JP2012521789A - 人工膝関節 - Google Patents

Abstract

人工膝関節（１）を記載する。この人工膝関節（１）は、それぞれ患者（４）の大腿骨（２）および脛骨（３）に取り付けるための大腿骨構成要素（１０）および脛骨構成要素（３０）を備える。大腿骨構成要素（１０）は、大腿骨構成要素（１０）の後部（１３）から前部（１４）に延びる外側顆（１１）および内側顆（１２）を備える。大腿骨ギャップ（１５）が外側顆（１１）と内側顆（１２）の間に設けられ、大腿骨構成要素（１０）の後部（１３）から前部（１４）に向かって延びる。外側顆（１１）と内側顆（１２）は大腿骨構成要素（１０）の前部（１４）で接合されて、ギャップの前端（１７）に位置付けられ、ギャップの前端（１７）を形成する膝蓋骨トラッキング経路または支持面（１６）を形成する。外側顆（１１）と内側顆（１２）の両方の後端を架橋し、ギャップの後端（１９）を形成する大腿骨カム（１８）が設けられ、大腿骨カム（１８）はリング（２０）の一セクションの形状を有するように構築される。脛骨構成要素（３０）に中央ポスト（３３）の両側の２つの概ね対称の関節支持面（３１、３２）が設けられ、関節支持面（３１、３２）は、大腿骨構成要素（１０）の外側顆（１１）および内側顆（１２）を受けるためのものであり、ポスト（３３）は大腿骨ギャップ（１５）内に嵌まるように形状付けられる。

Description

本開示は、損傷または摩耗した膝関節の置換術に使用することができる人工膝関節に関する。具体的には、関節炎、またはリウマチなどの状態は、膝関節の損傷を招くが、それを人工関節との置換によって緩和することができる。同様に、事故に苦しむ人もこうした置換関節から恩恵を受けることができることが明らかである。

当技術分野では、２つの構成要素を備える膝関節を提供することが典型的である。第１の構成要素は、患者の大腿骨に取り付けられるものであり、第２の構成要素は患者の脛骨に取り付けられるものである。この２つの構成要素の間に支持面が設けられて、大腿骨構成要素の下部が脛骨構成要素の上部上に位置付けられ、その上で摺動することができるようになされる。明らかなように、膝関節では、脛骨と大腿骨が回転し、互いに対して屈曲する必要があり、これは、通常、大腿骨構成要素の外側に湾曲した表面を有することによって行われる。大腿骨構成要素上にこの湾曲した支持面を設けることによって、大腿骨が、正常な膝関節の作用と概ね同様に、脛骨構成要素の支持面上で回転し、屈曲することができるようになる。

明らかに、大腿骨と脛骨の構成要素の間で可能な相対回転および屈曲の程度を制限する必要があり、これは、大腿骨構成要素の一部にスロットまたはギャップを設け、脛骨構成要素に適切なポストを設けることによって行われることが多い。

ギャップ内にポストを位置付けることによって、大腿骨構成要素が２つの設置された回転および屈曲の停止部の間で動くことができるようになり、したがって、膝の正常な運動を模倣し再現するために利用することができる。すなわち、ポストは、大腿骨構成要素の運動を大腿骨構成要素に設けられたギャップの範囲内に制限し、したがって、２つの構成要素の間の相対回転および屈曲の程度を調整し、適切に制限することができるようになる。

米国特許第５，５４９，６８６号には、上記のように、ポストがギャップと相互作用する、置換膝関節が記載されている。膝関節の高度の屈曲を可能にするため、大腿骨カムが大腿骨構成要素の最後部分に設けられる。この大腿骨カムは、ポストの後ろ側と相互作用し、したがって、大腿骨カムを使用して、大腿骨と脛骨の構成要素の間の高角度の屈曲および回転を可能にすることができる。

上記の従来技術と同様の構造が米国特許第６，１２３，７２９号にも記載されている。この文書では、さらに、大腿骨の端部と相互作用するための大腿骨構成要素内の内部ソケットが論じられている。やはり、大腿骨構成要素の外面の湾曲した構造によって、大腿骨と脛骨の構成要素の間の相対回転が可能になり、脛骨構成要素上のポストと相互作用するための大腿骨カムが設けられて、この２つの構成要素の間の深屈曲角度が改善される。

米国特許第５，５４９，６８６号明細書 米国特許第６，１２３，７２９号明細書

こうした従来技術の置換膝関節のいずれによっても対処されない一面は、膝関節内に存在する多数の腱および靭帯間の全般的な非対称性である。患者の腱および靭帯が様々な強度および長さを有することは普通であり、膝関節の深屈曲角度では特に明らかである。それによって、膝関節の方向が完全な整合から外れるように引っ張られる傾向があり、患者の脛骨と大腿骨の間にある程度のねじれが生じ、それが膝関節に並進される。本開示は、この問題の解決法に関し、大腿骨と脛骨の構成要素が、非常に高い屈曲角度で回転かつ／または揺動することができるようにするのに適した膝関節、具体的には、制御された相対回転／揺動運動を提示するものである。

上記の問題に対処するための、本開示は、置換術、または、それぞれ患者の脛骨および大腿骨に取り付けるための脛骨と大腿骨の構成要素を備える人工膝関節に関する。具体的には、この２つの構成要素は別個であり、それぞれ患者の肢の骨に取り付けられる。大腿骨構成要素は、好ましくは、全般的に構成要素の前部から後部に延びる２つの顆で構成される。こうした顆、外側と内側の顆が前側で接合され、膝蓋板を形成する。２つの顆の間にギャップが設けられ、前腹方向に膝蓋板まで延び、後方に顆の後ろまで延びる。２つの顆の後端に架橋し、ギャップの終端を形成するのは、外側カムであり、脛骨構成要素に対する大腿骨構成要素の屈曲の範囲を制御する働きをする。

本開示の大腿骨カムには、好ましくは、リングの一部である構造が設けられる。換言すれば、２つの顆の後端を架橋する大腿骨カムは、２つの顆の間のギャップを架橋する湾曲した形状を有し、さらに好ましくは、各顆の上端よりも僅かに高く延びる傾向がある。リングのこのセクションは、全般的に、必ずしも必要ではないが、大腿骨構成要素が大腿骨に取り付けられた場合に、大腿骨の中心軸に従う垂直平面内に位置付けられる。換言すれば、大腿骨構成要素の後ろから見た場合に、大腿骨カムがリングの一セクションとして見られ、各顆の後端から僅かに上方に延び、２つを架橋する。しかし、形状がリングのセクションである限り、大腿骨カムが顆の高さよりも高く延びことは必須ではない。

人工膝関節の脛骨構成要素は、大腿骨構成要素のギャップ内に位置付けられることが意図される中央ポストを備える。２つの構成要素のポストとギャップの相互作用は、膝関節の運動範囲を与え、制御する。脛骨構成要素は、この中央ポストの両側に内側および外側の支持面を備え、支持面は好ましくは対称に形成される。脛骨構成要素に対して対称の構造を有することによって、左または右の膝の置換に脛骨構成要素を１つ製造するだけでよい。しかし、必要に応じて、非対称の設計を有する内側および外側の支持面を提供することもできる。さらに、こうした支持面を脛骨構成要素内へのインサートによって設けることができる。支持面は、大腿骨構成要素の外側顆を受けるために使用され、したがって、膝関節の大腿骨構成要素と脛骨構成要素の間の支持および移動の表面が設けられる。

人工膝関節はさらに、ポストの下部後端に設けられた支持面を有することができる。この関節支持面を、大腿骨カムの外面と一致する凹部を有して、大腿骨カムがこの凹んだ関節面内にきっちり嵌まるように構築することができる。大腿骨構成要素と脛骨構成要素の高レベルの屈曲では、大腿骨カムはこの深屈曲関節面または凹部内に受けられ、したがって、２つの構成要素の間に適切な支持面が設けられる。

大腿骨構成要素と脛骨構成要素の間の適切な回転および屈曲を可能にするため、大腿骨構成要素の顆は外側の曲面を有する。したがって、この曲面は、大腿骨構成要素と脛骨構成要素の間の適切な回転および屈曲を可能にする。好ましくは、２つの構成要素の曲面は、２つの曲率半径を有し、第１の比較的大きい曲率半径は膝蓋骨支持面から大腿骨構成要素の後部に向かって延びる。外側カムに隣接する顆の領域に、第２の比較的小さい曲率半径を与えて、２つの構成要素の高角度の屈曲を可能にし、外側カムが深屈曲関節面とさらに接触できるようにすることができる。

脛骨構成要素上に設けられた支持面が、顆の第１の曲率半径よりも大きい、それと概ね同じ、または実際に同じであるように意図された曲率を有する場合は、さらに有利である。すなわち、脛骨構成要素の支持面の凹部は、大腿骨構成要素の第１の比較的大きい曲率半径と一致する曲率半径を有する。

顆の第１の曲率半径のセクションおよび脛骨構成要素の支持面によって、大腿骨構成要素と脛骨構成要素が接触状態である場合、２つの構成要素は良好に対合し位置合わせされる。大腿骨構成要素が脛骨構成要素に対して回転し屈曲するときに、外側カム、より具体的には、外側カムの内側の曲面がポストの後ろ側に当たる。この第１の接触点で、外側カムが、ポストの一番下ではなく、上方の位置でポストに当たる大腿骨構成要素内の位置に配置されることが好ましい。外側カムとポストが最初に接触するときに、外側カムが、凹んだ深屈曲関節面内に位置付けられないことが好ましい。さらに、顆が、顆の第１の曲率半径のセクションによって脛骨構成要素の支持面と接触することが好ましい。すなわち、顆が、第２の比較的小さい曲率半径を有するセクションではなく、第１の曲率半径のセクションだけで、支持面と接触することが好ましい。

外側カムとポストの最初の接触点に到達するためになされる大腿骨構成要素と脛骨構成要素間の屈曲または回転の角度は、約５５°から７５°である。より好ましくは、これは６０°から７０°であり、最も好ましくは、これは６５°である。この回転および屈曲の角度は、患者の脚がまっすぐであるように、大腿骨構成要素と脛骨構成要素が整列する回転のゼロ点に基づく。すなわち、２つの構成要素は、患者の脚の大腿骨と脛骨が概ね線形に整列するように、または他の方法で患者の脚が完全に伸展されるように位置合わせされる。

大腿骨構成要素の脛骨構成要素に対するさらなる回転および屈曲が行われると、接触点が、第１の比較的大きい曲率半径を有する顆の部分から第２の比較的小さい曲率半径を有する部分に進む。この過程は、外側カムをポストの後ろ側に下方に移動させ、深屈曲関節面と対合して位置合わせさせる傾向がある。すなわち、顆の第２の比較的小さい曲率半径を設けることによって、外側カムがシャフトの後ろ側に下方に、深屈曲関節面の凹部内に移動される。

回転および屈曲のゼロ点が患者の脚の完全な伸展、すなわち、まっすぐな脚としてもう一度定義される場合、大腿骨カムが深屈曲関節面と対合して一致する点は、約９５°から１１５°にあり、好ましくはこれは１００°から１１０°にあり、最も好ましくは１０５°の回転および屈曲にある。

大腿骨構成要素をさらに回転させることによって、外側カムのリング様構造が大腿骨構成要素を脛骨構成要素に関して上昇させる傾向がある。すなわち、外側カムのリング様セクションの形状によって、大腿骨構成要素が脛骨構成要素との接触からある程度外れる。大腿骨構成要素は外側カムおよび凹んだ深屈曲関節面によって脛骨構成要素と接触した状態のままであるが、顆は支持面の上に上昇し、接触したままではない。接触点が外側カムと関節支持面の間だけである状態で、大腿骨構成要素が揺れ動き、回転して、顆の１つを支持面と接触させることができる。大腿骨構成要素と脛骨構成要素の間のこうした揺れ動きは、大腿骨カムのリング様構造の直接の結果であり、人の膝の腱および靭帯の様々な強度に適応するのに有用である。

揺れ動きの程度は、約１°から８°のいずれでもよく、より好ましくは約２°から５°である。最も好ましくは、大腿骨構成要素と脛骨構成要素の間の揺れ動きの程度は３°である。

大腿骨構成要素と脛骨構成要素が互いに対して揺れ動くことができるように構築される場合、外側カムの外径面、または外側カムのリング様セクションは、それが接触する深屈曲関節面の部分と異なる曲率半径を有する。換言すれば、大腿骨構成要素と脛骨構成要素の接触点は、外側カムと深屈曲関節面だけによるものであり、大腿骨カムはリング様構造を有するため、大腿骨カムは深屈曲関節面の凹んだセクションの周りで摺動することができ、それによって大腿骨構成要素と脛骨構成要素の間の揺れ動きが可能になる。また、リング様の大腿骨カムの外径面は深屈曲関節面の凹部のものとは僅かに異なり、それによって、また大腿骨構成要素と脛骨構成要素の間に揺動が起こることができるようになる。

また、大腿骨カムに２つの曲率半径を断面方向に与えることも可能である。すなわち、大腿骨カムの下方の内径セクションが、大腿骨カムとポストの第１の接触が行われる点で、第１の比較的小さい曲率半径を有する。大腿骨カムの外面の周囲を半径方向に進むと、大腿骨カムの上側で曲率半径が変わる。大腿骨カムの上方セクションの曲率半径は、下方セクションの曲率半径より大きくてもよく、大腿骨カムがこの点で幾らか厚くなる傾向がある。第２の比較的大きい曲率半径が大腿骨カムの上端に与えられるため、それによって、大腿骨構成要素と脛骨構成要素が高い屈曲角度で位置合わせされた場合に、それらの間の揺動および回転が可能になる。好ましくは、第１の曲率半径は、好ましくは３ｍｍから１０ｍｍ、より好ましくは３ｍｍから６ｍｍ、かつさらに好ましくは約３．５ｍｍであり、第２の曲率半径は、好ましくは５ｍｍから１５ｍｍ、より好ましくは５ｍｍから１０ｍｍ、かつさらに好ましくは約５．５ｍｍである。

脛骨構成要素はその中に３つの凹んだセクション、２つの支持面、および深屈曲関節面を有する。好ましくは、それぞれこうした３つの表面の最低点の厚さは同じであり、さらに好ましくは、これは約４ｍｍから２５ｍｍ、より好ましくは６ｍｍから１５ｍｍ、かつさらに好ましくは６ｍｍである。これは、ＳＮ ＥＮ ＩＳＯ ２１５３６に従うものである。

本開示の大腿骨構成要素を示す２つの図である。 脛骨構成要素に組み込むための支持インレーまたはインサートを示す斜視図である。 外側カムが想像リングの一部を提供する、想像リングを示す大腿骨構成要素の図である。 大腿骨カムの２つの曲率半径を示す大腿骨構成要素の断面図である。 回転のゼロ点で位置合わせされた大腿骨と脛骨の構成要素を示す図である。 大腿骨カムとポストの第１の接触点で位置合わせされた大腿骨と脛骨の構成要素を示す図である。 大腿骨カムと深屈曲関節面の第１の接触点にある大腿骨構成要素および脛骨構成要素を示す図である。 脛骨構成要素に対する大腿骨構成要素の揺動を示す大腿骨と脛骨の構成要素を示す図である。 位置合わせされた膝関節の大腿骨と脛骨の構成要素を示す図である。

図１は、人工膝関節１の大腿骨構成要素１０を示している。図２は、脛骨構成要素３０内に組み込むことができる支持インレーまたはインサートを示している。図９で見ることができるように、完全な脛骨構成要素３０は、（その上で大腿骨構成要素１０が動く支持面を提供する）上部支持インレーまたはインサートと、患者４の脛骨３内に挿入する脛骨ポストを備える下部セクションの両方を備える。下部セクションがおそらく金属で作製され、それにおそらくポリエチレンから形成される支持インレーまたはインサートが取り付けられた２片のユニットとして、脛骨構成要素３０を設けることができる。さらに、単一ユニットとして、支持面と脛骨ポストの両方を備える組み合わせた脛骨構成要素３０を形成することもできる。以下の論述で明らかなように、用語「脛骨構成要素３０」はこうした選択枝の両方を含み、図２で示した支持インレーまたはインサートと組み合わせた選択枝との間に特に相違がないものとする。

図５から８に全般的に示されているように、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間の相互作用を見ることができる。具体的には、図１ｂで全般的に示したように、大腿骨構成要素１０は脛骨構成要素３０の上面上で担持されるものである。さらに、図１ｂで見られる下部湾曲面が、図２で示した脛骨構成要素３０の上方の全般的に湾曲した表面上で担持される。

大腿骨構成要素１０は患者４の大腿骨２の端部に取り付けられるものである。少なくとも図１ａから明らかなように、大腿骨構成要素１０は内側部分または凹部を有し、その中に患者の大腿骨２の下部が挿入され、その中に固定される。大腿骨構成要素１０の大腿骨２の端部への固定は周知であり、当技術分野の任意の周知の代替案に従って、本発明の膝関節１、具体的には膝関節１の大腿骨構成要素１０を大腿骨２に取り付けることができることを主張する。

図９で見られるように、大腿骨構成要素１０と同様に、脛骨構成要素３０は、患者４の脛骨３の上部に取り付けられるものである。やはり、こうした脛骨構成要素３０の患者４の脛骨３への取り付けは、当技術分野で周知であり、こうした２つの部品の取り付けに使用される任意の使用可能な技法が本開示の脛骨構成要素３０に適していると考えられる。

図１から最も明らかなように、本開示の大腿骨構成要素１０は、湾曲した外面を有する構成要素を備えることが好ましい。この湾曲した外面は、大腿骨構成要素１０の前部１４に形成された膝蓋のトラッキング経路または支持面１６から始まり、大腿骨構成要素１０の後部１３に向かって全般的に後方に続く。図１ｂから分かるように、大腿骨構成要素１０の湾曲した外側かつ下方の表面は、２つの異なる曲率半径を有する表面を有することがさらに好ましい。具体的には、膝蓋支持面１６から大腿骨構成要素１０の最後部点まで走る大腿骨構成要素１０の外面は、第１の曲率半径を有する。大腿骨構成要素１０の外面は連続するため、外面は、全般的に前部１４の方向に戻るように湾曲して進む傾向があり、第２の比較的小さい曲率半径を有する。すなわち、大腿骨構成要素１０の外面は、その最後部、または後部１３側で比較的急な湾曲を有し、大腿骨構成要素１０の後部１３の端部を大腿骨構成要素１０の前部１４に向かって戻るように湾曲させる。

図１ａで見ることができるように、大腿骨構成要素１０は２つの顆を備える。この２つの顆は、外側顆１１および内側顆１２からなる。明らかに、大腿骨構成要素１０は、患者４の左または右の大腿骨２に適するように構成される。具体的には、膝蓋支持面１６は、大腿骨２への取り付けに適するように、全般的に大腿骨構成要素１０の外側に向かって延びるように、適切に構成される。本開示の大腿骨構成要素１０では、外側顆１１および内側顆１２はギャップ１５によって分離される。ギャップ１５は脛骨構成要素３０のポスト３３と適切に相互作用するものである。脛骨構成要素３０のポスト３３を図２で明瞭に見ることができる。

脛骨構成要素３０のポスト３３と大腿骨構成要素１０のギャップ１５の相互作用は、膝関節１が患者４の体内に存在する場合に、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の相対運動を制限するのに非常に有用である。以下でより詳細に論じるように、ギャップ１５の端部は、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の相対回転中にポスト３３に当たる。明らかに、ギャップ１５の前端１７はポスト３３の前側３７に一方向で当たり、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０のこの方向の連続した相対回転を停止させる。同様に、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の他方向の相対回転では、ギャップ１５の後端１９がポスト３３の後ろ側に当たり、したがって、大腿骨構成要素１０の脛骨構成要素３０に対するさらなる回転が停止される傾向がある。しかし、以下で分かるように、大腿骨構成要素１０の特定の構造によって、大腿骨構成要素１０のさらなる回転が可能になり、膝関節１に過伸展が加えられる。

ギャップ１５の前端１７は外側顆１１および内側顆１２の前端に位置付けられた膝蓋支持面１６によって画定される。ギャップ１５の後端１９は大腿骨カム１８によって設けられる。図１ａから明らかなように、大腿骨カム１８は外側顆１１と内側顆１２の間の架橋構造として設けられる。具体的には、理解されるように、大腿骨カム１８の上側はそれぞれ外側顆１１および内側顆１２の端部よりも高い点まで延びることができるが、これは必須ではない。これについては、図８に関して、より詳細に論じる。

大腿骨カム１８は、外側顆１１と内側顆１２の間の橋を形成する他に、リングからの一セクションとして構成されることが好ましい。これは、図３で示したリングの想像図で最もよく見ることができる。図３から見ることができるように、完全な想像のリングが図に示されており、大腿骨カム１８がその一セクションによって設けられている。具体的には、リングは、リングの一セクションが外側顆１１と内側顆１２を適切に架橋するように寸法付けられ、かつ位置付けられ、外側顆１１および内側顆１２の端部よりも高く、同じ高さに、または低く延びることができる。大腿骨構成要素１０の内側凹部に面する大腿骨カム１８の内面に、図３で示したリングの全般的な形状に従う平面、または実際に湾曲した表面を設けることができる。大腿骨構成要素１０の内側部分を全般的に一連のまっすぐな側面の片として形成して、大腿骨２への適した接着面を与えることができる。同様に、大腿骨構成要素１０の内面に、必要に応じて、大腿骨２への適した異なる構造を与えることもできる。たとえば、リング２０のセクションの内側部分に平坦な側面を有する代わりに、リング２０のセクションが大腿骨構成要素１０の内部に湾曲して延び、したがって、円環のセクションを形成することができる。

図で見ることができるように、想像リングが患者４の伸ばした足と位置合わせされるように想像リングを設けることができる。図で分かるように、想像リングが大腿骨カム１８からまっすぐ下に延びているところが全般的に示されている。しかし、リングがこのように延びる必要はなく、図３の線で見ることができるように、想像リングは全般的に大腿骨構成要素１０の下に延びることもできる。この角度は、大腿骨カム１８が屈曲され、大腿骨構成要素１０の内側部分から離れるように移動することを指す傾向がある。明らかに、大腿骨カム１８を形成する上方部分が大腿骨構成要素１０の内側部分内に移動する傾向があるように、想像リングは大腿骨構成要素１０の下側から離れるように延びることができる。まっすぐ下が０°点と考えられる場合、この点からのオフセットは、＋１５°、より好ましくは±１０°、さらに好ましくは±５°の範囲内である。

想像リングは、２０ｍｍから５０ｍｍの外径を有することができ、好ましくは、外径は２５ｍｍから４５ｍｍであり、さらに好ましくは、外径は３０ｍｍから４０ｍｍであり、最も好ましくは、外径は約３５ｍｍである。想像リングの実際の半径は、インプラントのサイズに適するように調整することができる。この半径の変化は、以下に導入するように、深屈曲関節面３５の適切な変化にもつながる。

図で示したように、大腿骨カム１８、および、したがって大腿骨カム１８によって画定可能な想像円は、それぞれ外側顆１１および内側顆１２の長手方向軸から９０°の向きに存在する。すなわち、大腿骨カム１８は、大腿骨構成要素１０の頂部から見た場合に、ギャップ１５を最短に架橋する。大腿骨カム１８は、大腿骨カム１８の一端が他方よりも僅かにさらに後方になるように、異なる方法でギャップ１５を架橋することもできる。すなわち、上から見下ろした場合に最も容易に見られるように、大腿骨カム１８の一端が他方よりも大腿骨構成要素１０の中心から遠くにある。これは、特に、膝の深屈曲で膝関節１にねじりを導入して、膝関節１の幾らかの周知のずれをオフセットするのに有用である。

図２を見ると、脛骨構成要素３０の斜視図が見られる。上記ですでに論じたように、脛骨構成要素３０は、大腿骨構成要素１０のギャップ１５と相互作用するためのポスト３３を備えることができる。有利には、ポスト３３とギャップ１５は概ね同じ幅であり、したがって、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の横方向の運動が低減される。同様に、ポスト３３よりも僅かに幅が広いギャップ１５を設けて、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間の横方向の運動を少し可能にすることもできる。実際、ポスト３３の下方部分に外側に向けて僅かにテーパを付け、ギャップ１５の下方部分が同じテーパを有する場合、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間の好ましい取り付け位置を得ることができ、２つの構成要素の間の（無も含まれる）望ましいレベルの横方向の運動によって、膝関節１に加えられる妥当な応力およびひずみに適応することもできる。

やはり上記で論じたように、ポスト３３の前側３７がギャップ１５の前側１７と接触して、脛骨構成要素３０と脛骨構成要素３０の間のさらなる回転が停止されるため、ポスト３３のベースがかなり幅広になるようにポスト３３が形成されることが好ましい。ポスト３３のベースのこの追加の厚さによって、ポスト３３および膝関節１の全般的な強度が明らかに向上する。膝関節１が、ギャップ１５がポスト３３の前側３７に当たる点から一方向にだけ回転するように意図されていることを考慮すると、ポスト３３の下方部分に厚い幅を与えて、膝関節１の適切な作用を確保することが重要である。

ポスト３３の両側は、外側関節支持面３１および内側関節支持面３２である。この２つの支持面３１、３２は、その上に外側顆１１および内側顆１２が担持されて移動する脛骨構成要素３０上の表面を提供する。全般的に、関節支持面３１、３２によって示される表面は、外側顆１１および内側顆１２によって示される表面と一致する。すなわち、関節支持面３１、３２の曲線は外側顆１１および内側顆１２の曲線よりも大きい、それと概ね同じ、または同じでもよい。この表面の一致は、膝関節１に安定性を与え、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間の望ましくない相対運動を低減する。

図２に全般的に参照符号３８で示されているように、脛骨構成要素３０にスロットなどを設けて、脛骨構成要素３０の脛骨３への固定を向上させることができる。こうした固定手段３８は、様々な形をとることができ、全般的に、脛骨構成要素３０を脛骨３の適切な部分内に保持できるようにするために設けられる。追加の固定手段３８を脛骨構成要素３０の前側に設けることもでき、脛骨構成要素３０と脛骨３の結合を助けるための一連のクリップ様部材を含むことができる。

図２から明らかなように、脛骨構成要素３０は、ポストの下部後端３４に深屈曲関節面３５を備えることができる。この深屈曲関節面３５に、大腿骨カム１８の外面２１と一致する傾向がある全般的に凹んだ形状３６が有利に設けられる。すなわち、深屈曲関節面３５を、リング２０のセクションを有するように形状付けられた大腿骨カム１８を受けるように構成することができる。やはり以下で論じるように、膝の深屈曲で、大腿骨カム１８は、深屈曲関節面３５が存在する場合は深屈曲関節面３５の表面と接触状態になされ、この２つは、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間の特に大きい角度の回転、すなわち膝の深屈曲で、その間の支持面を提供する。これは、特に、大腿骨カム１８付近のセクションまたは部分で、第２の比較的小さい曲率半径、すなわち比較的大きい曲率を有する外側顆１１および内側顆１２の外面の結果である。この比較的小さい曲率半径は、大腿骨カム１８を深屈曲関節面３５と接触させる傾向があり、したがって高屈曲角度での支持面が提供される。

概ね２つの曲率半径を含む表面を有利に有する外側顆１１および内側顆１２の他に、大腿骨カム１８が２つのこうした曲率半径を有することもできる。図４でこれを明瞭に見ることができる。この図で示したように、リングの内径２２として示されている大腿骨カム１８の下部内面は、全般的に大腿骨カム１８の最も外側の後ろ側よりも小さい曲率半径を有することができる。２つの曲率半径が図４に示されているが、これらは単なる例であり、本開示を限定するものではない。実際、大腿骨カム１８の各セクションの曲率半径を、膝関節１のサイズに関して適切に選択することができる。以下で分かるように、大腿骨カム１８の内側の比較的小さい曲率半径は、大腿骨カム１８と深屈曲関節面３５を接触させるのに有利である。

図５から８を見ると、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間の回転相互作用が見られる。具体的には、図５では、患者４の大腿骨２と脛骨３が整列する、すなわち、膝が完全に伸びている方向が見られる。この方向では、図５で示したように、ギャップ１５の前部１７はポスト３３の前側３７と完全に接触していない。膝関節１は、大腿骨２と脛骨３を整列から後方に僅かにずらすことができるようにする必要があり、それは、本質的に膝関節を過度に伸展させた位置に固定することである。すなわち、正常な脚では、全般的に大腿骨２および脛骨３を後方に位置付けることによって膝を固定して、膝関節が固定されるようにすることが可能であり、これが膝の過伸展である。図５で示した大腿骨構成要素１０および脛骨構成要素３０の方向は、大腿骨２と脛骨３の完全な整列であり、または膝の完全な伸展である。理解されるように、ギャップ１５の前部１７とポスト３３の前側３７の間の僅かな間隙によって、膝関節１を標準の膝に関して上述したように固定することができるようになる。大腿骨２と脛骨３が線形に整列し、膝が完全に伸展した、大腿骨構成要素１０の脛骨構成要素３０に対する位置は、図５で示したように、ゼロ度の回転点であると考えられる。すなわち、基準点を設けるため、図５で示した大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の方向がゼロ回転点である。

図６を参照すると、大腿骨構成要素１０が脛骨構成要素３０に対して回転した、すなわち膝が屈曲した方向が見られる。この回転中、外側顆１１および内側顆１２は関節支持面３１、３２上で摺動する。顆１１、１２の外面が関節支持面３１、３２の表面と一致する場合、この回転が改善され、平滑に行われる。図から明らかなように、一定レベルの回転で、大腿骨カム１８がポスト３３の後ろ側に当たる。図６で示したように、図６で起こる回転の程度は、図５で示したゼロ点と比較すると、約５５°から７５°である。より好ましくは、この回転レベルは約６０°から７０°である。大腿骨カム１８がポスト３３に最初に当たる点での大腿骨構成要素１０の脛骨構成要素３０に対する（膝関節１の屈曲の）最も好ましい回転の程度は６５°である。この回転レベルが、患者４の脛骨３と大腿骨２の整列、または膝の完全な伸展である図５で示したゼロ点に対して再び測定される。

図６で示した位置で、外側顆１１および内側顆１２が関節支持面３１、３２となお良好な接触状態であることを留意することも重要である。すなわち、好ましくは、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の接触点は、関節支持面３１、３２の全面中で外側顆１１および内側顆１２との間である。大腿骨構成要素１０は、大腿骨構成要素１０の湾曲した外面の第１の比較的大きい曲率半径によって、脛骨構成要素３０となお接触状態である。大腿骨カム１８がポスト３３に当たる点で、接触が、好ましくはまだ第１の比較的大きい曲率半径の大腿骨構成要素１０の全体の外側の曲面上でなされている。

しかし、大腿骨構成要素１０の構造では、大腿骨構成要素１０の脛骨構成要素３０に対するさらなる回転が、第２の比較的小さい曲率半径を有する表面によって続けられる。換言すれば、大腿骨カム１８がポスト３３の後ろ側に当たる点は、第１の比較的大きい曲率半径の湾曲した外面による大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の接触の終りを示すものである。さらなる回転で、大腿骨構成要素１０の外面は第２の比較的小さい曲率半径に続くが、それによって、外側顆１１および内側顆１２が第１の比較的大きい曲率半径の領域での関節支持面３１、３２との接触から外れるように上昇される傾向がある。

大腿骨構成要素１０が脛骨構成要素３０に対して回転し続けた状態（より大きい膝の屈曲）、すなわち、図６で示したものよりもさらに進んだ状態では、外側顆１１および内側顆１２の第２の曲率半径を有する表面が、関節支持面３１、３２と好ましく接触するようになされる。これは上記の通りである。第２の比較的小さい曲率半径の表面を使用して回転が継続されると、大腿骨カム１８とポスト３３の後ろ側の接触が継続される傾向がある。具体的には、大腿骨カム１８との接触点が、図６で示したように、ポスト３３の後ろ側の少なくとも幾らか上の位置から、大腿骨カム１８の全外面２１が深屈曲関節面３５の凹形状３６内に位置付けられるまで移動する。これが図７で示した正確な方向である。

大腿骨構成要素１０の回転による図６から７を参照すると、理解されるように、外側顆１１および内側顆１２の第２の比較的小さい曲率半径により、また大腿骨カム１８の比較的小さい曲率半径の表面の助けで、大腿骨カム１８とポスト３３の接触点が下がりやすくなる。すなわち、顆１１、１２、および大腿骨カム１８の２つの適した表面が適切に一致して、大腿骨カム１８が、ポスト３３の表面をポスト３３上の最初の接触部分点から深屈曲関節面３５での完全な相互作用接触に至るまで滑り落ちる。大腿骨カム１８が深屈曲関節面３５と完全に接触するように位置付けられた場合、外側顆１１および内側顆１２の後端は関節支持面３１、３２となお接触状態である。この点で、明らかなように、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の高レベルの接触がなお維持される。

具体的には、図５で示し、上記で論じたように、ゼロ点に対する本開示の図７で示した回転角度は、９５°から１１５°である。好ましくは、図７で示した回転角度は、ゼロ点から１００°と１１０°の間である。最も好ましくは、大腿骨カム１８の外面が深屈曲関節面３５と完全に接触し、外側顆１１および内側顆１２の最後部点が関節支持面３１、３２となお接触状態である点は、膝の完全な伸展である図５で示した回転のゼロ点から１０５°である。

図７で示した点から膝関節１の深い、または高い屈曲点に向けてさらに回転が続けられると、外側顆１１および内側顆１２は実際に関節支持面３１、３２と接触しなくなるように上昇される。上記で論じたように、大腿骨カム１８はリング２０の一セクションとして設けられ、それによって、大腿骨カム１８、外側顆１１、および内側顆１２が、関節支持面３１、３２と接触しなくなるように上昇される傾向がある。さらに、大腿骨カム１８の上面が外側顆１１および内側顆１２の端部を超えて上方に延びる場合、これも接触しないようにさせる助けをするが、これは必要条件ではない。このように顆１１、１２が関節支持面３１、３２と接触しないようにさせることは、それによって膝関節１の深屈曲で大腿骨構成要素１０が脛骨構成要素３０に対して回転し、揺動することができるようになるため、特に有利である。具体的には、大腿骨構成要素１０の回転は、脛骨３の長手方向軸とされるものの周りで生じることができ、脛骨構成要素３０の回転も大腿骨２の長手方向軸とされるものの周りで生じる。

当業者には周知であるように、腱、および靭帯、具体的には患者４の膝蓋靭帯、並びに内側および外側の靭帯は、膝の後ろで全般的に同一ではない。すなわち、腱および靭帯は、特に高角度の屈曲では膝関節を整合から僅かにずれるように引っ張る傾向がある。患者４の膝の後ろの腱および靭帯の強度の差を可能にするため、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間の意図的な回転および揺動にはこうしたことが考慮されている。全く明らかなように、図８で示した関節の構造を考えると、大腿骨構成要素１０の脛骨構成要素３０に対する僅かな回転および揺動は、患者４の膝関節の腱および靭帯の全ての差に適応し、こうした腱および靭帯へのひずみを低減する。

明らかに、外側顆１１および内側顆１２が関節支持面３１、３２との接触からさらに離れるように、単に、大腿骨カム１８の外面２１を変えることによって、許容しうる揺動および回転の程度を変えることができる。しかし、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間の揺動または傾斜の理想的な程度は、図８ａおよび図８ｃで見ることができるように、約＋／−３°である。上記で論じたように、大腿骨構成要素１０が脛骨構成要素３０に対して非常に高度の回転でこのように上昇されるのは、大腿骨カム１８のリング様構造の結果である。顆よりも高い外面を設けることによって、この揺動が助けられるが、これは必須ではない。また、大腿骨カム１８が深屈曲関節面３５内で回転するときに、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間に良好な度合いの接触が維持され、これが大腿骨カム１８と深屈曲関節面３５の一致する表面によって継続される。さらに、大腿骨カム１８の上方の比較的大きい曲率半径の表面は平滑で全般的に一定の曲率半径を有するため、大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間で得られる上昇の程度を一定に維持することができ、個々の膝関節１の要件によって調整することができる。

外側顆１１、内側顆１２と関節支持面３１、３２の間の上昇が起こる角度または回転は、図７で示した回転点の後である。すなわち、大腿骨カム１８が深屈曲関節面３５と完全に接触するときによって、さらなる回転により、顆１１、１２が関節支持面３１、３２と接触しなくなる。上記で論じたように、図７で示したように、特に好ましい回転角度は１０５°である。この回転程度が、大腿骨カム１８が深屈曲関節面３５と接触状態になる望ましい点として選択される場合、１０５°の回転を超えると、顆１１、１２が関節支持面３１、３２から上昇される。当然、大腿骨カム１８および深屈曲関節面３５を適切に構成することによって、接触しなくなる点、具体的には、接触をもたらすための大腿骨構成要素１０と脛骨構成要素３０の間の回転の程度を選択することもできる。

上記の開示は、好ましい、または必要とされる特徴の組み合わせを含むものではないものとする。実際、それぞれ大腿骨構成要素１０および脛骨構成要素３０による各態様は、選択枝、またはおそらく有利な特徴として見られるものであり、それらから特定の組み合わせを行うべきではない。意図される本開示からの保護範囲は、添付の特許請求の範囲に与えられる。

１ 人工膝関節
２ 大腿骨
３ 脛骨
４ 患者
１０ 大腿骨構成要素
１１ 外側顆
１２ 内側顆
１３ 後部
１４ 前部
１５ ギャップ
１６ 支持面
１７ ギャップの前端
１８ 大腿骨カム
１９ 大腿骨カムの後端
２０ リング
２１ 大腿骨カムの外面
２２ リングの内径
３０ 脛骨構成要素
３１ 外側関節支持面
３２ 内側関節支持面
３３ ポスト
３４ ポストの下部後端
３５ 深屈曲関節面
３６ 凹形状
３７ ポストの前側
３８ 固定手段

Claims (15)

1. それぞれ患者（４）の大腿骨（２）および脛骨（３）に取り付けるための大腿骨構成要素（１０）および脛骨構成要素（３０）を備える人工膝関節（１）であって、
   前記大腿骨構成要素（１０）が前記大腿骨構成要素（１０）の後部（１３）から前部（１４）に延びる外側顆（１１）および内側顆（１２）を備え、前記外側顆（１１）と内側顆（１２）の間に前記大腿骨構成要素（１０）の前記後部（１３）から前記前部（１４）に延びる大腿骨ギャップ（１５）が設けられ、さらに前記外側顆（１１）と内側顆（１２）が前記大腿骨構成要素（１０）の前記前部（１４）で接合されて前記ギャップの前端（１７）に位置付けられ前記ギャップの前記前端（１７）を形成する膝蓋骨トラッキング経路または支持面（１６）を形成し、
   前記外側顆（１１）と内側顆（１２）の両方の後端を架橋し、前記大腿骨ギャップの後端（１９）を形成する大腿骨カム（１８）が設けられ、前記大腿骨カム（１８）がリング（２０）の一セクションの形状を有するように構築され、さらに、
   前記脛骨構成要素（３０）に中央ポスト（３３）の両側の２つの概ね対称の関節支持面（３１、３２）が設けられ、前記関節支持面（３１、３２）が前記大腿骨構成要素（１０）の前記外側顆（１１）および内側顆（１２）を受けるためのものであり、前記ポスト（３３）が前記大腿骨ギャップ（１５）内に嵌まるように形状付けられることを特徴とする人工膝関節（１）。
2. 前記脛骨構成要素（３０）上に位置する深屈曲関節面（３５）が前記ポスト（３３）の下部後端（３４）に設けられ、前記大腿骨カム（１８）の前記外面（２１）と概ね同じである凹形状（３６）を有することを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節（１）。
3. 前記外側顆（１１）および内側顆（１２）の前記外面が、前記大腿骨構成要素（１０）の前記膝蓋骨トラッキング経路または支持面（１６）から前記後部（１３）まで概ね一定である第１の曲率半径を有し前記大腿骨カム（１８）付近の部分で第２の曲率半径を有する曲面を有し、前記第１の曲率半径が前記第２の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の人工膝関節（１）。
4. 前記関節支持面（３１、３２）が前記外側顆（１１）および内側顆（１２）の第１の曲率半径よりも大きい、それと概ね等しい、または等しい曲率半径を有する凹面を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項、および特に請求項３に記載の人工膝関節。
5. 前記大腿骨構成要素（１０）および脛骨構成要素（３０）が、前記大腿骨構成要素（１０）および脛骨構成要素（３０）が前記大腿骨ギャップ（１５）を通るように位置付けられた前記ポスト（３３）と前記外側顆（１１）および内側顆（１２）によって接触し、前記大腿骨カム（１８）の前記リングの内径（２２）が前記ポスト（３３）と接触するが、好ましくは前記深屈曲関節面（３５）と接触しないようになされ、前記第１の曲率半径を有する前記外側顆（１１）および内側顆（１２）の前記曲面が前記関節支持面（３１、３２）と接触するように構築されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項、並びに特に請求項３および４に記載の人工膝関節。
6. 前記大腿骨構成要素（１０）および脛骨構成要素（３０）が、前記大腿骨構成要素（１０）がさらに回転されると前記大腿骨構成要素（１０）と脛骨構成要素（３０）の接触が前記第２の曲率半径を有する前記表面によって進めされ、したがって、前記大腿骨カム（１８）を前記深屈曲関節面（３５）と接触させる働きをするように構築されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項、および特に請求項５に記載の人工膝関節。
7. 前記外側顆（１１）および内側顆（１２）が前記関節支持面（３１、３２）と接触し、膝が完全に伸展されるように患者（４）の前記大腿骨（２）と脛骨（３）が概ね線形に整列するように前記大腿骨構成要素（１０）と脛骨構成要素（３０）が方向付けられるようにゼロ回転点が画定される場合、前記大腿骨構成要素（１０）が請求項５に記載された点で行う回転の程度が、５５°から７５°、好ましくは６０°から７０°、より好ましくは６５°であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項、および特に請求項５または６に記載の人工膝関節。
8. 前記外側顆（１１）および内側顆（１２）が前記関節支持面（３１、３２）と接触し、膝が完全に伸展されるように患者（４）の前記大腿骨（２）と脛骨（３）が概ね線形に整列するように前記大腿骨構成要素（１０）と脛骨構成要素（３０）が方向付けられるようにゼロ回転点が画定される場合、前記大腿骨カム（１８）が請求項６に記載されたように前記深屈曲関節面（３５）と接触する点で前記大腿骨構成要素（１０）が請求項５に記載された点で行う回転の程度が、９５°から１１５°、好ましくは１００°から１１０°、より好ましくは１０５°であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項、および特に請求項５から７に記載の人工膝関節。
9. 前記外側顆（１１）および内側顆（１２）が前記関節支持面（３１、３２）と接触し、膝が完全に伸展されるように患者（４）の前記大腿骨（２）と脛骨（３）が概ね線形に整列するように前記大腿骨構成要素（１０）と脛骨構成要素（３０）が方向付けられるようにゼロ回転点が画定される場合、前記大腿骨カム（１８）が９０°より大きい、好ましくは１００°より大きい、より好ましくは１０５°より大きい回転を行うときに、前記大腿骨構成要素（１０）が、前記脛骨構成要素（３０）との唯一の接触点が前記大腿骨カム（１８）と前記深屈曲関節面（３５）によるものであるように構築されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項、および特に請求項５から８に記載の人工膝関節。
10. 前記大腿骨カム（１８）がリング（２０）の一セクションとして構築されるため、前記大腿骨構成要素（１０）と脛骨構成要素（３０）が前記大腿骨カム（１８）と前記深屈曲関節面（３５）のみによって接触する場合、前記外側顆（１１）および内側顆（１２）の両方の前記後端が前記各関節支持面（３１、３２）と接触状態になる前に、前記大腿骨カムが外側かつ内側の方向に揺動することができることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項、および特に請求項９に記載の人工膝関節。
11. 前記揺動の程度が約１°から８°、好ましくは約２°から５°、かつ最も好ましくは約３°であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項、および特に請求項１０に記載の人工膝関節。
12. 前記大腿骨カム（１８）を作製する前記リング（２０）のリングの前記セクションの外径面（２３）が前記深屈曲関節面（３５）と異なる曲率半径を有するため、前記大腿骨構成要素（１０）が前記脛骨構成要素（３０）に対して高レベルの回転で揺動することができることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項、および特に請求項１０または１１に記載の人工膝関節。
13. 前記大腿骨カム（１８）が前記大腿骨カム（１８）の上方、前記リングの外径（２３）、および後部セクションで第１の比較的大きい値の前記大腿骨カム（１８）の厚さ方向の半径、並びに前記大腿骨カム（１８）の下方の前記リングの内径（２２）のセクションで前記第１の半径よりも小さい第２の半径を有し、好ましくは、前記第１の半径が好ましくは５ｍｍから１５ｍｍ、より好ましくは５ｍｍから１０ｍｍ、かつさらに好ましくは約５．５ｍｍであり、前記第２の半径が好ましくは３ｍｍから１０ｍｍ、より好ましくは３ｍｍから６ｍｍ、かつさらに好ましくは約３．５ｍｍであることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の人工膝関節。
14. 前記脛骨構成要素（３０）の前記関節支持面（３１、３２）と前記深屈曲関節面（３５）の両方の最小厚さが概ね同じであり、さらにこの厚さが４ｍｍから２５ｍｍ、より好ましくは６ｍｍから１５ｍｍ、かつさらに好ましくは６ｍｍであることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の人工膝関節。
15. 前記大腿骨カム（１８）を形成する前記リング（２０）のセクションを完成する想像リングを描くことができ、前記想像リングは２０ｍｍから５０ｍｍの外径を有し、好ましくは前記外径は２５ｍｍから４５ｍｍであり、さらに好ましくは前記外径は３０ｍｍから４０ｍｍであり、最も好ましくは前記外径は約３５ｍｍであり、好ましくはまた前記想像リングが前記大腿骨ギャップの前記後部（１９）から下方に延びて前記想像リングが患者（４）の脛骨（３）と直接整列するように前記想像リングが構築され、０°基準線が前記脛骨（３）と正確に整列するように画定される場合、前記想像リングをこの基準線から±１５°、より好ましくは±１０°、さらに好ましくは±５°、または最も好ましくは０°の角度に位置付けることができることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の人工膝関節。

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