JP2019500997A - 人工膝インプラント - Google Patents

Abstract

第１及び第２の内側凹面並びに第１及び第２の外側凹面を形成する脛骨コンポーネントと、第１及び第２の内側凸面並びに第１及び第２の外側凸面を形成する大腿骨コンポーネントとを有するヒト人工膝インプラントである。脛骨面及び大腿骨面は、人工膝インプラントの完全伸展、中程度の屈曲範囲、及び完全屈曲の状態で接触相互作用を与えるように形成される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１２月３０に出願された米国仮特許出願第６２／２７２，９６２号の優先権を主張する２０１６年１月８日に出願された米国特許出願第１４／９９１，５９３号の優先権を主張する。

本発明は、ヒト全膝置換術で使用するための人工膝インプラントに関する。

医学知識の増加及び外科技術の著しい進歩により、人工膝関節インプラントのための設計及び材料選択並びに全膝関節形成術（ＴＫＡ）の手法が変化している。活動的生活様式を維持することを望む者に加えて、「ベビーブーム」によって引き起こされた中高年及び高齢者の増加は、この手法がより常習的になっているだけでなく、人工関節のより正常な機能の需要の増加につながる。

人工膝インプラントの設計には、その発端が、主に、自然膝の運動及び安定性のより良好な理解に基づいているため、著しい変化が見られてきた。当初は、ヒト膝の関節が、単軸まわりの屈曲−伸展回転を可能にした機械的ヒンジとして設計された人工インプラントによって十分に模倣され得ると考えられていた。このようなデバイスは、患者の膝関節の可動域だけでなく、機構の破損においても、著しい制限に悩まされた。ＭＲＩ分析を用いた生きた患者におけるヒト膝の分析及び死体膝関節の研究は、生体膝の運動学的及び安定性の挙動の理解を大いに増した。最も重要なことは、大部分の屈曲時に、膝の内側コンパートメント（内側大腿顆、内側半月板、及び脛骨高原）は、主として、単純なボールインソケット関節として動き、一方、外側コンパートメント（外側大腿顆、外側半月板、及び外側脛骨高原）は、接触点が、主として、大腿骨の下の脛骨の長手方向の回転に応じて、弓状経路において前方から後方（前から後ろ）に変化するように動くという理解である。それ故に、大腿骨の内側顆と内側脛骨との間の接触域又は接触点（接触圧力の中心における仮想点）は、ほぼ安定しているが、一方、外側脛骨における外側顆の接触点は、活性時に移動している。最終２０度の伸展及び１１５度の屈曲後の膝の挙動は、中程度の可動域における運動とは異なる。完全伸展において、遠位内側関節面のカム状効果は、脛骨面から離れて大腿骨を移動し、内側及び外側側副靱帯を締め付け、「スクリューホーム」と呼ばれる脛骨の外部回転を形成する。１１５度の屈曲を超えて、外側脛骨は、外側大腿顆を脛骨の後ろに移動させ（「ロールオフ」）、膝窩の内容物の圧力を減らしつつ、完全屈曲を可能にする回転及び滑り運動において外側脛骨面に接触する。それ故に、膝は、完全伸展、中程度の屈曲、完全屈曲の３つの可動域を有する。

膝の内側での安定性が、その構造物が前後方向（ＡＰ）の偏位に抵抗するように付着した内側半月板を伴う大腿顆と凹面脛骨面との間の適合性によって与えられる一方、凸面があり、半月板があまりしっかりと付着しない膝の外側は、高度なＡＰ制限を与えることがなく、自由に動き、膝屈曲に伴い前後方向に動く。この運動学的挙動が、内側接合面で、脛骨の内部／外部回転の中心又は回転として作用する一方、外側大腿顆は、前方及び後方の動きを与える。内側大腿顆の細長い遠位輪郭は、最終的に、１０〜１５°の伸展で、カム効果及びスクリューホーム運動をもたらす。外側コンパートメント前後方向の可動性は、１１５度を超える屈曲において特有の運動を可能にする。

人工膝インプラントは、理想的には、健常な生体膝の運動学的及び安定性の挙動に一致しようと努めている。最も重要なことは、全可動域を通して関節の安定性を維持することである。現在利用可能な人工膝インプラントは、運動学的及び安定性を推進するために後十字靱帯における張力を伴い又は伴わない、内側及び外側側副靱帯の張力に大きく依存している。通常、調節すること（「靭帯バランシング」を通して）及び屈曲を通じてこれらの靭帯の張力を維持することが、関節の安定性を与えるべく必須であることを理解されよう。しかしながら、全膝関節形成術において、これらの靭帯の所望の張力を達成することは困難であり、所望の張力の欠如又は過剰な張力は、患者に受け入れ難い結果をもたらす。不十分な靭帯張力は、関節の不安定性及び患者への機能に関して受け入れ難い結果、極端な場合には、関節の脱臼をもたらす。過剰な靭帯張力は、可動域の制限及び靭帯損傷の可能性をもたらす。さらに、ほとんどの設計は、正常な膝において見られる安定性及び運動の種類（上で参照される）が関節及び靭帯張力によって与えられないため、全可動域の屈曲運動を与えることができない。

全膝関節形成術のための本発明の人工膝インプラントは、広範囲における関節の可動域、及び屈曲を通じた安定性を与えるために全可動域（すなわち、上で特定された３つ全ての可動域）において、接合する面の構造に依存するが、これらを与えるために、主として、靭帯張力には依存しない。これらの特性は、可動域に協働する人工関節コンパートメント内の一連の協働する凸面及び凹面ファセット面を通して与えられる。

腓骨を省略する、骨構造を示す正常なヒト脚の前面図である。 ヒト大腿骨の前面図である。 特に、内側接合面を示す、中程度の屈曲時のヒト膝を通る矢状断面である。 特に、内側接合面を示す、完全屈曲時のヒト膝を通る矢状断面である。 特に、外側接合面を示す、中程度の屈曲時のヒト膝を通る矢状断面である。 特に、外側接合面を示す、完全屈曲時のヒト膝を通る矢状断面である。 実線のある脛骨高原の略図であり、それぞれ、様々な範囲の関節（ｊｏｉｎｔ ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ）にわたって内側及び外側の大腿骨屈曲ファセットの中心を接続する回転虚軸を表す。

第１の実施形態

図７〜２８は、本発明の第１の実施形態に従って全膝置換術による人工インプラントを示し、図７は、特に、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間の接合面を示す、全膝置換術による人工インプラントの透視図である。 図７に示される脛骨コンポーネントの上面図である。 図８の切断線９−９における断面図である。 図８の切断線１０−１０における断面図である。 図８の切断線１１−１１における断面図である。 図８の切断線１２−１２における断面図である。 図８の切断線１３−１３における断面図である。 脛骨コンポーネントの透視図である。 適合する位置で示される本発明の大腿骨コンポーネント及び脛骨コンポーネントの透視図である。 大腿骨インプラントコンポーネントの透視図である。 大腿骨コンポーネントの側面図である。 図１６の切断線１８−１８における断面図である。 図１６の切断線１９−１９における断面図である。 図１６の切断線２０−２０における断面図である。 図１６の切断線２１−２１における断面図である。 第１の実施形態による側方図である。 インプラントコンポーネントの透視図である。 完全伸展での内側接合面を示すインプラントされたコンポーネントによる矢状断面である。 中程度の屈曲での関節を示すインプラントコンポーネントの内側接合面による矢状断面である。 完全屈曲での関節を示すインプラントコンポーネントの内側コンポーネントによる矢状断面である。 中程度の屈曲での関節を示すインプラントコンポーネントの外側接合面による矢状断面である。 完全屈曲での関節を示すインプラントコンポーネントの外側接合面による矢状断面である。

第２の実施形態

図２９〜４８は、本発明の第２の実施形態に従って全膝置換術による人工インプラントを示し、図２９は、特に、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間の接合面を示す、全膝置換術による人工インプラントの透視図である。 図２９に示される脛骨コンポーネントの上面図である。 図３０の切断線３１−３１における断面図である。 図３０の切断線３２−３２における断面図である。 図３０の切断線３３−３３における断面図である。 図３０の切断線３４−３４における断面図である。 図３０の切断線３５−３５における断面図である。 脛骨コンポーネントの透視図。 適合する位置で示される本発明の大腿骨コンポーネント及び脛骨コンポーネントの透視図である。 大腿骨インプラントコンポーネントの透視図である。 大腿骨コンポーネントの側面図である。 図３８の切断線４０−４０における断面図である。 図３８の切断線４１−４１における断面図である。 図３８の切断線４２−４２における断面図である。 図３８の切断線４３−４３における断面図である。 完全伸展での内側接合面を示すインプラントされたコンポーネントによる断面図である。 中程度の屈曲での関節を示すインプラントコンポーネントの内側接合面による矢状断面である。 完全屈曲での関節を示すインプラントコンポーネントの内側接合面による矢状断面である。 切断面４１−４１上で得られた中程度の屈曲での関節を示すインプラントコンポーネントの内側接合面による矢状断面である。 切断面４１−４１上で得られた完全屈曲での関節に示されるインプラントコンポーネントの内側接合面による矢状断面である。

第３の実施形態

図４９〜５９は、本発明の第２の実施形態に従って全膝置換術による人工インプラントを示し、図４９は、特に、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間の接合面を示す、全膝置換術による人工インプラントの透視図である。 図４９に示される脛骨コンポーネントの上面図である。 図５０の切断線５１−５１における断面図である。 図５０の切断線５２−５２における断面図である。 大腿骨インプラントコンポーネントの透視図である。 図５３の切断線５４−５４における断面図である。 図５３の切断線５５−５５における断面図である。 図５３の切断線５６−５６における断面図である。 中程度の屈曲での関節を示すインプラントコンポーネントの内側接合面による矢状断面である。 完全屈曲での関節を示すインプラントコンポーネントの内側コンポーネントによる矢状断面である。 実線のある脛骨高原の略図であり、それぞれ、様々な範囲の関節にわたって内側及び外側の大腿骨屈曲ファセットの中心を接続する回転虚軸を表す。

図１及び２は、上肢及び下肢１０の肢輪郭及び骨特徴を示すヒト脚を示す。一次骨は、上肢では大腿骨１２であり、下肢では脛骨１４である（腓骨は示さず）。大腿骨１２は、頭部１８、大腿骨骨幹軸２０、並びに一対の外側に配置されている顆、すなわち、顆間窩２６によって分離している内側顆２２及び外側顆２４を形成する。この図では、膝蓋骨は示されていないが、顆間窩２６の上に横たわり得る。脛骨顆１４は、内側脛骨高原２８及び外側脛骨高原３０を含む、関節のある関節接合面を形成する。半月板は、関節接合面間に存在する（図示せず）。図１では、腓骨は、本発明の説明において直接的な役割を果たさないため、図示されない。

本発明の人工膝インプラントの特性を説明する手段として、典型的な生体膝のさらなる特性及び挙動が、さらに説明されている。図３は、内側顆部の関節接合面の屈曲状態を示す。図３は、約９０度の屈曲又は中程度の屈曲を表し、一方、図４は、約１２０度の完全屈曲を示す。図では、参照マークは、大腿骨及び脛骨に対する十字として示され、引かれている破線はそれらを結合している。これらの破線は、それぞれの内側及び外側側副靱帯の張力線、又は関節接合面間の接触の圧力の中心もしくはその中心を通る線に近いと考えられ得る。図３及び４では、破線が、この屈曲範囲内で前後方向に内側接合面で大幅に移動しないことに留意されたい。実際には、内側関節接合面は、本質的にボールインソケット型関節として作用し、大腿骨内側顆２２は、内側脛骨高原２８において形成された対応する凹面半球面と接合する、略凸状半球面を形成する。図５及び６は、外側顆部の接合面での屈曲状態を示す。図５が約９０度の中程度の屈曲を表す一方、図６は、約１２０度の完全屈曲を表す。大腿骨外側顆２４が、本質的には、この状態（以下「ロールオフ」挙動と称する）で外側脛骨高原３０の表面から離れて後方に変位することに留意されたい。このことは、不安定な状態を生むと思われ得るが、内側及び十字靱帯は、外側面で適合する面の分離に関わらず、健常な正常膝において安定性を与える。

図６Ａは、様々な関節状態で瞬間回転軸を示す、ヒト膝の顆での接触の中心を表す。図に示される線は、膝屈曲の様々な状態での虚回転軸を示す。明らかなように、内側での接触の中心は、図に示される屈曲範囲内でほとんど移動しない。しかしながら、外側で、大幅な前後方向の位置の変化が、屈曲時に生じ、そのため、接合面は、接合面での回転接触と考えられ得るが、この相互作用は、回転運動と滑り運動の組み合わせとしてさらに正確に説明されている。完全屈曲時に外側接合面の位置におけるこの移動は、その上で脛骨の内部回転をもたらす。

第１の実施形態

前の図及び上記の説明は、健常なヒト生体膝の構造を指す。本発明の第１の実施形態に従って、図７〜２８に示される人工膝インプラント４０は、大腿骨コンポーネント４２及び脛骨コンポーネント４４を組み込むように与えられる。本発明の第２の実施形態は、図２９〜４８に示される。本発明の第３の実施形態は、図４９〜５９に示される。コンポーネント４２及び４４は、罹患膝のある特定の骨構造が、外科的に除去された後に固定されることが意図されている。コンポーネント４２及び４４の固定は、骨セメント、外科用締結具、及び移植骨髄の使用を含む、従来の外科技術によって行われ得る。

人工膝４０は、この説明で特定されるように、３つの異なる屈曲状態、すなわち、−５°〜１０°の完全伸展から軽度超伸展（「完全伸展」）、１０°〜１１５°の正常又は中程度の屈曲範囲（「中程度の屈曲」）、及び約１１５°を超える完全屈曲（「完全屈曲」）において膝関節の安定性を独自に与える。関節状態のこれらの３つの状態は、インプラント４０の特定の接合面ファセットにより適合される、異なる運動学的考慮及び安定性の考慮を表す。

図を参照すると、大腿骨コンポーネント４２及び脛骨コンポーネント４４の顕著な特性が示される。様々な面又はファセットの特性に対して、特定の参照がなされる。図７は、第１の内側凹面４６、第２の内側凹面４８、第１の外側凹面５０、及び第２の外側凹面５２、を形成する脛骨コンポーネント４４を示す。大腿骨コンポーネント４２は、第１の内側凸面５４、第２の内側凸面５６、第１の外側凸面５８、及び第２の外側凸面６０を形成する。

図９〜１３は、脛骨コンポーネント４４を通る断面図を与え、凹面が形成される凹面の配置をさらに説明するのに役立つであろう。図９は、第１の内側面４６と比較して、より少ない曲率半径を有する形状の凹面として第１の外側面５０を示す。第２の外側面５２は、凹面を有し、面５０と比較して、平面図領域がはるかに小さい。面５０及び５２は、接合リム６２で連結する。外側面及び内側面は、中央隆起部６４によって分離している。図１０は、一般に、その略凹形状を示す、第１の外側面５０を通る前後方向の切断面である。図１１は、面４６の湾曲を示す。図１２は、内側面４６及び４８を通る前後方向の切断面であり、両方とも、凹形状であり、それらの接合部でリム６６を形成している。図１３は、これらの２つの面とリム６２との接合を示す、第１及び第２の外側面５０及び５２を通る前後方向の切断面である。

具体的には、図７及び１５〜２３を参照すると、大腿骨コンポーネント４２は、上述の脛骨コンポーネント凹面と相互作用する、凸面を形成する。初めに、内側面を参照すると、一般に、半球形状として特徴付けられる、第１及び第２の凸面５４及び５６が、形成される。凸面５４及び５６は、それぞれ、それらの対応する係合する脛骨凹面４６及び４８にほぼ一致する半径を有する。外側面は、一般に、部分的に湾曲した円柱として成形される、第１の外側面５８を形成する。第２の外側凸面６０は、面５８よりも平面図領域がはるかに小さい内側に配置された突起部によって形成される。

図１６は、大腿骨コンポーネント４２を通る多数の切断面を示す。断面図１８〜２２は、上述の凸面の形状のさらなる定義を与える。図１８は、第１の面５４によって形成される弧に沿った第２の内側凸面の相対位置を示す。図２０は、具体的には、面５８によって形成される弧の遠位端で突出部を形成する第２の外側面を示す。

図２４は、完全伸展の状態で内側関節接合面を通る切断面を与える。この位置において、上述のように、比較的小さい半径突起部分である第２の内側面５６は、内側で接合部のわずかに垂直な分離を生じるように第２の内側面４８で係合する。この状態で、生体膝の運動学的挙動は、外側接合面がロッキング運動を受ける場合に、内側でいくつかの「持ち上げ」変位によって特徴付けられる（すなわち、外側で分離している骨）。この関節状態で、示された関節中心の位置は、互いに分離し、健常な内側側副靱帯の締め付けに対応する。それ故に、内側接合面は、理想的な球面軸受構成として全く作用しない（多くの先行技術のＴＫＡ手法において望ましく維持される）。内側側副靱帯のこの締め付けは、関節の他の状態でこれらの靭帯で同じ連続張力を必要とすることなく、高度の静的及び動的安定性が必要とされる関節の状態で生じる。完全屈曲において、外側接合面は、正常な屈曲範囲において上述されるものと同様の様式で機能し、論じられたロッキング又は滑り接触運動を受けるが、適合する面の分離の大幅な拡大を有しない。

人工インプラント４０の表面は、具体的に、図２５〜２８を参照して、次に記載されるような、完全伸展からの正常な屈曲時の関節の安定性を与えるように作用する。この状態で、内側で、脛骨面４６は、大腿骨面５４と接触している。大腿骨面５４は、略半球面として特徴付けられる。適合する第１の内側脛骨面４６は、同様に、凹面半球面から形成される。上述のように、正常膝において、この内側の相互作用は、一般に、ボールインソケット配置として特徴付けられ、この屈曲範囲において脛骨と比較して、大腿骨の回転の中心にほとんど変化がない（図６Ａを参照のこと）。内側の相互作用は、高度の前後方向の制限を与える。この相互作用は、仮想球が面４６上に配置される、図１４を参照してさらに示される。しかしながら、外側で、接合面の前後方向の偏位を可能にする。ここで、第１の外側脛骨面５０は、第１の大腿骨面５８と接触している。面５０は、上述の並進特徴を与えるために湾曲した経路に沿って引っ張られた半球の形状として記載され得、これは、図１４中で矢印によって示されている。同様に、第１の内側大腿骨面５４は、半球として形成されるが、屈曲時に前述の湾曲した経路に沿って回転する。この状態で接合する面の形状は、半球等の理想的な固体の幾何学的形状に適合することを必要としない。しかしながら、記載されるように、内側は、屈曲時に前後方向の偏位をほとんど受けず、一方、外側は、上述のような内部−後部の偏位の特徴を可能にする。インプラントのこれらの接合する面の形状は、この相互作用を与えるために作製される。コンポーネントの相互作用が、相互接続点としても称されるが、一方、接合する要素の圧縮性及び機械的コンプライアンスのため、相互作用は、上述の理想的な接触点に関連した圧力の中心を画定する領域としてより良好に説明され得ることも留意されたい。

インプラント４０の完全屈曲の状態が説明されている。正常な膝について上述され、図６によって記載されるように、接合する大腿骨面及び脛骨面のロールオフは、正常な膝における外側接合面で生じる。健常な膝において、安定性は、十字靱帯を含むが、これに限定されない、他のさらなる支持構造を通して与える。この状態で、本発明に従う人工関節インプラント４０の安定性を与えるために、このような屈曲は、脛骨外側面５２と６０との間の係合を伴う。内側での接触は、面５４及び４６の相互作用を通して維持される。この相互作用は、図２８を参照して最良に示される。この場合の安定性は、上述の十字靱帯構造からの貢献とは対照的に、人工インプラント面間の等角相互作用を通して与えられる。それ故に、本発明の第１の実施形態に従う人工膝４０は、完全屈曲で生じるような外側での接合面の分離を不可能にする。外側での接触は、面５０と５８との間の接触から面５２及び６０に同時に遷移する。中程度の屈曲で示される図２７は、面５０及び５８が係合される状態を示す。しかしながら、図２８に示される完全屈曲に移動する場合、接合面は、面６０と５２との間の相互作用に戻る。これは、完全屈曲で健常な膝に呈された脛骨の機械的支持及び所望の内側への回転を与える。

安定性は、脛骨コンポーネント４４と大腿骨コンポーネント４２との間の接触の２つの別個の領域（一方が内側接合面で、もう一方が外側接合面である）によって屈曲のそれぞれの範囲内で人工装具４０によって与えられる。これらの接触領域の外側の分離は、膝コンポーネントの関係の横方向の安定性及び完全性を与える。

第２の実施形態

図２９〜４８は、本発明の第２の実施形態に従って人工膝１４０を示す。第１の実施形態の構成要素と同一である第２の実施形態の構成要素は、その参照番号によって特定され、一方、関連した機能を有する実施形態で異なる構成要素は、それらの参照番号に１００を加えた第２の実施形態において特定される（例えば、人工装具４０及び１４０）。第２の実施形態の図２９〜４８は、同じ順序で、第１の実施形態の図７〜２８と一致する（しかしながら、図４７及び４８は、図２７及び２８とは異なって内側接合面を示す）。参照は、第１の実施形態と同じ参照番号を有する第２の実施形態の構成要素の上記に提示される説明でなされる。

人工膝１４０の第２の実施形態は、面５２及び６０、又はこの場合、１５２及び１６０の位置決めにおいて第１の実施形態とは異なる。外側接合面で提示される面６０及び５２よりもむしろ、それらの機能は、内側接合面の外側縁部に位置決めされた面によって機能する（これらの面は、この実施形態において、第３の内側面と称され得る）。面１５２の位置は、図３１の断面図において明らかである。この実施形態において、外側脛骨コンポーネント凹面５０は、平滑かつ連続的である。図３８及び３９及び図４０〜４３の断面図は、表面構成に関するさらなる定義を与える。図４４は、図２４に関連して記載されるように、リフトオフ挙動を呈する完全伸展での内側接合面を示す。図４５及び４６は、図２５及び２６においてこれまでに示されるように、内側接合面の縁部で同一の挙動を示す。これらの断面は、内側接合面のほぼ内側縁部で得られる。図４７及び４８はまた、内側を通るが、内側接合面の外側縁部近くの平面に沿う断面であり、軽度及び完全屈曲で相互作用を示す。図４７は、中程度の屈曲で、面１６０及び１５０が、まだ係合されていないことを示す。図４８は、面１５２と１６０との間の係合を示す。この相互作用は、屈曲時に下肢の内部回転を与える。この屈曲位置で、内側接合面での等角接触は、２つの領域（一方が図４６に示される内側縁部であり、もう一方が図４８に示される外側縁部である）で生じる。

人工装具１４０のこの実施形態では、外側接合面での分離又はローリングオンオフ挙動は、上述のような一対の内側接合面によって与えられる安定性によって生じることが認められる。人工装具４０のように、人工装具１４０は、全可動域の膝運動を通して２つの領域の接触を与える。

第３の実施形態

図４９〜５９は、本発明の第３の実施形態に従って人工膝２４０を示す。第１及び第２の実施形態の構成要素と同一である第３の実施形態の構成要素は、その参照番号によって特定されるが、関連した機能を有する第１の実施形態とは異なる構成要素は、それらの参照番号に２００を加えた第３の実施形態において特定される（例えば、人工装具４０及び１４０）。第３の実施形態の図４９〜５９は、第１の実施形態の様々な図と一致する。参照は、第１の実施形態と同じ参照番号を有する第３の実施形態の構成要素の上記に提示される説明でなされる。

人工膝２４０の第３の実施形態は、いかに面２５２及び２６０が与えられるかのような第１の実施形態とは異なる。第１の実施形態とは異なり、第２の外側面５２は、脛骨コンポーネント２４４上の第１の外側面５０と同じ面上の陥凹であり、第３の実施形態では、凹状突出面２５２は、第１の外側面５０と第１の内側凹面４６との間にある突出部２７０上の凹面として与えられる。突出部２７０は、脛骨コンポーネント２４４の面上の突出物である略フック又はラッチ形状の構成要素であり、凹状突出面２５２が大腿骨コンポーネント２４２の一部との接触が促進されるように位置決めされる。図５０において最も明確に見ることができるように、突出部２７０の凸面は、脛骨コンポーネント２４４の外側を内側から分離している、中央隆起部２６４として作用する。

大腿骨コンポーネント２４２は、中央シャフト２６０上にある第２の外側凸面２９０を含む。シャフト２６０は、内側構成要素２７２及び外側構成要素２６８の２つの実質的に円柱状の構成要素を含む。シャフト２６０は、シャフト２６０の第２の凸面と第１の凸面２５８との間にある。図４９の実施形態に示されるように、内側構成要素２７２は、外側構成要素２６８よりも小さい直径及び薄い外形を有する。シャフト２６０から形成され、大腿骨コンポーネント２４２の内部に向かって突起するのが、伸展部２７４である。図５５及び５６に最もよく見られるように、この実施形態では、シャフト２６０の外側構成要素２６８及び内側構成要素２７２は、互いに同心ではあり得ない。これらのシャフトコンポーネントの偏心度は、図５６の長手方向軸２８４及び２８６の位置によって見出され得る。偏心配置は、シャフト２６０が屈曲時にカムシャフトと同様に作用することを可能にする。

他の実施形態と同様に、大腿骨コンポーネント２４２の内側凸面５４は、脛骨コンポーネント２４４の第１の内側凹面４６に着座し得、外側凸面部５８は、同様に、第１の外側凹面５０に着座し得る。

膝が中程度の屈曲（約９０度）から完全屈曲（約１２０度）に屈曲する場合、外側構成要素２６８の凸面は、脛骨コンポーネント２４４の凹状突出面２５２に接触するまで回転する。凹状突出面２５２の曲率半径は、外側構成要素２６８が突出部２７０のフック構造内で容易に収容されるように、外側構成要素２６８の曲率半径よりも多少大きい。膝が約９０度の角度まで屈曲される場合に、外側構成要素２６８は、フック部材２７０が存在する平面をわずかに上回る状態である（図５７を参照のこと）。この配置において、大腿骨コンポーネント２４２は、後方面２８２上の脛骨コンポーネント２４４に対して、前方及び後方に滑らせることが可能である。

膝が完全屈曲状態（図５８に示されるように、１１０度）まで屈曲し続ける場合に、シャフト２６０の外側構成要素２６８と凹状突出面２５２との間に接触があり、接合面２９２を形成する。このような構造は、前方方向にデバイス２１０の半分の固定を与え、一方、膝が完全屈曲状態にある場合（外側部が互いに係合解除されている場合）、垂直方向に運動の自由度を可能にする。外側構成要素２７２のさらに小さい直径が、大腿骨コンポーネント２４２のある程度の外側への動きを可能にし、一方、さらに過度な屈曲時に脛骨コンポーネント２４４と係合する。図５８に見られるように、コネクタ２７０内の中央シャフト２６０のヒンジ様配置は、プロテーゼの他の部分が互いに係合解除されている場合であっても、より広範な曲げの範囲全体にわたってこれら２つのコンパートメント間の接触を可能にする。

人工膝４０、１４０、及び２４０の全ての実施形態では、完全伸展、中程度の屈曲、及び完全屈曲の全ての屈曲段階における安定性は、外側及び内側接合面での面の等角係合を維持し、一方、完全伸展での内側側副靱帯の張力の増加、屈曲時の両側側副靱帯の張力の弛緩、及び完全屈曲で関節の安定性を可能にし、一方、下肢の内部回転を可能にすることによって与えられる。

上記の説明は、本発明の好ましい実施形態を構成し、本発明が、添付の特許請求の範囲の適切な範囲及び正しい意味から逸脱することなく、修正、変形、及び変化の影響を受けやすいと理解されよう。

Claims (20)

1. ヒト人工膝インプラントであって、
   第１の内側脛骨凹面及び第２の内側脛骨凹面を形成する脛骨コンポーネントと、
   第１の内側大腿骨凸面及び第２の内側大腿骨凸面を形成する大腿骨コンポーネントと
   を含み、
   前記脛骨面及び大腿骨面は、
   前記人工膝インプラントの中程度の屈曲範囲において及び完全屈曲の状態において前記第１の内側脛骨凹面と前記第１の内側大腿凸面との間で一般的な滑り接触が生じることであって、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の大腿骨凸面とは分離することと、
   前記第１の内側脛骨凹面と前記第１の内側大腿骨凸面とが分離したまま、前記人工膝インプラントの完全伸展又は過伸展の状態において前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の内側大腿骨凸面との間で接触が生じることと
   を含む接触相互作用を与えるように形成される、ヒト人工膝インプラント。
2. 前記大腿骨コンポーネントが少なくとも１つの外側大腿骨凸面を形成することと、
   前記脛骨コンポーネントが少なくとも１つの外側脛骨凹面を形成することと
   をさらに含み、
   前記人工膝インプラントの前記中程度の屈曲範囲において及び完全伸展又は過伸展の状態において、前記外側脛骨凹面と前記外側大腿骨凸面との間で外側接触が生じる、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
3. 前記第１の内側脛骨凹面及び第２の内側脛骨凹面並びに前記第１の内側大腿骨凸面及び第２の内側大腿骨凸面が、接触したときに前後及び横方向の安定性を与える形状とされることをさらに含む、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
4. 前記第２の内側脛骨凹面及び前記第２の内側大腿骨凸面が、前記第１の内側脛骨凹面及び前記第１の内側大腿骨凸面の前方に位置決めされ、
   前記中程度の屈曲範囲から前記完全伸展範囲への前記インプラントの屈曲時に、前記脛骨コンポーネントと大腿骨コンポーネントとの接触点が、前記第１の内側脛骨凹面及び前記第１の内側大腿骨凸面から前記第２の内側脛骨凹面及び前記第２の内側大腿骨凸面へと前方に移動することをさらに含む、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
5. 前記完全伸展又は過伸展の状態において、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の内側大腿骨凸面との係合により、前記中程度の屈曲範囲における内側側副靱帯の状態と比較して、前記内側側副靱帯の締め付けが生じることをさらに含む、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
6. 前記完全伸展又は過伸展の状態において、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の内側大腿骨凸面との係合により、前記ヒト大腿骨と前記ヒト脛骨との間の距離が拡大することをさらに含む、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
7. 前記人工膝インプラントの完全伸展又は過伸展の状態において、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の内側大腿骨凸面との相互作用により、前記脛骨の外部回転が生じることをさらに含む、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
8. ヒト人工膝インプラントであって、
   第１の外側脛骨凹面及び第２の外側脛骨凹面を形成する脛骨コンポーネントと、
   第１の外側大腿骨凸面及び第２の外側大腿骨凸面を形成する大腿骨コンポーネントと
   を含み、
   前記脛骨面及び大腿骨面は、
   前記人工膝インプラントの中程度の屈曲範囲において、前記第１の外側脛骨凹面と前記第１の外側大腿骨凸面との間で外側接触が生じることにより屈曲時の回転及び滑り係合がもたらされることであって、前記第２の外側脛骨凹面が前記第２の外側大腿骨凸面から分離することと、
   前記第１の外側凹面が前記第１の外側大腿骨凸面から分離したまま、前記人工膝インプラントの完全屈曲の状態において、前記第２の外側脛骨凹面と前記第２の外側大腿骨凸面との間で外側接触が生じることと
   を含む接触相互作用を与えるように形成される、ヒト人工膝インプラント。
9. 前記脛骨コンポーネントが少なくとも１つの内側脛骨凹面を形成することと、
   前記大腿骨コンポーネントが少なくとも１つの内側大腿骨凸面を形成することと
   をさらに含み、
   前記内側脛骨凹面及び前記内側凸面は、完全屈曲、中程度の屈曲、及び完全伸展の１つ以上の屈曲状態で相互作用する、請求項８に記載のヒト人工膝インプラント。
10. 前記第１の外側脛骨凹面及び前記第１の外側大腿骨凸面は、接触したときに、横方向の安定性を与える形状とされ、
    前記第２の外側脛骨凹面及び前記第２の外側大腿骨凸面は、前後及び横方向の安定性を与える形状とされる、請求項８に記載のヒト人工膝インプラント。
11. 前記第２の外側脛骨凹面及び前記第２の外側大腿骨凸面が、前記第１の外側脛骨凹面及び前記第１の外側大腿骨凸面の後方に位置決めされることをさらに含み、
    前記中程度の屈曲範囲から前記完全屈曲範囲への前記インプラントの屈曲時に、前記脛骨コンポーネントと大腿骨コンポーネントとの接触点が、前記第１の外側脛骨凹面及び前記第１の外側大腿骨凸面から前記第２の外側脛骨凹面及び前記第２の外側大腿骨凸面へと後方に移動する、請求項８に記載のヒト人工膝インプラント。
12. ヒト人工膝インプラントであって、
    第１の内側脛骨凹面及び第２の内側脛骨凹面並びに第１の外側脛骨凹面及び第２の外側脛骨凹面を形成する脛骨コンポーネントと、
    第１の内側大腿骨凸面及び第２の内側大腿骨凸面並びに第１の外側大腿骨凸面及び第２の外側大腿骨凸面を形成する大腿骨コンポーネントと
    を含み、
    前記脛骨面及び大腿骨面は、
    前記人工膝インプラントの中程度の屈曲範囲において、前記第１の内側脛骨凹面と前記第１の内側大腿骨凸面との間で内側接触が生じることにより一般的なボールインソケット係合がもたらされることであって、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の大腿骨凸面とが分離し、前記第１の外側脛骨凹面と前記第１の外側大腿骨凸面との間で外側接触が生じることにより、屈曲時に回転及び滑り係合がもたらされ、前記第２の外側脛骨凹面が前記第２の外側大腿骨凸面から分離することと、
    前記人工膝インプラントの完全又は過伸展の状態において、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の内側大腿骨凸面との間で内側接触が生じることであって、前記第１の内側脛骨凹面及び前記第１の内側大腿骨凸面が分離し、前記第１の外側脛骨凹面と前記第１の外側大腿骨凸面との間で外側接触が生じ、前記第２の外側脛骨凹面及び前記第２の外側凸面が分離することと、
    前記人工膝インプラントの前記完全屈曲の状態において、前記第１の内側脛骨凹面と前記第１の内側大腿骨凸面との間で内側接触が生じることであって、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の内側大腿骨凸面とが分離し、前記第２の外側脛骨凹面と前記第２の外側大腿骨凸面との間で外側接触が生じ、前記第１の外側凹面が前記第１の外側大腿骨凸面から分離することと
    を含む接触相互作用を与えるように形成される、ヒト人工膝インプラント。
13. 前記第１及び第２の内側脛骨凹面並びに前記第１及び第２の内側大腿骨凸面が、接触したときに前後及び横方向の安定性を与える形状とされることをさらに含む、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
14. 前記第２の外側脛骨凹面及び前記第２の内側大腿骨凸面が、接触したときに前後及び横方向の安定性を与えるように成形されることをさらに含む、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
15. 前記第２の内側脛骨凹面及び前記第２の内側大腿骨凸面が、前記第１の内側脛骨凹面及び前記第１の内側大腿骨凸面の前方に位置決めされることをさらに含み、
    前記中程度の屈曲範囲から前記完全伸展範囲への前記インプラントの屈曲時に、前記脛骨コンポーネントと大腿骨コンポーネントとの接触点が、前記第１の内側脛骨凹面及び前記第１の内側大腿骨凸面から前記第２の内側脛骨凹面及び前記第２の内側大腿骨凸面へと前方に移動する、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
16. 前記完全又は過伸展の状態において、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の内側大腿骨凸面との係合により、内側側副靱帯の締め付けが生じることをさらに含む、請求項１に記載のヒト人工膝インプラント。
17. ヒト人工膝インプラントであって、
    第１の内側脛骨凹面、第２の内側脛骨凹面、及び第３の内側脛骨凹面、並びに外側脛骨凹面を形成する脛骨コンポーネントと、
    第１の内側大腿骨凸面、第２の内側大腿骨凸面、及び第３の内側大腿骨凸面、並びに地球の大腿骨コンポーネントを形成する大腿骨コンポーネントと
    を含み、
    前記脛骨面及び大腿骨面は、
    前記人工膝インプラントの中程度の屈曲範囲において、前記第１の内側脛骨凹面と前記第１の内側大腿骨凸面との間で内側接触が生じることにより一般的なボールインソケット係合がもたらされることであって、前記第２の脛骨凹面と前記第２の大腿骨凸面とが分離し、前記第３の内側脛骨凹面と前記第３の大腿骨凸面とが分離し、前記外側脛骨凹面と前記外側大腿骨凸面との間で外側接触が生じることにより屈曲時に回転係合がもたらされることと、
    前記人工膝インプラントの完全又は過伸展の状態において、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の内側大腿骨凸面との間で内側接触が生じることであって、前記第１の内側脛骨凹面と前記第１の内側大腿骨凸面とが分離し、前記第３の内側脛骨凹面と前記第３の内側大腿骨凸面とが分離し、前記外側脛骨凹面と前記外側大腿骨凸面との間で外側接触が生じることと、
    前記人工膝インプラントの前記完全屈曲の状態において、前記第３の内側脛骨凹面と前記第３の内側大腿骨凸面との間で内側接触が生じることであって、前記第１の内側脛骨凹面と前記第１の内側大腿骨凸面とが分離し、前記第２の内側脛骨凹面と前記第２の内側大腿骨凸面とが分離し、前記外側脛骨凹面と前記外側大腿骨凸面との間で外側接触が生じることと
    を含む接触相互作用を与えるように形成される、ヒト人工膝インプラント。
18. ヒト人工膝インプラントであって、
    第１の内側脛骨凹面及び第２の内側脛骨凹面、並びに外側凹面を形成する脛骨コンポーネントであって、前記脛骨コンポーネントから延びる突起部が前記第１の内側凹面と前記外側凹面との間に配置され、前記突起部は凹状突出面を含むように形成される、脛骨コンポーネントと、
    第１の内側大腿骨凸面及び第２の内側大腿骨凸面、並びに外側凸面を形成する大腿骨コンポーネントであって、中央シャフトが前記外側凸面と前記第１の内側凸面との間に配置される、大腿骨コンポーネントと
    を含み、
    前記脛骨面及び大腿骨面は、前記凹状突出面と前記中央シャフトとの接触を含む接触相互作用を与えるように形成される、ヒト人工膝インプラント。
19. 前記中央シャフトは内側構成要素及び外側構成要素を含み、
    前記内側構成要素及び前記外側構成要素はそれぞれが実質的に円筒状であり、
    前記外側構成要素は、前記内側構成要素の直径よりも大きい直径を有する、請求項１８に記載のヒト人工膝インプラント。
20. 凹状突出面が、前記内側構成要素の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する、請求項１９に記載のヒト人工膝インプラント。
    

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