JP2003507123A - リンクされた顆膝置換物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 顆支承表面（２、３）を有する大腿骨部品（１）と、顆支承表面（２、３）を受けるための支承表面（１６）を有する脛骨部品（１０）とを備え、大腿骨部品（１）と脛骨部品（１０）とがポスト（１２）によって共にリンクされており、該ポスト（１２）の一端が脛骨部品（１０）に固定されており、他端部が大腿骨部品（１）の顆ハウジング（５）に支持されており、前記ポスト（１２）の前記反対の端部がハウジング（１５）内の前記ポスト（１２）の相対的な回転運動を可能にするが、前記大腿骨部品（１）が前記脛骨部品（１０）から分離するのを防止する表面を有する膝プロテーゼが開示されている。このプロテーゼの利点は、制限された顆タイプのプロテーゼの骨保存特性と回転ヒンジの安定特性とを組み合わせた点にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、リンクされた顆膝プロテーゼに関する。

【０００２】 膝の関節炎およびその他の状態の治療のために、今日使用されている膝置換物
にはいくつかの異なるタイプのものがある。最も一般に使用されている構造は、
全顆置換物である。この構造では、プロテーゼは自然の膝の大腿骨−脛骨間の支
承表面および膝蓋骨−大腿骨間の支承表面の代わりとなる。顆部品は２つの部品
、すなわち上部脛骨をカバーするための金属トレイと、この金属トレイに固定さ
れた、大腿骨部品に関節接続されたプラスチック支承表面とから成る。膝蓋骨の
表面を滑らかにし直すためにプラスチック部品が使用されることが多い。この構
造のすべてのバージョンでは、後十字靭帯は係止されず、その機能はプラスチッ
ク支承表面のディッシュと置換される。後十字靭帯を係止するバージョンもあれ
ば、後十字靭帯を切除し、その機能を大きいディッシュまたは顆間カムと置換す
るバージョンもある。後者の構造は通常、後安定化置換物または後十字置換物と
称される。ほとんどのケースの膝関節炎はこれらタイプの顆置換物のうちの１つ
のタイプによって治療でき、その結果は１０年間またはそれ以上の高い成功率と
なっている。

【０００３】 関節炎が支承表面の対の一方、例えば内反変形性関節炎における中央の側面に
限定されており、十字靭帯の双方が生きている場合、「ユニ（ｕｎｉ）」と一般
に称されるコンパートメント膝置換物を使用することが望ましいと考えられる時
もある。この置換物を正しく挿入すれば、機能的な結果は正常な機能に良好に類
似する。かかる膝は骨および組織の切除量が極めて限られているため、年少者お
よびより活動的な患者で使用されることが多く、従来の全顆置換物よりも切開部
をより小さくすることができる。年少の活動的な患者に対する別の検討事項は、
支承表面の摩耗にある。支承表面の摩耗を少なくするために、大腿骨−脛骨間支
承部に合致するように製造し、これによって接触応力を最小にすることができる
。しかしながら、ローリング運動およびスライド運動を可能にするために、プラ
スチックのベアリングが脛骨トレイの研磨された上部表面上でスライドし、かつ
回転するように移動自在にしなければならない。かかる構造は移動自在な支承膝
と称されている。これら構造はコンパートメント形状または全顆タイプのいずれ
かに製造できる。

【０００４】 別の条件として、次の条件のうちの１つ以上に関連する膝治療の条件がある。
すなわち上記条件としては、変形により深刻に骨が失われている場合、深刻な不
安定性が生じている場合、生きていない軟質組織を伴い全体が変形している場合
、遠位大腿骨または近位脛骨を切除しなければならないような骨の腫瘍がある場
合、種々のタイプの膝置換物の故障が生じた場合が挙げられる。一般にこのカテ
ゴリーとして、特に必要な安定性を与えるという点で全顆置換物が不適当である
よう膝を挙げることができる。この場合、適当な量の制限が生じる膝置換物が必
要となる。かかるケースに対してこれまで使用されているあるタイプの膝として
、制限顆置換物と称される、全顆置換物の変形物がある。名称が意味するように
、この構造は全顆置換物の構造の特徴のすべてを含むが、大腿骨部品は顆間領域
内に設けられたハウジングを含み、脛骨支承部品の中心から突出するポストがこ
のハウジング内に位置している。このような組み合わせは内反−外反安定性、部
分的な前−後安定性および部分的回転安定性を与える。この構造の利点は、挿入
に必要な骨の切除が全顆置換の場合よりもわずかに大きいだけであり、一方、顆
間領域は形を整えるだけでよいという点である。しかしながら、欠点は過伸展が
制限されることであり、あるケースでは前方−後方安定性が不適当となることが
あり、脛骨のプラスチックポストの強度および剛性により、ある構造では内反−
外反安定性が制限されることである。より大きい安定性および強度が必要とされ
る場合、ある種のリンクされた全膝プロテーゼが必要である。

【０００５】 最も簡単なタイプのリンクされた全膝プロテーゼは、固定されたヒンジであり
、このタイプの膝は１９５０年代の初めから既に多くのケースで使用されている
。これら初期の構造は多数の理由から満足できるものではなかった。しかしなが
ら、より最近では構造および手術技術により、治療した、より深刻なケースを考
慮したとしても、ヒンジの成功率は全顆置換物の成功率に近い程度まで改善され
ている。しかしながら、固定ヒンジには３つの欠点がある。第１の欠点は、必要
な骨の切除の程度が大きく、遠位大腿骨から約２５ｍｍ、および近位脛骨から１
０ｍｍの切除が必要であることである。第２の欠点は、固定するために骨に約１
５０ｍｍの髄質間ステムを骨に強固に固定しなければならないことであり、第３
の欠点は、内外の回転またはその他の運動のための手段がない場合、ヒンジの動
きが制限されることである。

【０００６】 しかしながら、制限された顆タイプの置換物の骨保存特性と回転ヒンジの安定
性とを組み合わせることができれば有利となる。本発明は、これを達成するため
の解決案を開示するものである。かかる構造は示唆される組み合わせのすべてに
対して使用できるので、いずれかのタイプよりも、より広い用途を有する。この
原理の別の利点は、どのタイプの膝に対して、制限された顆タイプを使用するか
、またはリンクされたタイプのものを使用するかに関する不確実性を除くもので
ある。ここに提案する構造はすべての状況で使用可能である。

【０００７】 本発明の１つの特徴によれば、顆支承表面を有する大腿骨部品と、顆支承表面
を受けるための支承表面を有する脛骨部品とを備え、大腿骨部品と脛骨部品とが
ポストによって共にリンクされており、該ポストの一端が脛骨部品に固定されて
おり、他端部が大腿骨部品の顆ハウジングに支持されており、前記ポストの前記
反対の端部がハウジング内の前記ポストの相対的な回転運動を可能にするが、前
記大腿骨部品が前記脛骨部品から分離するのを防止する表面を有する顆膝プロテ
ーゼが提供される。

【０００８】 ポストの反対の端部は球形または円筒形、または他の形状の表面でよく、この
表面によって前方−後方中心ラインの各側面まで、例えば約±１０〜１５°、例
えば約１２°までの、少なくとも限られた角度の側方から中心までの回転を大腿
骨部品が行うことができるようにする。

【０００９】 ポストはこのポストに取り付けられた脛骨部品に固定された円筒形ポストを含
むことが好ましい。プラスチックピボット部品は円筒形ポスト上で回転しないよ
うに固定されており、顆ハウジング内のリセスに係合し、この内部で回転するた
めの球形または円筒形表面が形成されている。

【００１０】 以下、添付図面に示される次の特定の実施例により、本発明について説明する
。

【００１１】 特定の実施例の説明 図１には、本プロテーゼの部品が別々に示されている。大腿骨部品（１）は金
属、例えば鋳造されたコバルト−クローム合金またはチタン合金から製造される
。使用に際し、この部品は大腿骨の遠方端に固定されるが、この遠方端は大腿骨
部品を密に取り付けできるよう、四角形の角張ったカット部を有するように手術
中に成形される。部品（１）は遠位大腿骨の正常な支承表面の代わりとなる。部
品（１）の主支承表面は遠方から後方に延びる側方顆および中心顆（２および３
）となっている。これら支承表面は大腿骨と脛骨との間で力を伝える。部品（１
）の前方部には膝蓋骨支承表面（４）が位置し、この表面は溝から成り、膝が屈
曲し、延びる際に、この溝に沿って膝蓋骨がスライドするようになっている。大
腿骨部品（１）の中心には顆間ハウジング（５）が設けられ、このハウジングは
大腿骨の顆間領域内に嵌合し、ハウジング（５）を位置決めし、このハウジング
のためのスペースを提供するためには大腿骨内のこの領域の形を整えるだけでよ
い。ハウジングの後方領域は平行な側面により中空となっている。大腿骨顆の曲
率の中心と整合するように、ハウジング内に球形表面が機械加工されており、こ
の球形部の各側面はハウジングの前方−後方（Ａ−Ｐ）中心ラインの両側に球形
のソーサー状のリセス（６）を形成しており、ハウジングの頂部にも球形表面が
形成されている。ハウジングの前方部分は中実であるが、大腿骨ステムの嵌合を
可能にし、大腿骨部品の大腿骨への固定を促進するよう、頂部からハウジングの
前方部分内に孔（７）が開けられている。異なる長さおよび直径のモジュラー式
ステムが大腿骨部品（１）内に嵌合できるように、この孔にテーパを付けること
が好ましい。

【００１２】 脛骨ベースプレート（１０）は金属、例えば鋳造されたコバルト−クローム合
金またはチタン合金から製造される。この部品は、これを収納するように既に水
平方向に切除されている、脛骨の上端部に手術中に固定される大腿骨側の同じよ
うなラインに沿ってステムを取り付けるために、脛骨の髄質内管と整合するよう
、ベースプレートの下方表面にはスピゴット（１１）が取り付けられる。このベ
ースプレートの上部表面からは、好ましくは円筒形をした金属ポスト（１２）が
突出している。このポストはベースプレートと一体に形成してもよいし、ベース
プレートに強固に固定してもよい。ポストの頂部に加えられる水平方向に向いた
力に対する強度を最大にするように、ポストの下方部分（１３）を円錐形にし、
かつ（１４）を放射状とすることが好ましい。前方−後方方向にポストの頂部を
円筒形孔（１５）が貫通している。この孔の目的については後述する。

【００１３】 脛骨ベースプレートには高い耐摩耗性を有する材料、例えば超高分子量のポリ
エチレン（ＵＨＭＷＰＥ）から製造されたプラスチックの脛骨支承部品（１６）
が位置する。この支承部品は、例えば脛骨ベースプレートおよび半月板部品上で
協働するリムとアンダーカットを使用して、ベースプレートに密にロックされる
ようになっている。支承部品（１６）内の孔（２６）を通ってポスト（１２）が
突出している。

【００１４】 ポスト（１２）の頂部にはＵＨＭＷＰＥ製のプラスチックピボット部品（１７
）が取り付けられている。この部品は球形頂部（１９）を一体的な円筒形部分（
１８）を含む。この球形頂部は両側に平坦部（２０）を有し、これら平坦部の間
の幅は円筒形部分（１８）の直径とほぼ同じとなっている。円筒形部分の中心線
と整合するように、ピボット部品（１７）の中心に沿って垂直に配置された孔（
２１）が位置し、この孔は脛骨ベースプレート上のポストの上方部分と形状およ
び直径がほぼ同じとなっている。このため、ポスト（１２）の円筒形上方部分に
ピボット部品（１７）が密着できる。ピボット部品（１７）はピン（２３）を受
け、ロックするための第２の孔（２２）を有し、この孔は球形表面（１９）の中
心と整合し、部品を貫通するように前方から後方の方向に延びている。

【００１５】 ロッキングピン（２３）は鍛造されたコバルト−クローム合金またはチタン合
金から製造される。この材料はピンの永久的な変形や破損を生じることなく、ピ
ンの２つの端部を圧縮し、スロットを閉じることができるようなものにしなけれ
ばならない。ピン（２３）にはスロット（２４）と、挿入後外側にスナップ運動
するためのタング（２５）とが形成されている。タングおよびロッキングピンの
ピンヘッドの直径は、これらがピボット部品（１７）内の孔に隙間嵌合するよう
な値となっている。ピンの主円筒形部分は脛骨ベースプレート（１０）のポスト
（１２）内の孔にスライド嵌合する。

【００１６】 膝への部品の組み立て 図２には、図１に示された部品の組み立て状態が示されている。理解できるよ
うに、骨の端部は大腿骨部品（１）および脛骨ベースプレート（１０）を受ける
ような形状とされている。脛骨ベースプレートの頂部にはプラスチック製の脛骨
支承部品（１７）が固定され、脛骨ベースプレートから突出するポスト（１２）
にはプラスチック製ピボット部品（１７）が設けられている。完全に組み立てら
れた状態のピボット部品（１７）の配置は図１に示されるようなものとなってい
る。ピボット部品（１７）はロッキングピン（２３）によりポスト上の所定位置
に保持されている。大腿骨部品のハウジング内の球形ソーサー状リセス（６）内
にはプラスチック製ピボット部品の球形側面が位置する。同様に、ピボット部品
（１７）の球形頂部はハウジングの球形頂部に係合する。組み立て時に、側方お
よび中間金属製大腿骨顆支承表面（２、３）は対応するプラスチック製脛骨皿状
側方および中間支承表面（３１、３２）に位置する。

【００１７】 膝の制限領域内でどのように組み立てを行うことができるかは即座には理解で
きないであろう。大腿骨部品（１）および脛骨部品（１０）をそれぞれの骨に一
旦固定すると、ポストにプラスチックピボット部品（１７）を組み立て、これを
大腿骨ハウジングに挿入することが困難となる。図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃにより
、この組み立てプロセスを説明する。大腿骨部品（１）および脛骨ベースプレー
ト（１０）をそれぞれの骨に固定し、プラスチック脛骨支承部品（１６）を脛骨
ベースプレートに固定する。膝は約１２０度（図３Ａ）屈曲し、脛骨は前方に引
っ張られる。次に、脛骨ポスト（１２）を大腿骨部品（１）の前方に位置させる
。平坦部（２）の平面が膝のサジタル平面に平行となるような配置で、ポストの
上部にてプラスチックピボット部品（１７）をスライドさせる。この配置におい
て、脛骨を後方から大腿骨部品に向けて移動させると、プラスチックピボット部
品（２０）はハウジング（５）のスロット（３３）内にスライドする。平坦部を
横断するプラスチックピボット部品の幅はハウジングの幅（図３Ｂ）とほぼ同じ
となっているので、ピボット部品（１７）はスロット（３）内にスライド嵌合さ
れることが理解できよう。ピボット部品の球形部分がハウジング内の球形ソーサ
ー状リセス（６）と整合すると、垂直軸線を中心としてピボット部品を９０度だ
け回転させる。こうして球形表面は係合する（図３Ｃ）。ピボット部品（１７）
をこの配置に固定するために、ロッキングピン（２３）を所定位置にスナップ運
動させる。ピンスプリングのタングが再び外側に移動すると、ピンは外れること
ができなくなる。このピンはピボット部品（１７）をポスト（１２）に垂直方向
へ固定するという第２の目的を有する。

【００１８】 組み立てを可能にし、外れを防止するように、ハウジング内の球形リセス内へ
球形表面を係合するための別の構造も可能である。例えば４Ａおよび４Ｂに示さ
れる変形実施例では、プラスチックピボット部品（２０）の頂部は平坦部を有し
ないが、円筒形部分（１２）の頂部に完全球形表面を有する。大腿骨部品（１）
内のハウジング（５）の内側は、球形リセスを有する代わりに、円筒形孔を有し
、この孔は球形リセス内に進入するよう、部品の遠方端部内から孔開けされた球
形頂部（１９）とほぼ同じ直径を有する。大腿骨部品が９０度の屈曲をする場合
、この円筒形孔は水平に位置する。次に、このプラスチックピボット部品（１７
）は適当な位置に到達するまで前方から進入できる。このピボット部品が抜ける
のを防止するために、プラスチック製または金属製の弧状部品（３５）が円筒形
孔に挿入されている。大腿骨部品内の円筒形表面内の小さいシェルフによって、
この弧状部品は所定位置にスナップ嵌合し、保持できるようになっている。この
部品は基本的には大腿骨部品の形状を、先の図面に示された元の実施例の形状に
再現する。環状体を使用する１つの利点は、若干強度を大きくすることができる
ピボット部品（１７）にて完全球形体を使用することができる点である。他方、
許容度が厳格な別の部品（３５）が必要となる。

【００１９】 図４にはピボット部品（１７）を位置決めするための別の方法が示されている
。この部品は、下端部にボス（３６）を有する。最初に、ポスト（１２）にこの
部品を組み立てる。側方および中心半分割体状のプラスチック脛骨支承部品（１
６）を脛骨ベースプレート内に固定する。このような相互作用により、ピボット
部品（１７）が上方に移動するのが防止されるので、ピボット部品は内反−外反
運動および過伸展運動に対してより剛性となる。支承部品の前方を貫通し、ボス
内に進入するロッキングピンによって回転防止を行うことができる。

【００２０】 組み立てられた膝の機能 上記のように、リンクされた膝を組み立てると、大腿骨部品と脛骨部品とは外
れることができなくなる。このようなジョイントは球形体の中心を通過する横方
向ラインを中心として枢動するヒンジポイントとして働く。このラインは側方お
よび中間大腿骨顆のサジタル半径の中心でもあるので、屈曲−伸長時に大腿骨顆
は接触した状態に留まり、膝を通して軸方向の力を伝える。このようなことが行
われるために、大腿骨支承表面はサジタル平面において最遠方点から後方上限部
まで半径が同じとなっていなければならない。

【００２１】 この構造の別の特徴は、脛骨ポスト（１２）の中心を通過する垂直軸線、すな
わち球体（１９）の中心を貫通する軸線を中心として、内外の回転が可能である
ことである。ハウジング内の表面は球形であるので、脛骨部品に対してこの垂直
軸線を中心とし、大腿骨部品（１）が回転することが可能である。これによって
内外の回転が可能となる。このことは、自然な膝の運動に重要な特徴である。よ
り自然な機能を可能にしているだけでなく、それぞれの骨に対する部品の固定時
の応力も減少させている。ストッパーを設けることによって内外の回転を制限で
きる。しかしながら、プラスチック半月板支承部品内の皿状リセス内の顆支承表
面の相互作用により、かかる回転に制限作用が加えられ、回転をさせる力が除か
れた後に半月板部品（１６）に対し、図２に示される位置まで大腿骨部品を戻す
作用が及ぶ。

【００２２】 大腿骨ハウジングの後方部分は高度の屈曲、例えば１３０度の屈曲を可能にす
るようになっている。膝がこの角度に達する可能性は少ないので、リンクされた
膝ジョイントはジョイントが挿入されるどの膝の動きも制限しない。膝がフルに
伸長される際、大腿骨顆のより大きい方の前方半径部はプラスチック脛骨支承部
品の前方に位置するようになっている。最遠方点の前方にて、半径はより大きい
ので、更に伸長することが制限される。このため、大腿骨−脛骨接触ポイント間
の相互作用およびハウジング内の球体の作用によってフル伸長を越えるような動
きが防止されるように配慮されている。ハウジングの前方表面に間隙が生じるの
を可能にすることによって、数度の過伸長が行われる。このように、急な衝撃を
加えることなく、膝は停止点まで移動される。顆表面およびそれに対応するプラ
スチック支承部品内の皿状リセスが密に一致（このような一致は好ましい配置で
ある）する場合、顆表面はリセスを生じるように緩和できる。これによって、国
際特許出願第WO94/26212号に記載されているような最大伸長が可能となっている
。この国際特許出願の内容を本明細書で特に参考例として援用する。

【００２３】 大腿骨部品と脛骨部品との間の内反−外反運動は、プラスチックピボット部品
と大腿骨部品内のハウジングとの間が密に嵌合されているので防止される。この
ような安定性を得ることが、本発明の膝プロテーゼの極めて重要な目標となって
いる。

【００２４】 大腿骨−脛骨支承表面の間、および大腿骨ハウジング内の支承表面の間の運動
力学的ミスマッチを生じさせないために、膝が上記のような種々の運動を行うた
めに適当な許容度を設ける必要がある。実際には球体は、例えばタングおよびピ
ンヘッドの直径よりも若干大きい孔をピボット部品に設けることによって、わず
かな上下の運動を可能にしている。かかる許容度を提供するための別の方法も採
用できる。すなわち、顆間ハウジング内のリセス（６）を球形または円筒形表面
（１９）よりも若干大きく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる膝プロテーゼの一実施例の分解斜視図である。

【図２】 図１に示された実施例の組み立て後の斜視図である。

【図３Ａ】 プロテーゼの組み立ての一段階を示す図である。

【図３Ｂ】 プロテーゼの組み立ての一段階を示す図である。

【図３Ｃ】 プロテーゼの組み立ての一段階を示す図である。

【図４Ａ】 本発明に係わる変形プロテーゼの前方図である。

【図４Ｂ】 本発明に係わる変形プロテーゼの側面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォーカー，ピーター，スタンレイ アメリカ合衆国，ニューヨーク州 10003 −7183，３ アベニュー アット ８ ス トリート，アスター プレイス 51番地， ザ クーパー ユニオン リサーチ ファ ンデーション，バイオメディカル エンジ ニアリング Ｆターム(参考） 4C081 AB05 CA021 CB011 CG03 CG04 DA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顆支承表面を有する大腿骨部品と、顆支承表面を受けるため
   の支承表面を有する脛骨部品とを備え、大腿骨部品と脛骨部品とがポストによっ
   て共にリンクされており、該ポストの一端が脛骨部品に固定されており、他端部
   が大腿骨部品の顆ハウジングに支持されており、前記ポストの前記反対の端部が
   ハウジング内の前記ポストの相対的な回転運動を可能にするが、前記大腿骨部品
   が前記脛骨部品から分離するのを防止する表面を有する膝プロテーゼ。
2. 【請求項２】 前記ポストの前記反対の端部は顆ハウジング内のリセスに係
   合する球形表面を有し、前記リセスは対応する半径またはより大きい半径の球形
   表面を有し、よって前記ポストの反対の端部は前記リセス内に捕捉されるが、内
   部で回転することが可能となっている、請求項１記載のプロテーゼ。
3. 【請求項３】 前記ポストの前記反対の端部が完全な球体または部分的な球
   体を含み、この球体の直径がポストの幅よりも大きくなっている、請求項２記載
   のプロテーゼ。
4. 【請求項４】 前記ポストの前記反対の端部が顆ハウジング内のスロットを
   貫通し、前記リセスまで達するよう、一方の軸方向平面における幅が定められて
   いるが、前記スロットを貫通できないように第２の軸方向平面における幅がより
   広くなるように前記ポストの前記反対の端部の形状が定められており、前記スロ
   ットを貫通し、このリセス内に位置決めされると、脛骨部品に対して固定され、
   大腿骨顆ハウジング内にポストを捕捉するように前記反対の端部が回転可能とな
   っている、請求項２または３記載のプロテーゼ。
5. 【請求項５】 前記ポストの前記反対の端部が、球形または円筒形ヘッドを
   含み、このヘッドが前記スロットに進入できるようにする平坦にされた側面を有
   し、前記ヘッドがコアに回転自在に取り付けられており、ヘッドがコア上で所望
   する配置となった時にヘッドをコアに固定するための関連する固定手段を有する
   、請求項４記載のプロテーゼ。
6. 【請求項６】 固定手段がヘッドおよびコア内の整合した孔に挿入可能なピ
   ンを含む、整合５記載のプロテーゼ。
7. 【請求項７】 前記ポストの前記反対の端部が球形表面を有し、顆ハウジン
   グ内のリセス内に収納され、このリセスが円筒形であり、球形表面の直径に対応
   した径を有し、前記ポストの反対の端部がリセスに挿入される弧状ロッキング部
   材により前記リセス内に捕捉される、請求項１記載のプロテーゼ。
8. 【請求項８】 前記ポストの前記反対の端部がプラスチック部品を含む、前
   記請求項のいずれかに記載のプロテーゼ。
9. 【請求項９】 脛骨部品が脛骨ベースプレートに支持されたプラスチック半
   月板支承部品を含む、前の請求項のいずれかに記載のプロテーゼ。
10. 【請求項１０】 前記半月板部品が脛骨ベースプレートに固定されている、
    請求項９記載のプロテーゼ。