JP2011516129A - 人工膝関節 - Google Patents

Abstract

脛骨部と、２つの顆表面を有する大腿骨部と、前記大腿骨部と前記脛骨部との間に配置された半月部とを含む人工膝関節であって、前記半月部が、その上面に、前記大腿骨部の前記顆表面を受容して載置するための２つの支承シェルを有し、その下面に、前記脛骨部の上面にある脛骨支承面に変位可能なやり方で寄り掛かる半月支承面を有する人工膝関節において、天然の膝関節の解剖学的構造に最も良好に適合できるようにして極力大きな曲げ角度を許容するために、前記半月支承面と前記脛骨支承面がそれぞれ、各自の中心に関して内側方向又は外側方向にずれた球状突起又は球状凹部を有すること、前記２つの支承面のうち一方の支承面上にある前記球状突起が、他方の支承面の前記球状凹部に係合し、これにより、前記脛骨部上で前記半月部の玉軸受様の載置部を形成すること、及び、前記２つの支承面の外側部又は内側部において、これらの支承面が、互いに押し付けられる支持領域を形成しており、これらの支持領域が、背側‐腹側方向に湾曲し、前記球状突起及び前記球状凹部の曲率半径よりも少なくとも２．５倍大きい曲率半径を有することが提案される。

Description

本発明は、脛骨部と、２つの顆表面を有する大腿骨部と、前記大腿骨部と前記脛骨部との間に配置された半月部とを含む人工膝関節であって、前記半月部が、該半月部の上面に、前記大腿骨部の前記顆表面を受容して載置するための２つの支承シェルを有し、且つ、該半月部の下面に、前記脛骨部の上面にある脛骨支承面に変位可能なやり方で寄り掛かる半月支承面を有する人工膝関節に関する。

この種類の人工膝関節は、例えばUS 6,013,103に記載されている。この既に知られている人工膝関節においては、脛骨支承面は、平坦な形態であり、脛骨部の平坦な上面に寄り掛かる。脛骨部に対する半月部の変位は、脛骨支承面の平面及び脛骨部の上面に対して平行な、半月部の純粋な平行変位として生じる。単顆状の人工膝関節においても半月部を載置することが知られている。この場合、半月部は大腿顆を載置するための支承シェルを１つのみ有し、平坦な半月支承面を同じく平坦な脛骨支承面上に備えている（EP 1 584 309 A1）。

この種類の人工膝関節では、半月部は、脛骨部に対して様々な方向に変位しまた回転することができる。この回転は、通常、半月部の中心の周りで生じる。場合によっては、ペグ状の案内部がこの目的のために設けられる（US 6,013,103）。もっとも、半月部の中心に関して内側方向にずれている回転軸の周りで回転が生じるように、半月部を脛骨部に載置することも知られている（US 6,013,103）。これを達成するには、脛骨部上に半月部用の特別な案内部、例えば側壁が設けられねばならない。

実際、このような構造の人工膝関節では解剖学的関係を比較的良好に再現することができるが、半月部が脛骨部に対して１つの平面内でのみ動き、骨の動きを制限するため、この特別な構造により大腿骨と脛骨との間の達成可能な曲げ角度が限定されることに起因する困難な問題が生じ得ることがわかっている。曲げ角度が大きい場合、骨が半月部にぶつかり、これにより曲げ角度が制限されることがある。

US 6,013,103 EP 1 584 309 A1 WO 2003/028586 A2 DE 695 22 481 T2 US 2006/195195 A1 US 2008/033567 A1 DE 39 08 958 A1 DE 100 12 060 A1

本発明の基調を成す目的は、一般的な人工膝関節を、健全な膝関節の解剖学的特徴を最適に再現することに加えて、特に、大きな曲げ角度を許容するように構成することである。

前記目的は、本発明によれば、冒頭に記載した種類の人工膝関節において、前記半月支承面と前記脛骨支承面がそれぞれ、各自の中心に関して内側方向又は外側方向にずれた球状突起又は球状凹部を有すること、前記２つの支承面のうち一方の支承面上にある前記球状突起が、他方の支承面の前記球状凹部に係合し、これにより、前記脛骨部上で前記半月部の玉軸受様の載置部を形成すること、及び、前記２つの支承面の外側部又は内側部において、該２つのの支承面が、互いに押し付けられる支持領域を形成しており、該支持領域が、背側‐腹側方向に湾曲し、前記球状突起及び前記球状凹部の曲率半径よりも少なくとも２．５倍大きい曲率半径を有すること、で達成される。

このような構成において、玉軸受のやり方で互いに係合する前記半月部及び前記脛骨部の前記突起及び前記凹部は、前記半月部が前記脛骨部上で回転する際、前記半月部の中心に関して内側方向又は外側方向にずれている回転軸を規定する、玉軸受様の載置部を形成する。この玉軸受様の載置部により、前記脛骨部に対する前記半月部の前記回転に加えて、前記脛骨部上での前記半月部の枢動運動も許容され、枢動軸は、内側‐外側方向に、従って前記玉軸受様の載置部により形成される前記回転軸（こちらの方は脛骨の長手方向軸に対して略平行に配置される）に対して略垂直に延びる。前記半月部は、この枢動運動により、その外端にて腹側方向にも背側方向にも低下することができ、これによって、前記大腿骨が前記脛骨に対して大きな曲げ角度で曲がることを前記半月部が妨げるという危険性も低減され、即ち、より大きな曲げ角度が可能になる。前記半月部は、前記脛骨の長手方向軸に対して略平行に延びる軸の周りで回転する際、前記半月部の中心に関して内側方向又は外側方向にずれている回転点の周りで回転し、従って、健康な膝関節の解剖学的構造、又は個々の靱帯の要件に概ね対応する、ということが更に達成される。

従って、記載した構造的特徴により、前記半月部が多次元的に運動することが可能になる。この可能性は、１平面内での純粋な平行変位に勝るものであり、更に、比較的単純な仕方で、中心から外れている回転点の周りでの規定された回転を確実にする。半月部と脛骨部との玉軸受様の載置部により、前記脛骨の長手方向軸に対して平行に延びるこの回転軸の周りでの前記回転だけでなく、この脛骨の長手方向軸に対して直交して内側‐外側方向に延びる前記枢動軸の周りでの前記枢動運動も可能になり、いずれの場合も前記玉軸受様の載置部が維持されている。

更に、前記脛骨部に対する前記半月部の前記回転及び枢動運動は、前記大腿骨が枢動する際、前記大腿骨の前記顆表面が前記半月部の前記上面にある前記支承シェル内で転動し変位する結果として生じる。前記顆表面は前記半月部に横向きのの力を及ぼし、この力は、前記半月部を前記脛骨部に対して変位させ、正方向に回転も枢動もさせる。特に、前記半月部が前記玉軸受様の載置部の周りで回転する結果として、前記大腿骨が前記脛骨に対して曲がる際、このように前記長手方向軸の周りでの前記脛骨の回転も得られる。このことも、天然の膝関節の解剖学的特徴に対応している。

前記支持領域の前記曲率半径が、前記球状突起及び前記球状凹部の前記曲率半径に関して大きめであるので、前記半月部及び前記脛骨部は、前記半月部が前記脛骨部に対して変位するとき、前記突起及び前記凹部の領域におけるそれらの玉軸受様の載置部を確実に維持する結果、この変位は前記脛骨部に対する前記半月部の回転及び枢動に変換され、前記載置部は前記突起及び前記凹部の領域で維持される。

前記支持領域が背側‐腹側方向に対して直交方向にではなく背側‐腹側方向にのみ湾曲していることを実現することができる。ところが、この結果として、前記半月部が前記脛骨部に対して回転するとき、前記支持領域が回転範囲全体を通して全表面にわたって確実に接触することはできない。全表面にわたるこのような接触は、特定の角度範囲においてのみ達成することができる。

好適な実施形態によれば、前記２つの支承面の前記支持領域が外側‐内側方向にも湾曲していることが実現されているとき、前記支持領域の接触面の、より良好な合致が達成される。また、外側‐内側方向における前記支持領域の付加的な湾曲は前記脛骨部に対する前記半月部の外側‐内側方向での横向きの変位を打ち消すので、このような構成は安定効果を有する。

好適な第１実施形態において、前記２つの支承面の前記外側部における前記支持領域が、半径が前記球状突起及び前記球状凹部の半径よりも少なくとも２．５倍大きい球面の一部であり、前記球状突起及び前記球状凹部の中心点が前記支承面の中心に関して内側方向又は外側方向にずれており、前記球面の中心点が前記支承面の中心に関して外側方向又は内側方向にずれていることが実現される。前記支持領域が球面として構成されているので、前記支持領域の実質的な面同士の接触は、大きめの角度範囲にわたってほぼ達成することができるが、この場合であっても、このような面同士の接触を、前記半月部の回転範囲全体を通して大きな領域で確実にすることは不可能である。

従って、更なる好適な実施形態によれば、前記支持領域が１つ以上の線に沿って延びており、この１つ以上の線は、２つの円筒表面の、つまり、中心軸が前記球状突起及び前記球状凹部の中心点を通過し且つ脛骨の長手方向軸に対して略平行に延びる垂直な円筒表面と、中心軸が背側‐腹側方向に延びる前記湾曲により規定される中心点を通過し且つ概ね内側‐外側方向に延びる水平な円筒表面との交線として生じるものであることが好都合である。前記支持領域がこのようにして構成される場合、インプラント部が前記脛骨部に対して、前記垂直な円筒表面の中心軸と一致する回転軸の周りで回転すると、前記支持領域も、全表面にわたって大きめの角度範囲で接触する結果となる。これによって表面圧力も、従って磨耗も低減することができる。

特に好適な実施形態において、前記突起及び前記凹部並びに前記支持領域が、概ね、前記半月部の共通の水平面まで延びる、即ち、前記半月部の同じレベルのところで終端することが実現される。

凹部と前記凹部に係合する突起とにより達成される、脛骨上の前記半月部の前記玉軸受様の載置部は、前記半月部上の突起及び前記脛骨部上の対応する凹部、並びに前記脛骨部上の突起及び前記半月部上の対応する凹部の両方を含むことができる。即ち、ここでは逆にすることが可能である。同じことが、外側‐内側方向での前記支持領域の前記湾曲に当てはまる。この湾曲は、前記脛骨部上の前記支持領域が上方に又は下方に湾曲する一方で、当然ながら、前記半月部上の外側‐内側方向での前記湾曲が反対方向に延びるように構成することができる。

一方で、腹側‐背側方向における前記支持領域の前記湾曲は常に、前記半月部が、腹側方向に枢動運動すると腹側外端を低下させ、背側方向に枢動運動すると背側外端を低下させるように選ばれねばならない。即ち、この湾曲は、常に、前記湾曲の中心点が前記支承面の下で半月部と脛骨部との間に配置されるように延びていなければならない。

更なる説明のため、本発明の好適な実施形態を、図面と関連させつつ、以下に記載する。

脛骨部と、脛骨部から間隔を置いて配置された半月部との、脛骨部の上面を見た方向での略斜視図。 図１と同様の、半月部の下面に向かって見た方向での図。 半月部の下面の斜視図。 半月部の、背側‐腹側方向での半月部の支持領域の湾曲を示す円筒表面との側面図。 半月部の、図４の円筒表面と、更に、脛骨部に関する半月部の回転軸と同軸に配置された垂直な円筒体の円筒表面との斜視平面図。 図５の半月部の、図示されている図５の２つの円筒表面との、その下面からの斜視図。 図３の線７‐７に沿って切り取った図３の半月部の断面図。 図３の線８‐８に沿って切り取った断面図。

図１に示す人工膝関節１は、脛骨に脛骨部２を固定するためのシャンク３と、支承面４として働く上面とを備えた脛骨部２を含み、大腿骨の遠位端で係留するための、互いに隣り合う湾曲した２つの顆表面６、７を備えた大腿骨部５をも含み、脛骨部２と大腿骨部５との間には半月部８が配置されており、この半月部は、その上面に互いに隣り合って配置された２つの支承シェル９、１０と、ここで２つの支承シェル９、１０の中で顆表面６、７が係合し、半月部８の下面にある半月支承面１１とを備えている。

第１に、脛骨に対する大腿骨の枢動運動が可能となるように、第２に、支承シェル９、１０の長手方向での顆表面６、７の外側変位もある程度可能となるように、顆表面６、７は支承シェル９、１０内で変位することができる。このことにより、一方で半月部８と、他方で大腿骨部５との間の転動‐摺動運動を組み合わせることができる。支承シェル９、１０及び顆表面６、７の構成は本発明にとって最も重要ではないことから、図１には、支承シェル９、１０と、顆表面６、７を備えた大腿骨部５とを示すのみである。後続の図においては、表現は半月部８及び脛骨部２（シャンクなしの）に限定し、そこでは、半月部８の上面に支承シェル９、１０は示さずに、半月部８の上面を平坦に描いている。しかし実際には、図１の表現による、上面に支承シェル９、１０のある構成が想定されるべきである。

脛骨部２と半月部８の両方は基本的にＵ形の構造をしており、２つの側部１２、１３が互いに隣り合い、これらの側部をウェブ形の中間部１４が接合している。脛骨支承面４は内側の側部１２においてその上面に球状突起１５を有する。球状突起１５の中心点は、脛骨部２の中心に関して内側方向にずれており、概ね内側の側部１２の中心に設置されている。ただし脛骨部の中心は２つの側部１２、１３間に在る。球状突起１５の半径は、２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内、好ましくは２２ｍｍ〜２６ｍｍの範囲内に在る。

半月部８の内側の側部１２内には、突起１５に相補的な凹部１６が設置されていて、凹部１６では半月部８が脛骨部２の直ぐ上に在るとき突起１５が中で係合する。これによって、一方で脛骨部２と、他方で半月部８との間に、玉軸受様の載置部が形成される。第１に、この載置部のため、半月部８は、脛骨の長手方向軸に対して略平行に延びる回転軸、従って、半月部８の上面に対して略垂直に配置されている回転軸の周りで回転することができる。一方で、この玉軸受様の載置部のため、半月部を脛骨部に対して、例えば内側‐外側方向に延びる枢動軸の周りで枢動させることも可能である。

外側の側部１３の領域では、脛骨部２の上面は支持領域１７として構成されている。この支持領域において、脛骨支承面４は湾曲した輪郭を有し、より詳細には、この支持領域１７は、腹側‐背側方向と内側‐外側方向の両方で湾曲している。両方の事例において、図面に示す実施形態における湾曲は、湾曲中心が支持領域１７の下方に在るように選択される。両方の湾曲において曲率半径は比較的大きい。図示する実施形態において、腹側‐背側方向での曲率半径は、球状突起１５及び球状凹部１６の曲率半径よりも２．５倍大きい。外側‐背側方向では、支持領域１７の曲率半径は、突起１５及び凹部１６の曲率半径よりも約２．５〜３倍大きい。

支持領域１７の厳密な輪郭については、異なる選択肢が可能である。例えば、腹側‐背側方向での湾曲を、内側‐外側方向での湾曲と同一とすることができ、これにより基本的に球状の支持領域１７が得られる結果となる。一方で、支持領域１７が円環体の形状を有することも可能である。ただし、円環面は、その長手方向軸が、平面から周方向で更に湾曲し、これによって腹側‐背側方向での湾曲に対応するものである。

図面に示す実施形態において、支持領域１７には特殊な形状が選ばれている。この支持領域１７は複数の交線１８により構築され、複数の交線１８は、２つの円筒体、つまり垂直な円筒体１９と水平な円筒体２０とを貫通することから生じるものである。

垂直な円筒体１９は、突起１５の最高点を通過するとともに脛骨の長手方向軸に対して略平行に延びる長手方向中心線を有する。脛骨部と半月部とが互いに対して回転するとき、この軸は、脛骨部２に関する半月部８の回転軸を成す。

水平な円筒体２０は、背側‐腹側方向で湾曲を描いており、水平な円筒体２０の長手方向中心線は外側‐内側方向に延び、水平な円筒体２０の半径は背側‐腹側方向における支持領域１７の湾曲の曲率半径に対応している。水平な円筒体２０と、半径の異なる垂直な円筒体１９との間には複数の交線１８が生じ、その際、複数の交線１８は、共に支持領域１７を構築する。

半月支承面１１の構造が脛骨支承面４に相補的である結果、半月部８が脛骨部２に当たるとき、第１に突起１５及び凹部１６の領域において、第２に支持領域１７の領域において、概ね全表面にわたり接触がなされる。この支持領域１７では、半月部８は、支持領域１７に相補的な支持領域２１がこの支持領域１７に当たる。

記載した載置部のため、半月部８に水平な力が及ぼされるとき、半月部８は、脛骨部２に対して、より詳細には、第１に回転軸（垂直な円筒体１９の中心軸に概ね一致する）の周りでの回転運動の形態で、第２に、垂直な円筒体１９の壁上で略垂直に延びる水平な枢動軸の周りでの半月部８の枢動運動により、運動することが可能である。従って、この枢動軸は、中央位置のとき概ね外側‐内側方向に延びている。半月部８が脛骨部２に対して回転する際、この枢動軸も回転角に応じて回転するので、回転の場合にも、半月部が概ね全表面にわたって脛骨部に押し付けられることになる。同時に、半月部は、この回転中、それぞれ外方に在る縁部が低下するようにこの枢動軸の周りで枢動し、これによって、関節に隙間が与えられて曲げ角度が大きくなる。

従って、回転軸の周りでの回転運動は常に、中心を外して配置された、内側方向にずれている回転軸の周りで生じる。更に、枢動運動は、明確に案内されるやり方で略水平に延びる枢動軸の周りで生じ、半月部の回転角と共に内側‐外側方向に関するその角度を変化させる。

関節が曲げられるとき、脛骨部に対して半月部を変位させる力が基本的に大腿骨部により半月部へと伝達される。従って特に、脛骨部に対する半月部の回転運動及び枢動運動が生じる際、このような力は、顆表面６、７が支承シェル９、１０を介して伝達する。

脛骨部２及び大腿骨部５は通常、それ自体知られているやり方で、人体適合性金属、例えばチタン又はチタン合金から成るのに対して、半月部は好ましくは、滅菌可能かつ人体適合性のプラスチック材料、例えば低密度ポリエチレンから成る。支承面に付与される記載した形状のため、脛骨部と半月部との間の領域において全表面にわたる接触が達成され、このことにより、力のピークが回避され、互いに押し付けられる支承面の磨耗が低減される。

図面に示す実施形態において、突起１５及び凹部１６は支承面の中心に関して内側方向にずれており、対照的に、支持領域は外側方向にずれている。原則として、反対の配置を選ぶことも可能である。その際、突起１５及び凹部１６は外側方向にずれ、対照的に、支持部位１７は内側方向にずれる。結果として、半月部８の回転軸も当然ながら相応に変位する。回転軸が支承面の内側部に配置されていることのほうがよくあるが、一方で、特に靱帯構造の変化の理由で、回転軸を支承面の中心に関して内側方向にではなく外側方向にずらす必要があると判明することがある。

Claims (5)

1. 脛骨部（２）と、２つの顆表面（６、７）を有する大腿骨部（５）と、前記大腿骨部（５）と前記脛骨部（２）との間に配置された半月部（８）とを含む人工膝関節（１）であって、
   前記半月部が、該半月部の上面に、前記大腿骨部（５）の前記顆表面（６、７）を受容して載置するための２つの支承シェル（９、１０）を有し、且つ、該半月部の下面に、前記脛骨部（２）の上面にある脛骨支承面（４）に変位可能なやり方で寄り掛かる半月支承面（１１）を有する人工膝関節（１）において、
   前記半月支承面（１１）と前記脛骨支承面（４）がそれぞれ、各自の中心に関して内側方向又は外側方向にずれた球状突起（１５）又は球状凹部（１６）を有すること、
   前記２つの支承面（１１、４）のうち一方の支承面上にある前記球状突起（１５）が、他方の支承面（４、１１）の前記球状凹部（１６）に係合し、これにより、前記脛骨部（２）上で前記半月部（８）の玉軸受様の載置部を形成すること、及び、
   前記２つの支承面（４、１１）の外側部又は内側部（１３）において、該２つの支承面が、互いに押し付けられる支持領域（１７、２１）を形成しており、該支持領域（１７、２１）が、背側‐腹側方向に湾曲し、前記球状突起及び前記球状凹部（１５、１６）の曲率半径よりも少なくとも２．５倍大きい曲率半径を有すること、
   を特徴とする人工膝関節。
2. 請求項１に記載の人工膝関節であって、前記２つの支承面（４、１１）の前記支持領域（１７、２１）が、外側‐内側方向にも湾曲していることを特徴とする人工膝関節。
3. 請求項２に記載の人工膝関節であって、前記２つの支承面（４、１１）の前記支持領域（１７、２１）が、半径が前記球状突起及び前記球状凹部（１５、１６）の半径よりも少なくとも２．５〜３倍大きい球面の一部であり、前記球状突起及び前記球状凹部（１５、１６）の中心点が前記支承面（４、１１）の中心に関して内側方向にずれており、前記球面の中心点が前記支承面（４、１１）の中心に関して外側方向にずれていることを特徴とする人工膝関節。
4. 請求項２に記載の人工膝関節であって、前記支持領域（１７、２１）が１つ以上の線に沿って延びており、該１つ以上の線が、２つの円筒表面（１９、２０）、つまり、中心軸が前記球状突起及び前記球状凹部（１５、１６）の中心点を通過し且つ脛骨の長手方向軸に対して略平行に延びる垂直な円筒表面（１９）と、中心軸が背側‐腹側方向に延びる前記湾曲により規定される中心点を通過し且つ概ね内側‐外側方向に延びる水平な円筒表面（２０）との交線として生じるものであることを特徴とする人工膝関節。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の人工膝関節であって、前記突起及び前記凹部（１５、１６）並びに前記支持領域（１７、２１）が、概ね、前記半月部（８）の共通の水平面まで延びていることを特徴とする人工膝関節。

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