JP2008541851A - Artificial knee joint with ceramic tibial components - Google Patents
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Abstract
改良された人工膝関節には、自然または人工関節(表面置換えを行った)の大腿骨表面と関節接合するための、セラミックの脛骨部品が含まれる。セラミックの脛骨部品は、患者の脛骨に対して固定されるようになったセラミックのモノブロックの形、あるいは、これにかわって脛骨に対して固定されるようになった脛骨ベースプレート部材により担持される、セラミックのベアリングインサート部品の形で供給される。いずれの形においても、セラミックの脛骨部品には、概して凸状または顆状の形をした大腿骨の関節接合表面によって可動的に支持係合するための、少なくとも一つの上向きに凹状の関節接合表面が含まれる。セラミックの脛骨部品は、長期の耐用寿命と耐摩耗性の改善を提供する。The improved knee prosthesis includes a ceramic tibial component for articulation with the femoral surface of a natural or artificial joint (with surface replacement). The ceramic tibial component is carried in the form of a ceramic monoblock adapted to be fixed relative to the patient's tibia, or alternatively by a tibial base plate member adapted to be fixed relative to the tibia. Supplied in the form of ceramic bearing insert parts. In either form, the ceramic tibial component includes at least one upwardly concave articulating surface for movably supporting engagement by a generally convex or condylar shaped femoral articulating surface. Is included. Ceramic tibial parts offer long service life and improved wear resistance.
Description
本発明は、全般的には人工膝関節の改良に関し、特に、相対的に硬質かつ相対的に高強度のセラミック材料からつくられる改良された脛骨部品に関する。セラミックの脛骨部品は、概して凸状または顆状形状を有する関連の大腿関節表面により直接支持係合され、これに対して関節接合するようにつくられた、概して少なくとも一つの関節表面を含む。セラミックの脛骨部品は、長期の耐用寿命にわたり超低磨耗であるようにできており、従来のポリマーベースのベアリングインサートと、それに伴う有害な磨耗くずの問題を取り除くことも可能とする。 The present invention relates generally to improved knee prostheses, and more particularly to an improved tibial component made from a relatively hard and relatively high strength ceramic material. The ceramic tibial component generally includes at least one articulating surface that is configured to directly support and engage with an associated femoral joint surface having a generally convex or condylar shape. Ceramic tibial components are designed to be ultra-low wear over a long service life, which also eliminates the problems of conventional polymer-based bearing inserts and the associated detrimental wear debris.
人工膝関節には通常、適切に切除された患者の脛骨上端部に固定されるようになった脛骨部品が含まれる。このような脛骨部品は一般に、コバルトクロム、チタン、ステンレススチール等の生体適合性の金属材料、またはポリマーベースの材料から形成されている。したがって、脛骨部品は、一対の上向きに向けられた概して凹状のベアリングシートを、患者の大腿骨下端部の対応する一対の概して凸状または顆状の形状の関節表面と関節接合するために画定しているポリマーベースのベアリングインサートを支持する、強力で丈夫な人工関節のベース構造を提供する。これらの大腿骨関節表面は、自然の大腿骨表面あるいは、患者の大腿骨に固定された、再建された大腿骨部品または人工関節の大腿骨部品上の関節顆表面によって画定されうる。このような大腿骨部品は一般に、コバルトクロム、チタン、ステンレススチール、ジルコニウム、酸化ジルコニウム等の生体適合性の金属材料、およびアルミナ、ジルコニアおよびジルコニア強化アルミナ(ZTA)等のセラミック材料からつくられている。 A knee prosthesis typically includes a tibial component that is adapted to be secured to the upper end of the patient's tibia that has been appropriately resected. Such tibial components are typically formed from biocompatible metallic materials such as cobalt chrome, titanium, stainless steel, or polymer based materials. Thus, the tibial component defines a pair of upwardly directed generally concave bearing seats for articulating with a corresponding pair of generally convex or condylar shaped articular surfaces at the lower end of the patient's femur. Providing a strong and durable prosthetic base structure that supports polymer-based bearing inserts. These femoral articular surfaces can be defined by natural femoral surfaces or joint condylar surfaces on a reconstructed femoral component or a femoral component of a prosthetic joint that is secured to the patient's femur. Such femoral components are typically made from biocompatible metallic materials such as cobalt chrome, titanium, stainless steel, zirconium, zirconium oxide, and ceramic materials such as alumina, zirconia and zirconia reinforced alumina (ZTA). .
ポリマーベースのベアリングインサートは通常、大腿骨表面に対するスムーズで相対的に低磨耗な接合をかなえることが様々な具体的構成において明らかとなっている、高密度または超高分子量ポリエチレン(PE)材料から形成される。しかし、臨床研究によれば、ポリマー製ベアリングインサートからは一定期間を経て多量の磨耗くずが発生し放出されうること、さらに、このようなポリマーベースの磨耗くずの存在を少なくとも一因とする骨変性が、インプラント失敗の本質的寄与因子であることが明らかとなっている。より詳しくいうと、このような研究によれば、インプラント組織周囲に放出されるPE磨耗くずが、異物巨細胞およびマクロファージ細胞反応を含む有害な生体反応を誘発し、有害な骨吸収とともに、最終的には人工関節インプラントのゆるみおよび失敗を引き起こすと思われることが明らかとなっている。その結果、ポリマーベースのベアリングインサートに対して、高度にクロスリンクしたポリエチレン材料の使用など、代替的な人工関節構造による改善が提案されている。セラミックオンセラミックまたはメタルオンメタル等の二重硬質部品を用いることによって、ポリマーベースのベアリングインサートおよびこれに伴う磨耗くずが除去される、他の代替的な人工関節も提案されている。膝関節のベアリング対は、メタルオンポリマーまたはセラミックオンポリマーに限られている。 Polymer-based bearing inserts are typically formed from high-density or ultra-high molecular weight polyethylene (PE) materials that have been shown in a variety of specific configurations to provide a smooth, relatively low wear joint to the femoral surface. Is done. However, clinical studies have shown that polymer bearing inserts can generate and release large amounts of wear debris over time, and that bone degeneration is due at least in part to the presence of such polymer-based wear debris. Has been shown to be an essential contributor to implant failure. More specifically, according to such studies, PE wear debris released around the implant tissue induces adverse biological reactions, including foreign body giant cell and macrophage cell reactions, and ultimately, along with harmful bone resorption, Has been shown to cause loosening and failure of prosthetic implants. As a result, improvements with alternative artificial joint structures have been proposed, such as the use of highly cross-linked polyethylene materials for polymer-based bearing inserts. Other alternative prosthetic joints have also been proposed in which polymer-based bearing inserts and associated wear debris are removed by using double rigid parts such as ceramic on ceramic or metal on metal. Knee joint pairs are limited to metal-on-polymer or ceramic-on-polymer.
一般に、セラミックの人工膝関節部品は、セラミックオンセラミックあるいはセラミックオンメタルの関節接合インタフェイスにおいて使用されて、ポリマーベースのベアリングインサートを完全に除去できる見込みがある。このような人工関節構造体は、良好な表面仕上および共形の表面形状を伴って形成された場合には、セラミック―ポリマーまたはメタル―ポリマーの関節接合インタフェイスと比較して相対的に低い摩擦係数を示し、結果として部品磨耗がかなり減少した。しかし、特にアルミナベースのセラミック材料等のセラミックの部品の使用の大きな限界は、数ヵ月から数年後の術後検診までに生じる脆性破壊の率が容認しがたいほど高いことである。この点に関しては、セラミック材料は一般に耐久性が相対的に低く、したがって脆性破壊が起こりやすい。 In general, ceramic prosthetic knee joint components are expected to be used in ceramic-on-ceramic or ceramic-on-metal articulation interfaces to completely eliminate polymer-based bearing inserts. Such artificial joint structures, when formed with good surface finish and conformal surface shape, have relatively low friction compared to ceramic-polymer or metal-polymer articulation interfaces. A coefficient was shown, resulting in a significant reduction in component wear. However, a major limitation of the use of ceramic components, particularly alumina-based ceramic materials, is the unacceptably high rate of brittle fracture that occurs from months to years after post-operative screening. In this regard, ceramic materials are generally less durable and are therefore susceptible to brittle fracture.
特許文献1は、人工膝関節等の関節補綴用の改良されたセラミック材料を開示しており、セラミックオンセラミックまたはセラミックオンメタルの関節接合インタフェイスが明らかにされている。改良されたセラミック材料には、相対的に高い硬度、引張強度、弾性係数、潤滑性および破壊靭性を有する、ドープした窒化ケイ素(Si3N4)が含まれる。詳しくいうと、改良されたドープした窒化ケイ素セラミックは、約700メガパスカル(MPa)より大きい曲げ強度と、約7メガパスカルルートメートル(MPam0.5)より大きい破壊靭性を有する。この高強度および高靭性のドープした窒化ケイ素セラミックは、脆性破壊のリスクが劇的に減るとともに、長期の耐用寿命にわたる超低磨耗を達成する。 U.S. Patent No. 6,099,077 discloses an improved ceramic material for joint prostheses such as artificial knee joints, and a ceramic-on-ceramic or ceramic-on-metal articulation interface is disclosed. Improved ceramic materials include doped silicon nitride (Si 3 N 4 ), which has relatively high hardness, tensile strength, elastic modulus, lubricity and fracture toughness. Specifically, the improved doped silicon nitride ceramic has a flexural strength greater than about 700 megapascals (MPa) and a fracture toughness greater than about 7 megapascal root meters (MPam 0.5 ). This high strength and toughness doped silicon nitride ceramic dramatically reduces the risk of brittle fracture and achieves ultra low wear over a long service life.
さらに、特許文献2は、骨移植に使用するための改良されたセラミック材料を開示しており、その中でセラミック材料は、比較的低有孔率および高有孔率の第一および第二領域を含み、それぞれ自然の皮質骨および海綿骨の構造を模倣することにより、患者の自然骨の構造的特性を模倣してつくられる。開示される好適なセラミック材料は、約500メガパスカル(MPa)より大きい曲げ強度と、約5メガパスカルルートメートル(MPam0.5)より大きい破壊靭性を有する。使用においては、セラミック材料の相対的に低有孔率の領域が高い構造強度および結合性を提供する一方、高有孔率の領域は、骨の内方成長に適し、しっかりとして安定したインプラント固定を達成する。 In addition, U.S. Patent No. 6,057,031 discloses an improved ceramic material for use in bone grafting, in which the ceramic material is a first and second region of relatively low porosity and high porosity. And mimics the structural properties of the patient's natural bone by mimicking the structure of natural cortical and cancellous bone, respectively. Preferred ceramic materials disclosed have a flexural strength greater than about 500 megapascals (MPa) and a fracture toughness greater than about 5 megapascal root meters (MPam 0.5 ). In use, a relatively low porosity region of ceramic material provides high structural strength and bondability, while a high porosity region is suitable for bone ingrowth and provides a firm and stable implant fixation To achieve.
本発明には、特に耐力性の脛骨部品が、特許文献1および/または特許文献2に開示されるような改良された高強度および高靭性セラミック材料からつくられる、改良された人工膝関節が含まれる。
本発明によれば、改良された人工膝関節には、相対的に高強度および高靭性のセラミック材料からつくられ、人工大腿骨関節部品または患者の天然骨により画定される概して凸状または顆状の形状の大腿骨の関節接合表面と超低磨耗に関節接合される少なくとも一つの関節表面を画定する、耐力性の脛骨部品が含まれる。セラミックの脛骨部品は、患者の脛骨に対して直接固定されるようにつくられるか、あるいは、これにかわって脛骨に固定されるようになった脛骨ベースプレート部材によって担持される、脛骨ベアリングインサート部品の形である。 In accordance with the present invention, the improved knee prosthesis is made of a relatively high strength and tough ceramic material and is generally convex or condylar defined by the prosthetic femoral joint component or the patient's natural bone. A force-resistant tibial component is defined that defines an articulating surface of the femur in the form of and at least one articulating surface to be articulated to ultra low wear. The ceramic tibial component is made of a tibial bearing insert component that is made to be fixed directly to the patient's tibia, or alternatively is carried by a tibial baseplate member adapted to be fixed to the tibia. It is a shape.
一つの形態において、セラミックの脛骨部品は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6,881,229号明細書に開示されるドープした窒化ケイ素(Si3N4)等の、相対的に高硬度および高破壊靭性を有するセラミック材料で形成された少なくとも一つかつ好ましくは一対の、概して凹状の関節表面またはベアリングシートを定めるモノブロックストラクチャを含む。この高強度および高靭性のドープした窒化ケイ素セラミックは、生体適合性金属またはセラミック等の、補綴材料の大腿骨関節表面に対して関節接合した場合や、あるいは自然の大腿骨に対して関節接合した場合に、脆性破壊のリスクが劇的に減るとともに、長期の耐用寿命にわたる超低磨耗を達成する。脛骨セラミックモノブロックストラクチャには、参照により同様に本明細書に組み込まれる米国特許第6,846,327号明細書に開示される多孔質のセラミック等、自然脛骨に対するしっかりとした内方成長固定のための、セラミックの多孔質骨内方成長表面により画定される下側領域がさらに含まれる。別の形としては、セメンテーションによる自然脛骨に対する部品の取り付けがある。多孔質構造により、骨の咬合が可能となる。セメンテーションのためのさらに代替的な方法は、多孔質のセクションが含まれず、セメントを受け入れるスロットまたはポケットと置き換えられ、さらに引張強度のためのアンダーカット機能が含まれても含まれなくてもよい。 In one form, the ceramic tibial component may be a relative one, such as doped silicon nitride (Si 3 N 4 ) disclosed in US Pat. No. 6,881,229, incorporated herein by reference. A monoblock structure defining at least one and preferably a pair of generally concave articulating surfaces or bearing sheets formed of a ceramic material having high hardness and high fracture toughness. This high-strength and high-toughness doped silicon nitride ceramic is articulated to the femoral joint surface of prosthetic materials, such as biocompatible metals or ceramics, or articulated to the natural femur In some cases, the risk of brittle fracture is dramatically reduced and ultra-low wear over a long service life is achieved. The tibial ceramic monoblock structure includes a firm ingrowth fixation to the natural tibia, such as the porous ceramic disclosed in US Pat. No. 6,846,327, also incorporated herein by reference. And a lower region defined by a ceramic porous bone ingrowth surface. Another form is the attachment of parts to the natural tibia by cementation. The porous structure allows for the bite of the bone. Further alternative methods for cementation do not include a porous section, can be replaced with a slot or pocket that accepts cement, and may or may not include an undercut feature for tensile strength .
本発明の一つの代替的な好ましい形態において、セラミックの脛骨部品は、相対的に高硬度および高破壊靭性を有するセラミック材料(上記の)からつくられる、脛骨ベアリングインサートを含む。このセラミックの脛骨ベアリングインサートは、患者の脛骨に固定されるようになった脛骨ベースプレート部材上に、固定または一部可動式に載置されるように設定される。脛骨ベースプレート部材は、好ましくは上記の材料のようなセラミック材料から、相対的に高硬度および高靭性のセラミックにより画定されるベアリングプラットフォームと、セラミックの多孔質骨内方成長表面により画定される下側領域とをあわせて形成してつくることができる。あるいは、脛骨ベースプレート部材は、生体適合性金属からつくられればよい。一つの形においては、脛骨ベアリングインサートには、米国特許第5,116,375号明細書に記載されている一般的なタイプの、セントラル直立スタビライザポストが含まれうる。 In one alternative preferred form of the invention, the ceramic tibial component includes a tibial bearing insert made from a ceramic material (described above) having relatively high hardness and high fracture toughness. The ceramic tibial bearing insert is configured to be fixedly or partially movably mounted on a tibial baseplate member adapted to be fixed to the patient's tibia. The tibial baseplate member is preferably a ceramic material such as that described above, a bearing platform defined by a relatively hard and tough ceramic, and an underside defined by a ceramic porous bone ingrowth surface. It can be formed by combining with the area. Alternatively, the tibial baseplate member may be made from a biocompatible metal. In one form, the tibial bearing insert may include a central upright stabilizer post of the general type described in US Pat. No. 5,116,375.
別の代替的な形態では、セラミックの脛骨部品には、相対的に高硬度および高破壊靭性を有するセラミック材料(上記の)からつくられた、上向きに示された関節表面とともに、患者の脛骨上端部に準備された領域との内方成長による固定または骨セメント固定に適した、セラミックの多孔質の骨内方成長表面により画定される下側領域を画定する、半月板ベアリングインサートが含まれうる。硬質で丈夫な関節表面は通常、大腿骨の人工関節部品あるいは患者の自然骨によって画定される、凸状または顆状の形状の大腿骨関節表面と関節接合するための、浅い上向きに凹状のベアリングシートを画定する。 In another alternative form, the ceramic tibial component includes an upwardly shown articular surface made of a ceramic material (described above) having a relatively high hardness and high fracture toughness, along with the upper end of the patient's tibia. A meniscal bearing insert that defines a lower region defined by a porous bone ingrowth surface of ceramic suitable for ingrowth or bone cement fixation with a region prepared in the part may be included . A hard, strong articulating surface is typically a shallow, upwardly concave bearing for articulating with a convex or condylar shaped femoral articulating surface defined by the femoral prosthetic component or the patient's natural bone A sheet is defined.
本発明の前述の各実施形態において、人工膝関節のセラミックの脛骨部品により、ポリマーベースのベアリングインサートの除去が可能となり、これにより、ポリマーベースの磨耗粒子および破片に関連した術後の問題の除去も可能となる。さらに、セラミックの脛骨部品は、セラミックの人工関節組織に通常伴う脆性破壊の問題を実質的に起こさずに、長期の耐用寿命にわたる超低磨耗を提供する。 In each of the foregoing embodiments of the present invention, the ceramic tibial component of the knee prosthesis allows for the removal of polymer-based bearing inserts, thereby eliminating post-operative problems associated with polymer-based wear particles and debris. Is also possible. In addition, ceramic tibial components provide ultra-low wear over a long service life without substantially causing the brittle fracture problems normally associated with ceramic prosthetic joint tissue.
本発明の他の特徴および効果は、本発明の原理を一例として示した添付の図面とあわせた、以下のより詳細な説明から明らかになる。 Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following more detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, illustrating by way of example the principles of the invention.
例示的な図面に示されるように、一つの好ましい形態において全体として図1〜4において参照番号10で示される改良された人工膝関節には、患者の骨にしっかりと固定するための相対的に多孔質のセラミックの骨内方成長表面14(図3)も含みうる、相対的に硬質および高強度のセラミック材料からつくられる、脛骨部品12が含まれる。セラミックの脛骨部品12は、適合する好ましくは同一のセラミック材料または生体適合性の金属材料等の、硬質および高強度の材料からつくられうる人工大腿骨関節16(図1および4)と関節接合するように、あるいは患者の自然の大腿骨表面と関節接合するようにつくられる。結果としてできるセラミックオンセラミック、またはセラミックオンメタル、またはセラミックオンボーンの関節接合インタフェイスは、長期の耐用寿命にわたり超低磨耗であり、従来のポリマーベースのベアリングインサートおよびそれに伴う磨耗くずの問題の除去も可能とする。
As shown in the exemplary drawings, the improved knee prosthesis, generally designated as
図1および4は、人間の膝関節の自然の解剖学的関節の表面を修復または交換するための、セラミックの脛骨部品12と、付随する大腿骨部品16とを含む、人工膝関節10を示す。この点に関し、セラミックの脛骨部品12は、切除された脛骨18(図4)の上端部にはめ込んでしっかりと固定できる大きさおよび形を有するモノブロックストラクチャを含み、他方で大腿骨部品16は、切除された大腿骨20の下端部に同様にはめ込んでしっかりと固定できる大きさおよび形を有する。一般に脛骨部品12は、横に間隔をあけた、一対の上向きに示された概して凹状のベアリングシート24および26を形成するように輪郭をつけられた、上向きに示されたプラットフォーム22を画定する。ベアリングシート24、26は、大腿骨部品16の上に形成された概して凸状の内側顆および外側顆28および30によりそれぞれ係合されて、これと一体滑動および回転接合するための、浅い凹状の関節接合表面を画定する。
1 and 4 show a
脛骨部品12上の関節表面またはベアリングシート24、26を、高い曲げ強度および高破壊靭性を有する選択されたセラミック材料からつくることにより、結果としてできる大腿骨顆表面との関節インタフェイスは、長期の耐用寿命にわたり超低磨耗を有益に示す。重要なことには、本発明により、脛骨部品12および大腿骨顆組織の間に通常装備され、これらの部品間の滑らかな接合を助ける、高密度または高分子量ポリエチレン(PE)のベアリングインサート等、従来のポリマーベースのベアリングインサートの除去が可能となる。この点に関しては、早期の人工関節の破損が、このようなポリマーベースのベアリングインサートに伴うポリマーベースの磨耗くずの生成および蓄積と関連することが、臨床研究によって示されている。さらに、ポリマーベースのインサートの使用は、人工関節構造物全体の縦の長さを本来的に増加させ、したがって、大きめのサイズの人工関節を受け入れられる、骨が大きめの患者に利用が制限されてしまう。
By making the joint surfaces or bearing
図1〜4の一つの好ましい形態における、セラミックの脛骨部品12は、凹状ベアリングシート24、26と、さらに、下方へ突出する固定ポスト32とを画定するように輪郭をつけられた上部プラットフォーム22を含む、単一または実質的にモノブロックの形態として示されている。この固定ポスト32は、患者の脛骨18の切除された上端部(図4)内へのはめ込み受容のために、たとえば図のような放射状の翼状構造等、非円形の横断面形状を有するように形成されているのが好ましい。さらに、上部プラットフォーム22の下側表面は、セラミックの多孔質の骨内方成長表面被覆またはライニング14を有する。当業者には当然のことながら、中央に配置されてもされなくてもよいペグ等、他の構造的固定要素も使用でき、さらに人工関節―骨インタフェイスのセメント接合等、他の固定技術も使用できる。
1-4, the
本発明のセラミックの脛骨部品12をつくるために使用される好適なセラミック材料には、特に参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6,881,229号明細書で詳細に記載される、相対的に高い硬度、引張強度、弾性係数、潤滑性および破壊靭性を有するドープした窒化ケイ素(Si3N4)等、高曲げ強度および高破壊靭性のセラミック材料が含まれる。このドープした窒化ケイ素セラミック材料は、約700メガパスカル(MPa)を超える相対的に高い曲げ強度と、約7メガパスカルルートメートル(MPam0.5)を超える相対的に高い破壊靭性を有する。この高強度および高靭性のドープした窒化ケイ素セラミックは、脆性破壊のリスクが劇的に減るとともに、長期の耐用寿命にわたり超低磨耗を達成する。
Suitable ceramic materials used to make the
この高強度および高靭性のセラミック材料が、セラミックの脛骨部品12の基体を形成するために使用される。この点に関し、このような基体ストラクチャは相対的に低い有孔率を有し、したがって、平滑で滑らかな関節軟骨で覆われた自然の皮質骨の特性と概して一致し、概してこれを模倣する高密度および高い構造一体性を有する。図3はさらに、脛骨プラットフォーム22の下側に形成され、自然の皮質骨の特性と概して一致し、これを模倣する比較的大きいまたは高い有孔率の、セラミックの多孔質の骨内方成長表面被覆またはライニング14を示す。結果として、この高有孔率の表面被覆またはライニング14は、患者の脛骨18に対するセラミックの脛骨部品12の、しっかりとして安定した骨内方成長固定を達成するための、有効な骨内方成長表面を提供する。
This high strength and high toughness ceramic material is used to form the base of the
当業者には当然のことながら、骨内方成長表面被覆またはライニング14に使用される具体的な材料は変更できるが、好適な多孔質材料には、セラミックの多孔質の内方成長表面材料が含まれる。この点に関しては、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6,846,327号明細書が、相対的に高い曲げ強度と相対的に高い靭性を有し、かつ自然の皮質骨および海綿骨構造をそれぞれ模倣する比較的低有孔率および高有孔率の第一および第二領域を画定する、セラミックの骨移植部品を開示する。異なる有孔率のこれらの領域は、単一的につくられてもよいし、あるいは可変有孔率勾配を有する共通またはモノリシックのセラミック部品に統合されてもよい。好ましい形態においては、セラミックの脛骨部品12は、約2容積%〜約80容量%の範囲の有孔率勾配を有し、高有孔率の領域の有孔率が約30容積%〜約80容量%、全体の孔径が約50ミクロン〜約1,000ミクロンの範囲である。使用時には、セラミック材料の相対的に低有孔率の領域が、高い構造強度および結合性を有する高密度および硬質の組織を提供し、他方で高有孔率または低密度の領域は骨の内方成長に適し、しっかりとして安定したインプラント固定を達成する。
As will be appreciated by those skilled in the art, the specific material used for the bone ingrowth surface coating or lining 14 can vary, but suitable porous materials include ceramic porous ingrowth surface materials. included. In this regard, US Pat. No. 6,846,327, incorporated herein by reference, has relatively high bending strength and relatively high toughness, and natural cortical and cancellous bone. Disclosed is a ceramic bone graft component that defines first and second regions of relatively low porosity and high porosity that mimic structure, respectively. These regions of different porosity may be created singly or may be integrated into a common or monolithic ceramic part with a variable porosity gradient. In a preferred form, the
米国特許第6,846,327号明細書は、約10容積%〜約20容量%のジルコニア成分を有する、イットリア安定化ジルコニア(ジルコニア中イットリア約2.5〜約5モル%)またはセリア安定化ジルコニア(ジルコニア中セリア約2.5〜約15モル%)のジルコニア相の、好適なアルミナ―ジルコニアセラミック材料を開示する。結果として得られるセラミック材料は、高曲げ強度(約500MPaを上回る)と高破壊靭性(約5MPam0.5を上回る)の、非常に望ましい組合せを有する。米国特許第6,881,229号明細書に記載される、より強力で丈夫な窒化ケイ素(Si3N4)セラミックが好ましいが、本発明においては、セラミックのtibilar部品カップ12にこのようなアルミナ―ジルコニアベースのセラミック材料を使用してもよい。
US Pat. No. 6,846,327 describes yttria stabilized zirconia (yttria about 2.5 to about 5 mol% in zirconia) or ceria stabilized with about 10 volume% to about 20 volume% zirconia component. Suitable alumina-zirconia ceramic materials of zirconia (about 2.5 to about 15 mole percent ceria in zirconia) zirconia phase are disclosed. The resulting ceramic material has a highly desirable combination of high bending strength (greater than about 500 MPa) and high fracture toughness (greater than about 5 MPam 0.5 ). The stronger and stronger silicon nitride (Si 3 N 4 ) ceramic described in US Pat. No. 6,881,229 is preferred, but in the present invention such alumina is used in the ceramic
したがって好ましい形態においては、セラミックの脛骨部品12は、上に引用した米国特許第6,881,229号明細書に記載のドープした窒化ケイ素(Si3N4)材料等、所望の高強度および高靭性を有する、相対的に低有孔率のセラミック材料から主につくられる。セラミックの脛骨部品12には、上部プラットフォーム22の下側の相当範囲にわたり広がる、好ましくは上記の米国特許第6,846,327号明細書に記載される高有孔率のセラミック材料から形成される、比較的高有孔率の骨内方成長表面14がさらに含まれる。この相対的に高有孔率の骨内方成長表面14は、好ましくは低有孔率の基体と一体的に形成されるが、当業者には当然のことながら、骨内方成長表面14は、表面被覆またはライニングとして別に加えられてもよい。
Thus, in a preferred form, the
図1および4に示される大腿骨部品16は、最も好ましい形状において、セラミックの脛骨部品の材料と適合するセラミック材料からつくられる。この点に関しては、大腿骨部品16の好適な材料には、米国特許第6,881,229号明細書に開示されるような、セラミックの脛骨部品12と対応する同等または同一の高強度で高靭性の材料が含まれる。あるいは、大腿骨部品16は好ましくは、上に引用した米国特許第6,881,229号明細書に開示されるコバルトクロム合金のような生体適合性の金属材料からつくられてもよいが、他の生体適合性金属が用いられてもよい。いずれの形態においても、大腿骨部品16は、脛骨部品12上のベアリングシート24、26を係合するための関節接合面を形成する、下向きに凸状の関節顆28、30を画定する。さらに、大腿骨部品16の上側は(セラミック形態でも金属形態でも)、一つ以上の直立固定ポスト34および/または多孔質の骨内方成長表面を担持する一つ以上の領域すなわち被覆36を含みうる。セラミックの実施形態においては、上述の米国特許第6,846,327号明細書に記載されているように、大腿骨部品16には、関節顆28、30を画定する高強度および高靭性を有する低有孔率の基体と、骨内方成長表面または表面36を画定する一つ以上の高有孔率の領域とをともに含む、モノブロックまたは実質的に単一のストラクチャが含まれればよい。あるいは、当業者には当然のことながら、脛骨部品が患者の大腿骨下端部の自然の顆組織と係合し、これに対して連結するようになった部分的人工膝関節において、セラミックの脛骨部品12が使用されてもよい。
The
図5〜13は、本発明のセラミックの脛骨部品の、さらに別の好ましい形態を示す。便宜および説明の簡単のために、図5〜13に示される部品で、構造および/または機能が図1〜4で図示および説明されるものに対応するものは、100倍にした同じ参照番号によって識別される。 Figures 5-13 illustrate yet another preferred form of the ceramic tibial component of the present invention. For convenience and simplicity of description, the components shown in FIGS. 5-13 that correspond in structure and / or function to those shown and described in FIGS. 1-4 will be referred to by the same reference number multiplied by 100. Identified.
図5〜6は、上向きに示された一対の実質的に凹状のベアリングシート124および126を画定し、下部の脛骨ベースプレート部材42と組み立てられるようになった上部のセラミックのベアリングインサート40を含む、修正されたセラミックの脛骨部品112を示す。本発明のこの実施形態においては、下部のベースプレート部材42はその上端部に、下向きに突出した固定ポスト132と結合した脛骨プラットフォーム122を画定する。さらに、脛骨プラットフォーム122の下側表面には、図3に図示および説明されるものに類似した、多孔質の骨内方成長表面または被覆114が含まれればよい。プラットフォーム122の上側は、ベアリングインサート40をはめ込んでベースプレート部材42と組み立てられた状態に維持するためにベアリングインサート40上に形成される、ロックリブ48を、受け入れて係合するためのアンダーカット46(図6)を、プラットフォーム122の前側部および後側部に含む、低い直立周囲リム44によって囲まれている。
FIGS. 5-6 define a pair of substantially
一つの好ましい形態においては、セラミックのベアリングインサート40は、関連のセラミックまたは金属製の大腿骨部品(図5〜6には図示せず)または自然の大腿骨20(同じく図5〜6には図示せず)と接合されたときに超低磨耗と長期耐用寿命をかなえる、選択された高強度および高靭性のセラミック材料からつくられる。ここでも好適なセラミック材料は、米国特許第6,881,229号明細書に開示される。関連のベースプレート部材42は、ベアリングインサート40上のセラミックのリブ48を、ベースプレート部材42上のアンダーカットリム44とスナップ嵌め係合するのに適した、生体適合性金属からつくられる。あるいは、必要ならベアリングインサート40およびベースプレート部材42は、同一または適合したセラミック材料からつくられ、スナップ嵌めリブ48は適切な変形可能材料からつくられ、ベアリングインサート40に載置されればよい。
In one preferred form, the
図7は、図5〜6に図示および説明されるベアリングインサート40に対応するが、二つの凹状ベアリングシート124、126の間に設けられた概して中心の位置から、上向きに短く突き出た直立セントラルスタビライザポスト50をさらに含む、修正されたベアリングインサート140を示す。このスタビライザポスト50は、特に参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,116,375号明細書に図と共に記載される種類の大腿骨部品と組み合わせて使用される場合において、再建された膝関節のさらなる安定化を提供する。一対の下部のスナップ嵌めリブ148が、修正されたベアリングインサート140を脛骨ベースプレート部材42(図5〜6)上に載置するために提供される。当業者には当然のことながら、図7に示されるスタビライザポスト50は、図1〜4のモノブロックの脛骨部品12に取り込まれればよく、あるいは本明細書に開示される各種実施形態のいずれかに取り込まれればよい。
FIG. 7 corresponds to the
図8〜10は、上部のセラミックのベアリングインサート240が下部の脛骨ベースプレート部材242と組み立てられる、本発明のさらに別の実施形態を示している。本発明のこのバージョンにおいては、上部のベアリングインサート240は、上向きに示された概して凹状のベアリングシート224、226を画定するように形成され、下向きに伸びるセントラルベアリングポスト52をさらに含む。このベアリングポスト52は、下のベースプレート部材242の中央に形成されて固定ポスト232内へと下方に伸びる、上向きに開いたボア54内に滑り嵌め受容されるような大きさで形成されている。脛骨プラットフォーム222は、ベースプレート部材242の上端部に担持され、下側表面に多孔質の骨内方成長表面214を含めばよい。
FIGS. 8-10 illustrate yet another embodiment of the present invention in which an upper
脛骨ベースプレート部材242は、患者の切除された脛骨18の上端部に固定される(図10)。ベアリングインサート240は、開いたボア54にベアリングポスト52を滑り嵌め受容することによって、ベースプレート部材242と組み立てられる。この位置においては、プラットフォーム222が、ベアリングインサート240の概して平らな下側表面に安定した支えを提供し、これによって膝関節接合の間に、ベアリングインサート240がベアリングポスト52の中心軸のまわりを回転することが可能となる。この点に関して、図9〜10が、下部のベースプレート部材242のプラットフォーム222上に支持されるベアリングインサート240と関節接合した、大腿骨部品16を示す。
The
図11は、図8〜10に示される実施形態の修正を示し、上部ベアリングインサート340の回転支持体が、セントラル固定ポスト332を含む下部の脛骨ベースプレート部材342の、プラットフォーム322中央から直立した短いペグ354を滑り嵌め受容するための、ベアリングインサート340の下側に形成された浅いボア352に置き換えられている。図12は、上部ベアリングインサート440の下側に形成される浅いボアが、前―後または前方―後方方向に細長いスロット452を含む、図11の実施形態のさらなる変化形を示す。スロット452は、図11で図示および説明される種類の、下の脛骨ベースプレート部材342上の直立ペグ352を受け入れるようになっている。図13は、キー60が、スロット452内にはめ込むための細長いヘッド62と、図8〜10に図示および説明される種類の、下の脛骨ベースプレート242の開いたボア54内にはめ込むための円筒形のボディ64とを含む、図12のさらなる変化形を示す。
FIG. 11 shows a modification of the embodiment shown in FIGS. 8-10 in which the rotational support of the
これらのバージョンにおいて、図11は、ペグ354がボア352内に回転可能にはめ込まれる場合には、ベースプレート部材342に対するベアリングインサート340の回転変位が可能であるが、ペグ354がボア352に圧入載置される場合には、組み立てられた部品間の相対的移動が阻止される。図12においては、組み立てられた部品は、脛骨ベースプレート部材342に対するベアリングインサート440の回転および/または前方―後方移動運動を組み合わせて可能にする。最後に図13のキー60は、キーボディ64が図8〜10のベースプレート部材242のボア54に圧入載置された場合には、図12のスロット付きベアリングインサートの相対的移動を効果的に阻止する。あるいは、ベースプレート部材のボア54内にキーボディ64を回転載置すると、組み立てられた部品間の回転および平行移動の組み合わせが可能となる。
In these versions, FIG. 11 shows that if the
図8〜13において示される実施形態の各々において、ベアリングインサートは、関連のセラミックまたは金属の大腿骨部品、あるいは自然の大腿骨20と関節接合したときに超低磨耗と長期耐用寿命をかなえる、高強度および高靭性のセラミック材料から好適に形成される。ここでも好適なセラミック材料には、米国特許第6,881,229号明細書に開示されるセラミック材料が含まれる。関連のベースプレート部材は、好ましくは同一もしくは同等のセラミック材料、または適切な生体適合性金属材料からつくられる。セラミックまたは金属のいずれの形態でも、ベースプレート部材により画定されるプラットフォーム22、122、322は、下側に形成された多孔質の骨内方成長表面を含むのが好ましい。セラミックの形態においては、好適なベースプレート部材の構造には、上に引用した米国特許第6,846,327号明細書に記載される、構造的耐力性基体を画定する低有孔率領域と、一体的骨内方成長表面を画定する高有孔率領域とを有する、二重多孔セラミック材料が含まれる。
In each of the embodiments shown in FIGS. 8-13, the bearing insert is a high, which provides ultra-low wear and long service life when articulated with an associated ceramic or metal femoral component or
図14〜17は、修正されたセラミックの脛骨部品512が、人工関節半月板ベアリングの形で提供される、本発明の別の代替的な好ましい形態を示す。この半月板ベアリング512は、適切に準備および/または切除された脛骨18の上端部領域に固定するための大きさで形成され、図14〜15に示されるように、自然骨の顆528と関節接合するなど、隣接する大腿骨顆表面と関節接合するための、上向きに示された、好ましくは浅い凹状のベアリングシート524を画定する。しかし当然のことながら、半月板ベアリング部品512は、図1、3および9〜10に図示および説明されるタイプの人工大腿骨関節16との接合のために使用されてもよい。半月板ベアリング部品512の下側表面は、準備された脛骨18に対する内方成長―固定のための多孔質の骨内方成長表面または被覆514(図17)を含む。図14〜15には、単一の半月板ベアリング部品512が示されるが、当然のことながら、一対の顆528および530、または人工大腿骨関節上の対応する顆表面とそれぞれ関節接合するために、適切な大きさ、形、および厚みを有する一対のこのようなベアリング部品が提供されてもよい。
FIGS. 14-17 illustrate another alternative preferred form of the present invention in which a modified
半月板ベアリング部品512および特にベアリングシート522は、超低磨耗と長期耐用寿命に適した、選択された高強度および高靭性のセラミック材料からつくられる。ここでも、好適なセラミック材料は、米国特許第6,881,229号明細書に開示される。ベアリング部品512の下側の骨内方成長表面514は、米国特許第6,846,327号明細書に開示されるように、一体部分として、しかし患者の骨に対する内方成長固定のために適切な高有孔率で、形成されるのが好ましい。
The
本発明の人工膝関節に関する、種々のさらなる変更および改良が、当業者に明らかであろう。たとえば、セラミックの関節接合表面が指定される場合には、当業者には当然のことながら、かかるセラミック表面には、モノリシックのセラミックストラクチャの表面部分が含まれてもよいし、あるいはセラミック被覆を有する金属基体の形の複合ストラクチャなど、非セラミックの基体に担持されたセラミック被覆が含まれてもよい。そのような複合ストラクチャの一例には、テネシー州メンフィスのSmith & Nephew社からOxiniumの名称で販売される移植可能材料等、一体的なセラミックの関節接合表面を有する金属合金基体が含まれる。したがって、添付の請求の範囲に記載の場合を除き、以上の記載および添付の図面により、本発明に対する制限が意図されるものではない。 Various further modifications and improvements on the knee prosthesis of the present invention will be apparent to those skilled in the art. For example, if a ceramic articulating surface is specified, those skilled in the art will appreciate that such a ceramic surface may include a surface portion of a monolithic ceramic structure or have a ceramic coating. A ceramic coating supported on a non-ceramic substrate, such as a composite structure in the form of a metal substrate, may be included. An example of such a composite structure includes a metal alloy substrate having an integral ceramic articulating surface, such as an implantable material sold under the name Oxinium from Smith & Nephew of Memphis, Tennessee. Accordingly, no limitation to the invention is intended by the foregoing description and accompanying drawings, except as described in the appended claims.
添付の図面は、本発明を示している。 The accompanying drawings illustrate the present invention.
Claims (40)
移植後に該大腿骨部品の関節接合表面と関節接合した時に超低磨耗であるために、相対的に高い曲げ強度および相対的に高い破壊靭性を有するセラミック材料から形成された、該ベアリングシートの該関節接合表面と
を含む、人工膝関節。 A tibial component having a size and shape suitable for in-fixation to a patient's prepared upper tibia, the tibial component being a generally convex articulation formed on a mating femoral component A tibial component defining at least one upwardly directed bearing seat forming an articulating surface having a size and shape for articulating with the surface;
The bearing sheet is formed of a ceramic material having a relatively high bending strength and a relatively high fracture toughness due to ultra-low wear when articulated with the articulating surface of the femoral component after implantation. An artificial knee joint including an articulating surface.
該脛骨部品は、移植後に前記大腿骨部品の関節接合表面と関節接合した時に超低磨耗であるために、相対的に高い曲げ強度および相対的に高い破壊靭性を有するセラミックのモノブロック材料から形成されている、人工膝関節。 A knee prosthesis having a tibial component having a lower surface that includes means for inset and securing to a patient's prepared upper tibial portion, the tibial component being formed over a mating femoral component Further defining at least one upwardly directed bearing seat that forms an articulating surface having a size and shape for articulating with a generally convex articulating surface;
The tibial component is formed from a ceramic monoblock material having relatively high flexural strength and relatively high fracture toughness due to ultra-low wear when articulated with the articulating surface of the femoral component after implantation. Has been an artificial knee joint.
該ベースプレート部材により担持される脛骨ベアリングインサートであって、該脛骨ベアリングインサートが、嵌合する大腿骨部品上に形成された、概して凸状の関節接合表面と関節接合するための大きさおよび形状を有する関節接合表面を形成する少なくとも一つの上向きに向けられたベアリングシートを画定する、脛骨ベアリングインサートと
を含む、人工膝関節であって、
該脛骨ベアリングインサートの該関節接合表面は、移植後に該大腿骨部品の関節接合表面と関節接合した時に超低磨耗であるために、相対的に高い曲げ強度および相対的に高い破壊靭性を有するセラミック材料から形成されている、人工膝関節。 A tibial baseplate member having a lower surface that includes means for snapping into a patient's prepared upper tibia upper end;
A tibial bearing insert carried by the base plate member, the tibial bearing insert being sized and shaped for articulation with a generally convex articulating surface formed on a mating femoral component. A tibial bearing insert that defines at least one upwardly directed bearing seat that forms an articulating surface having:
The ceramic with relatively high bending strength and relatively high fracture toughness because the articulating surface of the tibial bearing insert is ultra-low wear when articulated with the articulating surface of the femoral component after implantation Artificial knee joint made of material.
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