JP2023516265A - 解剖学的膝プロテーゼ、及び設計方法 - Google Patents

解剖学的膝プロテーゼ、及び設計方法 Download PDF

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Abstract

膝プロテーゼと、利用可能な膝プロテーゼ在庫(inventory)または特定の患者のための3D膝プロテーゼ模型から選択する方法と、を提供する。この方法は、(a)明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに従って、膝プロテーゼをパラメータ化するステップと、(b)各個人の膝の3D形状アシンメトリを複製する3D膝プロテーゼ模型の形態で多数の膝形状を生成し、それにより、少なくとも1つの当該コンパートメントの形状パラメータ(表面及び寸法)を変化させる形状を生成することで、本質的に全ての患者の膝の動きの複製を可能にし、このような3D膝プロテーゼ模型をデータベースに保存するステップと、(c)患者の病理を学習し、患者のニーズに合致した前病理学的(pre‐pathological)膝プロテーゼ基準を開発するステップと、を含む。適切な膝プロテーゼは、現行の膝プロテーゼ在庫、または多数の膝形状から選択され、最適に選択されたプロテーゼまたは形状は、学習により定義される患者のニーズに合致する。

Description

関連出願の相互参照
本願は、2020年1月22日に出願された米国仮出願第62/964,170号、及び2020年1月22日に出願された米国仮出願第62/964,182号を参照として組み込むと共にそれに依拠し、保護を求めるものとされる特徴を定義するためにその内容はその全てが発明の根底にある技術的課題の解決に寄与するものと理解され、本文書で言及される特徴には特に重要なものもあるとされる。
関係当事者の識別
本知的財産問題の出願人は、スイス国のシンビオス オルソペディ エスアーである。本特許文書に記載される本発明の発明者は、スイス国エシャンダンのフランス人であるヴィンセント・レクレルック 、及びスイス国プレヴェレンジュのフランス人であるフローラン・プレである。その他の発明者は正規の国内出願の出願時に追加されることがある。ジョン・B・モエテッリ 、及びスイス国のダ・ヴィンチ・パートナーズ・LLC事務所 が出願時に出願人を代理する。
著作権および法的告知
本特許文書に開示されるものの一部には著作権保護の対象となる資料が含まれている。出願人は、特許商標庁の記録として特許開示されている特許文書に関しては第三者によるファクシミリ複製に異論はないが、そうでない場合はいかなる場合も全ての著作権を留保する。また、本願に記載される第三者の特許または記事は、先行発明を理由として本発明がその資料を先行する権利がないことを承認するものとして考慮すべきでない。
今日の膝プロテーゼは、工業生産ひいては標準化の観点から適応されてきた。このような先行技術のプロテーゼは、耐用年数については満足できるとされてきたが(93%以上が15年を超える)、顧客満足度は低い(70%にとどまる)。このような状況により、プロテーゼの利益を享受する多くの患者が不快さや痛みのリスクを恐れて手術を遅らせて、より重症となり、結果的により重要な治療が必要となる。膝関節置換手術後、個人の生来、すなわち個別の患者に特有の膝関節の解剖学的挙動とは異なる標準規格プロテーゼの挙動により、とりわけ慢性的な不快さと痛みとが引き起こされる。患者の第1の膝がプロテーゼに置換され、かつ第2の膝が同時に置換されない場合、先行技術の標準規格膝プロテーゼを用いることにより置換された膝関節と生来の膝関節との間で不均衡な挙動が引き起こされかねず、非置換膝関節の老化の加速、及び/または変形が生じ、結果的に第2の膝関節の置換を早めざるを得なくなる。
したがって、患者の生体膝関節を個人に適応された解剖学的方法で置換し、不快さや痛みのリスクを最小限に抑え、他方の膝関節に二次的な損害を発生させることのない膝プロテーゼが必要とされている。
膝プロテーゼと、利用可能な膝プロテーゼ在庫(inventory)または特定の患者のための3D膝プロテーゼ模型から選択する方法と、を提供する。この方法は、(a)明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに従って、膝プロテーゼをパラメータ化するステップと、(b)各個人の膝の3D形状アシンメトリを複製する3D膝プロテーゼ模型の形態で多数の膝形状を生成し、それにより、少なくとも1つの当該コンパートメントの形状パラメータ(表面及び寸法)を変化させる形状を生成することで、本質的に全ての患者の膝の動きの複製を可能にし、このような3D膝プロテーゼ模型をデータベースに保存するステップと、(c)患者の病理を学習し、患者のニーズに合致した前病理学的(pre‐pathological)膝プロテーゼ基準を開発するステップと、を含む。適切な膝プロテーゼは、現行の膝プロテーゼ在庫、または多数の膝形状から選択され、最適に選択されたプロテーゼまたは形状は、学習により定義される患者のニーズに合致する。
また別の実施形態では、当該方法は、適切な3D模型の選択時に膝蓋骨の関節を考慮することを含む。
本発明は、現況技術の膝プロテーゼよりも任意の個別の患者のニーズにはるかに良好に適した膝プロテーゼを提供し、結果的に慢性的な痛み及び/または不快さのリスクを低減する。
添付の図面は、本発明の対象の異なる実施形態を例示するものである。
膝関節を斜め前から見た概略図(schematic, three‐quarter view)である。 膝関節の内側概略図(schematic, medial view)である。 HKA(Hip‐Knee‐Ankle/腰‐膝‐足首)正常アライメント(normal alignment)(「均衡アライメント(neutral alignment)」または「真っすぐなアライメント(straight alignment)」ともいう)の正面概略図である。 HKA内反(またはO脚)アライメント(HKA varus (or bowleg) alignment)の正面概略図である。 HKA外反(またはX脚)アライメント(HKA valgus (or knock knee) alignment)の正面概略図である。 本発明の方法のフローチャートである。 本発明の方法の第1の変形のフローチャートである。 本発明の方法の第2の変形のフローチャートである。 本発明の方法の第3の変形のフローチャートである。 大腿骨の正面図である。 大腿骨の平面図である。 膝関節を伸展する際の正面図である。 膝関節を屈曲する際の正面図である。 本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラントのISO図である。 本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラントの正面図である。 本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラントの矢状断面図である。 本発明の膝プロテーゼの正面図である。 本発明の膝プロテーゼの軸方向図である。 本発明の膝プロテーゼの矢状断面図である。 先行技術の膝プロテーゼの正面図である。 本発明の膝プロテーゼの正面図である。 先行技術の膝プロテーゼの軸方向図である。 本発明の膝プロテーゼの軸方向図である。 構造的大腿骨均衡(対称性遠位顆)が伸展(対称性遠位顆)する場合の本発明の膝プロテーゼの冠状断面図である。 屈曲する際(対称性後顆)の本発明の膝プロテーゼ及び対称性後顆の横断面図である。 屈曲する際の本発明の膝プロテーゼの横断面図であり、外側後顆が内側後顆より短い(内旋した後顆)。 屈曲する際の本発明の膝プロテーゼの横断面図であり、外側後顆が内側後顆より長い(外旋した後顆)。 屈曲する際の本発明の膝プロテーゼ横断面図であり、角度が外側後顆から内側後顆へ開いている(内旋した後顆)。 屈曲する際の本発明の膝プロテーゼの横断面図であり、角度が内側後顆から外側後顆へ開いている(外旋した後顆)。 構造的大腿骨均衡(対称性遠位顆)が伸展(対称性遠位顆)する場合の本発明の膝プロテーゼの冠状断面図である。 構造的大腿骨外反が伸展する場合の本発明の膝プロテーゼの冠状断面図であり、遠位外側顆が遠位内側顆より短い。 構造的大腿骨内反が伸展する場合の本発明の膝プロテーゼの冠状断面図であり、遠位外側顆が遠位内側顆より長い。 構造的大腿骨外反が伸展する場合の本発明の膝プロテーゼの冠状断面図であり、角度が遠位外側顆から遠位内側顆へ開いている。 構造的大腿骨内反が伸展する場合の本発明の膝プロテーゼの冠状断面図であり、角度が遠位内側顆から遠位外側顆へ開いている。 本発明の膝プロテーゼの伸展時の冠状断面図である。 本発明の膝プロテーゼの屈曲時の横断面図である。 本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラントの矢状断面図である。 本発明の大腿骨インプラントの伸展時の冠状断面図であり、水平切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの屈曲時の横断面図であり、水平切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの伸展時の冠状断面図であり、傾斜切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの屈曲時の横断面図であり、傾斜切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの伸展時の冠状断面図であり、湾曲切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの屈曲時の横断面図であり、湾曲切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの伸展時の冠状断面図であり、オフセット切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの屈曲時の横断面図であり、オフセット切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの伸展時の冠状断面図であり、二重傾斜切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの屈曲時の横断面図であり、二重傾斜切除を示す。 本発明の大腿骨インプラントの伸展時の矢状断面図であり、鋸切除に適している。 本発明の大腿骨インプラントの伸展時の矢状断面図であり、圧延切除に適している。 構造的大腿骨均衡が伸展する場合の本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラント及び脛骨挿入コンポーネントの冠状断面図である。 構造的大腿骨内反が伸展する場合の本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラント及び脛骨挿入コンポーネントの冠状断面図であり、遠位内側顆が遠位外側顆より短い。 構造的大腿骨外反が伸展する場合の本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラント及び脛骨挿入コンポーネントの冠状断面図であり、遠位内側顆が遠位外側顆より長い。 構造的大腿骨外反が伸展する場合の本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラント及び脛骨挿入コンポーネントの冠状断面図であり、角度が遠位内側顆から遠位外側顆へ開いている。 構造的大腿骨内反が伸展する場合の本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラント及び脛骨挿入コンポーネントの冠状断面図であり、角度が遠位外側顆から遠位内側顆へ開いている。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的冠状断面図である。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的冠状断面図であり、キールがある角度で配向されている。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的冠状断面図であり、脛骨対向面、及びキールが異なる角度で配向されており、その結果、内側挿入厚みは薄くなり、膝が内反向きになりやすくなる。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的冠状断面図であり、脛骨対向面、及びキールが異なる角度で配向されており、遠位外側顆が遠位内側顆より短い。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的冠状断面図であり、脛骨対向面、キール、及び2顆遠位接線が異なる角度で配向されている。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的矢状断面図であり、2つの半径により定義されるJカーブを示す。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的矢状断面図であり、2つの半径により定義されるJカーブを示し、キールが脛骨前部に向かってオフセットされている。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的矢状断面図であり、2つの半径により定義されるJカーブを示し、キールが脛骨後部に向かってオフセットされている。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的矢状断面図であり、3つの半径により定義されるJカーブを示す。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的矢状断面図であり、4つの半径により定義されるJカーブを示す。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的矢状断面図であり、2つの半径により定義されるJカーブを示し、キール及び脛骨対向面がある角度で配向されている。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的矢状断面図であり、3つの半径により定義されるJカーブを示し、キール及び脛骨対向面がある角度で配向されている。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的矢状断面図であり、4つの半径により定義されるJカーブを示し、キール及び脛骨対向面がある角度で配向されている。 本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールを組み合わせた概略的矢状断面図であり、4つの半径により定義されるJカーブを示し、キール及び脛骨対向面がある角度で配向され、キールが後顆に向かってオフセットされている。 本発明の膝プロテーゼの脛骨コンポーネントの平面図である。 ある配向角度を示す本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー及びキールの冠状断面図である。 ある配向角度及びオフセットを示す本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー及びキールの冠状断面図である。 ある配向角度及びオフセットを示す本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー及びキールの冠状断面図である。 2つの配向角度を示す本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー及びキールの冠状断面図である。 2つの配向角度を示す本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー及びキールの冠状断面図である。 内側のある角度を示す骨切除に適した本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー及びキールの冠状断面図である。 外側のある角度を示す骨切除に適した本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー及びキールの冠状断面図である。 内側のある段を示す骨切除に適した本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー及びキールの冠状断面図である。 外側のある段を示す骨切除に適した本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー及びキールの冠状断面図である。 構造的大腿骨均衡の場合の本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラント及び膝蓋骨コンポーネントの冠状断面図である。 構造的大腿骨内反の場合の本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラント及び膝蓋骨コンポーネントの冠状断面図であり、遠位外側顆が遠位内側顆より短い。 構造的大腿骨外反の場合の本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラント及び膝蓋骨コンポーネントの冠状断面図であり、遠位外側顆が遠位内側顆より長い。 本発明の膝プロテーゼの膝蓋骨コンポーネントの冠状断面図である。 本発明の膝プロテーゼの膝蓋骨コンポーネントの矢状断面図である。 本発明の膝プロテーゼの膝蓋骨コンポーネントの横断面図である。 本発明に係る方法の別の変形のフローチャートである。 本発明に係る方法の別の変形のフローチャートである。 本発明に係る方法の別の変形のフローチャートである。 本発明に係る方法の別の変形のフローチャートである。 本発明に係る方法の別の変形のフローチャートである。 本発明に係る方法の別の変形のフローチャートである。 本発明の異なる手順を図示するフローチャートである。 本発明の膝プロテーゼのスケッチ/画像(representation)である。 大腿骨コンポーネントの区分化及びパラメータ化を示す図である。 大腿骨コンポーネントの区分化及びパラメータ化を示す図である。 大腿骨コンポーネントの区分化及びパラメータ化を示す図である。 大腿骨コンポーネントの区分化及びパラメータ化を示す図である。
図面に示される要素は単純化及び明確性のために開示され、必ずしも正寸で描かれていないことは当業者には明らかである。例えば本発明、及びその実施形態の理解をより深めるために、寸法はその他の要素に対して強調して描かれていることもある。さらに、本件で用いられる「第1」、「第2」やその類の用語は類似する要素を区別するために使用され、必ずしも順次的、または時系的な順番を示すものではない。また、明細書及び/または請求項における「正面」、「背面」、「平面」、「底面」やその類の用語は必ずしも限定的な相対位置を総合的に表わすものではない。このような用語は例えば本願で開示される様々な実施形態が明確に図示または説明される以外の配向でも操作可能であるような適切な状況下では置き換えられてもよいことを当業者は理解されたい。
好適な実施形態の詳細な説明
以下の説明は本質的に例示的であり、本願の出願日時点で発明者が知り得た本発明の最良の態様を説明するもので、本発明の範囲をいかなる意味でも制限するものではない。その結果として、本願で開示される例示的な実施形態における全ての要素の配置及び/または機能は、本願発明の精神及び範疇から逸脱することなく変更を加えることが可能である。
本発明は、患者の膝関節の運動挙動全体(現在、または予病(pre‐pathology)だけでなく患者固有のHKA(腰‐膝‐足首)アライメントをも考慮するため、まるで生来のような膝関節の再作成を可能にする。また、膝蓋骨の関節も考慮される。
図1A及び図1Bを参照すると、患者の座位(膝の屈曲)の際の膝関節(1)が図示され、
大腿骨(10)及び脛骨(20)が、内側半月板(22)及び外側半月板(24)を介して結合され、大腿骨は内側顆(12)及び外側顆(14)と接触する。大腿骨の脛骨に対する自然な相対移動は、内側/外側移動(110)、前方/後方移動(120)、上方/下方移動(310)等の直線運動と、屈曲/伸展(120)、内転/外転(220)、軸(内/外)回転(320)等の回転との、滑り及び転がり運動の組み合わせとして記述されうることを、出願人は識別している。膝の動きは、屈曲/伸展軸と長さ方向軸との組み合わせである大腿骨ヘリカル軸に従う動きにより特徴づけられ、結果的に生じるこのヘリカル軸は膝の形状、及び膝アライメントによる。この組み合わせの動きは一人ひとり異なり、患者の病状(病理、外傷、等)により修正される。膝は、屈曲/伸展軸と長さ方向軸との組み合わせである大腿骨ヘリカル軸に従って動き、結果的に生じるこのヘリカル軸は、膝の形状、及び膝アライメントによる。
膝プロテーゼの周知の先行技術は前方/後方移動(120)及び屈曲/伸展(120)回転のみを考慮し、結果としてより単純なプロテーゼとなるが、外科医が、解剖学にそぐわない(non‐anatomic)インプラントを非解剖学的に埋め込むという不都合を有する。このような先行技術のプロテーゼは、耐用年数については満足できるとされてきたが(15年後に93%以上)、顧客満足度は低い(70%)。このような状況により、プロテーゼの利益を享受する多くの患者が不快さや痛みのリスクを恐れて手術を遅らせる。不快さや痛みにより患者の安眠が妨げられると、患者は膝プロテーゼを求める。患者は可能な限り長期間、薬で持たせようとするが、あまりに待機期間が長すぎると膝の変位及び病理が大きくなり、靭帯張力及び傍関節(collateral joints)に衝撃を与えることもあるため、手術がより困難となることがある。国によっては、費用面から患者が病院に行くのが非常に遅くなり、(先延ばしにされたことで不健康な膝にかかる負荷により生じた健康な膝の損傷が原因で)同時に両膝置換を行わねばならないこともある。
近年のプロテーゼは、前方/後方移動(120)及び屈曲/伸展(120)回転と同じ制限を用いるが、屈曲/伸展(120)回転の傾斜が、患者の膝の自然な動きにより近い動きを獲得するのに作成される。こういったプロテーゼはここ数年しか使用されていないため、その耐用年数と患者の満足度はまだ公知ではない。それにもかかわらず、この場合においても、外科医は、解剖学にそぐわないプロテーゼを解剖学的に埋め込もうとする。
次に図2A、図2B、図2Cを参照すると、本明細書に開示の本発明により、患者の構造的解剖学に、より広い視野がもたらされる。人間は、個別の膝関節形態(大腿骨と脛骨、または大腿骨と膝蓋骨の間の患者特有の関節面)により特徴づけられる、個人特有の膝の動きを有するだけでなく、個々のHKA(腰‐膝‐足首)アライメントをも有する。正常(図2A)アライメントは、「均衡アライメント」または「真っすぐなアライメント」ともいい、人口の大多数を占めるが、構造的内反(またはO脚)(図2B)から構造的外反(またはX脚)(図2C)まで、有意差のある変形 が観察される。
現行の先行技術では、全ての患者が正常アライメント(図2A)になるべきであり、プロテーゼの傾斜設置は、患者の個々の膝関節を十分に収容できると考える。このようなアライメントは「力学的アライメント(mechanical alignment)」ともいい、均衡アライメントと、大腿骨及び脛骨の機械軸と、により特徴づけられる。膝蓋骨(40)の動き及び接合も無視される。したがって、先行技術の膝プロテーゼはごく限られたサイズの標準規格として製造され、結果的に製造コストを抑えることができる。このような先行技術のプロテーゼを使用する際、解剖学にそぐわないプロテーゼを力学的かつ解剖学的に設置する困難が生じ、そのために、位置決め、及びサイズ決めに多くの妥協をせざるをえず、それによりプロテーゼの突出(prosthetic overhang)(痛み、可動性の損失のリスク)、または減寸(undersized)プロテーゼ(沈み、またはゆるみのリスクを増加させる)のインプラントが時折生じ、新しく作成された膝関節が関節を共に保持する靭帯内、または骨内で、新しい張力、及び望ましくない圧力が発生する可能性がある。これらの要素間の摩擦により、患者に不快さや痛みが生じることがある。
次に、図3に示される本発明に係る方法3000は複数のステップで構成され、必ずしも以下の順序とは限らない。第1のステップ3002において、CTスキャン、X線、MRI、EOS(負荷または無負荷状態時、一足歩行、二足歩行、内反/外反圧下)、またはその他のいかなる測定装置を使用、及び/または当技術分野で公知の任意の方法を適用し、患者の手術前状態を評価、及び/または測定し、下記患者状況、
(a)HKAアライメント(図2A、図2B、図2Cを参照)と、
(b)大腿骨の脛骨に対する相対移動(図1Aに示される滑り及び転がり運動の組み合わせ)
(c)大腿骨及び脛骨の接触面及び骨形状と、
(d)大腿骨及び脛骨に相対する膝蓋骨の形状及び位置と、膝蓋骨の大腿骨との接触面と、
の少なくとも1つの評価/測定を含む。
第2のステップ3004において、対象の手術後のHKAアライメントは上記サブステップ(a)及び患者の解剖歴(既知の場合)に従って定義される。
第3のステップ3006において、対象の手術後の大腿骨の脛骨に対する相対移動(滑り及び転がり運動の組み合わせ)は、第2のステップ及び上記サブステップ(b)に従って定義される。
第4のステップ3010において、大腿骨及び脛骨プロテーゼの接触面の形状は、第2及び第3のステップ、並びに上記サブステップ(c)に従って定義される。
第5のステップ3012において、大腿骨及び脛骨プロテーゼのアタッチメントの形状は、第4のステップ、及び上記サブステップ(c)に従って定義される。
第6のステップ3014において、大腿骨プロテーゼ、及び脛骨プロテーゼに対する対象の手術後の膝蓋骨の位置は、第2、第3、及び第4のステップ、並びに上記サブステップ(d)と、患者の解剖歴(既知の場合)と、に従って定義される。
第7のステップ3016において、大腿骨プロテーゼと膝蓋骨との間の接触面の形状は、第2、第3、第4、及び第6のステップ、並びに上記サブステップ(d)に従って定義される(膝蓋骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間ではなく、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨コンポーネントとの間のみの接触面)。
第8のステップ3020において、上記定義は、個人に適応された膝プロテーゼを定義する。
次に、図4に示される本発明に係る方法4000は複数のステップで構成され、必ずしも以下の順序とは限らない。特定の患者のために3D膝プロテーゼ模型を選択する方法4000は、
―ステップ4002:(a)明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに従って、膝プロテーゼをパラメータ化するステップと、
―ステップ4004:(b)少なくとも1つの当該コンパートメントの形状パラメータ(表面及び寸法)を変化させることで、多数の膝形状を生成するステップと、
からなり、
この生成された膝形状から適切な膝プロテーゼが患者のニーズに合うように選択され、生成された構成により、高い変動性を有する膝形状が複製される。この膝形状は、各個人の膝の3D形状アシンメトリを複製し、その結果、患者の膝の動きを複製できる。上記のステップ4002に関し、各コンパートメントについて、画像/スケッチの2タイプが調整できるようにパラメータ化は実現される。第1のタイプは、各面(曲率の半径、オフセット、患者の膝フレームの当該案内曲線の原点位置)でML及びAP案内曲線を適応させることで、各コンパートメントの関節面を定義する関節の画像/スケッチのパーソナライズを含み、プロテーゼ表面の3D形状を患者の膝表面にマッチさせるようにする。第2のタイプは、寸法の画像/スケッチ(外側の制限を定義する案内曲線)の関節面に沿ったパーソナライズを含み、関節全周のプロテーゼ寸法を患者のサイズに正確に合わせるようにする。こういった外部境界案内曲線の向き及び位置を、パラメータは各面(半径、寸法、患者の膝フレームへの当該案内曲線の原点位置)で定義する。
次に、図5に示される本発明に係る方法5000は複数のステップで構成され、必ずしも以下の順序とは限らない。方法5000は3D膝プロテーゼ模型のデータベースを作成し、そこから特定の患者のニーズに合う3D膝プロテーゼ模型が選択される。当該方法は以下複数のステップを含み、必ずしも以下の順序とは限らない。
―ステップ5002:(a)選択された膝プロテーゼの設計構成を、明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに対応する特徴にパラメータ化するステップ。
―ステップ5004:(b)少なくとも1つのコンパートメントに対応し、個人の膝のサンプル集合(sample population)の3D形状アシンメトリを複製する多数の3D膝プロテーゼ模型を、表面、寸法等の形状パラメータを変化させることで生成するステップ。
―ステップ5006:(c)生成された模型をデータベースに挿入し、高い変動性を有する3D膝プロテーゼ模型のデータベースを作成するステップ。
―ステップ5010:(d)3Dスキャンを用いて、患者の膝の動きを学習するステップ。
―ステップ5012:(e)患者の膝の動きを仮定した前病理学的模型を作成するために、病理と、任意で軟部組織の影響と、のために調整するステップ。
―ステップ5014:(f)患者の膝の3D形状アシンメトリが定義する患者の膝の動きを仮定した、1または複数の前病理学的模型を最良に複製する1または複数の模型を、適切な膝プロテーゼ在庫、または3D膝プロテーゼ模型のデータベースから選択するステップ。
―ステップ5016:(g)マッチする膝プロテーゼが在庫にない場合、選択されたプロテーゼ模型を作成するステップ。
―ステップ5020:(h)インプラントに利用可能なプロテーゼを作成するステップ。
次に、図6に示される本発明に係る方法6000は複数のステップで構成され、必ずしも以下の順序とは限らない。方法6000の適用後に選択される3D模型から製造される膝プロテーゼを提供し、方法6000は、
―ステップ6002:(a)患者の現在及び前病理学的膝挙動、並びに患者のHKAアライメントを分析するステップと、
―ステップ6004:(b)膝形態を変化させる3D模型の包括的なデータベースから適切な3D模型を選択し、各3D模型は公知の形態、並びに製造の制限及び要求に適応しているステップと、
―ステップ6006:(c)個別の患者の3D構造的解剖学に適応された製造可能で本質的にカスタムの(essentially custom)膝プロテーゼに相当する選択された3D模型を作成し、まるで生来のような膝関節の再作成を可能にするステップと、
を含む。
次に、図7A及び図7Bを参照すると、大腿骨は軸平面視で示されており、関節炎前、または生来の(膝関節に何ら病理のない)膝の集合において、下記の観点からバリエーションは非常に広い。
・膝の寸法
・膝の形状
・膝のサイズ
・肢アライメント(Limb alignment)
健康な膝関節を持つ人のなかには、
・構造的内反アライメント(O脚形状)
・構造的外反アライメント(X脚形状)
・構造的均衡アライメント(I脚形状)
のいずれかを有する人もいる。
このような健康な膝の肢アライメントずれ(deviated limb alignment)(内反または外反)は、ミスアライメント(misalignment)ではなく、単に構造的肢アライメントずれと考えられる。
同じ人種間で、関節内で非常に大きく異なるパラメータもあるため、同じ寸法の膝でも形状は大幅に変化する。
関節上で機能的に作用する主要パラメータは以下の通りである。
・アルファ(α):FMAとBCDとの間の角度
・DCA:TEAとBCDとの間の角度
・PCA:TEAとBCPとの間の角度
・ATA:TEAとTLとの間の角度
・SA:溝軸(Sulcus Axis)(KCをTGに繋ぐ)
WL:ホワイトサイド線(Whiteside Line)(KCをTGLに繋ぐ)
このような全パラメータは相互に15°以上、変化しうる(各角形成パラメータ(every angulated parameter)は、その平均値から7.5°まで変化し、健康な集合間での各パラメータの変動性の範囲は15°まで、ガウス曲線と推定されることを意味する)。
このような変化の原因は、遺伝学(遺伝)、個体発生、成長中、骨格発達前の姿勢学及び/または行動及び/または体重、ジェンダー、形態型(内胚葉型、外胚葉型、中胚葉型)、または民族(膝の深屈曲に結び付く日々の生活行動)である。
個々の膝には、膝のジオメトリ(geometry)と周囲の軟部組織外膜(soft tissue envelope)との間、特に十字靭帯、側副靭帯、支帯靱帯に深い関連性がある。膝プロテーゼのインプラント後に膝形状が変化する場合、靭帯の挿入と関節面との関係が変化し、それにより内外コンパートメント間だけでなく、伸展、屈曲、中屈曲間の膝のバランスを正しく取ることも困難、または不可能にさえなる。
次に、図8A及び図8Bを参照すると、膝アライメントと、膝のサイズ及び形状と、靭帯の挿入及び長さ(側副靭帯、十字靭帯、支帯靱帯)との深い関連性が示されている。内側側副靭帯422は、大腿骨410と脛骨420とを付着させる。十字靱帯424は、大腿骨410と脛骨420とを付着させる。外側側副靭帯432は、大腿骨410と腓骨430とを付着させる。内側膝蓋支帯442は、大腿骨410と膝蓋骨440とを内側で付着させる。外側膝蓋支帯444は、大腿骨と膝蓋骨440とを外側で付着させる。
次に、図9A~図9Cには、本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラントが示され、参考に以下の要素が示される。
骨対向面510、
関節面520、
内側顆の顆部522、
外側顆の顆部524、
滑車部526、
内側隆起532、
外側隆起534、
滑車深長536、
内外曲線540、
内外曲線の内側端542、
内外曲線の外側端544、
Jカーブ顆550、
Jカーブ顆前部552、
Jカーブ顆後部554、
Jカーブ滑車560
次に、図10A~図10Cには、本発明の膝プロテーゼが示され、以下の要素が示される。
大腿骨コンポーネント610、
大腿骨内部骨対向面612、
外部関節面614、
脛骨挿入コンポーネント620、
対応関節面624、
脛骨トレーコンポーネント630、
脛骨内部骨対向面632、
膝蓋骨コンポーネント640、
膝蓋骨内部骨対向面642、
膝蓋骨関節面644。
次に、図11A~図11Dを参照すると、先行技術の膝プロテーゼと本発明の膝プロテーゼとの比較が明白に可視化されている。
(標準規格(既製(Off‐the‐shelf))膝プロテーゼとの比較、及び本システムの限界)
膝プロテーゼまたは膝インプラントが、(人間の膝の解剖学的動きに大まかにしかマッチしないという点において)非解剖学的であり、患者の膝関節の解剖学により正確または不正確にマッチする方法で埋め込まれなければならないため、膝プロテーゼの設計には多くの点で著しい単純化及び妥協が生じえない。
当初の目標は、プロテーゼのインプラントを力学的に最適化し、プロテーゼの耐用年数を伸ばすことにあった。対称性顆形状と厚みとを有し、均衡肢再アライメントのために、常に力学的に(冠状面において機械軸に対し90°切除)埋め込まれるよう、このような膝プロテーゼが設計されてきた。
その後、平均的な膝及び肢形態型の形状、サイズ、並びにアライメントに妥協して、教義的概念は異なる企業により膝プロテーゼのサイズ範囲内に抑えられ、当該概念は下記を含む。
・サイズの数は通常10までに抑えられる。しかし、白人種の最小サイズはアジア人種の対応サイズにフィットするものではないことが公知であるため、小さな膝から非常に幅広な膝まで、幅広い寸法のバリエーションを実現するものではない。さらに、大多数の企業は、大小両極のサイズを増やすのではなく、2つのサイズの中間サイズを追加することによって、サイズを増やしている。
・内外/前後比率は固定だと考えられてきたが、人種によって大幅に変化することは今では公知であり、プロテーゼの突出またはコンポーネントの減寸化について、よく記述されてきた。
・顆及び/または滑車(Jカーブ)の矢状形状は通常、単一、二重、または多重半径として簡略化されてきたが、患者によっては単一または多重半径Jカーブを有することは、今では公知である。
・大腿骨‐膝蓋骨関節は通常、固定配向の溝軸で簡略化されてきたが、遠位大腿骨が内反または外反の場合、溝軸がそのように同等に配向されないということは、今では公知である。
・第5に、遠位内側顆、及び後顆用に2.5mmの固定オフセットを有するスミス・アンド・ネフュー社のJourney膝を除き、顆ずれはほとんど考慮されないが、関節線の傾斜度は人種によって、また遠位骨頭と後顆との間で大幅に変化することは、今では公知である。
今日、93%以上の膝プロテーゼが、埋め込みから15年はもつという臨床結果が出ている。しかし、患者人口の30%が膝関節全置換後の不満、すなわち痛み、可動性の損失、または異常なキネマティクス(kinematics)のいずれかを訴えている。
また、今日のさらなる困難は、膝関節全置換を要する人が、より若く、依然として非常にアクティブな点にある。総じて、膝機能、及び人種を超えた満足度(global satisfaction)がより重要となっている。このように、解剖学にそぐわない膝プロテーゼを解剖学的に設置することに最善を尽くすのが最近の傾向である。機能は改善するものの膝プロテーゼの耐用年数が短くなるリスクがあり、結果的に早期にコンポーネントがゆるむというリスクが高くなる。
(膝インプラント(標準規格膝インプラント、また患者特有、パーソナライズ/個人化、またはカスタムのインプラント)は下記の通りである)
次に、図9A~図9C、及び図10A~図10Cに示される膝プロテーゼは、大腿骨コンポーネント、(挿入部を備える)脛骨トレーコンポーネント、及び膝蓋骨コンポーネントを含み、(文献、遺体(cadavers)、3Dイメージから得た)患者固有のデータに基づいて標準範囲の膝プロテーゼを定義、または患者特有の膝プロテーゼを定義するよう設計される。
大腿骨コンポーネントの内部骨対向面は大腿骨頭の対応表面に準拠する。代替的に、1以上の大腿骨頭上の最適化された骨切除に準拠する。しかし、冠状面で略一定半径を有する平滑な表面を内蔵するよう、コンポーネントの外部関節面は高められる。脛骨トレー(挿入)の対応関節面は、冠状面で、外部関節面にマッチする表面輪郭を有する。
特定の実施形態において、コンポーネントの関節面は、患者の既存または健康的な矢状半径に正確に一致する矢状曲率を内蔵する。
(近年の膝プロテーゼ)
・対称性の顆
・遠位骨頭及び後顆の場合、内側顆と外側顆との間は同じ厚みだが、遠位骨頭と後顆との間の厚みは異なることがある。
・膝プロテーゼの屈曲軸に平行な遠位骨頭及び後顆の接線(Tangent)
・固定され後顆(軸平面)の接線に平行な滑車隆起
・顆ずれなし(S&N社の2.5mmオフセットを除く)
・外側に約6°、または外側に偏って配向された固定溝軸
本発明の発明活動には、内側大腿骨‐脛骨関節~外側大腿骨‐脛骨関節~大腿骨‐膝蓋骨関節を、互いに独立に変化させることも含まれる。これは下記の可変パラメータとして定義される。
(パーソナライズされた膝プロテーゼ)
・遠位骨頭のオフセット(固定値ではない)=アルファ遠位角度αd
・後顆オフセット(固定値ではない)=アルファ後方角度αp
・滑車隆起のオフセット(固定値ではない)
・αdはαpに同等、または同等でなく、滑車隆起角度(ATA)に同等、または同等でない
・DCAはαdに同等、または同等でない
・PCAはαpに同等、または同等でない
・SAは固定値ではない(溝軸=γ1)
・WLは固定値ではない(ホワイトサイド線=γ2)
(標準規格(STD)、既製(OTS)プロテーゼと本発明のパーソナライズされた膝プロテーゼとの相違)
次に、図11A~11Dを参照すると、STD(OTS)プロテーゼと本発明のパーソナライズされた膝プロテーゼとの有意差が示されている。図11A(冠状面)及び図11C(軸平面)には、遠位及び後方プロテーゼ関節線(DCA、PCA)で定義される標準規格の膝大腿骨コンポーネントが示され、プロテーゼ膝屈曲軸に平行で、固定された溝軸とホワイトサイド線配向(SA、WL)とを有する。滑車線の配向も平行か、または屈曲の際に固定角度(ATA)を有する。
特に、図11B(冠状面)及び図11D(軸平面)を参照すると、遠位及び後方プロテーゼ関節線がプロテーゼ膝屈曲軸に傾斜している(または垂直でない)と定義される、パーソナライズされた膝プロテーゼが示される。その遠位及び後方角度(DCA、PCA)は互いに独立し、独立した溝軸と、ホワイトサイド線配向(SA、WL)と、を有する。滑車線の配向は、屈曲時、後顆関節線まで独立して変化する(可変角度)(ATA)。
次に、図12A~図12Kを参照すると、本発明の膝プロテーゼの大腿骨部を示す主要幾何的パラメータ(main geometrical parameters)は下記の通り定義される。
802 大腿骨
810 大腿骨インプラント
812 内側顆
814 外側顆
820 内外寸法(ML)
822 大腿骨機械軸(FMA、836)からの内側顆寸法
824 大腿骨機械軸(FMA、836)からの外側顆寸法
826 大腿骨解剖軸(FAA)
830 顆間軸(Condyle interaxis)
832 大腿骨機械軸(FMA、836)から最遠位に定義される内側顆軸(Medial condylar axis)
834 大腿骨機械軸(FMA、836)から最遠位に定義される外側顆軸(Lateral condylar axis)
836 大腿骨機械軸(FMA)
838 HKS:FAA826とFMA836との間の角度
846 経上顆軸(Transepicondylar Axis)(TEA)
852 内側顆表面
854 外側顆表面
856 2顆遠位接線(BCD)
858 FMA836とBCD856との間の角度
特に、図12A及び図12Bを参照すると、任意の内外寸法(ML)820の場合、大腿骨機械軸(FMA)836から測定された内側顆寸法822及び外側顆寸法824は、冠状面(遠位骨頭)または軸平面(後顆)において、他方より最大2倍大きくなる。
同様に、大腿骨機械軸(FMA)836から測定された内側顆軸832及び外側顆軸834は、最大10mm、相互に異なる。
図12C~図12Kには、本発明の膝プロテーゼにより可能となる後顆及び遠位骨頭のバリエーション例が示されている。
次に、図12C、図12D、図12H、図12Iを参照すると、相互に相対的な顆812、814は、最大10mmのバリエーションを有するようにされる。
次に、図12E、図12F、図12J、図12Kを参照すると、大腿骨機械軸(FMA)836と2顆遠位接線(BCD)856との間の角度858は、最大15°、内側または外側、遠位または後部に変化する。
次に、図12G、図12H、図12I、図12J、図12Kを参照すると、バリエーション及び顆812、814間の差が、大腿骨解剖軸(FAA)826と大腿骨機械軸(FMA)836との間の角度と独立に適応される。換言すれば、プロテーゼのサイズとは独立に、また患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントが正常であれ、内反であれ、外反であれ独立して、顆812、814の全ての適応がなされる。
次に、図13A~図13Cを参照すると、本発明の膝プロテーゼの大腿骨部を示し、特に形状、表面、及び輪郭に関係するさらなるパラメータが下記の通り定義される。
912 内側顆
914 外側顆
936 大腿骨機械軸(FMA)
946 経上顆軸(TEA)
952 内側顆表面
953 滑車表面
954 外側顆表面
962 冠状面及び横断面における内側顆表面の形状半径
963 冠状面における滑車表面の形状半径
964 冠状面及び横断面における外側顆表面の形状半径
972 矢状面における内側顆表面の形状(内側顆Jカーブ)
973 矢状面における滑車表面の形状(滑車Jカーブ)
974 矢状面における外側顆表面の形状(外側顆Jカーブ)
982 冠状面における大腿骨インプラントの前方表面の内側輪郭角度
984 冠状面における大腿骨インプラントの前方表面の外側輪郭角度
992 横断面及び冠状面における大腿骨インプラントの後方表面の内側輪郭角度
994 横断面及び冠状面における大腿骨インプラントの後方表面の外側輪郭角度
次に、図13A及び図13Bを参照すると、冠状面及び横断面における内側顆表面の形状半径962、冠状面における滑車表面の形状半径963、並びに、冠状面及び横断面における外側顆表面の形状半径964は、互いに独立に、またプロテーゼのサイズとは独立に、また正常であれ、内反であれ、外反であれ、患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントから独立して調整できる。重要な点は、輪郭(インプラントの外寸)が突出または切除領域を露出することなく、再表面化(resurface)することである。冠状面及び横断面における内側顆表面の形状半径962、冠状面における滑車表面の形状半径963、並びに、冠状面及び横断面における外側顆表面の形状半径964は、15mmから65mmまで変化しうる。大腿骨インプラントの前方及び後方の表面に係る全ての輪郭角度982、984、992、994は、互いに独立に、またプロテーゼのサイズとは独立に、また正常であれ、内反であれ、外反であれ、患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントから独立して調整できる。大腿骨インプラントの前方及び後方の表面に係る全ての輪郭角度982、984、992、994は、0°から50°まで変化しうる。
次に、図13Cを参照すると、矢状面における内側顆表面の形状(内側顆Jカーブ)972、矢状面における滑車表面の形状(滑車Jカーブ)973、及び矢状面における外側顆表面の形状(外側顆Jカーブ)974は、互いに独立に、またプロテーゼのサイズとは独立に、また正常であれ、内反であれ、外反であれ、患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントから独立して調整できる。矢状面における内側顆表面の形状(内側顆Jカーブ)972、矢状面における滑車表面の形状(滑車Jカーブ)973、及び矢状面における外側顆表面の形状(外側顆Jカーブ)974は1つの半径からなってもよいが2つ以上の半径の組み合わせからなってもよく、その寸法は15mmから65mmまで変化しうる。半径の組み合わせを用いる場合、1つの半径から次の半径への移行は、例えば「SOLIDWORKS(登録商標)」が提供する曲線または表面の適合アルゴリズムの適用等、スプライン曲線、または他のいかなる適切な曲線を用いて平滑化される。
次に、図14A~図14Lを参照すると、本発明の膝プロテーゼの大腿骨部は、平面(図14A、図14B)、傾斜(図14C、図14D)、曲線(図14E、図14F)、オフセット(図14G、図14H)、二重傾斜(図14I、図14J)等の任意の骨切除、または患者個別のニーズに適応された他のいかなる骨切除に適応される。骨切除は、鋸(図14K)、圧延(図14L)、または当業界で公知の他のいかなる適切な技術が用いられる。
次に、図15A~図15Eを参照すると、本発明の膝プロテーゼの大腿骨インプラント及び脛骨挿入コンポーネントを示す主要幾何的パラメータは、下記の通り定義される。
1102 大腿骨
1110 大腿骨インプラント
1112 内側顆
1114 外側顆
1120 内外寸法(ML)
1122 大腿骨機械軸(FMA、1136)からの内側顆寸法
1124 大腿骨機械軸(FMA、1136)からの外側顆寸法
1126 大腿骨解剖軸(FAA)
1130 顆間軸
1132 大腿骨機械軸(FMA、1136)からの内側顆中心軸(Medial condyle central axis)
1134 大腿骨機械軸(FMA、1136)からの外側顆中心顆軸(Lateral condyle central axis)
1136 大腿骨機械軸(FMA)
1146 経上顆軸(TEA)
1152 大腿骨インプラントの内側顆表面
1153 大腿骨インプラントの滑車表面
1154 大腿骨インプラントの外側顆表面
1156 大腿骨インプラントの2顆遠位接線(BCD)
1160 脛骨挿入コンポーネント
1162 脛骨挿入コンポーネントの内側顆対応表面
1163 脛骨挿入コンポーネントの滑車対応表面
1164 脛骨挿入コンポーネントの外側顆対応表面
1166 脛骨挿入コンポーネントの2顆遠位接線
本発明の膝プロテーゼにおいて、脛骨挿入コンポーネント1160は大腿骨インプラント1110にマッチする(「マッチ」とは、例えば「SOLIDWORKS(登録商標)」等を使用する等して、公知の曲線/表面の適合及び平滑化技術を記載の形状間で適用し、隣接する骨コンパートメントを横断して相互作用することを意味する)ように作成される。換言すると、脛骨挿入コンポーネント1160は大腿骨インプラント1110と、
同一、または本質的に同一の内外寸法1120、
同一、または本質的に同一の大腿骨機械軸からの内側顆寸法1122、
同一、または本質的に同一の大腿骨機械軸からの外側顆寸法1124、
同一、または本質的に同一の顆間軸1130、
同一、または本質的に同一の大腿骨機械軸からの内側顆中心軸1132、
同一、または本質的に同一の大腿骨機械軸からの外側中心顆軸1134、
同一、または本質的に同一の経上顆軸1146、を共有し、
大腿骨インプラントの内側顆表面1152は脛骨挿入コンポーネントの内側顆対応表面1162にフィットし、
大腿骨インプラントの滑車表面1153は脛骨挿入コンポーネントの滑車対応表面1163にフィットし、
大腿骨インプラントの外側顆表面1154は脛骨挿入コンポーネントの外側顆対応表面1164にフィットし、
脛骨挿入コンポーネントの2顆遠位接線1166 は脛骨挿入コンポーネントの2顆遠位接線1166にフィットするようにする。
次に、図15B~図15Eを参照すると、本発明の膝プロテーゼを個別の患者のニーズに適応させた例が複数示されている。
特に、図15Bには、構造的大腿骨内反の場合の本発明の膝プロテーゼが示され、大腿骨インプラント1110は遠位内側顆より短い遠位外側顆を有し、顆間にオフセット1172が生じ、本質的に同一のオフセット1172が脛骨挿入コンポーネント1160内で複製される。
次に、図15Cには、構造的大腿骨外反の場合の本発明の膝プロテーゼが示され、大腿骨インプラント1110は遠位内側顆より長い遠位外側顆を有し、顆間にオフセット1174が生じ、同一、または本質的に同一のオフセット1174が脛骨挿入コンポーネント1160内で複製される。
次に、図15Dには、構造的大腿骨内反の場合の本発明の膝プロテーゼが示され、大腿骨インプラント1110は遠位外側顆から遠位内側顆までの開き角1182を有し、同一、または本質的に同一の角度1182が脛骨挿入コンポーネント1160内で複製される。
次に、図15Eには、構造的大腿骨外反の場合の本発明の膝プロテーゼが示され、大腿骨インプラント1110は遠位内側顆から遠位外側顆までの開き角1184を有し、同一、または本質的に同一の角度1184が脛骨挿入コンポーネント1160内で複製される。
本発明の膝プロテーゼにおいて、オフセット1172、1174は0~10mmで変化し、角度1182、1184は0°から15°まで変化しうる。
次に、図16A~図16Eには、本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールのジオメトリを組み合わせた概略的冠状断面図が示され、冠状面における主要パラメータは以下の通り定義される。
1262 脛骨挿入コンポーネントの内側顆対応表面
1263 脛骨挿入コンポーネントの滑車対応表面
1264 脛骨挿入コンポーネントの外側顆対応表面
1266 脛骨挿入コンポーネントの2顆遠位接線
実際には、脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールは1以上の部分で実現され、当業界に公知の適切な任意の技術によって組み立てられ、このような組立ては手術の前または最中になされる。今回の説明のため、当該要素は、異なる部分、すなわち(i)内側顆対応表面1262と、滑車対応表面1263と、外側顆対応表面1264と、を含む脛骨挿入の関節面、(ii)脛骨トレーの骨対向面1230、及び(iii)キール1240、を備える1つの部分として作成されるのと同様に示される。個別の患者のニーズに応えるため、本発明の膝プロテーゼにおいて任意の配向角度、任意のオフセット、及び任意のそれらの組み合わせが、脛骨挿入、脛骨トレー、及びキールに適応される。
次に、図16Bに示されるキール1240は、個別の患者のニーズに応えるため、骨対向面1230に直交するのではなく角度1242で配向される。
次に、図16Cに示されるキール1240は、個別の患者のニーズに応えるため、骨対向面1230に直交するのではなく角度1242で配向され、骨対向面1230は角度1232で配向される。この例と同様に、より薄い内側挿入厚みにより、膝が内反向きになりやすくなる。
次に、図16Dに示されるキール1240は、個別の患者のニーズに応えるため、骨対向面1230に直交するのではなく角度1242で配向され、骨対向面1230は角度1232で配向され、外側顆対応表面1264はオフセット1265を示す。
次に、図16Eに示されるキール1240は、個別の患者のニーズに応えるため、骨対向面1230に直交するのではなく角度1242で配向され、骨対向面1230は角度1232で配向され、2顆遠位接線1266は角度1267で配向される。本発明の膝プロテーゼにおいて、オフセット1265は0~10mmで変化し、配向角度1232、1242、1267は最大12°まで変化しうる。
通常、オフセットは内外または前後の寸法で-10°から+10°まで変化し、キールの長さ方向軸を中心に最大12°まで配向されうる。
次に、図17A~図17Iには、本発明の膝プロテーゼの脛骨挿入1320、脛骨トレー1330、キール1340のジオメトリを組み合わせた概略的冠状断面図が、1つの部分1300として作成されるのと同様に示される。実際には、本発明の膝プロテーゼの脛骨コンポーネント1300は1以上の部分で実現され、当業界に公知の適切な任意の技術によって組み立てられ、このような組立ては手術の前または最中になされる。このような簡略化された図面では、唯一、矢状Jカーブ1310が示されているが、このJカーブ1310は脛骨コンポーネント1300の表面も同様に示し、本発明の大腿骨インプラントの内側顆、滑車、または外側顆が界面で連結する。
矢状Jカーブ1310は、本発明の大腿骨インプラントの対応表面にフィットするように適応され、本発明の膝プロテーゼの機能が個別の患者のニーズに合うようにする。この目的のため、矢状Jカーブ1310は1つの半径からなってもよいが、2つの半径1312、1313(図17A、図17B、図17C、図17F)、3つの半径1312、1313、1314(図17D、図17G)、より多くの半径1312、1313、1314、1315(図17E、図17H、図17I)の組み合わせからなってもよく、その寸法は15mmから80mmまで変化しうる。
個別の患者の脛骨にフィットさせるため、本発明の膝プロテーゼの脛骨コンポーネント1300のキール1340は、矢状面で脛骨コンポーネント1300の中心に配置され(図17A、図17D、図17E、図17F、図17G、図17H)、脛骨の前部(図17B)方向に、または脛骨の後部(図17C、図17I)方向にオフセット1342を示す。本発明の膝プロテーゼにおいて、オフセット1342は0~10mmで変化しうる。
個別の患者の脛骨にフィットさせるという同じ目的のために、本発明の膝プロテーゼの脛骨コンポーネント1300の骨対向面1332は、矢状面で角度1344で配向される(図17F、図17G、図17H、図17I)。本発明の膝プロテーゼにおいて、角度1344は最大12°まで変化しうる。
本発明の膝プロテーゼの脛骨コンポーネント1300は、個別の患者のニーズにより良好に合致するように、本開示に記載のあらゆる特徴を組み合わせることができる(図17I)。
通常、オフセットは内外または前後の寸法で-10°から+10°まで変化し、キールの長さ方向軸を中心に最大12°まで配向されうる。
次に、図18を参照すると、脛骨コンポーネント1400の輪郭1410を定義するパラメータは、下記の通りである。
1412 内側顆
1414 外側顆
1422 内側前顆
1424 外側前顆
1432 内側後顆
1434 外側後顆
1442 内側前顆の前後寸法(APam)
1444 外側前顆の前後寸法(APal)
1452 内側後顆の前後寸法(APpm)
1454 外側後顆の前後寸法(APpl )
1462 内側顆の前後寸法(APm)
1464 外側顆の前後寸法(APl)
1470 内外寸法(ML)
1472 内側顆の内外寸法(MLm)
1474 外側顆の内外寸法(MLl)
本発明の膝プロテーゼにおいて、このようなパラメータの全てが個別の患者のニーズに合うように適応される。このようなプロテーゼでは、内外寸法1470は40mmから150mmまで変化し、顆の内外寸法1472、1474は、どちらも独立して15mmから70mmまで変化し、顆の前後寸法1442、1444は、どちらも独立して30mmから70mmまで変化しうる。
次に、図19A~19Eに示される本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー1530は、個別の患者のニーズ(最適化されたコンポーネントのカバレッジ(coverage)及び固定(anchorage))に合うように適応される。冠状面において、骨対向面1532は、特定の配向角度1534を示し、脛骨挿入が取り付けられた表面は、特定のオフセット1535(図19B、図19C)、または別の配向角度1536(図19D、図19E)を示しうる。本発明の膝プロテーゼにおいて、角度1534、1536は-12°から+12°まで変化し、オフセット1535は、内側及び/または外側の寸法で0~10mmで変化し、最大45°まで配向されうる。本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー1530は、個別の患者のニーズに合致するように、本開示に記載のあらゆる特徴を組み合わせることができる。
次に、図20A~図20Dに示される本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー1630は、個別の患者のニーズに合うように任意の骨切除ジオメトリに適応される。冠状面で、骨対向面1632は、内側(図20A)または外側(図20B)に特定の切除角度1634を、若しくは内側(図20C)または外側(図20D)に切除段1635を備えるように作成される。本発明の膝プロテーゼにおいて、角度1634は-12°から+12°まで変化し、段1635は内側及び/または外側で0~10mmで変化し、最大45°まで配向されうる。本発明の膝プロテーゼの脛骨トレー1630は、個別の患者のニーズに合致するように、本開示に記載のあらゆる特徴を組み合わせることができる。
次に、図21A~図21Cを参照すると、冠状面で、本発明の膝プロテーゼの膝蓋骨コンポーネントのジオメトリを定義するパラメータは、下記の通りである。
1852 大腿骨インプラントの内側顆表面
1853 大腿骨インプラントの滑車表面
1854 大腿骨インプラントの外側顆表面
1862 内側顆に対応する膝蓋骨コンポーネントの関節面
1863 滑車に対応する膝蓋骨コンポーネントの関節面
1864 外側顆に対応する膝蓋骨コンポーネントの関節面
1870 膝蓋骨コンポーネントの内外寸法
1872 膝蓋骨コンポーネントの内側の内外寸法
1874 膝蓋骨コンポーネントの外側の内外寸法
本発明の膝プロテーゼの膝蓋骨コンポーネントのジオメトリは、個別の患者のニーズに合うように適応される。膝蓋骨コンポーネントの関節面1862、1863、1864は、それぞれ大腿骨コンポーネントの対応表面1852、1853、1854にフィットするように作成され、正常であれ、内反であれ、外反であれ、患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントをも考慮に入れる。例として、大腿骨コンポーネントが遠位外側顆と遠位内側顆との間にオフセット(図21Cの1872、図21Bの1874)を有する場合、オフセット1872、1874は膝蓋骨コンポーネント内で複製される。
次に、図22A及び図22Bには、本発明の膝プロテーゼの膝蓋骨コンポーネントが示され、個別の患者のニーズに合致するように、内外表面(図22A)は内外コンパートメント間で対称または非対称であり、前後表面(図22B)は前後コンパートメント間で対称または非対称である。図22Aは内外コンパートメントの側面図である。図22Bは前後コンパートメントの側面図である。4つのコンパートメントは、対称か、または対称でない。
次に、図23を参照すると、膝蓋骨コンポーネント2000の輪郭2010を定義するパラメータは、下記の通りである。
2022 前部内側コンパートメント
2024 前部外側コンパートメント
2032 後部内側コンパートメント
2034 後部外側コンパートメント
2042 内側の前後寸法(APm)
2044 外側の前後寸法(APl)
2052 前部内側コンパートメントの前後寸法(APam )
2054 前部外側コンパートメントの前後寸法(APal)
2062 後部内側コンパートメントの前後寸法(APpm)
2064 後部外側コンパートメントの前後寸法(APpl)
2070 内外寸法(ML)
2072 内側の内外寸法(MLm)
2074 外側の内外寸法(MLl)
本発明の膝プロテーゼにおいて、このようなパラメータの全てが個別の患者のニーズに合うように適応される。4コンパートメントのそれぞれ(内側、外側、前部、後部)の幅及び高さは、8mmから30mmまでの範囲内となるように特定される。値は膝蓋骨の厚みと独立し、少なくとも6mm以上である。
(本発明の主要な特徴)
遠位顆及び後顆用の本発明の設計仕様は、大腿骨コンポーネントの滑車部までのために、互いに取り付けられた時に、病理前と同様に病理肢(pathologic limb)を再アライメントし、関節面を、膝関節の関節炎前の形状及びサイズに可能な限り近づけて再形成する、パーソナライズ可能な特徴である。
(矯正(correction)の異なるタイプ)
・病理学的肢アライメントオフセットから、関節炎前肢アライメントまで
・病理学的膝関節面から関節炎前の膝関節面(2つの顆と滑車)までであり、関節面の内外曲線と、顆及び滑車の両方の矢状Jカーブと、に関係する。
・病理学的大腿骨(遠位、後部、及び中間)、脛骨近位及び滑車関節線から、対応関節炎前関節線まで(=内外コンパートメント間の顆オフセット、滑車オフセット)
・内外滑車隆起への滑車深長間の病理学的距離から、対応関節炎前距離まで
・顆の矢状軸と膝中部の滑車との間の病理学的冠状距離から、対応関節炎前距離まで
生来または関節炎前の肢アライメント及び膝形状からの補足的矯正(またはアライメント及び形状の観点から外れ値を回避するために内部で使用し、その範囲においてアライメント及び形状の正常及び異常を定義し、それによって何を複製し調整するかを示す規則)は、
・関節炎前の肢アライメントが力学的に不安定(過剰なオフセット、内反または外反の手術後HKAが5°以上、HKA<175°、またはHKA>185°の場合、過度な外転または内転モーメントによる負荷分担時の不均衡が原因でコンポーネントがゆるむリスク)な場合、肢アライメントの矯正は、175°<手術後HKA<185°でグローバルアライメント(global alignment)を制限するよう適用される。
・関節炎前の膝関節線が力学的に安定しない(過剰に傾斜している顆、手術後FMAが5°以上、FMA<85°、またはFMA>95°、TMA<85°またはTMA>95°の場合、不均衡な負荷分担が原因でコンポーネントがゆるむリスク)場合、顆オフセットの矯正は、顆及び近位脛骨の傾斜度を、5°(85°<FMA、TMA<95°)まで制限するよう適用される。内側顆または外側顆が発達途上(発育不全)の場合、または顆の骨摩耗が過剰な場合も同様である。
・関節炎前の肢アライメントの矯正が必要な場合、制限またはハイブリッドアライメントが対象となり、手術後肢アライメントは解剖学的にオフセットた関節炎前アライメントと均衡な手術後アライメントとの間の中間アライメントであることを意味する(この状況では、FMA(大腿遠位関節線傾斜度)で妥協される)。この妥協は顆の後方に移動/報告され、全屈曲中の矯正の均衡を取る。
・関節炎前の滑車外側隆起があまりに平滑な場合、これにより屈曲中の膝蓋骨が不安定(膝蓋骨転位)となり、その結果、屈曲中の膝蓋骨を保護し、正確に中心に位置付けるために、外側壁(lateral wall)が構築される(少なくとも5mm)。
・関節炎前の脛骨スロープ(tibia slope)があまりに過剰または不十分(過剰な下降スロープまたは上昇スロープ)な場合、これにより可動性が失われる、または関連する膝関節弛緩症の過度な伸展(反張)の原因となり、したがって後部脛骨スロープが0°<TPS<10°の範囲内になるように矯正が体系的に適用される。
(パーソナライズされたプロテーゼの作成方法)
次に、図24A~図24Fに示される本発明に係る方法7000は、必ずしも以下の順序とは限らない。自然でパーソナライズされたプロテーゼを作成する方法7000は、少なくとも1つ、または全ての下記ステップを含む。
―ステップ7002:(a)膝の手術前3D HKAアライメントを測定するステップ。
―ステップ7004:(b)手術後3D HKA再アライメントを関節炎前HKAに複製するステップ(外れ値でない場合)。
―ステップ7006:(c)手術後3D HKA再アライメントを矯正された関節炎前HKAに定義するステップ(外れ値である場合)。
―ステップ7010:(d)遠位大腿骨の手術前後寸法を測定するステップ。
―ステップ7012:(e)インプラントが矢状面で10°以上、回転(または傾斜、または屈曲)できないように、正しいAPプロテーゼ大腿骨のサイズを複製するステップ。
―ステップ7014:(f)手術前FMA遠位後部及びTMA(関節線)を測定するステップ。
―ステップ7016:(g)手術後FMA、TMA傾斜度を関節炎前FMA、TMA傾斜度に複製し(外れ値でない場合)、関節炎前大腿骨捻転を複製するステップ。
―ステップ7020:(h)手術後FMA、TMA傾斜度を矯正された関節炎前FMA、TMA傾斜度に定義し(外れ値である場合)、計画マトリクス(matrix of planning)、すなわち、3つの平面のそれぞれにランドマークから解剖学的入力(anatomical inputs)を得て(これは病状の形態型及び表現型を定義する手術前の寸法及び角度を計算する)、肢再アライメント及び膝形状(寸法、関節面)用の画像/スケッチの2タイプを定義する、パーソナライズされた手術後のパラメータ値を出力するアルゴリズムに従って、大腿骨捻転を適応させるステップ。
―ステップ7022:(i)手術前TL傾斜度、及び滑車深長を測定するステップ。
―ステップ7024:(j)計画マトリクスに開示される規則に従い、骨上の最終傾斜度のどの部分を対象とし(切除の配向)、どの部分をインプラントに組み込むか(顆オフセット)定義するステップ。
―ステップ7026:(k)手術後TL傾斜度を関節炎前TL傾斜度に複製し(外れ値でない場合)、滑車深長を複製するステップ。
―ステップ7030:(l)手術後TL傾斜度を矯正された関節炎前TL傾斜度に定義し(外れ値である場合)、滑車に外側隆起を追加することで滑車深長を複製するステップ。
―ステップ7032:(m)手術後の顆及び滑車JLカーブを関節炎前JLカーブに複製するステップ(外れ値でない場合)。
―ステップ7034:(n)(外れ値である場合、発育不全である場合は外側顆の、反張、大きな屈曲等の矢状変形の場合は両顆のJLカーブを矯正することで)手術後の顆及び滑車関節線カーブを矯正された関節炎前JLカーブに定義するステップ。
―ステップ7036:(o)手術後の顆及び滑車内外カーブを関節炎前MLに複製する(外れ値でない場合)ステップ。
―ステップ7040:(p)(外れ値である場合、外側顆の、または反張、大きな屈曲等の矢状変形の場合は両顆のMLカーブを矯正することで)手術後の顆及び滑車MLカーブを矯正された関節炎前MLカーブに定義するステップ。
―ステップ7042:(q)各顆軸から膝中部への距離を測定し、この距離を複製するステップ。
―ステップ7044:(r)プロテーゼの突出または減寸を避けるため、顆、及び滑車(輪郭)の関節面の外側制限を定義するステップ。
―ステップ7046:(s)手術前の後部脛骨スロープを測定するステップ。
―ステップ7050:(t)外れ値である場合、手術後の後部脛骨スロープ(TPS)を矯正された関節炎前TPSに複製するステップ。
―ステップ7052:(u)前部脛骨結節(TTA)に対する角度、すなわちAP軸を測定することで、また内外脛骨表面ジオメトリを描写する2つの円の中心を通る軸(ML軸)によって、脛骨コンポーネントの回転を定義するステップ。
―ステップ7054:(v)脛骨キールのAP及びML位置を定義して、脛骨の骨幹端及び/または骨幹上にキールを正確に中心に位置させるステップ。
―ステップ7056:(w)プロテーゼの突出(周囲軟部組織と衝突し痛みを生じるリスク)または減寸(沈んでしまい修正が発生するリスク)を避けるために、脛骨コンポーネントの輪郭の(脛骨縁への)外側制限を定義するステップ。
―ステップ7060:(x)インプラントのグローバルな厚み(global thickness)を考慮するために、遠位大腿骨切除と近位脛骨切除との間の距離(伸展時の差)を測定するステップ。
次に、図25Aに示される本発明に係る方法8000は、必ずしも以下の順序とは限らない。方法8000には異なる手順が示される。
―ステップ8002:(a)作成を注文。
―ステップ8004:(b)イメージを転送。
―ステップ8006:(c)イメージを認証。
―ステップ8010:(d)骨模型を作成。
―ステップ8012:(e)任意で製品データベース8014及び/またはCAOソフトウェア016でサポートされる、3D計画。
―ステップ8020:(f)任意で製品データベース8014及び/またはCAOソフトウェア016でサポートされる、患者特有の切除ガイド設計。
―ステップ8022:(g)作成。
―ステップ8024:(h)配達。
―ステップ8026:(i)手術。
次に、図25Bを参照すると、図25Aの手順に従って作成された本発明の膝プロテーゼのスケッチ/画像8500が示されている。
次に、図26A~図26Dを参照すると、大腿骨コンポーネントの区分化及びパラメータ化がより詳細に示されている。これらの図面には、内側前部大腿骨‐膝蓋骨コンパートメント2602、外側前部大腿骨‐膝蓋骨コンパートメント2604、内側遠位大腿骨‐顆コンパートメント2606、外側遠位大腿骨‐顆コンパートメント2610、内側後部大腿骨‐顆コンパートメント2612、外側大腿骨‐顆コンパートメント2614が示されている。
当業者には理解されるように、本発明は、システム、装置、または方法として実現される。一実施形態では、本発明はコンピュータで実施される方法であり、タスク特有のプログラムが特定の患者に適切な膝プロテーゼを選択するための媒体にエンコードされる。コンピュータはCPU/プロセッサ、メモリ、入力及び出力装置を含み、それらは動作可能に連携され、本明細書に記載の方法ステップの1つ以上を実施する。
複数の3D膝プロテーゼから選択される本明細書に記載の全ての実施形態において、正常な膝関節の世界規模の解剖学的可変性を示す形状構造のほぼ全てを生成するために、膝プロテーゼの各コンポーネント(大腿骨コンポーネント、脛骨コンポーネント、脛骨挿入、膝蓋骨コンポーネント)に特定のパラメータ化模型は、スケッチ/画像から構成されることを理解されたい。パラメータ化模型はコンパートメントに分けられる(例えば大腿骨コンポーネントの場合、内側遠位顆コンパートメント、内側後顆コンパートメント、外側遠位顆コンパートメント、外側後顆コンパートメント、内側滑車コンパートメント、外側滑車コンパートメント)。これらの独立コンポーネントのそれぞれにおいて、スケッチ/画像が定義され、膝関節面及びプロテーゼ輪郭の対応部分の形状と寸法とを複製する。これらのスケッチ/画像は、各面(冠状面、矢状面、及び横断面)で定義され、これら平面の各面での膝プロテーゼ、膝関節の形状及び寸法の複製を可能にする。固定値及びパラメータ化された値(数学関数)により、これらスケッチ/画像のそれぞれが定義される。パラメータ化された値は計算テーブルに動的にリンクされ、計算テーブルは各独立コンパートメント間の関係を定義し、また当該コンパートメントのそれぞれの3D可変性を記載する。パラメータ化模型、及び計算テーブルが生成する各プロテーゼコンポーネント構造(形状及び寸法)は、正常な膝関節の解剖学的可変性を複製する。
また、本明細書に記載の3D膝プロテーゼ模型を選択するための方法の各サブステップにおいて、データベースに保存されるこの巨大なファミリーのプロテーゼ構成から、各患者のためにユニークな患者固有のコンポーネント構造を選択できるようにする計画アルゴリズムが用いられ、プロテーゼの形状及びサイズが関節炎前の患者の膝関節の動きに最良にマッチすることを理解されたい。第1のステップにおいて、解剖学的ランドマークが腰、膝、足首関節(また上半身)で識別され、患者の病理学的な脚及び膝の形態型及び表現型を定義するようにする。第2のステップにおいて、各面に固有のマトリクスで構成される3D計画アルゴリズムは、特定の矯正を定義して肢アライメントと病理学的膝形状とを定義し、関節炎前の膝アライメント及び膝関節形状を複製するようにする。膝プロテーゼ選択時の正常(各パラメータにおける平均+/-2の標準偏差)は、これらのインプットを用いれば本質的に常に達成可能だが、外れ値は許容されず、異常な(少なくとも1つのパラメータについて平均2以上の標準偏差)プロテーゼ膝形状は作成されない。第3のステップにおいて、アルゴリズムは、全ての膝構造からユニークな患者固有のプロテーゼ膝サイズを選択し、コンポーネントを直接正しい3D配向及びアライメントに位置することで、関節炎前膝関節(形状及び寸法)を再表面化、複製する。
別の実施形態では、膝プロテーゼの特徴、及びエンコードされる選択プログラムを有する非一時的情報記憶媒体を提供する。プログラムが実行されると、特定の患者のための3D膝プロテーゼを選択する際にユーザを支援するようプロセッサに指示する方法が実施される。エンコードされる方法は、
(a)パラメータ化モジュールを用いて、明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに従って、膝プロテーゼをパラメータ化するステップと、
(b)模型ジェネレータを用いて、多数の個別膝サンプルの3D形状アシンメトリを複製する3D膝プロテーゼ模型の態様で多数の膝形状を生成し、同一物をデータベースに保存し、それにより、少なくとも1つの前記コンパートメントの形状パラメータ(表面及び寸法)を変化させる形状を生成することで、本質的に全ての患者の膝の動きを良好に複製することを可能にし、前記患者の膝のアシンメトリと3D膝プロテーゼ模型のアシンメトリとの比較を可能にするデータベースに、当該3D膝プロテーゼ模型を、各模型の形状パラメータ及びアシンメトリに関連付けて保存するステップと、
(c)前記患者の病理を学習し、前記患者のニーズに合致する前病理学的膝プロテーゼ基準を開発した後に、各模型のアシンメトリの最良マッチに基づいて前記多数の膝形状を比較する前記データベースをサーチして、候補マッチを識別するステップと、
(d)候補マッチとその属性とを出力装置に表示するステップと、
(e)識別された適切な候補マッチから最良マッチを選択する方法を提供するステップと、
(f)前記選択された膝プロテーゼが在庫にない場合、任意で作成注文を行うステップと、
を含む。
本願において処理が言及される場合、例えば神経回路、及び/または機械学習アルゴリズム等が挙げられるがこれに限らない人工知能が、患者の現在の解剖学の分析を支援し、前記患者に最も起こり得る前病理学的解剖学を計算し、適切なプロテーゼのデータベース内での選択を援助し(例えばパターン認識及び分類アルゴリズムの適用)、及び/または前記患者特有のプロテーゼの設計を援助するために用いられうる。
また、本願のシステムは、本願と同様の機能を有する全ての物品、サービスまたは情報の使用、販売、及び/または流通を意図したものである。
本願の明細書及び図面は限定的なものではなく例示的なものとして理解されたく、本願で説明される全ての改良は、本願の請求する発明の範囲に包含されることを意図される。従って、本願発明の範囲は、上記された単なる例示案からではなく、添付される請求項(現在の請求項、後で補正あるいは追加される請求項、またはそれに法的に相当する物)によって判断されるべきである。全ての方法または工程の請求項で記載されるステップは、特に記載のない限りどの順番であっても実行可能であり、請求項に記載される特定の順番に限定されるものではない。さらに、装置の請求項で記載される要素及び/または部品は、本願発明と本質的に同様の成果をもたらす様々な置換で組立または操作的に構成されることも可能である。総じて、本願発明は請求項で記載される特定の構成に限定されるものではない。
本願で記載される便益、利点や解決法は、任意または全ての請求項の必須、必要あるいは不可欠な特徴または要素であると考慮されるべきでない。
本願で用いられる「からなる」、「から構成される」やその他の同様の言い回しは、要素の非限定的な一覧を表すために用いられ、その要素一覧から構成される本発明の装置、工程、方法、物品、または構成は記載される要素のみを含むわけではなく、本明細書に記載されるその他の要素を含むことも可能である。また、「を含む」、「を含んでなる」または「本質的に含む」といった言い回しは、別段に指定のない限り、列挙される要素のみに発明の範囲を限定する意図で用いられるものではない。本発明の実施に用いられる上記された要素、材料または構造の組み合わせ若しくは改良は、本発明の一般原則から逸脱することなく、当業者によってその他の設計に変更または適応することも可能である。
上記で挙げられた特許及び文献は、別段の記載のない限り、本開示に反しない範囲において参照することにより本件に組み入れられる。
本発明の他の特徴及び実施形態は添付の請求項において説明される。
さらに、本発明は、新規性、進歩性及び産業上の利用性を具備すると考慮される本明細書、添付の請求項及び/または図面において説明された全ての特徴の可能な全ての組み合わせから構成されることを考慮されたい。
本発明は、以下の特徴セットで要約できる。
1.特定の患者のために3D膝プロテーゼ模型を選択する方法であって、
(a)明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに従って、膝プロテーゼをパラメータ化すること、
(b)各個人の膝の3D形状アシンメトリを複製する3D膝プロテーゼ模型の態様で多数の膝形状を生成し、それにより、少なくとも1つの前記コンパートメントの形状パラメータ(表面及び寸法)を変化させる形状を生成することで、本質的に全ての患者の膝の動きを複製することを可能にし、前記患者の膝のアシンメトリと3D膝プロテーゼ模型のアシンメトリとの比較を可能にするデータベースに、当該3D膝プロテーゼ模型を、各模型の形状パラメータ及びアシンメトリに関連付けて保存することと、
(c)前記患者の病理を学習し、前記患者のニーズに合致する前病理学的膝プロテーゼ基準を開発することと、
からなる方法であって、前記多数の膝形状から、各模型のアシンメトリの最良マッチに基づいて、前記患者のニーズに最良に合致する適切な膝プロテーゼが選択され、選択された前記形状が、前記患者の基準に最良に適合する方法。
2.任意で計画アルゴリズムを用いて、前記多数の膝形状から各模型のアシンメトリの最良マッチに基づいて適切な膝プロテーゼを選択するステップをさらに含み、選択された前期形状が、前記患者の基準に最良に適合する、特徴セット1に記載の方法。
3.前記選択された3D膝プロテーゼ模型が、前記患者のために適切なプロテーゼを作成するために用いられる、上記特徴セットに記載の方法。
4.外科医が前記作成されたプロテーゼをインプラントに利用可能にした、上記特徴セットに記載の方法。
5.遠位後顆の前記大腿骨コンポーネントの前記滑車部までのための本発明の設計仕様が、互いに取り付けられた時に病理肢を病理前と同様に再アライメントし、前記関節面を、前記膝関節の前記関節炎前の形状及びサイズに可能な限り近づけて再形成する特徴をパーソナライズするために用いられる、特徴セット1に記載の方法。
6.3D膝プロテーゼ模型のデータベースを作成し、そこから特定の患者のニーズに合致する3D膝プロテーゼ模型を選択できる方法であって、
(a)選択された膝プロテーゼの設計構成を、明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに対応する特徴にパラメータ化するステップと、
(b)個人の膝のサンプル集合の前記3D形状アシンメトリを複製する、表面、寸法等の形状パラメータを変化させることで、少なくとも1つの前記コンパートメントに対応する多数の前記3D膝プロテーゼ模型を生成するステップと、
(c)前記生成された模型を前記データベースに挿入し、それにより高い変動性を有する3D膝プロテーゼ模型の前記データベースを作成するステップと、
(d)3Dスキャンを用いて、患者の膝の動きを学習するステップと、
(e)前記患者の膝の動きを仮定した前病理学的模型を作成するために、病理と、任意で軟部組織の影響と、のために調整するステップと、
(f)任意で計画アルゴリズムを用いて、前記患者の膝の前記3D形状アシンメトリが定義する前記患者の膝の動きを仮定した、1または複数の前記前病理学的模型を最良に複製する1または複数の模型を、利用可能な膝プロテーゼ在庫、または3D膝プロテーゼ模型の前記データベースから選択するステップと、
(g)マッチする膝プロテーゼが在庫にない場合、前記選択されたプロテーゼ模型を作成するステップと、
(h)インプラントに利用可能な前記プロテーゼを作成するステップと
からなる方法。
7.(a)患者の現在及び前病理学的膝挙動、並びに前記患者のHKAアライメントを分析するステップと、
(b)任意で計画アルゴリズムを用いて、膝形態を変化させる3D模型の包括的なデータベースから適切な3D模型を選択し、各3D模型は公知の形態、並びに製造の制限及び要求に適応しているステップと、
(c)前記個別の患者の3D構造的解剖学に適応され、製造可能で本質的にカスタムの膝プロテーゼに相当する前記選択された3D模型を作成し、それによりまるで生来のような前記膝関節の再作成を可能にするステップと、
を含む方法を適用後に選択される3D模型から作成される、膝プロテーゼを提供する。
8.下記ステップ、
(a)負荷または無負荷状態において、一足歩行、二足歩行、内反/外反圧下において、CTスキャン、X線、MRI、EOS、またはその他のいかなる測定装置、及び/または当技術分野で公知の任意の方法を用いて、少なくとも
(i)HKAアライメントと、
(ii)前記大腿骨の脛骨に対する相対移動(滑り及び転がり運動の組み合わせ)と、
(iii)大腿骨及び脛骨の接触面並びに骨形状と、
(iv)前記大腿骨及び脛骨に相対する膝蓋骨の形状及び位置と、前記膝蓋骨の前記大腿骨との接触面と、
を含む患者の手術前状態を測定するステップと、
(b)(ai)及び患者の解剖歴(既知の場合)に従って、対象の手術後のHKAアライメントを定義するステップと、
(c)(b)及び(aii)に従って、対象の手術後の前記大腿骨の脛骨に対する相対移動(滑り及び転がり運動の組み合わせ)を定義するステップと、
(d)(b)、(c)、及び(aiii)に従って、大腿骨及び脛骨プロテーゼの接触面の形状を定義するステップと、
(e)(d)及び(aiii)に従って、大腿骨及び脛骨プロテーゼのアタッチメントの形状を定義するステップと、
(f)(b)、(c)、(d)、(f)、(aiv)、及び患者の解剖歴(既知の場合)に従って、前記大腿骨プロテーゼ、及び前記脛骨プロテーゼに対する対象の手術後の膝蓋骨の位置を定義するステップと、
(g)(b)、(c)、(d)、(f)及び(aiv)に従って、大腿骨プロテーゼと膝蓋骨との間の接触面の形状を定義するステップ(前記膝蓋骨コンポーネントと前記脛骨コンポーネントとの間ではなく、前記大腿骨コンポーネントと前記膝蓋骨コンポーネントとの間のみの接触面)と、
(h)上記全定義を、個人に適応された膝プロテーゼにマージするステップと、
からなる本発明に係る方法。
9.前記3Dスキャンが、前記患者の膝が動いている映像スキャンである、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
10.前記公知の関節コンパートメントが、下記のコンパートメント、すなわち、伸展コンパートメント、屈曲コンパートメント、内側コンパートメント、外側コンパートメント、大腿骨‐脛骨コンパートメント、及び大腿骨‐膝蓋骨コンパートメント、の少なくとも1つを含む、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
11.3D模型の選択時に前記膝蓋骨の前記関節を考慮に入れる、特徴セット1から4の1つに記載の方法 。
12.特徴セット1から4の1つに従って作成されるプロテーゼ。
13.前記大腿骨プロテーゼ(1110)が前記遠位内側顆より短い前記遠位外側顆を有するように、本発明の前記膝プロテーゼが構造的大腿骨内反の場合に適応され、前記顆間にオフセット(1172)を生じさせ、同一のオフセット(1172)が前記脛骨挿入コンポーネント(1160)内で複製される、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
14.本発明の前記膝プロテーゼが構造的大腿骨外反の場合に適応され、前記大腿骨プロテーゼ(1110)が前記遠位内側顆より長い前記遠位外側顆を有し、前記顆間にオフセット(1174)を生じさせ、同一のオフセット(1174)が前記脛骨挿入コンポーネント(1160)内で複製される、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
15.本発明の前記膝プロテーゼが構造的大腿骨内反の場合に適応され、前記大腿骨プロテーゼ(1110)が前記遠位外側顆から前記遠位内側顆までの開き角(1182)を有し、同一の角度(1182)が前記脛骨挿入コンポーネント(1160)内で複製される、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
16.本発明の前記膝プロテーゼが構造的大腿骨外反の場合に適応され、前記大腿骨プロテーゼ(1110)が前記遠位内側顆から前記遠位外側顆までの開き角(1184)を有し、同一の角度(1184)が前記脛骨挿入コンポーネント(1160)内で複製される、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
17.本発明の前記膝プロテーゼにおいて、前記オフセット(1172、1174)が0~10mmで変化し、前記角度(1182、1184)が0°~15°で変化する、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
18.前記プロテーゼの採寸時に、冠状面及び横断面における内側顆表面の形状半径(962)、冠状面における滑車表面の形状半径(963)、並びに、冠状面及び横断面における外側顆表面の形状半径(964)が互いに独立に、また前記プロテーゼのサイズとは独立に、また正常であれ、内反であれ、外反であれ、前記患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントから独立して調整できる、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
19.切除領域の突出または露出を回避して再表面化するように輪郭(前記プロテーゼの外寸)が調整される、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
20.前記大腿骨プロテーゼの前後表面の輪郭角度(982、984、992、994)が互いに独立に、また前記プロテーゼのサイズとは独立に、また正常であれ、内反であれ、外反であれ、前記患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントから独立して調整できる、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
21.望ましい膝のキネマティクスを得るため、また前記患者のサイズに適応するために、前記大腿骨プロテーゼの前後表面の輪郭角度(982、984、992、994)が0°から50°まで変化する、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
22.矢状面における内側顆表面の形状(内側顆Jカーブ)(972)、矢状面における滑車表面の形状(滑車Jカーブ)(973)、及び矢状面における外側顆表面の形状(外側顆Jカーブ)(974)が互いに独立に、また前記プロテーゼのサイズとは独立に、また正常であれ、内反であれ、外反であれ、前記患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントから独立して調整できる、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
23.矢状面における内側顆表面の形状(内側顆Jカーブ)(972)、矢状面における滑車表面の形状(滑車Jカーブ)(973)、及び矢状面における外側顆表面の形状(外側顆Jカーブ)(974)が1つの半径からなってもよいが2つ以上の半径の組み合わせからなってもよく、その寸法は15mmから65mmまで変化しうる、特徴セット1から4の1つに記載の方法。
24.半径の組み合わせを用いる場合、1つの半径から次の半径への移行は、スプライン曲線、または他のいかなる適切な曲線を用いて平滑化される、上記特徴セットのいずれかに記載の方法。
25.本発明の前記膝プロテーゼの前記大腿骨部が、平面、傾斜、湾曲、オフセット、二重傾斜からなり前記患者個別のニーズに適応された切除群から1つ選択される任意の骨切除に適応される、上記特徴セットのいずれかに記載の方法。
26.前記患者個別のニーズに適応するように前記骨切除が鋸、または圧延による、上記特徴セットに記載の方法。
27.下記ステップ、
(a)前記膝の前記手術前3D HKAアライメントを測定するステップと、
(b)手術後3D HKA再アライメントを関節炎前HKAに複製するステップ(外れ値でない場合)と、
(c)手術後3D HKA再アライメントを矯正された関節炎前HKAに定義するステップ(外れ値である場合)と、
(d)前記遠位大腿骨の前記手術前後寸法を測定するステップと、
(e)前記インプラントが矢状面で10°以上、回転(または傾斜、または屈曲)できないように、前記正しいAPプロテーゼ大腿骨サイズを複製するステップと、
(f)前記手術前FMA遠位後部及びTMA(関節線)を測定するステップと、
(g)手術後FMA、TMA傾斜度を関節炎前FMA、TMA傾斜度に複製し(外れ値でない場合)、前記関節炎前大腿骨捻転を複製するステップと、
(h)手術後FMA、TMA傾斜度を矯正された関節炎前FMA、TMA傾斜度に定義し(外れ値である場合)、前記計画マトリクスに従って大腿骨捻転を適応させるステップと、
(i)前記手術前TL傾斜度、及び滑車深長を測定するステップと、
(j)前記計画マトリクスに開示される規則に従い、最終傾斜度のどの部分が前記骨上でなされ(前記切除の配向)、またどの部分が前記インプラントに統合されるか(顆オフセット)を定義するステップと、
(k)手術後TL傾斜度を関節炎前TL傾斜度に複製し(外れ値でない場合)、前記滑車深長を複製するステップと、
(l)手術後TL傾斜度を矯正された関節炎前TL傾斜度に定義し(外れ値である場合)、前記滑車に外側隆起を追加することで前記滑車深長を複製するステップと、
(m)手術後の顆及び滑車JLカーブを関節炎前JLカーブに複製するステップ(外れ値でない場合)と、
(n)(外れ値である場合、発育不全である場合は外側顆の、または反張、大きな屈曲等の矢状変形の場合は両顆のJLカーブを矯正することで)手術後の顆及び滑車関節線カーブを矯正された関節炎前JLカーブに定義するステップと、
(o)手術後の顆及び滑車内外カーブを関節炎前MLに複製する(外れ値でない場合)ステップと、
(p)(外れ値である場合、外側顆の、または反張、大きな屈曲等の矢状変形の場合は両顆のMLカーブを矯正することで)手術後の顆及び滑車MLカーブを矯正された関節炎前MLカーブに定義するステップと、
(q)各顆の軸間から前記膝中部への距離を測定し、前記距離を複製するステップと、
(r)プロテーゼの突出または減寸を避けるために、顆、及び滑車の関節面の外側制限(輪郭)を定義するステップと、
(s)手術前の後部脛骨スロープを測定するステップと、
(t)外れ値である場合、手術後の後部脛骨スロープ(TPS)を矯正された関節炎前TPSに複製するステップと、
(u)前部脛骨結節(TTA)に対する角度、すなわちAP軸を測定することで、また内外脛骨表面ジオメトリを描写する2つの円の中心を通る軸(ML軸)によって、脛骨コンポーネントの回転を定義するステップと、
(v)前記脛骨キールのAP及びML位置を定義して、脛骨の骨幹端及び/または骨幹上にキールを正確に中心に据えるステップと、
(w)プロテーゼの突出(周囲軟部組織と衝突し痛みを生じるリスク)または減寸(沈んでしまい修正が発生するリスク)を避けるために、前記脛骨コンポーネントの輪郭の(脛骨縁への)前記外側制限を定義するステップと、
(x)前記インプラントのグローバルな厚みを考慮するために、前記遠位大腿骨切除と前記近位脛骨切除との間の距離(伸展時の差)の距離を測定するステップと、
の少なくとも1つ、または全てを含む、自然でパーソナライズされたインプラントを作成する方法。
28.本発明の前記プロテーゼのコンポーネントである、前記脛骨挿入、前記脛骨トレー、前記キールが、それぞれ1以上の部分からなり、手術の前または最中に組み立てられる、特徴セット1から4の1つに従って作成されるプロテーゼ。
29.当該コンポーネントの少なくとも1つが、
(a)下記からなる要素群の1つから選択される1つの要素と、
(i)内側顆対応表面を含む脛骨挿入の関節表面(1262)
(ii)滑車対応表面(1263)
(iii)外側顆対応表面(1264)
(b)前記脛骨トレーの骨対向面(1230)と、
(c)前記キール部(1240)と、
を有する、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
30.前記個別の患者のニーズに最良に応えるように、任意の望ましい配向角度、オフセット、及び任意のそれらの組み合わせが、前記脛骨挿入、前記脛骨トレー、及び前記キールに適応される、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
31.前記脛骨挿入、前記脛骨トレー、及び前記キールがそれぞれ1つ以上の要素で形成される、上記2つの特徴セットのいずれか1つに記載のプロテーゼ。
32.前記個別の患者のニーズに応えるため、前記キール(1240)が前記骨対向面(1230)に直交しないように形成され、選択角度(1242)で配向される、上記特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
33.前記個別の患者のニーズに応えるため、前記キール(1240)が前記骨対向面(1230)に直交するのではなく前記角度(1242)で配向され、前記骨対向面(1230)が角度(1232)で配向される、上記特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
34.前記膝が内反に配向されるように内側挿入厚みが薄く作成される、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
35.前記個別の患者のニーズに応えるため、前記キール(1240)が前記骨対向面(1230)に直交するのではなく選択角度(1242)で配向され、前記骨対向面(1230)は別の選択角度(1232)で配向され、外側顆対応表面(1264)はオフセット(1265)を示す、上記特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
36.前記個別の患者のニーズに応えるため、前記キール(1240)が前記骨対向面(1230)に直交するのではなく選択角度(1242)で配向され、前記骨対向面(1230)は第2の選択角度(1232)で配向され、前記2顆遠位接線(1266)は第3の選択角度(1267)で配向される、上記特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
37.前記オフセット(1265)は0~10mmで変化し、前記配向角度(1232、1242、1267)は最大12°まで変化しうる、上記特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
38.前記オフセットが内外または前後の寸法で-10°から+10°まで変化し、前記キールの長さ方向軸を中心に最大12°まで配向されうる、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
39.本発明の前記膝プロテーゼの機能が前記個別の患者のニーズに合うように、矢状Jカーブ(1310)が本発明の前記大腿骨プロテーゼの対応表面にフィットするように適応される、上記特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
40.前記矢状Jカーブ(1310)が本質的に単一半径である、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
41.前記矢状Jカーブ(1310)が本質的に2つ以上の半径(1312、1313,1314,1315)の組み合わせであり、その寸法は15mmから80mmの範囲内である、最後から2番目の特徴セットに記載のプロテーゼ。
42.前記個別の患者の前記脛骨にフィットするために、矢状面で本発明の膝プロテーゼの前記脛骨コンポーネント(1300)の前記キール(1340)は前記脛骨コンポーネント(1300)の中心に配置され、任意で前記脛骨の前部方向に、または前記脛骨の後部方向にオフセット(1342)を示す、上記特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
43.前記オフセット(1342)が0~10mmで変化しうる、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
44.前記オフセットが内外または前後の寸法で-10°から+10°まで変化し、前記キールの長さ方向軸を中心に最大12°まで配向される、最後から2番目の特徴セットに記載のプロテーゼ。
45.前記個別の患者の前記脛骨にフィットするという同じ目的のために、矢状面で、本発明の膝プロテーゼの前記脛骨コンポーネント(1300)の前記骨対向面(1332)が最大12°まで変化しうる選択角度(1344)で配向される、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
46.前記膝蓋骨コンポーネントの関節面(1862、1863、1864)が、それぞれ前記大腿骨コンポーネントの対応表面(1852、1853、1854)に合うように作成され、正常であれ、内反であれ、外反であれ、前記患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントをも考慮に入れる、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
47.前記大腿骨コンポーネントが前記遠位外側顆と前記遠位内側顆との間にオフセット(1872、1874)を有する場合、前記オフセット(1872、1874)が前記膝蓋骨コンポーネント内で複製される、上記特徴セットに記載のいずれかに記載のプロテーゼ。
48.前記個別の患者のニーズに合致するように、任意で計画アルゴリズムを用いて、本発明の膝プロテーゼの前記膝蓋骨コンポーネント、内外表面は、内外コンパートメント間で対称または非対称であり、前後表面は前後コンパートメント間で対称または非対称である、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
49.内側、外側、前部、及び後部のコンパートメントのそれぞれの幅及び高さが、8mmから30mmまでの範囲内となるように特定され、その値は膝蓋骨の厚みと独立し、少なくとも6mm以上である、上記特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
50.曲線/表面の適合及び平滑化技術を、隣接する骨コンパートメントを横断して相互作用する形状間で適用し、骨コンパートメントに対応する前記プロテーゼの要素を混合して、前記患者のニーズに適応された混合膝プロテーゼを作成するようにする、上記特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
51.個別の患者の構造解剖学に従って設計され、まるで生来のような前記膝関節を再作成する一部または全部の膝プロテーゼであって、そのジオメトリが前記内側大腿骨‐脛骨関節~前記外側大腿骨‐脛骨関節~前記大腿骨‐膝蓋骨関節で互いに独立に変化させることで定義される、一部または全部の膝プロテーゼ。
52.個別の患者の構造的解剖学に適応された一部または全部の膝プロテーゼを作成するための方法であって、前記患者の現在、または予病の膝関節の運動挙動と、さらに前記患者固有の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントと、を考慮する設計ステップを含み、当該入力を用いて、まるで生来のような膝関節模型を再作成し、さらに、前記病理学的膝関節模型ではなく前記再作成された自然な膝関節模型が、前記自然な膝関節を再作成するプロテーゼを作成するために用いられる方法。
53.患者の膝の大腿骨に埋め込むための大腿骨プロテーゼであって、
内側顆、及び外側顆からなり、前記患者の膝の各顆の少なくとも一部を隣接させる骨対向面と、各骨対向面の反対に通常、位置する関節面と、を有し、各関節面は第1の面(矢状面)に通常、配置される湾曲(Jカーブ)と、第2及び第3の面(前記遠位顆の場合は前額面、前記後顆の場合は横断面)に通常、配置されるMLカーブと、を有し、前記内側顆、及び外側顆の各関節面は前記第2及び第3の面で顆オフセットを有しうるが、それは同等、または同等でない、2つの顆部と、
前記滑車深長、並びに前記内側滑車隆起、及び前記外側滑車隆起からなり、前記患者の膝の前記滑車の少なくとも一部を隣接させる骨対向面と、前記骨対向面の反対に通常、位置する関節面と、を有し、各関節面は第1の面(矢状面)に通常、配置される湾曲(Jカーブ)と、第2及び第3の面(前額面、及び横断面)に通常、配置されるMLカーブと、を有し、前記内側隆起、及び前記外側隆起の各関節面は、前記第2及び第3の面でオフセットと滑車深長を有しうるが、それは同等、または同等でない、滑車部と、
独立し、前記面の少なくとも1つにおいて平行、または傾斜配向(収束、または集散)されうる、前記滑車部の、前記遠位後顆の前記遠位後顆部への関節面配向と、
前記遠位後顆の前記遠位(すなわち、遠位顆オフセット)顆部、及び前記後部(すなわち、後顆オフセット)顆部の前記内外関節面間に統合されうるML顆オフセットであって、当該顆オフセットが遠位顆部と後顆部との間で同等、または異なるML顆オフセットと、
前記内側隆起、及び前記外側隆起の前記内側関節面と前記外側関節面との間に統合されうるML滑車オフセットであって、当該滑車オフセットが前記遠位後顆の前記顆オフセットと同等、または異なるML滑車オフセットと、
からなる大腿骨プロテーゼ。
54.前記遠位後顆(内側、外側)からの少なくとも1つの前記関節面の前記矢状Jカーブ、または前記滑車(隆起、滑車深長)が、単一、二重、または多重半径により定義されるか、患者固有のJカーブにフィットする、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
55.少なくとも1つの前記内外関接線の前記矢状Jカーブが、前記遠位後顆から前記滑車Jカーブ(内側、及び/または外側隆起、滑車深長)まで、対称的、または非対称的に、固定または可変距離に配置される、上記特徴セットに記載のプロテーゼ。
56.前記遠位後顆(内側、外側=狭まり角)からの少なくとも1つの前記関接線の前記矢状Jカーブ、または前記滑車(内側隆起及び/または外側隆起、滑車深長=前額面における溝軸、軸平面におけるホワイトサイド線)が、少なくとも1つの前記平面、主に前記前額面、及び前記軸平面において平行、または傾斜配向される、上記特徴セット51または52のいずれか一方に記載のプロテーゼ。
57.(少なくともAP採寸を含む)採寸、(少なくとも顆オフセット及び滑車オフセット、Jカーブ、並びにMLカーブを含む)形状、及び(少なくともAP/ML、採寸、狭まり角、滑車高さ、後顆高さを含む)輪郭の観点から、前記顆部及び/または前記滑車部の少なくとも1つの前記関節対向面が、前記患者の膝関節表面に対応(または緻密にマッチ、または緻密にフィット)する関節のジオメトリ及び寸法を有する、特徴セット51から54に記載のプロテーゼ。
58.前記遠位の前記骨対向面の内側及び外側最遠位位置を連結する接線、前記後顆の前記骨対向面の内側及び外側最後部位置を連結する接線、または滑車部の前記骨対向面の内側及び外側最前部位置を連結する接線が、当該接線間で平行、または傾斜している、特徴セット51から55に記載のプロテーゼ。
59.前記骨対向面が、単一の真っすぐで平滑、または傾斜した表面、若しくは2つの互い違い(オフセット)で平滑、または傾斜した表面、若しくは互い違い(オフセット)で湾曲した表面である、上記プロテーゼ特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
60.前記骨対向面が、セメントまたはセメントレス固定で前記骨に固定される、上記プロテーゼ特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
61.初期または修正膝(半強制または強制、ヒンジ付き)用、セメント、セメントレス、その他いかなる種類の固定用、モノブロック(monobloc)またはモジュラー式コンポーネント用、各素材(Ti、CrCo、セラミック等)用に、前記プロテーゼが異なるシステム(PS:後部安定(Postero‐Stabilized)、UC:超適合(Ultra‐Congruent)、PCR:後十字温存(Posterior Cruciate Retaining)、BCR:両十字温存(Bi‐Cruciate Retaining))に対応する、上記プロテーゼ特徴セットのいずれかに記載のプロテーゼ。
62.方法を適用後に選択される3D模型から膝プロテーゼを作成する方法であって、
(a)患者の現在及び前病理学的膝挙動、並びに前記患者の3D HKAアライメントを分析することと、
(b)任意で計画アルゴリズムを用いて膝形態を変化させる3D模型の包括的なデータベースから適切な3D模型を選択し、各3D模型は公知の形態、並びに製造の制限及び要求に適応していることと、
(c)前記個別の患者の3D構造的解剖学に適応され、製造可能で本質的にカスタムの膝プロテーゼに相当する前記選択された3D模型を作成し、それにより前記まるで生来のような膝関節の再作成を可能にすることと、
を含む方法。
63.入力を受け付けて出力を生成するために、膝プロテーゼの特徴と、上記方法のいずれか1つを実行するようプロセッサに指示する選択プログラムと、を有する非一時的情報記憶媒体。
64.膝プロテーゼの特徴と、実行されると、特定の患者のための3D膝プロテーゼを選択する際にユーザを支援するステップをプロセッサに指示する方法を実施するエンコードされた選択プログラムと、を有する非一時的情報記憶媒体であって、前記方法は、
(a)明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに従って、膝プロテーゼをパラメータ化するステップと、
(b)少なくとも1つの前記コンパートメントの前記形状パラメータ(表面及び寸法)を変化させる形状を生成することで、本質的に全ての患者の膝の動きを複製する模型を含む多数の個別膝サンプルの3D形状アシンメトリを複製する3D膝プロテーゼ模型の態様で、多数の膝形状を生成し、前記患者の膝のアシンメトリを3D膝プロテーゼ模型のアシンメトリと比較することを可能にするデータベースに、当該3D膝プロテーゼ模型を、各模型の形状パラメータ及びアシンメトリに関連付けて保存するステップと、
(c)前記患者の病理を学習し、前記患者のニーズに合致する前病理学的膝プロテーゼ基準を開発した後に、任意で計画アルゴリズムを用いて、各模型のアシンメトリの最適マッチに基づいて前記多数の膝形状を比較する前記データベースをサーチして、候補マッチを識別するステップと、
(d)候補マッチとその属性とを出力装置に表示するステップと、
(e)識別された適切な候補マッチから最適マッチを選択する方法を提供するステップと、
(f)前記選択された膝プロテーゼが在庫にない場合、任意で作成注文を行うステップと、
からなる。
65.前記プロセッサがメモリに接続されたコンピュータメモリであり、前記プロセッサが前記プログラムに応答して、3D膝プロテーゼ模型または在庫膝プロテーゼを保存するのに適応されたデータベースにアクセスする、上記特徴セットに記載の媒体。
66.前記プログラムによって、ユーザへ、またユーザから連通される入力及び出力に前記プロセッサが応答する、上記特徴セットに記載の媒体。
本発明の付加的な特徴及び機能性は、添付の請求項、及び/または要約書において説明される。それらの請求項及び/または要約書は、参照として本明細書にその全てが組み込まれ、提出された出願の一部と考慮されたい。
上述された発明の実施形態において、様々な変更及び改良を加えることが可能である。本発明の特定の具体的な実施形態が開示及び説明されたが、幅広い改良、変更及び置換が上述の開示において考慮される。上記の説明には多くの特定事項が含まれるが、発明の範囲を限定するものとしてではなく、むしろ1つまたはその他の好適な実施形態の例示であると考慮されたい。場合によっては、本発明のいくつかの特徴は、対応する他の特徴を使用することなく用いられる。従って、上述の説明は広義に解釈され、単なる実例または例示として理解され、本発明の精神及び範囲は本出願で最終的に発行される請求項によってのみ限定されるべきである。
別表
(定義)
・膝解剖学的位置の定義
・膝中心の定義
・平均膝屈曲軸の定義
・膝アライメント
・冠状面または前額面
・軸平面または横断面

(観察)
標準規格(既製)膝プロテーゼとの比較、及び本システムの限界
膝プロテーゼの説明
本発明の説明
STD(既製)プロテーゼと我々のパーソナライズされた膝プロテーゼとの相違

膝解剖学的位置の定義
FHC(332): 大腿骨頭中心
KC(330): 膝中心
TC(334): 距骨中心(不図示)
ME(342): 内側上顆
LE(344): 外側上顆
MDC(352): 内側遠位顆
LDC(354): 外側遠位顆
MPC(362): 内側後顆
LPC(364): 外側後顆
TGH(372): 滑車溝高
TGL(374): 滑車溝低
LT(384): 滑車の外側隆起
MT(382): 滑車の内側隆起

膝中心の定義
KC(330): 顆間切痕上部
TSE(3_): 脛骨隆起上部(不図示)
MTEA(3_): TEA(346)中部

平均膝屈曲軸の定義
TEAs(3464): 外科経上顆軸(LE(344))上部からME(342)の溝)
TEAc(3462): 臨床経上顆軸(LE(344))上部からME(342)の上部)
CA: シリンダー軸(後顆の2球面の中心を繋ぐ)
EFA: 伸展小関節面軸(2顆の遠位半径の中心を繋ぐ)
FFA: 屈曲小関節面軸(2顆の後部半径の中心を繋ぐ)
FHA: 大腿骨ヘリカル軸(屈曲軸を軸回転と組み合わせる)
・4バー連結の機構により、平均膝屈曲軸は、矢状面で2つの十字靭帯の交差に、または十字靭帯及び側副靭帯の両方の交差に位置しうる。
・キネマティクス的アライメントにより、BCD及びBCPは即時膝屈曲軸である。

膝アライメントの定義
HKA: 肢機械軸
(=耐荷軸)
2つの線、すなわちFHC‐KC間の第1の線と、KC‐TC間のもう1つの線とを結ぶ
2線間の角度が0(HKA 180°)の場合、アライメントは均衡
2線間の角度>0(HKA>180°)の場合、アライメントは外反
2線間の角度<0(HKA<180°)の場合、アライメントは内反

冠状面または前額面
FAA(326): 大腿骨解剖軸(KC(330)を骨幹中部に繋ぐ)
FMA(336): 大腿骨機械軸(FHC(332)をKC(330)に繋ぐ)
HKS(338): FAA(326)とFMA(336)との間の角度
範囲は1°~10°
BCD(356): 両顆遠位接線(LDC(354)をMDC(352)に繋ぐ)
アルファ(α、358): FMA(336)とBCD(356)との間の角度
FMAともいう:大腿骨機械角度(熟練者でない読者がFMA(=大腿骨機械軸(336))とFMA=大腿骨機械角度を混同するリスクはあるものの、通常の技術者であれば文脈からその違いはわかる)。
中面ともいう:機械内側遠位大腿骨角度
FMA(336)と直交する、または直交しない
範囲は82°~105°
TEA(346): 経上顆軸、または両上顆軸
ME(342)をLE(344)に繋ぐ
TEAs(3464):外科経上顆軸
TEAc(3462):臨床経上顆軸
=2つの側副靭帯の挿入
BCD(356)に平行である、または平行でない
FMA(336)と直交する、または直交しない
DCA(358): 遠位顆角度
TEA(346)とBCD(356)との間の角度
範囲は-5°~10°
SA(376): 溝軸(KC(330)をTGH(372)に繋ぐ)
SAはFMA(336)とFAA(326)との間か、当該範囲外に位置する
TEA(346)及び/またはBCD(356)に直交する、または直交しない

軸平面または横断面
TL(386): 滑車線、LT(382)をMT(384)に繋ぐ
TEA(346): 経上顆軸または両顆軸、ME(342)をLE(344)に繋ぐ
BCP(368): 両顆後部接線(LPC(364)をMPC(362)に繋ぐ)
PCA(368): 後顆角度
TEA(346)とBCP(366)との間の角度
範囲は-5°~10°
WL(377): ホワイトサイド線、KC(330)をTGL(374)に繋ぐ
WLはTEA及び/またはBCPに直交する、または直交しない
ATA(388): 前部滑車軸
TEA(346)とTL(386)との間の角度
範囲は-5°~10°

Claims (67)

  1. 特定の患者のために3D膝プロテーゼ模型を選択する方法であって、
    (a)明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに従って、膝プロテーゼをパラメータ化すること、
    (b)各個人の膝の3D形状アシンメトリを複製する3D膝プロテーゼ模型の態様で多数の膝形状を生成し、それにより、少なくとも1つの前記コンパートメントの形状パラメータ(表面及び寸法)を変化させる形状を生成することで、本質的に全ての患者の膝の動きを複製することを可能にし、前記患者の膝のアシンメトリと3D膝プロテーゼ模型のアシンメトリとの比較を可能にするデータベースに、当該3D膝プロテーゼ模型を、各模型の形状パラメータ及びアシンメトリに関連付けて保存することと、
    (c)前記患者の病理を学習し、前記患者のニーズに合致する前病理学的膝プロテーゼ基準を開発することと、
    からなる方法であって、前記多数の膝形状から、各模型のアシンメトリの最良マッチに基づいて、前記患者のニーズに最良に合致する適切な膝プロテーゼが選択され、選択された前記形状が、前記患者の基準に最良に適合する方法。
  2. 任意で計画アルゴリズムを用いて、前記多数の膝形状から各模型のアシンメトリの最良マッチに基づいて適切な膝プロテーゼを選択するステップをさらに含み、選択された前期形状が、前記患者の基準に最良に適合する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記選択された3D膝プロテーゼ模型が、前記患者のために適切なプロテーゼを作成するために用いられる請求項2に記載の方法。
  4. 前記作成されたプロテーゼを外科医がインプラントに利用可能にした請求項3に記載の方法。
  5. 前記大腿骨コンポーネントの前記滑車部までの遠位後顆に関する本発明の設計仕様を使用して、組み合わされたときに病理肢を病理前と同様に再位置合わせし、前記関節面を、前記膝関節の前記関節炎前の形状およびサイズに可能な限り近づけて再形成する特徴をパーソナライズするために用いられる請求項1に記載の方法。
  6. 3D膝プロテーゼ模型のデータベースを作成し、そこから特定の患者のニーズに合致する3D膝プロテーゼ模型を選択できる方法であって、
    (a)選択された膝プロテーゼの設計構成を、明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに対応する特徴にパラメータ化するステップと、
    (b)個人の膝のサンプル集合の前記3D形状アシンメトリを複製する、表面、寸法等の形状パラメータを変化させることで、少なくとも1つの前記コンパートメントに対応する多数の前記3D膝プロテーゼ模型を生成するステップと、
    (c)前記生成された模型を前記データベースに挿入し、それにより高い変動性を有する3D膝プロテーゼ模型の前記データベースを作成するステップと、
    (d)3Dスキャンを用いて、患者の膝の動きを学習するステップと、
    (e)前記患者の膝の動きを仮定した前病理学的模型を作成するために、病理と、任意で軟部組織の影響と、のために調整するステップと、
    (f)任意で計画アルゴリズムを用いて、前記患者の膝の前記3D形状アシンメトリが定義する前記患者の膝の動きを仮定した、1または複数の前記前病理学的模型を最良に複製する1または複数の模型を、利用可能な膝プロテーゼ在庫、または3D膝プロテーゼ模型の前記データベースから選択するステップと、
    (g)マッチする膝プロテーゼが在庫にない場合、前記選択されたプロテーゼ模型を作成するステップと、
    (h)前記プロテーゼを埋込可能とするステップと、
    からなる方法。
  7. (a)患者の現在及び前病理学的膝挙動、並びに前記患者のHKAアライメントを分析するステップと、
    (b)任意で計画アルゴリズムを用いて、膝形態を変化させる3D模型の包括的なデータベースから適切な3D模型を選択し、各3D模型は公知の形態、並びに製造の制限及び要求に適応しているステップと、
    (c)前記個別の患者の3D構造的解剖学に適応され、製造可能で本質的にカスタムの膝プロテーゼに相当する前記選択された3D模型を作成し、それによりまるで生来のような前記膝関節の再作成を可能にするステップと、
    を含む方法を適用後に選択される3D模型から作成される膝プロテーゼ。
  8. 下記ステップ、
    (a)負荷または無負荷状態において、一足歩行、二足歩行、内反/外反圧下において、CTスキャン、X線、MRI、EOS、またはその他のいかなる測定装置、及び/または当技術分野で公知の任意の方法を用いて、少なくとも
    (i)HKAアライメントと、
    (ii)前記大腿骨の脛骨に対する相対移動(滑り及び転がり運動の組み合わせ)と、
    (iii)大腿骨及び脛骨の接触面並びに骨形状と、
    (iv)前記大腿骨及び脛骨に相対する膝蓋骨の形状及び位置と、前記膝蓋骨の前記大腿骨との接触面と、
    を含む患者の手術前状態を測定するステップと、
    (b)(ai)及び患者の解剖歴(既知の場合)に従って、対象の手術後のHKAアライメントを定義するステップと、
    (c)(b)及び(aii)に従って、対象の手術後の前記大腿骨の脛骨に対する相対移動(滑り及び転がり運動の組み合わせ)を定義するステップと、
    (d)(b)、(c)、及び(aiii)に従って、大腿骨及び脛骨プロテーゼの接触面の形状を定義するステップと、
    (e)(d)及び(aiii)に従って、大腿骨及び脛骨プロテーゼのアタッチメントの形状を定義するステップと、
    (f)(b)、(c)、(d)、(f)、(aiv)、及び患者の解剖歴(既知の場合)に従って、前記大腿骨プロテーゼ、及び前記脛骨プロテーゼに対する対象の手術後の膝蓋骨の位置を定義するステップと、
    (g)(b)、(c)、(d)、(f)及び(aiv)に従って、大腿骨プロテーゼと膝蓋骨との間の接触面の形状を定義するステップ(前記膝蓋骨コンポーネントと前記脛骨コンポーネントとの間ではなく、前記大腿骨コンポーネントと前記膝蓋骨コンポーネントとの間のみの接触面)と、
    (h)上記全定義を、個人に適応された膝プロテーゼにマージするステップと、
    からなる方法。
  9. 前記3Dスキャンが、前記患者の膝が動いている映像スキャンである請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記公知の関節コンパートメントが、下記のコンパートメント、すなわち、伸展コンパートメント、屈曲コンパートメント、内側コンパートメント、外側コンパートメント、大腿骨‐脛骨コンパートメント、及び大腿骨‐膝蓋骨コンパートメント、の少なくとも1つを含む請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  11. 3D模型の選択時に前記膝蓋骨の前記関節を考慮に入れる請求項1~4のいずれか1項に記載の方法 。
  12. 請求項1~4のいずれか1項に従って作成されるプロテーゼ。
  13. 構造的大腿骨内反の場合に、前記大腿骨プロテーゼ(1110)が前記遠位内側顆より短い前記遠位外側顆を有するように、本発明の前記膝プロテーゼが適合され、前記顆間にオフセット(1172)を生じさせ、同一のオフセット(1172)が前記脛骨挿入コンポーネント(1160)内で複製される請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  14. 構造的大腿骨外反の場合に、前記大腿骨プロテーゼ(1110)が前記遠位内側顆より長い前記遠位外側顆を有するように、本発明の前記膝プロテーゼが適合され、前記顆間にオフセット(1174)を生じさせ、同一のオフセット(1174)が前記脛骨挿入コンポーネント(1160)内で複製される請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  15. 構造的大腿骨内反の場合に、前記大腿骨プロテーゼ(1110)が前記遠位外側顆から前記遠位内側顆までの開き角(1182)を有するようにし、同一の角度(1182)が前記脛骨挿入コンポーネント(1160)内で複製される請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  16. 構造的大腿骨外反の場合に、前記大腿骨プロテーゼ(1110)が前記遠位内側顆から前記遠位外側顆までの開き角(1184)を有するようにし、同一の角度(1184)が前記脛骨挿入コンポーネント(1160)内で複製される請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  17. 前記膝プロテーゼにおいて、前記オフセット(1172、1174)が0~10mmで変化し、前記角度(1182、1184)が0°~15°で変化する請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  18. 前記プロテーゼの採寸時に、冠状面及び横断面における内側顆表面の形状半径(962)、冠状面における滑車表面の形状半径(963)、並びに、冠状面及び横断面における外側顆表面の形状半径(964)が互いに独立に、また前記プロテーゼのサイズとは独立に、また正常、内反、外反の如何によらず、前記患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントから独立して調整できる請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  19. 切除領域の突出または露出を回避して再表面化するように輪郭(前記プロテーゼの外寸)が調整される請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  20. 前記大腿骨プロテーゼの前後表面の輪郭角度(982、984、992、994)が互いに独立に、また前記プロテーゼのサイズとは独立に、またまた正常、内反、外反の如何によらず、前記患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントから独立して調整できる請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  21. 望ましい膝のキネマティクスを得るため、また前記患者のサイズに適応するために、前記大腿骨プロテーゼの前後表面の輪郭角度(982、984、992、994)が0°から50°まで変化する請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  22. 矢状面における内側顆表面の形状(内側顆Jカーブ)(972)、矢状面における滑車表面の形状(滑車Jカーブ)(973)、及び矢状面における外側顆表面の形状(外側顆Jカーブ)(974)が互いに独立に、また前記プロテーゼのサイズとは独立に、また正常であれ、内反であれ、外反であれ、前記患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントから独立して調整できる請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  23. 矢状面における内側顆表面の形状(内側顆Jカーブ)(972)、矢状面における滑車表面の形状(滑車Jカーブ)(973)、及び矢状面における外側顆表面の形状(外側顆Jカーブ)(974)が1つの半径からなってもよいが2つ以上の半径の組み合わせからなってもよく、その寸法は15mmから65mmまで変化しうる請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  24. 半径の組み合わせを用いる場合、1つの半径から次の半径への移行は、スプライン曲線、または他の適切な曲線を用いて平滑化される請求項1~6、8~11、13~23のいずれか1項に記載の方法。
  25. 前記膝プロテーゼの前記大腿骨部が、平面、傾斜、湾曲、オフセット、二重傾斜からなり前記患者個別のニーズに適応された切除群から1つ選択される任意の骨切除に適応される請求項1~6、8~11、13~24のいずれか1項に記載の方法。
  26. 前記患者個別のニーズに適応するように前記骨切除が鋸、または圧延によって行われる請求項25に記載の方法。
  27. 下記ステップ、
    (a)前記膝の前記手術前3D HKAアライメントを測定するステップと、
    (b)手術後3D HKA再アライメントを関節炎前HKAに複製するステップ(外れ値でない場合)と、
    (c)手術後3D HKA再アライメントを矯正された関節炎前HKAに定義するステップ(外れ値である場合)と、
    (d)前記遠位大腿骨の前記手術前後寸法を測定するステップと、
    (e)前記インプラントが矢状面で10°以上、回転(または傾斜、または屈曲)できないように、前記正しいAPプロテーゼ大腿骨サイズを複製するステップと、
    (f)前記手術前FMA遠位後部及びTMA(関節線)を測定するステップと、
    (g)手術後FMA、TMA傾斜度を関節炎前FMA、TMA傾斜度に複製し(外れ値でない場合)、前記関節炎前大腿骨捻転を複製するステップと、
    (h)手術後FMA、TMA傾斜度を矯正された関節炎前FMA、TMA傾斜度に定義し(外れ値である場合)、前記計画マトリクスに従って大腿骨捻転を適応させるステップと、
    (i)前記手術前TL傾斜度、及び滑車深長を測定するステップと、
    (j)前記計画マトリクスに開示される規則に従い、最終傾斜度のどの部分が前記骨上でなされ(前記切除の配向)、またどの部分が前記インプラントに統合されるか(顆オフセット)を定義するステップと、
    (k)手術後TL傾斜度を関節炎前TL傾斜度に複製し(外れ値でない場合)、前記滑車深長を複製するステップと、
    (l)手術後TL傾斜度を矯正された関節炎前TL傾斜度に定義し(外れ値である場合)、前記滑車に外側隆起を追加することで前記滑車深長を複製するステップと、
    (m)手術後の顆及び滑車JLカーブを関節炎前JLカーブに複製するステップ(外れ値でない場合)と、
    (n)(外れ値である場合、発育不全である場合は外側顆の、または反張、大きな屈曲等の矢状変形の場合は両顆のJLカーブを矯正することで)手術後の顆及び滑車関節線カーブを矯正された関節炎前JLカーブに定義するステップと、
    (o)手術後の顆及び滑車内外カーブを関節炎前MLに複製する(外れ値でない場合)ステップと、
    (p)(外れ値である場合、外側顆の、または反張、大きな屈曲等の矢状変形の場合は両顆のMLカーブを矯正することで)手術後の顆及び滑車MLカーブを矯正された関節炎前MLカーブに定義するステップと、
    (q)各顆の軸間から前記膝中部への距離を測定し、前記距離を複製するステップと、
    (r)プロテーゼの突出または減寸を避けるために、顆、及び滑車の関節面の外側制限(輪郭)を定義するステップと、
    (s)手術前の後部脛骨スロープを測定するステップと、
    (t)外れ値である場合、手術後の後部脛骨スロープ(TPS)を矯正された関節炎前TPSに複製するステップと、
    (u)前部脛骨結節(TTA)に対する角度、すなわちAP軸を測定することで、また内外脛骨表面ジオメトリを描写する2つの円の中心を通る軸(ML軸)によって、脛骨コンポーネントの回転を定義するステップと、
    (v)前記脛骨キールのAP及びML位置を定義して、脛骨の骨幹端及び/または骨幹上にキールを正確に中心に据えるステップと、
    (w)プロテーゼの突出(周囲軟部組織と衝突し痛みを生じるリスク)または減寸(沈んでしまい修正が発生するリスク)を避けるために、前記脛骨コンポーネントの輪郭の(脛骨縁への)前記外側制限を定義するステップと、
    (x)前記インプラントのグローバルな厚みを考慮するために、前記遠位大腿骨切除と前記近位脛骨切除との間の距離(伸展時の差)の距離を測定するステップと、
    の少なくとも1つ、または全てを含む、自然でパーソナライズされたインプラントを作成する方法。
  28. 前記プロテーゼのコンポーネントである、前記脛骨挿入、前記脛骨トレー、前記キールが、それぞれ1以上の部分からなり、手術の前または最中に組み立てられる請求項1~4のいずれか1項の方法に従って作成されるプロテーゼ。
  29. 前記コンポーネントの少なくとも1つが、
    (a)下記からなる要素群の1つから選択される1つの要素と、
    (i)内側顆対応表面を含む脛骨挿入の関節表面(1262)
    (ii)滑車対応表面(1263)
    (iii)外側顆対応表面(1263 )
    (b)前記脛骨トレーの骨対向面(1230)と、
    (c)前記キール部(1240)と、
    を有する請求項28に記載のプロテーゼ。
  30. 前記個別の患者のニーズに最良に応えるように、任意の望ましい配向角度、オフセット、及び任意のそれらの組み合わせが、前記脛骨挿入、前記脛骨トレー、及び前記キールに適応される請求項29に記載のプロテーゼ。
  31. 前記脛骨挿入、前記脛骨トレー、及び前記キールがそれぞれ1つ以上の要素で形成される請求項29または30に記載のプロテーゼ。
  32. 前記個別の患者のニーズに応えるため、前記キール(1240)が前記骨対向面(1230)に直交しないように形成され、選択角度(1242)で配向される請求項7、12、28~31のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  33. 前記個別の患者のニーズに応えるため、前記キール(1240)が前記骨対向面(1230)に直交するのではなく前記角度(1242)で配向され、前記骨対向面(1230)が角度(1232)で配向される請求項7、12、28~32のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  34. 前記膝が内反に配向されるように内側挿入厚みが薄く作成される請求項33に記載のプロテーゼ。
  35. 前記個別の患者のニーズに応えるため、前記キール(1240)が前記骨対向面(1230)に直交するのではなく選択角度(1242)で配向され、前記骨対向面(1230)は別の選択角度(1232)で配向され、外側顆対応表面(1264)はオフセット(1265)を示す請求項7、12、28~34のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  36. 前記個別の患者のニーズに応えるため、前記キール(1240)が前記骨対向面(1230)に直交するのではなく選択角度(1242)で配向され、前記骨対向面(1230)は第2の選択角度(1232)で配向され、前記2顆遠位接線(1266)は第3の選択角度(1267)で配向される請求項7、12、28~35のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  37. 前記オフセット(1265)は0~10mmで変化し、前記配向角度(1232、1242、1267)は最大12°まで変化しうる請求項7、12、28~36のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  38. 前記オフセットが内外または前後の寸法で-10°から+10°まで変化し、前記キールの長さ方向軸を中心に最大12°まで配向されうる請求項37に記載のプロテーゼ。
  39. 前記膝プロテーゼの機能が前記個別の患者のニーズに合うように、矢状Jカーブ(1310)が前記大腿骨プロテーゼの対応表面にフィットするように適応される請求項7、12、28~38のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  40. 前記矢状Jカーブ(1310)が本質的に単一半径である請求項39に記載のプロテーゼ。
  41. 前記矢状Jカーブ(1310)が本質的に2つ以上の半径(1312、1313,1314,1315)の組み合わせであり、その寸法は15mmから80mmの範囲内である請求項39に記載のプロテーゼ。
  42. 前記個別の患者の前記脛骨にフィットするために、矢状面で本発明の膝プロテーゼの前記脛骨コンポーネント(1300)の前記キール(1340)は前記脛骨コンポーネント(1300)の中心に配置され、任意で前記脛骨の前部方向に、または前記脛骨の後部方向にオフセット(1342)を示す請求項7、12、28~41のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  43. 前記オフセット(1342)が0~10mmで変化しうる請求項42に記載のプロテーゼ。
  44. 前記オフセットが内外または前後の寸法で-10°から+10°まで変化し、前記キールの長さ方向軸を中心に最大12°まで配向される請求項42に記載のプロテーゼ。
  45. 前記個別の患者の前記脛骨にフィットするという同じ目的のために、矢状面で、膝プロテーゼの前記脛骨コンポーネント(1300)の前記骨対向面(1332)が最大12°まで変化しうる選択角度(1344)で配向される請求項44に記載のプロテーゼ。
  46. 前記膝蓋骨コンポーネントの関節面(1862、1863、1864)が、それぞれ前記大腿骨コンポーネントの対応表面(1852、1853、1854)に合うように作成され、正常であれ、内反であれ、外反であれ、前記患者の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントをも考慮に入れる請求項7、12、28~45のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  47. 前記大腿骨コンポーネントが前記遠位外側顆と前記遠位内側顆との間にオフセット(1872、1874)を有する場合、前記オフセット(1872、1874)が前記膝蓋骨コンポーネント内で複製される請求項7、12、28~46のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  48. 前記個別の患者のニーズに合致するよう、任意で計画アルゴリズムを用いることで、本発明の膝プロテーゼの前記膝蓋骨コンポーネント、内外表面は、内外コンパートメント間で対称または非対称であり、前後表面は前後コンパートメント間で対称または非対称である請求項47に記載のプロテーゼ。
  49. 内側、外側、前部、及び後部のコンパートメントのそれぞれの幅及び高さが、8mmから30mmまでの範囲内となるように特定され、その値は膝蓋骨の厚みと独立し、少なくとも6mm以上である請求項7、12、28~48のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  50. 曲線/表面の適合及び平滑化技術を、隣接する骨コンパートメントを横断して相互作用する形状間で適用し、骨コンパートメントに対応する前記プロテーゼの要素を混合して、前記患者のニーズに適応された混合膝プロテーゼを作成するようにした請求項1~6、8~11、13~27のいずれか1項に記載の方法。
  51. 個別の患者の構造解剖学に従って設計され、まるで生来のような前記膝関節を再作成する一部または全体の膝プロテーゼであって、そのジオメトリが前記内側大腿骨‐脛骨関節~前記外側大腿骨‐脛骨関節~前記大腿骨‐膝蓋骨関節で互いに独立に変化させることで定義される一部または全体の膝プロテーゼ。
  52. 個別の患者の構造的解剖学に適応された一部または全部の膝プロテーゼを作成するための方法であって、前記患者の現在、または予病の膝関節の運動挙動と、さらに前記患者固有の腰‐膝‐足首(HKA)アライメントと、を考慮する設計ステップを含み、当該入力を用いて、まるで生来のような膝関節模型を再作成し、さらに、前記病理学的膝関節模型ではなく前記再作成された自然な膝関節模型が、前記自然な膝関節を再作成するプロテーゼを作成するために用いられる方法。
  53. 患者の膝の大腿骨に埋め込むための大腿骨プロテーゼであって、
    内側顆、及び外側顆からなり、前記患者の膝の各顆の少なくとも一部を隣接させる骨対向面と、各骨対向面の反対に通常、位置する関節面と、を有し、各関節面は第1の面(矢状面)に通常、配置される湾曲(Jカーブ)と、第2及び第3の面(前記遠位顆の場合は前額面、前記後顆の場合は横断面)に通常、配置されるMLカーブと、を有し、前記内側顆、及び外側顆の各関節面は前記第2及び第3の面で顆オフセットを有しうるが、それは同等、または同等でない、2つの顆部と、
    前記滑車深長、並びに前記内側滑車隆起、及び前記外側滑車隆起からなり、前記患者の膝の前記滑車の少なくとも一部を隣接させる骨対向面と、前記骨対向面の反対に通常、位置する関節面と、を有し、各関節面は第1の面(矢状面)に通常、配置される湾曲(Jカーブ)と、第2及び第3の面(前額面、及び横断面)に通常、配置されるMLカーブと、を有し、前記内側隆起、及び前記外側隆起の各関節面は、前記第2及び第3の面でオフセットと滑車深長を有しうるが、それは同等、または同等でない、滑車部と、
    独立し、前記面の少なくとも1つにおいて平行、または傾斜配向(収束、または集散)されうる、前記滑車部の、前記遠位後顆の前記遠位後顆部への関節面配向と、
    前記遠位後顆の前記遠位(すなわち、遠位顆オフセット)顆部、及び前記後部(すなわち、後顆オフセット)顆部の前記内外関節面間に統合されうるML顆オフセットであって、当該顆オフセットが遠位顆部と後顆部との間で同等、または異なるML顆オフセットと、
    前記内側隆起、及び前記外側隆起の前記内側関節面と前記外側関節面との間に統合されうるML滑車オフセットであって、当該滑車オフセットが前記遠位後顆の前記顆オフセットと同等、または異なるML滑車オフセットと、
    からなる大腿骨プロテーゼ。
  54. 前記遠位後顆(内側、外側)からの少なくとも1つの前記関節面の前記矢状Jカーブ、または前記滑車(隆起、滑車深長)が、単一、二重、または多重半径により定義されるか、患者固有のJカーブにフィットする請求項53に記載のプロテーゼ。
  55. 少なくとも1つの前記内外関接線の前記矢状Jカーブが、前記遠位後顆から前記滑車Jカーブ(内側、及び/または外側隆起、滑車深長)まで、対称的、または非対称的に、固定または可変距離に配置される請求項53または54に記載のプロテーゼ。
  56. 前記遠位後顆(内側、外側=狭まり角)からの少なくとも1つの前記関接線の前記矢状Jカーブ、または前記滑車(内側隆起及び/または外側隆起、滑車深長=前額面における溝軸、軸平面におけるホワイトサイド線)が、少なくとも1つの前記平面、主に前記前額面、及び前記軸平面において平行、または傾斜配向される請求項51または52に記載のプロテーゼ。
  57. (少なくともAP採寸を含む)採寸、(少なくとも顆オフセット及び滑車オフセット、Jカーブ、並びにMLカーブを含む)形状、及び(少なくともAP/ML、採寸、狭まり角、滑車高さ、後顆高さを含む)輪郭の観点から、前記顆部及び/または前記滑車部の少なくとも1つの前記関節対向面が、前記患者の膝関節表面に対応(または緻密にマッチ、または緻密にフィット)する関節のジオメトリ及び寸法を有する請求項51~54のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  58. 前記遠位の前記骨対向面の内側及び外側最遠位位置を連結する接線、前記後顆の前記骨対向面の内側及び外側最後部位置を連結する接線、または滑車部の前記骨対向面の内側及び外側最前部位置を連結する接線が、当該接線間で平行、または傾斜している請求項51~55のいずれか1項に記載のプロテーゼ。
  59. 前記骨対向面が、単一の真っすぐで平滑、または傾斜した表面、若しくは2つの互い違い(オフセット)で平滑、または傾斜した表面、若しくは互い違い(オフセット)で湾曲した表面である請求項57または58に記載のプロテーゼ。
  60. 前記骨対向面が、セメントまたはセメントレス固定で前記骨に固定される請求項58または59に記載のプロテーゼ。
  61. 初期または修正膝(半強制または強制、ヒンジ付き)用、セメント、セメントレス、その他いかなる種類の固定用、モノブロック(monobloc)またはモジュラー式コンポーネント用、各素材(Ti、CrCo、セラミック等)用に、前記プロテーゼが異なるシステム(PS:後部安定(Postero‐Stabilized)、UC:超適合(Ultra‐Congruent)、PCR:後十字温存(Posterior Cruciate Retaining)、BCR:両十字温存(Bi‐Cruciate Retaining))に対応する請求項59または60に記載のプロテーゼ。
  62. 方法を適用後に選択される3D模型から膝プロテーゼを作成する方法であって、
    (a)患者の現在及び前病理学的膝挙動、並びに前記患者の3D HKAアライメントを分析することと、
    (b)任意で計画アルゴリズムを用いて膝形態を変化させる3D模型の包括的なデータベースから適切な3D模型を選択し、各3D模型は公知の形態、並びに製造の制限及び要求に適応していることと、
    (c)前記個別の患者の3D構造的解剖学に適応され、製造可能で本質的にカスタムの膝プロテーゼに相当する前記選択された3D模型を作成し、それにより前記まるで生来のような膝関節の再作成を可能にすることと、
    を含む方法。
  63. 入力を受け付けて出力を生成するために、膝プロテーゼの特徴と、請求項1~6、8~11、13~27、50、52、62のいずれか1項に記載の方法を実行するようプロセッサに指示する選択プログラムと、を有する非一時的情報記憶媒体。
  64. 膝プロテーゼの特徴と、実行されると、特定の患者のための3D膝プロテーゼを選択する際にユーザを支援するステップをプロセッサに指示する方法を実施するエンコードされた選択プログラムと、を有する非一時的情報記憶媒体であって、前記方法は、
    (a)明確に定義され独立した膝関節コンパートメントに従って、膝プロテーゼをパラメータ化するステップと、
    (b)少なくとも1つの前記コンパートメントの前記形状パラメータ(表面及び寸法)を変化させる形状を生成することで、本質的に全ての患者の膝の動きを複製する模型を含む多数の個別膝サンプルの3D形状アシンメトリを複製する3D膝プロテーゼ模型の態様で、多数の膝形状を生成し、前記患者の膝のアシンメトリを3D膝プロテーゼ模型のアシンメトリと比較することを可能にするデータベースに、当該3D膝プロテーゼ模型を、各模型の形状パラメータ及びアシンメトリに関連付けて保存するステップと、
    (c)前記患者の病理を学習し、前記患者のニーズに合致する前病理学的膝プロテーゼ基準を開発した後に、任意で計画アルゴリズムを用いて、各模型のアシンメトリの最適マッチに基づいて前記多数の膝形状を比較する前記データベースをサーチして、候補マッチを識別するステップと、
    (d)候補マッチとその属性とを出力装置に表示するステップと、
    (e)識別された適切な候補マッチから最適マッチを選択する方法を提供するステップと、
    (f)前記選択された膝プロテーゼが在庫にない場合、任意で作成注文を行うステップと、
    からなる媒体。
  65. 前記プロセッサがメモリに接続されたコンピュータメモリであり、前記プロセッサが前記プログラムに応答して、3D膝プロテーゼ模型または在庫膝プロテーゼを保存するのに適応されたデータベースにアクセスする請求項64に記載の媒体。
  66. 前記プログラムによって、ユーザへ、またユーザから連通される入力及び出力に前記プロセッサが応答する請求項65に記載の媒体。
  67. 本明細書、従属特徴セット、要約(参照により本明細書に組み込まれる)、および/または図面に記載されたプロテーゼ、システムおよび/または方法。
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