JP2015533608A - 大腿膝インプラントシステム用大腿骨コンポーネント - Google Patents

Abstract

【課題】大腿骨コンポーネント、脛骨ベアリングコンポーネント、および脛骨プラットフォームコンポーネントを含む大腿膝置換補綴物が開示される。【解決手段】大腿骨コンポーネントは、近位内側面に隣接する近位外側面を有し且つ膝蓋骨溝によって分離される前顆、遠位顆内側面に隣接する遠位外側面、および内後側顆に平行な外後側顆を含む。遠位顆外側面および内側面は近位外側面および内側面の下側にあり、外後側および内後側顆は遠位顆外側面および内側面から後方に延びる。脛骨ベアリングコンポーネントは、大腿骨コンポーネントおよび遠位側に結合するための近位側を含む。脛骨プラットフォームコンポーネントは、脛骨ベアリングコンポーネントを受容するための開口を有する近位側、および脛骨内に固定されるように適合されるポストを有する遠位側を含む。【選択図】図２２

Description

本発明は、膝関節全置換術（ｔｏｔａｌ ｋｎｅｅ ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ）のための装置、システムおよび方法に関する。本発明は、可動式ベアリング技術を備えた大腿膝置換補綴物を含む。

従来の膝関節置換補綴物は、西洋の生活様式に基づくものであり、日常の生活様式で活動性が制限された高齢患者への移植のために製造されるので、すべての患者に適したものではない。世界各国での健康管理が向上することにより、人々はより長生きしており、様々な民族は多様な生活様式と多様な膝関節解剖学を有する。その結果、整形外科医は、痛みを伴う膝関節の退行性変化に対してより若い患者に移植を行っており、これらの患者は、旧式のインプラントによって与えられる制限された運動の範囲で自分の生活様式を喜んで犠牲にしようとしない。制限された運動の範囲は、膝関節置換補綴物技術における現在の争点である。

整形外科医が、痛みを伴う関節炎にかかった膝関節に対して膝関節全置換術を行うことを検討する場合、その主目的は痛みのない歩行を可能にすることである。しかし、階段のぼり、椅子からの立ち上がり、うずくまる能力、および跪きなどの普通の生活の残り機能は、手術後の運動範囲の制限により容易に達成されない。

現在、手術後に膝関節の屈曲の増進のために採用される膝関節置換設計は、カム−ポスト（ｃａｍ−ｐｏｓｔ）または後方安定化スタイルのベアリングインサートを使用する。このような類型の設計は、望ましくない結果、例えば、大腿骨コンポーネントの過度な摩耗または弛緩を誘発した。このような望ましくない結果は、中間にあるポストと膝関節の後方領域との相互作用に起因する。また、カム−ポストインプラントは、ロールバック（ｒｏｌｌ ｂａｃｋ）を行うことができないため、膝関節の自然な運動を許容しない。市販の多くの大腿骨インプラントは、より長く、より薄い後顆（ｃｏｎｄｙｌｅ）を有する。より長く、より薄い後顆は、最後側顆の先端部と脛骨（ｔｉｂｉａｌ）ベアリングコンポーネントとの衝突により、９０°を超える屈曲の際に膝関節の前方コンパートメント（ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）の上昇が発生する。また、現在使用可能なインプラント設計は、最も好ましい解剖学的な位置および方向に膝蓋骨が配置できないので、これがまた屈曲を抑制する。

本発明は、運動の範囲の増加によって手術後の機能性を向上させる継続的な要求に対処することができる、新規の改善された大腿膝インプラントを提供することを目的とする。

一様態において、本発明は、大腿骨コンポーネント、脛骨ベアリングコンポーネント、および脛骨プラットフォームコンポーネントを含む大腿膝置換補綴物が提供される。大腿骨コンポーネントは、膝蓋骨溝によって分離される近位内側面に隣接する近位外側面を有する前顆を含む。大腿骨コンポーネントは、また、前顆の近位外側面の下側の遠位顆外側面、および前顆の近位内側面の下側の遠位顆内側面を含み、ここで、遠位顆内側面は遠位顆外側面に隣接している。大腿顆は、遠位顆外側面から後方へ延びる外後側顆、および遠位顆の内側面から後方へ延びる内後側顆をさらに含み、ここで、外後側顆は内後側顆に平行である。脛骨ベアリングコンポーネントは、大腿骨コンポーネントに結合するための、そしてステム（ｓｔｅｍ）を備える遠位側に結合するための近位側を含む。脛骨プラットフォームコンポーネントは、脛骨ベアリングコンポーネントを受容するための開口を有する近位側、および脛骨に固定されるように適合されるポストを有する遠位側を含む。

別の態様において、本発明は、前側平面、後側平面、遠位平面、前側−遠位平面、後側−遠位平面、および遠位平面に固定される少なくとも一つのポストを含む大腿骨インプラントが提供される。前側平面は、近位外側面および近位内側面を備える前顆に対向する。後側平面は、前側平面に平行であり且つ後顆に対向する。遠位平面は、遠位顆に対向し、約１５°の角度で前側平面と後側平面とを連結する垂直線を形成するように遠位で角度をなす。前側−遠位平面は、前顆および遠位顆に対向し、前側平面の遠位端部と遠位平面の前側端部とを連結する。後側−遠位平面は、遠位顆および後顆に対向し、遠位平面の後側端部と後側平面の遠位端部とを連結する。

本発明の様々な実施形態は、本発明の人工膝関節インプラント補綴物を用いて、痛みを伴う変形膝関節の関節を置換する。本発明は、正常機能である最大約１６０度の膝関節の完全屈曲を回復し、痛みを除去し、人の一生の間の耐久力を有する。しかも、本発明は、患者が自分の日常的な活動に復帰できるように、ほぼ正常な機能を達成するように設計される。

本発明のこのような目的およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に関連して説明された以下の本発明の様々な態様の詳細な説明から容易に理解できるだろう。

本明細書に含まれて本明細書の一部を構成する添付図面は本発明の実施形態を説明するものであって、これは本明細書の詳細な説明と共に本発明の原理を説明する役割をする。図面は好適な実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を制限するものと解釈されてはならない。
本発明の一様態による、内側から膝蓋骨を省略した大腿膝補綴物を示す前面斜視図である。 本発明の一様態による、外後側から図１の大腿膝補綴物を示す分解図である。 本発明の一様態による、図１の大腿膝補綴物の大腿骨コンポーネントを示す下面図である。 本発明の一様態による、図１の大腿膝補綴物の大腿骨コンポーネントを示す前面図である。 本発明の一様態による、図１の大腿膝補綴物の脛骨コンポーネントの脛骨ベアリングコンポーネントを示す平面図である。 本発明の一様態による、図５の脛骨ベアリングコンポーネントを示す前面図である。 本発明の一様態による、図５の脛骨ベアリングコンポーネントを示す側面図である。 本発明の一様態による、図５の脛骨ベアリングコンポーネントを示す下面図である。 本発明の一様態による、図５の脛骨ベアリングコンポーネントを示す等角図である。 本発明の一様態による、図１の大腿膝補綴物の脛骨トレーコンポーネントを示す平面図である。 本発明の一様態による、図１０の脛骨トレーコンポーネントを示す側面図である。 本発明の一様態による、図１０の脛骨トレーコンポーネントを示す前面図である。 本発明の一様態による、図１の大腿膝補綴物の大腿骨コンポーネントを示す外側面図である。 本発明の一様態による、３つの円形域の角度を描写する図１３の大腿骨コンポーネントの外側面図である。 本発明の一様態による、内後側顆の表面の中間点を描写する図１３の大腿骨コンポーネントの外側面図である。 本発明の一様態による、本発明の後顆の半径を描写する図１３および図１４の大腿骨コンポーネントの後顆の外側面図である。 本発明の一様態による、組み立てられた図１の大腿膝補綴物を示す外側面図である。 本発明の一様態による、６０°の屈曲状態の図１の組み立てられた大腿膝補綴物を示す外側面図である。 本発明の一様態による、９０°の屈曲状態の図１の組み立てられた大腿膝補綴物を示す外側面図である。 本発明の一様態による、１３０°の屈曲状態の図１の組み立てられた大腿膝補綴物を示す外側面図である。 本発明の一様態による、１２０°、１３０°、および１４０°の屈曲状態の図１の組み立てられた大腿膝補綴物を示す外側面図である。 本発明の一様態による、１６０°の屈曲状態の図１の組み立てられた大腿膝補綴物を示す外側面図である。

本出願において、近位、遠位、前側、後側、内側、外側、上側および下側という単語は、骨またはこれに結合する補綴物の特定の部分または一部、または天然骨の相対的な配置による基準の方向用語を示すためのそれの標準的な使用によって定義される。例えば、「近位」は胴体に最も近い骨または補綴物の部分を意味し、「遠位」は胴体から最も遠い骨または補綴物の部分を示す。用語の方向的用法の一例として、「前側」は身体の前方側を向く方向を意味し、「後側」は身体の後方側を向く方向を意味し、「内側」は身体の正中線を向く方向を意味し、「外側」は身体の正中線の側面または正中線から遠くなる方向を意味する。また、用語の方向的用法の一例として、「上側」は身体の上部または頭部を向く方向を意味し、そして「下側」は身体の底部または足を向く方向を意味する。このような用語はインプラントの配向および膝関節の正常生体構造の説明で十分に理解される。

さらに、本明細書に開示される発明の装置、方法、態様、コンポーネント、特徴部などは、簡潔性の目的のために身体の一側面について説明される。ところが、人体は、対称線（正中線）を中心に、比較的に対称または鏡面対称を成しているので、本明細書で説明および／または例示される発明の装置、方法、およびその態様、コンポーネント、特徴部などは、本発明の思想および範囲から逸脱しない限り、同一または類似の目的のために身体の他の側面との使用または関連性のために変化、変更、改造、再構成または改変できるということがここで明示的に考慮される。

図面を参照すると、同じ参照番号が、全図面にわたって同一または類似のコンポーネントを示すために使用される。特に、図１および図２を参照すると、例示的実施形態の大腿膝補綴物１０が示されている。用語「大腿膝補綴物」、「移植された膝関節」、「インプラント」、「大腿骨−脛骨のインプラント」および「過屈曲インプラント」は、区別なく使用され、損傷した膝関節の置換のための装置を指し示す。図１に最もよく見られるように、大腿膝補綴物１０が組み立てられ、前側−内側図として示されている。大腿膝補綴物１０は、大腿骨コンポーネント１００、脛骨ベアリングコンポーネント２００、および脛骨プラットフォーム３００を含む。大腿骨コンポーネント１００は脛骨ベアリングコンポーネント２００の近位側上に着座し、脛骨ベアリングコンポーネント２００の遠位側は脛骨プラットフォーム３００の近位表面上に着座する。大腿膝補綴物１０の分解図は、図２に示されており、外側上方視から本実施形態の大腿骨コンポーネント１００、脛骨ベアリングコンポーネント２００、および脛骨プラットフォーム３００を示す。

大腿骨コンポーネント１００は、大腿骨の遠位端部に固定されるように適合される。大腿骨コンポーネント１００は、遠位顆１０４に連結される前顆または節骨（ｐｈａｌａｎｇｅ）１０２を含み、遠位顆１０４は後顆１０６に連結される。前顆１０２は、近位内側面１１０に隣接する近位外側面１０８、および膝蓋骨を受容するように外側面１０８と内側面１１０との間に位置する膝蓋骨溝１１２を含む。膝蓋骨溝１１２は、遠位内側面１１６に隣接する遠位外側面１１４を含む遠位顆１０４内へ連なる。ここで、膝蓋骨溝１１２は、遠位外側面１１４と遠位内側面１１６との間で延びる。後顆１０６は、内後側顆１２０に平行な外後側顆１１８、および外後側顆１１８と内後側顆１２０との間の顆間（ｉｎｔｅｒｃｏｎｄｙｌａｒ）開口１２２を含む。遠位外側面１１４および遠位内側面１１６の内面それぞれは、患者の大腿骨に対する大腿骨コンポーネント１００の付着または固着のためのステムまたはポスト１２４を含む。

ここで、図１および図２に継続的に関連する図３、図４および図１３を参照すると、近位外側面１０８は、大腿骨の露出した骨切り面を遮蔽するために、近位内側面１１０よりも近位方向にさらに延びる。近位内側面１１０は、近位外側面１０８よりも約３０パーセント（３０％）短い。ここで、近位内側面１１０は、約４１〜５２ｍｍの範囲の近位から遠位までの寸法または遠位顆１０４の下側面から近位内側面１１０の上端部までの高さを持つことができ、近位外側面１０８は、約４４〜６２ｍｍの範囲の近位から遠位までの寸法または遠位顆１０４の下側面から近位外側面１０８の上端部までの高さを持つことができる。また、近位外側面１０８の内面１２８は、約２９〜３９ｍｍの範囲の高さを持つ前顆１０２の前側平面１６４を、一方、約２０〜２９ｍｍの範囲の高さを持つ前顆１０２の近位内側面１１０の前側平面１６４を有することができる。本発明において、近位外側面１０８は、鋭角の膝関節の屈曲中に膝蓋骨が移動するときに膝蓋骨コンポーネントの安定性を提供するために、近位内側面１１０よりも厚いことがある。近位外側面１０８は約７〜１２ｍｍの範囲の前側−後側寸法または厚さを持つことができ、近位内側面１１０は約４〜５ｍｍの範囲の前側−後側寸法または厚さを持つことができる。前側−後側方向に近位内側面１１０に対する近位外側面１０８の厚さを約２〜７ｍｍだけ増加させることにより、膝蓋骨溝１１２は、膝関節が屈曲するときに膝蓋骨の沈下（ｓｉｎｋｉｎｇ）を受容するために縦方向に深くなる。この膝蓋骨溝１１２は膝関節の屈曲を増進させることができる。

膝蓋骨溝１１２は、概ね膝蓋骨インプラントと整合する約６°の角度αを持つことができる。また、角度αは、解剖学的膝蓋骨溝を模倣するために、遠位大腿骨の中心角度に対して外側に６°指向できる。前顆間区１３２で前節骨１０２の内側−外側寸法または幅は約３８〜５４ｍｍの範囲でありうる。前顆間区１３２の幅は、前十字靭帯および後十字靭帯が大腿骨の内面に付着する位置に相当する位置にある大腿骨コンポーネント１００の外面上で測定される。ここで、図１３を参照すると、前節骨１０２の近位外側面１０８は、また、前顆間幅が測定される地点から前節骨１０２の近位外側面１０８の上端部までの約２９〜３９ｍｍの範囲でありうる近位−遠位寸法または高さを含むことができる。また、前節骨１０２の近位内側面１１０は、前顆間幅が測定される地点から近位内側面１１０の上端部までの約２０〜２９ｍｍの範囲の近位−遠位寸法または高さを含むことができる。図４に示すように、前節骨１０２は、また、基準線１３４から取られる約２９〜４１ｍｍの範囲である内側−外側寸法または幅を含むことができる。

図３および図４に示すように、２つの遠位顆１０４の遠位外側顆１１４および遠位内側顆１１６は、脛骨ベアリングコンポーネント２００に接触する大腿骨コンポーネント１００のためのそれぞれの第１ベアリング表面および第２ベアリング表面である。遠位外側顆１１４および遠位内側顆１１６は、膝蓋骨溝１１２の遠位部分および顆間部分１２６によって連結される。図１３に示すように、遠位顆１０４は、前節骨１０２の外面から２つの後顆１１８、１２０までの約５２〜８４ｍｍの範囲の前側−後側外部長さを持つことができる。また、遠位顆１０４は、概ね約３５〜５５ｍｍの範囲である前節骨１０２の内面から２つの後顆１１８、１２０の内面まで測定される前側−後側内部長さを持つことができる。遠位顆１０４は約９ｍｍの近位−遠位厚さを持つことができる。

図３および図４に示すように、経上顆軸線（ｔｒａｎｓｅｐｉｃｏｎｄｙｌａｒ ａｘｉｓ）１３６に沿った２つの後顆１０６の内側−外側寸法または幅は、約５８〜７６ｍｍの範囲でありうる。外後側顆１１８は、顆間開口１２２を形成する内後側顆１２０から離隔でき、約１６〜２４ｍｍの範囲の内側−外側寸法または幅を持つことができる。外後側顆１１８および内後側顆１２０は、図１３に示すように、約３６〜４２ｍｍの範囲である線１４２に沿って後顆１０６の先端部１４０から遠位顆１０４の外面までの近位−遠位寸法または高さを持つことができる。外後側顆１１８および内後側顆１２０は、線１４２に沿った中間点１４６で線１４２に対して垂直に測定される前側−後側厚さを持つことができ、この厚さは約１０〜１７ｍｍの範囲でありうる。図１３および図１４に示すように、中間点１４６は、外後側顆１１８または内後側顆１２０の先端部１４０から遠位顆１０４の湾曲した外面上のその直線の延長部まで引いた線を二等分することにより定義される。本発明の大腿膝補綴物１０は、後顆１０６の中間点１４６の厚さを増加させることにより屈曲が増加する。

図１、図２および図１３に示すように、前側−後側ボックス（ｂｏｘ）は、前顆、遠位顆、および後顆に対向する大腿骨コンポーネント１００の内面上に形成される。前側−後側ボックスは、５つの平面、すなわち前側表面１６４、前側−遠位表面１６６、遠位表面１６８、後側−遠位表面１７０、および後側表面１４４を含む。前側平面１６４は、前顆１０２に対向することにより、約７ｍｍ〜１２ｍｍの近位外側面１０８の厚さおよび約４ｍｍ〜５ｍｍの近位内側面１１０の厚さを形成する。前側平面１６４は、約２９ｍｍ〜３９ｍｍの範囲の近位外側面１０８上の高さ、および約２０ｍｍ〜２９ｍｍの範囲の近位内側面１１０上の高さを持つ。遠位平面１６８は、遠位顆１０４に対向することにより、約９ｍｍの遠位顆の厚さを形成する。前側−遠位平面１６６は、前顆１０２および遠位顆１０４に対向し、前側平面１６４の遠位端部と遠位平面１６８の前側端部を連結する。後側平面１４４は、後顆１０６に対向することにより、約１０ｍｍ〜１７ｍｍの範囲の外後側顆１１８および内後側顆１２０の厚さを形成する。後側平面１４４は、約１４〜２０ｍｍの範囲の外後側顆１１８および内後側顆１２０の近位−遠位寸法または高さを持つ。後側−遠位平面１７０は、遠位顆１０４および後顆１０６の両者ともに対向し、遠位平面１６８の後側端部と後側平面１４４の遠位端部を連結する。前側平面１６４と後側平面１４４の間の長さは約３５ｍｍ〜５５ｍｍの範囲である。また、遠位平面１６８は、約１５°の角度θで前側平面１６４と後側平面１４４を連結する垂直線から遠位で角度をなすことができる。

図１、図２および図５〜図９に示すように、脛骨ベアリングコンポーネント２００は、近位側２０２および遠位側２０４を含む。脛骨ベアリングコンポーネント２００は、例えば、ＵＨＭＷＰＥのような生体適合性ベアリング材料から構成できる。脛骨ベアリングコンポーネント２００は、大腿骨コンポーネント１００が、本質的に可動性および回転性を持つ脛骨ベアリングコンポーネント２００に関節接合されることを可能にする形状を有する。近位側２０２は、内側陥没部２０８に平行な外側陥没部２０６、および外側陥没部２０６と内側陥没部２０８との間の中心隆起部２１０を含む。外側陥没部２０６および内側陥没部２０８は、遠位顆１０４の凸状のベアリング外面および大腿骨コンポーネント１００の後顆１０６を受容するための形状の深い陥凹面である。外側陥没部２０６および内側陥没部２０８の対応する凹形状は大腿骨コンポーネント１００と脛骨ベアリングコンポーネント２００との接触面積を最大化する。また、遠位顆１０４および後顆１０６と脛骨ベアリングコンポーネント２００との間に大きな接触面積を維持することにより、インプラント１０の可動式ベアリング設計は、伸展および屈曲状態で脛骨ベアリングコンポーネント２００の自然な回転を提供することができる。中心隆起部２１０は、移植された補綴物１０の内側揺動（ｒｏｃｋｉｎｇ）および外側揺動を防止し、かつ増加した接触面積を提供するために、脛骨ベアリングコンポーネント２００の更なる安定化を提供する。中心隆起部２１０の前面は前方溝２１２を含み、中心隆起部２１０の後面は後方溝２１４を含む。前方溝２１２は、激しい屈曲状態で膝蓋骨の任意の過度な接触を防止するための形状を有する。後方溝２１４は、維持された後十字靭帯（ＰＣＬ）を受容するための形状を有する。脛骨ベアリングコンポーネント２００の遠位側２０４は、概ね平面であり、概ね平面から遠位方向に延びるステム２１６を含む。

図１、図２および図１０〜図１２に示すように、脛骨プラットフォームまたはトレー（ｔｒａｙ）３００は近位側３０２および遠位側３０４を含む。近位側３０２は、脛骨ベアリングコンポーネント２００の回転を許容する概ね平面を持つ。また、近位側３０２は、内側−外側方向に概ね中心に位置する開口３０６を含む。開口３０６は、ステム２１６が開口３０６内に挿入されたとき、脛骨プラットフォーム３００と脛骨ベアリングコンポーネント２００のステム２１６とが関節接合されることを可能にする。遠位側３０４は、概ね平面を有し、脛骨に固定するためのステム３０８を含む。ステム３０８は、脛骨プラットフォーム３００の概ね中心に位置し、少なくとも一つのピンまたはリブ３１２を含むことができる。図示された実施形態において、少なくとも一つのピンまたはリブ３１２は４つのピンを含む。ところが、ピン３１２は２〜６つが好ましく、４つがさらに好ましい。少なくとも一つのピン３１２は、これが脛骨内に固定された後、脛骨プラットフォーム３００の回転を防止することができる。また、ステム３０８は、膝関節の体重支持活動中に脛骨における任意の過度な揺動を防止および受容することもできる。脛骨プラットフォーム３００の後面は後方溝３１０を含む。後方溝３１０は、脛骨ベアリングコンポーネント２００の後方溝２１４とほぼ同一であり、維持されるＰＣＬを受容するように類似の形状を有する。

大腿骨コンポーネント１００、特に後顆１０６は、移植された膝関節のスピン−アウト（ｓｐｉｎ−ｏｕｔ）を抑制し、例えば、約１６０度までの十分な屈曲を増進させるように構成される。脛骨コンポーネント２００のスピン−アウトは、後顆１０６の増加した厚さを用いて大腿骨を上昇させることにより、屈曲状態で側副靭帯を緊縮（ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ）させることにより防止される。また、後顆１０６は、脛骨ベアリングコンポーネント２００上に大腿骨コンポーネント１００を加圧し、その結果、脛骨コンポーネント２００に対して大腿骨コンポーネント１００を安定化させる。本発明の大腿膝補綴物１０は、より広い後方ギャップを形成することにより十分な屈曲を増進させ、これは、大腿骨コンポーネント１００を自由にロールバックさせることができ、最適の膝蓋骨張力を生成し、移植された膝関節補綴物の十分な屈曲を許容する。

本発明の大腿膝補綴物１０は、適切なロールバックを増進および安定化させることにより、過度な摩耗および後方安定性を減少させるように激しい屈曲でより広いベアリング接触面積を生成することにより、より深い着座および自然に配向される膝蓋腱を可能にすることにより、そして経上顆１３６と前顆間１３２との間に適切な幅を生成することにより、過屈曲のための能力を保障する。これらのすべての因子は、過屈曲（すなわち、１６０度）を達成するための移植された膝関節補綴物の能力に寄与する。大腿膝補綴物１０は、鋭角の屈曲（すなわち、１６０度）状態で後顆１０６を上昇させる。図１６に示すように、膝関節の後方コンパートメントの上昇は、ラウンド加工された端部１４０を有する短縮された近位−遠位高さ１４２および円１６０の前側−後側直径の増加した厚さを含む大腿骨コンポーネント１００を用いて達成される。外後側顆１１８および内後側顆１２０の追加的厚さは、外後側顆１１８と内後側顆１２０との中間点１４６で最大である。この中間点１４６における追加厚さは、後方屈曲ギャップの任意の不安定性を受容するように意図されない。外後側顆１１８および内後側顆１２０と前顆１０２の近位外側面１０８の厚さを増加させることにより、大腿骨コンポーネント１００の全前側−後側長さは、膝関節の過屈曲（すなわち、１６０度）を増加させるとともに許容する。

また、後顆１０６の円１６０の増大した前側−後側直径によって、移植された膝関節１０の後ろ空間は屈曲中に大きく増大することにより、脛骨ベアリングコンポーネント２００の後方リム２１８と外後側および内後側顆１１８、１２０との間の膝関節の後方で衝突することなく、移植された膝関節１０の脛骨ベアリングコンポーネント２００は約１６０度の十分なまたは鋭角の屈曲で屈曲できる。正常な膝関節において、例えば、うずくまるか跪くために膝関節を十分に屈曲させるとき、正常脛骨の後ろ部分は、これがロールバックされるときに大腿骨の後顆の下方にスライドすることにより、膝関節の十分な屈曲を許容する。この大腿骨コンポーネント１００の設計の実施形態は、最大１６０度までの正常膝関節屈曲の生体力学を正確に模倣する。また、後顆１０６の増加した前側−後側直径１６０は、膝蓋骨の適切な整列および引張を許容する。

図１３〜図１５を参照すると、大腿骨コンポーネント１００の側面図が示されている。体内で、アジア人の後顆は典型的に１４〜２０ｍｍの長さを有し、白色人種の後顆は２０ｍｍ超過の長さを有する。後顆１０６の後側平面１４４は、大腿骨インプラント１００の外後側顆１１８および内後側顆１２０の延長部を受容するために約１４〜２０ｍｍの範囲の高さを持つ。外後側顆１１８および内後側顆１２０の前後側曲率は、膝関節が屈曲するときにより小さな単一の回転軸線を有する後側曲率半径１４８の周りで回転するように構成される。後顆１０６のベアリング面の後側半径１４８は約１４〜２０ｍｍの範囲である。

異なる角度で区域の分離を示す大腿骨コンポーネント１００の外側面図は、図１４および図１５に示されている。大腿骨コンポーネント１００は、３つの主要な関節区域に設計された。後側関節区域１５４は、後顆１０６のベアリング表面のための最小曲率の弧（ａｒｃ）を形成する。短縮された且つ厚くなった顆の曲率の弧は、大腿骨コンポーネント１００の最大１６０度までの屈曲を可能にする。後側区域１５４は、約１４〜２０ｍｍの後側半径１４８を有する。遠位関節区域１５６は、最大の曲率半径を有し、遠位顆１０４のベアリング表面として示されている。後側区域１５４は、接触応力を減少させ且つ安定性を増加させるために、凸状の大きな接触面積として構成される。遠位区域１５６は、約３２〜４２ｍｍの遠位半径１５０を有する。最前側関節区域１５８は、前顆１０２の外側を利用する、そして２３〜２９ｍｍの前側半径１５２を有する中間サイズの円を形成する緩やかな曲線である。前側半径１５２によって形成される前側区域１５８は、膝関節の前部分に運動の中心を備える緩やかな曲線を持つ。遠位半径１５０によって形成される遠位区域１５６は、やや後方の中心（いわゆる、瞬間中心）を有し、膝関節の屈曲の開始時に後方運動量を維持する。後側半径１４８により形成される後側区域１５４によって移植された膝関節は、約１６０度に十分近接して屈曲することができる。本発明は、次の様々な利点を含む。（１）脛骨ベアリングコンポーネント２００の後側端部によって鋭角の屈曲（１６０度）で遠位大腿骨の後側コンポーネントの衝突可能性が除去され、（２）脛骨ベアリングコンポーネント２００が正常膝関節の屈曲と同様にスムーズにロールバックすることができ、（３）膝関節を取り囲んでいる軟組織が自然かつスムーズな最大屈曲のために過度な応力なしに十分な屈曲を受容するように脛骨ベアリングコンポーネント２００が正常に回転することができ、（４）膝蓋腱がインプラント１０内に深く着座できるので、より大きな屈曲が可能である。

図１６は膝関節の後顆１０６のプロファイルの輪郭を描写する円１６０を示す。本発明の最後側顆１１８の外面１６２を形成する円１６０は約１４〜２０ｍｍの半径を有する。円１６０は大腿骨コンポーネント１００のための運動の範囲を示す。同様に、後顆１０６の厚さは、約１０〜１７ｍｍの範囲である中間点１４６でさらに厚い。円１６０は、（１）膝関節の屈曲を増進させるためのより小さな単一軸線、（２）自然かつ正常的に容易に膝関節を屈曲させることができるように屈曲を加速させるためのより小さな単一軸線を示し、（３）大腿骨コンポーネント（前後側「ＡＰ」整列）の高さを増加させることにより、前方伸筋（ｅｘｔｅｎｓｏｒ）メカニズムのベクトルの和を増加させ、よって、膝関節の伸展力（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｐｏｗｅｒ）の強度を増加させる。健全な膝関節において、ベクトルは、膝蓋骨靱帯、膝蓋骨および四頭筋構造によって形成される。ベクトルの和は、膝関節の伸展力の実際強度である。膝蓋骨靭帯および膝蓋骨のベクトルの部分が一定であるから、椅子からの立ち上がりや階段のぼりなどの活動に関する膝関節の伸展力の変化は四頭筋構造の強度に依存する。典型的に、四頭筋構造は長期間にわたる痛みおよび活動停止によって弱化される。ベクトルを延長させ、大腿骨コンポーネント１００の全前後側長さを増加させることにより、手術後の筋肉機能が増進する。しかも、本発明において、鋭角の屈曲の際に、後顆１０６は、脛骨ベアリングコンポーネント２００と干渉しないから、脛骨ベアリングコンポーネント２００のロールバックを可能にする。

様々な屈曲角度の大腿膝補綴物１０の外側面図である図１７〜図２２を参照すると、大腿骨コンポーネント１００は、約０〜１６０度の範囲の角度で脛骨ベアリングコンポーネント２００および脛骨プラットフォーム３００と関連して示されている。図１７〜図２２は、移植された膝関節１０の屈曲挙動の方法を説明している。図１７を参照すると、大腿膝補綴物１０は約０度の屈曲で示されている。約６０度の角度βで、脛骨ベアリングコンポーネント２００は、図１８に示すようにロールバックし、伸展状態で十分な接触および広い接触面積を維持する。このような広い面積の接触の構成は、大腿骨コンポーネント１００と脛骨ベアリングコンポーネント２００との間の接触応力を減少させる。減少した接触応力により耐摩耗性ベアリング材料の寿命が増加する。減少した接触応力を有する、増加した接触面積の概念は、体内試験と体外試験でその寿命を立証した。図１９は約９０度の角度γで屈曲した移植膝関節１０を示し、図２０は約１３０度の角度δで屈曲した移植膝関節１０を示す。図２１を参照すると、大腿膝補綴物１０が、約１２０度の角度ε、約１３０度の角度δおよび約１４０度の角度ζを含む広範囲な屈曲の角度で示されている。

最後に、移植膝関節１０は、図２２において約１６０度の屈曲の角度ηで示されている。ロールバックは、略１６０度までの移植膝関節１０の増進した最大屈曲および脛骨ベアリングコンポーネント２００のベアリング材料の摩耗減少のために重要である。インプラント１０は、移植膝関節が屈曲するときに回転する。脛骨ベアリングコンポーネント２００の内側部分は、外側部分が後方向に後退するときの回転の軸線である。このような回転の和は、大腿骨−脛骨の接触領域だけでなく、脛骨トレー３００の平らな部分で発生する。組み合わせられた回転は、脛骨プラットフォーム３００における脛骨ベアリングコンポーネント２００の移動および膝関節の軟組織構造の作用を可能にする可動式ベアリングの設計により発生する。もちろん、軟組織構造（靭帯）は、手術の際にバランスを保つ必要がある。

図４に示すように、経上顆（ｔｒａｎｓ−ｅｐｉｃｏｎｄｙｌａｒ）幅１３６と前顆間（ｉｎｔｅｒｃｏｎｄｙｌａｒ）幅１３２との比も重要である。実際の前顆間幅１３２は、大腿骨の骨の切断が施行された後に形成される。大腿骨コンポーネント１００の経上顆幅１３６と前顆間幅１３２との比は１００／７０〜１００／７２の範囲である。周辺の軟組織は、１００／７０〜１００／７２の比を有する最大１６０度までの最大鋭角の屈曲を可能にする。

本発明は好適な実施形態を参照して説明された。本明細書で説明された構造上および作動上の実施形態は、同じ一般特徴部、特性および一般システムの作動を提供するための複数の可能な配列の例示であることを理解するであろう。読者は、前述した詳細な説明を読んで理解することにより改造および変更を行うであろう。本発明は、このようなあらゆる改造および変更も含むものと解釈されるべきである。

Claims (21)

1. 大腿膝置換補綴物であって、
   大腿骨コンポーネントと；
   近位側と遠位側を有し、前記近位側は前記大腿骨コンポーネントと結合し、前記遠位側はステムを含む脛骨ベアリングコンポーネントと；
   近位表面および遠位表面を有し、前記近位表面は前記脛骨ベアリングコンポーネントの遠位側と結合し、前記脛骨ベアリングコンポーネントのポストを受容するための開口を含み、前記遠位表面は脛骨内に固定されるように適合されるポストを含む脛骨プラットフォームコンポーネントと；を含んでなり、
   前記大腿骨コンポーネントは、
   膝蓋骨溝によって分離される近位内側面に隣接する近位外側面を有する前顆；
   前記前顆の前記近位外側面の下側の遠位顆外側面；
   前記前顆の前記近位外側面の下側にあり、前記遠位顆外側面に隣接する遠位顆内側面；
   前記遠位顆外側面から後方に延びる外後側顆；および
   前記遠位顆内側面から後方に延び、前記外後側顆に平行な内後側顆を含むことを特徴とする、大腿膝置換補綴物。
2. 前記遠位顆は、
   前記遠位顆外側面の内面上の第１ポスト、および
   前記遠位顆内側面の内面上の第２ポストをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
3. 前記第１ポストおよび前記第２ポストは大腿骨内に固定されるように適合されることを特徴とする、請求項２に記載の大腿膝置換補綴物。
4. 前記外後側顆および前記内後側顆は約３６〜４２ｍｍの範囲の前側−後側高さを有することを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
5. 前記外後側顆および前記内後側顆それぞれの内部に、約１０〜１７ｍｍの厚さを有する中間点をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
6. 前記外後側顆および前記内後側顆の内面の後側表面は約１４〜２０ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
7. 前記前顆の近位外側面は、約４４〜６２ｍｍの範囲の近位−遠位高さを有し、内部の前側表面高さは約２９〜３９ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
8. 前記前顆の近位内側面は約４１〜５２ｍｍの範囲の近位−遠位高さを有し、内部の前側表面高さは約２０〜２９ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項７に記載の大腿膝置換補綴物。
9. 前記近位外側面は第１前側−後側厚さを含み、前記近位内側面は第２前側−後側厚さを含むことを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
10. 前記第１前側−後側厚さは前記第２前側−後側厚さよりも厚いことを特徴とする、請求項９に記載の大腿膝置換補綴物。
11. 前記第１前側−後側厚さは約７〜１２ｍｍの範囲であり、前記第２前側−後側厚さは約４〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１０に記載の大腿膝置換補綴物。
12. 前記遠位顆外側面および内側面それぞれは約５２〜８４ｍｍの範囲の前側−後側外部長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
13. 前記遠位顆外側面および内側面それぞれは約３５〜５５ｍｍの範囲の前側−後側内部長さおよび約９ｍｍの近位−遠位厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
14. 前記大腿骨コンポーネントは経上顆（ｔｒａｎｓ−ｅｐｉｃｏｎｄｙｌａｒ）幅および前顆間（ｉｎｔｅｒ−ｃｏｎｄｙｌａｒ）幅を含むことを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
15. 前記経上顆幅と前記前顆間幅との比は約１００／７０〜約１００／７２の範囲であることを特徴とする、請求項１３に記載の大腿膝置換補綴物。
16. 前記経上顆幅は約５８〜７６ｍｍの範囲であり、前記前顆間幅は約３８〜５４ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１３に記載の大腿膝置換補綴物。
17. 前記大腿骨コンポーネントは、
    前側半径を持つ前側関節区域；
    遠位半径を持つ遠位関節区域；および
    後側半径を持つ後側関節区域をさらに含み、前記遠位半径は前記前側半径より大きく、前記近位半径が最も小さいことを特徴とする、請求項１に記載の大腿膝置換補綴物。
18. 過屈曲を促進するために、前記前側半径は約２３〜２９ｍｍの範囲であり、前記遠位半径は約３２〜４２ｍｍの範囲であり、前記後側半径は約１４〜２０ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１７に記載の大腿膝置換補綴物。
19. 前記過屈曲は約０°〜１６０°の運動の範囲を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の大腿膝置換補綴物。
20. 大腿骨インプラントであって、
    近位外側面および近位内側面を有し、前顆に対向する前側平面と、
    前記前側平面に平行であり、後顆に対向する後側平面と、
    遠位顆に対向し、約１５°の角度で前記前側平面と前記後側平面とを連結する垂直線から遠位で角度をなす遠位平面と、
    前記前顆および前記遠位顆に対向し、前記前側平面の遠位端部と前記遠位平面の前側端部とを連結する前側−遠位平面と、
    前記遠位顆および後顆に対向し、前記遠位平面の後側端部と前記後側平面の遠位端部とを連結する後側−遠位平面と、
    前記遠位平面に固定される少なくとも一つのポストとを含むことを特徴とする、大腿骨インプラント。
21. 前記前顆の前記前側平面と前記近位外側面との間の前側−後側厚さは約７〜１２ｍｍの範囲であり、前記前顆の前記前側平面と前記近位内側面との間の前側−後側厚さは約４〜５ｍｍの範囲であり、前記後側平面と前記後顆との間の前側−後側厚さは約１０〜１７ｍｍの範囲であり、前記遠位平面と前記遠位顆との間の前記近位−遠位厚さは約９ｍｍであり、内部の長さは約３５〜５５ｍｍであることを特徴とする、請求項２０に記載の大腿骨インプラント。

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