JP7170126B2

JP7170126B2 - 人工膝関節

Info

Publication number: JP7170126B2
Application number: JP2021513506A
Authority: JP
Inventors: 大惟清友; 貴之井上
Original assignee: Teijin Nakashima Medical Co Ltd
Current assignee: Teijin Nakashima Medical Co Ltd
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2040-02-18
Also published as: US20220160513A1; EP3954335A4; EP3954335B1; JPWO2020208942A1; WO2020208942A1; CN113631123A; EP3954335A1

Description

本発明は、人工膝関節に関する。

人工膝関節は、変形性膝関節症、慢性関節リウマチ、骨腫瘍を罹患した患者や、外傷等を負った患者の膝関節と置換される。人工膝関節は、大腿骨の一部と代替される大腿骨コンポーネントと、脛骨の一部と代替される脛骨コンポーネントを含む。場合によっては、人工膝関節は、膝蓋骨コンポーネントを含むことがある。

一般的に、大腿骨コンポーネントは内顆および外顆を含み、脛骨コンポーネントは内顆を受ける内側摺動面および外顆を受ける外側摺動面を有する（特許文献１参照）。

特許第３７８１１８６号公報

ところで、従来の人工膝関節でも健常な膝関節に近い動きを実現できるものの、その再現度をより向上させることが望まれる。

そこで、本発明は、健常な膝関節と同様の動きを実現することができる人工膝関節を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、健常な膝関節では、伸展位において大腿骨の遠位部（脛骨側の端部）の内外方向の中心が脛骨の近位部（大腿骨側の端部）の内外方向の中心よりも内方に寄っていることを発見した。一方、従来の人工膝関節では、内外方向において大腿骨コンポーネントの中心と脛骨コンポーネントの中心とが一致していた。そこで、それらの内外方向の中心をずらせば健常な膝関節と同様の動きを実現できるのではないかと考えた。本発明は、このような観点からなされたものである。

すなわち、本発明の膝関節は、内顆および外顆を含む大腿骨コンポーネントと、前記内顆を受ける内側摺動面および前記外顆を受ける外側摺動面を有し、前記内側摺動面および前記外側摺動面の内外方向の曲率半径が前後方向の所定範囲において前方から後方に向かって大きくなる脛骨コンポーネントと、を備え、内外方向において、伸展位での前記内顆の最下点と前記外顆の最下点との中間点が前記脛骨コンポーネントの中心に対して前記脛骨コンポーネントの幅の２～１０％だけ内方に位置するように、前記内側摺動面および前記外側摺動面が内方に寄せられている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、内外方向においては、人工膝関節を装着した患者の大腿骨と脛骨との相対位置関係が伸展位では健常な人の大腿骨と脛骨との相対位置関係と同様となる。屈曲位に関しては、膝の屈曲に伴って大腿骨コンポーネントが後方へ移動することが知られている。内側摺動面および外側摺動面の内外方向の曲率半径は前方よりも後方の方が大きいため、膝の屈曲に伴って大腿骨コンポーネントが後方へ移動すると、内外方向における大腿骨コンポーネントの拘束力が低下する。その結果、靭帯や関節包を含む軟部組織の張力などによって大腿骨コンポーネントが内外方向へ移動し易くなる。すなわち、膝を屈曲したときでも人工膝関節を装着した患者の大腿骨と脛骨との相対位置関係は健常な人の大腿骨と脛骨との相対位置関係と同様となり得る。このため、人工膝関節を装着したときの軟部組織の緊張および弛緩のバランスが健常な膝関節と近似する。従って、健常な膝関節と同様の動きを実現することができる。

前後方向において、伸展位での前記内顆と前記内側摺動面との接触位置は、前記脛骨コンポーネントの後端から前記脛骨コンポーネントの長さの４０～６５％の範囲内にあってもよい。この構成によれば、前後方向においても、人工膝関節を装着した患者の大腿骨と脛骨との相対位置関係が、健常な人の大腿骨と脛骨との相対位置関係と同様となる。

前記脛骨コンポーネントの上面における前記大腿骨コンポーネントよりも外方に張り出す端部には、外方に向かって下向きに傾斜する傾斜面が形成されていてもよい。この構成によれば、外側側副靭帯と脛骨コンポーネントとの干渉を回避することができる。

内外方向における前記内側摺動面の最下点を前後方向に連ねた最下点ラインが前方に向かって内向きに湾曲してもよい。この構成によれば、膝を屈曲したときに大腿骨コンポーネントの後方への移動に伴って大腿骨コンポーネントを外方へ誘導することができる。

本発明によれば、健常な膝関節と同様の動きを実現することができる。

本発明の一実施形態に係る人工膝関節の分解斜視図である。図１に示す人工膝関節の装着状態の断面図である。図２のIII－III線に沿った断面図である（大腿骨および脛骨は省略）。脛骨コンポーネントの平面図である。図４のV－V線に沿った断面図である。図４のVI－VI線に沿った断面図である。

図１に、本発明の一実施形態に係る人工膝関節１を示す。本実施形態の人工膝関節１は、左足用のものであり、図１の左下方向が内方、右上方向が外方であり、図１の右下方向が前方、左上方向が後方である。図２は、人工膝関節１の装着状態の断面図である。

人工膝関節１は、大腿骨１１の一部が切除され、これと代替される大腿骨コンポーネント２と、脛骨１２の一部が切除され、これと代替される脛骨コンポーネント３を含む。なお、図２中の符号１３は外側側副靭帯、符号１４は内側側副靭帯、符号１５は前十字靭帯、符号１６は後十字靭帯である。

大腿骨コンポーネント２は、コバルトクロム合金やチタン合金などの金属からなる。大腿骨コンポーネント２は、大腿骨１１の前方切除面に固定される前壁２１と、前壁２１の下端部から大腿骨１１の下方を通って大腿骨１１の後方まで延在する内顆２２および外顆２３を含む。

内顆２２および外顆２３は、互いに内外方向に離間している。内顆２２と外顆２３の間の隙間は、前十字靭帯１５および後十字靭帯１６との干渉を回避するためのものである。また、前壁２１の下部には、内顆２２と外顆２３の間を通って前後方向に延びる、膝蓋骨または膝蓋骨コンポーネントが摺動する膝蓋骨溝が形成されている。

内顆２２の外側面は、前後方向および内外方向に湾曲する三次元的な曲面となっている。同様に、外顆２３の外側面は、前後方向および内外方向に湾曲する三次元的な曲面となっている。

脛骨コンポーネント３は、本実施形態では、前十字靭帯１５を切除し、後十字靭帯１６を温存するタイプである。ただし、脛骨コンポーネント３は、前十字靭帯１５および後十字靭帯１６の双方を切除するタイプであってもよい。双方を切除するタイプの場合、脛骨コンポーネント３の略中央には上向きに突出する突起が形成される。あるいは、脛骨コンポーネント３は、前十字靭帯１５および後十字靭帯１６の双方を温存するタイプであってもよいし、後十字靭帯１６を温存し、前十字靭帯１５を再建するタイプであってもよい。

脛骨コンポーネント３は、コバルトクロム合金やチタン合金などの金属からなるベース４と、ポリエチレンなどからなる樹脂プレート５を含む。ベース４は、脛骨１２の上方切除面に固定されるプレート部４１と、プレート部４１の略中央から下向きに延びるステム４２を含む。さらに、ベース４は、プレート部４１およびステム４２に接続された三角形状のキール４３を含む。ベース４は、ステム４２およびキール４３に加えて、あるいはステム４２およびキール４３に代えて、後述する内側摺動面５１および外側摺動面５２の下方に位置する一対のペグ４４を含んでもよい。

樹脂プレート５は、平面視で、ベース４のプレート部４１と同じ形状の輪郭を有している。樹脂プレート５の上面には、大腿骨コンポーネント２の内顆２２を受ける内側摺動面５１と、大腿骨コンポーネント２の外顆２３を受ける外側摺動面５２が形成されている。

内側摺動面５１は、前後方向および内外方向に湾曲する三次元的な曲面となっている。同様に、外側摺動面５２は、前後方向および内外方向に湾曲する三次元的な曲面となっている。

より詳しくは、図４～６に示すように、内側摺動面５１の内外方向の曲率半径ＭＲは、前後方向の所定範囲において前方から後方に向かって大きくなっている。所定範囲は、例えば、内側摺動面５１を前後方向に三等分したときの中央の領域である。

同様に、外側摺動面５２の内外方向の曲率半径ＬＲは、前後方向の所定範囲において前方から後方に向かって大きくなっている。所定範囲は、例えば、外側摺動面５２を前後方向に三等分したときの中央の領域である。

内側摺動面５１および外側摺動面５２は、左右対称な位置に設けられているのではなく、内方に寄せられている。より詳しくは、図２に示すように、内外方向において、伸展位での内顆２２の最下点２２ａと外顆２３の最下点２３ａとの中間点２０が脛骨コンポーネント３の中心３０に対して脛骨コンポーネント３の幅Ｗ（図４参照）の２～１０％だけ内方に位置するように、内側摺動面５１および外側摺動面５２が内方に寄せられている。換言すれば、内外方向における中間点２０と脛骨コンポーネント３の中心３０との間の距離Ｄは、０．０２Ｗ以上０．１Ｗ以下である。なお、内外方向における脛骨コンポーネント３の中心３０は、内外方向における脛骨コンポーネント３の幅Ｗを二等分する線である。

また、図３に示すように、前後方向において、伸展位での内顆２２と内側摺動面５１との接触位置（内顆２２の最下点２２ａでもある）は、脛骨コンポーネント３の後端から脛骨コンポーネントの長さＬの４０～６５％の範囲内にある。換言すれば、脛骨コンポーネント３の後端から接触位置までの距離Ｌ１は、０．４Ｌ以上０．６５Ｌ以下である。

さらに、図２および図４に示すように、樹脂プレート５の上面（脛骨コンポーネント３の上面でもある）における大腿骨コンポーネント２よりも外方に張り出す端部には、外方に向かって下向きに傾斜する傾斜面５３が形成されている。本実施形態では、外側摺動面５２と傾斜面５３とが隣り合っており、それらの境界によって稜線が形成されている。

また、図３および図４に示すように、樹脂プレート５の上面における前方の端部にも、前方に向かって下向きに傾斜する傾斜面５４が形成されている。

さらに、脛骨コンポーネント３には、後十字靭帯１６との干渉を回避するための窪み３１が設けられている。窪み３１は、脛骨コンポーネント３の後端から前方に向かって窪んでいる。つまり、窪み３１と同一の形状の切り欠きが、ベース４のプレート部４１と樹脂プレート５の双方に形成されている。窪み３１は、内側摺動面５１および外側摺動面５２が内方に寄せられているのと同様に、内外方向における脛骨コンポーネント３の中心３０よりも内方に寄せられている。

以上説明したように、本実施形態の人工膝関節１では、脛骨コンポーネント３の内側摺動面５１および外側摺動面５２が内方に寄せられている。従って、内外方向においては、人工膝関節１を装着した患者の大腿骨１１と脛骨１２との相対位置関係が伸展位では健常な人の大腿骨と脛骨との相対位置関係と同様となる。屈曲位に関しては、膝の屈曲に伴って大腿骨コンポーネント２が後方へ移動することが知られている。内側摺動面５１および外側摺動面５２の内外方向の曲率半径ＭＲ，ＬＲは前方よりも後方の方が大きいため、膝の屈曲に伴って大腿骨コンポーネント２が後方へ移動すると、内外方向における大腿骨コンポーネント２の拘束力が低下する。その結果、靭帯や関節包を含む軟部組織の張力などによって大腿骨コンポーネント２が内外方向へ移動し易くなる。すなわち、膝を屈曲したときでも人工膝関節１を装着した患者の大腿骨１１と脛骨１２との相対位置関係は健常な人の大腿骨と脛骨との相対位置関係と同様となり得る。このため、人工膝関節１を装着したときの軟部組織の緊張および弛緩のバランスが健常な膝関節と近似する。従って、健常な膝関節と同様の動きを実現することができる。

さらに、本実施形態では、伸展位での内顆２２と内側摺動面５１との接触位置が脛骨コンポーネント３の後端から脛骨コンポーネント３の長さＬの４０～６５％の範囲内にある。従って、前後方向においても、人工膝関節１を装着した患者の大腿骨１１と脛骨１２との相対位置関係が、健常な人の大腿骨と脛骨との相対位置関係と同様となる。

また、脛骨コンポーネント３の上面の外方端部には傾斜面５３が形成されているので、外側側副靭帯１３と脛骨コンポーネント３との干渉を回避することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、人工膝関節１は、大腿骨コンポーネント２および脛骨コンポーネント３に加えて膝蓋骨コンポーネントを含んでもよい。

また、脛骨コンポーネント３の内側摺動面５１は、内外方向における内側摺動面５１の最下点を前後方向に連ねた最下点ラインが前方に向かって内向き（つまり、外側摺動面５２と反対向き）に湾曲するように構成されてもよい。この構成によれば、膝を屈曲したときに大腿骨コンポーネント２の後方への移動に伴って大腿骨コンポーネント２を外方へ誘導することができる。

また、脛骨コンポーネント３が前十字靭帯１５および後十字靭帯１６の双方を温存するタイプの場合、脛骨コンポーネント３は、平面視で内側摺動面５１と外側摺動面５２との間に後ろ向きに開口する溝が形成された略Ｕ字状となる。この場合、ステム４２およびキール４３は省略される。

１人工膝関節
２大腿骨コンポーネント
２０中間点
２２内顆
２２ａ最下点
２３外顆
２３ａ最下点
３脛骨コンポーネント
３０中心
５１内側摺動面
５２外側摺動面
５４傾斜面

Claims

内顆および外顆を含む大腿骨コンポーネントと、
前記内顆を受ける内側摺動面および前記外顆を受ける外側摺動面を有し、前記内側摺動面および前記外側摺動面の内外方向の曲率半径が前後方向の所定範囲において前方から後方に向かって大きくなる脛骨コンポーネントと、を備え、
内外方向において、伸展位での前記内顆の最下点と前記外顆の最下点との中間点が前記脛骨コンポーネントの中心に対して前記脛骨コンポーネントの幅の２～１０％だけ内方に位置するように、前記内側摺動面および前記外側摺動面が内方に寄せられている、人工膝関節。
前後方向において、伸展位での前記内顆と前記内側摺動面との接触位置は、前記脛骨コンポーネントの後端から前記脛骨コンポーネントの長さの４０～６５％の範囲内にある、請求項１に記載の人工膝関節。
前記脛骨コンポーネントの上面における前記大腿骨コンポーネントよりも外方に張り出す端部には、外方に向かって下向きに傾斜する傾斜面が形成されている、請求項１または２に記載の人工膝関節。
内外方向における前記内側摺動面の最下点を前後方向に連ねた最下点ラインが前方に向かって内向きに湾曲する、請求項１～３の何れか一項に記載の人工膝関節。