CN102448405A - 人工膝关节 - Google Patents

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Abstract

需要一种人工膝关节(1)，其包括分别附接到患者(4)的股骨(2)和胫骨(3)的股骨部件(10)和胫骨部件(30)。股骨部件(10)包括从股骨部件(10)的后部(13)延伸至前部(14)的外侧髁(11)和内侧髁(12)。股骨间隙(15)设置在外侧髁(11)与内侧髁(12)之间，从股骨部件(10)的后部(13)向前部(14)延伸。外侧髁(11)与内侧髁(12)在股骨部件(10)的前部(13)连接而形成髌骨跟踪路径或者支承表面(16)，支承表面位于间隙(17)的前端并且形成间隙的前部端部。股骨凸轮(18)将外侧髁(11)与内侧髁(12)的后部端部进行桥连，并且形成间隙(19)的后部端部，其中股骨凸轮(18)构造成具有环(20)的部分的形状。在胫骨部件(30)中在中心柱(33)的两侧设置有两个大致对称的关节支承表面(31、32)，其中关节支承表面(31、32)是用于接收股骨部件(10)的外侧髁(11)和内侧髁(12)，将柱(33)的形状设计成使得柱(33)可适合股骨间隙(15)。

Description

人工膝关节
技术领域
本公开涉及一种可用于置换损坏或磨损的膝部的人工膝关节。尤其是，诸如关节炎或风湿病的情况会导致对膝关节的损坏，这可以通过用人工关节进行置换来减轻。同样，显然遭受意外事故的人也可以得益于这种置换关节。
背景技术
在本领域中通常提供一种包括两个部件的膝关节。第一个部件旨在附接到患者的股骨，第二部件附接到患者的胫骨。在这两个部件之间设置支承表面，使得股骨部件的下部位于胫骨部件上部上并且可以在其上滑动。显然，膝关节需要胫骨与股骨可以相对彼此旋转和弯曲，这通常是通过使股骨部件的外侧具有弯曲表面而实现。通过在股骨部件上提供这个弯曲的支承表面，允许股骨能够与正常膝关节发挥作用的同样方式在胫骨部件的支承表面上旋转和弯曲。
显然，必须限制股骨部件与胫骨部件之间的可能的相对旋转和弯曲的量，这常常是通过在股骨部件的一部分中提供沟槽和间隙并在胫骨部件上提供适当的柱来实现。
通过将柱定位于该间隙中，允许股骨部件能够在两个设定的旋转和弯曲止动器之间运动，因而可用于反映并复制膝部的正常运动。即，所述柱将股骨部件的运动限制在设置于股骨部件中的间隙的程度，因而能够允许修整并适当限制这两个部件之间相对旋转和弯曲的量。
美国专利5,549,686描述了一种置换膝关节，其中如上所述柱与间隙相互作用。为了使膝关节能够进行高度的弯曲，在股骨部件的最后部部分设置股骨凸轮。此股骨凸轮与所述柱的后部侧相互作用，因而可允许股骨部件与胫骨部件之间的高角度弯曲和旋转。
在美国专利6,123,729中，也描述了一种类似以上现有技术的结构。该专利文件进一步讨论了股骨部件内的内部接受腔，用以与股骨的端部相互作用。此外，股骨部件的外表面的弯曲结构允许股骨部件与胫骨部件之间能够相对旋转，股骨凸轮提供用于与胫骨部件上的柱相互作用从而增加这两个部件之间的高弯曲角度。
未被上述现有技术置换膝部中的任意一个所描述的一个方面，是膝部中的许多腱与韧带之间的一般的不对称。通常情况是患者的腱与韧带具有不同的强度和长度，这在高弯曲角度的膝关节中是特别明显的。这将易于努力将膝关节的取向从完全对准拉出，使得在患者胫骨与股骨之间发生一定程度的扭曲，然后被转移至膝关节。本公开涉及一种对此问题的解决方案，并且本公开提供一种适合于允许股骨部件和胫骨部件能够以非常高的弯曲角度旋转和/或摆动(特别是受控制的相对旋转/摆动)的膝关节。
发明内容
为了解决上述问题，本公开涉及一种置换或人工膝关节，该置换或人工膝关节包括分别附接到患者胫骨和股骨的胫骨部件和股骨部件。特别是，这两个部件是分开的，并且分别附接到患者的腿骨。优选地，股骨部件是由通常从部件前部延伸至部件后部的两个髁所组成。这些髁(外侧髁和内侧髁)在前部侧被连接到一起并形成髌骨板。在这两个髁之间提供了间隙，该间隙在向前方向延伸至髌骨板，并且在后部方向延伸至髁的后面。侧向凸轮将两个髁的后部端部桥连并形成间隙的端部，侧向凸轮用来控制股骨部件相对于胫骨部件的弯曲的范围。
优选地，本公开的股骨凸轮中设置了是环的一部分的结构。换句话说，将两个髁的后部端部桥连的股骨凸轮具有把这两个髁之间的间隙桥连的弯曲轮廓，该弯曲轮廓更优选地易于延伸至略微高于各髁的上端。环的这个部分通常将但不必与竖直面对准，当股骨部件附接到股骨上时竖直面顺着股骨的中心轴线。换句话说，当从股骨部件的后面看时，股骨凸轮被看成是环的一部分， 并且股骨凸轮从各髁的后部端部略向上延伸并且将两个髁桥连。然而，只要轮廓是属于环的部分，股骨凸轮不必延伸至高于髁的高度。
人工膝关节的胫骨部件包括旨在位于股骨部件的间隙内的中心柱。这两个部件中的柱与间隙之间的相互作用将提供并控制膝关节的运动范围。胫骨部件的此中心柱的任一侧包括内侧和外侧的支承表面，这两个支承表面优选地是对称形成的。由于具有与胫骨部件的对称结构，因此对于左膝部置换和右膝部置换来说只需制作一个胫骨部件。然而，如有需要，内侧支承表面与外侧支承表面也可以具有不对称设计。此外，这些支承表面可通过插入胫骨部件而提供。支承表面的作用是接收股骨部件的外髁，因而在膝关节的股骨部件与胫骨部件之间提供支承表面和延伸面(running surface)。
人工膝关节可进一步具有设置在柱下后部端的支承表面。这个关节支承表面可构造成具有与股骨凸轮外表面匹配的凹入，使得股骨凸轮将紧密地适合这个凹入的关节表面。在股骨部件与胫骨部件之间的高水平弯曲处，股骨凸轮将被接收于这个高弯曲的关节表面或凹入中，因而将在这两个部件之间提供适当的支承。
为了允许股骨部件与胫骨部件之间适当的旋转和弯曲，而使股骨部件的髁具有外弯曲表面。因此，这个弯曲表面将允许股骨部件与胫骨部件之间的适当的旋转和弯曲。优选地，这两个部件的弯曲表面具有两种曲率半径；从髌骨支承表面朝向股骨部件的后部延伸的第一较大曲率半径。在相邻于侧向凸轮的髁附近，可提供第二较小曲率半径，以允许这两个部件之间的高角度的弯曲并进一步使侧向凸轮接触高弯曲关节表面。
更有利的是，设置在胫骨部件上的支承表面具有大于髁的第一曲率半径的预期曲率、大致与髁的第一曲率半径相同的预期曲率、或者实际上与髁的第一曲率半径相同的预期曲率。即，胫骨部件的支承表面的凹入具有与在股骨部件上的第一较大曲率半径相匹配的曲率半径。
当股骨部件与胫骨部件借助于髁的第一曲率半径部分与胫骨部件上的支承表面相互接触时，这两个部件将良好地匹配对准。在股骨部件相对于胫骨部件而旋转和弯曲时，侧向凸轮(更具体地是其内弯曲表面)将撞击柱的后部侧。在这个第一接触点，优选的是侧向凸轮位于股骨部件内的位置是使撞击柱的位置是在柱的上面，而不是在最底部。当侧向凸轮与柱第一次接触时，优选地是侧向凸轮不定位在凹入的高弯曲关节表面中。此外，优选地髁应借助于它们的第一曲率半径部分与胫骨部分的支承表面接触。即，优选地，髁仅在第一曲率半径的部分而不是在具有第二较小曲率半径的部分与支承表面接触。
股骨部件与胫骨部件之间已经进行的以到达侧向凸轮与柱之间的第一接触点的弯曲角度或者旋转角度位于约55°至75°之间。更优选地，其位于60°与70°之间、最优选其为65°。这个旋转和弯曲角度是基于零点的旋转(股骨部件与胫骨部件的对准，使得患者的腿可以是直立的)。即，将这两个部件对准，使得患者腿的股骨与胫骨可以大致为线性对准，或者换句话说患者的腿将会处于完全延伸。
如果股骨部件相对于胫骨部件进行了进一步地旋转和弯曲，接触点将从具有第一较大曲率半径的髁的部分前进至具有第二较小曲率半径的部分。这个过程将易于使侧向凸轮向下至柱的后部侧并且与高弯曲关节表面匹配对准。即，提供髁的第二较小曲率半径，将使侧向凸轮向下至轴的后部侧并且进入高弯曲关节表面的凹入。
如果零点的旋转和弯曲被再一次定义为患者腿的完全延伸，即直立的腿，则股骨凸轮与高弯曲关节表面的匹配对准的点将发生约95°与115°之间、优选这发生在100°与110°之间、最优选在105°的旋转和弯曲。
通过使股骨部件进一步旋转，侧向凸轮的环状结构将易于相对于胫骨部件提升股骨部件。即，侧向凸轮环状部分的形状导致股骨部件提升出一定程度而不与胫骨部件接触。股骨部件将经由侧向凸轮和凹入的高弯曲关节表面而保持与胫骨部件的接触，但是髁将升高超过支承表面并且将不保持接触。因为接触点仅在侧向凸轮与关节支承表面之间，所以将允许股骨部件摆动和旋转从而使髁中的一个接触支承表面。股骨部件与胫骨部件之间这种摆动是环状结构对股骨凸轮的直接结果，并且可用以适应人膝部的腱和韧带的不同的强度。
摆动的量可以位于约1°与8°之间的任何处、更优选在约2°与5°之间的任何处。最优选地，股骨部件与胫骨部件之间的摆动量为3°。
当股骨部件和胫骨部件被构造成使得它们可以相对于彼此摆动时，侧向凸轮的外径向表面或者其环状部分具有不同于其所接触的高弯曲关节表面的不同曲率半径。换句话说，股骨部件与胫骨部件之间的接触点仅仅在股骨凸轮和高弯曲关节表面，并且因为股骨凸轮具有环状结构所以可以围绕高弯曲关节表面的凹入部分滑动，这允许股骨部件与胫骨部件之间的摆动。另外，环状股骨凸轮的外径向表面可以略微不同于高弯曲关节表面的凹入，然后这也将允许股骨部件与胫骨部件之间发生摆动。
也可以提供在截面的方向具有两个曲率半径的股骨凸轮。即，股骨凸轮的下内径向部分具有第一较小曲率半径，在这点上股骨凸轮与柱之间进行第一接触。围绕股骨凸轮的外表面在径向上进行，曲率半径在股骨凸轮的上侧发生变化。在股骨凸轮上部的曲率半径可以大于在下部的曲率半径，并且将易于使股骨凸轮在这点上稍微较厚。因为在股骨凸轮的上端设置有第二较大曲率半径，所以当股骨部件与胫骨部件在高弯曲角度对准时将允许股骨部件与胫骨部件之间的摆动和旋转。优选地，第一曲率半径优选在3mm至10mm之间、更优选在3mm与6mm之间，甚至更优选为约3.5mm；第二曲率半径优选为5mm至15mm之间、更优选为5mm与10mm之间、甚至更优选为约5.5mm。
胫骨部件在其中具有三个凹入部分，即，两个支承表面以及高弯曲关节表面。优选地，这三个表面每个的最低点厚度均是相同的，更优选地其在约4mm与25mm之间、更优选在6mm至15mm之间、甚至更优选为6mm。这与SN EN ISO 21536一致。
附图说明
图1是显示本公开的股骨部件的两个视图。
图2是并入胫骨部件中的支承嵌体或插入物的透视图。
图3是示出侧向凸轮提供其一部分的假想环的股骨部件的视图。
图4是示出了股骨凸轮的两种曲率半径的股骨部件的截面。
图5是在旋转零点对准的股骨部件和胫骨部件。
图6是与股骨凸轮和柱之间的第一接触点对准的股骨部件和胫骨部件。
图7是在股骨凸轮与高弯曲关节表面之间的第一接触点的股骨部件和胫骨部件。
图8是示出了股骨部件相对于胫骨部件摆动的股骨部件和胫骨部件。
图9是对准的膝关节的股骨部件和胫骨部件。
具体实施方式
图1示出了人工膝关节1的股骨10部件；图2示出了可以并入胫骨部件30内的支承嵌体或插入物。如图9中所示，整个胫骨部件30包括：上支承嵌体或插入物(其提供支承表面，股骨部件10在此支承表面上运行)、以及包括插入患者4胫骨3内的胫骨柱的下部。可以提供胫骨部件30，如这种两件式单元，其中下部可能由金属制成，可能由聚乙烯形成的支承嵌体或插入物可以附接到下部。也可以进一步形成组合的胫骨部件30，包括支承表面与胫骨柱(作为单一单元)。在以下的讨论中为了清楚起见，术语“胫骨部件30”旨在包括这两个选择，并且在支承嵌体或插入物(如图2中所示)与组合的选择之间没有特别地做出区别。
如图5至图8中一般性地示出，可以看出股骨部件10与胫骨部件30之间的相互作用。特别是，股骨部件10，如图1b中一般地示出，旨在歇靠在胫骨部件30的上表面。此外，下弯曲表面(如图1b中所示)将歇靠在胫骨部件30的上(一般是弯曲的)表面，如图2中所示。
股骨部件10旨在附接到患者4股骨2的端部。如至少从图1a可清楚的，股骨部件10包括内部部分或凹槽，患者股骨3的下部被插入并固定在其中。股骨部件10到股骨2端部的固定是众所周知的，主张的是，本膝关节1尤其是其股骨部件10能够按照任何本领域中所熟知的替代方式附接到股骨2。
以与股骨部件10类似的方式，胫骨部件30(如图9中所示)旨在附接到患者4胫骨3的上部。此外，这种胫骨部件30到患者4的胫骨3的附接在本领域是众所周知的，并且用于将这两个物件附接到一起的任何可用技术对于本公开的胫骨部件30来说被认为是合适的。
如图1中最清晰地示出，本公开的股骨部件10优选地包括具有弯曲外表面的部件。这个弯曲外表面开始于髌骨跟踪路径或者形成于股骨部件10的前部14的支承表面16，并且通常在后部方向朝股骨部件10的后部13延伸。如图1b中所示，股骨部件10的弯曲的外表面和下表面进一步优选地具有大致两种不同曲率半径的表面。特别是，从髌骨支承表面16延伸至股骨部件10的最后的点的股骨部件10的外表面具有第一曲率半径。随着股骨部件10的外表面继续延伸，外表面通常易于在前部14方向向后弯曲，并且具有第二较小曲率半径。即，股骨部件10的外表面具有在其最后或后部13侧的更紧密的弯曲，其使股骨部件10的后部13端部端部向后或向上朝着股骨部件10的前部14弯曲。
如图1a中所示，股骨部件10包括两个髁。这两个髁包括外侧髁11和内侧髁12。显然，股骨部件10将构造成适合于患者4的左或右股骨3。特别是，髌骨支承表面16将被适当地构造使得其朝向股骨部件10的侧向（lateral）侧延伸，因为这将适合于附接到股骨2。在本公开的股骨部件10中，外侧髁11与内侧髁12被间隙15分开。这个间隙15旨在适当地与胫骨部件30的柱33相互作用。在图2中可以清楚地看到胫骨部件30的柱33。
当膝关节1在患者4体内时，胫骨部件30的柱33与股骨部件10的间隙15之间的相互作用极其适用于限制股骨部件10与胫骨部件30的相对运动。如下面更详细的讨论的，在股骨部件10与胫骨部件30相对旋转期间，间隙15的端部将撞击柱33。显然，间隙15的前部端17将在一个取向上撞击柱33的前部侧37，并且将阻止股骨部件10和胫骨部件30在此方向上继续地相对旋转。同样地，因为股骨部件10与胫骨部件30在另一个方向上的相对旋转，间隙15的后部端19将撞击柱33的后部侧，因而易于阻止股骨部件10 相对于胫骨部件30的进一步旋转。然而，如以下所看到的，股骨部件10的特定结构允许股骨部件10的额外旋转以给予膝关节1的过度延伸。
间隙15的前部端17被定位在外侧髁11和内侧髁12的前部端的髌骨支承表面16所限定。间隙15的后部端19被股骨凸轮18所支撑（provide）。如从图1a可清楚的，将股骨凸轮18设置作为外侧髁11与内侧髁12之间的桥连结构。特别是，将看到股骨凸轮18的上侧可延伸至高于外侧髁11和内侧髁12的各端部的点， 尽管这不是必须的。对此将相对于图8中进行更详细的讨论。
除了形成外侧髁11与内侧髁12之间的桥连的股骨凸轮18以外，股骨凸轮18优选地构造成环的一部分。这将在图3中所示环的假想视图中最佳地看到。如从图3中最佳地看到的，完整的假想环示于图中，股骨凸轮18被其一部分提供。特别是，将环的尺寸和位置设计为其部分将适当地将外侧髁11与内侧髁12进行桥连，并且也可以延伸高于、至相同的高度、或者低于外侧髁11的内侧髁12的端部。股骨凸轮18的面对股骨部件10的内部凹槽的内表面，可以设置成平坦表面，或者实际上为将顺着大致环的形状的弯曲表面，如图3中所示。股骨部件10的内部部分通常可以形成为一系列的直边工件，以便给予股骨2适当的结合表面。同样地，需要时可以给予股骨部件10的内表面不同的结构，从而适于结合到股骨2。例如，代替环20的该部分的内部部分具有平坦的侧，环20的该部分可以以弯曲的方式延伸入股骨部件10的内部，从而形成圆环面的部分。
如图中所示，假想环可被设置成使得其与患者4的延伸的腿对准。如附图中所示，假想环大致示出为使得其从股骨凸轮18直线向下延伸。然而，环不必以这种方式延伸，并且如图3中的线所示，假想环也可以大致在股骨部件10下延伸。这个角度倾向于意味着股骨凸轮18是弯曲的并且远离股骨部件10的内部部分移动。显然，假想环可以远离股骨部件10的下侧延伸，使得形成股骨凸轮18的上部部分将易于移入股骨部件10的内部部分。如果直立向下被认为是0°点，从此处的偏移可位于±15°、更优选±10°、最优选±5°之间的范围内。
假想环的外半径位于20mm与50mm之间；优选外半径位于25mm与45mm之间；更优选外半径位于30mm与40mm之间；最优选地外半径为大约35mm。可以对假想环的实际半径进行修整以适应移植物的尺寸。这种半径变化也将导致高弯曲关节表面35的适当变化，如下所述。
图中示出股骨凸轮18，因而假想圆可由此限定，与外侧髁11和内侧髁12每个的长轴成90°。即，当从股骨部件10的顶部看时，股骨凸轮18以最短的方式将间隙15桥连。股骨凸轮18也可以将间隙15不同地桥连，使得股骨凸轮18的一端比其它端略微更向后。即，股骨凸轮18的一端比另一端更远离股骨部件10的中心，当从顶部向下看时更容易看到。这可以用于在膝关节的高弯曲下将扭曲明确地引入膝关节1，以便偏移膝关节1中的一些已知的不对准。 
参见图2，我们看见胫骨部件30的透视图。如已经在上文讨论的，胫骨部件30可包括柱33，柱33是用于与股骨部件10的间隙15相互作用。有利地，柱33和间隙15具有大致相同的宽度，因此减小了股骨部件10 胫骨部件30的侧向运动。同样地，同样可以提供略宽于柱33的间隙15，因而允许股骨部件10与胫骨部件30之间的少许的侧向运动。实际上，如果柱30的下部略微地向外锥细,并且间隙15的下部具有相等的锥度，则可以在股骨部件10与胫骨部件30之间获得优选的安装位置，同时也允许这两个部件之间的期望水平的侧向移动(包括不发生侧向移动)，以适应作用于膝关节1上的适当的应力和应变。
如上所述，因为柱33的前部侧37将接触间隙15的前部侧17以便阻止股骨部件10与胫骨部件之间额外旋转，柱33可优选地在其基部形成的相当地宽。在柱33的基部的额外厚度将明显提高柱33和膝关节1的总体强度。假设膝关节1旨在仅在一个取向上从间隙15 撞击柱33的前部侧37的点旋转，重要的是给柱33的下部提供厚的宽度，以确保膝关节1的正确作用。
柱33的两侧是外侧关节支承表面31和内侧关节支承表面32。这两个支承表面31、32提供在胫骨部件30上的表面，外侧髁11和内侧髁12将歇靠在该表面上并移动。通常，由关节支承表面31、32所给出的表面将与由外侧髁11和内侧髁12所给出的表面匹配。即，关节支承表面31、32的弯曲可以大于外侧髁11和内侧髁12上的曲面、或者大致相同或相同。这个表面的匹配将为膝关节1带来稳定性，并且将减小任何不需要的股骨部件10和胫骨部件30之间的相对运动。
如图2中的38所示，可为胫骨部件30设置沟槽等，以便改善胫骨部件30与胫骨3之间的固定。这些固定装置38可以采取多种形式，并且通常允许胫骨部件30保持在胫骨3的适当部分。也可以将额外固定装置30设置在胫骨部件30的前部侧，固定装置30可以包括一系列的夹子状的构件，以便帮助胫骨部件30与胫骨3之间的连接。
如图2中所示，在柱34的下后部端，胫骨部件30可包括高弯曲关节表面35。有利地，在这个高弯曲关节表面35上设置有大致凹入的形状36，这将易于与股骨凸轮18的外表面21相匹配。即，高弯曲关节表面35可构造成接受股骨凸轮18，与环20的部分一起成形。再一次如下所述，在膝部高水平的弯曲时，股骨凸轮18将与高弯曲关节表面35的表面(如果存在)接触，这两个将提供在股骨部件10与胫骨部件30之间特别大角度的旋转，即高水平的膝部弯曲时其间的支承表面。这是在靠近股骨凸轮18的节段或部分的具有第二较小曲率半径(即较大度数的曲率)的外侧髁11和内侧髁12的外表面的特定结果。这个较小的曲率半径将易于使股骨凸轮18与高弯曲关节表面35接触，因而在高弯曲角度提供支承表面。
除了外侧髁11和内侧髁12有利地具有包括大致两种曲率半径的表面以外，股骨凸轮18也可以具有两个这种曲率半径。这可以清楚地在图4中看见。如此图中所示，股骨凸轮18的下内表面，其示出为环22的内径，通常可具有比股骨凸轮18的最外的后部侧更小的曲率半径。虽然在图4中示出了两种曲率半径，但是这些仅仅是示例性的，而不旨在限制本公开。实际上，可以根据膝关节1的尺寸，适当选择股骨凸轮18的各部分的曲率半径。如下所述，股骨凸轮18的内侧的较小曲率半径有利的使股骨凸轮18与高弯曲关节表面35接触。
参见图5至图8，我们会看到股骨部件10与胫骨部件30之间的旋转相互作用。特别是，在图5中，我们看到患者4腿的股骨2与胫骨3的取向是对准的，即膝部是完全延伸的。在此取向上，如图5中所示，间隙15的前部17并不彻底与柱33的前部侧37接触。膝关节1将需要允许股骨2和胫骨3在向后的方向上略微不对准，这基本上将膝关节锁定在过度延伸的位置。即，正常的腿通过使股骨2和胫骨3 大致向后定位使得膝关节被锁定而锁定是可能，因为这是膝部的过度延伸。图5中所示的股骨部件10 和胫骨部件30的取向是股骨2和胫骨3的完全对准，或者膝部完全延伸。正如将会理解的，间隙15的前部17与柱33的前部侧37之间微小的间隙将允许对于标准的膝部以上述方式锁紧膝关节1。股骨部件10相对于胫骨部件30的位置，使得股骨2与胫骨3是线性对准的并且膝部是完全延伸的，被认为是零度旋转点，如图5中所示。即，为了提供参考点，图5中所示的股骨部件10和胫骨部件30的取向为零旋转点。
返回至图6，我们看到股骨部件10相对于胫骨部件30的旋转的取向，即膝部已经历了弯曲。在这个旋转期间，外侧髁11和内侧髁12在关节支承表面31、32上滑动。如果髁11、12的外表面与关节支承表面31、32的表面匹配，那么这个旋转被改进并且应以平滑的方式进行。如附图中清晰可见的，在某种旋转水平下，股骨凸轮18 撞击柱33的后部侧。如图6中所示，当与图5中所示的零点相比，图6中发生的旋转的量位于大约55°与75°之间。更优选地，这个水平的旋转位于大约60°与70°之间。在使股骨凸轮18 第一次撞击柱33的点时股骨部件10相对于胫骨部件30旋转(膝关节1的弯曲)的最优选量为65°。可以再次相对于如图5中所示：患者4的胫骨3与股骨2的对准，或者膝关节的完全延伸的零点测量该旋转的水平。
同样重要的是注意到在图6中所示的位置，外侧髁11和内侧髁12仍然与关节支承表面31、32有良好的接触。即，优选地股骨部件10与胫骨部件30之间的接触点是在外侧髁11与内侧髁12之间的，跨越关节支承表面31、32的整个表面。借助于股骨部件10的弯曲外表面的第一较大曲率半径，股骨部件10仍然保持与胫骨部件 30接触。在当股骨凸轮18撞击柱33的点时，优选接触仍然在第一较大曲率半径下的股骨部件10的从头到尾（over）的整个外弯曲表面。
然而，股骨部件10的结构为使得股骨部件10相对于胫骨部件30额外旋转于是借助于具有第二更小曲率半径的表面而进行。换句话说，股骨凸轮18 撞击柱33的后部侧的点标志了借助于第一较大曲率半径的弯曲的外表面的股骨部件10与胫骨部件30之间接触的结束。随着额外旋转，股骨部件10的外表面将进入第二较小曲率半径，这易于在第一较大曲率半径附近将外侧髁11和内侧髁12提升至不与关节支承表面31、32接触。
随着股骨部件10相对于胫骨部件30 继续旋转(更大的膝部弯曲)，即，比如图6中所示的进一步前进，外侧髁11和内侧髁12的具有第二曲率半径的表面优选地与关节支承表面31、32接触。这如上所述。当利用第二较小曲率半径表面使旋转继续时，股骨凸轮18与柱33的后部侧之间的接触将易于继续。特别是，股骨凸轮18之间的接触点将从柱33的后部侧的位置至少有一些向上，如图6中所示，直到股骨凸轮18的整个外表面21定位在高弯曲关节表面35的凹入形状36中。这正是如图7中所示的取向。
从图6移至图7，通过股骨部件10的旋转，可以理解的是外侧髁11和内侧髁12的第二较小曲率半径表面将易于在股骨凸轮18的较小曲率半径表面的协助下使股骨凸轮18与柱33之间的连接点降低。即，髁11、12的两个适当的表面与股骨凸轮18适当地匹配，从而使股骨凸轮18能够从最初的接触点部分向下滑动至柱33的表面向上滑动至柱33，直至在高弯曲关节表面35完全相互接触。当股骨凸轮18定位成与高弯曲关节表面35完全接触时，外侧髁11和内侧髁12的后部分端仍然与关节支承表面31、32接触。在此点，显然仍然保持股骨部件10与胫骨部件30之间高水平的接触。
尤其相对于如图5所示以及以上讨论的零点，本公开图7中所示的旋转角度位于95°与115°之间。优选地，图7中所示的旋转角度位于自零点起100°与110°之间。最优选地，股骨凸轮18的外表面与高弯曲关节表面35完全接触的点和外侧髁11和内侧髁12的最后部点仍然与关节支承表面31、32接触，发生在自如图5中所示旋转的零点(其为膝部完全延伸)的105°。
如果继续从图7中所示的点朝向膝关节1的深或高的弯曲点进一步旋转，那么外侧髁11和内侧髁12将实际上被提升至不与关节支承表面31、32接触。如上文中已经讨论的，将股骨凸轮18设置成环20的一部分，这易于将股骨凸轮18外侧髁11和内侧髁12提升至不与关节支承表面31、32接触。而且，如果股骨凸轮18的上表面延伸超过或者在外侧髁11和内侧髁12的端部的上面，这也将帮助接触的打破，尽管这不是所要求的。这个髁11、12与关节支承表面31、32之间的接触的移除是尤其有利的，因为这允许股骨部件10能够在膝关节1高弯曲时相对于胫骨部件30而旋转和摆动。特别是，股骨部件10的旋转可围绕胫骨3的纵向轴线而出现，并且胫骨部件30的旋转围绕股骨2的纵向轴线。
如本领域技术人员所熟知的，患者4的腱和韧带(特别是髌骨韧带以及内侧韧带和外侧韧带)在膝部后一般是不同的。即，腱和韧带将易于在特别的高角度的弯曲下将膝关节略微拉出对准。为了允许患者4膝关节后的腱和韧带的强度不同，股骨部件10与胫骨部件30之间的故意的旋转和摆动是其原因。如下将更清楚地，考虑到如图8中所示的关节的结构，股骨部件10相对于胫骨部件30的微小旋转和摆动将适应患者4膝关节的腱和韧带之间的任何强度的差异，并且将降低在这种腱和韧带的应变。
显然，可以仅仅通过改变股骨凸轮18的外表面21来改变允许的摆动和旋转的量，使得外侧髁11和内侧髁12被进一步带出关节支承表面31、32的接触。然而，股骨部件10与胫骨部件30之间摆动或倾斜的理想度数大约为+/-3°，如图8a至图8c之间所示。如以上所讨论的，这个在非常高的旋转度下的股骨部件10相对于胫骨部件30的提高是股骨凸轮18的环状结构的结果。假设高于髁的外表面协助此摆动，但不是必要的。另外，因为股骨凸轮18将在高弯曲的关节表面35内旋转，所以在股骨部件10与胫骨部件30之间保持良好程度的接触，并且这是经由股骨凸轮18和高弯曲关节表面35的匹配面而进行的。此外，因为股骨凸轮18的上部较大曲率半径表面具有平滑的以及大致恒定的曲率半径，所以股骨部件10与胫骨部件30之间所获得的提升量可以保持恒定，并且根据单个膝关节1的要求是可调的。
在外侧髁11和内侧髁12与关节支承表面31、32之间提升发生的旋转角度是在图7中所示的旋转点之后。即，取决于何时股骨凸轮18与高弯曲关节表面35完全接触，进一步的旋转将使髁11、12不与关节支承表面31、32接触。如上所述，图7中所示的特别优选的旋转角度为105°。如果该旋转角度选择为使股骨凸轮18与高弯曲关节表面35接触的期望点，大于105°的旋转将导致髁11、12被从关节支承表面31、32提升出。当然，也可以通过适当地构造股骨凸轮18和高弯曲关节表面35，并且特别是股骨部件10与胫骨部件30之间的旋转量（其被用来进行带来接触），来选择接触被打破的点。
以上公开内容并非旨在包括特征的优选或要求的组合。实际上，根据各部件(股骨10和胫骨30)的各方面旨在被视为选择或者有利特征，但是不能采用其特定组合。在所附权利要求中给出了由本公开旨在的保护范围。
1 膝关节 20 环部分
2 股骨 21 （18）的外表面
3 胫骨 22 环的内径
4 患者 23 环的外径向表面
10 股骨部件 30 胫骨部件
11 外侧髁 31 关节支承表面-LAT
12 内侧髁 32 关节支承表面-MED
13 后部 33 柱
14 前部 34 柱的下后部端
15 股骨间隙 35 高弯曲关节表面
16 髌骨跟踪路径/支承表面 36 35的凹入形状
17 间隙前部 37 柱的前部侧
18 股骨凸轮 37 固定装置
19 股骨间隙的后部端    

Claims (15)

1.一种人工膝关节(1)，包括分别附接到患者(4)的股骨(2)和胫骨(3)的股骨部件(10)和胫骨部件(30)；其中，
股骨部件(10)包括从股骨部件(10)的后部(13)延伸至前部(14)的外侧髁(11)和内侧髁(12)，并且其中，在外侧髁(11)与内侧髁(12)之间提供从股骨部件(10)的后部(13)朝向前部(14)延伸的股骨间隙(15)，其中进一步的，在股骨部件(10)的前部(13)将外侧髁(11)和内侧髁(12)连接从而形成髌骨跟踪路径或者支承表面(16)，支承表面(16)位于间隙(17)的前部端并且形成间隙(17)的前部端；
股骨凸轮(18)提供成桥连外侧髁(11)与内侧髁(12)的后部端并且形成股骨间隙(19)的后部端，其中，股骨凸轮(18)构造成具有环(20)的一部分的形状；其中进一步的，
在胫骨部件(30)上在中心柱(33)的两侧设置两个大致对称的关节支承表面(31、32)，其中，关节支承表面(31、32)是用于接收股骨部件(10)的外侧髁(11)和内侧髁(12)，柱(33)的形状设计成使得其将适合于股骨间隙(15)中。
2.如权利要求1所述的人工膝关节(1)，其中，位于胫骨部件(30)上的高弯曲关节表面(35)设置在柱(33)的下后部端(34)并且具有凹入的形状(36)，该形状与股骨凸轮(18)的外表面(21)大致相同。
3.如权利要求1或2中任一项所述的人工膝关节(1)，其中外侧髁(11)和内侧髁(12)的外表面具有弯曲表面，该弯曲表面具有第一曲率半径，该曲率半径从髌骨跟踪路径或支承表面(16)至股骨部件(10)的后部(13)是大致恒定的，在靠近股骨凸轮(18)的部分具有第二曲率半径，其中所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径。
4.如前述权利要求中任一项特别是权利要求3所述的人工膝关节，其中关节支承表面(31、32)具有凹入的表面，该凹入的表面具有大于、大致等于、或者等于外侧髁(11)和内侧髁(12)的第一曲率半径的曲率半径。
5.如前述权利要求中的任一项特别是权利要求3和4所述的人工膝关节，其中，股骨部件(10)和胫骨部件(30)构造成使得当它们经由外侧髁(11)和内侧髁(12)而相互接触时，柱(33)定位成穿过股骨间隙(15)，股骨凸轮(18)的环(22)的内径与柱(33)接触，但是优选不与高弯曲关节表面(35)接触，具有第一曲率半径的外侧髁(11)和内侧髁(12)的弯曲表面与关节支承表面(31、32)接触。
6.如前述权利要求中的任一项特别是权利要求5所述的人工膝关节，其中，股骨部件(10)和胫骨部件(30)被构造成使得如果股骨部件(10)进一步旋转，股骨部件(10) 与胫骨部件(30)的接触将经由具有第二曲率半径的表面而进行，从而作用成使股骨凸轮(18)与高弯曲关节表面(35)接触。
7.如前述权利要求中的任一项特别是权利要求5或6所述的人工膝关节，其中，如果将零旋转点定义成当外侧髁(11)和内侧髁(12)与关节支承表面(31、32)接触并且股骨部件(10)和胫骨部件(30)被取向成为使得患者(4)的股骨(2)和胫骨(3)可以大致线性对准，使得膝部可以完全延伸，那么在如权利要求5所限定的点处股骨部件(10)经历的旋转量发生在55°与75°之间、优选在60°与70°之间、更优选为65°。
8.如前述权利要求中的任一项特别是权利要求5至7所述的人工膝关节，其中，如果零旋转点被定义成当外侧髁(11)和内侧髁(12)与关节支承表面(31、32)接触并且股骨部件(10)和胫骨部件(30)被取向成使得患者(4)的股骨(2)和胫骨(3)大致线性对准，使得膝部将会完全延伸，那么如权利要求6所限定的在股骨凸轮(18)与高弯曲关节表面(35)接触的点的股骨部件(10)经历的旋转的量发生在95°与115°之间、优选在100°与110°之间、更优选为105°。
9.如前述权利要求中的任一项特别是权利要求5至8所述的人工膝关节，其中，如果零旋转点被定义成当外侧髁(11)和内侧髁(12)与关节支承表面(31、32)接触并且股骨部件(10)和胫骨部件(30)被取向成使得患者(4)的股骨(2)与胫骨(3)大致线性对准，使得膝部完全延伸，当股骨部件(10)已经历大于90°、优选大于100°、更优选大于105°的旋转时，则股骨部件(10)被构造成使得与胫骨部件(30) 接触的唯一点经由股骨凸轮(18)和高弯曲关节表面(35)。
10.如前述权利要求中的任一项特别是权利要求9所述的人工膝关节，其中，由于股骨凸轮(18)被构造成环(20)的一部分，当股骨部件(10)和胫骨部件(30)仅经由股骨凸轮(18)和高弯曲关节表面(35)而接触时，股骨凸轮能够在外侧髁(11)或内侧髁(12)的后部端与相应的关节支承表面(31、32)接触之前在外侧及内侧方向上摆动。
11.如前述权利要求中的任一项特别是权利10所述的人工膝关节，其中，所述摆动量是在约 1°与8°之间、优选在约2°与5°之间、最优选为约3°。
12.如前述权利要求中的任一项特别是权利要求10或11所述的人工膝关节，其中，股骨部件(10)能够相对于胫骨部件(30)以高水平的旋转而摆动，因为构成股骨凸轮(18)的环(20)的部分的外径向表面(23)具有与高弯曲关节表面(35)不同的曲率半径。
13.如前述权利要求中的任一项所述的人工膝关节，其中，股骨凸轮(18)在其厚度方向在后部部分和环(23)的上部外径具有第一较大值的半径，在环（22）部分的下部内径具有小于第一半径的第二半径，其中优选地，第一半径优选为5mm至15mm之间、更优选为5mm与10mm之间、甚至更优选为大约5.5mm，所述第二半径优选为3mm至10mm之间、更优选为3mm与6mm之间、甚至更优选为大约3.5mm。
14.如前述权利要求中的任一项所述的人工膝关节，其中，胫骨部件(30)的关节支承表面(31、32)和高弯曲关节表面(35)的最小厚度大致相同，进一步的此厚度位于4mm与25mm之间、更优选在6mm与15mm之间、甚至更优选为6mm。
15.如前述权利要求中任一项所述的人工膝关节，其中，假想环可绘制为完成环(20)的形成股骨凸轮(18)的部分，并且这个假想环具有位于在20mm与50mm之间的外半径、优选该外半径位于25mm与45mm之间、更优选该外半径位于30mm与40mm之间、最优选为约35mm；优选地，所述假想环构造成使得它从股骨间隙(19)的后部向下延伸使得它直接与患者(4)的胫骨(3)一致，如果0°参照线被定义成与胫骨(3)精确地一致，那么所述假想环位于自此参考直线±15°之间、更优选±10°之间、甚至更优选±5°之间、或者最优选为0°的范围内。
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