JP2015515325A - 十字靱帯温存型の膝インプラントのための先進の方法、技術、装置、およびシステム - Google Patents
十字靱帯温存型の膝インプラントのための先進の方法、技術、装置、およびシステム Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2012年4月6日付の「Advanced Methods,Techniques,Devices and Systems for Cruciate Retaining Knee Implants」という名称の米国特許仮出願第61/621,333号および2013年3月15日付の「Advanced Methods,Techniques,Devices and Systems for Cruciate Retaining Knee Implants」という名称の米国特許仮出願第61/798,537号の利益を主張し、これらの出願の各々の開示は、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。
随意により、これらのウインドウは、下方の解剖学的構造物への補綴の挿入、配置、および/または固定を容易にすることができる。さらに、本明細書に記載されるツールおよび処置の種々の実施形態は、インプラント部品に合わせた患者の解剖学的構造物の準備を容易にする。
種々のインプラントについて患者固有の生体運動モデルにおいて測定されるパラメータ
関節インプラント 測定されるパラメータ
膝 屈曲時の大腿骨内側ロールバック
膝 屈曲時の大腿骨外側ロールバック
膝 種々の屈曲および伸展の角度における膝蓋骨の位置、内側、外側、上方、下方
膝 1つ以上の大腿骨顆の内旋および外旋
膝 脛骨の内旋および外旋
膝 1つ以上の関節面の屈曲および伸展の角度
膝 屈曲または伸展時の大腿骨内側顆および外側顆の少なくとも一方の前方滑りおよび後方滑り
膝 運動の範囲の全体における内側および外側弛緩
膝 例えば大腿骨顆および脛骨プラトー、あるいは滑車および膝蓋骨など、少なくとも1つ以上の関節面における接触圧または接触力
膝 例えば大腿骨顆および脛骨プラトー、あるいは滑車および膝蓋骨など、少なくとも1つ以上の関節面における接触面積
膝 少なくとも1つまたは複数の関節面またはインプラント部品に関して少なくとも1つまたは複数の骨の切断またはインプラントの骨対向面において測定されるインプラントの骨対向面と、随意によるセメント界面と、隣接する骨または骨髄との間の力
膝 例えば撮像検査を使用して推定または導出される例えばACL、PCL、MCL、LCL、支帯、関節包などの靱帯位置
膝 随意により仮想環境において模擬される種々の位置または運動における例えば種々の屈曲角、伸展角、回転角、外転角、内転角についての靱帯張力、歪み、せん断力、破断力推定値、荷重
膝 例えば高屈曲、高伸展、内旋または外旋、外転または内転、あるいはこれらの任意の組み合わせ、もしくは他の角度/位置/運動における他の関節構造へのインプラントの衝突の可能性
股関節、肩関節、または他の関節 1つ以上の関節面の内旋および外旋
股関節、肩関節、または他の関節 1つ以上の関節面の屈曲および伸展の角度
股関節、肩関節、または他の関節 屈曲または伸展、外転または内転、挙上、あるいは内旋または外旋の際の少なくとも1つ以上の関節面の前方滑りおよび後方滑り
股関節、肩関節、または他の関節 運動の範囲の全体における関節弛緩
股関節、肩関節、または他の関節 例えば寛骨臼および大腿骨頭あるいは関節窩および上腕骨頭など、少なくとも1つ以上の関節面における接触圧または接触力
股関節、肩関節、または他の関節 少なくとも1つまたは複数の関節面またはインプラント部品に関して少なくとも1つまたは複数の骨の切断またはインプラントの骨対向面において測定されるインプラントの骨対向面と、随意によるセメント界面と、隣接する骨または骨髄との間の力
股関節、肩関節、または他の関節 例えば撮像検査を使用して推定または導出される例えば横靱帯、関節上腕靱帯、関節包などの靱帯位置
股関節、肩関節、または他の関節 随意により仮想環境において模擬される種々の位置または運動における例えば種々の屈曲角、伸展角、回転角、外転角、内転角についての靱帯張力、歪み、せん断力、破断力推定値、荷重
股関節、肩関節、または他の関節 例えば高屈曲、高伸展、内旋または外旋、外転または内転、あるいは挙上、もしくはこれらの任意の組み合わせ、または他の角度/位置/運動における他の関節構造へのインプラントの衝突の可能性
・冠状面における関節に面した外面インプラント形状の変更
・矢状面における関節に面した外面インプラント形状の変更
・軸面における関節に面した外面インプラント形状の変更
・複数の平面または三次元における関節に面した外面インプラント形状の変更
・冠状面における骨に面した内面インプラント形状の変更
・矢状面における骨に面した内面インプラント形状の変更
・軸面における骨に面した内面インプラント形状の変更
・複数の平面または三次元における骨に面した内面インプラント形状の変更
・冠状面におけるインプラント形状の外周の変更
・矢状面におけるインプラント形状の外周の変更
・軸面におけるインプラント形状の外周の変更
・複数の平面または三次元におけるインプラント形状の外周の変更
・冠状面におけるインプラントのノッチ形状の変更
・矢状面におけるインプラントのノッチ形状の変更
・軸面におけるインプラントのノッチ形状の変更
・複数の平面または三次元におけるインプラントのノッチ形状の変更
・例えば切断の深さ、切断の向き、に関する1つ以上の骨の切断の変更
代案としては、脛骨の個々の関節運動の表面の一方の顆および/または両方の顆の置換/表面整形に対応するために、部位Bおよび/またはDの切除が実行される。本明細書に記載の種々の実施形態において、脛骨表面の準備は、例えばB、D、ならびにCの一部分または全部分など、脛骨の複数の領域からの材料の除去を含むことができる。所望であれば、種々の脛骨切除の深さは、さまざまであってよく、図に示されている深さ(すなわち、A、B、C、および/またはD)と比べて小さい深さ、同じ深さ、または大きい深さを含むことができる。さらに、切除の深さおよび/または形が、本明細書において説明されるように、脛骨の各部で異なってもよい。
したがって、種々の実施形態において、脛骨トレイの外周および/または他の特徴の設計は、少なくとも部分的に、個々の患者の身体構造に依存することができる。
この手法は、例えば膝、腰、または肩などの任意の関節の任意のインプラント部品の特徴に適用できる。
所望であれば、この工程は、少なくとも部分的に、手術の現場において実行すべき骨の切除の設計の特定において外科医を補助することもでき、患者の切除された骨表面に実質的にネガとして一致するインプラント部品の骨に面する表面の設計も特定する。 この方法でインプラントの形状を最適化することによって、正常またはほぼ正常な運動学を規定することが可能である。さらに、これらに限られるわけではないが、前部ノッチング、ノッチの衝突、大きな曲げでの後部大腿骨部品の衝突、および既存のインプラントの設計に関する他の厄介事などのインプラントの厄介事を含むインプラント関連の厄介事を回避することができる。同様の重要な厄介事を、脛骨部品についても同様に避けることができる。例えば、伝統的な膝インプラントの大腿骨部品の特定の設計が、大腿骨インプラント部品の末端および/または後部の顆の厚さを変え、あるいは大腿骨インプラント部品の後部の顆の高さを変えることによって、大きな曲げにおける伝統的な膝インプラントに関する限界に対処するために試みられている。そのような伝統的なインプラントは、1つのサイズをすべてに適合させる手法に従うため、インプラントの設計のうちのわずかに1つまたは2つの態様の変更に限られる。しかしながら、本明細書に記載の設計手法においては、インプラント部品の種々の特徴を、大きな曲げ運動に関係する問題を含む多数の問題に対処するように個人に合わせて設計することができる。例えば、本明細書に記載のとおりの設計は、インプラント部品の骨に面する表面(例えば、骨の切断の数、角度、および向き)、関節に面する表面(例えば、表面の輪郭および曲率)、および他の特徴(例えば、インプラントの高さ、幅、および他の特徴)を、大きな曲げにおける問題および他の問題に対処するように変更することができる。
さらに、中央のストッパ800が、随意により、切断ツールが脛骨の全幅を横切って前進することを防止することによって、すでに説明したように脛骨の隆起した中央領域の生成および維持を容易にする。
これに代え、あるいはこれに加えて、工学的に設計された脛骨インプラント部品を、少なくとも部分的に、対応する大腿骨インプラント部品の係合する関節対向面に関する最適な適合具合を患者に提供するように、設計および/または選択ですることがきる。
脛骨の傾斜の典型的な設計
内側のインプラントの傾斜 外側のインプラントの傾斜
内側プラトーを患者に合わせる 外側プラトーを患者に合わせる
内側プラトーを患者に合わせる 内側プラトーを患者に合わせる
外側プラトーを患者に合わせる 外側プラトーを患者に合わせる
内側プラトーを患者に合わせる 患者に合わせない(例えば、あらかじめ設定され、固定され、あるいは術中に調節される)
外側プラトーを患者に合わせる 患者に合わせない(例えば、あらかじめ設定され、固定され、あるいは術中に調節される)
患者に合わせない(例えば、あらかじめ設定され、固定され、あるいは術中に調節される) 外側プラトーを患者に合わせる
患者に合わせない(例えば、あらかじめ設定され、固定され、あるいは術中に調節される) 内側プラトーを患者に合わせる
患者に合わせない(例えば、あらかじめ設定され、固定され、あるいは術中に調節される) 患者に合わせない(例えば、あらかじめ設定され、固定され、あるいは術中に調節される)
代案として、外側インサートを内側顆に合致させることもでき、あるいは内側インサートの形状を外側顆と合致させることもできる。これらの組み合わせは、金属の裏打ちを備えるシングルおよびデュアルインサートシステムで可能である。当業者であれば、これらの合致を、すべてがポリエチレンの脛骨部品を使用するインプラントにも適用でき、すなわちすべてがポリエチレンの脛骨部品の半径を、同様の方法で大腿骨の半径に適合させることができることを、理解できるであろう。
種々の実施形態において、脛骨インプラントの表面の形態を、1つ以上の大腿骨の形状に合わせて選択し、1つ以上の大腿骨の形状に合わせて調整し、あるいは1つ以上の大腿骨の形状に合致させることができる。例えば、内側の皿またはトラフの最下点から外側の皿またはトラフの最下点までの距離を、例えば顆間距離または顆間ノッチの幅などの大腿骨の形状から選択でき、そのような大腿骨の形状から導出でき、あるいはそのような大腿骨の形状に合致させることができる。この方法で、脛骨部品を大腿骨の形状に適合させることができ、大腿骨ベアリング面の最下点が、得られる脛骨ベアリグ面の最下点と対をなすことを、保証することができる。例えば、典型的な大腿骨の形状を決定または導出でき、次いで合致する脛骨インプラント形状および表面形状あるいは適切な脛骨インプラント形状および表面形状を、大腿骨の形状(すなわち、大腿骨の矢状面および/または冠状面における解剖学的、生体力学的、または運動学的特徴)から導出することができ、あるいは大腿骨の形状の脛骨の形状との組み合わせから導出することができる。そのような組み合わせの場合には、所望の補正を達成する一方で、関節の個々の部分の各々の種々の構造的、生体力学的、および/または運動学的な特徴および/または制限に対応するハイブリッドインプラントを生み出すために、脛骨および大腿骨の解剖学的、または生体力学的、または運動学的特徴の重みを付けた組み合わせにもとづいて、脛骨インプラントの形状を最適化することが望ましいかもしれない。同様の方法で、膝(すなわち、膝蓋骨、大腿骨、および脛骨)、肘(上腕骨、橈骨、および尺骨)、手首(上腕骨、尺骨、および手根骨)、および足首(腓骨、脛骨、距骨、および踵骨)などの3つ以上の部品支持構造を有する多数複合関節インプラントをモデル化し、自然の関節の2つ以上の対をなす表面および下方の支持構造の特徴を取り入れてモデル化され、導出され、製造された部品で修復/置換することができる。
一実施形態においては、CNC機械が、ポリエチレンベアリング表面を通る矢状掃引平面であって、大腿骨の矢状面曲率の少なくとも一部に対応する矢状掃引平面を有することができる。カッターツールの冠状面半径を、大腿骨の冠状面曲率の少なくとも一部に合致させ、あるいは大腿骨の冠状面曲率の少なくとも一部から導出することができ、あるいはカッターツールの冠状面半径が、大腿骨の曲率に適用される比または他の数学関数であってよい。大腿骨の冠状面曲率が顆に沿って変化してよく、異なる場所においてより小さい半径およびより大きい半径を可能にできることに、注意すべきである。これらの半径は、患者固有であってよく、あるいは患者ごとに設計されてよい。例えば、2つ以上の設計された半径を、ただ1つの大腿顆に2つ以上の位置で適用することができ、そのような半径は、第2の顆に関して同じでも、違ってもよい。
・矢状面における凸面の曲率。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・冠状面における凸面の曲率。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・矢状面における凹面の曲率。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・冠状面における凹面の曲率。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・ただ1つの矢状面曲率半径。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・複数の矢状面曲率半径。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・ただ1つの冠状面曲率半径。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・複数の冠状面曲率半径。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・皿の深さ。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・皿の深さ。随意により、無傷の前および/または後十字靱帯の有無に合わせて調整される。
・皿の位置。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・皿のAP長さ。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・皿のML幅。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・溝の深さ。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・溝の深さ。随意により、無傷の前および/または後十字靱帯の有無に合わせて調整される。
・溝の位置。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・溝のAP長さ。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・溝のML幅。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・溝の曲率。随意により、例えば脛骨または大腿骨の幾何学形状にもとづいて患者から導出され、あるいは患者に合わせられる。
・ポリエチレン製の1ピース型脛骨インサート。例えば、ただ1つの金属裏打ち部品を有する。
・他の材料からなる1ピース型脛骨インサート。例えば、ただ1つの金属裏打ち部品を有する。
・ポリエチレン製の2ピース型脛骨インサート。例えば、ただ1つの金属裏打ち部品を有する。
・他の材料からなる2ピース型脛骨インサート。例えば、ただ1つの金属裏打ち部品を有する。
・全ポリエチレン製の1ピース型脛骨インプラント。
・全ポリエチレン製の2ピース型脛骨インプラント。例えば内側および外側。
・金属製の1ピース型脛骨インプラント(例えば、金属上に金属またはセラミック上に金属)。
・金属製の2ピース型脛骨インプラント。例えば、内側および外側(例えば、金属上に金属またはセラミック上に金属)。
・セラミック製の1ピース型脛骨インプラント。
・セラミック製の2ピース型脛骨インプラント。例えば、内側および外側。
言及による援用
均等物
Claims (10)
- 患者の脛骨の近位面上に位置決めするための脛骨インプラントであって、
下面と、上面と、前記下面と前記上面との間を延びる外周縁と、
患者の膝関節の1つ以上の解剖学的構造物を受け入れるように寸法および形状付けられたノッチと、
前記下面と前記上面との間を延びるノッチ縁と
を備え、
前記外周縁の少なくとも一部分は、脛骨トレイが前記近位面上に位置決めされたときに少なくとも当該近位面の外周の対応する部分に実質的に一致するように構成されている、脛骨インプラント。 - 患者の膝関節の脛骨の手術に使用される外科ツールであって、
実質的に脛骨の前面の対応する部分のネガ形状である少なくとも一部分を有する患者固有の表面を有しているブロックと、
切断または穿孔ツールを受け入れるように構成され、前記患者固有の表面が脛骨の前面の前記対応する部分に対して配置されて整列させられたときに、脛骨の近位端の少なくとも一部分を通って延びる切断または穿孔の軌跡を定めるように、前記患者固有の表面に対して所定の位置および向きを有しているガイドと、
前記切断または穿孔ツールが前記切断または穿孔の軌跡に沿って患者の膝関節の1つ以上の解剖学的構造物へと進むことを防止するように構成されたストッパと、
を備えた外科ツール。 - 患者の膝関節の脛骨のための脛骨インプラントを製作する方法であって、
膝関節の脛骨の少なくとも一部分を含む膝関節の画像データを取得するステップと、
前記画像データに少なくとも部分的にもとづいて、脛骨の模擬切断面の外周を導出するステップと、
前記画像データに少なくとも部分的にもとづいて、患者の膝関節の1つ以上の解剖学的構造物の位置および/またはサイズに関する情報を導出するステップと、
前記導出された外周よりも大きい外周を有し、かつ前記1つ以上の解剖学的構造物の位置および/またはサイズを受け入れることができるノッチを有するあらかじめ製造されたブランクを選択するステップと、
前記導出された外周に少なくとも部分的にもとづいて、前記選択されたあらかじめ製造されたブランクの外周を調整するステップと、
を備えた方法。 - 患者の膝関節の脛骨の手術に使用される外科ツールを製作する方法であって、
膝関節の脛骨の少なくとも一部分を含む膝関節の画像データを取得するステップと、
前記画像データに少なくとも部分的にもとづいて、脛骨の前面の少なくとも一部分の形状を導出するステップと、
前記画像データに少なくとも部分的にもとづいて、患者の膝関節の1つ以上の解剖学的構造物の位置および/またはサイズに関する情報を導出するステップと、
実質的に脛骨の前面の少なくとも一部分の形状のネガである少なくとも一部分を有する患者固有の表面を有しているブロックと、
切断または穿孔ツールを受け入れるように構成され、前記患者固有の表面が脛骨の前面の前記少なくとも一部分に対して配置されて整列させられたときに、脛骨の近位端の少なくとも一部分を通って延びる切断または穿孔の軌跡を定めるように、前記患者固有の表面に対して所定の位置および向きを有しているガイドと、
前記切断または穿孔ツールが前記切断または穿孔の軌跡に沿って患者の膝関節の1つ以上の解剖学的構造物へと進むことを防止するように構成されたストッパと
を含むように外科ツールを設計するステップと、
を備えた方法。 - 患者の膝関節の前記1つ以上の解剖学的構造物が、後十字靱帯(PCL)、前十字靱帯(ACL)、内側顆間結節、外側顆間結節、PCL付着位置、ACL付着位置、PCLを支持する構造物、ACLを支持する構造物、およびこれらの組み合わせから構成される解剖学的構造物のグループから選択される、請求項1に記載のインプラント、請求項2に記載の外科ツール、請求項3に記載の方法、または請求項4に記載の方法。
- 前記脛骨インプラントは非対称である、請求項1に記載の脛骨インプラント。
- 内側部分と、外側部分と、前記内側部分と前記外側部分との間に位置するブリッジ部分と、をさらに備え、
前記ノッチは、前記内側部分と前記外側部分との間に位置決めされるとともに、前記ブリッジ部分の後方に位置決めされ、
前記ブリッジ部分は、前記1つ以上の解剖学的構造物のサイズおよび/または位置に関する患者固有の情報に少なくとも部分的にもとづく前記外周縁から前記ノッチまでの幅を有する、請求項1に記載の脛骨インプラント。 - 前記ノッチ縁の少なくとも一部分は、計画された外科ウインドウに少なくとも部分的にもとづいて矢状面に対して斜めに構成される、請求項1に記載の脛骨インプラント。
- 切断または穿孔ツールを受け入れるように構成され、前記患者固有の表面が脛骨の前面の前記対応する部分に対して配置されて整列させられたときに、脛骨の近位端の内側部分を通って後方へと延びる切断または穿孔の軌跡を定めるように、前記患者固有の表面に対して所定の位置および向きを有している第1のガイドと、
切断または穿孔ツールを受け入れるように構成され、前記患者固有の表面が脛骨の前面の前記対応する部分に対して配置されて整列させられたときに、脛骨の近位端の外側部分を通って後方へと延びる切断または穿孔の軌跡を定めるように、前記患者固有の表面に対して所定の位置および向きを有している第2のガイドと、
切断または穿孔ツールを受け入れるように構成され、前記患者固有の表面が脛骨の前面の前記対応する部分に対して配置されて整列させられたときに、脛骨の近位端の前記外側部分と前記内側部分との間に位置する一部分を通って後方へと延びる切断または穿孔の軌跡を定めるように、前記患者固有の表面に対して所定の位置および向きを有している第3のガイドと、
を備えた請求項2に記載の外科ツール。 - 大腿骨、脛骨、ACL、およびPCLを含む患者の病んだ膝関節または傷んだ膝関節を処置するためのシステムであって、
請求項1に記載の脛骨インプラントと、
患者に適合された大腿骨インプラントと、
を備え、
前記大腿骨インプラントは、前記ACLおよび/またはPCLを受け入れるための患者固有の情報に少なくとも部分的にもとづいて寸法および形状付けられた顆間ノッチを有している、システム。
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