JP2010022826A - 回転プラットフォーム用の回転軸の前後配置 - Google Patents

回転プラットフォーム用の回転軸の前後配置 Download PDF

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Abstract

【課題】生来の膝の固有の安定性と運動学とをより綿密に再生する膝プロテーゼを提供すること。
【解決手段】膝置換システムは、外側顆状関節部分および内側顆状関節部分を含む大腿骨部品と、上側関節接合表面を含む脛骨トレーと、脛骨挿入部であって、（i）第１の顆ドエル点を有する外側顆状関節部分と関節接合するための第１の関節接合部分、（ii）第２の顆ドエル点を有する内側顆状関節部分と関節接合するための第２の関節接合部分、（iii）上側関節接合表面と関節接合するための下側関節接合表面、および（iv）脛骨トレーに結合するためのカップリング部材であって、脛骨挿入部が脛骨トレーに対して回転する回転軸を規定するための、カップリング部材、を含む、脛骨挿入部と、を備え、顆ドエル点を含むドエル軸が上側関節接合表面上に投射されているとき、ドエル軸の後方の位置で、回転軸が上側関節接合表面と交差する。
【選択図】図３１

Description

開示の内容
２００８年６月３０日に出願された、John L. Williams他著の、名称「Orthopaedic Femoral Component Having Controlled Condylar Curvature」の、米国特許出願第12/165,579号；２００８年６月３０日に出願された、Christel M. Wagner著の、名称「Posterior Cruciate-Retaining Orthopaedic Knee Prosthesis Having Controlled Condylar Curvature」の、米国特許出願第12/165,574号；２００８年６月３０日に出願された、Joseph G. Wyss著の、名称「Posterior Stabilized Orthopaedic Knee Prosthesis Having Controlled Condylar Curvature」の、米国特許出願第12/165,575号；２００８年６月３０日に出願された、Joseph G. Wyss著の、名称「Posterior Stabilized Orthopaedic Prosthesis」の、米国特許出願第 12/165,582号；２００８年７月１６日に出願された、Joseph G. Wyss他著の、名称「Knee Prostheses with Enhanced Kinematics」の、米国特許出願代理人番号第1671-0450号；２００８年６月３０日に出願された、Joseph G. Wyss他著の、名称「Orthopaedic Knee Prosthesis Having Controlled Condylar Curvature」の、米国特許仮出願番号第61/007,124号；への相互参照がなされ、これらの出願のそれぞれは、参照により本明細書中に組み込まれる。本発明の原理は、これらの特許出願で開示される特徴部を組み合わせてもよい。
〔発明の分野〕
全体的に、本発明は、人体関節用プロテーゼに関し、より具体的には、膝用のプロテーゼに関する。
〔発明の背景〕
膝関節は、動的活動中において、６つの運動度を提供する。そのような活動の１つは、膝関節の深い屈曲（flexion）または折り曲げ（bending）である。６つの運動度は、膝関節における骨と軟組織との複雑な動作または運動学によって影響される。大部分の個人は、意識せずに膝関節の複雑な動作を制御できる。意識的な制御の欠如は、膝関節の屈曲および（脚が真っすぐにされるとき）伸展などの活動に影響するために必要な、多くの異なった構成部分の間の複雑な相互作用を正しく伝えない。
膝関節は、大腿骨遠位端と脛骨近位端との骨インタフェースを含んでいる。膝蓋は、大腿骨遠位端に亘って位置づけられ、そして、腿の前部の長い筋肉（四頭股筋）の腱内に位置づけられる。この腱は、脛骨粗面中に挿入され、膝蓋の後方表面は、滑らかであり、大腿骨上を滑るように動く。
大腿骨は、実質的に滑らかであって脛骨の内側プラトー（plateau）と外側プラトーとともにそれぞれ関節接合している２つの大きい隆起（内側顆と外側顆）によって構成される。脛骨プラトーは、実質的に滑らかで、かつ、わずかにカップ状とされ、その結果、大腿骨顆を受け入れるためのわずかな容器を提供する。大腿骨、脛骨、および膝蓋の複合体相互作用は、膝関節、半月、腱を通した筋肉の付属、および靭帯の骨組織の形状によって抑制される。膝関節の靭帯は、膝蓋靱帯、内側および外側側副靱帯、前方十字形靭帯（ＡＣＬ）、および後方十字形靭帯（ＰＣＬ）を含んでいる。膝の運動学は、関節を滑らかにする滑液によってさらに影響される。
多くの研究が、膝関節が屈曲を通して動くに従って様々な膝構成部分が相互作用する方法を理解することを対象としてきた。そのような研究の１つは、P. Johal他著の、「Tibio-femoral movement in the living knee」の名称の記事で報告された。Journal of Biomechanicsの、３８巻、第２号、２００５年２月、２６９−２７６ページに、「インターベンショナル」MRIを用いた、体重負荷および非体重負荷の膝の運動学の研究が、得られており、図２を含み、図２によって得られたデータがグラフ１０として図１に定められている。グラフ１０は、膝が屈曲を通して動くとき、脛骨に対して生来の膝の内側および外側顆基準点の位置を示している。グラフ１０の線１２は、外側顆が、深い屈曲を通して一定の前方から後方の並進を示すが、線１４は、内側顆が、約９０度の屈曲まで脛骨プラトー上のほぼ同じ位置に残っていることを示す。９０度の屈曲を超えると、内側顆は、前方から後方への並進を示す。
内側および外側顆の低（接触）点は、この顆と大腿骨平面との間の実際の接点でない。むしろ、これらの低（接触）点は、Ｘ線透視検査を使用することで見える顆の最も低い部分を表す。実際の接点は、一般に、低（接触）点よりも後方の位置にある。それにもかかわらず、低（接触）点の使用は、構成部分間における設計変数を変えるという効果の比較に対して有効な基準を提供する。
損傷または病気は、膝の骨、関節軟骨、および靭帯を悪化させるおそれがある。膝関節の正常な状態からのそのような変化は、結局、痛みと減少した動作範囲をもたらし、生来の膝が適切に機能する能力に影響しうる。膝関節の劣化から生じた状態が好転するように、大腿骨と脛骨との用意された端部に搭載される膝プロテーゼが、開発されてきた。
軟組織への損傷は、膝の置換処理の間ある程度避けられるが、いくらかの組織が大腿骨と脛骨の一部を取り替える際に必然的に犠牲にされる。従って、典型的な個人は、意識せずに、膝の現在の位置付けから所望の位置付けへのスムーズな移行を提供するために、筋繊維、靭帯、および腱の張力をかけることを調整する方法を学んでいるが、組織の犠牲は、膝の物理的性質を変化させる。従って、健康な膝において、または術前の膝においてさえ、屈曲および伸展といった動きを引き起こしていた軟組織の構成は、この膝がプロテーゼに置換されているときには、もはや同じ結果を達成しない。さらに、軟組織の犠牲は、膝関節における安定性の減少をもたらす。
軟組織への損傷から生じる安定性喪失を補うために、４つの一般的な種類のインプラントが開発されてきた。１つの手法では、ＰＣＬは保持される。ＰＣＬが保持されるとき、患者は、深い膝の屈伸運動の間、大腿骨の外側顆と脛骨の間の接点における不自然な（矛盾した）前方への並進に頻繁に遭遇する。大腿骨は、膝が屈曲を通して動くときに、ロールバック（rolling back）または滑るよりもむしろ、脛骨のプラットフォームに沿って前方に滑るように動く。矛盾した前方への並進は、最大約１２０度の屈曲で始まることがありうるが、３０〜４０度の屈曲で典型的に開始される。結果として生じる関節安定性の損失は、摩耗を加速し、日常生活の一定の活動中における不安定性の感覚を引き起こし、異常な膝関節動き（運動学）をもたらし、および／または、動きを制御するために増大した力を必要とする四頭股筋への減少した動的モーメントアームをもたらす、おそれがある。
一例として、図２は、生来の膝の形を模すことを試みる典型的な先行技術の大腿骨部品２０の矢状断図（sagittal view）を示す。大腿骨部品２０は、一般に、線２４の前方である拡大領域２２と、線２４の後方である屈曲領域２６を含んでいる。小さい曲率半径Ｒｃ３０は、できるだけ多くの屈曲を供給するときに関節腔内で適合するように屈曲領域２６の後方の部分で使用されるが、拡大領域２２は、大きい曲率半径（Ｒｃ）２８で形成される。同時に、曲率半径の長さの変化に従って、曲率半径の起点は、Ｒｃ２８に対する起点３２からＲｃ３０に対する起点３４に変化する。
減少している曲率半径によって規定された屈曲範囲内の顆表面を有する典型的な先行技術大腿骨部品を使用する膝の深い折り曲げシミュレーションの結果は、この装置が屈曲（ｘ軸）を介して動くときに内側および外側顆が脛骨部品に接触している脛骨部品上の位置（ｙ軸）を示す図３の並進チャート４０に示されている。このシミュレーションは、ＬｉｆｅＭＯＤ/ＫｎｅｅＳＩＭという名称で、カリフォルニア、サンクレメンテの生体力学的研究グループ社（Biomechanics Research Group）から市販された、マルチボディーダイナミックスプログラム（multibody dynamics program）で行われた。このモデルは、脛骨−大腿骨および膝蓋−大腿骨の接触、受動的な軟組織、および活動筋要素を含んでいた。
チャート４０における線４２と４４は、それぞれ外側および内側顆表面に対する推定された低（接触）点を示している。線４２と４４の両方が、初期に、屈曲の０度と約３０度との間で後方に（図３で見られる下方に）進む。このことは、屈曲角度が増えるのに従って、大腿骨部品が脛骨部品上で後方に回転することを示す。約３０度の屈曲を超えると、推定された内側顆の低（接触）点の線４４は、急速に前方に動くが、推定された外側顆の低（接触）点の線４２は、約５ｍｍの並進から前方にわずかに流される。両方の表面の前方の方向への動きは、矛盾した前方への並進が約３０度を超えて起こっていることを示している。３０度の屈曲を超えた線４２および４４と、図１の線１２および１４との比較は、生来の膝と生来の膝の形状を模した置換膝との間の運動学の衝撃的な不一致を明らかにしている。
さらに、図２に戻ると、大腿骨部品２０が、脛骨部品（図示せず）との接触がＲｃ２８によって規定された顆表面に沿って起こるように屈曲するので、膝上の軟組織によって加えられた力は、Ｒｃ２８の長さと起点３２に一部基づく滑らかな運動を提供するために調整される。顆表面がＲｃ２８からＲｃ３０に移行する角度の範囲で大腿骨部品２０が動かされるとき、最初は、Ｒｃ２８に沿って動き続けていくかのように、膝は制御されうる。大腿骨部品２０が動き続けていくにつれ、膝の実際の構成は、脛骨部品（図示せず）に接触した表面がＲｃ２８によって依然として規定されていれば達成されるであろう構成とは異なる。この相違が感じられるとき、軟組織の力が起点３４を有するＲｃ３０によって規定された表面に沿った動きに適した構成に急速に再構成されると考えられている。構成におけるこの急速な変化は、生来の膝で起こるとは考えられず、不安定性の感覚の一因となる。
その上、２００３年１２月８〜１０日の、Andriacchi, T.P.著の、NIH Consensus Development Conference on Total Knee Replacementでの、ページ６１〜６２の、「The Effect of Knee Kinematics, Gait and Wear on the Short and Long-Term Outcomes of Primary Total Knee Replacement」には、生来の膝において、０度と１２０度との間の屈曲は、脛骨に対して大腿骨の約１０度の外旋で達成され、その上、さらに２０度の外旋が、１２０度から１５０度の屈曲に対して必要とされると報告している。したがって、屈曲度あたり約０．００８度の外旋の初期比は、０度の屈曲と１２０度の屈曲との間で示され、１２０度の屈曲と１５０度の屈曲との間では屈曲度あたり０．６７度の外旋の比率まで増加する。この外旋は、膝が深い屈曲に動くことを可能にする。
報告された生来の膝の外旋は、図１のデータで支援されている。明確に、約９度と９０度との間の屈曲では、線１２のスロープは、常に下降しており、これは外側顆表面の最も低い点が連続的に後方に進むことを示している。しかしながら、線１４は、約９度の屈曲から９０度の屈曲まで前方に動いている。したがって、この差異が外旋のみに起因すると仮定すると、大腿骨部品は、膝が約９度の屈曲から約９０度の屈曲に動くときに、外旋する。９０度の屈曲を超えると、線１２と１４は、両方の顆表面が後方に動いていることを示す。しかしながら、外側顆表面は、より急速に後方の方向に動いている。従って、線１２と１４のギャップは、９０度を超えて拡大し続けて、膝のさらなる外旋が起こっていることを示す。
図４は、図３の結果を提供した試験の間の、大腿骨に対する脛骨の内旋（モデル化された透視図法による内旋は、脛骨に対する大腿骨の外旋と同様であり、これらの両方が、本明細書において「φｉ−ｅ」として特定される）を示す。グラフ５０は、試験された部品が１３０度の屈曲に操作されたとき、φｉ−ｅが最大約７度に達したことを示している線５２を含んでいる。約０度の屈曲と２０度の屈曲との間で、φｉ−ｅは、屈曲度あたり−０．０５度の内旋の変化率で、１度から０度に変化する。約２０度の屈曲と５０度の屈曲の間で、内旋は、屈曲度あたり０．０３度の内旋の変化率で、０度から１度に変化する。約５０度と１３０度の間で、グラフ５０は、屈曲度あたり０．０７５度の内旋の変化率で、約１度から約７度までの内旋において、ほぼ直線的な増加を示す。従って、先行技術の大腿骨部品を組み込む膝関節のφｉ−ｅは、生来の膝のφｉ−ｅから著しく異なる。
生来の膝のものにより近い運動学を提供するために、様々な試みがなされてきた。例えば、インプラントの１つの種類による矛盾した前方への並進の問題は、安定性を提供するためにＰＣＬを犠牲にして、関節の形状に依存することによって、取り組まれている。別の種類のインプラントでは、インプラントは拘束されている。すなわち、大腿骨と脛骨部品との間に実際のリンク装置（an actual linkage）が使用される。別の種類のインプラントでは、ＰＣＬは、大腿骨部品のカムと脛骨部品のポストに置換されている。
生来の膝の運動学を模写する別の試みは、脛骨プラトー上で回転するように構成される脛骨挿入部の使用にかかわる。回転する脛骨挿入部は、一般的に回転プラットフォーム（ＲＰ）デザインと呼ばれる。ＲＰデザインにおける想定される利点の１つは、屈曲−伸展のφｉ−ｅからのデカップリングである。このデカップリングは、部品の総摩耗を減少させると考えられている。脛骨プラトー上の脛骨挿入部の回転軸（ＲＰ軸）は、脛骨−大腿骨ドエル点（関節が完全伸展しているときの大腿骨部品の低点または接触点）に一致する位置と、脛骨−大腿骨ドエル点から前方の方向へ移動した位置との間に、典型的に位置づけられている。
必要とされるものは、φｉ−ｅの管理によってなどの、生来の膝の固有の安定性と運動学とをより綿密に再生する膝プロテーゼである。更なる必要性は、脛骨プラトー上の大腿骨部品の許容できるロールバックを許容するとともに、φｉ−ｅを管理する膝プロテーゼに対して存在している。
〔概要〕
一実施形態における改良された運動学を有する膝置換システムは、外側顆状関節部分および内側顆状関節部分を含む大腿骨部品と、上側関節接合表面を含む脛骨トレーと、脛骨挿入部であって、（ｉ）第１の顆ドエル点を有する外側顆状関節部分と関節接合するための第１の関節接合部分、（ｉｉ）第２の顆ドエル点を有する内側顆状関節部分と関節接合するための第２の関節接合部分、（ｉｉｉ）上側関節接合表面と関節接合するための下側関節接合表面、および（ｉｖ）脛骨トレーに結合するためのカップリング部材であって、脛骨挿入部が脛骨トレーに対して回転する回転軸を規定するための、カップリング部材、を含む、脛骨挿入部と、を備え、第１の顆ドエル点および第２の顆ドエル点を含むドエル軸が上側関節接合表面上に投射されているとき、ドエル軸の後方の位置で、回転軸が上側関節接合表面と交差する。
更なる実施形態では、人工関節は、外側顆状関節部分および内側顆状関節部分を含む大腿骨部品と、上側関節接合表面を含む脛骨トレーと、脛骨挿入部であって、（ｉ）外側顆状関節部分と関節接合するための第１の関節接合部分、（ｉｉ）内側顆状関節部分と関節接合するための第２の関節接合部分、（ｉｉｉ）上側関節接合表面と関節接合するための下側関節接合表面、および（ｉｖ）脛骨挿入部が脛骨トレーに対して回転する回転軸を規定するためのピボット、を含む、脛骨挿入部と、を備え、脛骨挿入部の中心線が上側関節接合表面上に投射されているとき、回転軸が脛骨挿入部の中心線より外側の位置で上側関節接合表面と交差する。
更なる実施形態では、人工関節は、外側顆状関節部分および内側顆状関節部分を含む大腿骨部品と、上側関節接合表面を含む脛骨トレーと、脛骨挿入部であって、（ｉ）第１の顆ドエル点を有する外側顆状関節部分と関節接合するための第１の関節接合部分、（ｉｉ）第２の顆ドエル点を有する内側顆状関節部分と関節接合するための第２の関節接合部分、（ｉｉｉ）上側関節接合表面と関節接合するための下側関節接合表面、および（ｉｖ）脛骨トレーに結合するためのカップリング部材であって、脛骨挿入部が脛骨トレーに対して回転する回転軸を規定するための、カップリング部材、を含む、脛骨挿入部と、を備え、第１の顆ドエル点および第２の顆ドエル点を含むドエル軸が上側関節接合表面上に投射されているとき、ドエル軸の後方の位置で、そして、脛骨挿入部の中心線が上側関節接合表面上に投射されているとき、中心線の外側の位置で、回転軸が上側関節接合表面と交差する。
上で説明した特徴及び利点、および他のものは、以下の詳細な説明と添付図面を参照して当業者にとってより容易に明らかになるであろう。
〔詳細な説明〕
図５は、公知の特徴部を組み込んでいる膝置換システム１００を示す。膝置換システム１００は、脛骨トレー１０２、脛骨ベアリング挿入部１０４、および、２つの大腿骨顆要素１０８、１１０を含む大腿骨部品１０６を含んでいる。脛骨トレー１０２は、患者の脛骨に脛骨トレー１０２を取り付けるための下位ステム１１２と、脛骨ベアリング挿入部１０４を受け入れるための上位プラトー１１４と、を含んでいる。カップリング部材１１６は、上位プラトー１１４上に位置している。
脛骨ベアリング挿入部１０４は、下位脛骨トレー接触面１１８と、上位脛骨座面１２０とを含んでいる。上位脛骨座面１２０は、大腿骨顆要素１０８、１１０に関節接合するように構成された座面１２２、１２４を含む。背骨１２６は、座面１２２と座面１２４との間から上方に延びている。カップリング部材１２８は、脛骨トレー接触面１１８から下向きに延びている。
大腿骨部品１０６は、患者の大腿骨に取り付けられるように構成される。滑車溝１３０は、この実施形態では、対称である大腿骨顆要素１０８、１１０の間に形成される。滑車溝１３０は、膝蓋部品（図示せず）に対する関節接合表面を提供する。カムコンパートメント１３２は、大腿骨顆要素１０８、１１０それぞれの後方部分１３４、１３６間に位置している。２つのペグ１３８、１４０が、大腿骨部品１０６を患者の大腿骨に取り付けるために使用される。
図６は、カムコンパートメント１３２を通して取られた大腿骨部品１０６の横断面図と脛骨ベアリング挿入部１０４の側平面図とを示す。前方のカム１４２と後方のカム１４４は、カムコンパートメント１３６内に位置している。背骨１２６は、前方のカム部分１４６と後方のカム部分１４８とを含んでいる。前方のカム１４２は、図６に示されているように大腿骨部品１０６が伸展状態で（in extension）脛骨ベアリング挿入部１０４上に位置づけられているときに、望ましくない後方へのずれを排除するように、前方のカム部分１４６と共に構成される。
大腿骨部品１０６は、図６に完全伸展した状態で示される。大腿骨部品１０６の低点または接触点は、顆ドエル点（condylar dwell point）１５０として特定される。顆要素１１０に対する顆ドエル点１５０および顆ドエル点１５２は、図７の上位プラトー上に投射された状態で示されていて、ドエル軸１５４を規定する。ドエル軸１５４は、本明細書で「ドエル点」１５８として規定される点で、上位脛骨座面１２０の中心線１５６と交差している。ドエル点１５８は、カップリング部材１２８と共に、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０を規定するカップリング部材１１６の後よりに位置する（図８参照）。回転軸１６０は、ドエル点１５８の前方に位置づけられる。
膝の深い折り曲げシミュレーションが、膝置換システム１００と同様の先行技術装置で行われた。先行技術の装置は、インディアナ州ワルシャワの、Ｚｉｍｍｅｒ株式会社から市販されているＮｅｘＧｅｎ（登録商標）ＬＰＳ−ｆｌｅｘ回転プラットフォーム総合膝システムであった。シミュレーションのためにモデル化された先行技術装置に関する設計パラメータは、リバースエンジニアリングによって得られた。このシミュレーションは、上述したＬｉｆｅＭＯＤ／ＫｎｅｅＳＩＭ２００７．１．０ベータ１２版および後の（ＬＭＫＳ）力学プログラムを使用することで行われた。ＬＭＫＳは、インプラントを包むことができる、直線的なスプリング、膝蓋腱、および靭帯として、被膜組織と同様に、ＭＣＬ、およびＬＣＬをモデル化するために構成された。
４６３Ｎの一定の垂直荷重が股関節部に印加されたとき、股関節および足首関節での屈曲／伸展、および、足首関節での、外転／内転、内反／外反、および、軸回転は、制限されなかった。クローズドループコントローラは、処方された膝の屈曲伸展プロファイルに適合するように四頭筋とハムストリング筋に張力を印加するために使用された。先行技術装置に関する設計パラメータは、モデルに取り込まれ、最大約１５０度の屈曲の１サイクルの膝の深い折り曲げに従った。
この部品は、足の機構上の軸（mechanical axis）と膝の本来の関節ラインとに矢状断図において整列した脛骨−大腿骨の接触面の挿入部のドエル点が復元されるように、位置づけられた。完全伸展での矢状面の膝蓋靱帯角度は、大腿骨部品の滑車溝内の中心で、適切な上位−下位位置に膝蓋部品を配置することによって、決定され、そして、冠状面（coronal plane）における膝蓋靱帯は、ＬＭＫＳのデフォルトの設定を使用することによって、決定され、膝が完全伸展している状態で、冠状面内において約１２度のＱ角度をもたらした。完全伸展での大腿直筋の冠状面における角度は約７度であり、そして、完全伸展での膝蓋靱帯の冠状面における角度は、完全伸展の脚の垂直な機構上の軸に対して約５度であった。
上述で規定されたモデルシナリオの結果は、本明細書の以下で「ＬＭＫＳモデル結果」と呼ばれ、ドエル点に対して記録された、脛骨トレーに最も近い大腿骨の外側および内側顆上の最低点の前方−後方位置を含んでいた。さらに、大腿骨に対する脛骨の回転と脛骨トレーに対する脛骨挿入部の回転は、Ｇｒｏｏｄ＆Ｓｕｎｔａｙ座標系を使用して、報告された。図９〜図１６に示される先行技術装置に対するＬＭＫＳモデル結果の議論では、膝置換システム１００の対応する部品の参照番号が参照され、顆１０８が内側顆として指定され、顆１１０が外側顆として指定される。
脛骨ベアリング挿入部１０４における大腿骨部品１０６のシミュレーションに対するＬＭＫＳモデル結果は、図９に示され、グラフ１７０が、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８のそれぞれに対する推定された低（接触）点を示す線１７２、１７４を含んでいる。グラフ１７０は、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示している線１７６と１７８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線１７２、１７４、１７６、および１７８の下向部分（lower portion）が発生した。
グラフ１７０は、大腿骨部品１０６が、約２０度の屈曲まで、そして、再び約９０度の屈曲から１５０度の屈曲まで、脛骨ベアリング挿入部１０４上で後方に動くまたは「ロールバック」していることを全体的に示している。外側顆表面１１０と内側顆表面１０８のロールバックの量は、同じではない。この相違は、大腿骨部品１０６が回転していることを示す。この結論は、図１０のグラフ１８０に示される脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６に対するＬＭＫＳモデル結果によって支持され、ここで、グラフ１８０の線１８２は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する。線１８２は、０度の屈曲と約１００度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々に約３．５度まで増加していることを表す。
グラフ１８０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線１８４をさらに含んでいる。線１８４は、線１８２と対照的に、０度の屈曲と約９０度の屈曲との間では、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転が徐々に約−２．５度まで減少していることを明示し、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異が、約９０度の屈曲と約１１０度の屈曲との間における約５度であることを示す。
上記のモデルシナリオで使用される先行技術システムのリバースエンジニアリングは、先行技術装置の脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０がドエル点１５８の０．５インチ（１２．７ｍｍ）前方に位置したことを示す（「０．５Ａ構成」）。次に、先行技術装置のモデルは、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０をドエル点１５８の０．２インチ（５．０８ｍｍ）前方に配置するように変更された（「０．２Ａ構成」）。０．２Ａ構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図１１に示され、ここで、グラフ１９０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれに対する推定された低（接触）点を示す、線１９２、１９４を含んでいる。グラフ１９０は、脛骨トレー１０２に対した大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８のそれぞれに対する推定された低（接触）点を示している線１９６、１９８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線１９２、１９４、１９６、および１９８の下向部分が発生した。
グラフ１９０は、大腿骨部品１０６が、約２０度の屈曲まで、そして、再び約９０度の屈曲から１５０度の屈曲まで、脛骨ベアリング挿入部１０４上で後方に動くまたは「ロールバック」していることを全体的に示している。０．２Ａ構成で示されたロールバックは、０．５Ａ構成で示されたロールバックと実質的に同じである。
図１２のグラフ２００は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する線２０２を含んでいる。線２０２は、０度の屈曲と約１００度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々に４度を超えるまで増加していることを表す。グラフ２００は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線２０４をさらに含んでいる。線２０４は、０度の屈曲と約２０度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転にわずかな減少があり、そして、約１２０度の屈曲まで安定した増加が続くことを表す。したがって、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異は、約９０度の屈曲における４度未満まで減少する。
次に、先行技術装置のモデルは、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０をドエル点１５８に配置するように変更された（「０．０構成」）。０．０Ａ構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図１３に示され、ここで、グラフ２１０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれに対する推定された低（接触）点を示す、線２１２、２１４を含んでいる。グラフ２１０は、脛骨トレー１０２に対する、大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示している線２１６、２１８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線２１２、２１４、２１６、および２１８の下向部分が発生した。
グラフ２１０は、大腿骨部品１０６が、約２０度の屈曲まで、そして、再び約９０度の屈曲から１５０度の屈曲まで、脛骨ベアリング挿入部１０４上で後方に動くまたは「ロールバック」していることを全体的に示している。０．０構成で示されたロールバックは、０．５Ａ構成で示されたロールバックと実質的に同じである。
図１４のグラフ２２０は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する線２２２を含んでいる。線２２２は、０度の屈曲と約１００度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々にほぼ５度まで増加していることを表す。グラフ２２０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線２２４をさらに含んでいる。線２２４は、０度の屈曲と約２０度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転にわずかな減少があり、そして、約１２０度の屈曲まで安定した増加が続くことを表す。したがって、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異は、約９０度の屈曲における２．５度未満まで減少する。その後のサイクルにおいて、回転における最大の差異は、約同一のままであるが、線２２４は、線２２２により密接に従っている。
次に、先行技術装置のモデルは、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０をドエル点１５８の０．５インチ（１２．７ｍｍ）後方に配置するように変更された（「０．５Ｐ構成」）。０．５Ｐ構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図１５に示され、ここで、グラフ２３０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれに対する推定された低（接触）点を示す、線２３２、２３４を含んでいる。グラフ２３０は、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示している線２３６、２３８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線２３２、２３４、２３６、および２３８の下向部分が発生した。
グラフ２３０は、大腿骨部品１０６が、約２０度の屈曲まで、そして、再び約９０度の屈曲から１５０度の屈曲まで、脛骨ベアリング挿入部１０４上で後方に動くまたは「ロールバック」していることを全体的に示している。０．５Ｐ構成で示されたロールバックは、０．５Ａ構成で示されたロールバックと実質的に同じである。
図１６のグラフ２４０は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定するライン２４２を含んでいる。線２４２は、０度の屈曲と約１００度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々にほぼ６度まで増加していることを表す。グラフ２４０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定するライン２４４をさらに含んでいる。線２４４は、０度の屈曲と約１０度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転にわずかな減少があり、そして、約１２０度の屈曲まで安定した増加が続くことを表す。したがって、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異は、約９５度の屈曲においてちょうど１度を超えるまで減少する。その後のサイクルでは、ライン２４４は、ライン２４２に非常に密接に従う。関節が０．５Ｐ構成での屈曲位置に向かって移動するのに従って、線２４２上方の線２４４の移動域（excursion）は、０．０構成での線２２２上方の線２２４の移動域よりもいくらか大きい。
その結果、図９〜図１６は、回転軸１６０が後方に動くにつれて、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の回転と脛骨トレー１０２に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転との間に忠実性が増加することが実現されると示している。さらに、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅは、倍以上に増える。
本明細書に説明される原理の検証は、別様に構成された膝置換システムを使用した一連の追加的なモデルシナリオによって実行された。図１７〜図３０に示される、別様に構成された装置に対するＬＭＫＳモデル結果の議論では、膝置換システム１００の対応する部品の参照番号が参照されるであろう。
別様に構成された装置のモデルは、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０を、中心線１５６でドエル点１５８の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）前方に設けることにより確立された（「０／０．３１７Ａ構成」）。０／０．３１７Ａ構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図１７に示され、ここで、グラフ２５０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについて推定された低（接触）点を示す、線２５２、２５４を含んでいる。グラフ２５０は、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについて推定された低（接触）点を示している線２５６、２５８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線２５２、２５４、２５６、および２５８の下向部分が発生した。
グラフ２５０は、大腿骨部品１０６が脛骨ベアリング挿入部１０４上で約３０度の屈曲まで、そして再び約１０５度の屈曲と１３０度の屈曲まで、後方に動く、または「ロールバック」していることを全体的に示している。
図１８のグラフ２６０は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する線２６２を含んでいる。線２６２は、０度の屈曲と約１２０度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々にちょうど５度を超えるまで増加していることを表す。グラフ２６０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線２６４をさらに含んでいる。線２６４は、０度の屈曲と約７０度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転に安定した減少があり、そして、約１３０度の屈曲まで比較的一定の回転角が続くことを表す。したがって、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異は、約１２０度の屈曲における約１０度まで一貫して増大する。最大の差異は、その後のサイクルにおいて約１０度であった。
次に、別様に構成された装置のモデルは、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０を中心線１５６上のドエル点１５８に配置するように変更された（「０／０構成」）。０／０構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図１９に示され、ここで、グラフ２７０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれついての推定された低（接触）点を示す、線２７２、２７４を含んでいる。グラフ２７０は、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示している線２７６、２７８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線２７２、２７４、２７６、および２７８の下向部分が発生した。
グラフ２７０は、大腿骨部品１０６が、約３０度の屈曲まで、そして、再び約９５度の屈曲から１３０度の屈曲まで、脛骨ベアリング挿入部１０４上で後方に動くまたは「ロールバック」していることを全体的に示している。０／０構成で示されたロールバックは、第２のロールバックイベントがより早い屈曲角で起こったが、０／０．３１７Ａ構成で示されたロールバックと実質的に同じである。
図２０のグラフ２８０は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する線２８２を含んでいる。線２８２は、０度の屈曲と約１３０度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々に７度を超えるまで増加していることを表す。グラフ２８０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線２８４をさらに含んでいる。線２８４は、０度の屈曲と約６５度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転に安定した減少があり、そして、約１０５度の屈曲まで安定した増加が続くことを表す。したがって、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異は、約６５度の屈曲において約８度まで、そして約１３０度の屈曲においてわずかに８度を超えるまで減少する。その後のサイクルにおいて、１３０度での最大の差異は、わずかに８度を超えるままであるが、６５度での最大の差異は、約５度まで減少した。
別様に構成された装置のモデルは、中心線１５６の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）外側に、そして、ドエル軸１５４上に、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０を配置するように変更された（「０．３１７Ｌ／０構成」）。０．３１７Ｌ／０構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図２１に示され、ここで、グラフ２９０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれに対して推定された低（接触）点を示す、線２９２、２９４を含んでいる。グラフ２９０は、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示している線２９６、２９８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線２９２、２９４、２９６、および２９８の下向部分が発生した。
グラフ２９０は、大腿骨部品１０６が脛骨ベアリング挿入部１０４の上で、ちょうど３０度を超える屈曲まで、そして再び約９５度の屈曲と１３０度の屈曲まで、後方に動くまたは「ロールバック」していることを全体的に示している。０．３１７Ｌ／０構成で示されたロールバックは、０／０．３１７Ａ構成で示されたロールバックと同様である。
図２２のグラフ３００は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する線３０２を含んでいる。線３０２は、０度の屈曲と約１３０度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々に１１度を超えるまで増加していることを表す。グラフ３００は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線３０４をさらに含んでいる。線３０４は、０度の屈曲と約１１０度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転に約８度までの安定した増加があり、そして、１３０度の屈曲における約７度の回転角まで下降が続くことを表す。したがって、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転は、約１００度の屈曲までの大腿骨部品１０６のφｉ−ｅよりわずかに大きいかまたは等しく、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間における回転の最大の差異は、約１３０度の屈曲におけるちょうど５度を超えるものである。その後のサイクルにおいて、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転における最大の差異は、わずかに増加して、交点を約１１５度の屈曲まで移動させ、大腿骨部品１０６とベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異は、約１３０度の屈曲における約４度である。
別様に構成された装置のモデルは、中心線１５６の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）内側で、そして、ドエル軸１５４上に脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０を配置するように、変更された（「０．３１７Ｍ／０構成」）。０．３１７Ｍ／０構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図２３に示され、ここで、グラフ３１０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示す、線３１２、３１４を含んでいる。グラフ３１０は、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示している線３１６、３１８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線３１２、３１４、３１６、および３１８の下向部分が発生した。
グラフ３１０は、大腿骨部品１０６の外側顆要素１１０が、約６５度の屈曲まで、脛骨ベアリング挿入部１０４上で後方に動くまたは「ロールバック」している一方で、内側顆１０８が、約３５度の屈曲まで「ロールバック」を示していることを全体的に示している。大腿骨部品１０６は、約１０５度の屈曲から１３０度の屈曲までにおいて追加的なロールバックを示す。
図２４のグラフ３２０は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する線３２２を含んでいる。線３２２は、０度の屈曲と約１１５度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々にちょうど５度未満まで増加していることを表す。グラフ３２０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線３２４をさらに含んでいる。線３２４は、０度の屈曲と約５０度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転に安定した減少があり、そして、約１３０度の屈曲まで比較的一定の約−５度の回転角が続くことを表す。したがって、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異は、約１３０度の屈曲における約１１度である。その後のサイクルにおいて、回転における最大の差異は約１１度であった。
次に、別様に構成された装置のモデルは、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０を、中心線１５６上で、そして、ドエル軸１５４の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）後方に配置するように変更された（「０／０．３１７Ｐ構成」）。０／０．３１７Ｐ構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図２５に示され、ここで、グラフ３３０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示す、線３３２、３３４を含んでいる。グラフ３３０は、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示している線３３６、３３８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線３３２、３３４、３３６、および３３８の下向部分が発生した。
グラフ３３０は、大腿骨部品１０６が、約３５度の屈曲まで、そして、再び約９５度の屈曲から１３０度の屈曲まで、脛骨ベアリング挿入部１０４上で後方に動くまたは「ロールバック」していることを全体的に示している。
図２６のグラフ３４０は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する線３４２を含んでいる。線３４２は、０度の屈曲と約１３０度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々にほぼ９度まで増加していることを表す。グラフ３４０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線３４４をさらに含んでいる。線３３４は、０度の屈曲と約５５度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転にわずかな減少があり、約１０５度の屈曲まで安定した増加が続いて、そして回転の安定した減少が続くことを表す。したがって、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異は、約１３０度の屈曲における約９度である。その後のサイクルにおいて、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転は、約１００度の屈曲まで約３度の回転角のままであり、この点において回転角が約０まで減少した。したがって、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４の間の回転における最大の差異は、その後のサイクルの間の約１３０度の屈曲における約９度であった。
次に、別様に構成された装置のモデルは、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０を、中心線１５６の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）外側で、そして、ドエル軸１５４の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）後方に配置するように変更された（「０．３１７Ｌ／０．３１７Ｐ構成」）。０．３１７Ｌ／０．３１７Ｐ構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図２７に示され、ここで、グラフ３５０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示す、線３５２、３５４を含んでいる。グラフ３５０は、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示している線３５６、３５８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線３５２、３５４、３５６、および３５８の下向部分が発生した。
グラフ３５０は、大腿骨部品１０６が、約４０度の屈曲まで、そして、再び約９５度の屈曲から１３０度の屈曲まで、脛骨ベアリング挿入部１０４上で後方に動くまたは「ロールバック」していることを全体的に示している。
図２８のグラフ３６０は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する線３６２を含んでいる。線３６２は、０度の屈曲と約１３０度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々に約１１度まで増加していることを表す。グラフ３６０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線３６４をさらに含んでいる。線３６４は、０度の屈曲と約１１０度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転おいて約１０度の回転角度までの安定した増加があり、そして、約１３０度の屈曲までわずかな減少が続くことを表す。
したがって、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転は、約１２０度の屈曲まで大腿骨部品１０６のφｉ−ｅよりも大きく、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間における回転の最大の差異は、約６０度の屈曲における約３度であった。その後のサイクルにおいて、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転は、概ね高く、大腿骨部品１０６とベアリング挿入部１０４との間における回転の最大の差異は、約６０度の屈曲における約６度であった。
次に、別様に構成された装置のモデルは、脛骨ベアリング挿入部１０４の回転軸１６０を、中心線１５６の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）内側で、そして、ドエル軸１５４の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）後方に配置するように変更された（「０．３１７Ｍ／０．３１７Ｐ構成」）。０．３１７Ｍ／０．３１７Ｐ構成に対するＬＭＫＳモデル結果は、図２９に示され、ここで、グラフ３７０は、脛骨ベアリング挿入部１０４上の大腿骨部品１０６の、外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについての推定された低（接触）点を示す、線３７２、３７４を含んでいる。グラフ３７０は、脛骨トレー１０２に対する大腿骨部品１０６の外側顆表面１１０と内側顆表面１０８それぞれについて推定された低（接触）点を示している線３７６、３７８をさらに含んでいる。部品が屈曲に移っていったとき、線３７２、３７４、３７６、および３７８の下向部分が発生した。
グラフ３７０は、大腿骨部品１０６の外側顆要素１１０が、約６０度の屈曲まで、脛骨ベアリング挿入部１０４上で後方に動くまたは「ロールバック」している一方で、内側顆１０８が約２０度の屈曲まで「ロールバック」を示していることを全体的に示している。大腿骨部品１０６は、約１００度の屈曲から１３０度の屈曲までにおいて追加的なロールバックを示す。
図３０のグラフ３８０は、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅを特定する線３８２を含んでいる。線３８２は、０度の屈曲と約１３０度の屈曲との間で、脛骨に対する大腿骨部品１０６のφｉ−ｅが、徐々にほぼ６度まで増加していることを表す。グラフ３８０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転を特定する線３８４をさらに含んでいる。線３８４は、０度の屈曲と約５０度の屈曲との間で、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部１０４の回転において約−５度までの一定の減少があり、そして、約１３０度の屈曲までわずかな増加が続くことを表す。したがって、大腿骨部品１０６と脛骨ベアリング挿入部１０４との間の回転における最大の差異は、約１３０度の屈曲における約９度である。その後のサイクルでは、この差異は、屈曲の初期ではより小さい。
その結果、図１７〜図３０は、回転プラトーシステムに対する回転軸の位置を利用して、プラトーの回転と、システムの大腿骨部品のφｉ−ｅとの間の適合を管理することができることを確認している。加えて、回転軸の位置を利用して、回転プラトーシステムのロールバックと回転特性を管理することができる。
本発明の原理によるシステムの一実施形態が、図３１に示されている。膝置換システム４００は、脛骨トレー４０２、脛骨ベアリング挿入部４０４、および、２つの大腿骨顆要素４０８、４１０有する大腿骨部品４０６を含んでいる。脛骨トレー４０２は、脛骨トレー４０２を患者の脛骨に取り付けるための下位ステム４１２、および、脛骨ベアリング挿入部４０４と関節接合するための上位プラトー４１４を含んでいる。カップリング部材４１６は、上位プラトー４１４上に位置している。
脛骨ベアリング挿入部４０４は、下位脛骨トレー接触面４１８と、上位脛骨座面４２０とを含んでいる。上位脛骨座面４２０は、大腿骨顆要素４０８、４１０と関節接合するように構成された内側座面４２２と外側座面４２４とを含んでいる。背骨４２６は、座面４２２と座面４２４との間から上方に延びる。ピボット４２８は、脛骨トレー接触面４１８から下向きに延びている。大腿骨部品４０６は、実質的に大腿骨部品１０６と同様であってもよく、本明細書においてさらには記載されていない。
図３２をさらに参照すると、ドエル軸４３０、顆ドエル点４３２、４３４、および距骨ベアリング挿入部４０４の中心線４３６は、上位プラトー４１４上に投射された状態で示され、そして、ドエル点４３８を規定している。この実施形態におけるカップリング部材４１６は、投射されたドエル軸４３０の後方よりに、そして、投射された中心線４３６の外側よりに配置された回転軸４４０を規定するために位置づけられている。一実施形態では、回転軸４３８は、約０．２インチ（５．０８ｍｍ）から０．５インチ（１２．７ｍｍ）、ドエル点から外側および後方に位置する。更なる実施形態では、回転軸４３８は、投射されたドエル軸４３０の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）後方に、そして、投射された中心線４３６の０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）外側に位置する。
本発明は、いくつかの例示的なプロセスおよびシステム部品の説明により例示され、また様々なプロセスおよび部品が相当詳細に説明されてきたが、請求項の範囲をそのような細部に限定するか、または何らかの方法で制限することは、出願人の意図するところではない。さらなる利点および改変は、当業者には容易に明らかとなるであろう。したがって、最も広い態様における発明は、示されそして説明された特定の詳細、実装、または実例に限定されない。一例として、回転軸の位置付けは、十字靭帯保持デザイン、およびＡＣＬが欠けている十字靭帯犠牲デザインに適用可能である。従って、本発明の全般的な概念の趣旨および範囲から逸脱せずに、そのような詳細からの変更を行うことができる。一例として、制限するものではなく、本明細書に記載されたシステムは、膝以外の他の関節に適用できる。
図１は、深い膝の折り曲げの間の生来の膝についての脛骨構成部分上における内側および外側顆の基準点位置のグラフを示している。 図２は、大腿骨部品の後方の部分において減少している曲率半径を有する、プロテーゼの先行技術における大腿骨部品の矢状断図を示す。 図３は、約３０〜３５度の屈曲で、矛盾した前方への並進の開始を示す、脛骨部品上での大腿骨部品の内側および外側顆の推定された低（接触）点の位置のグラフ形態でのシミュレーションの結果を示している。 図４は、図３のシミュレーションによる大腿骨部品に対する脛骨部品の内旋を示している。 図５は、ドエル点の前方に位置する回転軸を有する回転プラトーを有する脛骨部品と大腿骨部品とを含む先行技術の膝プロテーゼの分解斜視図を示す。 図６は、回転軸の後方に位置する顆のドエル点を示す図５の先行技術の膝プロテーゼの矢状断図を示す。 図７は、図５の先行技術の膝プロテーゼの脛骨トレーの関節接合表面上に投射された、図５の先行技術の膝プロテーゼの脛骨挿入部の中心線とドエル軸との平面図を示す。 図８は、脛骨ベアリング挿入部に対する回転軸を規定しているカップラー部材を有する図５の先行技術膝プロテーゼの脛骨トレーの斜視図を示す。 図９は、リバースエンジニアリングされたデータからモデル化された先行技術の膝置換システムを使用した膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示している。 図１０は、脛骨に対して脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図９の深い膝の折り曲げシミュレーションの間の、大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図１１は、システムのドエル点より０．２インチ（５．０８ｍｍ）前方に位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、図９の先行技術の膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図１２は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図１１の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図１３は、システムのドエル点で位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、図９の先行技術の膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図１４は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図１３の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図１５は、システムのドエル点よりも０．５インチ（１２．７ｍｍ）前方に位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、図９の先行技術の膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図１６は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図１５の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図１７は、図９の先行技術の膝置換システムとは異なる、システムのドエル点より０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）前方に位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図１８は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図１７の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図１９は、システムのドエル点に位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、図１７の膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図２０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図１９の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図２１は、システムのドエル点より０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）外側に位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、図１７の膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図２２は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図２１の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図２３は、システムのドエル点よりも０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）内側に位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、図１７の膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図２４は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図２３の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図２５は、システムのドエル点よりも０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）後方に位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、図１７の膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図２６は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図２５の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図２７は、システムのドエル点よりも０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）後方に、そして、脛骨ベアリング挿入部の中心線よりも０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）外側に、位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、図１７の膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図２８は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図２７の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図２９は、システムのドエル点よりも０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）後方に、そして、脛骨ベアリング挿入部の中心線よりも０．３１７インチ（８．０５ｍｍ）内側に、位置づけられた脛骨ベアリング挿入部の回転軸を有するように改良された、図１７の膝置換システムを使用した、膝の深い折り曲げシミュレーションの結果のグラフを示す。 図３０は、脛骨に対する脛骨ベアリング挿入部の回転に伴う図２９の膝の深い折り曲げシミュレーションの間の大腿骨部品に対する脛骨の内−外旋（φｉ−ｅ）のグラフを示している。 図３１は、本発明の原理に従って位置づけられた回転軸を有する回転プラトーを有する脛骨部品と大腿骨部品とを含む膝置換システムの分解斜視図を示す。 図３２は、図３１の膝プロテーゼの脛骨トレーの関節接合表面上に投射された、図３１の膝プロテーゼの脛骨挿入部のドエル軸と中心線との平面図を示す。

Claims (19)

  1. 膝置換システムにおいて、
    外側顆状関節部分および内側顆状関節部分を含む大腿骨部品と、
    上側関節接合表面を含む脛骨トレーと、
    脛骨挿入部であって、（ｉ）第１の顆ドエル点を有する前記外側顆状関節部分と関節接合するための第１の関節接合部分、（ｉｉ）第２の顆ドエル点を有する前記内側顆状関節部分と関節接合するための第２の関節接合部分、（ｉｉｉ）前記上側関節接合表面と関節接合するための下側関節接合表面、および（ｉｖ）前記脛骨トレーに結合するためのカップリング部材であって、前記脛骨挿入部が前記脛骨トレーに対して回転する回転軸を規定するための、カップリング部材を含む、脛骨挿入部と、
    を備え、
    前記第１の顆ドエル点および前記第２の顆ドエル点を含むドエル軸が前記上側関節接合表面上に投射されているとき、前記ドエル軸の後方の位置で、前記回転軸が前記上側関節接合表面と交差する、膝関節システム。
  2. 請求項１の膝置換システムにおいて、
    脛骨挿入部の中心線が前記上側関節接合表面に投射されているとき、前記回転軸は、前記中心線に交差している、膝置換システム。
  3. 請求項２の膝置換システムにおいて、
    前記回転軸が、前記投射された中心線と前記投射されたドエル軸との交差部の約０．２インチ（５．０８ｍｍ）から約０．５インチ（１２．７ｍｍ）後方の位置で、前記脛骨挿入部の中心線に交差している、膝置換システム。
  4. 請求項３の膝置換システムにおいて、
    前記回転軸は、前記投射された中心線と前記投射されたドエル軸との交差部の約０．３インチ（７．６２ｍｍ）後方の位置で、前記脛骨挿入部の中心線に交差している、膝置換システム。
  5. 請求項１の膝置換システムにおいて、
    前記回転軸は、前記中心線が前記上側関節接合表面に投射されているとき、脛骨挿入部の中心線より外側の位置で、前記上側関節接合表面に交差している、膝置換システム。
  6. 請求項５の膝置換システムにおいて、
    前記回転軸は、前記投射された中心線と前記投射されたドエル軸との交差部から約０．２インチ（５．０８ｍｍ）から約０．５インチ（１２．７ｍｍ）離れた位置で、前記上側関節接合表面に交差している、膝置換システム。
  7. 請求項６の膝置換システムにおいて、
    前記回転軸は、前記投射された中心線と前記投射されたドエル軸との交差部から約０．４インチ（１０．１６ｍｍ）離れた位置で、前記上側関節接合表面に交差している、膝置換システム。
  8. 人工関節において、
    外側顆状関節部分および内側顆状関節部分を含む大腿骨部品と、
    上側関節接合表面を含む脛骨トレーと、
    脛骨挿入部であって、（ｉ）前記外側顆状関節部分と関節接合するための第１の関節接合部分、（ｉｉ）前記内側顆状関節部分と関節接合するための第２の関節接合部分、（ｉｉｉ）前記上側関節接合表面と関節接合するための下側関節接合表面、および（ｉｖ）前記脛骨挿入部が前記脛骨トレーに対して回転する回転軸を規定するためのピボットを含む、脛骨挿入部と、
    を備え、
    前記脛骨挿入部の中心線が前記上側関節接合表面上に投射されているとき、前記回転軸が前記脛骨挿入部の中心線より外側の位置で前記上側関節接合表面と交差する、人工関節。
  9. 請求項８の人工関節において、
    前記第１の関節接合部分は、第１の顆ドエル点を有する前記外側顆状関節部分と関節接合し、
    前記第２の関節接合部分は、第２の顆ドエル点を有する前記内側顆状関節部分と関節接合し、
    前記回転軸は、前記第１の顆ドエル点および前記第２の顆ドエル点を含むドエル軸と交差する、人工関節。
  10. 請求項９の人工関節において、
    前記回転軸は、前記投射された中心線と前記投射されたドエル軸との交差部から約０．２インチ（５．０８ｍｍ）から約０．５インチ（１２．７ｍｍ）外側の位置で、前記上側関節接合表面上の前記ドエル軸の投影に交差している、人工関節。
  11. 請求項８の人工関節において、
    前記第１の関節接合部分は、第１の顆ドエル点を有する前記外側顆状関節部分と関節接合し、
    前記第２の関節接合部分は、第２の顆ドエル点を有する前記内側顆状関節部分と関節接合し、
    前記第１の顆ドエル点および前記第２の顆ドエル点は、ドエル軸を規定し、
    前記回転軸は、前記上側関節接合表面上の前記ドエル軸の投影より後方の位置で、前記上側関節接合表面に交差している、人工関節。
  12. 請求項１１の人工関節において、
    前記回転軸は、前記投射された中心線と前記投射されたドエル軸との交差部から約０．２インチ（５．０８ｍｍ）から約０．５インチ（１２．７ｍｍ）離れた位置で、前記上側関節接合表面に交差している、人工関節。
  13. 請求項１２の人工関節において、
    前記回転軸は、前記投射された中心線と前記投射されたドエル軸との交差部から約０．４インチ（１０．１６ｍｍ）離れた位置で、前記上側関節接合表面に交差している、人工関節。
  14. 人工関節において、
    外側顆状関節部分および内側顆状関節部分を含む大腿骨部品と、
    上側関節接合表面を含む脛骨トレーと、
    脛骨挿入部であって、（ｉ）第１の顆ドエル点を有する前記外側顆状関節部分と関節接合するための第１の関節接合部分、（ｉｉ）第２の顆ドエル点を有する前記内側顆状関節部分と関節接合するための第２の関節接合部分、（ｉｉｉ）前記上側関節接合表面と関節接合するための下側関節接合表面、および（ｉｖ）前記脛骨トレーに結合するためのカップリング部材であって、前記脛骨挿入部が前記脛骨トレーに対して回転する回転軸を規定するための、カップリング部材を含む、脛骨挿入部と、
    を備え、
    前記第１の顆ドエル点および前記第２の顆ドエル点を含むドエル軸が前記上側関節接合表面上に投射されているとき、前記ドエル軸の後方の位置で、そして、脛骨挿入部の中心線が前記上側関節接合表面上に投射されているとき、前記中心線の外側の位置で、前記回転軸が前記上側関節接合表面と交差する、人工関節。
  15. 請求項１４の人工関節において、
    前記回転軸は、前記投射された中心線と前記投射されたドエル軸との交差部から約０．２インチ（５．０８ｍｍ）から約０．５インチ（１２．７ｍｍ）離れた位置で、前記上側関節接合表面に交差している、人工関節。
  16. 請求項１５の人工関節において、
    前記回転軸は、前記投射された中心線と前記投射されたドエル軸との交差部から約０．４インチ（１０．１６ｍｍ）離れた位置で、前記上側関節接合表面に交差している、人工関節。
  17. 請求項１６の人工関節において、
    前記回転軸は、前記投射されたドエル軸から約０．３インチ（７．６２ｍｍ）後方の位置で、前記上側関節接合表面に交差している、人工関節。
  18. 請求項１５の人工関節において、
    前記回転軸は、前記投射されたドエル軸から約０．３インチ（７．６２ｍｍ）後方の位置で、前記上側関節接合表面に交差している、人工関節。
  19. 請求項１５の人工関節において、
    前記回転軸は、前記投射された中心線から約０．３インチ（７．６２ｍｍ）外側の位置で、前記上側関節接合表面に交差している、人工関節。
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