JP5640282B2 - 凹部・傾斜面付き人工膝関節 - Google Patents

Description

関連文書の相互参照：本特許出願は、２００８年６月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／０７５，１５８号明細書および２００８年９月２６日に出願された米国仮特許出願第６１／１００，４８８号明細書に対する優先権を主張する。この参照文献および本明細書で引用するすべてのさらなる参照文献ならびにそれらの参照文献は、追加のまたは別の詳細、特徴および／または技術的背景の教示に対して適切である場合は、参照により本明細書に援用される。

誘導運動膝（Guided Motion Knee）という用語は、１９９０年代半ばに、膝の屈曲および伸展中の運動を誘導する人工膝関節置換術（total knee replacement）（ＴＫＲ）の大腿骨コンポーネントおよび脛骨コンポーネントの特徴を概念化しようとして考案された。対象となる特定の運動特性は、本来の解剖学的構造上の膝自体に関するものであり、すなわち、膝が屈曲する際の、屈曲のすべての角度における、脛骨の上の大腿骨の後方変位（すなわちロールバック（rollback））、脛骨の上の大腿骨の外旋、ならびに回転および前後弛緩（laxity）であった。基本形の誘導運動は、１９７０年代初期に遡り、多くの先の設計において、中央カム・ポスト機構とともに外側支持面および内側支持面の形状を使用してすでに対処されてきた。（Raymond P.Robinson 著、「The Early Innovators of Today's Resurfacing Condylar Knees」、Journal of Arthroplasty、Vol.20、Suppl 1、2005）。今日市場に出ている人工膝関節置換術による人工膝関節のほぼすべてが、外側および内側に対して形状が同じであり、そのため、運動に対し外側または内側の偏りはほとんどない。しかしながら、近年、非対称運動をもたらすように試みる設計が現れた。最初のものの１つは、Medial Pivot Knee（Wright Manufacturing の Freeman 他による初期の概念に基づく）および Journey Knee（Smith & Nephew）である。Medial Pivot Knee は、完全に安定した内側と回転可能な外側とに基づく。Journey Knee は、屈曲により大腿骨ロールバックをもたらすカム・ポスト機構とともに、わずかに凸状の外側脛骨面を備え、外側より内側の方が、適合度（conformity）が高い。これら設計が、膝の運動学および機能を対称的な設計より本来の解剖学的構造に近いものにするという証拠がある。しかしながら、より完全に通常の運動学および機能を再現し本来の膝のように感じさせる人工膝関節置換術による人工膝関節が必要とされ続けている。

本発明の一実施形態では、矢状面に突出する第１の弧を画定する外側凹み面と、外旋軸を有し外側凹み面に対して前方に隆起し矢状面に突出する第２の弧を画定する内側凹み面とを備え、第１の弧は第２の弧より大きな半径を有し、外側凹み面および内側凹み面の後方部分が各々前部にある面に突出する一定半径の単一の弧で画定され、さらに外側凹み面および内側凹み面の間に位置する突起を備える単体の頚骨コンポーネントと、外側顆状面および内側顆状面と、内側大腿骨溝と、外側顆状面および内側顆状面との間に位置する円蓋部とを備え、円蓋部が内側大腿骨溝の続きである単体の大腿骨コンポーネントとを具備し、外側顆状面は外側凹み面とすべり接触し、屈曲が増加するにつれて外側凹み面に対して後方に第１の距離を変位するように動作する構成であり、内側顆状面は内側凹み面とすべり接触し、屈曲が増加するにつれて内側凹み面に対して第１の距離より小さい第２の距離を変位するように動作する構成であり、外側顆状面と内側顆状面との変位により、頚骨コンポーネントに対して外旋軸を中心にして大腿骨コンポーネントの回転が為されることを特徴とする人工膝関節を提供する。

実施形態では、さらに、内側顆状面および内側凹み面が、０度屈曲時、実質的に適合する人工膝関節を開示する。実施形態はまた、外側顆状面および前記外側凹み面が、０度屈曲時、実質的に前方に適合し後方に適合しないことと、内側顆状面および外側顆状面が、接続された一連の実質的に円形の弧からなる弓状の矢状面輪郭を有することと、内側顆状面が、接続された一連の実質的に円形の弧からなり、弧が直前の弧に対して半径が低減する、弓状の矢状面輪郭を有することと、円蓋部の表面および傾斜面の表面が数学的に連続し、実質的に不連続的な導関数を有することと、円蓋部表面が、半径が３ミリメートルを上回る丸みのある縁を備えた隣接する表面に遷移することとを含む。さらなる実施形態は、指定された屈曲角度の範囲が、３０度または６０度から最大屈曲まで広がることを含む。最大屈曲は、通常およそ１５５度である。

実施形態はさらに、内側凹み面、外側凹み面および傾斜面が、関節屈曲に対応する所望の運動軌跡に沿って、大腿骨コンポーネントの連続した増分配置からもたらされる遠位大腿骨サーフェイスの最大値の包絡面と適合する面として定義されることと、脛骨コンポーネントが、後方垂直壁に靭帯隙間窪みをさらに備え、大腿骨コンポーネントが、顆状面間に位置する靭帯隙間切欠きをさらに備えることと、脛骨コンポーネントおよび大腿骨コンポーネントが、靭帯隙間窪みおよび靭帯隙間切欠きによってそれぞれ囲まれる分離可能部分を備えることとを含む。

実施形態はまた、外部略Ｊ字型面および内部略Ｊ字型面を有する第１コンポーネントであって、外部略Ｊ字型面が、第１葉および第２葉を備える第１非対称両側葉状輪郭を備え、第１葉が第１半径を有し、第２葉がそれより大きい半径を有し、第１非対称両側葉状輪郭が、第２弓状非対称両側輪郭に隣接し、両側輪郭が、略Ｊ字型外面に沿って横切る深さが不均一の中間偏心窪みによって画定され、窪みがその横方向に沿って穴を有し、内部略Ｊ字型面が、第１外側面、底面および第２外側面を備え、第２外側面が第１外側面より高く、底面が、第１外側面と第２外側面との間に延在する隆起を備える、第１コンポーネントと、上面、底面、および上面と底面との間の外接する横方向面を有する第２コンポーネントであって、上面が互いに非対称である第１凹み部および第２凹み部を画定し、第１凹み部が第２凹み部に対して前方に隆起し、第２凹み部が第１凹み部より浅い輪郭を有し、上面が、２つの凹み部の間に介在する隆起部をさらに画定し、介在する隆起部から別個の小山（ｍｏｕｎｄ）コンポーネントが発生しており、小山が第１勾配および第２対向勾配を有し、第１勾配が第２対向勾配より角度が急峻であり、底面がこうした面からの１つまたは複数の突起を画定する、第２コンポーネントと、を備え、第２コンポーネントの介在する隆起部の小山が、第１コンポーネントの穴内に嵌合するように構成され、第１コンポーネントの第１葉が、小山が穴内に嵌合すると、第２コンポーネントの第１凹み部内に嵌合しそのサーフェイスの上に載るように構成され、第１コンポーネントの第２葉が、小山が穴内に嵌合すると、第２コンポーネントの第２凹み部内に嵌合しそのサーフェイスの上に載るように構成される、人工膝も含む。

定義：顆状面は、大腿骨コンポーネントの遠位部に位置しかつ解剖学的構造の顆の形状の面である。

２つの曲面間の適合度とは、接触点における半径が名目上同じであることを意味する。

円蓋部は、内側顆と外側顆との間に位置する大腿骨の遠位面にある腔または陥凹である。円蓋部の後方は、屈曲中に脛骨から突出する傾斜面またはポストと接触する面としての役割を果たす。

円蓋部高さは、矢状面図で見た円蓋部の基部と大腿骨の外側顆および内側顆の輪郭との間の距離である。

ドレープ（drape）は、面の複合体に、それら面のいずれにも貫入することなく重なる自由曲面である。

大腿骨の外旋は、脛骨の長軸に対して平行な、脛骨の内側顆状面に位置する軸を中心とする大腿骨の回転である。

外旋軸は、脛骨の内側にある軸であり、それを中心に大腿骨の外旋が起こる。

前額面は、矢状面および水平面に対して相互に垂直である。

弛緩は、２つの隣接する面の間に適合度がないことにより発生する可能性のある変位または回転の量である。

ポストは、勾配がおよそ４５度を上回る後面を有する傾斜面である。

突起は、脛骨コンポーネントから上方に突出する小山状構造である。突起の表面は、平均的な勾配が突起の前方から後方に向かって上昇している前方傾斜面と、平均的な勾配が突起の後方から前方に向かって上昇している後方傾斜面とを画定する。

傾斜面は、脛骨の内側支持面と外側支持面との間に位置する近位面からの突起の表面である。傾斜面の後面は、大腿骨の顆を含む部分と接触する接触面としての役割を果たす。

矢状面は、大腿骨および脛骨を左半分および右半分に分割する面である。

水平面は、脛骨の長軸に対して垂直な水平面である。

水平面投影は、指定された線分の水平面上への幾何学的投影である。

例として示す以下の詳細な説明は、添付図面と関連しても最もよく理解されるであろう。

大腿骨コンポーネントの斜視図である。 前方上、後方下、外側左および内側右の、水平面における大腿骨コンポーネントの上から見た図である。 上位上および下位下の、前額面における大腿骨コンポーネントの正面図である。 右側が前方、左側が後方の、矢状面における大腿骨コンポーネントの側面図である。 大腿骨支持面の輪郭を示す、矢状面図からの断面Ｓ１〜Ｓ９を示す。 外側輪郭、円蓋部輪郭および内側輪郭を示す、正面図からの矢状断面ＦＬ、ＦＣおよびＦＭを示す。 円弧を用いて大腿骨コンポーネントの典型的な内側輪郭の構成を示す。 円弧を用いて大腿骨コンポーネントの典型的な外側輪郭の構成を示す。 ０度屈曲時の脛骨支持面の断面上に位置する内側輪郭を示す。 ３０度屈曲時の脛骨支持面の断面上に位置する内側輪郭を示す。 脛骨コンポーネントの斜視図である。 水平面における脛骨コンポーネントの図である。 前額面における脛骨コンポーネントの図である。 矢状面における脛骨コンポーネントの図である。 脛骨支持面の輪郭を示す、矢状面図からの断面Ｆ１〜Ｆ５を示す。 外側輪郭、傾斜面輪郭および内側輪郭を示す、正面図からの矢状断面ＴＬ、ＴＣおよびＴＭを示す。 ０度屈曲時の外側顆の矢状断面を示す。 ０度屈曲時の傾斜面・ポストの矢状断面を示す。 ０度屈曲時の内側顆の矢状断面を示す。 ６０度屈曲時の外側顆の断面図である。 ６０度屈曲時の傾斜面・ポストの断面図である。 ６０度屈曲時の内側顆の断面図である。 １２０屈曲時の外側顆の断面図である。 １２０屈曲時の傾斜面・ポストの断面図である。 １２０屈曲時の内側顆の断面図である。 ６０度屈曲時の水平面における円蓋部および傾斜面の接触領域の断面を示す。 ９０度屈曲時の水平面における円蓋部および傾斜面の接触領域の断面を示す。 １２０度屈曲時の水平面における円蓋部および傾斜面の接触領域の断面を示す。 屈曲の全範囲を通しての所定の運動経路における複数の位置での大腿骨コンポーネントの複合体である。 最低点が弧ＲＭにあるように修正された、内側断面の矢状面図である。 最低点が弧ＲＬにあるように修正された、外側断面の矢状面図である。 脛骨サーフェイスを画定する、修正された大腿骨コンポーネントの複合体の下面のドレープである。 支持面および傾斜面を含む表面が上述したドレープサーフェイスである脛骨コンポーネントである。 左が十字靭帯の切除を意図し、右が後十字靭帯の温存を意図している、２つの大腿骨コンポーネントを、その下の、いずれの大腿骨コンポーネントとも使用することができる脛骨コンポーネントとともに示す。

日々の活動中、膝関節には、軸方向圧縮および前後せん断を含む種々の力と内反・外反および軸方向トルクを含むモーメントとが加わる。膝は、最高およそ１５５度の屈曲角度に達する可能性があり、その間、大腿骨と脛骨との間の相対運動は、支持面において大腿骨・脛骨の位置関係の多数の組合せを含む。安定性が必須であり、それは、関節およびその周囲における支持面の相互作用、筋力および軟組織の組合せによって提供される。ここで、脛骨に対する大腿骨の主な前後安定性は、前後の変位を数ミリメートルしか可能にしない内側から得られるという重要な証拠がある。解剖学的構造上の膝では、この安定性は、内側側副靭帯とともに十字靭帯によって提供される。圧縮荷重が高いほど、脛骨プラトーの凹みおよび前方の上向きの曲がりとともに、内側半月板によって、より安定性が提供される。対照的に、膝の外側は極めて可動性である。屈曲の全範囲の間に、外側大腿骨顆は、約２０ｍｍ後方に変位するが、内側大腿骨は、後方に数ミリメートル、しかも高い屈曲角度でしか変位しない。このため、膝機構の概念は、安定性は内側から提供され、可動性は外側から提供される、というものである。この機能モードは、患者が自身の人工膝が自身の本来の解剖学的構造上の膝であるように感じられるために必要である。

一種の Guided Motion Knee である Ramp Knee は、大腿骨および脛骨の支持面の設計と、大腿骨コンポーネントの中心のハウジングすなわち円蓋部内に位置する、脛骨コンポーネント上の中心傾斜面すなわちポストの相互作用とにより、これら機械的特性を再現する。円蓋部は、周囲の支持面に、外側から、内側から、前方にかつ後方に融合する。外側顆および内側顆の中心の矢状面輪郭は、本来の解剖学的構造の形状と似ていることが好ましい。内側顆の遠位矢状面輪郭の曲率半径は、約３０度の屈曲まで一定であるが、外側顆状面の曲率半径は、脛骨接触点において、屈曲により低減する。大腿骨顆の深さは、好ましくは１０ｍｍ〜１５ｍｍであり得る大腿骨の遠位端から、７ｍｍ未満になる後面まで徐々に低減する。

それぞれの脛骨内側面および脛骨外側面を、屈曲角度の全範囲に対し、各々が大腿骨の正確な向きに対応する複数の大腿骨サーフェイスを脛骨に対して数学的に重ね合わせることによって生成することができる。大腿骨の正確な向きを、運動の中立経路（neutral path）の経験的データに基づき、屈曲角度の関数として、大腿骨の外旋および後方変位の事前に定義された関数であるように確定することができる。運動の中立経路は、重なったせん断力またはトルク力の影響なしに、大腿骨が辿る軌道である。したがって、向きの特徴付けには、一部には、脛骨における外旋角を中心とする大腿骨の軸方向回転が、脛骨上の大腿骨の対応する後方変位とともに含まれる。外旋軸は、屈曲により位置が変化する可能性があるが、内側大腿骨・脛骨接触点のおよそ１０ｍｍ内である。内側顆と関連する外旋軸との接触点は、屈曲の全範囲にわたってわずかに変位する。結果としての大腿骨接触面は、大腿骨の屈曲角をわずかな増分（すなわち５度〜１５度）で増大させ、複合大腿骨位置の下面のドレープすなわち包絡面を生成することによって作成される。

通常、大腿骨の内側は２ｍｍ〜４ｍｍ変位し、軸方向回転は約１５度〜２０度であり、その結果、外側後方変位は約１５ｍｍ〜２０ｍｍになる。こうした大きい外側変位に適応するために、０度屈曲における大腿骨の水平軸は、脛骨上で内旋し、それにより、外側接触位置が脛骨プラトーの中心に対して前方になり、それは、大腿骨が最終伸展する際の、脛骨上の大腿骨の終末強制回旋（screw-home）機構に似ている。大腿骨サーフェイスの複合包絡面の下面は、脛骨サーフェイスと適合し、必要な運動の中立経路と一貫する。しかしながら、公差のために、かつ幾分かの弛緩が発生し得るように、大腿骨および脛骨が密に嵌合しないように、脛骨サーフェイスはわずかに緩和される。いずれの場合も、この脛骨サーフェイスでは、屈曲範囲の両極値を除いて弛緩は固有である。この挙動をもたらすために、追加の大腿骨サーフェイスを加えることにより、両極値において複合体に必要な弛緩を与えることができる。

複合大腿骨位置を生成した後、矢状面における変更を行い、それにより、輪郭が弧に配置される。内側では、弧は半径が小さく、たとえば４０ｍｍ〜５０ｍｍであり、外側では、弧は半径が大きく、たとえば７０ｍｍ〜１００ｍｍである。弧の前方部分は、後方より半径が小さいことが好ましく、それにより、屈曲時の大腿骨外側顆の高い屈曲範囲および後方変位が可能になる。最終段階は、ドレープ関数を用いて、訂正された大腿骨サーフェイスの複合体を数学的に平滑化することである。この結果として得られる平滑化サーフェイスは、顆が接触する脛骨の部分を定義する。脛骨サーフェイスはまた、大腿骨円蓋部の連続した部分の包絡面によって同様に生成される中心傾斜面またはポストサーフェイスを含む。このプロセスにより、中心傾斜面またはポストは、典型的なＰＳ人工膝関節の典型的な中心ポストほど急峻でなくなる。しかしながら、傾斜面の急峻さは、大腿骨の遠位端から後面までの円蓋部高さのパターンによって確定されることが理解されよう。大腿骨サーフェイスおよび脛骨サーフェイスの両方の重要な特徴は、応力集中を回避し広い接触面積を提供する目的で、湾曲のすべてが角または縁なしに連続的である、ということである。

図１は、大腿骨コンポーネント１０の斜視図であり、そこでは、全体的な周縁形状は平均的な解剖学的構造の膝形状に一致している。屈曲に対し、通常、２つの短いポスト２０、２５が使用される。中心に浅い円蓋部３０の上面を示す。図２は、上位に、膝蓋骨溝４０すなわち滑車の典型的な解剖学的形状を示す。下位では、大腿骨外側顆５０が内側顆６０より突出している。図３は、正面図を示し、そこでは大腿骨外側顆および内側顆の前面図が示されている。半径は２３ｍｍであり、それは、膝蓋骨溝４０とよく調和し、解剖学的形状に典型的である。大腿骨コンポーネントの場合、この半径を、特にコンポーネントの外側に向かって増大させることができる。図２および図３は、大腿骨内側顆（ＦＬ）７０、円蓋部の中心（ＦＣ）９０および大腿骨内側顆（ＦＭ）８０を通る矢状断面の面を示す。図４は、右側が前方である矢状面図を示す。２つの固定ポスト２０、２５を示す。この図はまた、図５に示す顆支持面１００の輪郭の断面も示す。

図５は、大腿骨コンポーネントの周囲の顆の輪郭を示し、Ｓ１〜Ｓ６は脛骨支持面と接触する輪郭であり、Ｓ７〜Ｓ９は膝蓋骨溝の上にある。円蓋部の高さＨ１１０は、輪郭６の領域で最大であり、そこから、輪郭Ｓ２の周囲において最小に達するまで、支持面の周囲で低減する。これを、図６により明確に示す。断面Ｓ１の深さＰ１３０は０であってもよく、それにより、支持面の円柱状断面が外側から内側に伸びることになる。最大Ｄ１２０と最小Ｐ１３０との差は、脛骨コンポーネントの中心における傾斜面またはポストの高さを表す。高さの変化率はまた、傾斜面またはポストの勾配も制御する。水平面に対する傾斜面の後面の角度は、３０度〜９０度の範囲になることが有用である。断面Ｓ１における高さは、通常７ｍｍである膝蓋骨溝Ａ４５の深さを下回るか又はそれと等しくなる。しかしながら、これは、十分な内外安定性を有していない可能性があり、このため、およそ３ｍｍの最低深さが好ましい。図６、図７および図８に示すように、外側輪郭の形状と内側輪郭の形状が異なる。

図７は、内側支持面の好ましい輪郭を示す。中心Ｓ１５０の弧ＦＥ１４０は上部滑車である。中心Ｒ１７０のＥ〜Ｃ１６０は一定の半径であるかまたは一定に近い。中心Ｑ１９０の弧ＣＢ１８０は縮小し、中心Ｐ１２０の弧ＢＡはさらに縮小して広範囲の屈曲を容易にする。図８は、外側支持面の等価な輪郭を示す。この場合、中心Ｑ’２３０の弧Ｄ’Ｃ’２２０、は、中心Ｐ’２５０の弧Ｃ’Ｂ’２４０よりはるかに大きい。これらの輪郭は解剖学的構造に類似しており、一般的な形状を維持しながら、それらの輪郭を弧またはらせんで記述する多くの方法を達成することができる。内側輪郭の場合、利点を図９および図１０によって説明する。０屈曲時、大腿骨サーフェイスおよび脛骨サーフェイスはほぼ適合し（矢印）、それにより、脛骨上の大腿骨の前方すべり運動が制限される。膝が３０度まで屈曲した時、すべり運動は依然として制限される２６０。３０度〜６０度では、制限は小さくなる。しかしながら、傾斜面・円蓋部は、３０度〜６０度で作動を開始し、大腿骨が脛骨の上で前方に変位しないようにする。

図１１は、左下が後方である、脛骨コンポーネント２７０の斜視図を示す。上部脛骨の解剖学的輪郭に一致するように、かつ後十字靭帯が温存される場合はそれを通すために、正面の中心に湾曲切欠き２８０がある。切欠き２８０を、図１２の底部にも示す。図１３は、対応する顆５０、６０を受け入れる凹んだ面２９０、３００が中心突起によって分離されている後面図を示す。図１３の右側の前方内側３２０は、左側の外側３１０より高い。これはまた、より適合度が高い内側３００と適合度が低い外側２９０との差を示す。凹んだ内側脛骨面３００は、大腿骨の前方すべり運動を制限する。断面ＴＬ３４０、ＴＣ３５０およびＴＭ３６０は、図１５に示す外側３７０、傾斜面３８０および内側３９０の矢状断面の位置である。図１４に、後方傾斜面４００の勾配と前方傾斜面４０５の勾配とを示す。この場合、後方傾斜面の勾配は４５度であるが、さまざまな勾配が可能である。勾配が浅いほど、それほど明確な運動誘導は与えられず、急峻な勾配ほど、概して、より高い円蓋部が必要となり、それは、大腿骨に嵌合する時の骨の除去に関して不都合である。Ｆ１〜Ｆ５は、図１６に示す前額面断面の位置である。

図１５に、外側支持面および内側支持面の前額面半径を示す。最端の前方断面Ｆ５を除き、前額面半径は、前方から後方まで一定である（破線弧４１０で示す）。しかしながら、後方Ｆ１に向かって、弧半径は同じであるが、弧長は、中心高さが低減するため低減する。半径が一定であることの利点は、全屈曲範囲を通して脛骨支持面が大腿骨支持面と極めて適合することが可能であり、それにより接触応力が最小限になる、ということである。この図では、後方傾斜面４００が、図５に示す円蓋部１１０と一致するようにおよそ２ｍｍ外側に配置されていることが分かり、この外側シフトの特徴は解剖学的構造である。

図１６は、外側ＴＬ３７０支持面の矢状面輪郭と内側ＴＭ３９０支持面の矢状面輪郭との比較を示す。内側は、前方にかつ後方にともにより凹んでおりそれにより前後安定性を提供するが、大腿骨半径は、特に高屈折時に、２ｍｍ〜４ｍｍの前後弛緩を可能にするためにより大きい。外側輪郭は、前方に浅いことにより、伸展時の大腿骨の内旋、いわゆる終末強制回旋を可能にし、後方に浅いことにより、屈曲時の大腿骨内側顆の後方変位を可能にする。

図１７〜図２０は、それぞれ、０度屈曲時の外側断面、中央断面および内側断面を示す。外側の適合度が低く内側の適合度が高いことはすでに説明した。ここでは、前方傾斜面４０５は伸展を制限するように作用するが、最大５度の過伸展を可能にするように搖動が可能である。図２０〜図２２は、６０度屈曲時の断面を示す。ここで、後方傾斜面４００および円蓋部１１０は接触しているように見える。理想的な初期接触は、３０度〜６０度屈曲の範囲である。最後に、図２３〜図２５は、１２０度屈曲時の断面を示す。大腿骨外側顆５０は脛骨サーフェイス３３０上で後方であるが、大腿骨内側顆６０は２ｍｍ〜４ｍｍ変位しており、これら作用は、後方傾斜面４００および円蓋部１１０と、外側２９０および内側３００の相対的な窪みとによる。変位の差により、大腿骨コンポーネントは、内側脛骨支持面の内側上で軸４２０を中心におよそ２０度外旋している。外旋中、軸４２０の位置は、内側脛骨支持面内での変位が最小限であり得る。こうした最小限の変位を、たとえば、およそ５ｍｍ未満まで制限することができる。

図２６は、６０度屈曲時の水平面における円蓋部１１０および後方傾斜面Ｒ４００の断面を示す。円蓋部の内側は湾曲しており、傾斜面の後面も湾曲しており、そのため適合度が高く、接触面積が最大限になり接触応力が最小限になる。同じ状況は、９０度屈曲時（図２７）および１２０度屈曲時（図２８）にも発生する。この適合接触は、主に、傾斜面またはポストを縁の損傷から保護するのに有利である。

図２９〜図３３は、脛骨コンポーネント２７０のサーフェイスを生成する一方法を示す。複合体を、屈曲の増分で大腿骨コンポーネントから作成する（図２９）。運動経路を、脛骨コンポーネント２７０上の大腿骨コンポーネント１０の軸方向回旋および後方変位を記述する単純な経験式によって記述する。本明細書では、２０度の外旋および４ｍｍの後方変位を使用する。しかしながら、同様の脛骨コンポーネント形状を生成し十分に機能する多くの値がある。図３０および図３１は、矢状断面が内側に弧ＲＭ４４０にかつ外側に弧ＲＬ４５０に位置合せされていることを示す。弧の半径を、人工膝関節の先の調査において、安定性および弛緩の正確な組合せを提供するように確定した。大腿骨コンポーネントの複合体の下部にわたるドレープ関数により、図３２に示すように、大腿骨の組み合わされた運動を再現するサーフェイスを生成する。大腿骨コンポーネントと厳密に嵌合しないように、脛骨サーフェイスが変更されていることが理解されよう。これを、大腿骨複合体においてわずかな左右の弛緩移動を組み込むことによって行うことができる。したがって、最終的な脛骨コンポーネント２７０を生成し（図３３）、後方切欠き２８０を作成し、高屈曲時に後方大腿骨皮質と衝突しないように、内側の後方を４５度面取りにより緩和することによって完成させる。

図３４は、作成することができるコンポーネントの好都合な組合せを示す。ここまで説明した標準的な大腿骨コンポーネント１０および脛骨コンポーネント２７０を左に示す。しかしながら、後十字靭帯を温存することが好ましい手術例も多くある。これに適応するために、大腿骨コンポーネント４７０に溝または靭帯隙間切欠き４６０が作成される。脛骨コンポーネント２７０の後方切欠きすなわち靭帯隙間窪み２８０により、上述したように後十字靭帯が通ることができる。傾斜面は、十字靭帯温存大腿骨コンポーネントの運動を干渉しない。しかしながら、この場合、傾斜面と相互作用し後方変位を提供する円蓋部はない。ここでは、この機能は、後十字靭帯によって行われる。実施形態では、靭帯隙間窪みおよび靭帯隙間切欠きを、それぞれの脛骨コンポーネントおよび大腿骨コンポーネントの分離可能部分を除去することによって形成することができる。

好ましい実施形態に関する記述：本発明を好ましい実施形態に関連して説明したが、当業者は、本発明の精神または範囲、特に添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の実施形態から逸脱することなく、本発明に対してさまざまな変形および／または変更を行うことができることを容易に理解するであろう。本明細書で引用するすべての文書は参照により本明細書に援用される。

Claims (8)

1. 矢状面に突出する第１の弧を画定する外側凹み面と、外旋軸を有し前記外側凹み面に対して前方に隆起し前記矢状面に突出する第２の弧を画定する内側凹み面とを備え、前記第１の弧は前記第２の弧より大きな半径を有し、前記外側凹み面および前記内側凹み面の後方部分が各々前部にある面に突出する一定半径の単一の弧で画定され、さらに前記外側凹み面および前記内側凹み面の間に位置する突起を備え、前記突起の前方部分が前方傾斜面を画定し、前記突起の後方部分が後方傾斜面を画定し、
   前記一定半径の単一の弧は、前記突起の輪郭を示す弧と連続しており、前記一定半径の単一の弧の弧長は、前記突起の中心高さが低い部分で、前記突起の中心高さが高い部分に比較して低減している、単体の頚骨コンポーネントと、
   非対称の外側顆状面および内側顆状面と、内側大腿骨溝と、前記外側顆状面および前記内側顆状面との間に位置する円蓋部とを備え、前記円蓋部が前記内側大腿骨溝の続きである単体の大腿骨コンポーネントとを具備し、
   指定された範囲内の屈曲角度に対し、前記円蓋部の表面が、前記後方傾斜面と接触しかつ適合し、
   前記後方傾斜面および前記円蓋部の表面が、屈曲に合わせて、前記外旋軸に対して、前記外側顆状面が後方に変位する際に接触を維持するように構成されるものであって、
   前記外側顆状面は前記外側凹み面とすべり接触し、屈曲が増加するにつれて前記外側凹み面に対して後方に第１の距離を変位するように動作する構成であり、
   前記内側顆状面は前記内側凹み面とすべり接触し、屈曲が増加するにつれて前記内側凹み面に対して前記第１の距離より小さい第２の距離を変位するように動作する構成であり、
   前記外側顆状面と前記内側顆状面との変位により、前記頚骨コンポーネントに対して前記外旋軸を中心にして前記大腿骨コンポーネントの回転が為されることを特徴とする人工膝関節。
2. 前記内側凹み面に接触する前記内側顆状面の一部が、０度屈曲時において適合することを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節。
3. 前記外側凹み面に接触する前記外側顆状面の一部が、０度屈曲時において前方に適合し後方に適合しないことを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節。
4. 前記内側顆状面および前記外側顆状面が、接続された一連の実質的に円形の弧からなる弓状の矢状面輪郭を有することを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節。
5. 前記接続された一連の実質的に円形の弧が、直前の弧に対して各々の半径が低減することを特徴とする請求項４に記載の人工膝関節。
6. 前記円蓋部の表面および前記傾斜面の表面が数学的に連続し、不連続な導関数を有することを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節。
7. 前記円蓋部の表面が、半径が３ミリメートルを上回る丸みのある縁を備えた隣接する表面に遷移することを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節。
8. 前記内側凹み面、前記外側凹み面および前記傾斜面が、関節屈曲に対応する所望の運動軌跡に沿って、前記大腿骨コンポーネントの連続した増分配置からもたらされる遠位大腿骨サーフェイスの最大値の包絡面と適合する面として定義されることを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節。

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