人工半月板及植入人膝關(guān)節(jié)的方法
【專利摘要】一種人工膝關(guān)節(jié)半月板，該人工半月板被植入來置換病變的天然半月板從而防止對股骨和脛骨髁的關(guān)節(jié)軟骨的損傷，由此阻止骨關(guān)節(jié)炎的進行性發(fā)展；所述人工半月板：被制成空心的形式并且在植入后通過注入可固化聚合物而使其膨脹從而使它們的形狀與股骨和脛骨髁一致；尺寸被設(shè)計成適合于股骨和脛骨髁突表面；具有用于增加強度和耐久性的內(nèi)部加強件；是由具有類似于天然半月板的彈性特性的材料所制成；具有進行化學和/或物理處理以改善滑液的潤滑有效性并且增強支承面的耐磨損特性的支承面；以及，通過錨固它們的前和后角以及通過提供二級定位元件而被限制在關(guān)節(jié)間空間內(nèi)的平移。
【專利說明】人工半月板及植入人膝關(guān)節(jié)的方法
[0001]本發(fā)明總體上涉及緩解由于人膝關(guān)節(jié)半月板病變或損傷所致不適感和行動障礙的手術(shù)方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種用人工半月板來置換人膝關(guān)節(jié)中的一個或兩個天然半月板的方法。
[0002]目前，膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)炎病變在西方世界是極其普遍的。逐步老化的人口無疑是助成因素。因為可供利用的選擇方法有限，所以每年在美國實施的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)數(shù)量正迅速地成為醫(yī)療保障系統(tǒng)無法維持的負擔。在世界范圍內(nèi)，該手術(shù)的數(shù)量幾乎成指數(shù)地增加，盡管關(guān)節(jié)炎病變是不可逆轉(zhuǎn)的并且最終會需要修整。實際上，全膝關(guān)節(jié)置換翻修術(shù)的數(shù)量已變得如此之多以致目前它構(gòu)成了骨科手術(shù)中定義明確的亞專業(yè)。顯然，應當預先對全膝關(guān)節(jié)置換需求的任何替換方法加以考慮。
[0003]膝關(guān)節(jié)復合體是人體中最經(jīng)常受損傷的關(guān)節(jié)之一。膝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)和踝合作，以便在靜止、直立的姿勢下支撐體重。在動態(tài)的情況下，在完成多種常規(guī)動作和困難動作期間，膝關(guān)節(jié)復合體負責使身體運動并且支撐身體。膝關(guān)節(jié)必須同時執(zhí)行主要的穩(wěn)定和主要的運動功能的事實，在其復雜的結(jié)構(gòu)和功能中得到體現(xiàn)。
[0004]兩個主要的腿骨是股骨(其近端在髖關(guān)節(jié)處樞轉(zhuǎn))以及脛骨(其遠端在踝關(guān)節(jié)處樞轉(zhuǎn))。在膝關(guān)節(jié)處，股骨與脛骨以鉸接的關(guān)系被脛骨-股骨關(guān)節(jié)(人體中最大的關(guān)節(jié))所連接。股骨的遠端和脛骨的近端變大，盡管這為穩(wěn)定提供了一些基礎(chǔ)，但兩者的骨端并不非常適配。股骨的遠端形成兩個分離的髁，髁的下表面是平滑的圓形并且被(透明的)關(guān)節(jié)軟骨覆蓋，該關(guān)節(jié)軟骨提供平滑的支承面。髁的脛骨前后凸性并非始終為球形，向后具有較小的曲率半徑。被髁間窩分離的髁具有相當大的向后延伸以適應膝關(guān)節(jié)的屈曲。內(nèi)側(cè)髁具有較大的向后延伸和較大的垂直延伸，該垂直延伸補償了股骨干的傾斜度。股骨外側(cè)髁相對于內(nèi)側(cè)髁向前位移，并且外側(cè)髁的關(guān)節(jié)面比內(nèi)側(cè)髁的關(guān)節(jié)面短。脛骨的近端包括淺的、凹形的、被關(guān)節(jié)軟骨所覆蓋的外側(cè)和內(nèi)側(cè)平臺，內(nèi)側(cè)平臺大于外側(cè)平臺。脛骨平臺被外側(cè)和內(nèi)側(cè)髁間隆起或結(jié)節(jié)所分離。股骨髁被定位且樞轉(zhuǎn)地被支撐在半圓形的纖維軟骨結(jié)構(gòu)(位于脛骨平臺上的半月板)中。這些輔助的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)`提供平滑的、凹形的上表面，該上表面形成互補的支承面，在膝關(guān)節(jié)的接合期間髁抵靠在該支承面上工作。膝關(guān)節(jié)也被位于外側(cè)的長輔助性骨(腓骨)所支撐。腓骨在其遠端牢固地結(jié)合到脛骨，但在連接到脛骨骨骺的其上端具有小的滑膜關(guān)節(jié)。上脛腓關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)囊被前韌帶和后韌帶所加強。
[0005]髕骨(膝蓋骨)埋在股四頭肌肌腱中，股四頭肌肌腱將前上大腿的股四頭肌肌肉組織連接到髕骨，髕骨韌帶將髕骨連接到位于關(guān)節(jié)正下方的脛骨。簡單地說，在髕骨的后表面上設(shè)置突出部，該突出部在膝關(guān)節(jié)屈曲期間可滑動地在滑車中位移，在股骨的前表面中在髁之間形成凹槽。髕骨與股骨的接觸區(qū)被平滑的關(guān)節(jié)軟骨所覆蓋，該關(guān)節(jié)軟骨提供低摩擦、互補的工作面。股四頭肌肌腱、髕骨和髕骨韌帶的組合更像一個滑輪，將由股四頭肌肌肉組織所產(chǎn)生的力經(jīng)由屈曲的膝關(guān)節(jié)傳遞至脛骨，從而使腿變直或者減慢屈曲的速度。顯然，髕骨也具有保護膝關(guān)節(jié)免受撞擊損傷的其它功能。
[0006]當股骨開始在脛骨上旋轉(zhuǎn)時，股骨的大關(guān)節(jié)面和相對小的脛骨髁產(chǎn)生一個潛在的問題。在延長的屈曲期間，為了使它們保持在脛骨平臺上，股骨髁必須同時地向前滑動，并且在伸展期間同時地向后滑動。如上所述，交叉韌帶的作用是在屈曲和伸展期間使髁大致定位在脛骨上。如圖1(a)中所示，在膝關(guān)節(jié)的屈曲期間，由前交叉韌帶所施加的張力限制髁向后位移。類似地，如圖1(b)中所示，在膝關(guān)節(jié)的伸展期間，后交叉韌帶限制髁向前位移。這些效果被關(guān)節(jié)囊以及在膝關(guān)節(jié)周圍的韌帶和腱組織的各層所加強。例如，將力從腿肌傳遞至脛骨的髂脛束為膝關(guān)節(jié)提供側(cè)向支撐，在屈曲期間髂脛束限制脛骨在股骨下方過量的向前平移。
[0007]膝關(guān)節(jié)的內(nèi)旋和外旋是角運動，這些運動是為脛骨在股骨上的運動(或相對運動)而命名。這些膝關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)是圍繞穿過或靠近脛骨內(nèi)側(cè)髁間結(jié)節(jié)縱向軸線而發(fā)生。因此，當外側(cè)髁運動經(jīng)過較大的運動弧線時，無論旋轉(zhuǎn)的方向如何，內(nèi)側(cè)髁起樞軸點的作用。圖2中對此進行了說明。當脛骨在股骨上做側(cè)向旋轉(zhuǎn)時，脛骨內(nèi)側(cè)髁僅在相對固定的股骨內(nèi)側(cè)髁上略微向前運動，而脛骨外側(cè)髁在相對固定的股骨外側(cè)髁上向后運動更大的距離。在脛骨內(nèi)旋期間，脛骨內(nèi)側(cè)髁僅略微向后運動，而外側(cè)髁向前運動經(jīng)過更長的運動弧線。在內(nèi)旋和外旋期間，膝關(guān)節(jié)半月板將在相應的股骨髁的運動方向上發(fā)生變形，因此維持它們與股骨髁的關(guān)系，正如它們在屈曲和伸展中那樣。膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的可能范圍取決于膝關(guān)節(jié)的屈曲/伸展位置。當膝關(guān)節(jié)處于完全伸展狀態(tài)時，韌帶是緊繃的，脛骨結(jié)節(jié)被容納在髁間窩中并且半月板被緊密地插在關(guān)節(jié)面之間；因此，少量軸向扭轉(zhuǎn)是可能的。當膝關(guān)節(jié)向90度彎曲時，關(guān)節(jié)囊松弛和韌帶松弛增加，脛骨結(jié)節(jié)不再是在髁間窩中，并且脛骨髁和股骨髁彼此相對地自由運動。在90度的膝關(guān)節(jié)屈曲下獲得扭轉(zhuǎn)的最大范圍:外旋的范圍為O至20度，內(nèi)旋的范圍為O至15度，從而給出高達35度的總內(nèi)側(cè)/外側(cè)旋轉(zhuǎn)。
[0008]膝關(guān)節(jié)半月板曾經(jīng)被認為只是退化組織的一種形式，但現(xiàn)在被理解為對于膝關(guān)節(jié)發(fā)揮正確功能是至關(guān)重要的。除了增加關(guān)節(jié)對稱性外，半月板在使力經(jīng)過膝關(guān)節(jié)而分布、減小股骨與脛骨之間的摩擦、和吸收對膝關(guān)節(jié)的沖擊負荷中發(fā)揮重要的作用。半月板覆蓋脛骨關(guān)節(jié)平臺的一半和三分之二之間并且向脛骨結(jié)節(jié)開放，外側(cè)半月板覆蓋更大百分比的較小的外側(cè)脛骨平臺。作為其較大暴露面的結(jié)果，內(nèi)側(cè)髁對在日?；顒悠陂g經(jīng)過內(nèi)側(cè)髁的巨大壓縮負荷具有更大的敏感性。盡管膝關(guān)節(jié)中的壓縮力在走路和爬樓梯時會達到I或2倍的體重并且在跑步時達到3至4倍的體重，但半月板承載了 50%至70%的此施加的負荷。半月板在脛骨上的運動受到與周圍結(jié)構(gòu)的多個附接所限制，一些對于兩個半月板是共同的而一些對單個半月板是唯一的。為了適應股骨髁與球度的偏差，半月板明顯地具有一些運動自由度。內(nèi)側(cè)半月板具有更大的韌帶和關(guān)節(jié)囊限制，從而限制其比外側(cè)半月板平移達更大的程度。內(nèi)側(cè)半月板相對地缺乏移動性可造成比外側(cè)半月板大出約九倍的更大的損傷發(fā)生率。
[0009]半月板可最佳的被描述成被支撐在近端脛骨關(guān)節(jié)面的外圍部分上的纖維軟骨的月牙形楔。半月板的功能是有效地加深用于與股骨髁的接合的內(nèi)側(cè)和外側(cè)脛骨窩。半月板在它們的外緣是最厚的并且當它們向內(nèi)徑向延伸時逐漸變成薄的未附著的邊緣。半月板的上表面是略微凹形的，以便容納股骨的髁并且提供更大的接觸表面積。內(nèi)側(cè)半月板大于外側(cè)半月板并且形狀更接近卵圓形。向前地，內(nèi)側(cè)半月板較薄并且在脛骨的髁間前區(qū)的其附著點是尖的，直接地在前交叉韌帶的外部。向后，內(nèi)側(cè)半月板是最寬的，附著在相應的后窩中，向前到后交叉韌帶的起點。外側(cè)半月板較小并且更接近圓形，其前角附著在髁間前區(qū)，向后和向外地到達前交叉韌帶的插入。外側(cè)半月板的后角終止于髁間后區(qū)，就在內(nèi)側(cè)半月板后角的終點前面一點。外側(cè)半月板較弱地附著在脛骨外側(cè)髁的邊緣周圍，除了被胭肌腱交叉并且不附著到腓側(cè)副韌帶。在其后附著點附近，外側(cè)半月板常常發(fā)出連接到后交叉韌帶或者位于后交叉韌帶后面的一束纖維。該纖維束(稱為后半月板股骨韌帶)終止于股骨的內(nèi)側(cè)髁，緊接在后交叉韌帶的附著點的后面。根據(jù)纖維束是否向前或向后達到后交叉韌帶，該韌帶分別稱為韓佛瑞氏韌帶或者里斯伯格氏韌帶。偶爾，存在兩種半月板股骨韌帶，它們的功能顯然是提供對脛骨向后平移的二級限制。偶爾，也存在前半月板股骨韌帶，具有對后交叉韌帶的類似的但向前的關(guān)系。因此，外側(cè)半月板松弛地附著到脛骨并且具有許多對股骨的附接。因此，在膝關(guān)節(jié)的屈曲期間，外側(cè)半月板易于與股骨外側(cè)髁一起向前和向后運動。相反，內(nèi)側(cè)半月板被更牢固地固定到脛骨。外側(cè)半月板的凸狀前緣通過橫向膝關(guān)節(jié)韌帶連接到內(nèi)側(cè)半月板前角(或者其凸狀前緣)。此連接使兩個半月板能夠一致地運動。此，厚度有相當大變化的韌帶經(jīng)常缺失。半月板的彎曲外緣附著到膝關(guān)節(jié)的纖維囊(因此附著到滑膜)并且經(jīng)過該纖維囊附著到脛骨關(guān)節(jié)面的邊緣。將半月板邊緣附著到脛骨髁的這些囊纖維稱為冠狀韌帶。內(nèi)側(cè)半月板進一步被其對脛骨副韌帶的深表面的附著所限制。在圖9中可以清楚地看到半月板的囊附著脛骨附著。圖10中示出了脛骨平臺和半月板角附著部位。
[0010]參照圖9，可以看到天然半月板I經(jīng)由韌帶連接3附著到滑膜囊2從那里經(jīng)由所述滑膜囊附著到脛骨關(guān)節(jié)軟骨4。股骨關(guān)節(jié)軟骨5具有相對于所述半月板和所述脛骨關(guān)節(jié)軟骨的運動自由度。將看到在半月板與滑膜之間存在空間，此空間通常被韌帶連接3所占據(jù)，當使所述天然半月板和所述韌帶連接運動時變得有用。
[0011]圖3中示出了半月板及相關(guān)結(jié)構(gòu)的位置和形態(tài)。
[0012]在屈曲期間股骨髁的向前滑動也受半月板的影響。半月板的有效的“楔入”作用發(fā)揮限制髁向后位移的作用同時作用于髁的反作用力發(fā)揮使半月板在脛骨平臺上向后位移的作用。發(fā)生半月板的變形，因為半月板角的剛性附接限制半月板的使它們整體運動的能力。向后變形允許當髁在脛骨 平臺上運動時半月板仍然保持在股骨髁的下面。當膝關(guān)節(jié)從全屈曲恢復到伸展狀態(tài)時，半月板恢復到它們的中性位置，并且當伸展繼續(xù)時則向前變形。肌肉機構(gòu)有助于半月板的適當?shù)南蚝笞冃?。在膝關(guān)節(jié)屈曲期間，例如經(jīng)過其對內(nèi)側(cè)半月板后角的附著點，半膜肌向內(nèi)側(cè)半月板施加力將其向后推。一項研究已發(fā)現(xiàn)，在大于40%的膝關(guān)節(jié)中該半膜肌具有類似的對外側(cè)半月板的后角附接。胭肌向外側(cè)半月板施加類似的力。
[0013]參照圖4，半月板網(wǎng)狀膠原的物理結(jié)構(gòu)可以大致被分為三個獨立的區(qū)。在外表面層中，原纖維隨機地取向并且被交織而形成細孔。在此網(wǎng)孔的正下面是一個狹窄區(qū)，其中膠原束顯示遠遠地更加不規(guī)則的取向。在這兩個表面區(qū)的內(nèi)部，膠原纖維構(gòu)成可以用裸眼看見的大的纖維束。這些纖維束是周向布置，從前附接部位延伸至后附接部位。在這些大的、周向布置的膠原纖維束之間的是徑向地取向并從外周向內(nèi)邊緣延伸的較小的帶纖維或者帶鞘。因此，施加在半月板上的壓縮力被轉(zhuǎn)化成周向上的張力或環(huán)應力，半月板被支配其超微結(jié)構(gòu)的牢固的周向纖維所支撐。參照圖5，圖中示出了用于來拉伸的情況下人半月板內(nèi)的位置的楊氏模量(或者拉伸模量)值(以MPa為單位的值)。應注意到這些值遠低于大部分聚合物材料的值。例如，Kevlar? (芳綸)具有通常在83至186GPa范圍內(nèi)的拉伸模量。半月板材料對張力和壓縮力的粘彈性性能是復雜的，拉伸模量、剛度和破壞應力與膠原含量以及膠原與蛋白多糖(PG)的比率有關(guān)。當半月板材料受到壓縮負荷時，由于液體從組織中滲出和/或液體在組織內(nèi)的分布因而會發(fā)生體積損失。已證明組織內(nèi)的蛋白多糖濃度影響滲透性，因而表明PG含量與抗壓剛度之間的直接關(guān)系。軟骨中蛋白多糖聚集體的濃度和分子構(gòu)象隨著年齡和疾病而變化，并且蛋白多糖的存在量取決于關(guān)節(jié)負荷和運動。一般來說，由于老化和疾病，蛋白多糖聚集體的尺寸通過縮短透明質(zhì)酸鏈或者通過縮短蛋白質(zhì)芯或氨基多糖鏈或者兩者而減小。可以在分子水平上觀察到蛋白多糖中的另一個重要的增齡性變化。硫酸軟骨素(CS)具有兩種異構(gòu)形態(tài)CS4和CS6，其中下標表示氨基己糖中的磷酸化位置。已觀察到CS4異構(gòu)體在年輕人的軟骨中更加常見，而CS6異構(gòu)體的存在則隨著年齡增加而增加。最終結(jié)果是軟骨回彈下降同時傾向于易受機械損傷。
[0014]利用磁共振成像對膝關(guān)節(jié)的檢查已表明在膝關(guān)節(jié)屈曲的各種階段，半月板經(jīng)歷相對較大的偏移。圖6、圖7和圖8給出了有關(guān)于這方面的一些圖。假設(shè)相對較高程度的半月板移動性，應當理解的是股骨髁在脛骨平臺上的主要定位機構(gòu)是由前和后交叉韌帶所施加的張力。半月板實質(zhì)地為股骨髁提供可移動的、被緩沖的支承面，并且可以在膝關(guān)節(jié)屈曲的極端，提供輔助的位置幫助。此因素導致能夠提供人工半月板，該人工半月板雖然不能適應運動性能的嚴謹性但將容易地滿足久坐的中年人的需要。
[0015]半月板失效通常采用兩種形式:直接機械損傷以及由于退化性損壞所造成的失效。在運動員中，例如當使膝關(guān)節(jié)彎曲并且被迫完全地扭取會導致半月板的急性撕裂。在年齡較大的人中半月板的退化性撕裂是非常常見的，在超過65歲的西方人口中大約60%具有某些類型的退化性損壞。雖然急性撕裂會導致癥狀的突然發(fā)病，但在老年主體中，退化性損壞會由較小的事件所造成并且在較長的時間內(nèi)無癥狀。在各種情況的組合的情況下，例如增齡性退行性改變，通常在前運動員中發(fā)現(xiàn)的全膝關(guān)節(jié)的“磨損”關(guān)節(jié)炎、炎癥性關(guān)節(jié)炎、滑膜潤滑性的下降、由酶所導致的退化、不自然步態(tài)、腿的校準障礙或者由于職業(yè)活動所造成的過量膝關(guān)節(jié)負荷會導致半月板的進行性摩擦磨損；軟骨具有很少的自然恢復的能力。半月板僅能夠在血管形成的、分布神經(jīng)的外圍區(qū)自我修復，同時未附著的中心區(qū)僅被滑液滋養(yǎng)，并且一般來說不能自我愈合。
[0016]鑒于上述情況，一般來說假定可以在盡量早的階段檢測到關(guān)節(jié)炎病變，采用人工半月板植入的形式的干預可以足以幾乎立即恢復正常的膝關(guān)節(jié)功能。此外，這有可能阻止病變過程并且預先排除對全部或部分膝關(guān)節(jié)置換的實際需要。如果可以作為一天手術(shù)的形式利用關(guān)節(jié)鏡來實施植入手術(shù)，那么對醫(yī)院病床空間的要求以及骨科、麻醉、物理治療和一般醫(yī)療服務的減少將意味著顯著的成本節(jié)約。同時的獲益將會是患者快速恢復并且具有極小的不適感，并且必要時簡化翻修。
[0017]本發(fā)明的主要目的是提供用于置換天然人膝關(guān)節(jié)半月板的人工半月板，連同取出天然半月板并且植入假體的外科手術(shù)；假體可容易地匹配股骨髁的尺寸，能夠牢固地定位在脛骨平臺上并且復制正常的半月板運動同時提供低摩擦的耐用工作面；具有與滑液成分的相容性，并且能夠適應在所有的正常負荷下由膝關(guān)節(jié)所施加的應力。本發(fā)明的次要目的是提供可利用關(guān)節(jié)鏡手術(shù)操作而植入的人工半月板，外科手術(shù)和人工半月板的效果例如要求患者做極小的康復訓練。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，正確的平面形狀的人工半月板是由合適的材料制成空心的形式，對其進行加強和化學和/或物理處理從而使它們的表面對滑液的潤滑成分具有親和性?？山?jīng)過極小的切口，并且實施關(guān)節(jié)周圍的腱組織和囊組織的移動，進入膝關(guān)節(jié)。通過手術(shù)小心的注意止血切斷所有它們的脛骨和關(guān)節(jié)囊附著取出天然半月板。通過折疊成緊湊的形式而植入人工半月板，將其導入適當?shù)年P(guān)節(jié)腔，正確地將其定位在股骨髁和脛骨平臺之間，并且通過合適的方式將它加以固定。雖然股骨髁和脛骨平臺被保持在它們的正確關(guān)系，但將被催化成具有彈性一致性的凝膠的可固化樹脂，來注入所述人工半月板，從而使所述半月板擴大使得其形成符合相鄰的骨表面。股骨髁和脛骨平臺被維持在它們的正確關(guān)系直到所述可固化樹脂已基本上被催化。然后按需要修改滑膜囊從而完全地圍合關(guān)節(jié)，使分離的組織復原并且將皮膚切口閉合。
[0019]通過參考以下接合附圖的對優(yōu)選實施例的描述將更容易地理解本發(fā)明的各種方面，其中:
[0020]圖1(a)和圖1(b)是在伸展和屈曲期間膝關(guān)節(jié)的骨骼的橫向圖解視圖。
[0021]圖2是右膝關(guān)節(jié)的脛骨的近端的俯視圖。
[0022]圖3是經(jīng)過在半月板上方的右膝關(guān)節(jié)的俯視橫向剖視圖。
[0023]圖4是半月板的局部視圖，在部分剖面中顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0024]圖5是在拉伸時人半月板中楊氏模量的區(qū)域變化的圖示。
[0025]圖6是在O和120度的膝關(guān)節(jié)屈曲下在脛骨平臺上半月板的位移的俯視圖，實線1出了被位移的位置。
`[0026]圖7是在負重情況下直立的站姿屈曲90度以及在坐姿中的松弛且不承載重量情況下屈曲90度時在脛骨平臺上的半月板位移的俯視圖，虛線2示出被位移的位置。
[0027]圖8是在深度膝關(guān)節(jié)屈曲期間在脛骨平臺上半月板內(nèi)緣的位移的俯視圖，實線3示出了被位移的邊緣。
[0028]圖9是在股骨髁，半月板和脛骨平臺的矢狀面中的局部剖視圖，它們被分開從而能夠評估它們的相對尺寸。
[0029]圖10是右膝關(guān)節(jié)的脛骨近端的俯視圖。
[0030]圖11是右膝關(guān)節(jié)的脛骨的近端的俯視圖，該圖示出了通過角和輔助的定位裝置而錨固的人工半月板。
[0031]圖12是通過填充合適的可固化樹脂而膨脹的空心人工半月板的橫向剖視圖。
[0032]圖13是顯示屈折線的圖12的半月板的平面圖。
[0033]圖14是用于連接脛骨的人工半月板的角的聯(lián)接組件的平面圖。
[0034]圖15是圖14的聯(lián)接組件的陽型部件的平面圖。
[0035]圖16是圖15的聯(lián)接組件的陽型部件的B-B的局部縱向剖視。
[0036]圖17是圖14的聯(lián)接組件的A-A的橫向剖視圖。
[0037]這些附圖是按不同比例繪制，不能由此事實推定出任何意義或重要性。
[0038]參照圖3和圖10，示出了外側(cè)和內(nèi)側(cè)半月板的角的定位和附接。進一步參照圖61和圖72并且尤其參照圖83，可以看到隨著膝關(guān)節(jié)的逐漸屈曲，半月板逐漸向后位移。這伴隨著后外側(cè)位移(在外側(cè)半月板的情況下)以及向后內(nèi)側(cè)位移(在內(nèi)側(cè)半月板的情況下)。因為半月板被它們的角牢固地錨固，所以這種位移的結(jié)果是半月板從它們自然形狀的彈性變形以及角的拉伸同時它們的高度下降。參看圖1和圖2將提供對影響半月板的位移或平移的因素更好的理解。半月板的彈性變形似乎例如在膝關(guān)節(jié)的快速和重復的屈曲期間允許半月板非?？焖俚鼗謴偷剿鼈兊乃沙谖恢?。看以看出，此裝置是自然開發(fā)，幾乎完全適用于年輕人和身體活動，處于久坐生活方式的中年人或老年人幾乎不需要它。對于老年人，假若半月板隨著被髁突運動所控制的定位，被限制在適當?shù)囊妻D(zhuǎn)范圍，它們將充分執(zhí)行它們的主要功能:為關(guān)節(jié)提供沖擊吸收和擴大的支承面。與最大120度關(guān)節(jié)彎曲相應的半月板移轉(zhuǎn)范圍限制將適應絕大多數(shù)的久坐活動。除了所述角的錨固外，用于影響這種半月板平移限制的主要手段是參照圖11所描述的輔助的定位帶。
[0039]參照圖11，人工半月板6、7被制成空心的，如圖12中所示，在脛骨平臺上自由移動，所述人工半月板分別由前角和后角8、9和14、15錨固在脛骨平臺上。在優(yōu)選的實施例中，所述角的端部包括由合適的金屬合金材料制成的固定板12、13、18、19。所述固定板位于切割入近端脛骨表面中的合適的凹槽(未圖示)中，并且每一個用一個或多個合適的緊固件10、11、16、17固定到位，所述緊固件10、11、16、17穿過所述平板進入骨骼。在優(yōu)選的實施例中，所述角是由合適的生物相容性彈性體制成，并且被采用由具有合適抗拉強度的柔性材料制成的單絲或紡紗或編織復絲紗形式的加強件(未圖示)所強化。在優(yōu)選的實施例中，所述加強件是由Kevlar?制成并且具有在0.01至1.0毫米范圍內(nèi)的厚度。將所述加強件按一層或多層埋入所述角中，從而允許在它們的松弛狀態(tài)下采用大致為正弦的波形在所述10至50%范圍內(nèi)所述角的彈性伸展。在優(yōu)選的實施例中，所述正弦波形的特征是在
1.0至6.0毫米范圍內(nèi)的波長和振幅。在優(yōu)選的實施例中，所述加強件進入所述人工半月板，從而在這兩個半月板之間形成牢固的連接，并且穿過所述固定板中的合適孔(未圖示)并且被折回在自身從而在所述角與所述平板之間形成牢固的連接，所述加強件被完全包封在所述角的彈性材料中。在優(yōu)選的實施例中，所述固定板中的所述孔被制成具有圓形邊緣，從而防止所述加強件的磨損。任選地提供筋板(web)20、21用以分別連接人工半月板6和7的角，從而提供對所述人工半月板形狀的一定程度的控制。優(yōu)選地將所述筋板的內(nèi)邊緣的形狀設(shè)計成使得連同所述半月板的內(nèi)邊緣，它們形成大致為圓形的孔。所述筋板被任選地制成多孔或者有小孔，被適當?shù)丶訌?，并且具有在O至20%范圍內(nèi)的最大彈性伸展。在優(yōu)選的實施例中，以本文中所述的方式對所述人工半月板的上表面和下表面、所述角和所述筋板進行處理，以改善它們通過滑液的潤滑性。在一個替代實施例(未圖示)中，所述筋板被刪除，并且所述各人工半月板的內(nèi)部區(qū)域被薄的多孔板材的擋板所填充，多孔板材的典型的內(nèi)邊緣是用虛線70表示。所述擋板的邊緣牢固地附著到所述半月板和所述角，所述擋板采用由牢固的交聯(lián)聚合物材料制成的薄膜或編織片的形式，該薄膜或編織片具有在0.05至0.5毫米范圍內(nèi)的厚度并且允許在O至20%范圍內(nèi)的彈性伸展。當所述擋板材料不是編織材料因此不是多孔時，在其中設(shè)置大量的小孔從而允許滑液自由流動經(jīng)過所述材料。在優(yōu)選的實施例中，所述孔為圓形或者大致為圓形，具有在0.25至3.0毫米范圍內(nèi)的直徑以及彼此之間在0.25至5.0毫米范圍內(nèi)的間距。另外，在優(yōu)選的實施例中，以形成完全地穿過所述人工半月板寬度的多條不間斷的應力傳遞路徑的圖案設(shè)置所述孔，所述各條應力傳遞路徑具有在15°至45°范圍內(nèi)的與相鄰路徑的角分離。另外，在優(yōu)選的實施例中，對所述擋板材料進行處理，以減小自其身與所接觸生物表面之間的摩擦或者改善其通過滑液的潤滑性，這兩種情況均在本文中的其它部分有詳細描述。
[0040]所述人工半月板在脛骨平臺上自由移動，其分別利用前角和后角8、9、14、15錨固、并且利用附加的定位帶22、26定位在脛骨平臺上。所述定位帶被制成具有在10至50%范圍內(nèi)的有限的彈性延伸性，并且屬于與所述角類似性質(zhì)的增強材料。任選地，以兩種方式使所述定位帶定向。如圖中所示，定位帶22在單個幾乎位于中心(中間)的點23被固定到內(nèi)側(cè)人工半月板6的外緣，其端部固定到錨具24、25，在前內(nèi)側(cè)和后內(nèi)側(cè)位置錨具24、25被相應地固定到脛骨平臺的邊緣上方并且在脛骨平臺的邊緣的上方突出。必要時，從所述脛骨平臺的邊緣中取出骨，從而為錨具提供合適的附接面。亦如附圖中所示，定位帶26的端部在前側(cè)和后側(cè)位置27、28被固定到外側(cè)人工半月板7的外緣，所述定位帶的中心部分被固定到錨具29，錨具29相應地在內(nèi)側(cè)位置被固定到脛骨平臺邊緣的上方并突出。必要時，從所述脛骨平臺的邊緣取出骨，從而為所述錨具提供合適的附接面。在優(yōu)選的實施例中，所述定位帶的所述增強材料穿過所述錨具中的合適的孔并且被折回在自身上從而在所述定位帶和所述錨具之間形成牢固的連接，所述增強材料被完全包封在所述定位帶的彈性材料中。在優(yōu)選的實施例中，所述錨孔的邊緣被制成具有圓形的邊緣，以防止所述增強材料的磨損。
[0041]參照圖12，本發(fā)明的人工半月板69被制成是空心的，并且包括髁突接觸板31、上板30、外板33和脛骨接觸板132。將增強材料34、35、36、37的薄板埋在所述板中，以提供附加的抗拉強度。任選地，將類似增強材料的一個或多個內(nèi)板(圖示為3個)38、39、40在它們的外緣固定到外板加強片37并且逐漸減小到直線41，在該直線41處所述一個或多個內(nèi)板結(jié)合并被埋入。在其通常的負荷情況下，從功能上講，所述增強材料的內(nèi)板的作用是使所述人工半月板從關(guān)節(jié)中的擠出最小化。所述增強材料采用薄的柔性板材的形式，例如Kevlar?。所述材料的厚度在0.005至0.1毫米的范圍內(nèi)，并且其厚度和程度任選地根據(jù)在所述人工半月板內(nèi)的位置而變化。在優(yōu)選的實施例中，在所述板材中設(shè)置多個孔(未圖示)，在板30、31、32、33中設(shè)置多個孔以增強其與所述板的材料的接合，以及在所述人工半月板的空心的內(nèi)部設(shè)置多個孔，從而促進注入所述內(nèi)部的可固化樹脂的分布。所述孔具有任何合適的尺寸和形狀和布置，例如留出能夠滿意地承載施加在所述板材上的徑向和周向負荷的完整區(qū)。在優(yōu)選的實施例中，利用一種在本領(lǐng)域是眾所周知的永久生物相容性膠粘劑將制造所述空心的半月板的部件粘接到一起。在優(yōu)選的實施例中，制作適用于特定人工半月板的要求的尺寸和最終形狀的一個或多個模具(或者從可利用范圍的模具中選擇)。
[0042]進一步參照圖13，在通過關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的植入中，根據(jù)需要進行定向并且擠壓入膝關(guān)節(jié)。必要時通過施加內(nèi)翻或外翻力來打開`關(guān)節(jié)。在膝關(guān)節(jié)內(nèi)，所述人工半月板是展開并且正確地定位，其角被擴展并且它們的固定板(在圖11中圖示為12、13、18、19)以圖11中所述的方式被固定到脛骨。隨著股骨髁相對于脛骨正確地定位，通過用合適的注射器經(jīng)過外板70注入合適的液體樹脂而使所述人工半月板膨脹到天然半月板的形狀，將所述液體與催化劑預混合從而導致液體快速地固化成具有合適彈性和硬度的類似橡膠的凝膠。任選地，在增強材料38、39、40的板之間的多個部位或者在利用增強材料38、39、40的板中的所述孔而發(fā)生分布和均等化的單個部位注入所述液體。正確地維持股骨髁相對于脛骨的定位，直到所述液體的凝膠化基本上完成。經(jīng)過極小的切口，并且實施關(guān)節(jié)周圍的腱組織和囊組織的移動，進入膝關(guān)節(jié)腔。根據(jù)需要，注意止血，通過手術(shù)切斷它們的脛骨、韌帶和關(guān)節(jié)囊附著而取出天然半月板，這是在本領(lǐng)域眾所周知的方法。在僅除去一個所述天然半月板的情況下，在合適的長度處將橫向膝韌帶切斷并且將其縫合到前交叉韌帶的基部。基于髁的放射照相、超聲或者磁共振圖像來選擇符合平面尺寸和形狀的所述人工半月板，盡管一些成功的例子已表明基于這種因素(例如治療對象的性別和身高)來簡單地選擇同種異體移植半月板置換。在一個替代實施例中，通過激光燒蝕給合適尺寸的標準人工半月板提供最終成形。在該手術(shù)結(jié)束時，按要求修飾滑膜囊從而完全地圍合關(guān)節(jié)，使分離的組織恢復并且將皮膚切口閉合。
[0043]參照圖14、15、16、17，固定板48形成于頸部50的遠端，頸部50自身是聯(lián)接組件陰型部件67的下板66的伸展。在所述固定板中設(shè)置孔49用以容納合適的緊固件。所述陰型部件是由所述下板的側(cè)部件51構(gòu)成，所述下板被折疊180°從而在所述折疊的側(cè)部件和所述下板的相鄰表面之間形成狹窄空間。在所述折疊入側(cè)部件的平行的相鄰邊緣之間形成縱向間隙53，所述折疊的側(cè)部件的端部55向下折轉(zhuǎn)從而在所述狹窄空間的遠端形成限位器。在與其縱向軸線垂直的所述陰型部件的側(cè)邊緣65制作多個適當間隔的切割，并且將與所述切割相鄰的材料向內(nèi)推擠以形成內(nèi)部斜撐52。聯(lián)接組件陽型部件68包括基部58，在基部58上形成聯(lián)接棒59。所述聯(lián)接棒被平行的槽56所分離，并且通過在側(cè)凹槽61以及在槽56的基部凹槽62處除去材料而促進它們相對于基部58的彈性運動。沿所述聯(lián)接棒的邊緣設(shè)置多個棘輪型齒60，將所述齒的取向成當使兩個所述聯(lián)接組件部件接合時接合斜撐52。在所述聯(lián)接棒的遠端設(shè)置孔57，需要時使合適的鉗子型工具與所述孔接合從而使所述聯(lián)接棒向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，使得所述棘輪型齒與所述斜撐分離，由此允許將所述聯(lián)接組件陽型部件從所述聯(lián)接組件陰型部件中拔出。在所述拔出期間，槽53為所述工具提供通路。在槽53的遠端側(cè)邊緣形成凹槽54，以便于所述工具進入孔57。應當理解的是，所述聯(lián)接組件可以制成多種長度、寬度、厚度、長寬比和材料，以適應多種用途。通過切割和將一長條材料64折回以形成圓形邊緣71，而在基部58形成橫向槽63。人工半月板的角的附著通過所述槽并且在所述圓形邊緣上被折回，所述圓形邊緣的作用是使磨損影響最小化。[0044]所述人工半月板是由合適的生物相容性彈性體(基材)模壓而成，在優(yōu)選的實施例中，彈性體是DSM-PTG Carbos 11? 2090A生物相容性的硅酮聚碳酸酯聚氨酯，由荷蘭
6167RA Geleen的DSM Biomedical制造，該材料的主要機械性能是:
[0045]
密度1.16 g/cc
邵氏A硬度90
最終抗拉強度42.6 MPa
屈服抗拉強度 6.4 MPa
斷裂伸長率 530%
彎曲模量0.0407 GPa
屈服抗彎強度1.90 MPa
撕裂強度87.7 kN/in
泰伯爾氏磨耗指數(shù) mg/1 000循環(huán)57.0
壓縮形變15.0%
[0046]該材料將常規(guī)硅酮彈性體的生物相容性和生物穩(wěn)定性與熱塑性聚氨酯彈性體的加工性能和韌性相結(jié)合。該材料是非細胞毒的并且是非溶血性的，具有低能量硅酮表面，具有優(yōu)秀的氧化穩(wěn)定性，疏水性，具有高抗拉強度并且是透明的。[0047]PurSiI?硅酮-聚醚聚氨酯和CarboSiI?硅酮-聚碳酸酯聚氨酯是在軟段中含有硅酮的真正的熱塑性共聚物。這些高強度熱塑性彈性體是通過多步大容量合成而制備，其中利用聚四亞甲氧醚(PTMO) (PurSil)或脂肪族的具有末端羥基的聚碳酸酯(CarboSil)將聚二甲基硅氧烷(PSX)并入聚合物軟段。硬段是利用低分子量二醇增鏈劑由芳香族的二異氰酸酯MDI而形成。然后用硅酮(或者其它表修飾末端基)將共聚物鏈封端?？色@得具有由二異氰酸脂肪族酯合成的硬段的這些材料的芳香族(AL)形式。PurSil和CarboSil可以利用常規(guī)的擠出、注射成型、或者模壓成型工藝進行熔體制造。由這些材料擠出的桿、粒子、和管顯示優(yōu)異的表面光潔度和低凝膠含量。另外，這些材料是熱封材料，可容易地與填充劑混合，并且可容易地二次成型。在一個替代實施例中，所述彈性體是Tecofl ex? SG-93A熱塑性聚氨酯彈性體(聚醚)，由美國俄亥俄州克利夫蘭市的Lubrizol Advanced材料有限公司制造，該彈性體具有87的標稱邵氏A硬度。此材料的配方被特別是設(shè)計成用于溶液模制。在其它替代實施例中，本發(fā)明中使用特性類似于Carbosil和Tecoflex產(chǎn)品并且具有在60至95范圍內(nèi)的邵氏A硬度的彈性體材料。
[0048]在替代實施例中，所述人工半月板是利用Keeley等人在專利號WO2008/140703A25中所公開類型的合成多肽材料中的一種或多種而制成。這些材料包括至少三種連續(xù)的折疊/β_轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)以及參與交聯(lián)的至少一個交聯(lián)的氨基酸殘基，其中交聯(lián)的殘基不同于β -折疊/ β -轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，各多肽的長度是在150和500之間的氨基酸并且該材料是固體或液體。在各具體方面，各折疊結(jié)構(gòu)可包含3至大約7個氨基酸殘基。在一些實施例中，交聯(lián)多肽的氨基酸序列是相同的；而在其它實施例中交聯(lián)多肽的氨基酸序列是不同的。在一些實施例中，該材料還包括增強材料，例如動物材料、合成材料或者金屬。在其它實施例中，該材料還包括非蛋白質(zhì)親水性聚合物。在一些實施例中，該材料還包括氨基多糖基團，例如透明質(zhì)酸基團。在一些實施例中，該材料包括交聯(lián)多肽與氨基多糖的混合物。在其它實施例中，將該交聯(lián)多肽共價結(jié)合到氨基多糖基團。在一些實施例中，該材料是固體并且可以采用墊板、薄片和韌帶狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)。在其他實施例中，所述材料是液體，例如溶液或者懸浮液。
[0049]在各替代實施例中，所述人工半月板是由顯示高度生物相容性的親水性聚合物材料制成。在優(yōu)選的實施例中，所述材料`是水凝膠，其中通過減小親水性單體的比例、通過加入疏水性的共聚單體或者通過增加交聯(lián)度，而減小吸水性并且增加堅實度。所述人工半月板任選地被制成是整體的或者具有具有不同特性的類似材料的涂層，例如更大的硬度。合適的水凝膠是基于甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸羥乙酯的水凝膠；基于聚乙烯醇的水凝膠；基于聚乙二醇的水凝膠，包括與膠原的組合，甲基化膠原或蛋白質(zhì)(例如與膠原化合物交聯(lián)的白蛋白)以及帶縮聚物的共聚物。例如尼龍6和聚氨酯(Biopol);基于聚氧化乙烯的水凝膠；以及基于丙烯酰胺或聚丙烯酰胺，例如聚乙烯吡咯烷酮或者水解的聚丙烯腈的水凝膠(Hypan系列的水凝膠)。在其他替代實施例中，使用天然親水性聚合物的修飾形式，例如膠原、海藻酸鹽和角叉菜膠。其他的這種材料是通過對纖維素進行衍生化而形成，纖維素是含有容易地被取代而形成醚類的反應性羥基的多糖。這些材料的典型例是羧甲基纖維素鈉以及羥乙基纖維素和羥丙基纖維素。這些聚合物的性能取決于分子量和取代度。共聚物和組合物可任選地采用的其它化合物是:1、II和IV型膠原；明膠；瓊脂糖；含有蛋白多糖的細胞收縮膠原，氨基多糖或者糖蛋白類；纖維連接蛋白；層粘蛋白；生物活性肽生長因子；細胞因子；彈性蛋白；纖維蛋白；由聚酸類(例如聚乳酸、聚乙醇酸或聚氨基酸、聚己內(nèi)酯或者聚氨基酸)制成的合成聚合物纖維。任選地，利用由本領(lǐng)域已知的各種方法(包括電紡絲、或者通過與一個或多個薄層的高強度材料的層壓，如本文中其它部分所描述)所形成的膠原微纖維來加強形成所述人工半月板的任何前述化合物。
[0050]在用于所述人工半月板的最后成形的所述模具中制成拋光面，從而為所述半月板的上支承面和下支承面提供玻璃狀平滑面。為了改善滑液對所述半月板的潤滑性，利用一種方法4對所述支承面進行處理，該方法通過用[2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿-甲基丙烯酸正丁酯]共聚物[(MPC-BMA)]共聚物浸潰所述表面而使得這些支承面對二棕櫚酰磷脂酰膽堿(DPPC)具有親和性。[(MPC-BMA)共聚物]是可溶解于溶劑系統(tǒng)的生物相容性、親脂性聚合物，該聚合物也溶解于許多種聚氨酯。DPPC是滑液中含量為最大量的磷脂。在所述方法中，將聚氨酯彈性體在含有BMA(0.Smoir1)和作為聚合引發(fā)劑的過氧化苯甲酰(lWt%相對于BMA)的乙醇溶液中浸泡15小時，形成略微膨脹的表面。將該材料用乙醇輕輕地清洗，然后在含有MPC(OJmc)IllO的乙醇溶液中浸泡30分鐘。在從第二溶液中取出后，將該材料吸干，然后在氬氣氣氛中于70°C下加熱5小時從而使存在于材料表面中的單體發(fā)生聚合。最后，將該材料用乙醇清洗，然后于室溫下真空干燥24小時。該方法根據(jù)需要適用于大體積用途。
[0051]在一個替代實施例(未圖示)中，將所述人工半月板的平滑的聚合物工作面直接地用一層合適厚度的類金剛石碳(DLC)涂覆。DLC比大部分的陶瓷更硬，是生物惰性并且具有低摩擦系數(shù)。必要時，在通過氮氣、O2離子處理等的離子注入在沉積之前對所述表面進行修飾。在優(yōu)選的實施例中，利用脈沖激光沉積法、射頻等離子體CVD法或者離子束輔助沉積法形成涂層，最后的方法是最優(yōu)選的。必要時，使更硬聚合物材料的平滑的薄柔性層結(jié)合到所述工作面，從而為所述涂層提供更好的基質(zhì)。在優(yōu)選的實施例中，所述更硬材料的層具有在0.05至0.5毫米范圍內(nèi)的厚度，該材料具有高抗拉強度的交聯(lián)聚合物，例如Ke VI a r?。CVD涂層已成功地應用于種類廣泛的聚合物材料上，并且上述方法可以在可接受的溫度下實施。在一個替代實施例(未圖示)中，被涂覆的所述聚合物表面層中密集地充滿碳納米纖維，利用碳納米纖維將所述DLC涂層形成牢固的結(jié)合。
[0052]在一個替代實施例(未圖示)中，用采用合適的碳化物、氮化物或氧化物形式的一薄層的耐磨材料，覆蓋所述人工半月板的平滑聚合物工作面。在優(yōu)選的實施例中，所述層是利用化學鍍工藝從納米顆粒的懸浮溶液中沉積得到。在第一實施例中，首先對所述表面進行等離子處理，然后利用化學吸附使金屬催化劑融入所述表面從而活化所述表面。典型的金屬催化劑是SnCl2和？(1(:12。在第二實施例中，利用ScCO2的溶解力和增塑效果，利用超臨界二氧化碳技術(shù)(ScCO2)將所述催化劑注入所述表面。必要時，將更硬聚合物材料的平滑的、薄的柔性層結(jié)合到所述工作面，從而為所述涂層提供更好的基質(zhì)。在優(yōu)選的實施例中，所述更硬材料的層具有在0.05至0.5毫米范圍內(nèi)的厚度，該材料是具有高抗拉強度的交聯(lián)聚合物，例如Kevlar?。
[0053]在一個替代實施例(未圖示)中，通過在工作面上形成一層透明軟骨，而增強所述人工半月板的所述工作面的潤滑性。在本實施例中，制備合適的高度多孔的支架材料并且使它們?nèi)诤匣蚬潭ǖ剿龉ぷ髅?。用于所述支架的合適材料包括:通過使用不同的交聯(lián)劑將甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)或者HEMA和二甲基丙烯酸二醇酯(GDMA)接枝聚合到水溶性膠原上所形成的合成水凝膠；利用紡織品加工技術(shù)將聚乙醇酸(PGA)擠出并組裝成纖維狀形態(tài)；利用電紡絲法組裝的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLG)；水解的膠原、丙烯酸(AA)丙烯酰胺(AAm)和蒸餾水的組成物的自由基聚合，并且利用N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)進行交聯(lián)；多孔材料，例如利用計算機控制的注射器通過采用三維形式的熔融共聚物纖維的受控制沉積所組裝的(聚對苯二甲酸乙二醇酯_(聚)對苯二甲酸丁烯酯(PEGT/yPBT);以及許多本領(lǐng)域眾所周知的其它方法。在所述支架中播種關(guān)節(jié)軟骨細胞，在適當條件下進行體外培養(yǎng)。在所述軟骨的形成期間，將合適形狀的模具加在所述支架的表面達確保實現(xiàn)期望的表面成型的時間段。在所述軟骨形成之后，以本文中所描述的方式植入所述人工半月板。
[0054]在一個替代實施例(未圖示)中，利用從Kim等人在US2010/0120149中揭示方法所修改的方法在所述人工半月板工作面上形成所述軟骨層。在此實施例中，制備聚合物支架并且融合或固定到所述工作面，將與水凝膠混合的分化的關(guān)節(jié)軟骨細胞以液體形態(tài)涂覆在所述支架上并使之凝膠化。然后，將所述軟骨細胞在適當?shù)臈l件下進行體外培養(yǎng)。在本實施例中，首先使所述軟骨細胞分化并且聚積到一起從而利用懸滴培養(yǎng)、團塊培養(yǎng)、微團培養(yǎng)、旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)形成適當尺寸的細胞團。成功地將細胞團播種在聚合物支架上要求調(diào)節(jié)細胞團的平均直徑通常在10至800μΜ的范圍內(nèi)。細胞團形成中使用的細胞的數(shù)量可以根據(jù)所使用細胞的類型或者單個細胞的大小而變化。例如，對軟骨細胞或者從骨髓獲得的間充質(zhì)干細胞以IX IO3至IX IO7個細胞的數(shù)量實施原代培養(yǎng)，其中IX IO3至IXlO6個細胞可聚積在一起而形成具有在10至800 μ M范圍內(nèi)平均直徑的細胞團。因為成軟骨分化的效率與細胞團的大小成正比，所以細胞團必須具有大于某個尺寸的平均直徑，但不過分地大于聚合物支架的孔徑，過分的大話將會導致難以引起聚合物支架內(nèi)部的成軟骨分化。將分化的軟骨細胞的細胞團與溶液狀態(tài)的水凝膠混合，以形成細胞團-水凝膠復合體，其中細胞團被均勻地分散?？梢砸?:1至1: 100范圍內(nèi)的重量比將細胞團與水凝膠混合。這允許建立生理學上類似于天然軟骨的三維環(huán)境。較小部分的細胞團不利于軟骨再生，從不成功地擴散和傳遞的細胞團中分泌的軟骨形成相關(guān)ECM分子，導致軟骨形成中的緩慢進程。用于本發(fā)明的合適的水凝膠包括但不限于:纖維蛋白、明膠、膠原、透明質(zhì)酸、瓊脂糖、殼聚糖、聚磷嗪、聚丙烯酸酯、聚乳酸、聚乙醇酸、泊洛沙姆、海藻酸鹽、鹽類等，單獨使用或者以混合物的形式使用。將均勻分散于水凝膠基質(zhì)中的分化的軟骨細胞的細胞團的復合物以溶液狀態(tài)涂布在聚合物支架上并且固化成凝膠狀態(tài)，以獲得細胞團-水凝膠-聚合物支架復合體。凝膠化方法取決于所使用水凝膠的類型，聚合物支架為水凝膠提供牢固的支撐。制造聚合物支架的可生物降解且生物相容性的聚合物包括但不限于:膠原、明膠、殼聚糖、海藻酸鹽、透明質(zhì)酸、葡聚糖、聚乳酸、聚乙醇酸、(乳酸-乙醇酸)共聚物、聚己內(nèi)酯、聚酸酐、聚原酸酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯、聚丙烯酸、聚-N-異丙基丙烯酰胺、聚(氧化乙烯)_聚(氧化丙烯)_聚(氧化乙烯)共聚物、其共聚物和其混合物。為了成功地將細胞團-水凝膠復合物播種在聚合物支架上，該聚合物支架應具有互連的多孔結(jié)構(gòu)，該多孔結(jié)構(gòu)具有通常在10至800 μ Μ、或者更具體地在100至500 μ M范圍內(nèi)的均勻孔徑。此外，該聚合物支架要求具有在40 %至97 %范圍內(nèi)的孔隙率。如果孔隙率不大于40 %，則孔貫通性被顯著減小，而如果聚合物支架的孔隙率超過97%，其機械強度被顯著降低。通常，聚合物支架應當具有在50%至97%范圍內(nèi)、或者更具體地在70%至95%范圍內(nèi)的孔隙率。該聚合物支架可以利用本領(lǐng)域眾所周知的方法由上面詳述的生物相容性聚合物制成，所述方法包括例如澆鑄/溶劑萃取、氣體發(fā)泡、相分離、電紡絲、凝膠紡絲等。以所述方式所形成的細胞團-水凝膠-聚合物支架復合體具有一種結(jié)構(gòu)，其中分化的軟骨細胞的細胞團均勻分散于水凝膠基質(zhì)中從而形成細胞團-水凝膠復合體，并且使細胞團-水凝膠復合體固定在聚合物支架的表面同時填充其孔。該細胞團-水凝膠-聚合物支架復合體具有以下優(yōu)點:由于使用細胞團而不是單獨細胞所導致的高度的細胞內(nèi)相互作用，因而可以高效率地引起軟骨分化；水凝膠形成生理學上類似于天然軟骨的三維環(huán)境；細胞團-水凝膠-聚合物支架復合體進一步提高成軟骨分化的效率；在成軟骨分化期間，聚合物支架的使用能夠維持高機械強度、正確的成形、柔性和均勻的形念并且細胞團-水凝膠-聚合物支架復合體為軟骨組織提供高機械強度、柔性、和均勻的形態(tài)。在本實施例中，首先在以液體形態(tài)涂覆所述細胞團-水凝膠復合體之前使所述聚合物支架融合或者固定到所述人工半月板的所述工作面。在優(yōu)選的實施例中，所述聚合物支架通常具有在0.5至3毫米范圍內(nèi)的厚度。
[0055]在另一個替代實施例(未圖示)中，其中在融合或者固定到所述人工半月板的所述工作面的支架材料中播種關(guān)節(jié)軟骨細胞，所述工作面是通過形成氟化羥基磷灰石涂層而制成，在所述涂層上沉積有骨狀的微結(jié)構(gòu)磷酸三鈣層。所述涂層和所述層模擬鈣化關(guān)節(jié)軟骨的層通常緊靠軟骨下骨。任選地，利用超臨界二氧化碳技術(shù)(ScCO2)利mscC02的溶解力和增塑效果將所述氟化羚基磷灰石涂層材料注入所述工作面。
[0056]為了改善滑液在所述人工半月板的支承面與股骨和脛骨關(guān)節(jié)軟骨之間的分布，而將狹窄通道的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模制到所述支承面中的一個或兩個支承面上。在優(yōu)選的實施例中，所述通道具有在0.25和2.0毫米之間的寬度、在0.25和2.0毫米之間的深度，具有部分球形或者其它合適的剖面形狀被分離達1.0和5.0毫米之間的距離并且大致徑向和周向的取向。另外，為了同樣目的，在所述通道與凹槽的部分和所有交叉點處設(shè)置所述支承面中的一個或兩個支承面，所述凹槽大致垂直于在各點的表面，并且具有在0.5和5.0毫米之間的深度以及在0.5和5.0毫米之間的直徑。為了同樣目的，在一個或兩個所述支承面中設(shè)置凹槽，該凹槽的取向大致地垂直 于在各點處的表面，所述凹槽具有0.5和5.0毫米之間的深度、0.5和5.0毫米之間的直徑并且彼此分離達0.5和10毫米之間的距離。
[0057]在一個替代實施例(未圖示)中，在所述半月板的一個或兩個支承面上設(shè)置更軟、更柔性的基材的薄層，所述薄層的厚度優(yōu)選地是在0.1至2.0毫米的范圍內(nèi)。通過提供更柔性的支承面,本實施例能夠更好地實現(xiàn)微彈性流體動力學潤滑性。
[0058]如果在半月板損傷或病變的診斷或者在關(guān)節(jié)部件尺寸和形狀的測量中應用磁共振成像，那么在優(yōu)選的實施例中使用應用由美國IlOMarcus Drive, Melville, NYl 1747的Fonar公司所制造的若干類型的膝關(guān)節(jié)線圈的成像單元。
[0059]裝置的任何部件和/或本文中所描述方法的任何部分的任何可行組合應被視作由本說明書公開。
[0060]參考文獻
[0061]1.Fu F.H., ThompsonW.0.Motion of the Meniscus During Knee Flexion.1n:Mow V.C，Amoczky S.P.，Jackson D.W.，eds.Knee Meniscus:Basic and ClinicalFoundations.New York:Raven Press，1992 !Chapter 6，F(xiàn)igs 20 and 21.[0062]2.Vedi V.，Williams A.，Tennant S.J.，Spouse E.，Hunt D.M.，Gedroyc
【權(quán)利要求】
1.一種人工膝關(guān)節(jié)半月板，所述人工膝關(guān)節(jié)半月板被植入來替換病變的天然半月板從而防止對股骨和脛骨髁的關(guān)節(jié)軟骨的損傷，由此阻止骨關(guān)節(jié)炎的進行性發(fā)展；所述人工半月板被制成空心形式，在植入后通過注入可固化聚合物而使所述人工半月板膨脹從而使其形狀與股骨和脛骨髁一致；所述人工半月板的尺寸被設(shè)計成適合于股骨和脛骨髁突表面；具有用于增加強度和耐久性的內(nèi)部加強件；是由具有類似于天然半月板的彈性特性的材料制成；具有經(jīng)化學和/或物理處理以改善滑液的潤滑性的效果且增強支承面的磨損特性的支承面；以及通過錨固它們的前角和后角并且提供二級定位元件，而限制在關(guān)節(jié)間空間內(nèi)的平移。
2.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述前角和后角的端部包括由合適的金屬合金材料制成的固定板，利用穿過所述固定板進入近端脛骨表面的合適的緊固件在天然半月板的插入點將所述固定板固定到位，按需要在近端脛骨表面形成凹槽，以容納所述平板(plate)。
3.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述二級定位元件采用定位帶的形式，所述定位帶被固定到所述半月板并且固定到錨具，所述錨具固定到脛骨。
4.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述前和后角以及所述定位帶是由合適的生物相容性彈性體制成，所述材料被以一層或多層的加強件所加強，所述加強件被完全地包封在所述角和所述定位帶的材料中并且允許在10至50%的范圍內(nèi)的彈性伸展。
5.如權(quán)利要求4所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述加強件采用由諸如芳綸或?qū)ξ环季]的柔性材料制成的并且具有合適抗拉強度以及具有在0.01至1.0毫米范圍內(nèi)厚度的單絲或紡紗或者編織的復絲紗的形式，所述加強件在它們的松弛狀態(tài)下采用大致為正弦曲線形式，所述正弦曲線形式的特征是在1.0至6.0毫米范圍內(nèi)的波長和振幅。
6.如權(quán)利要求4所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述加強件進入所述半月板并且與所述半月板形成牢固的連接。
7.如權(quán)利要求2和3所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述加強件穿過所述固定板和所述錨具中的合適的孔，所述加強件向后折疊在自身上從而在所述角和所述平板(plate)之間以及在所述定位帶和所述錨具之間形成牢固的連接，所述固定板和所述錨具中的所述孔被制成具有圓形的邊緣，以防止所述加強件的磨損。
8.如權(quán)利要求3所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中任選地從所述脛骨平臺的邊緣中取出骨以提供用于所述錨具的固定的附接面，所述錨具在所述脛骨平臺的邊緣上方突出。
9.如權(quán)利要求3所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述定位帶位于通常被將天然半月板連接到滑膜的韌帶連接所占據(jù)的大致為圓形的區(qū)域。
10.如權(quán)利要求3所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述定位帶在單個大致中心(中間)定位的點被固定到所述半月板，它們的端部被固定到所述錨具，所述錨具依次在前中和后中位置被固定到脛骨平臺的邊緣。
11.如權(quán)利要求3所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述定位帶的端部在前側(cè)和后側(cè)位置被固定到所述半月板，所述定位帶的中心點被固定到單個所述錨具，所述錨具依次在內(nèi)側(cè)位置被固定到所述脛骨平臺的邊緣。
12.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中平移被限制成對應于120度的最大膝關(guān)節(jié)屈曲。
13.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中制造人工膝關(guān)節(jié)半月板的基材是合適的生物相容性且生物穩(wěn)定的彈性體，所述彈性體具有在60至95范圍內(nèi)的邵氏A硬度。
14.如權(quán)利要求13所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述基材是硅酮-聚醚聚氨酯或硅酮-聚碳酸酯聚氨酯，通過用聚四亞甲氧醚(PTMO)或脂肪族的末端為羥基的聚碳酸酯將聚二甲基硅氧烷(PSX)并入聚合物軟段而制備高強度熱塑性彈性體，所述硬段是由芳香族二異氰酸酯MDI以及低分子量二醇增鏈劑所構(gòu)成，利用硅酮或其它表面改性端基對所述共聚物鏈進行封端。
15.如權(quán)利要求13所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述基材是熱塑性聚氨酯彈性體(聚醚)。
16.如權(quán)利要求13所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中用硅酮或其它表面改性端基對所述基材的共聚物鏈進行封端。
17.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述半月板是由Keeley等人在專利號TO 2008/140703A2中所揭示類型的合成多肽材料所制成，所述材料包含至少三種連續(xù)的β -折疊/ β -轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)以及參與交聯(lián)的至少一個交聯(lián)氨基酸殘基，其中所述交聯(lián)殘基不同于β -折疊/ β -轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)并且各多肽的長度是在150和500氨基酸之間；并且/或者其中各β -折疊結(jié)構(gòu)可包含3至大約7個氨基酸殘基；并且/或者其中所述交聯(lián)多肽的氨基酸序列是相同或者不同的；并且/或者其中所述材料還包括增強材料，例如動物材料、合成材料或者金屬；并且/或者 其中所述材料還包括非蛋白質(zhì)親水性聚合物；并且/或者其中所述材料還包括氨基多糖基團，例如透明質(zhì)酸基團；并且/或者其中所述材料包括交聯(lián)多肽與氨基多糖基團的混合物；并且/或者其中所述交聯(lián)多肽共價結(jié)合到氨基多糖基團；并且/或者其中所述材料是固體并且可采用墊板、片狀和韌帶狀結(jié)構(gòu)的形式。
18.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中制造所述半月板的基材是親水性聚合物材料(水凝膠)，其中通過減小親水性單體的比率、通過添加疏水性的共聚單體或者通過增加交聯(lián)度而減小吸水性并且增加堅實度，所述人工半月板被任選地制成整體或者具有具不同特性例如(更大的硬度)的類似材料涂層。
19.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中制造所述半月板的基材是基于甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯例如聚甲基丙烯酸羥乙酯；聚乙烯醇；聚乙二醇，包括與膠原、甲基化膠原或蛋白質(zhì)例如與膠原化合物交聯(lián)的白蛋白的組合以及與縮聚物的共聚物聚合物例如尼龍6和聚氨酯(Biopol);聚氧化乙烯；或者丙烯酰胺或聚丙烯酰胺，例如聚乙烯吡咯烷酮或水解的聚丙烯腈(Hypan系列的水凝膠)。
20.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中制造所述半月板的基材是天然親水性聚合物例如膠原、海藻酸鹽和角叉菜膠的改性形式；或者對纖維素實施衍生化所形成的那些，例如羧甲基纖維素鈉以及羥乙基纖維素和羥丙基纖維素。
21.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中制造所述半月板的基材是共聚物以及1、II和IV型膠原的組合；明膠；瓊脂糖；含蛋白多糖的細胞收縮膠原，氨基多糖或糖蛋白類；纖維連接蛋白；層粘蛋白；生物活性肽生長因子；細胞因子；彈性蛋白；纖維蛋白；由聚酸例如聚乳酸、聚乙醇酸或聚氨基酸、聚己內(nèi)酯或者聚氨基酸制成的合成聚合物纖維。
22.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中，任選地通過本領(lǐng)域已知的各種方法包括電紡絲法用膠原微纖維來加強制造所述半月板的基材。
23.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中最終尺寸和成形是在為了所述目的所制造或選擇的模具中執(zhí)行的，所述模具被處理以提供在所述半月板的上支承面和下支承面上的玻璃狀表面。
24.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述第一內(nèi)部加強件采用埋在所述空心形式的所有壁中以提供額外的抗拉強度的薄片增強材料的形式。
25.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述第二內(nèi)部加強件采用部署在所述空心形式內(nèi)部的增強材料的一個或多個內(nèi)板的形式，所述一個或多個內(nèi)板在它們的外緣處被固定到在所述半月板的外壁中的所述埋入的增強材料，并且會聚在所述半月板的內(nèi)邊緣，在此內(nèi)邊緣處所述一個或多個內(nèi)板連接和被埋入，所述第二加強件的作用是使所述人工半月板從關(guān)節(jié)中的擠出最小化。
26.如權(quán)利要求24和25所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述內(nèi)部加強件采用芳綸或?qū)ξ环季]膜的形式，所述膜的厚度是在0.005至0.1毫米的范圍內(nèi)。
27.如權(quán)利要求24和25所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述增強材料厚度和長度根據(jù)在所述半月板內(nèi)的位置而變化。
28.如權(quán)利要求24和25所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中在所述增強材料中設(shè)置多個孔，所述孔增強所述埋入的增強材料與所述半月板的基材的接合，并且便于注入所述空心形式人工半月板內(nèi)部的所述可固化樹脂的分布。
29.如權(quán)利要求28所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述孔具有任何合適的形狀和布置，例如從而留出能夠滿意地承載施加到所述板材的徑向和周向負荷的完整區(qū)域。
30.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中，為了更好的是實現(xiàn)微彈性流體動力學潤滑性，在所述半月板的所述支承面中的一個或兩個支承面上設(shè)置更軟的更柔性的基材的薄層，所述薄層的厚度是在0.1至2.0毫米的范圍內(nèi)。
31.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中任選地利用筋板連接所述人工半月板的角，從而提供一定程度的對所述人工半月板形狀的控制，所述筋板的內(nèi)邊緣這樣成形:使得與所述半月板的內(nèi)邊緣一起，它們形成大致為圓形的孔。
32.如權(quán)利要求31所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中任選地將所述筋板制成是多孔或者有小孔的，它們被適當?shù)丶訌姴⑶揖哂性贠至20%范圍內(nèi)的最大彈性伸展，對所述半月板的上表面和下表面、所述角和所述筋板進行處理以改善它們的利用滑液的潤滑性。
33.如權(quán)利要求31所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述筋板是由細芳綸或?qū)ξ环季]纖維扁平編織成的，它們的端部牢固地埋在所述半月板角中，所述筋板優(yōu)選地被包封在所述彈性體基材中。
34.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述人工半月板的所述內(nèi)部區(qū)域被延伸到所述角的端部的薄的多孔板材的擋板(apron)所填充，所述擋板的邊緣牢固地附著到所述半月板和所述角。
35.如權(quán)利要求34所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述擋板采用由牢固的交聯(lián)聚合物材料制成的膜或編織片的形式，所述膜或編織片具有在0.05至0.5毫米范圍內(nèi)的厚度并且允許在O至20%范圍內(nèi)的彈性伸展。
36.如權(quán)利要求34所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述擋板的材料不是多孔的，在擋板的材料中設(shè)置大量的小孔從而允許滑液經(jīng)過所述材料自由流動，所述孔優(yōu)選地是圓形或者大致圓形，所述孔的直徑是在0.25至3.0毫米的范圍內(nèi)并且彼此的間距是在0.25至5.0毫米的范圍內(nèi)。
37.如權(quán)利要求36所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述孔被布置成如下圖案，該圖案形成完全地穿過所述人工半月板寬度的多條不間斷的應力傳遞路徑，所述各應力傳遞路徑具有在15°至45°范圍內(nèi)的與相鄰路徑的角分離。
38.如權(quán)利要求34所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述擋板材料被任選地包封在所述彈性體基材中，并且被處理從而通過利用滑液改善其潤滑性減小其自身與所緊靠的生物表面之間的摩擦。
39.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中，為了改善所述半月板利用滑液的潤滑性，對所述支承面進行處理而通過用[2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿-甲基丙烯酸正丁酯]共聚物[(MPC-BMA)共聚物]浸潰所述表面而使它們對二棕櫚酰磷脂酰膽堿(DPPC)具有親和性。
40.如權(quán)利要求39所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中將聚氨酯彈性體在含有BMA(0.Smol1)和作為聚合引發(fā)劑的過氧化苯甲酰(lwt%相對于BMA)的乙醇溶液中浸泡15小時以形成略微鼓起的表面，然后用乙醇輕輕地清洗所述材料，在含有MPC(0.Smol1)的乙醇溶液中浸泡30分鐘；在從第二溶液中取出后，將所述材料吸干，然后在氬氣氣氛中于70°C下加熱5小時，以使存在于所述材料表面中的單體聚合物發(fā)生聚合，然后用乙醇清洗，然后于室溫下真空干燥24小時。
41.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中，為了改善滑液在所述人工半月板的支承面與股骨和脛骨關(guān)節(jié)軟 骨之間的分布，而將狹窄通道的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模制入所述支承面中的一個或兩個支承面，所述通道優(yōu)選地具有在0.25和2.0毫米之間的寬度，具有在0.25和2.0毫米之間的深度，具有部分球形或者其它合適的剖面形狀，被分離在1.0和5.0毫米之間的距離并且大致地徑向和周向地取向。
42.如權(quán)利要求41所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板其中，為了改善滑液的分布，而給所述支承面中的一個或兩個支承面在所述通道與的部分和全部交叉點處設(shè)置在各點處取向大致垂直于所述表面的凹槽，所述凹槽具有在0.5和5.0毫米之間的深度以及在0.5和5.0毫米之間的直徑。
43.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中為了改善滑液的分布，在所述支承面中的一個或兩個支承面中設(shè)置凹槽，所述凹槽在各點的取向大致垂直于所述表面，所述凹槽具有在0.5和5.0毫米之間的深度以及在0.5和5.0毫米之間的直徑，所述凹槽彼此分離在0.5和10毫米之間的距離。
44.如權(quán)利要求2所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中將所述固定板制兩個可分離的部件，陰型部件被固定到近端脛骨表面而陽型部件被固定到所述人工半月板的角以被接收或鎖緊入所述陰型部件。
45.如權(quán)利要求44所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述陰型部件是由位于內(nèi)部的斜撐制成，沿所述斜撐的各側(cè)所述斜撐被互補的棘輪型齒結(jié)合，所述棘輪型齒是沿所述陽型部件的兩個平行聯(lián)接棒的邊緣而形成，所述聯(lián)接棒能夠彈性地彼此相向位移以使所述齒與所述斜撐分離。
46.如權(quán)利要求45所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中利用與所述聯(lián)接棒中的孔結(jié)合的合適的鉗子型工具使所述聯(lián)接棒彎曲到一起。
47.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中直接地用合適厚度的一層類金剛石碳(DLC)涂覆所述人工半月板的支承面，必要時，在利用氮氣、O2等離子處理等的離子注入的沉積之前對所述表面進行改性，所述涂層是利用脈沖激光沉積法、射頻等離子體CVD法或者離子束輔助沉積法而形成。
48.如權(quán)利要求47所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中首先用碳納米纖維密集地充滿所述半月板的所述支承面，所述類金剛石碳涂層與所述碳納米纖維形成牢固的結(jié)合。
49.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中同采用合適的碳化物、氮化物或氧化物形式的一薄層的耐磨材料涂覆所述人工半月板的支承面，所述涂層是利用化學鍍工藝從納米顆粒的懸浮溶液中沉積出。
50.如權(quán)利要求49所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中首先對所述表面進行等離子處理并且利用化學吸附將金屬催化劑注入所述表面從而激活所述表面，所述催化劑是SnCl2和PdCl2O
51.如權(quán)利要求50所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中通過超臨界二氧化碳技術(shù)(ScCO2)利用ScCO2的溶解力和增塑效果將所述催化劑注入所述表面。
52.如權(quán)利要求47至51中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中，必要時，使更硬聚合物材料的平滑的薄的柔性層結(jié)合到所述工作面，從而為所述涂層通過更高的基質(zhì)，所述更硬聚合物材料優(yōu)選地具有在0.05至0.5毫米范圍內(nèi)的厚度并且采用具有高抗拉強度的交聯(lián)聚合物例如芳綸或?qū)ξ环季]的形式。
53.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中通過在所述半月板的所述支承面上形成一層透明軟骨而增加所述半月板`的所述支承面的潤滑性，所述形成過程包括制備一層合適的高度多孔的支架材料以及將所述支架材料注入或固定到所述支承面；用關(guān)節(jié)軟骨細胞對所述支架材料進行播種；將所述軟骨細胞在合適的條件下進行體外培養(yǎng)，以產(chǎn)生所述透明軟骨，在所述培養(yǎng)過程期間將適當?shù)某尚文＞邞糜谒鲋Ъ艿谋砻孢_一段時間以確保期望的表面成型的完成。
54.如權(quán)利要求53所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述支架材料包括利用不同的交聯(lián)劑將甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)或者HEMA和二甲基丙烯酸二醇酯(GDMA)接枝聚合到水溶性膠原上所形成的合成水凝膠；利用紡織品處理技術(shù)將聚乙醇酸(PGA)擠出并且組裝成纖維形態(tài)；利用電紡絲法組裝的聚乙丙交酯(PLG);水解的膠原、丙烯酸(AA)丙烯酰胺(AAm)和蒸餾水的組合的自由基聚合，以及使用N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)的交聯(lián)；在三維形式中利用計算機控制的注射器通過熔融共聚物纖維的受控沉積而組裝的多孔材料例如(聚)對苯二甲酸乙二醇酯_(聚)對苯二甲酸丁烯-(PEGT/μ PBT);以及本領(lǐng)域眾所周知的其它方法。
55.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中通過在所述半月板的所述支承面上形成一層透明軟骨而增加所述半月板的所述支承面的潤滑性，所述形成過程是采用Kim等人在US2010/0120149中所揭示方法的修改方法而完成，并且包括制備一層聚合物支架材料以及將所述支架材料融合或固定到所述支承面；將與水凝膠混合的液體形式的分化的關(guān)節(jié)軟骨細胞涂覆在所述支架材料上，然后凝膠化；以及將所述軟骨細胞在合適的條件下進行體外培養(yǎng)。
56.如權(quán)利要求55所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述聚合物支架是由可生物降解和生物相容性的聚合物制成，包括但不限于:膠原、明膠、殼聚糖、海藻酸鹽、透明質(zhì)酸、葡聚糖、聚乳酸、聚乙醇酸、(乳酸-乙醇酸)共聚物、聚己內(nèi)酯、聚酸酐、聚原酸酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯、聚丙烯酸、聚-N-異丙基丙烯酰胺、聚(氧化乙烯)_聚(氧化丙烯)_聚(氧化乙烯)共聚物，其共聚物和其混合物；所述聚合物支架具有均勻孔徑的互連的多孔結(jié)構(gòu)，所示孔徑通常是在10至800 μ M (優(yōu)選地100至500uM)的范圍內(nèi)，并且所述多孔結(jié)構(gòu)具有在40%至97%的范圍內(nèi)(優(yōu)選地在50%至97%的范圍內(nèi)、或者更具體地在70%至95%的范圍內(nèi))的孔隙率；所述聚合物支架是利用本領(lǐng)域眾所周知的方法由所述生物相容性的聚合物制成，所述方法包括澆鑄/溶劑萃取、氣體發(fā)泡、相分離，電紡絲，凝膠紡絲等；所述聚合物支架通常具有在0.5至3毫米范圍內(nèi)的厚度。
57.如權(quán)利要求55所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中所述形成方法包括:利用懸滴培養(yǎng)、團塊培養(yǎng)、微團培養(yǎng)或旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)使軟骨細胞分化并且使它們聚積到一起以形成適當尺寸的細胞團，所述細胞團通常是在10至800 μ M的范圍內(nèi)，并且符合所述聚合物支架材料的孔徑；以在1:1至1: 100范圍內(nèi)的重量比將分化的軟骨細胞的細胞團與溶液狀態(tài)的水凝膠混合，從而形成其中所述細胞團均勻分散的細胞團-水凝膠復合體，從而建立生理學上類似于天然軟骨的三維環(huán)境的一個三維環(huán)境(合適的水凝膠包括纖維蛋白、明膠、膠原、透明質(zhì)酸、瓊脂糖、殼聚糖、聚磷酸酯、聚丙烯酸酯、聚乳酸、聚乙醇酸、泊洛沙姆、海藻酸鹽、鹽類等，單獨使用或者以混合物形式使用)；將溶液狀態(tài)的均勻分散于水凝膠基質(zhì)中的分化的軟骨細胞的細胞團涂覆在所述聚合物支架材料上，同時地填充其孔并使其固化成凝膠狀態(tài)，從而獲得細胞團-水凝膠-聚合物支架復合體，所述凝膠化法取決于所使用水凝膠的類型，所述水凝膠形成生理學上類似于天然軟骨的三維環(huán)境的一個三維環(huán)境并且細胞團-水凝膠-聚合物支架復合體進一步改善成軟骨分化的效率，聚合物支架的使用能夠維持高機械強度、精確的成形、軟骨分化期間的柔性和均勻的形態(tài)，并且細胞團-水凝膠-聚合物支架復合體為軟骨組織提供高機 械強度、柔性、和均勻的形態(tài)。
58.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板，其中通過在所述半月板的所述支承面上形成一層透明軟骨而增強所述半月板的所述支承面的潤滑性，所述形成過程包括將氟化羥基磷灰石涂料涂覆在所述工作面上，在所述工作面上沉積骨狀的微結(jié)構(gòu)磷酸三鈣層，以模擬通常緊靠軟骨下骨的鈣化關(guān)節(jié)軟骨層，任選地通過超臨界二氧化碳技術(shù)(ScCO2)利用ScCO2的溶解力和增塑效果將所述氟化羥基磷灰石涂層注入所述工作面；制備一層支架材料并且使所述支架材料融合或固定到所述工作面；用關(guān)節(jié)軟骨細胞對所述支架材料進行播種；在合適的條件下對所述軟骨細胞進行體外培養(yǎng)。
59.一種提供被植入以替換病變的天然半月板從而防止對股骨和脛骨髁的關(guān)節(jié)軟骨的損傷由此阻止骨關(guān)節(jié)炎的進行性發(fā)展的人工膝關(guān)節(jié)半月板的方法；所述方法包括提供制成空心形態(tài)的人工半月板，在植入后通過注入可固化聚合物而使所述人工半月板膨脹從而使它們的形狀與股骨髁和脛骨髁一致；將所述人工半月板的尺寸設(shè)計成適合于股骨和脛骨髁突表面；具有用于強度和耐久性的內(nèi)部加強件；是由具有類似于天然半月板的彈性特性的材料制成；具有經(jīng)化學和/或物理處理以改善利用滑液的潤滑效率并且增強所述支承面的磨損特性的支承面；并且所述人工半月板通過錨固它們的前后和后角以及提供二級定位元件而被限制在關(guān)節(jié)間空間內(nèi)的平移。
60.如權(quán)利要求59所述的提供人工膝關(guān)節(jié)半月板的方法，其中為了植入所述人工半月板，經(jīng)由最小限度的切口以及關(guān)節(jié)周圍的腱組織和囊組織的分離或置換，實現(xiàn)進入膝關(guān)節(jié)腔；按需要通過手術(shù)切斷所有的天然半月板的脛骨、韌帶和關(guān)節(jié)囊附著并注意止血，取出天然半月板；在僅取出一個所述天然半月板的情況下，以適當?shù)拈L度切斷橫向膝韌帶并且橫向膝韌帶被縫合到前交叉韌帶的基部；基于髁的放射成像、超聲成像或磁共振成像的圖像來選擇適于平面尺寸和形狀的所述人工半月板；必要時取出骨，以提供用于所述定位帶錨具的附接面；通過抽空而使所述人工半月板折疊，將其折疊成緊湊形式，潤滑，被加載進入會聚性的定位管并且擠出至在股骨和脛骨髁之間的位置，必要時施加內(nèi)翻或外翻力以打開關(guān)節(jié)；所述人工半月板被展開并且被正確地定位，它們的角被延伸并且用合適的緊固件將它們的固定板固定到脛骨；用所述定位帶將所述定位帶錨具固定到脛骨；將股骨和脛骨髁維持在正確的關(guān)系并且將可固化樹脂注入所述人工半月板以使它們膨脹從而使它們與所述股骨和脛骨髁相合；將股骨和脛骨髁維持在正確的關(guān)系直到所述可固化樹脂已被催化；最后，按需要對滑膜囊進行修整從而完全地圍合關(guān)節(jié)，使分離的組織復位并且閉合皮膚切口。
61.如權(quán)利要求1至60中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)半月板和方法，其中以上參考附圖描述的任何一個實施例與以上參照附`圖描述的另一個實施例組合。
【文檔編號】A61F2/38GK103501732SQ201180067910
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月21日
【發(fā)明者】R.W.沃勒斯 申請人:普羅斯特克西斯私人有限公司