JP4051189B2 - 人工膝関節 - Google Patents
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- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/38—Joints for elbows or knees
- A61F2/3886—Joints for elbows or knees for stabilising knees against anterior or lateral dislocations
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は正常な機能を失った膝関節表面を置換する人工膝関節に関し、特に大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、脛骨側部材を前記溝孔に挿入される角柱状のポストを設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにした後方安定型の人工膝関節に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
後方安定型の人工膝関節30は、図6に示すような大腿骨側部材31に溝孔37を設けるとともに、脛骨側部材33に前記溝孔37に挿入される角柱状のポスト34を設け、このポスト34を前記溝孔37内に挿入する。そして、前記ポスト34と前記溝孔34とで前記大腿骨側部材31の摺動方向と摺動幅を規制する。特に、この人工膝関節30は、膝の屈曲時に前記脛骨側部材33上に移動する前記一方端部32が前記ポスト37と係合することにより、前記大腿骨側部材31が解剖学的な方向でいう前方へ過度に移動することを防ぎ、安定性と可動性を確保している。
【0003】
図7の中央断面図に示すように、前記従来の人工膝関節30の大腿骨側部材31では、前記一方端部32は、最前端部分(図7中、左側)が前記溝孔37側に突出している。
【0004】
この従来の人工膝関節30によれば、膝の屈曲時に前記ポスト34が前記一方端部の最前端部分(図7中、左側)に最初に当たって、膝の屈曲が深くなるにつれて、前記一方端部32における前記ポスト34との接触部分が後上側(図7中、右上側)に移っていく。そして、最も深い屈曲状態での接触部分は、図7および図8中、P1のあたり、すなわち、前記一方端部32が前記脛骨側部材33上に移動したときの前記脛骨側部材側となる。そのため、前記ポスト34との接触面積を増やし応力を分散し、前記大腿骨側部材31の左右方向への過度の回動を防止するための懸垂面32b(曲率半径が40mm程度)がこの部分に設けられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術の人工膝関節30では、前記一方端部32に前記懸垂面32bの図7中の右上側まで設けていたので、前記一方端部の中央部が前側配置、図7中の左側配置となっていた。
【0006】
そして、その結果、図7に示すように、前記一方端部32のこの接触部分P1と、大腿骨側部材31の後壁36の脛骨側部材33との接触部分P2との距離が比較的大きかった。
【0007】
この距離P1−P2は、膝の最も深い屈曲状態において、ポスト34における前記一方端部32との当接高さに相当する。そして、この高さが比較的高かったため、従来の人工膝関節30では、脱臼したり、或いは、ポスト34が破断することがあった。
【0008】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、前記溝孔に挿入される角柱状のポストを前記脛骨側部材に設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにした人工膝関節において、膝の屈曲時に前記脛骨側部材上に移動する前記溝孔の一方端部と前記ポストとの接触部分と、前記大腿骨側部材の後壁の前記脛骨側部材との接触部分との距離を小さくし、これにより脱臼や前記ポストの破断を防止することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の人工膝関節は、人体の脛骨に固定される脛骨側部材と、人体の大腿骨に固定されて人体の膝の屈曲動作に合わせて前記脛骨側部材上を摺動する大腿骨側部材とからなり、この大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、前記溝孔に挿入される角柱状のポストを前記脛骨側部材に設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにしたものであって、前記大腿骨側部材は、膝の屈曲時に前記脛骨側部材上に移動する、溝孔の一方端部を備えており、前記一方端部の表面うち、屈曲する際に前記ポストと接触する領域C−Cに曲率半径50mm以下の懸垂面13aを設け、膝の最も深い屈曲時に前記脛骨側部材側に位置する領域に、溝孔の深さ方向Dおよび溝孔方向Eに垂直な方向と平行な面である非懸垂面13bまたは曲率半径60mm以上の懸垂面13bを設け、前記一方端部の表面のうち、溝孔の深さ方向Dの中間部P2が、溝孔の深さ方向D側の端部P3および前記深さ方向Dの反対方向D′側の端部P4よりも溝孔方向E側に位置し、膝の最も深い屈曲状態での接触部分P1が、前記端部P3よりも前記反対方向D′側で、かつ、溝孔方向E側に位置していることを特徴とする。
上記のように屈曲する際にポストと接触する領域C−Cに曲率半径50mm以下の懸垂面13aを設けたことで、脛骨側部材のポストとの接触面積を増やして応力を分散するとともに、大腿骨側部材の過度の回動を防止することができる。
また、膝の最も深い屈曲時に脛骨側部材側に位置する領域に溝孔の深さ方向Dおよび溝孔方向Eに垂直な方向と平行な面である非懸垂面13bまたは曲率半径60mm以上の懸垂面13bを設けたことで、一方端部の中央部位を解剖学上の後配置とすることができ、その結果、膝の最も深い屈曲状態における一方端部のポストとの接触部分と大腿骨側部材の後壁の脛骨側部材との接触部分との距離が小さくなる。すなわち、ポストの一方端部との接触高さが低くなる。
【0010】
さらに、前記一方端部の中央部の肉厚を大きくとることができる。
【0011】
ところで、前記一方端部の非懸垂面或いは曲率半径60mm以上の懸垂面(以下、併せて非懸垂面と略称する)が前記ポストと接触すると、局所に応力が集中したり、或いは、前記大腿骨側部材が左右方向へ過度に回動してしまう不具合があり、このような不具合は回避されなければならない。
【0012】
そこで、一方端部の表面のうち、溝孔の深さ方向Dの中間部P2が、溝孔の深さ方向D側の端部P3および深さ方向Dの反対方向D′側の端部P4よりも溝孔方向E側に位置し、膝の最も深い屈曲状態での接触部分P1が、端部P3よりも反対方向D′側で、かつ、溝孔方向E側に位置していることで、膝の最も深い屈曲状態での一方端部とポストとの接触部分を、非懸垂面とした脛骨側部材側よりも溝孔の側とすることができる。これにより、非懸垂面とポストが当接して局所に応力が集中したり、或いは、大腿骨側部材が左右方向へ過度に回動してしまうことを回避することができる。逆に云えば、このような一方端部の形状により非懸垂面を設けることが現実的に可能となる。
【0013】
このように、本発明の人工膝関節は、前記一方端部の前記ポストとの接触高さが低くなり、また、前記非懸垂面と前記ポストとが非接触であるようにしたことにより、脱臼したり、或いは、前記ポストが破断することがない。また、前記一方端部は中央部の肉厚が大きいので機械的強度が大きい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図を用いて説明する。なお、以下の説明において上下、前後の方向は解剖学的な方向に準拠する。
【0015】
図1は本発明の人工膝関節1を示す。この人工膝関節1は脛骨側部材2と大腿骨側部材3とからなる。
【0016】
前記脛骨側部材2は脛骨に固定する金属製のベース4と大腿骨側部材3と摺動する高分子材料製の摺動部5とから構成される。使用する金属としては生体適合性に優れたもの、例えばコバルトクロム合金等を用いる。また、前記高分子材料としては生体適合性および摺動特性に優れたポリエチレン等が好適である。前記ベース4は下方に突出するステム4aを脛骨髄腔内に固定し、ステム4aの反対側で前記摺動部5を嵌合保持する構造となっている。
【0017】
前記摺動部5には前記大腿骨側部材3と係合する角柱状のポスト6が形成される。前記ポスト6は後述する前記大腿骨側部材3の溝孔12に挿入され、このポスト6と前記溝孔12とで前記大腿骨側部材3の摺動方向と摺動幅を規制する。
【0018】
他方、前記ポスト6の左右の凹曲面5aは前記大腿骨側部材3の外面3bと摺動するようになっている。
【0019】
また、図2は前記脛骨側部材2を構成する摺動部5の後端側からの斜視図である。同図に示すように、摺動部5のポスト6の直後部位には切欠3cが形成されており、この摺動部5の上稜線において、前記切欠3cに隣接する部分に図中ハッチングで示すテーパー斜面3dが形成されている。
【0020】
このテーパー斜面3dは、膝の深い屈曲状態において、前記溝孔12の一方端部13を前記ポスト6のより低い位置に当接させる作用を有するものである。
次に、前記大腿骨側部材3は、前記コバルトクロム合金等の生体為害性のない金属やジルコニアなどの高強度セラミックスからなる。
この大腿骨側部材3は、前壁7とその後方に連なる前方斜壁8とその後方に連なる底壁9とその後方に連なる後方斜壁10とその後方に連なる後壁11からなる。
また、前記大腿骨側部材3は、前記後壁11、後方斜壁10、底壁9を左右に分割しかつ前記脛骨側部材2に形成されたポスト6を受容するポスト挿入用の溝孔12と該溝孔12の後端に位置しかつ前記分割された二つの後壁11を橋渡しするよう設けられた前記溝孔12の一方端部(以下、一方端部と略称する)13とを備える。この一方端部13は、膝の屈曲時に前記脛骨側部材2上に移動する。
【0021】
図3乃至図5に示すように、前記一方端部13は、前記溝孔12の深さ方向(図4、図5における方向D)中間部が前記溝孔12側(図4、図5における方向E)に突出する。また、前記溝孔12側には、曲率半径50mm以下の懸垂面13aとした前記脛骨側部材2の前記ポスト6に当接する接触領域C―C(図4参照)を有する。ここで、前記懸垂面13aの曲率半径が50mmを越えると、前記ポスト6との接触面積を増やし応力を分散させること、並びに、大腿骨側部材3の左右方向への過度の回動を防止することが難しくなる。これに対して、前記一方端部13が前記脛骨側部材上に移動したときの前記一方端部13の前記脛骨側部材側(以下、前記一方端部13の前記脛骨部材側と略称する)は非懸垂面或いは曲率半径60mm以上の懸垂面(以下、非懸垂面13bと略称する)である。ここで曲率半径60mm以上の懸垂面は非懸垂面とほぼ同一のものであると見做すことができる。
【0022】
このような前記人工膝関節1の構成によれば、前記一方端部13の前記脛骨側部材側を非懸垂面13bとすることで、前記一方端部13の中央部位を解剖学上の後配置(図4、図5中の右側)とすることができ、その結果、膝の最も深い屈曲状態における前記一方端部13のポスト6との接触部分P1と大腿骨側部材の後壁の脛骨側部材2との接触部分P2との距離P1−P2が小さくなる。すなわち、前記ポスト6の前記一方端部13との接触高さが低くなる。さらに、上記人工膝関節1は、前記一方端部13の前記脛骨側部材側を非懸垂面13bとしたことにより、前記一方端部13中央部での肉厚を大きくすることができ、この一方端部13の機械的強度が向上する。
【0023】
ただし、この非懸垂面13bと前記ポスト6とが接触すると、局所に応力が集中したり、或いは、前記大腿骨側部材3が左右方向へ過度に回動してしまう不具合があり、このような不具合は回避されなければならない。
【0024】
そこで、前記人工膝関節1は上記一方端部13は、前記溝孔12の深さ方向(図4、図5における方向D)中間部が前記溝孔12側(図4、図5における方向E)に突出するようにし、この課題を克服する。
【0025】
すなわち、膝の屈曲運動時に前記ポスト6が前記一方端部13の図4中、前記懸垂面13aを設けた前記ポスト6との接触領域C−Cの最も左側の部分に最初に当たる。膝の屈曲が深くなるにつれて、前記一方端部13における前記ポスト6との接触部分が図4における下右側に移り、最下点を経て、上右側に少しだけ移動する。そして、膝の最も深い屈曲状態で接触部分は、図4、図5中、前記一方端部13の右下側のP1のあたりとなる。すなわち、このP1が前記非懸垂面13bよりも前記溝孔12側となるので、前記非懸垂面13bと前記ポスト6とが接触しない。
【0026】
したがって、上記人工膝関節1は、脱臼したり、或いは、前記ポスト6が破断することがない。また、前記一方端部の機械的強度が大きい。
また、前記大腿骨側部材3は、この一方端部13に連続して前記大腿骨側部材3の内面3aと前記溝孔12との稜線部に、第一のリブ14とこの第一のリブ14に対し角度付で連続する第二のリブ15とを備える。これらリブにより強度が補強されている。
【0027】
以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意の形態とすることができることは云うまでもない。
【0028】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、前記溝孔に挿入される角柱状のポストを前記脛骨側部材に設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにした人工膝関節において、前記溝孔の一方端部が前記脛骨側部材上に移動したときのこの一方端部の前記脛骨側部材側を非懸垂面としたので、前記一方端部の中央部位を解剖学上の後配置とすることができ、その結果、膝の最も深い屈曲状態における前記一方端部の前記ポストとの接触部分と前記大腿骨側部材の後壁の前記脛骨側部材との接触部分との距離が小さくなる。すなわち、前記ポストの前記一方端部との接触高さが低くなる。さらに、前記一方端部の中央部の肉厚を大きくとることができるまた、これだけでは前記非懸垂面と前記ポストが接触して局所への応力集中や、前記大腿骨側部材の左右方向への過度の回動が起こることを回避できないので、本発明では、さらに前記一方端部の前記溝孔の深さ方向中間部を前記溝孔側に突出させる。これにより、膝の最も深い屈曲状態での前記一方端部と前記ポストとの接触部分を前記非懸垂面とした前記脛骨側部材側よりも前記溝孔の側とすることができる。これにより、前記非懸垂面と前記ポストが当接することを回避し、局所に応力が集中したり、或いは、前記大腿骨側部材が左右方向へ過度に回動してしまうことを回避することができる。
【0029】
このように、本発明の人工膝関節は、前記一方端部の接触高さが低くなり、また、前記非懸垂面と前記ポストとが非接触であるようにしたことにより、脱臼したり、或いは、前記ポストが破断することがない。また、前記一方端部は中央部の肉厚が大きいので機械的強度が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明一実施形態の人工膝関節の分解斜視図である。
【図2】図1の人工膝関節における脛骨側部材の摺動部の後ろからの斜視図である。
【図3】図1の人工膝関節における一方端部の表面を3次元的に示す斜視図である。
【図4】図3のB−B線断面図である。
【図5】図1のA−A線断面図である。
【図6】従来の人工膝関節の分解斜視図である。
【図7】図6の人工膝関節における大腿骨側部材の中央断面図である。
【図8】図6の人工膝関節における一方端部の表面を3次元的に示す斜視図である。
【符号の説明】
1 人工膝関節
2 脛骨側部材
3 大腿骨側部材
4 ベース
4a ステム
5 摺動部
6 ポスト
7 前壁
8 前方斜壁
9 底壁
10 後方斜壁
11 後壁
12 溝孔
13 一方端部
13a 懸垂面
13b 非懸垂面
14 第1のリブ
15 第2のリブ
Claims (1)
- 人体の脛骨に固定される脛骨側部材と、人体の大腿骨に固定されて人体の膝の屈曲動作に合わせて前記脛骨側部材上を摺動する大腿骨側部材とからなり、この大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、前記溝孔に挿入される角柱状のポストを前記脛骨側部材に設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにした人工膝関節において、
前記大腿骨側部材は、膝の屈曲時に前記脛骨側部材上に移動する、溝孔の一方端部を備えており、
前記一方端部の表面うち、屈曲する際に前記ポストと接触する領域C−Cに曲率半径50mm以下の懸垂面13aを設け、膝の最も深い屈曲時に前記脛骨側部材側に位置する領域に、溝孔の深さ方向Dおよび溝孔方向Eに垂直な方向と平行な面である非懸垂面13bまたは曲率半径60mm以上の懸垂面13bを設け、
前記一方端部の表面のうち、溝孔の深さ方向Dの中間部P2が、溝孔の深さ方向D側の端部P3および前記深さ方向Dの反対方向D′側の端部P4よりも溝孔方向E側に位置し、膝の最も深い屈曲状態での接触部分P1が、前記端部P3よりも前記反対方向D′側で、かつ、溝孔方向E側に位置していることを特徴とする人工膝関節。
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