JP2017018150A - 人工膝関節置換術用コンポーネント及び人工膝関節構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】屈曲伸展運動と回旋運動とを同時に誘発すること。
【解決手段】一定の屈曲角度から角度が増す毎に関節最下点までの径が短縮する後顆側球心DO2を有する内顆部MC、及び屈曲による関節最下点までの径が一定となる後顆側球心DO1を有する外顆部LCを形成した大腿骨コンポーネントFCと、膝屈曲に伴う上記内顆部の後顆側の最下点位置を水平位にした内顆側関節面、屈曲に伴い後内遠位方向に回旋を伴って移動する外顆側関節面を大腿骨両顆部の陰性モデルとして形成した脛骨コンポーネント(TC)とを備える。
【選択図】図8
【解決手段】一定の屈曲角度から角度が増す毎に関節最下点までの径が短縮する後顆側球心DO2を有する内顆部MC、及び屈曲による関節最下点までの径が一定となる後顆側球心DO1を有する外顆部LCを形成した大腿骨コンポーネントFCと、膝屈曲に伴う上記内顆部の後顆側の最下点位置を水平位にした内顆側関節面、屈曲に伴い後内遠位方向に回旋を伴って移動する外顆側関節面を大腿骨両顆部の陰性モデルとして形成した脛骨コンポーネント(TC)とを備える。
【選択図】図8
Description
本発明は、人工膝関節置換術用コンポーネント及び人工膝関節構造に関する。
従来より、生体の膝関節とより近い動きをする人工膝関節を提供するべく、多くの提案がなされている。(例えば、特許文献1)
生体の膝関節は、屈伸運動のみを行なう蝶番関節と見なされるが、膝を曲げた状態では下腿の内旋(10°)、外旋(40°)が可能である。また膝を十分に伸ばすとき、その最終段階では、終末回旋と呼称される、下腿のわずかな外旋(5°)が見られる。これらの意味で膝関節は、純粋な蝶番関節ではない。
上記特許文献に記載された技術も含めて、従来の技術では生体の膝関節と同様の屈曲進展運動と回旋運動とを同時に誘発するような構成を有したものは存在しなかった。
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、屈曲伸展運動と回旋運動とを同時に誘発することが可能な人工膝関節コンポーネント及び人工膝関節構造を提供することにある。
本発明の一態様は、一定の屈曲角度から角度が増す毎に関節最下点までの径が短縮する後顆側球心を有する内顆部、及び屈曲による関節最下点までの径が一定となる後顆側球心を有する外顆部を形成した大腿骨コンポーネントと、膝屈曲に伴う上記内顆部の後顆側の最下点位置を固定した内顆側関節面、屈曲に伴い後内方に回旋する上記外顆側関節面を大腿骨両顆部の陰性モデルとして形成した脛骨コンポーネントとを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、屈曲伸展運動と回旋運動とを同時に誘発することが可能となる。
以下、本発明を外科手術により生体の膝関節と置換する人工膝関節置換術用コンポーネントに適用した場合の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
人工膝関節置換術用コンポーネントは、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとを対として構成される。上記大腿骨コンポーネントは、内顆と外顆とを一体に組合せて構成される。
人工膝関節置換術用コンポーネントは、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとを対として構成される。上記大腿骨コンポーネントは、内顆と外顆とを一体に組合せて構成される。
まず図1乃至図4により、大腿骨コンポーネントの形状を決定する概念構成について説明する。
図1は、大腿骨コンポーネントFC(Femoral Component)の外顆の基本的な概念構成を側面から見た図を示す。図の右側に位置する後顆部PC(Posterior Condyle)が円柱の一部であり、図の左側に位置する前顆部AC(Anterior Condyle)が楕円柱の一部となって、これらが一体に構成される。
図1は、大腿骨コンポーネントFC(Femoral Component)の外顆の基本的な概念構成を側面から見た図を示す。図の右側に位置する後顆部PC(Posterior Condyle)が円柱の一部であり、図の左側に位置する前顆部AC(Anterior Condyle)が楕円柱の一部となって、これらが一体に構成される。
。
すなわち、外顆の後顆部PCの径は一定となる。後顆球の中心と前顆部の楕円体の長軸方向の頂部とを結ぶ線を外顆前後軸AX1とする。楕円柱の断面の短軸AX2は、後顆球軸AX3より(人体の)前方に位置する。よって、この楕円体の短軸AX2は、後顆球の直径AX3より長くなる。
外顆前後軸AX1は、屈曲0°の状態で水平面に対して後傾し、その角度は一般に6°乃至11°の範囲となり、平均を8°とする。
以上のことから、屈曲0°時の最下部は点ではなく線となるため、屈曲0°の場合のみ、後顆球中心線L1及び最下部線L2として表わすことができる。
図2(A)、図2(B)は、大腿骨コンポーネントFCの内顆の基本的な概念構成を側面から見た図を示す。図2(A)に示すように、屈曲0°から反時計方向に角度をつけると、各角度が示す点は、膝がその角度で屈曲する際の最下点となる。
図の左側に位置する前顆部ACの関節面形状は楕円体の一部として近似できる。一方、図の右側に位置する後顆部PCの球体の径は、屈曲0°〜90°ではほとんど変化せず一定であるが、90°より大きな屈曲では徐々に短縮して、理論上180°の時に外顆球の径と同一となる。
90°より大きな屈曲では、屈曲角度の変化により図中に符号DOで示すように、円中心の位置が移動し、その運動は屈曲0°の最下点を通過する垂直線AX4上の上下運動となる。
図2(B)において、C1は内顆最大適合円、C2は外顆球の径に基づく適合円である。屈曲0°の場合の内側後顆球中心DOと内顆の楕円体の最先端を結ぶ線を、内顆前後軸AX5とする。楕円体の短軸は、屈曲0°の場合の最下点を通過する上記垂直線AX4の同一線上になる。
次に大腿骨コンポーネントFCにおける屈曲0°での大腿骨後顆の内側及び外側の顆球の関係について説明する。
図3(A)は、前額面から見た概念構成を示す。同図(A)において、内側後顆IDの最大適合円球の近位部を破線で示す。当該最大適合円球中心と、内側後顆IDの中心DO2は同一となる。内側後顆IDの中心DO2と外側後顆ODの中心DO1とを結ぶ中心間線AX6は膝屈伸軸AX66と同一方向となり、屈曲0°では水平となる。
図3(A)は、前額面から見た概念構成を示す。同図(A)において、内側後顆IDの最大適合円球の近位部を破線で示す。当該最大適合円球中心と、内側後顆IDの中心DO2は同一となる。内側後顆IDの中心DO2と外側後顆ODの中心DO1とを結ぶ中心間線AX6は膝屈伸軸AX66と同一方向となり、屈曲0°では水平となる。
当該最大適合円球の中心DO2が外側後顆ODの中心DO1を通過する垂直線上に位置するように転写すると、仮想内側後顆の中心(DO3)は外側後顆ODの中心DO1に一致する。外側後顆ODの中心DO1(=仮想内側後顆の中心DO3)と、内側後顆IDの中心DO2とを結ぶ中心間線AX6は上記膝屈伸軸AX66と同一方向となる。
また、この膝屈伸軸AX66(=AX6)は、外科的顆上線SELと平行となる。また外側及び内側の各後顆の最下端を結んだ後顆線DCL(Distal Condylar Line)は、水平線HLに対して3°内反するものとする。
図3(B)は、軸射面から見た概念構成を示す。内顆球中心D02と外顆球中心DO1との関係を明示するため、図3(A)に示されたDO2とDO3の関連をそのまま保った状態で、内顆MCを転写する。同図(B)中において、外側後顆ODの周囲に破線でその仮想内側後顆VIDを示す。
外側後顆ODの中心DO1は、この仮想内側後顆VIDより内後方に位置する。内側後顆IDの中心DO2と仮想内側後顆VIDの中心DO3を結ぶ中心間線AX66が上述した如く膝屈伸軸となり、前額面線FPと平行になる。このとき、外側後顆ODの中心DO1と内側後顆IDの中心DO2とを結ぶ中心間線AX6が外科的顆上間線SELと平行となる。
図4は、大腿骨コンポーネントFCにおける内顆及び外顆の位置関係を示す。
図4(A)は、大腿骨顆の軸射面像を示す。同図(A)で、外顆LCの前後軸AX7が矢状方向線に対して平行となる一方で、内顆MCの前後軸AX8が矢状面に対して20°前方に収斂する。
図4(A)は、大腿骨顆の軸射面像を示す。同図(A)で、外顆LCの前後軸AX7が矢状方向線に対して平行となる一方で、内顆MCの前後軸AX8が矢状面に対して20°前方に収斂する。
また、外顆LCの後顆ODの中心DO1と、内顆MCの後顆IDの中心DO2とを結ぶ中心間線であるAX6は、外科的顆上間線SELと平行となる。
屈曲0°時の大腿骨前後軸AX9は、10°程、後内方から前外方に向かって開き、後顆線PCL(Posterior Condylar Line)は前額面線FPに対して1°内反する。
図4(B)は、大腿骨顆の側面像を示す。同図(B)で、外顆LCの前後軸AX7は、内顆MCの前後軸AX8に対して後傾する。これら2つの前後軸AX7,AX8の見かけ上の交点が外顆LCにおける後顆球中心DO1となる。
図5は、上記図1乃至図4で示した概念構成から導出された、実際の大腿骨コンポーネントFCの側面構成を示す。同図中、MSは内顆MCの関節面、LSは外顆LCの関節面である。人工膝関節により置換して誘導できる可動域の範囲を屈曲0°(直立位)〜135°とする。生体膝の135°〜150°においては、内顆MCと外顆LCの各最下点を結ぶ線に相当する部位は水平となる。
図6は、上記図1乃至図4で示した概念構成から導出された、実際の大腿骨コンポーネントFCの軸射面構成を示す。同図中、屈曲0°時の外顆LCの前後軸AX7は、矢状軸AX10と平行となる一方で、内顆MCの前後軸AX8は、矢状軸AX10に対して前方で20°収斂する。
屈曲0°時の大腿骨回旋軸(=前後軸)AX9は、矢状軸AX10に対して10°前外方に向かう。
外顆LCの後顆ODの中心DO1と、内顆MCの後顆IDの中心DO2とを結ぶ中心間線であるAX6は、外科的顆上間線SELと平行となる。大腿骨関節面の人工物による置換被覆は0°〜135°が可能である。
図7は、屈曲0°時の実際の大腿骨コンポーネントFCの前額面を後方側から見た構成を示す。同図中、P1は外顆LCの最先端点、P2は内顆MCの最先端点、P3は外顆LCの最後点、P4は内顆MCの内顆最後点を示す。
可動域の範囲を0°〜150°とした場合、大腿骨関節面の人工物による置換被覆は0°〜135°が可能であり、膝屈伸軸AX66はAX6と一致するために水平位となる。
図8は、上記図5乃至図7で示した本大腿骨コンポーネントFCの軸射面(図8(A))、側面(図8(B))、及び後方から見た前額面(図8(C))相互の位置関係を示す三面図である。
次に上記大腿骨コンポーネントFCと組み合わせる脛骨コンポーネントTCの構成について説明する。
まず図9乃至図11により、脛骨コンポーネントTCの形状を決定する概念構成について説明する。
図9は、脛骨コンポーネントTCに対する膝屈伸運動と大腿骨コンポーネントFC側の内顆の後顆側球中心の移動の関係を示す図である。同図中、屈曲0°時に、内顆前後軸AX8に対して内顆MCの後顆球中心DO2を通る垂直線VLの最下点P6が、屈曲角度0°〜90°において内顆と脛骨とが接触する固定化された最下点となる。
図9は、脛骨コンポーネントTCに対する膝屈伸運動と大腿骨コンポーネントFC側の内顆の後顆側球中心の移動の関係を示す図である。同図中、屈曲0°時に、内顆前後軸AX8に対して内顆MCの後顆球中心DO2を通る垂直線VLの最下点P6が、屈曲角度0°〜90°において内顆と脛骨とが接触する固定化された最下点となる。
屈曲角度90°以上では、内顆MCの後顆部DSのオフセット効果が生じるため、最下点は、屈曲角度の増大に伴い垂直線VLの最下点P6より後方に向かい水平移動する。内顆MCの後顆球中心DO2は、屈曲0°〜90°の範囲では後顆球中心DO2を通る垂直線VLと内顆前後軸AX8の交点に位置する。90°以上の屈曲では屈曲角度の増大と共に屈曲135°までの間、内顆MCの後顆球中心DO2はオフセット効果により後下方に移動する。135°〜150°までは水平移動する。
同図では、屈曲0°〜90°,135°,150°の場合の各後顆球とその中心点位置DO2を示している。
上記図2でも説明した如く、内顆の後顆は屈曲角度が90°を超えると、屈曲角度の増大に連れて球の径が徐々に短縮する傾向が顕著となる。
屈曲0°時に球中心DO2は最高点となり、内顆前後軸AX8の高さと一致する。
屈伸運動に伴って、内顆MC側の後顆球中心DO2位置は図示する範囲を往復し、上述した如くすべての屈曲角度において後顆球の最遠位(最下位)点は、屈曲0°時の最遠位点と同一の高さレベルとなる。
図10は、脛骨コンポーネントTCに対する膝屈伸運動と大腿骨コンポーネントFC側の外顆LCの後顆側球中心DO1の移動の関係を示す側面像(回旋角度20°)である。上記図1でも説明した如く、屈曲0°時の外顆LCの後顆部PCの球中心DO1は、屈曲0°時の内顆MCの後顆球中心DO2を、同中心を含む矢状面において転写した際には外顆LCの後顆部球中心DO1と内顆MCの後顆球中心DO2との間を結ぶ線は水平な線となる。
外顆LCの後顆球中心DO1が内顆MCの後顆球中心DO2に対して後方に位置するため、屈曲に伴って遠位方向に移動する。このため、外顆LCの後顆球中心DO1は、屈曲に伴って後遠位方に移動しなければならない。屈曲90°時からさらに屈曲角度が大きくなると、すでに述べたように、内顆MCの最遠位点は屈曲角度に係わらずP6と同一な高さを維持するため、外顆LCの後顆球が図中に矢印A1で示すように移動して、外顆LCの後顆部の最遠位点と内顆MCの最遠位点の高さは最終的には屈曲135°で同じになる。外顆LCの後顆部PCの最遠位点は後方傾斜線ML1を形成する。後方傾斜線ML1は屈曲135°以上では水平となる。
図11は、軸射面における屈伸運動と内顆MC及び外顆LCの最遠位点の移動について示す図である。同図の右側、内顆MC側の後顆IDの球は図3で示した如く前額面においては屈曲0°〜90°で最大径、90°を超えると180°まで徐々に小径化するが、軸射面においては最大径を保持したままの状態を保つ。
一方、同図の左側、外顆LC側の後顆ODの球は、屈曲0°時から150°時、180°時(参考のため破線で示す)に至るまで同径であるが、前額面線FPを始点とし、屈曲度が増すに伴って順次後遠位方向に移動する。
膝屈伸を生じる場合、内顆MC側の後顆IDの最下点の高さは変化せず一定であるが、内顆MC側の後顆IDのオフセット効果のため、最下点P6より後方に平行移動し、後顆球中心DO2も後遠位方向に移動する。内顆MC側の後顆IDの中心DO2と外顆LCの後顆ODの中心DO1間の距離は一定である。
よって、膝の屈曲に伴い、外顆LCの後顆ODの中心点DO1は、内顆MC側の後顆IDの中心点DO2からの距離がほとんど変化しない円弧に沿って後内且つ遠位方向に移動する。この膝屈曲に伴う外顆LCの移動により、大腿骨の内旋、脛骨から見た場合は脛骨外旋が生じる。
図12は、内顆MCの屈曲角度と脛骨関節形成面の関係を示す。屈曲0°〜90°までは内顆MCの後顆球IDは、最下点が固定点となるが、屈曲に伴って後顆球の径が90°より大きくなるに連れて短縮する。屈曲0°時の大腿骨内顆MC部の脛骨面に対する陥入の深さが5mmの範囲では、屈曲90°まででは、接触面における径の差の影響はほとんど生じないが、屈曲90°以上ではオフセット効果のため後顆中心DO2に後方移動が生じ、それに伴い内顆MCは後方に水平移動する。
図13は、脛骨コンポーネントTCにおける関節面形状を示す図である。上記図10でも説明した如く、屈曲0°のとき外顆LCの後顆球中心DO1は内顆MCの後顆球中心部DO2より後方に位置するため、屈曲に伴って下降する。この内顆側後顆球中心DO1と外顆側後顆球中心部DO2との前後方向の位置のずれによる影響は、屈曲90°まで継続する。
90°以上の屈曲では、屈曲角度の増加とともに内顆MCの球径が短縮するため、外顆側の後顆球心においても屈曲とともに下降が生じる。
この下方への動きを実現するためには、外顆LCは最下点が屈曲とともに後下方に移動しなければならない。外顆LCの後顆球最下点は、後顆球中心DO1が内顆側の後顆球中心部DO2との距離が一定であるために、屈曲とともに後内方へ移動する。
外顆LCは屈曲に伴って最下点が下降するため、大腿骨コンポーネントFCの顆部と脛骨コンポーネントTCの関節面間における関節形成面積は屈曲とともに増大する。
図13(D)〜図13(G)は、上記図13(A)のC−C線、D−D線、E−E線とF−F線に沿った断面形状を示すものである。
図13(H)において、屈曲0°時の最下点を通過する矢状方向線上での脛骨コンポーネントTCの形状は、上記図13(D)〜図13(F)における高さa,b,c及びdで示す如く、後方傾斜する面を形成する。この面形状自体は、Kapandji(文献:The Physiology of the joint Vol.2 Second Edition p.87 Fig.44,45 1979)に記載された内容と近似している。
図14は、前額面における膝の屈伸・回旋運動と屈伸軸の関係を示す。屈曲とともに内顆MC側の後顆球中心部DO2は0°〜90°までは変化がなく、屈曲90°以上では後下方に移動する。一方の外顆LC側の後顆球中心DO1は、屈曲と共に内下方に移動する。
屈曲0°時の遠位顆線DCLは水平線HLに対し3°内反する。この内反度は屈曲角度の増加に伴って減少し、屈曲135°時においてほぼ解消して150°に至るまで後顆線PCLに相当する線は水平となる。
図15は、大腿骨コンポーネントFCに繋がる膝蓋骨コンポーネントPTCの位置を示す。図15(A)は屈曲0°時の軸射面像を示すもので、膝蓋骨コンポーネントPTCの最後点は、内顆外顆中心線DO1−DO2の中点を通過する内顆外顆中心線DO1−DO2に垂直な線上にある。屈伸運動中、膝蓋骨コンポーネントPTCは内顆MCと外顆LCの関節面間に位置を保つ。
図15(B)は、屈曲90°時の前額面像を示す。屈曲90°までは、内顆MCが外顆LCに対して相対的に前方に移動するため、大腿骨の外旋による膝蓋骨コンポーネントPTCの内方移動が制御される可能性が生ずる。
屈曲90°以上では、内顆MCの径が短縮するが、内顆MCの前方移動は持続する。しかし、大腿骨の内顆MCは、前方が収斂し、後方が拡大しているため、膝蓋骨コンポーネントPTCには膝回旋による過度の側方ストレスはかからない。
このため、膝蓋骨コンポーネントPTCの内外方向の位置にはほとんど変化が生じない。図15(B)中にその移動線PBLを示すように、膝蓋骨コンポーネントPTCの最後位点は大腿骨顆部面に対して垂直な線を描く。
図16は、大腿骨コンポーネントFCの内顆MCの輪郭線を、屈曲0°時の内側後顆適合円の最下点を原点としたXY座標上で近似した例を示す。X座標値が負となる前顆側は、次式
x2/482+(y−26)2/262=(−1)2 …(1)
で表すことができる。
x2/482+(y−26)2/262=(−1)2 …(1)
で表すことができる。
またX座標値が正となる後顆側の近位部の輪郭は、図中に破線で示すように、次式
x2/262+(y−26)2/232=1 …(2)
で表すことができる。
x2/262+(y−26)2/232=1 …(2)
で表すことができる。
同図中の点線は、次式
x2+(y−26)2=(±26)2 …(3)
で表す、内顆の最大適合円である。
x2+(y−26)2=(±26)2 …(3)
で表す、内顆の最大適合円である。
同図中に実線で示す、次式
(x−2)2+(y−26)2=(±23)2 …(4)
で表す外顆LCの輪郭線に比して、屈曲135°より屈曲角度が大きい場合に内顆側と外顆側はほぼ同一の輪郭線を形成する。
図17は、大腿骨コンポーネントFCの外顆LCの輪郭線を示す。屈曲0°時の後顆球PCの最下点を座標(2,3)としたXY座標上で近似した例を示す。X座標値が主に負となる前顆側は、次式
(x+7)2/432+(y−26)2/23.92=(−1)2 …(5)
で表すことができる。Y座標値が負となっている、原点直近の範囲に関しては、上記図1の屈曲0°時の前後軸AX1が8°後傾しているため、最下部線L2としてy=0の直線で近似する。
(x−2)2+(y−26)2=(±23)2 …(4)
で表す外顆LCの輪郭線に比して、屈曲135°より屈曲角度が大きい場合に内顆側と外顆側はほぼ同一の輪郭線を形成する。
図17は、大腿骨コンポーネントFCの外顆LCの輪郭線を示す。屈曲0°時の後顆球PCの最下点を座標(2,3)としたXY座標上で近似した例を示す。X座標値が主に負となる前顆側は、次式
(x+7)2/432+(y−26)2/23.92=(−1)2 …(5)
で表すことができる。Y座標値が負となっている、原点直近の範囲に関しては、上記図1の屈曲0°時の前後軸AX1が8°後傾しているため、最下部線L2としてy=0の直線で近似する。
屈曲0°時の前後軸AX1は実際には図1に示すように8°後傾している。よって、実際の前顆部の曲線は破線で示される様な形状となる。
またX座標値が正となる後顆側の輪郭は、図中に破線で示すように、次式
(x−2)2+(y−26)2=(±23)2 …(6)
で表すことができる。
(x−2)2+(y−26)2=(±23)2 …(6)
で表すことができる。
このように大腿骨コンポーネントFCの外顆LC及び内顆MCの形状を、すべて円及び楕円で示すことが可能となる。したがって、実際の各コンポーネントの設計及び製造がきわめて容易となる。
以上詳述した如く本実施形態においては、大腿骨の関節面を後顆部は球体の一部、前顆部は楕円体の一部の組合せとして示す。この場合、外顆側の後顆球は一定の径を有するものとする。一方で内顆側の後顆球は、屈曲0°〜90°時は同径であるものの、それ以上の屈曲角度では徐々に短径化し、理論上は屈曲180°で外顆側の後顆球と同径となり、その輪郭が楕円状となる。
以上詳述した如く本実施形態においては、大腿骨の関節面を後顆部は球体の一部、前顆部は楕円体の一部の組合せとして示す。この場合、外顆側の後顆球は一定の径を有するものとする。一方で内顆側の後顆球は、屈曲0°〜90°時は同径であるものの、それ以上の屈曲角度では徐々に短径化し、理論上は屈曲180°で外顆側の後顆球と同径となり、その輪郭が楕円状となる。
したがって、膝の屈曲が90°より大きくなる場合には、その屈曲に伴って内顆側の後顆球心位置が、オフセット効果の影響がなければ屈曲0°時の同球心位置を通過する垂線に沿って下降する。屈曲0°時の外顆側の後顆球心は内顆側の後顆球心より後方に位置すること、及び上記内顆側の後顆球心が屈曲90°より大きい屈曲で下降することに連動する外顆側の後顆球心の動きにより、外顆側の後顆球心と最下点の位置は屈曲と共に後内方に移動しながら下降する。
脛骨側の関節面を、脛骨と接する大腿骨両顆部の形状の陰性モデルとするべく、大腿骨外顆側の最下点が上述した如く屈曲に伴って下降するので、外顆に対する脛骨側の関節面は屈曲に伴って順次深い凹面となる。そのため、外顆に対する大腿骨と脛骨間の関節面での接触面積は屈曲と共に増加するようになる。
このようにして本実施形態においては、膝関節を構成する大腿骨コンポーネントFCと脛骨コンポーネントTCとを組み合わせて自然な屈曲伸展運動と回旋運動とを同時に誘発することが可能となる。
また上記実施形態では、脛骨コンポーネントTCの外顆側関節面が、大腿骨コンポーネントFCの内顆MCの屈曲に伴う後顆側球心DO2の下降量に対応した深さの陰性モデルとして形成されるものとし、且つ大腿骨コンポーネントFCの内顆MCの後顆側球心DO2と外顆LCの後顆側球心DO1とを結ぶ線を外科的顆上線SELと平行であるので、この線は膝の屈曲軸が屈曲に伴って変位するが、膝屈伸軸AX66は恒常的に水平位を保つための膝の側方安定性を保持できる。
大腿骨コンポーネントFCの内顆MCの後顆部PCの近位部の適合円の径の短縮は、内側側副靱帯の等長性の保持および屈曲130°以上での内外顆の同一輪郭線の形成に欠くべからざる構造である。
なお上記実施形態は、本発明を外科手術により生体の膝関節と置換する人工膝関節置換術用コンポーネントに適用した場合について説明したものであるが、本発明はこれに限らず、例えば二足歩行するロボット等の人工膝関節構造にも同様にして適用可能となる。
その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
AC…前顆部、AX1…外顆前後軸、AX2…楕円体短軸、AX3…後顆球軸、AX4…垂直線、AX6…内外顆球中心間線、AX66…膝屈伸軸、AX7…外顆前後軸、AX8…内顆前後軸、AX9…大腿骨前後軸、AX10…矢状軸、DCL…遠位顆線、DO1…後顆球中心、DO2…後顆球中心部、FC…大腿骨コンポーネント、FP…前額面線、HL…水平線、ID…内側後顆、L1…後顆球中心線、L2…最下部線、LC…外顆、LS…外顆関節面、MC…内顆、MS…内顆関節面、OD…外側後顆、PBL…膝蓋骨コンポーネント移動線、PC…後顆部、PCL…後顆線、PTC…膝蓋骨コンポーネント、SEL…外科的顆上線。
Claims (5)
- 一定の屈曲角度から角度が増す毎に関節最下点までの径が短縮する後顆側球心を有する内顆部、及び屈曲による関節最下点までの径が一定となる後顆側球心を有する外顆部を形成した大腿骨コンポーネントと、
膝屈曲に伴う上記内顆部の後顆側の最下点位置を水平位にした内顆側関節面、屈曲に伴い後内遠位方向に回旋を伴って移動する上記外顆側関節面を大腿骨両顆部の陰性モデルとして形成した脛骨コンポーネントと
を備えたことを特徴とする人工膝関節置換術用コンポーネント。 - 上記大腿骨コンポーネントの内顆部は、屈曲に伴う後顆側球心の関節最下点までの径の短縮により、屈曲0°時の後顆側球心を通過する垂線に沿って後顆側球心の位置が下降し、
上記脛骨コンポーネントの外顆側関節面は、上記大腿骨子コンポーネントの内顆部の屈曲に伴う後顆側球心の下降量に対応した深さの陰性モデルとして形成する
ことを特徴とする請求項1記載の人工膝関節置換術用コンポーネント。 - 上記大腿骨コンポーネントの内顆部の後顆側球心と外顆部の後顆側球心とを結ぶ線を外科的顆上線と平行とすることを特徴とする請求項1記載の人工膝関節置換術用コンポーネント。
- 上記大腿骨コンポーネントの内顆部は、屈曲90°から角度が増す毎に関節最下点までの径が短縮する後顆側球心を有することを特徴とする請求項1記載の人工膝関節置換術用コンポーネント。
- 一定の屈曲角度から角度が増す毎に関節最下点までの径が短縮する後顆側球心を有する内顆部、及び屈曲による関節最下点までの径が一定となる後顆側球心を有する外顆部を形成した大腿骨関節部と、
膝屈曲に伴う上記内顆部の後顆側の最下点位置を水平位にした内顆側関節面、屈曲に伴い後内遠位方向に回旋を伴って移動する上記外顆側関節面を大腿骨両顆部の陰性モデルとして形成した脛骨関節部と
を備えたことを特徴とする人工膝関節構造。
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