JP5964955B2 - 補綴移植片および移植の方法 - Google Patents

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Description

[関連出願の相互参照]
本願は、2011年6月23日に出願された米国仮特許出願第61/500,257号の出願日の利得を主張するものであり、その開示内容は、参照することによって、ここに含まれるものとする。
従来の膝関節置換術では、患者の疾患した骨および/または軟骨が除去され、補綴移植片によって取り換えられるようになっている。外科医は、典型的には、切除ガイドなどによって案内される手持ち式の振動鋸刃または他の切断器具を用いて、骨を調製し、その結果、一連の平面的な骨切除面を得ることになる。加えて、外科医は、ドリル、ブローチ、タンプまたは他の器具を用いて、孔、長孔、凹部、などを骨に作製する。平面骨切除面および円筒状骨孔は、補綴移植片の骨係合面に形成された平面およびペグおよび/またはキールと整合するように、配向されるようになっている。移植片の反対側は、関節面を備えている。この関節面は、好ましくは、膝の他の骨に移植される移植片に形成された同様の関節面と関節結合するように設計されている。
骨の平面切断面に移植されるように設計された移植片がより広く利用されてきているが、非平面に移植されることが意図された移植片も設計されてきており、外科手術に利用されてきている。このような移植片に対する調製方法は、多くの場合、前述した従来の移植片と極めて異なっている。例えば、多くの場合、これらの移植片を受け入れる骨面を調製するために、フライス装置が用いられることになる。ここでも、これらの移植片は、骨に対する移植片の固定を助長するために、ペグおよび/またはキールを用いている。加えて、従来の平面切除移植片におけるように、移植片と骨との間の信頼できる接続を確実にするために、セメントまたは他の固定コンパウンドが利用されることもある。
セメントなどを利用する1つの欠点は、必要とされるセメント層が、多くの場合、極めて正確に調製した面から不正確な調製面への望ましくない転換をもたらすことである。これは、セメントを用いる作業の不正確さに大きく依存している。骨面が極めて特異な寸法に合致するように調製されている場合、移植片を移植する前にセメントを塗布することによって、正確な寸法を有しない面がもたらされることになる。
従って、移植後に骨に付着されるセメントなどを用いる必要のない移植片が必要とされている。
本発明の第1の態様は、第1の端と、第2の端と、関節面と、湾曲部を備える骨接触面と、骨接触面から延在し、第1の湾曲面を有する第1の要素と、骨接触面から延在し、第2の湾曲面を有する第2の要素とを備える補綴移植片である。第1および第2の湾曲面は、好ましくは、第1の旋回点を中心として湾曲している。
この第1の態様の他の実施形態では、移植片は、骨接触面から延在し、第3の湾曲面を有する第3の要素をさらに備えていてもよく、第3の湾曲面は、第1の旋回点を中心として湾曲している。第1および第2の湾曲面は、第1の端の方を向いていてもよく、旋回点は、第1の端に隣接していてもよい。移植片は、骨接触面から延在する第3の要素をさらに備えていてもよく、第3の要素は、第2の端に隣接して配置されている。第3の要素は、少なくとも部分的に円弧状になっていてもよい。
本発明の第1の態様のさらに他の実施形態では、第1の要素は、第3の湾曲面をさらに備えていてもよく、第2の要素は、第4の湾曲面をさらに備えていてもよく、第3および第4の湾曲面は、第1の旋回点を中心として湾曲している。骨接触面は、第1の面を画定する平面部分をさらに備えていてもよく、第1の旋回点は、第1の平面に沿って配置されていてもよい。この構成において、第1の枢動点は、第1の端から離間していてもよい。他の実施形態では、骨接触面は、第1の平面を画定する平面部分を備えていてもよく、第1の旋回点は、第1の平面から離れて配置されていてもよい。ここでも、第1の旋回点は、第1の端から離間していてもよい。いくつかの実施形態では、移植片は、大腿骨コンポーネント、脛骨コンポーネント、膝蓋−大腿骨コンポーネント、などであるとよい。
本発明の他の態様は、第1の端と、第2の端と、関節面と、湾曲部を備える骨接触面と、 骨接触面から延在し、第1の湾曲面を有する第1の要素と、骨接触面から延在し、第2の湾曲面を有する第2の要素とを備える他の補綴移植片である。第1の湾曲面は、第1の旋回点を中心として湾曲しているとよく、第2の湾曲面は、第2の旋回点を中心として湾曲しているとよい。
第2の態様による他の実施形態では、移植片は、骨接触面から延在し、第3の湾曲面を有する第3の要素をさらに備えており、第3の湾曲面は、第1または第2の旋回点を中心として湾曲している。第1および第2の湾曲面は、第1の端の方を向いていてもよく、第1および第2の旋回点は、第1の端に隣接していてもよい。移植片は、 骨接触面から延在する第3の要素をさらに備えていてもよく、第3の要素は、第2の端に隣接して配置されている。第3の要素は、少なくとも部分的に円弧状になっていてもよい。
他の実施形態では、第1の要素は、第3の湾曲面をさらに備えていてもよく、第2の要素は、第4の湾曲面をさらに備えていてもよく、第3の湾曲面は、第1の旋回点を中心として湾曲しており、第4の湾曲面は、第2の旋回点を中心として湾曲している。骨接触面は、第1の平面を画定する平面部分を備えていてもよく、第1および第2の旋回点は、第1の平面に沿って配置されていてもよい。第1および第2の旋回点は、第1の端から離間していてもよい。他の実施形態では、骨接触面は、第1の平面を画定する平面部分を備えていてもよく、第1および第2の旋回点は、第1の平面から離れて配置されていてもよい。第1および第2の旋回点は、第1の端から離間していてもよい。種々の実施形態において、移植片は、大腿骨コンポーネント、脛骨コンポーネント、膝蓋−大腿骨コンポーネント、などであるとよい。
本発明のさらに他の態様は、関節置換の方法において、骨の第1の端に第1の切除骨面を作るステップであって、第1の切除骨面の少なくとも一部が非平面であるステップと、第1の切除骨面内に延在する第1の空洞を調製するステップと、補綴移植片を準備するステップであって、移植片は、関節面と、湾曲部を備える骨接触面と、骨接触面から延在している、第1の湾曲面を有する第1の要素であって、第1の湾曲面は、第1の旋回点を中心として湾曲している、第1の要素と、を備えている、ステップと、第1の要素が第1の空洞内に配置されるまで、移植片を第1の旋回点を中心として旋回させることによって、移植片を連結させるステップと、を含んでいる方法である。
この態様による実施形態では、作製ステップは、どのような適切な切断器具、例えば、制限されるものではないが、フライス工具、手持ち切断器具、またはロボットに連結された切断工具を利用することを含んでいてもよい。調製ステップは、第1の切除骨面内に延在する第2の空洞を調製することをさらに含んでいてもよい。移植片は、骨接触面から延在している、第2の湾曲面を有する第2の要素を備えていてもよく、第2の湾曲面は、第1の旋回点を中心として湾曲しており、移植ステップは、第2の湾曲面を第2の空洞内に配置することを含んでいてもよい。加えて、移植片は、骨接触面から延在し、第2の湾曲面を有する第2の要素を備えていてもよく、第2の湾曲面は、第2の旋回点を中心として湾曲しており、移植ステップは、第2の湾曲面を第2の空洞内に配置することを含んでいてもよい。第1および第2の旋回点は、互いに異なる位置にある。
他の実施形態では、第1の要素は、第2の湾曲面を備えていてもよい。調製ステップは、第1の湾曲面に対応する第3の湾曲面および第2の湾曲面に対応する第4の湾曲面を備えるように、第1の空洞を調製することを含んでいてもよい。第1,第2,第3,および第4の面は、第1の旋回点を中心として湾曲していてもよい。第1および第2の面は、第1の旋回点を中心として湾曲していてもよく、第3および第4の面は、第2の旋回点を中心として湾曲していてもよく、第1および第2の旋回点は、互いに異なる位置にある。移植片は、移植片の第1の端の方を向く第1の突起をさらに備えていてもよい。
さらに他の実施形態では、本方法は、第1の切除骨面に第1の窪みを作るステップをさらに含んでいてもよい。移植ステップは、第1の突起を第1の窪み内に配置することを含んでいてもよい。本方法は、第2の窪みを作るステップをさらに含んでいてもよく、移植ステップは、第1の突起を前記第2の窪み内に配置することをさらに含んでいてもよい。 第1の突起は、ボール状、円筒状、などに形作られていてもよい。骨接触面は、第1の平面を画定する平面部分を備えていてもよく、第1の枢動点は、第1の平面に沿って配置されていてもよいし、第1の平面から離れて配置されていてもよい。移植ステップは、ロボットまたは他の適切な手段を用いて行われるようになっていてもよい。
本発明の他の態様は、関節面および骨接触面を備える補綴移植片である。骨接触面から延在する第1の要素は、第1の中心および第1の半径を有している。骨接触面から延在する第2の要素は、第2の半径および第3の半径を有している。第1の半径、第2の半径、および第3の半径は、第1の中心に対して同心になっている。
この態様の一実施形態では、補綴移植片は、骨接触面から延在し、第4の半径を有する第3の要素をさらに備えていてもよい。第4の半径は、第1の中心に対して同心になっている。
本発明の他の態様は、骨を調製し、単踝補綴移植片を挿入する方法である。本方法は、どのような適切な切断器具、例えば、制限されるものではないが、フライス工具、手持ち式切断器具、またはロボットに連結された切断器具、などを用いて、大腿骨遠位端に非平面切除部を作り、ロボット/切断器具構造を用いて、骨内に延在する第1の空洞および第2の空洞を調製することを含んでいてもよい。本方法は、(単踝移植片の第1の要素が第1の空洞に接触するまで進入経路に追従し、次いで、第1の要素が第1の空洞内に完全に着座し、第2の要素が第2の空洞内に完全に着座するまで、実質的に湾曲した経路に追従する)第1の中心を有する移植経路を辿ることによって、単踝移植片を移植することをさらに含んでいる。
この態様の一実施形態では、単踝移植片は、ロボットなどの使用によって、移植されるようになっているとよい。
この態様の他の実施形態では、第2の空洞は、前側および後側を有しており、第2の要素は、前面および後面をさらに備えており、前面は、第2の空洞の前側に締り嵌めされ、後面の少なくとも一部は、第2の空洞の後側に隙間嵌めされるようになっている。
本発明の他の態様は、外科手術用システムである。本システムは、関節面および第1の要素を有する補綴移植片を備えており、第1の要素は、第1の中心を有している。本システムは、どのような適切な切断器具、例えば、制限されるものではないが、フライス工具、手持ち式切断器具または非平面形状を調製するためのロボットなどに連結された骨調製システム、および補綴移植片を非平面形状内に挿入するためにロボットなどをさらに備えているとよい。本システムは、ロボット内にプログラム化される移植経路をさらに備えているとよく、移植中、第1の中心は、移植経路に沿って共存しているとよい。
この態様の一実施形態では、移植経路は、第1の要素が骨に接触するまで、第1の直線経路に追従し、次いで、補綴移植片が調製された骨内に完全に着座するまで、第2の湾曲経路に追従するようになっている。
この態様の他の実施形態では、補綴移植片は、第1の中心に対して同心の形状を有する第1の面を有する第2の要素を有している。
この態様のさらに他の実施形態では、第1の中心が移植片経路に沿って移動しながら移植経路に沿って共存する状態を維持し、補綴移植片は、この第1の中心を中心として回転するようになっている。同心形状によって、回転中、第1の中心に対する同心経路がもたらされることになる。
本発明は、以下の本発明による非制限的な実施形態の詳細な説明を添付の図面を検討しながら読むことによって、さらに理解されるだろう。
本発明の一実施形態による移植された3部品移植片システムの斜視図である。 図1に示されている移植された3部品移植片の他の斜視図である。 図1に示されている移植された3部品移植片のさらに他の斜視図である。 図1に示されている3部品移植片の分解図である。 図1に示されている3部品移植片の大腿踝移植片の斜視図である。 図5に示されている大腿踝移植片の側面図である。 図6の線A−Aに沿って切断された断面図である。 図7の領域Aの拡大図である。 図5の移植片および該移植片と調製された脛骨との関係を示す部分断面図である。 図10A〜図10Cは、調製された大腿骨に移植されている図5の移植片の部分断面図である。 図9に示されている関係を示す拡大断面図である。 図11に示されている関係の一部を重点的に示す拡大図である。 図11に示されている関係の一部を重点的に示す拡大図である。 図11に示されている関係の一部を重点的に示す拡大図である。 代替的に調製された骨を示す図12〜図14と同様の拡大図である。 代替的に調製された骨を示す図12〜図14と同様の拡大図である。 代替的に調製された骨を示す図9と同様の部分断面図である。 図17に示されている骨調製の代替例を示す図11と同様の拡大断面図である。 図17に示されている代替的骨調製を示す図10A〜図10Cと同様の部分断面図である。 図17に示されている代替的骨調製を示す図10A〜図10Cと同様の部分断面図である。 本発明による移植された脛骨移植片の斜視図である。 図21に示されている脛骨移植片の分解図である。 図21に示されている外側脛骨移植片の斜視図である。 図21に示されている外側脛骨移植片の底面図である。 図21に示されている外側脛骨移植片の他の斜視図である。 図25に示されている外側脛骨移植片の前面図である。 図25に示されている外側脛骨移植片の側面図である。 図21に示されている外側脛骨移植片のいくつかの構成要素の関係を示す該移植片の側面図である。 図21に示されているのと同様の他の実施形態による外側脛骨移植片のいくつかの構成要素間の関係を示す該移植片の側面図である。 本発明の他の実施形態による両十字靭帯保存型(BCR)脛骨移植片の斜視図である。 図30に示されているBCR移植片の上面図である。 図30に示されているBCR移植片のいくつかの構成要素間の関係を示す該BCR移植片の側面図である。 本発明の他の実施形態によるBCR移植片の斜視図である。 図33に示されているBCR移植片の側面図である。 図33に示されているBCR移植片の前面図である。 図33に示されているBCR移植片のいくつかの構成要素間の関係を示す該BCR移植片の側面図である。 本発明の他の実施形態による膝蓋−大腿骨移植片の斜視図である。 図37に示されている移植片の代替的斜視図である。 図37に示されている移植片の側面図である。 図40a〜図40dは、図37に示されている移植片を移植させる方法を示す一連の断面図である。 本発明の膝蓋−大腿骨移植片の他の実施形態の斜視図である。 図41に示されている移植片の側面図である。 本発明の単踝移植片を有する大腿骨遠位端の一実施形態の斜視図である。 図43に示されている単踝移植片の斜視図である。 図43に示されている移植片の側面図である。 図46a〜図46cは、図43に示されている移植片を移植する方法を示す一連の断面図である。 本発明の単踝移植片の他の実施形態の斜視図である。 図47に示されている移植片の側面図である。 本発明による単踝移植片の他の実施形態の斜視図である。 図49に示されている移植片の側面図である。 大腿骨に移植された図49の移植片の部分断面図である。 大腿骨に移植された図49の移植片の他の部分断面図である。 本発明による単踝移植片の他の実施形態の斜視図である。 図53に示されている移植片の側面図である。 大腿骨に移植された図53の移植片の部分断面図である。 大腿骨に移植された図54の移植片の他の部分断面図である。 本発明の他の実施形態による単踝移植片の斜視図である。 図57に示されている単踝移植片の側面図である。 大腿骨に移植された図57の移植片の部分断面図である。 本発明の他の実施形態による脛骨移植片および脛骨近位端内の関連する接合面の上面図である。 図60の移植片および脛骨の斜視図である。 図60の移植片および脛骨の断面図である。 図60の移植片および脛骨の拡大断面図である。 移植片と骨との間の幾何学的関係のバランスをさらに改良する図60に示されている脛骨移植片の断面図である。 本発明の他の実施形態によるさらに他の膝蓋−大腿骨移植片を示す種々の斜視図である。 本発明の他の実施形態によるさらに他の膝蓋−大腿骨移植片を示す種々の斜視図である。 本発明の他の実施形態によるさらに他の膝蓋−大腿骨移植片を示す種々の斜視図である。
本明細書に用いられる「遠位側(distal)」という用語は、心臓からより遠い側を意味しており、「近位側(proximal)」という用語は、心臓に最も近い側を意味している。「下側(inferior)」という用語は、脚に向かう側を意味しており、「上側(superior)」という用語は、頭に向かう側を意味している。「前側(anterior)」という用語は、体の前部または顔に向かう側を意味しており、「後側(posterior)」という用語は、体の背部に向かう側を意味している。「内側(medial)」という用語は、体の正中線に向かう側を意味しており、「外側(lateral)」という用語は、体の正中線から離れる側を意味している。
本発明は、先行技術の移植片のいくつかの前述の欠点に対処するものである。具体的には、本発明は、セメントまたは他の接着剤を用いてまたは用いずに移植される移植片であって、セメントまたは他の接着剤が用いられない場合であっても、骨に取り付けられた状態で維持される移植片を提供している。以下、主に膝関節置換術に関連して説明するが、本発明による移植片は、体のあらゆる他の関節に用いられるように変更可能であることに留意されたい。例えば、本願において図示され、かつ記載される移植片の主目的は、大腿骨遠位面および脛骨近位面に対する移植片に関連しているが、本発明による移植片は、肩、脊椎、股関節、膝蓋骨、などにも利用可能である。加えて、本移植片は、セメントなどを用いることなく移植されるように設計されているが、骨に対する移植片の適切な取付けをさらに確実なものとするために、このような化合物が利用されてもよいことを理解されたい。
以下、本発明の種々の実施形態について説明する。図1〜図4は、膝蓋−大腿骨移植片10、大腿骨内側顆移植片12、および大腿骨外側顆移植片14を備える3部品移植システムを示している。図4の分解図から明らかなように、これらの3つの移植片は、大腿骨の遠位端に形成された凹部内および切断平面上の両方に移植されるように設計されている。この種の設計は、ここでは、インレイ/オンレイ構造と呼ばれている。例えば、膝蓋−大腿骨移植片10は、膝蓋−大腿骨凹部16内および膝蓋−大腿骨平面17上に移植され、大腿骨内側顆移植片12は、内側顆凹部18内に移植され、外側顆移植片14は、外側顆凹部20内に移植されるようになっている。凹部18,20は、実際には、特定の方位から見たときに平坦に見える部分を含んでいてもよい。例えば、図9〜図10Cは、図示されている特定の図において平坦に見える凹部の1つの後部を示している。しかし、異なる方位(例えば、図9〜図10Cに示されている方位から90°回転した方位)から見たとき、これらの「平面」部分は、事実上湾曲していることを理解されたい。さらに、凹部18,20は、(例えば、骨顆の前端において)未切除部分によって包囲された部分、および(例えば、骨顆の後端において)未切除部分によって包囲されていない他の部分を備えていることを理解されたい。図1に最もよく示されているように、移植片と調製された骨との間の協働によって、移植片と生体大腿軟骨(すなわち、調製された表面間に延在する軟骨)との両方からなる大腿骨遠位端に、関節面がもたらされることになる。勿論、移植片10,12,14は、(前述の凹部内において調製されているのみならず、全面的に調製された)大腿骨遠位端と協働するように設計されているとよい。
以下、図5〜図8を参照して、大腿骨顆移植片12,14の共通する特徴部のいくつかの一般的な設計について説明する。いくつかの実施形態では、大腿骨顆移植片12,14のこれらの共通特徴部の構造は、実質的に同様であるが、他の実施形態では、互いに異なっていてもよいことに留意されたい。さらに、外側大腿骨踝および内側大腿顆の種々の解剖学的特徴部に対する特定の移植片の協働作用を確実なものとするために、大腿骨顆移植片12,14の他の態様が、大きく変更されてもよい。図示されているように、移植片12,14は、いずれも、関節面22および骨係合面24を備えている。関節面22は、脛骨移植片、例えば、以下に説明する脛骨移植片に形成された対応する関節面と協働するように設計されたどのような形状であってもよい。これに関連して、関節面22は、システムの他の構成要素の全体的な構造に依存して、著しく変更されてもよいことを理解されたい。例えば、米国特許第7,160,330号および第7,628,817号に記載されている関節面が、この移植片設計に用いられてもよい。これらの特許の開示内容は、参照することによって、ここに含まれるものとする。骨係合面24は、全体的に湾曲しているが、他の実施形態では部分的にしか湾曲していなくてもよい。この骨係合面24から、3つの構成要素、すなわち、第1のペグ26、第2のペグ28、およびスナップ嵌合特徴部30が延在している。ここでは、ペグ26,28およびスナップ嵌合特徴部30のような特定の構造が図面に描かれ、かつ記載されているが、キール、スパイク、などの使用を含む他の構造も実際には考えられることを理解されたい。骨係合面24の湾曲に関して、該骨係合面24は、前−後方向(図5、図6を参照)に湾曲していると共に、湾曲32によって示されている内−外方向(図7、図8参照)にも湾曲している。さらに、面24は、(図7、図8に最もよく示されているように)外側および内側平面逃げ34,36を備えている。本質的に、逃げ34,36によって、移植片の安定性を確実なものとしながら、移植片と該移植片が配置される凹部を囲む骨との間の円滑な移行が可能になる。骨に形成された前述の凹部と同様、逃げ34,36は、好ましくは、図7および図8に示されている特定の方位から見たときにのみ平坦である。しかし、直交する方位から見たとき、これらの逃げは、事実上湾曲している。図示されている特定の構成では、平面逃げの方位は、最大の安定性を確実にするために、移植片の予定されている負荷方向と実質的に直交している。加えて、これらの逃げは、骨接触面の終端として機能し、従って、移植片を受け入れるために調製される必要がある骨の量を決定することになる。
図9に最もよく示されているように、第1および第2のペグ26,28は、骨に対するスナップ嵌合、圧入、または締り嵌めを容易にするように配置されている。これらの嵌合は、種々の方法、例えば、移植片の種々の構成要素(例えば、ペグ26,28)と調製された骨との間の線間協働によって促進されるとよいことを理解されたい。さらに、以下にさらに十分に説明するように、移植片の構成要素および/または骨の調製された表面の特定の方位によって、所定の嵌合が得られるようになっているとよい。さらに具体的には、第1のペグ26は、前向き面であって、その少なくとも一部が第1の仮想円38に沿って湾曲している前向き面と、後向き面であって、その少なくとも一部が第2の仮想円40に沿って湾曲している後向き面とを備えている。同様に、第2のペグ28の前向き面は、第3の仮想円42に沿って湾曲しており、該ペグの後向き面は、第4の仮想円44に沿って湾曲している。図9に示されているように、これらの4つの円の各々は、中心点46を中心としており、この中心点46は、図9に開示されている実施形態では、(以下にさらに十分に説明するように)、移植片に対する旋回点として機能することになる。中心点/旋回点46は、図示されている実施形態では、移植片の前面に隣接しているが、このような点は、移植片から離れた箇所または移植片の種々の箇所に位置することができることを理解されたい。
図示されている実施形態の移植片を移植する好ましい方法では、大腿骨の遠位端が、骨対向面24と相補的な全体輪郭と、ペグ26,28をそれぞれ受け入れるための第1および第2の孔48,50とを備えるように、調製されている。孔48は、後向き面であって、その少なくとも一部が円38に沿って湾曲している後向き面と、前向き面であって、その少なくとも一部が円40に沿って湾曲している前向き面とを備えている。孔50は、後向き面であって、その少なくとも一部が円42に沿って湾曲している後向き面と、前向き面であって、その少なくとも一部が円44に沿って湾曲している前向き面とを備えている。加えて、図11に関連して以下にさらに十分に説明するように、骨は、好ましくは、移植片の前部分が、調製された骨と最初に係合され(図10A)、次いで、移植片の残りが、第1および第2のペグ26,28がそれぞれ第1および第2の孔48,50内に配置される位置に旋回され(図10B)、最終的に、移植片が骨の遠位部分にスナップ嵌合または圧入される(図10C)ように、調製されている。図10Cに最もよく示されているように、孔48,50は、それぞれ、ペグ26,28に対して締り嵌めをもたらすように寸法決めされており、これによって、ペグは、最終的に孔内に緊密に嵌合されることになる。勿論、他の実施形態では、孔は、ペグよりも大きく作られていてもよい。孔48,50が骨に形成されるように図示され、かつ記載されているが、このような構造は、移植片の特定の構成に依存して変更されてもよいことを理解されたい。
大腿骨の遠位部分に対する移植片の前述の移植は、ペグ26,28と特別に調製された大腿骨面との関係によって可能になっている。特に、孔48,50は、移植片が中心点46を中心として旋回したときにペグを受け入れるように配置され、かつペグと同じように湾曲している。また、図11に示されているように、大腿骨の遠位部分は、移植片の前部と協働する旋回面52を備えるように調製されている。これに関連して、移植片は、好ましくは、旋回を容易にするために、湾曲された前面54を備えていることに留意されたい。他の実施形態では、移植片は、別の構造、例えば、(以下に説明するいくつかの実施形態に示されているように)旋回を可能にする球状延長部を備えていてもよい。さらに他に実施形態では、移植片は、特定の構造部を中心として旋回されるのではなく、仮想の旋回軸を中心として旋回されるようになっていてもよい。また、大腿骨の後部分は、好ましくは、スナップ嵌合特徴部30を受け入れるための少なくとも1つの窪み56を備えるように調製されている。図14に最もよく示されているように、この協働は、移植片および骨の構造に対して追加的な固定をもたらすことになる。図11に示されている特定の構成では、補助窪み50aがさらに、窪み56内へのスナップ嵌合特徴部30の容易な移行を可能にするために形成されている。2つの窪み内へのスナップ嵌合特徴部30の漸進的な移行は、図12〜図14に最もよく示されている。補助窪み58は、本質的に第1の逃げをもたらし、これによって、スナップ嵌合特徴部30が窪み56内に円滑に移行することができる。換言すれば、協働が段階的に行われることになるが、これは、以下の理由から、すなわち、スナップ嵌合特徴部30が窪み56内に着座することを可能にするには移植片または骨のいずれかがいくらか撓む必要があるという理由から、重要である。補助窪み58によって、骨および移植片のいずれも撓むことがなく、これによって、移植片の変形および/または骨の破断の可能性を必然的に低減させることができる。
図15および図16は、補助窪み58を設けることなく、窪み56内にスナップ嵌合特徴部30を同様に移行させる構成を示している。これらの図に示されている実施形態では、骨は、本質的に無段面として作用するテーパ面60を備えるように調製されている。従って、窪み56は、移植片を著しく変形させることなくおよび/または骨を破断させることなく、面60に沿って窪み56内に移動することができる。本質的に、図12〜図14に示されている実施形態および図15および図16に示されている実施形態のいずれにおいても、移植片の変形および/または骨の破断を生じない移行がもたらされることになる。他の実施形態では、このような移行が種々の幾何学的形状によってもたらされてもよい。
図17および図18は、移植片と調製された大腿骨遠位端との間に協働作用をもたらすための代替的実施形態を示している。図17において、第1のペグ26は、図9に示されている実施形態におけるように、第1の孔48に対して同心になっているが、ペグ28は、異なって配置されている。具体的には、ペグ26は、前向き面を備えており、孔48は、後向き面を備えており、これらの両方の面は、第1の仮想円38に沿って湾曲した部分を備えている。また、ペグ26は、後向き面を備えており、孔48は、前向き面を備えており、これらの両方の面は、第2の仮想円40に沿って湾曲した部分を備えている。両方の円38,40は、中心点46を中心として湾曲している。さらに、孔50は、後向き面であって、その少なくとも一部が第3の仮想円62に沿って湾曲している後向き面と、前向き面であって、その少なくとも一部が第4の仮想円64に沿って湾曲している前向き面とを備えている。ここでも、両方の円62,64は、中心点46を中心として湾曲している。しかし、ペグ28は、前向き面であって、その少なくとも一部が第5の仮想円61に沿って湾曲している前向き面と、後向き面であって、その少なくとも一部が第6の仮想円63に沿って湾曲している後向き面とを備えている。両方の円61,63は、中心点46と異なる中心点65を中心として湾曲している。
一方、図18の配置では、移植片は、図9に示されているのと同じ形態にあるが(すなわち、ペグ26,28は、一部が同心円に沿って湾曲する面を備えているが)、孔50は、非同心円に沿って湾曲した部分を有する面を備えている。具体的には、図17に示されているペグ26と孔48との関係は、この図の配置においても維持されている。ペグ28は、前向き面であって、その一部が仮想円62に沿って湾曲している前向き面と、後向き面であって、その一部が仮想円64に沿って湾曲している後向き面とを備えている。これらの両方の円は、中心点46を中心として湾曲している。しかし、孔50は、後向き面であって、その一部が仮想円61に沿って湾曲している後向き面と、前向き面であって、その一部が仮想円63に沿って湾曲している前向き面とを備えている。これらの両方の円61,63は、中心点46と異なる中心点65を中心として湾曲している。
図17および図18のいずれにおいて、ペグ28と孔50との間の非同心関係によって、ペグが最終的に孔内に配置されたときに、締り嵌めが生じることになる。図19および図20は、図17および図18に示されている構成によって、移植片を調製された骨内に移植する代表的な過程を示している。図17および図18は、非同心関係を生じさせて、締り嵌めをもたらす2つの異なる方法を示しているが、他の方法も存在する。例えば、ペグ28と孔50との間に生じる締り嵌めに代わって、図17および図18に関連して記載したのと殆ど同じ方法によってそれらの関係を変更することによって、ペグ26と孔48との間に締まり嵌めを生じさせることができる。加えて、締り嵌めが多数のペグと多数の孔との間に生じるような移植片と骨との関係をもたらすことも考えられる。例えば、ペグ26,28の両方が、孔48,50と非同心関係を有するようになっていてもよい。他の実施形態では、3つ以上のペグまたは他の固定部材を有する移植片が、同様に、多数または唯一の非同心関係を有するようになっていてもよい。
図21〜図33は、本発明による他の実施形態を示している。この実施形態は、脛骨の近位部分の置換に用いられる移植片に関する。具体的には、脛骨の内側および外側に対応する脛骨移植片112,114が、それぞれ、これらの図に示され、かつ記載されている。図22の分解図に最もよく示されているように、内側移植片112は、内側基部プレート116および内側インサート118を備えており、外側移植片114は、外側基部プレート120および外側インサート122を備えている。好ましい実施形態では、基部プレートは、金属材料、例えば、チタンから構成されており、インサートは、ポリマー材料、例えば、Stryker CorporationによってX3の名称で提供されている架橋ポリエチレンから構成されている。勿論、他の実施形態は、種々の他の材料から形成された基部プレートおよびインサートを含んでいてもよく、唯一の実際上の制限は、このような材料が生物学的に許容されねばならないことである。同様に、図面のいずれにも特に記載されていないが、移植片112,114は、それらのインサートがそれらの基部プレートに固定されるような構造を用いていることを理解されたい。これらの構造は、どのような周知の構造であってもよいし、またはどのような今後開発される構造であってもよい。
以下、図23〜図27を参照して、脛骨移植片112,114の共通する特徴部のいくつかの一般的な設計を移植片112の検討に基づき説明する。いくつかの実施形態では、これらの共通特徴部の構成は、実質的に同様であるが、他の実施形態では異なっていてもよいことに留意されたい。さらに、脛骨の種々の解剖学的特徴部に対する特定の移植片の協働作用を確実なものとするために、脛骨移植片112,114の他の態様が、大きく変更されてもよい。内側脛骨移植片112を例として説明すると、基部プレート116は、第1および第2のペグ126,128を備える骨対向面124と、(図26、図27に最もよく示されている)ドーム状底面130と、ドーム状面130を囲むように延在する平面逃げ131とを有することが示されている。図22を再び参照すると、脛骨の近位部分は、好ましくは、ペグ126,128、ドーム状面130、および逃げ131を受け入れるように調製されていることに留意されたい。この点に関して、脛骨は、好ましくは、孔132,146,134,148、ならびに湾曲輪郭136,150それぞれ備えるように調製されている。脛骨移植片112,114は、いずれもドーム状の底面を有するものとして示されているが、これらの骨対向面は、それぞれ、単純に平坦であってもよいし、または別の形態、例えば、凹面であってもよいことを理解されたい。
移植片112,114は、いずれも前述の大腿骨踝移植片12,14と同じように脛骨の近位部分に移植されるように設計されていることを理解されたい。図28を参照すると、移植片112が示されているが、ペグ126の後向き面および前向き面は、それぞれ、仮想同心円152,154に沿って湾曲しており、ペグ128の後向き面および前向き面は、それぞれ、仮想同心円156,158に沿って湾曲している。これらの4つの円は、移植片112の後部に位置する中心点または旋回点160に対して同心になっている。加えて、旋回点160は、逃げ131の平面に沿って延在する面161と真っ直ぐに並んでいる。これは、図29に図示されているものと対照的である。図29では、旋回点160は、移植片112の後部に位置しているが、逃げ131に沿った平面161から位置ずれしている。これらの実施形態は、前述の大腿骨移植片と同様の移植手順を用いるようになっているが、図29における旋回点が位置ずれしていることによって、構成部品を小さい作用空間内に容易に挿入することができることに留意されたい。例えば、旋回点の位置ずれによって、移植片を小さい空間内に容易に挿入することができるが、これは、最小侵襲技術のようないくつかの外科技術において重要である。この概念は、本明細書において検討される移植片設計のいずれに用いられてもよいことを理解されたい。
図30〜図36は、前後十字靭帯が温存されるかまたは適切な合成靭帯を用いる外科手術に用いられる両十字靭帯温存型(BCR)脛骨移植片を示している。BCR移植片210は、脛骨コンポーネント212,214を備えており、脛骨コンポーネント212,214は、ブリッジコンポーネント216を介して互いに取り付けられている。これらのコンポーネント212,214は、いずれも、前述した脛骨移植片112,114と同様、(ブリッジ部分216を介して互いに接続された部分である)基部プレート部分およびインサート部分を備えている。コンポーネント212の基部プレートは、骨対向面218を備えており、骨対向面218は、ペグ220、ドーム状面222、および平面逃げ223を備えている。同様に、コンポーネント214は、骨対向面224を備えており、骨対向面224は、ペグ226、ドーム状面228、および平面逃げ229を備えている。前述の脛骨移植片におけるように、平面逃げ223,239は、それぞれ、ドーム状面222,228を取り囲んでいる。
図32を参照すると、ペグ220,226(図では、コンポーネント212しか示されていない)が円230に沿って湾曲した後向き面および円232に沿って湾曲した前向き面を備えている点において、移植片210が前述の大腿骨移植片および脛骨移植片と同様の構造を有していることが示されている。これらの円は、旋回点234に対して同心になっている。旋回点234は、移植片の後部に位置しており、逃げ223に沿って延在する平面236に沿っている。従って、移植片210は、前述の移植片におけるのと同じように移植されることになる。同様に、移植片210は、大腿骨移植片および脛骨移植片に関して検討した変更例のいずれを呈することもできる。例えば、旋回点234は、図29に示されている前述の脛骨移植片におけるように、後方に配置され、平面236から位置ずれしていてもよい。さらに、脛骨は、前述の脛骨移植片に関連して説明した方法と同様の方法によって、移植片210を受け入れるように調製可能であることを理解されたい。
図33〜図36は、前部キール238がブリッジコンポーネント216上に設けられている移植片210の変更例を示している。図36に示されているように、このコンポーネントは、円240によって画定された後向き面および仮想円242によって画定された前向き面を備えており、これらの円は、ペグ220によって画定された円230,232と共に、旋回点234に対して同心になっている。事実上、前部キール238は、大腿骨コンポーネントおよび脛骨コンポーネントに関連して前述した第2のペグと同じように作用することになる。図35を特に参照すると、脛骨の近位部分の踝間隆起の破砕を避けるために、キール238は、その中心に向かって狭くなっていることが示されている。この構成は、キール238を受け入れるために切除される踝間隆起の量を少なくするために必要であり、これによって、前十字靭帯が踝間隆起から離れる方に引っ張られる機会を少なくし、または前十字靭帯によって生じる引張力によって生じる圧力による踝間隆起の破断を少なくすることができる。
いくつかの実施形態によるBCR移植片がここに図示され、かつ記載されているが、他のBCR移植片設計が本発明に従って用いられてもよい。例えば、米国特許出願第12/987,380号に示唆されているように、BCR移植片は、移植片−骨接続を容易にする構成を維持しながら、他の構造を有することもできる。この特許の開示内要は、参照することによって、ここに含まれるものとする。
図37は、膝蓋−大腿骨移植片310を示している。図37〜図39は、膝蓋−大腿骨補綴移植片310の一実施形態の種々の斜視図を示している。前述の移植片と同様、移植片310は、コバルト、クロム、チタン、ポリエチレン、PEEK、または他の周知の移植可能な材料から作製されているとよい。移植片310は、関節面311、骨接触面312、前端313、および後端314を備えている。関節面は、米国特許出願公開第2010/0222781号に記載されているものと同等であってもよい。この特許の開示内容は、参照することによって、その全体がここに含まれるものとする。移植片310は、主ペグ320および固定特徴部330をさらに備えている。いったん移植されたなら、移植片310の関節面311は、膝蓋−大腿骨関節の滑車溝の疾患した関節軟骨に取って代わるように設計されており、生体膝蓋または膝蓋補綴移植片のいずれかと関節結合することによって、機能を果たすことになる。
骨接触面312は、滑車溝の切除された領域と整合するように設計されている。前述の移植片と同じように、軟骨および骨の切除された領域は、平面形状であってもよいし、または非平面形状であってもよい。
主ペグ320は、主ペグ中心322を有する主ペグ半径部321から構成されている。主ペグは、この実施形態に示されているように、骨接触面から延在する細長の構造を有しているとよい。さらに、この細長の構造は、移植片の前端に対して、真っ直ぐであってもよいし、傾斜していてもよいし、または湾曲していてもよい。代替的実施形態では、主ペグ320、関連する半径部321および中心322の幾何学的形状は、移植片の周辺リム内に組み込まれていてもよい。さらに他の実施形態では、物理的な主ペグ構造が存在せず、むしろ理論的な主ペグ中心322が、以下に述べる移植片の種々の固定特徴部の幾何学的基準として機能するようになっていてもよい。物理的な主ペグ中心または理論的な主ペグ中心は、移植片のどのような領域、例えば、制限されるものではないが、前端、後端、内端、または外端に位置していてもよい。
固定特徴部330は、骨接触面312から延在する細長の部材である。図示されている実施形態では、特徴部330は、骨接触面312から延在する前面331および後面332を備える骨ペグである。前面331は、主ペグ中心322に対して同心状の前面半径RAを有している。図示されている実施形態では、後面332は、主ペグ中心322に対して同心状ではない後面半径333を有している。代替的実施形態では、後面332は、主ペグ中心322に対して同心状であってもよい。
前面331または後面332のいずれかの同心状の領域は、それぞれの面の一部を占めていることに留意されたい。例えば、一実施形態では、前面331の同心状の部分は、側斜視図で見たとき、前面331の略50%を占めているとよい。代替的実施形態では、側斜視図で見たとき、前面331の略100%が同心状の部分によって占められていてもよい。同心状の部分または同心状でない部分が占める範囲は、25%から100%の間であるとよい。
図40a〜図40dは、膝蓋−大腿骨移植片310を移植する方法を示す一連の断面図である。この方法のステップ1(図40a)では、大腿骨遠位端301の調製が行われている。この実施形態では、調製された骨面は、非平面に切除された骨面340、主ペグを受け入れるための切除領域341、および固定特徴部を受け入れるための切除領域342である。ステップ2(図40b)では、主ペグ半径部321が、主ペグ320を受け入れるように切除された骨の後面に接触している。ステップ3(図40c)では、固定特徴部330が固定特徴部を受け入れるための切除領域342に入るまで、移植片が主ペグ半径部321を中心として回転される。ステップ4(図40d)は、完全に移植された移植片310の図を示している。
この方法の移植中、主ペグ中心322を辿ることによって、移植経路350が画定される。この経路350は、(経路350が実質的に湾曲した経路であるときに生じる最終的な着座までの)主進入経路である。進入経路は、種々の進路を辿ることになる。その一例として、直線進路が挙げられる。移植経路350が予め定められているとき、主ペグ中心322は、移植経路と共存している。ペグ中心322が移植経路に沿って前進する一方、移植片が回転し、これによって、同心形状を有する固定特徴部330が、ペグ中心322と同心状の経路に沿って回転する。最終位置において、過剰に切除された骨領域343が、主ペグ320の後面に位置することになる。さらに、前面半径RAおよび後面半径333の設計によって、固定特徴部330は、この領域に骨過剰切除をもたらすことなく、移植することが可能である。この点に留意されたい。何故なら、これによって、膝がある範囲内にわたって移動するとき、膝蓋(生体膝蓋または補綴膝蓋)が変動しやすい増大負荷を移植片310内に伝達するからである。過剰切除領域343は、主ペグ320の後面に位置しているので、負荷は、骨に直接伝達されることになる。従って、この移植片設計は、適所に係止された状態を維持し、移植片の脱落の危険を可能な限り抑えることになる。
さらに、移植経路350に関して、この特異な経路350の幾何学的形態によって、移植片は、その適切な位置に確実に着座することができ、その結果、ペグ320および固定特徴部330の最終的な位置付けが最適化されることになる。移植経路350は、移植片が調製された骨に接近しているときには、実質的に直線状である。次いで、経路350は、移植片が最終的に着座されるときには、実質的に湾曲しており、これによって、移植片が適切な位置に係止されることになる。換言すれば、移植片は、経路350に沿って進入し、主ペグ中心322(物理的中心または理論的中心)は、好ましくは、この移植片経路と共存している。経路に対する移植片の配向は、移植の全体を通して維持されており、これによって、移植片は、移植経路の実質的に湾曲した区域または直線区域に沿って移動するとき、ペグ中心322を中心として回転することになる。この回転は、移植の正確な同心経路に沿っている。
図41および図42は、膝蓋−大腿骨補綴移植片410の他の実施形態を示している。移植片410は、関節面411、骨接触面412、前端413、および後端414を備えている。移植片410は、主ペグ420、固定特徴部430a,430b、および要素460a,460bをさらに備えている。主ペグ420は、主ペグ半径部421および中心422を有している。この実施形態では、ペグ420は、移植片410の前端413の周辺部内に組み入れられている。固定特徴部430a,430bは、それぞれの前面431a,431bおよび後面432a,432bを有している。面431a,431b,432a,432bは、主ペグ中心422に対して同心半径(RA,RB,RC,RD)を有するように設計されている。
要素460a,460bは、骨接触面412からの突出部である。これらの要素の機能は、移植片410に追加的な固定、強度、および/または安定をもたらすことである。この実施形態では、各要素460は、曲率半径RHを有している。RHは、要素460a,460bごとに異なっていてもよい。さらに、RHは、同心半径RA,RB,RC,RDと関連していない。
移植片410を移植する方法は、移植片310に対してすでに説明した方法と同じである。主ペグ中心422は、移植経路と共存しており、移植片410は、主ペグ中心422を中心として回転するようになっている。前述の方法と異なっているのは、主ペッグ中心422の固定特徴部430a,430bのそれぞれの後面432a,432bに対する半径関係が緊密になっているので、骨が各固定特徴部430a,430bの後面に沿って過剰に切除される必要があることである。
少なくとも1つの固定特徴部が設けられ、具体的には、複数の固定特徴部が設けられる他の実施形態による膝蓋−大腿骨移植片も考えられる。これらの特徴部は、各々、前面と主ペッグ中心と関連する後面とを有している。同様に、追加的な安定性をもたらす1つまたは複数の要素が設けられてもよいし、または設けられなくてもよい。さらに、米国特許第7,294,149号に記載されているようなペグ形状部が設けられてもよい。この特許の開示内容は、参照することによって、その全体がここに含まれるものとする。さらに、ペグ形状は、円筒状、六角形状、十字形状、正方形状、または他のこのような形状であってもよい。移植の方法は、前述した方法と同様である。すなわち、主ペグ中心が移植経路に追従し、かつ移植経路に沿って共存し、移植片がこの主ペグ中心を中心として回転し、これによって、その最終位置に係止されるようになっているとよい。
前述の移植片12,14と同様の他の実施形態による大腿骨移植片510が、図43〜図45に示されている。これらの図に示されている特定の移植片は、単踝膝置換術のための単踝膝置換物(UKR)として設計されている。しかし、移植片12,14と同様、移植片510は、図1に示されているようなシステムに用いられてもよい。図示されている実施形態では、移植片510の関節面は、米国特許第5,824,100号に記載されているのと同様の矢状方向の幾何学的形状を有している。この特許の開示内容は、参照することによって、その全体がここに含まれるものとする。いったん移植されたなら、単踝移植片510は、補綴脛骨移植片と関節結合することになる。
図44は、単踝移植片510を示している。単踝移植片510は、関節面511、骨接触面512、前端513、および後端514を備えている。図45は、移植片510の側面図である。この側面図では、主ペグ520および固定特徴部530が見えている。ペグ520は、主ペグ半径部521および主ペグ中心522を有している。固定特徴部530は、骨接触面512から延在する前面531および後面532を備えている。さらに、前面531は、半径RBを有しており、後面532は、半径RCを有している。半径RB,RCは、主ペグ中心522に対して同心状である。前述したように、それぞれの面531,532の同心半径RB,RCは、側斜視図で見たとき、該面の25%から100%の範囲を占めているとよい。勿論、半径RB,RCは、該面の25%未満を占めるようになっていてもよいことを考慮されている。さらに、前面531の同心状部分の占有率は、後面532の同心状部分の占有率と同じであってもよいし、または異なっていてもよい。
図46aおよび図46bは、移植片510を移植する方法を示している。前述の方法と同様、主ペグ中心522は、移植経路550に沿って共存している。移植片510は、移植経路550に沿って移動すると共に、中心522を中心として回転し、最終的な係止位置に達することになる。この実施形態では、この経路は、実質的に湾曲しているとよく、直線形態を有していてもよいし、または有していなくてもよい。この特定の方法が他の実施形態の方法と異なっている点は、過剰に切除された骨領域543a,543bが特定位置に設けられていることである。領域543aは、後踝の骨接触面512の前部に位置している。領域543bは、固定特徴部530の後面532の後部に位置している。
図47および図48は、単踝移植片610の他の実施形態の斜視図である。単踝移植片610は、関節面611、骨接触面612,前端613,および後端614を備えている。ここで、2つのペグ特徴部615,616は、各々、ペグの長さに対して同様の形状および直径を有している。特に、ペグ特徴部615,616は、鈍頭の矩形形状を有している。代替的に、ペグ特徴部の形状は、異なっていてもよいし、一定でよいし、テーパが付されていてもよいし、またはこれらの組合せであってもよい。例えば、他の実施形態では、ペグ特徴部は、一定の直径を有する円筒状であってもよいし、または一定でない直径を有する円筒状であってもよい。
図48に最もよく示されているように、移植片610は、主ペグ620および固定特徴部630a,630bをさらに備えている。主ペグ620は、主ペグ半径部621および主ペグ中心622を備えている。固定特徴部630a,630bは、それぞれ、骨接触面から延在する前面631a,631bおよび後面632a,632bを有している。面631a,632a,631b,632bは、ペグ中心622に対して同心状の半径RA,RB,RC,RDを有している。前述したように、同心状部分の表面積の占有率は、側面図で見たとき、前面および後面の各々の25%から100%の範囲内にあるとよい。一実施形態では、同心状部分の占有率は、全てのペグの全面に対して同じであるとよい。代替的実施形態では、同心状部分の占有率は、全てのペグの全面に対して異なっていてもよい。任意の各面および任意の各ペグ特徴部に対する同心状部分の占有率のどのような組合せであってもよいことを理解されたい。
傾斜線650が、主ペグ620と固定特徴部630a,630bとの間の関係を示している。線650は、図示されているように、主ペグ半径部621の接点と特徴部630bの最遠位端の接点との間の直線である。図示されている実施形態では、特徴部630aの縦長さは、線650を超えている。他の実施形態では、主ペグ620および全ての固定特徴部630a,630bは、傾斜線650に達する縦長さまで延在している。さらに、物理的中心点または理論的中心点から離れる方に移動するにつれて、2つ以上の固定特徴部が大きくなっているとよい。さらに他の実施形態では、固定特徴部630aは、傾斜線650まで延在していなくてもよい。固定特徴部のこの関係は、後端614をさらに含んでいてもよい。すなわち、後端614は、線650を超えて延在していてもよいし、線650まで延在していてもよいし、または線650の下方まで延在していてもよい。傾斜線650のさらに他の実施形態では、特徴部の原点は、接点に代わって、中心622であってもよい。
線650の他の実施形態では、線650は、固定特徴部の遠位半径部の中心点(図示せず)または固定特徴部の接点のいずれかに接続することによって、形成されてもよい。この傾斜線の関係は、検討される本発明の全ての実施形態に含まれるとよく、移植片の機能にとって重要である。何故なら、ペグと特徴部の長さのこの関係は、調製された骨が移植中にいつ移植片に接触するかを規定するからである。移植片610を移植する方法は、前述の方法と同じである。
図49〜図52は、他の実施形態による単踝移植片710および大腿骨遠位端701内の関連する接合面を示している。移植片710は、関節面711、骨接触面712、前端713、および後端714を備えている。移植片710は、好ましくは、主ペグ半径部721および主ペグ中心722を有する主ペグ720を有している。移植片710は、好ましくは、第1の固定特徴部730、第2の固定特徴部731、および第3の固定特徴部732をさらに備えており、これらは、各々、骨接触面712から延在している。第1の固定特徴部730は、前面733および後面734を有しており、前面733は、半径RDに沿っており、後面734は、半径REに沿っている。半径RD,REは、ペグ中心721に対して同心になっている。
第2の固定特徴部731および第3の固定特徴部732は、いずれも第1の固定特徴部730に対して後方に位置ずれしている。さらに、固定特徴部731,732は、それぞれ、第1の固定特徴部731に対して移植片の内側領域および外側領域に位置ずれしている。図示されている実施形態では、固定特徴部731,732は、それぞれ、内方向および外方向に等しく離間している。代替的実施形態では、この位置ずれの大きさは、後方向、内方向、外方向のいずれかまたはこれらの方向のいずれかの組合せに関して、異なっていてもよい。
第2の固定特徴部731および第3の固定特徴部732は、それぞれ、前面735,736および後面737,738をさらに備えている。第3の固定特徴部732の後面738は、図示されていない。図示されている実施形態では、前面735,736および後面737,738は、主ペグ中心721に対して同心状の形状を備えている。しかし、代替的実施形態では、面735,736,737,または738のいずれか1つまたはこれらのいずれかの組合せが、主ペグ721に対して同心状の形状を備えていてもよい。固定特徴部730,731,または732のさらに他の代替的実施形態は、前述の幾何学的関係のいずれを備えていてもよい。
さらに、移植片710は、後部係止特徴部740を備えている。後部係止特徴部740は、骨接触面712から延在しており、第1の幅W1および第2の幅W2を有している。図示されている特徴部740の実施形態では、その輪郭が実質的に湾曲して延在しており、第2の幅W2が第1の幅W1よりも大きくなっている。代替的実施形態では、幅W2は、実質的に幅W2と等しくなっていてもよい。さらに他の実施形態では、移植片の後部に互いに離間して配置された多数の後部係止特徴部が設けられていてもよい。
図示されている実施形態では、骨接触面712は、湾曲領域745および平面領域746を備えている。湾曲領域712は、前端713から延在しており、固定特徴部730,731,732を備えている。平面領域746は、後端714から延在しており、後部係止特徴部740を備えている。さらに、湾曲領域745は、平面領域746と比較して骨接触面712のかなりの部分を占めている。具体的には、この実施形態に関して、骨接触面712は、略75%の湾曲領域745および略25%の平面領域746から構成されている。代替的実施形態では、面712の面積は、平面領域746に対する湾曲領域745の種々の比率から構成されていてもよい。例えば、代替的実施形態では、面712の面積占有率は、略50%の平面領域746と比べて略50%の湾曲領域745から構成されていてもよい。他の実施形態では、後部係止特徴部740は、骨接触面712の湾曲領域745から延在していてもよい。
骨701への移植片710の最終的な位置付けを説明するために、多数の断面が示されている。図51を参照すると、第の固定特徴部730を通る断面図が示されている。「細部A」の図では、干渉領域750、クリアランス領域751、および接触領域752が示されている。ここでは、クリアランス領域751は、この側面図に示されているように、後面734の中心に位置している。さらに、クリアランス領域751は、後面734の略50%を占めている。代替的実施形態では、クリアランス領域は、後面の25%から75%の範囲を占めているとよい。いずれの場合も、クリアランス領域751は、好ましくは、矢状断面に示されているように、接触領域によって取り囲まれている。干渉領域750は、前面733の実質的に中心に位置しており、図51に示されているように、接触領域によって取り囲まれている。付随して生じた力L1によって、移植片―骨界面に付勢された圧入がもたらされることになる。
図52を参照すると、第2の固定特徴部731を通る断面図が示されている。「詳細B」の図には、干渉領域755、クリアランス領域754、および接触領域756が示されている。干渉領域755は、固定特徴部731の後面737の略中心に位置しており、付随して生じた力L2が移植片−骨界面に付勢された圧入をもたらしている。ここで、干渉領域755は、後面737の略50%を占めているが、代替的実施形態では、後面737の25%から75%を占めているとよい。干渉領域755は、一方向においてクリアランス領域754に隣接しており、反対方向において接触領域756に隣接している。図示されているように、接触領域756は、前面735の周りに続いている。代替的実施形態では、干渉領域755は、接触領域によって取り囲まれていてもよい。図示されていないが、固定特徴部732を通る断面図は、いま述べた固定特徴部731を通る断面図と同様であり、力L3(図示せず)が干渉領域に付随して生じるようになっている。
付随して生じた力L1,L2,L3の累積効果に関して、力L1は、前面733に作用し、力L2,L3は、それぞれ、後面737,738に作用する。代替的に、力L1は、力L2,L3の合力に対して等しい方向または反対方向に作用するようになっていてもよい。この付勢された圧入負荷パターンの結果は、移植片−骨界面における初期固定に有益である。ここでは、特異な移植片の幾何学的形状および骨の調製によって、移植片は、本質的に、付随して生じた合力によって得られた圧入負荷を受け、適所に保持または把持されることが可能になる。
調製された骨701への移植片710の移植が図示されていないが、この移植は、前述した移植経路の原理に従って行われることになる。ここでは、物理的なペグ中心722が移植片経路に沿って共存している。移植経路は、直線形状および湾曲形状を有しているとよい。移植中、ペグ中心722は、移植片が回転している間、経路に沿って共存する状態を維持しており、これによって、固定特徴部730,731,732をペグ中心722に対して同心状の円弧に沿って回転させることになる。移植片が移植経路の端に近づき、最終的着座が生じようとするとき、ペグ中心722が平行移動し、これによって、骨701に対する第1の固定特徴部730のカム状係止/嵌合をもたらすことになる。骨701に対する特徴部730の固定によって、本質的に、L1によって表される主係止力が付随して生じる。特徴部731,732が最終位置に着座すると、L2,L3で表される一組の二次係止力が付随してもたらされることになる。力F1は、力L2,L3と反対の方向に作用するようになっているとよく、これによって、移植片を骨に対して係止し、強化された初期固定をもたらすことができる。
移植片と骨との間の干渉によって生じる力は、種々の方法によって達成することができることに留意されたい。これらの力は、その全てが、移植片の調製の結果として得られるようになっていてもよいし、移植片の設計によって得られるようになっていてもよいし、または移植片の調製および移植片の設計の組合せによって得られるようになっていてもよい。いずれにしても、物理的中心点または理論的中心点は、移植経路と共存しており、移植片が中心点を中心として回転すると、それと同時に、移植片の最終的着座によって移植片が骨内に係止され、その結果、初期固定を強化することになる複数の力が生じることになる。
図53〜図56は、さらに他の実施形態による単踝移植片810および大腿骨遠位端内の関連する接合面を示している。移植片810は、主ペグ半径部821および主ペグ中心822を有する主ペグ820を有している。移植片810は、3つの固定特徴部830,831,832を有している。特徴部831,832は、それぞれ、図示されているように、後面837,838を有している。移植片810と前述の移植片、例えば、(図49〜図52に示されている)移植片710との間の大きな差は、後面737がペグ中心722に対して同心になっているのに対して、後面837がペグ中心822に対して同心になっていないことである。
図55において、「細部C」と記されている箇所は、図51において前述した「細部A」と記されている箇所と同様である。しかし、図56において「細部D」と記されている箇所と図52において「細部B」と記されている箇所との間には違いがある。「細部D」では、干渉領域855は、接触領域856によって取り囲まれている。干渉領域855は、後面837の略75%を占めている。従って、後面837の幾何学的形状は、特異な骨調製および移植片−骨界面接触を可能にする。対照的に、図52の「細部B」は、クリアランス領域754および接触面756の両方によって取り囲まれた干渉領域755を備えている。さらに、領域755は、後面737の略50%を占めている。
図57〜図59は、他の単踝移植片910および大腿骨遠位端901内の関連する接合面を示している。移植片910は、移植片510と同様であり、移植片510に関して前述した全ての特徴部を備えている。移植片510と対照的に、移植片910は、平面骨接触領域966および湾曲骨接触領域945の両方を含んでいる。平面領域966は、大腿骨遠位端の容易な調製を可能にする。また、移植片910は、平面領域966内に配置された後部係止特徴部940も備えている。後部係止特徴部940は、平面領域966内に配置されており、湾曲輪郭941を有している。特徴部940は、移植の後半に骨に係合して追加的な安定性をもたらす係止特徴部である。輪郭941は、ドリルの刃先(burr)のような回転式調製工具の形状と同等の形状を有するように設計されている。特徴部940は、後部係止特徴部740に関して前述した特徴の全てを有しているとよい。
図60〜図63は、脛骨移植片1010および脛骨近位端1001内の関連する接合面を示している。移植片1010は、図示されているように、ポリエチレンまたは他の適切な材料から一体に作製されていてもよいし、または代替的に、ポリマー製インサートコンポーネントおよび金属製トレイコンポーネントを備えるモジュール設計であってもよい。移植片1010は、好ましくは、支承面1011、骨接触面1012,前端1013、後端1014、内側1015、および外側1016を有している。支承面1011は、好ましくは、大腿骨補綴移植片、例えば、前述したような単踝移植片の関節面と共に関節結合するように設計された輪郭を有している。図示されている実施形態では、移植片1010は、面1012、内側1015、および外側1016において骨と接触している。内側1015は、図示されているように骨接触面1012と実質的に直交していてもよいし、または代替的に、面1012に対して傾斜していてもよい。外側1016は、脛骨近位端の小さい部分1002に接触している。代替的実施形態では、この脛骨近位部1002が切除されていてもよく、この場合、外側1016は、骨に接触していないことになる。
特に図63を参照すると、細長の要素1020は、好ましくは、移植片1010の骨接触面1012から延在している。この断面図に示されているように、ペグ1020は、第1の側1021、第2の側1022、および遠位端1023を有している。要素1020は、略円筒状、六角形状、または前述のペグ形状を含む他の幾何学的形状を有しているとよい。さらに、遠位端1023は、多くの異なる幾何学的形状、例えば、(図示されているような)丸形状、スパイク状、裾拡がり状、テーパ状、または他の終端形状を有しているとよい。さらに、第1の干渉領域1030が、内側1015と骨1001の内壁との間の接合面として図示され、かつ画定されている。第1の干渉領域1030は、L11の圧入力もたらすことになる。第2の干渉領域1035が、第2の側1022と骨1001との間の接合面として、図示され、かつ画定されている。第2の干渉領域1035は、L12の圧入力をもたらすことになる。骨1001への移植片1010の移植中、第2の干渉領域1030は、内側に向かってコンポーネントを付勢し、これによって、第1の干渉領域1030をもたらすことになる。付随して生じた力は、移植片を適切な内/外位置に着座させるように、さらに骨への移植片の改良された初期固定をもたらすように、作用することになる。付随して生じる力L11,L12は、図示されているように、互いに位置ずれしていることに留意されたい。
図64は、移植片と骨との間の幾何学的関係のバランスをさらに改良する図60〜図63に示されている脛骨移植片の断面図である。要素1020は、要素中心軸1038および内側1015の基準点1040aを有している。要素1020は、幅「d」を有しており、軸1038から基準点1040aまでの距離は、「a」である。調製された骨1001は、ペグ1020を受け入れるために調製される空洞1050を有している。空洞1050は、空洞中心軸1037を有している。骨1001は、移植片1010が完全に着座したときに点1040aと接触する基準点1040を有している。空洞1050は、幅「d−x」を有しており、軸1037から点1040bまでの距離は、「a−y」である。移植中、ペグ1020が空洞1050内に圧入される。点1040aが点1040bに着座するとき、「a」と「a−y」との間の差および/または「d」と「d−x」との間の差によって、干渉が生じ、これによって、中心軸1038が軸1037から位置ずれするように移植片を付勢することになる。この幾何学的関係によって、図63において前述したそれぞれの干渉負荷および付随する力が生じることになる。
図65〜図67は、さらに他の実施形態による膝蓋−大腿骨補綴移植片10を示している。図1は、移植された状態にある膝蓋−大腿骨移植片10を示している。この移植された状態において、移植片10は、生体膝蓋または補綴膝蓋のいずれかと関節結合している。移植片10と、例えば、移植片310との間の差は、固定特徴部330に代わって2つのペグが設けられていることである。しかし、移植片10は、前述した他の膝蓋−大腿骨補綴移植片と殆ど同じように移植されるようになっている。
前述した実施形態による移植片のいくつかは、平面を有しないように調製された骨面と係合するように設計されているが、これらの移植片は、平面とも係合するように変更されてもよいことを理解されたい。さらに、本願の移植片を受け入れるように骨面を調製する1つの方法は、(ロボットなどに連結されたフライス器具を含む)フライス器具などを用いることができるが、他の方法が用いられてもよい。例えば、リーマ、鋸刃、または他の切断器具が、本移植片の移植手順に利用されるように適合されてもよい。
全体として、本明細書において説明した本発明の種々の実施形態は、調製された骨に対して特定の関係を有する複数または少なくとも1つの同心状特徴部(フィン、キール、ペグ)を利用している。移植片および骨接触面の関係は、締り嵌めであってもよいし、隙間または干渉関係であってもよい。さらに、この関係は、移植片を調製された骨面に固定または係止するように機能することになる。代替的に、移植片および骨の干渉領域に付随して生じる係止力によって、移植片の強化された初期固定が得られる。強化された固定は、特に、骨面成長および/または骨内成長が生じる0〜6ヶ月の術後の期間において極めて重要である。
さらに、前述したように、前述の種々の移植片は、セメントを用いる用途向けに設計されてもよい。この場合、それぞれの骨対向面は、グリットブラストのような処理によって仕上げられるとよい。この処理は、骨セメントまたは骨接着剤のような他の周知の付着剤への機械的な付着を最適なものとする。医学的接着剤の例は、米国特許出願公開第2009/0318584号、第2009/0280179号、および第2010/0121459号に記載されている。これらの特許の開示内容は、参照することによって、これらの全体がここに含まれるものとする。セメントレス用途では、種々の移植片の骨接触面は、ペリアペタイトまたはヒドロキシアペタイトのような骨成長剤によって処理されるとよい。さらに、骨接触面は、ビードまたは多孔性金属構造のような骨内成長構造を有しているとよい。ビードによる骨内成長構造の例は、米国特許第4,550、448号に記載されている。この特許の開示内容は、参照することによって、その全体がここに含まれるものとする。多孔性金属構造は、米国特許第7,537,664号、第7,674,426号、および7,458,991号、および米国特許出願公開第2006/0147332号および2006/0228247号に記載されている技術から作製されるとよい。これらの特許の開示内容は、参照することによって、これらの全体がここに含まれるものとする。本明細書に記載されている本発明の全ての実施形態は、初期固定およびその後の骨面成長および/または骨内成長を促進させるために、骨成長剤または骨成長構造のどのような組合せを利用してもよいことを理解されたい。
同様に、本明細書に記載されている種々の移植片は、ヒト移植に用いられるどのような適切な材料から形成されてもよい。例えば、前述の実施形態は、金属材料またはポリマー材料から形成されている。しかし、前述の特定の材料は、利用可能な材料を排除しているとみなされるべきではない。実際、種々の移植片と関連して、他の適切な材料が用いられてもよい。例えば、ポリマー材料が用いられる実施形態では、他の適切なポリマー材料に置き換えられてもよい。米国特許出願公開第2010/0312348号に示唆されている材料および材料組合せを利用することも考えられる。この特許の開示内容は、参照することによって、ここに含まれるものとする。
特定の使用について前述したが、本明細書に記載されている本発明は、他の膝補綴移植片設計、例えば、局所的欠陥補修、両踝置換、両十字靭帯保存型置換、全膝置換、再膝置換、またはヒンジ式膝置換に用いられてもよい。また、本発明は、体の各箇所、例えば、制限されるものではないが、臀部、肩、膝、手、手首、足首、または脊椎のどのような大きいまたは小さい関節継手に用いられてもよい。脊椎用途に関して、この技術は、椎体置換装置、椎体間スペーサ、または脊椎の任意の領域、例えば、腰椎、胸椎または頚椎のための関節補綴に適用されてもよい。この技術は、外傷用途または頭蓋顎顔面用途にさらに適用されてもよい。
本発明の種々の実施形態について説明してきたが、特徴部のいずれかまたは特徴部のいずれかの任意の組合せが補綴移植片のどのような代替的実施形態に用いられてもよいことを理解されたい。例えば、本明細書に記載されている膝蓋−大腿骨移植片または単踝移植片のどのような実施形態も、(主ペグ中心を含む)物理的な主ペグ特徴部ではなく、理論的なペグ中心を幾何学的基準として利用してもよい。さらに、いくつかの好ましい実施形態のいくつかの特定の構造態様が本明細書に図示され、かつ記載されているが、これらの好ましい実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく変更されてもよい。例えば、いくつかの実施形態による移植片は、特別の形状を有する固定要素(例えば、円筒状ペグ)を有するものとして図示されている。しかし、これらの要素は、本発明に従って変更されてもよい(例えば、円筒状ペグが種々の形状のペグに変更されてもよいし、キールが円筒状ペグなどに置き換えられてもよい)。
加えて、前述したように、本明細書に記載されている種々の調製された骨面は、多くの異なる手段を用いることによって形成されるとよい。例えば、通常の切断加工またはフライス加工が、例えば、ロボットなどに連結される切断器具またはフライス器具を用いることによって、行われるとよい。適切なロボットの例として、米国特許第6,676,669号、第7,892,243号、第6,702,805号、第6,723,106号、第6,322,567号、第7,035,716号、第6,757,582号、第7,831,292号、第8,004,229号、第8,010,180号、第6,204,620号、第6,313,595号、および第6,612,449号、および米国特許出願公開第2010/0268249号、第2008/0202274号、第2010/0268250号、第2010/0275718号、第2003/0005786号、および2011年11月16日に出願された米国仮特許出願第61/530,614号に記載されているロボットシステムが挙げられる。これらの特許の開示内容は、参照することによってここに含まれるものとする。同様に、このようなロボットまたは同様のロボットは、前述の移植片のいずれかを骨上に配置するのに用いられてもよい。いずれにしても、用いられる特定のロボットシステムは、米国特許第7,725,162号(‘162特許)に開示されているような外科用システムの使用を含んでいるとよい。この特許の開示内容は、参照することによって、ここに含まれるものとする。特に、‘162特許は、骨または他の解剖学的構造に対してロボットシステを案内するのに利用されるナビゲーションシステムを開示している。
本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は、本発明の原理および用途の単なる例示にすぎないことを理解されたい。従って、多くの修正が例示的実施形態に対してなされてもよいこと、および添付の請求項に記載されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の構成が考案されてもよいことを理解されたい。
本発明は、広い産業上の利用可能性、例えば、制限されるものではないが、整形外科移植片および該移植片を利用する方法の提供を含んでいる。

Claims (11)

  1. 補綴移植片(12,14において、
    第1の端
    第2の端
    関節面(22と、
    湾曲部を備える骨接触面(24と、
    前記骨接触面から延在し、第1の湾曲面を有する第1の要素(26と、
    前記骨接触面から延在し、第2の湾曲面を有する第2の要素(28と、
    を備えており、
    前記第1湾曲面は、第1の旋回点(46を中心として湾曲し、前記第2の湾曲面は、第2の旋回点(46,65)を中心として湾曲し、
    前記第1および第2の湾曲面は、前記第1の端の方を向いており、前記第1の旋回点(46は、前記第1の端に位置し、
    前記骨接触面(24から延在する第3の要素(30をさらに備えており、前記第3の要素(30は、前記第2の端に隣接して配置されていることを特徴とする、補綴移植片(12,14
  2. 前記骨接触面(24から延在している、第3の湾曲面を有する第3の要素(30をさらに備えており、
    前記第3の湾曲面は、前記第1の旋回点(46を中心として湾曲していることを特徴とする、請求項1に記載の補綴移植片(12,14
  3. 前記第1の要素(26は、第3の湾曲面をさらに備えており、前記第2の要素(28は、第4の湾曲面をさらに備えており、前記第3および第4の湾曲面は、前記第1の旋回点(46を中心として湾曲していることを特徴とする、請求項1に記載の補綴移植片(12,14
  4. 前記骨接触面(24は、第1の面を画定する平面部分(131を備えており、前記第1の旋回点は、前記第1の平面に沿って配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の補綴移植片(12,14
  5. 前記骨接触面(24)は、第1の平面を画定する平面部分(131)を備えており、前記第1の旋回点は、前記第1の平面から離れて配置されていることを特徴とする、請求項に記載の補綴移植片(12,14
  6. 前記移植片は、大腿骨コンポーネントであることを特徴とする、請求項1に記載の補綴移植片(12,14
  7. 前記移植片は、脛骨コンポーネントであることを特徴とする、請求項に記載の補綴移植片(12,14
  8. 前記移植片は、膝蓋−大腿骨コンポーネントであることを特徴とする、請求項1に記載の補綴移植片(12,14
  9. 前記第3の要素(30)は、少なくとも部分的に円弧状になっており、前記第3の要素(30)を受け入れるための大腿骨の遠位部分の窪み(56)にスナップ嵌合するようになっていることを特徴とする、請求項1に記載の補綴移植片(12,14
  10. 前記第1の旋回点(46)および前記第2の旋回点(46)は、同じ位置にあることを特徴とする、請求項1に記載の補綴移植片(12,14
  11. 前記第1の旋回点(46)および前記第2の旋回点(65)は、互いに異なる位置にあることを特徴とする、請求項1に記載の補綴移植片(12,14
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