JP6165861B2 - 前十字靱帯の全人工膝関節の交換置換機能 - Google Patents

Description

本発明は、大腿骨と脛骨のコンポーネントが、全屈曲範囲にわたり前後変位の管理を提供する顆および顆間のベアリング表面を含む人工膝に関する。

このＰＣＴ出願は、２０１２年８月９日に出願された米国仮特許出願第６１／６８１４６５号の利益を主張し、その全体の開示が、その全体を参考として援用される。本明細書に引用されるおよびすべての参考文献は、、追加または代替の詳細説明、特徴、および/または技術的背景の教示のために適切に本明細書に参照により組み込まれる。

靭帯切除のために意図された膝関節の全置換の最初の顆置換型は、１９６０年代後半に設計されたフリーマン・スワンソン(Freeman, Swanson, Todd 1977)であった。

これは、安定性および摩耗を最小限にする、大きな接触面積を提供するためにローライントラフ平面が使用された。

また、１９６０年代後半において、ガンズトン（１９７１）は、大腿骨と脛骨顆に埋め込まれた独立したランナーからなる保守的な全人工膝関節を設計した。

１９７０年代の初期には、シードーム（１９７４）が、彼が半月板の存在とともに大腿骨表面および脛骨表面を直接複製した解剖膝標本に基づいて全膝関節を設計した。同様の概念が、特許でエワルドによって記述された。

全顆膝は、１９７０年代初頭において、正面と矢状面でベアリング面と部分的に合致するものとして設計された。弛緩性と安定性の適切な組み合わせを提供するためである (Walker, Wang, Masse 1974; Insall, Ranawat, Scott, Walker 1976)。

相対的な半径は、解剖学的膝と同様の機械的特性を提供するために計算された。

キネマスタビライザーとインサール-バースタインは、高い屈曲における前部への大腿骨の脱臼と後部への大腿骨の変位を防ぐために、顆間ポスト・カム機構を追加して設計した(Walker & Sathasivam, 2000; Robinson RD 2005)。

屈曲による後部への大腿骨の変位は、前方への大腿骨の脱臼を防止し、高い屈曲で、後部への大腿骨の変位を提供するための顆間ポスト・カム機構に追加されることにより達成された。

それ以来、これらの「後部への安定性」（ＰＳ）のデザインは、改変され、そして、洗練され、今や広範に使用されている。

一般的に、矢状面および前頭面のジオメトリは、屈曲の半ばから最大屈曲になるまで通常の接触で、顆間ポスト・カム機構が別々に設計される一方で、半径に一般的には似ている全顆と接続することによって定義される。

そのような設計では、外側および内側顆は、横方向または内側運動へのバイアスを与え、多くの場合、対称的である。

対称デザインは、単純に、大腿と脛骨の表面だけでなく、カムとポストのための両方のジオメトリを導出し使用できるが、解剖学的運動パターンが必要な場合、このようなアプローチは、より困難である。

前十字靭帯の両方が切除された設計の任意のタイプにとって、これらの靭帯が提供する制約を複製する問題は、今日における課題となっている。

特に、後部で衝突することなく、高い屈曲角度を達成するために大腿骨ロールバックを誘導しながら、屈曲を通じてＡＰの安定性と回転弛緩を提供することは、顆間ポスト・カム機構であっても、単独のベアリング面で達成するのは困難と思われる。

さらに最近では、外側での制約よりも大きな内側を提供するように設計が計画されている。

あるデザインコンセプト、内側ピボットは、内側区画のために、ボール・イン・ソケットと外側の低い制約の表面を使用している(Blaha 2004; Moonot, 2009).。

別の設計、ジャーニー膝(Reis, Victor, Bellemans 2006, Victor Bellemans 2006),は、より制約された内側と、その外側方向よりも大腿骨後方変位をもたらすカム・ピボットを有している。

これらのデザインは、より正常な運動学、特に、より活動的な患者において、機能を改善するために、現在多くの注目を受けている目標を達成することを意図している。

しかし、これまでのところ、これらの設計は、解剖学的運動と弛緩-安定特性を複製しないし、また一部の患者では、特定の運動異常を持っている。

したがって、そこで、通常の運動学の密接な復元が可能になり、設計の必要性が依然としてあり、信頼性と再現性を提供するものである。

実施形態では、全膝関節交換顆が開示されており、それは大腿骨と膝関節に負荷を運ぶ脛骨顆ベアリング表面を有しており、大腿骨と脛骨コンポーネントの両方の上の顆間案内面に、部分的に整合する。

顆間案内面は、特に屈曲範囲の前半の脛骨上での大腿骨の後方変位を制限することによって、前十字靭帯の機能を代替するように形成されている。

屈曲範囲の後半の間で、大腿骨は、上記大腿骨と脛骨顆ベアリング表面との間で、部分的整合から生じる脛骨上での後方に変位が許可される。

この基本設計の機能は、いくつかの他の機能を高めることができる。屈曲範囲の最初の半分以上で脛骨上での大腿骨の過度の前方変位の防止は、並置する前方の脛骨顆ベアリング表面の急な座面に対応して、内側大腿骨顆を急勾配の遠位前方の矢状曲線に形成することによって提供される。

屈曲の後半での脛骨上での大腿骨の後方変位は、浅い表面と組み合わせて脛骨の後方に向かって脛骨顆ベアリング表面上で最低点を生成することによって誘導される。

エッジでの接触なしで、脛骨上での大腿骨の内部および外部の回転のための供給は、顆間ガイド面を丸めることによって作られる。

内側での前後変位の削減と外側での前後変位の増加は、内側脛骨顆ベアリング表面の皿の増加および外側脛骨顆ベアリング表面の皿の減少によって提供される。

ここに実施形態では、全人工膝関節であって、

外側大腿顆状面および内側大腿骨顆状面との間に位置する大腿骨顆間ベアリング表面を含む大腿骨コンポーネントを備え、

前記顆間ベアリング表面は、後部位置にほぼ遠位の位置から延びて前記外側および内側大腿骨顆ベアリング表面のよりも小さい矢状半径を有しているが、前記外側および内側大腿骨顆部表面;の曲率中心の近くに曲率中心を持っており、：

脛骨部品は、前記大腿骨コンポーネントと接触する関節で、外側脛骨顆状面および内側脛骨顆状面との間に位置する脛骨顆間ベアリング表面を構成しており、

前記脛骨顆間面は、前記脛骨コンポーネントの中央に対して後部に位置する最小表面標高点に凹状であり、そこでは、ほぼ０（ゼロ）度の屈曲角のために、大腿骨顆間軸受面と前記脛骨顆間軸受面の部分は、共形であり、脛骨コンポーネントに対する大腿骨構成要素の後方変位を防止するように構成されており、前記大腿骨顆部表面の一部と前記脛骨関節丘表面が共形であり、前記大腿骨コンポーネントの前方変位を防止するように構成されており、

そして、約３０度の屈曲角のために、前記大腿骨顆間軸受面の部分と、脛骨顆間軸受面は共形であり、大腿骨構成要素の後方変位を防止するように構成されており、前記大腿骨顆部表面の一部とは、脛骨関節丘の表面が部分的に適合しており、

そして、約６０度の屈曲角のために、大腿骨顆間ベアリング面及び前記脛骨顆間ベアリング面との間に部分的な適合性があり、

そして、約９０度の屈曲角のために、接触がないように前記大腿骨顆間軸受面と前記脛骨顆間軸受面が構成されている。

添付の図面は、本明細書に組み込まれ、明細書の一部を形成して、本発明の実施形態のいくつかの態様を例示するものであり、実施形態を説明するのに役立つ。

図１は、大腿骨コンポーネントの後部外側の図である。 図２は、大腿骨コンポーネントの前方内側の図である。 図３は、脛骨コンポーネントの前方内側の図である。 図４は、顆間ベアリング表面を示す大腿骨および脛骨コンポーネントの中心を通って、 および０度の屈曲で外側大腿骨と脛骨顆の中心を通って示される矢状面の図である。 図５は、 顆間ベアリング表面を示す大腿骨および脛骨コンポーネントの中心を通って、および３０度の屈曲で外側大腿骨と脛骨顆の中心を通って示される矢状面の図である。 図６は、顆間ベアリング表面を示す大腿骨および脛骨コンポーネントの中心を通って、および６０度の屈曲で外側大腿骨と脛骨顆の中心を通って示される矢状面の図である。 図７は、顆間ベアリング表面を示す大腿骨および脛骨コンポーネントの中心を通って、および９０度の屈曲で外側大腿骨と脛骨顆の中心を通って示される矢状面の図である。 図８は、内側大腿骨と脛骨顆の中心を通って示される矢状面であり、０度の屈曲で、脛骨顆を示しており、および０度、３０度、６０度および９０度の屈曲で大腿顆を示す矢状面の図である。

実施例では、図１、図２、図３に示すように、大腿骨コンポーネント１は、前部２と、遠位部６と、後部８とから構成されている。

膝蓋骨（図示せず）に沿った膝蓋骨フランジ４と呼ばれる前方部２は、屈曲 - 伸展時にスライドする。

外側大腿顆１２と内側大腿顆１０は、両凸表面であり、それらに対応して、脛骨顆ベアリング（軸受け）表面２４と脛骨顆ベアリング表面２２とが対向して存在している。

大腿骨コンポーネントの内側表面１６は、小平面（ファセット）を含んでおり、それは、一般的に、大腿骨遠位部の用意された表面に接続するために用いられる。

大腿骨顆間ベアリング表面１４は、大腿骨顆１０と大腿骨顆１２との間に配置されており、遠位位置１８か後部位置１９へと延びている。

外側方向または内側方向側面より、矢状断面で見られる大腿骨顆間ベアリング表面の外径は、外側大腿骨顆１２と内側大腿骨顆１０の外径よりも小さい。

大腿骨顆間ベアリング面の遠位領域１８は、高屈曲であっても膝蓋骨に衝突しないように構成されている。

脛骨コンポーネント２０は、内側顆ベアリング表面２２、外側顆ベアリング表面２４、および脛骨顆間ベアリング表面２６とを含んでいる。

大腿骨と脛骨顆部と顆間表面の間の相互作用を説明する際に、我々は、大腿骨と脛骨との間の剪断の動き防止するように、大腿骨と脛骨の半径が同じであることを意味するものとして面内で整合性を定義する。

前記半径は全く同じものではなく、非常に接近している場合に、効果的に整合があることが理解されるであろう。

部分的な整合性は、動きが制限されるいくつかの剪断作用を許容するように、半径に差があることを意味する。半径の差が大きいほど、剪断運動が大きくなることが理解されるであろう。

顆ベアリング表面２２および２４は、その上に大腿骨顆１０および１２が位置される両凹形状の表面である。

矢状面および冠状面（前頭面）における脛骨顆ベアリング表面の半径の部分は、大腿骨顆１０および１２の半径の対応する部分よりも大きいかまたは同じである。

脛骨顆間ベアリング表面２６の矢状面における半径は、大腿骨顆間座ベアリング表面１４の矢状面における半径よりも大きいかまたは同じである。脛骨顆間ベアリング表面と、大腿骨顆間ベアリング表面は、それらが屈曲の中間範囲までほぼ整合するように構成されている。

大腿骨顆ベアリング表面１０および１２上の最も低い点は、脛骨顆ベアリング表面上の最も低い点２８および３０に、一般的に接触している。

一つの実施形態では、ポイント２８および３０、つまり脛骨顆ベアリング表面の最も低い点は、脛骨コンポーネントの中間点の後部に位置している。

顆間ベアリング表面は、屈曲の中間範囲までの拡張範囲にわたって、大腿骨が脛骨上の後方に移動することを防止できるように、整合するか部分的に整合している。

しかし、中間範囲を超えて屈曲が増大するにつれて、屈曲の範囲を増加するために、大腿骨のいくらかの後方変位が生じることは、好ましいことである。

脛骨顆表面上の最低点が、例えば後部から１０?２０ミリメートルの間で中間点の後部に、配置されている場合には、大腿骨顆は、好ましくは、重力に起因するこれらの最低点に配置するために、後方に移動されることになるだろう。これは顆間ベアリング表面が全く整合性を有しないか、全く接触を失うことによって達成される。

さらに、より解剖学的に挙動を改善するために、外側脛骨顆表面上の最低点は、内側脛骨顆表面上の最低点よりも脛骨コンポーネントの後部に接近させることができる。

解剖様機能のさらなる改善は、特に初期の屈曲で、脛骨に対する内側大腿骨顆の前方へのスライドを低減することによって達成することができる。これは、内側大腿顆１０および脛骨の対応する領域３０の両方の遠位前面の急峻性を増加させることによって達成することができる。

さらに解剖学的機能を生成するための更なる特徴は、内側で整合性を増加させ、外側で整合性を低減することである。これは、内側脛骨２２の矢状半径における減少と、外側脛骨２４の矢状半径の増加とによって達成することができる。

大腿骨と脛骨の顆表面のいずれかまたは両方に変更を加えることにより、これらの幾何学的な変更が達成できることが、理解されるであろう。

図４は、屈曲が０度のときの大腿骨と脛骨コンポーネントを貫き矢状面で描いた断面図である。

大腿骨顆間ベアリング表面５０と、脛骨顆間ベアリング表面５２は、脛骨コンポーネント上での大腿骨コンポーネントの後方変位を防止するように、密接して整合している。

脛骨上での大腿骨の前方スライドは、遠位-前方大腿骨と脛骨顆ベアリング表面５４との間で密接に整合することにより、制限されている。

図５では、３０度の屈曲で、脛骨上での大腿骨の後方変位を防止しながら、大腿骨と脛骨の顆間ベアリング表面とが未だに接近して整合している。しかしながら、遠位-前方大腿骨と脛骨顆ベアリング表面５６との間に部分的な整合が現在生じており、脛骨上での大腿骨のいくらかの前方変位を許容している。

図６では、６０度の屈曲で、脛骨上の大腿骨のいくらかの後方変位を許容しながら、大腿骨と脛骨顆間ベアリング表面５８との間ので部分的な整合が存在している。ここでも、遠位-前方部では、部分的な大腿骨・脛骨の顆表面整合６０が存在している。

図７では、９０度の屈曲により、脛骨上での大腿骨の後方変位を許容しながら、大腿骨と脛骨の顆間ベアリング表面６２の間には相互作用が存在しなくっている。しかしながら、外側および内側の脛骨顆ベアリング表面の最低点が、そのような場所６４で、より後方に なっているならば、大腿骨顆上の最低点は、脛骨顆表面６４上の最低点に配置されるように後方に移動するために、大腿骨を誘導するであろう。

脛骨顆表面上の最低点の位置は、内側よりも、外側で後部への変位を誘導して、それによって、脛骨上での大腿骨の軸回転を生成するために、内側に比べて外側でより後部を選択することができる。

また、３０度と６０度の屈曲では、また、部分的な大腿骨と脛骨の遠位前方整合６６が存在する。脛骨上での大腿骨の前方変位量は、 ポイント５６、６０及び６６において大腿骨と脛骨の表面を急峻に形成することによって、低減させることができる。

好ましい実施例に関する記述

本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者は様々な変更および改変が、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神または範囲から逸脱することなく本発明に対してなされ得ることを容易に理解するであろう。

本明細書に引用される全ての文献は、本明細書への追加または代替の詳細説明、特徴および/または技術的背景の教示のために、適切に援用される。

Claims (9)

1. 全人工膝関節であって、
   外側大腿骨顆ベアリング表面および内側大腿骨顆ベアリング表面との間に位置する大腿骨顆間ベアリング表面を含む大腿骨コンポーネントを備え、
   前記顆間ベアリング表面は、ほぼ遠位の位置から後部位置に延びて前記外側および内側大腿骨顆ベアリング表面の矢状半径よりも小さい矢状半径を有しているが、前記外側および内側大腿骨顆ベアリング表面;の曲率中心に接近した曲率中心を持っており、：
   脛骨コンポーネントは、前記大腿骨コンポーネントと接触する関節で、外側脛骨顆ベアリング表面および内側脛骨顆ベアリング表面との間に位置する脛骨顆間ベアリング表面を含んで構成しており、
   前記脛骨顆間ベアリング表面は、凹状で、前記脛骨コンポーネントの中央に対して後部に位置する最小表面標高点を伴っているものにおいて
   ほぼ０（ゼロ）度の屈曲角では、前記大腿骨顆間ベアリング表面と前記脛骨顆間ベアリング表面の部分は、整合しており、前記脛骨コンポーネントに対する前記大腿骨コンポーネントの後方変位を防止するように構成されており、前記大腿骨顆ベアリング表面と前記脛骨顆ベアリング表面の部分は、整合しており、前記大腿骨コンポーネントの前方変位を防止するように構成されており、
   そして、約３０度の屈曲角では、前記大腿骨顆間ベアリング表面の部分と、脛骨顆間ベアリング表面は整合しており、前記大腿骨コンポーネントの後方変位を防止するように構成されており、前記大腿骨顆ベアリング表面と前記脛骨顆ベアリング表面の部分が、部分的に整合しており、
   そして、約６０度の屈曲角では、前記大腿骨顆間ベアリング表面と記脛骨顆間ベアリング表面との間で部分的な整合があり、
   そして、約９０度の屈曲角では、接触がないように前記大腿骨顆間ベアリング表面と前記脛骨顆間ベアリング表面が構成されていることを特徴とする全人工膝関節。
2. 請求項１に記載の全人工膝関節において、
   前記大腿骨と脛骨の顆間ベアリング表面の矢状半径は、前記大腿骨の遠位端から後部まで、前記外側および内側のベアリング表面の半径よりも、３〜６ミリメートル少ないことを特徴とする全人工膝関節。
3. 前記脛骨顆間ベアリング表面が、屈曲が約０〜６０度の範囲で相互作用することを特徴とする請求項１に記載の全人工膝関節。
4. 脛骨顆間面の矢状半径は、大腿骨顆間面より０〜５ミリメートル大きいことを特徴とする請求項１に記載の全人工膝関節。
5. 前記顆間ベアリング表面の中心は、０〜５ミリメートルと同等の角度で前記顆ベアリング表面の中心から逸脱していることを特徴とする請求項１に記載の全人工膝関節。
6. 前記内側大腿顆の遠位前方は、並置する前方の脛骨ベアリング表面の勾配の増加に対応して、矢状面でみて急峻に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の全人工膝関節。
7. 前記外側および内側の頚骨ベアリング表面上の最低点は、前記脛骨コンポーネントの後部から１０〜２０ミリメートルの間であることを特徴とする請求項１に記載の全人工膝関節。
8. 前記外側脛骨顆上の最低点は、前記内側脛骨顆よりもさらに後方であることを特徴とする請求項７に記載の全人工膝関節。
9. 前記内側脛骨顆の矢状半径は、前記外側脛骨顆の矢状半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の全人工膝関節。

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