位置，且最厚位置的厚度与最薄位置的厚度之比在1.2至1.5之间。
34.髋臼杯还包括包裹在外表面11上骨整合层20。骨整合层20小于杯体10厚度。
35.在杯体10外表面11均匀地贴合在骨整合层20，以使杯体10和髋臼窝形成骨整合连接，此外，在杯体10内表面12也可以设置骨整合层20，以便杯体10与上方的股骨头连接。
36.骨整合层20采用钛和羟基磷灰石（ha）喷涂形成。杯体10采用陶瓷材料制成，杯体10采用切削方式成型。
37.本实施例中为了使髋臼股在安装后使用寿命更长，使用效果更好，杯体10采用陶瓷材料制成，能够有效防止摩擦，且不存在采用金属材料的腐蚀问题，进一步，钛和ha混合喷涂在杯体10的外表面11，形成骨整合层，使整个假体具有良好的初期稳定性和骨整合能力。
38.进一步地，本实施例中的杯体10采用切削的方式加工成型，从而简化了髋臼杯的加工方式，取消了现有的髋臼杯和内衬的组合形式，有效利用了陶瓷高强度、高耐磨的特点，仅使用一个一体成型的髋臼杯，即可获得髋臼结构的重建和良好的关节截面。
39.如图2所示，在本实施例中，外表面11和内表面12的连接处倒角设置，骨整合层20的边沿处倒角设置。
40.本实施例中的杯体10的各个位置均避免棱角设计，采用圆弧过渡的方式来减少应力集中，故骨整合层20的边沿处以及内表面12和外表面11的连接位置进行倒角设计，对力
进行有效分散。
41.本实施例中的等应力髋臼杯，不同于常见的同心球设计的髋臼杯，髋臼杯在不同位置上具有不同的壁厚。通常情况下，在进行髋臼杯植入时，医生直接将髋臼杯沿着骨盆髋臼窝方向植入。根据人体的生理运动特点，髋臼的受力主要集中在髋臼上沿一侧的部分，其他部分受力较小。对于普通髋臼杯来说，在这种生理条件下，髋臼杯上的应力分布极不均匀。由于受力的大小不同，而髋臼杯为统一壁厚，因此在截面上的应力成不均匀的状态。在这一应力环境下，髋臼杯会发生局部形变。对于传统的金属杯加聚乙烯内衬组合的假体来说，这种局部形变会导致区域磨损严重，最终假体失效。对于陶瓷材料来说，这种不均匀的形变则是更加严重的，严重时会导致陶瓷材料破碎，对患者造成更大的伤害。
42.本实施例的髋臼杯，如附图1和图2所示。髋臼杯整体采用陶瓷材料，在陶瓷材料进行烧结前，材料硬度较低比较容易进行机加工。因此在加工内球形关节面时，将加工刀具中心向上下平移，使加工出来的髋臼杯在整体上产生厚度变化。
43.在宏观外力作用下，髋臼杯的内球面上收到一个大致上呈现一个由上到下逐渐减小的力。由于髋臼杯逐渐变化的厚度，因此在这种非均匀力作用下，髋臼杯整体受力依然会趋向均匀。没有明显的应力集中和局部应力过高的情况下，达到一个比较理想的受力状态。
44.陶瓷虽然具有较高的硬度和耐磨性，但是其依然存在脆性材料的弊端。本实施例中的髋臼杯设计形式，可以有效的降低因局部应力过高导致的髋臼杯破碎，降低了假体失效的风险。同时，本实施例中的髋臼杯在外表面施加钛和ha喷涂的形式，形成骨整合层。使整个假体具有良好的初期稳定性（厚度变化，无局部应力集中)和骨整合能力（骨整合层）。
45.本实施例中的髋臼杯直接实现了髋臼位置骨整合和髋关节面两个功能，大大降低了假体结构和手术操作的复杂性。减少了假体组件数量降低了假体的厚度，实质上也减少了去骨量，保留的骨量可以为患者的后续康复提供良好的基础。
46.从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：
47.本实用新型中设计的髋臼杯为等应力结构，髋臼杯整体采用陶瓷材料。在陶瓷材料进行烧结前，材料硬度较低比较容易进行机加工。因此在加工内球形关节面时，将加工刀具中心沿着平行于杯体平面的方向左右平移，使加工出来的髋臼杯在整体上产生厚度变化。在宏观外力作用下，髋臼杯的内球面上受到一个大致上呈现一个由上到下逐渐减小的力。由于髋臼杯逐渐变化的厚度，因此在这种非均匀力作用下，髋臼杯整体受力依然会趋向均匀，在没有明显的应力集中和局部应力过高的情况下，达到一个比较理想的受力状态。
48.陶瓷虽然具有较高的硬度和耐磨性，但是其依然存在脆性材料的弊端。本实用新型中的髋臼杯设计形式，可以有效的降低因局部应力过高导致的髋臼杯破碎，降低了假体失效的风险。同时，本实用新型中的髋臼杯在外表面施加钛和ha喷涂的形式，形成骨整合层20。使整个假体具有良好的初期稳定性和骨整合能力。一个假体直接实现了髋臼位置骨整合和髋关节面两个功能，大大降低了假体结构和手术操作的复杂性。减少了假体组件数量降低了假体的厚度，实质上也减少了去骨量，保留的骨量可以为患者的后续康复提供良好的基础。
49.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
50.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到 ：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
51.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制 ；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
52.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位 ( 旋转 90 度或处于其他方位 )，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
53.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
54.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。