KR100982369B1

KR100982369B1 - 무릎 인공 보철물

Info

Publication number: KR100982369B1
Application number: KR1020057001338A
Authority: KR
Inventors: 켈러아놀드
Original assignee: 발데마르 링크 게엠베하 운트 코.카게
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2010-09-14
Also published as: ES2727837T3; BR0312901A; AU2003253322B2; JP2006502758A; WO2004012633A1; CN1671337A; AU2003253322A1; EP1384454A1; CN100415186C; CA2492240A1; BRPI0312901B8; CA2492240C; BR0312901B1; US20050246029A1; JP4485359B2; KR20050026512A; ZA200501247B; EP1524954B1; EP1524954A1; US7232465B2

Abstract

본 발명은 한 쌍의 관절 슬라이딩면(5)을 형성하는 대퇴부의 인공 보철부(1)와, 상기 관절 슬라이딩면(5)과 협동 작용하는 경골 슬라이딩면(9)을 갖는 경골부(2)와, 대략 경골과 평행한 회전축(12)에 대해 회전될 수 있도록 상기 대퇴부와 경골부(1, 2)를 연결하는 연결부(10)를 포함하는 무릎 인공 보철물에 관한 것이다. 대퇴부 및 경골부(1, 2)가 동일하게 전후 방향으로 정렬될 경우, 하중은 경골의 슬라이딩면(9)의 중앙 영역(14)에 의해 전달된다. 본 발명에 따르면, 경골의 슬라이딩면(9)은 두 개의 인공 보철부(1, 2)가 서로에 대해 회전될 경우, 관절의 슬라이딩면(5) 각각은 수직 접촉 영역(14)의 앞 또는 후에서 경골의 슬라이딩면(9)에 대응되게 접촉된 채로 유지되는 방식으로 상기 영역(14)의 앞 또는 뒤에서 상방으로 경사진다.

인공 보철부, 관절, 대퇴부, 경골부, 관절, 슬라이딩면

Description

무릎 인공 보철물{KNEE PROSTHESIS}

본 발명은 무릎 인공 보철물에 관한 것이다.

인간의 무릎 관절(joint)을 대체하기 위하여, 인대 조직(ligament apparatus)의 보존 상태에 의존되는 대퇴부(femoral part) 및 경골부(tibial part)에 사용되는 인공 보철물 유형들은 서로 압박(constraint)의 정도가 더한지 덜한지에 따라 안내된다. 이것은 무릎 운동, 소위 횡방향에 대한 굴곡(flexion) 운동, 경골 방향에 대략 평행하게 주행하는 회전축에 대한 회전 운동, 및 전후 방향(anteroposterior direction)으로의 횡적 운동의 주(main) 자유도에 관한 것이다. 최소 상호 압박 안내도(least degree of mutual constrained guidance)는 단순히 한 쌍의 대퇴부 관절(condyle) 및 경골 슬라이딩면으로 이루어진 연결되지 않은 인공 보철물로 불리는 것으로 알려져 있다. 그것들은 인대 조직이 잘 보존된 경우에 사용된다. 다른 극단(extreme)은 인대 조직이 불충분하게 보존된 경우에 사용되고, 무릎의 굴곡 운동이 제한되는 힌지 인공 보철물에 의해 구성된다(EP-A-42 04 60, DE-OS-29 01 009). 이런 극단들 사이에서, 대퇴부와 경골부 간에 회전 베어링을 형성함에 의해, 회전 운동을 위한 안내 기능을 대신하는 중간부(intermediate part)를 포함하는 부분적으로 연결된 장치들의 변화도(varying degree)가 있다.

회전 운동을 허용하는 부분적으로 연결된 인공 보철물들 사이에서, 두 개의 유형으로 분류된다. 제1 유형으로, 전체 하중은 경골부에 대해 회전 베어링을 형성하고 대퇴부에 대해 굴곡 힌지 조인트를 형성하는 중간 조인트(intermediate joint) 구성요소를 거쳐 전달된다(DE-C-26 60 623). 이런 경우, 관절의 슬라이딩면은 굴곡 운동에 대해서만 의도되기 때문에, 그것들은 대향면과 일치되게 설계될 수 있다. 따라서, 대향면은 같은 곡률 반경을 갖는 오목하게(cancave) 이루어진다. 부분적으로 연결된 인공 보철물의 제2 유형은 중간 조인트 구성요소를 거치지 않지만, 이들과 협동 작용하는 관절의 슬라이딩면에서 경골의 슬라이딩면으로 직접 하중을 전달한다(EP-A-174 531). 이런 경우, 관절 슬라이딩면과 경골의 슬라이딩면 사이에서 굴곡 운동뿐 아니라 회전 운동도 일어난다. 이런 이유로, 경골의 슬라이딩면은 관절의 슬라이딩면과 일치되게 이루어지지 않는다. 만일 그것들이 자유로운 회전 운동이 허용된다면, 경골의 슬라이딩면은 편평해야 한다. 일반적으로, 그것들은 대퇴부와 경골부가 전후 방향으로 동일하게 정렬될 경우, 그것들이 관절 표면과 협동 작용하는 영역(수직 접촉 영역)의 앞에서 상방으로 조금 경사지도록 허용된다. 이것은 회전 시에, 회전되는 동안 경골의 슬라이딩면에 대해 전방에 위치된 관절의 슬라이딩면이 들어올려지는 효과를 갖는다. 이는 조인트로부터 전달되는 하중 하에서, 가능한 인공 보철부가 동일한 전후 방향 정렬을 갖는 수직 위치로 돌아오게 되는 회복 토크를 발생시킨다. 경골부에 대한 회전과 그것에 의해 대퇴부가 들어올려지는 동안, 후방으로 이동된 관절 표면은 경골의 슬라이딩면과의 접촉이 떨어진다. 전체 하중은 그런 다음, 마모를 증가시킬뿐 아니라 회전 베어링 영역에 소정 휨 모멘트를 유도하는 타측에 전달되어야 한다. 이런 종래의 기술로부터, 본 발명의 개시가 청구항 1의 서두에 나타내었다.

공지된 공개 공보 (DE-A-41 02 509)에서, 부분적으로 연결된 인공 보철물은 대퇴부 슬라이딩면(관절 슬라이딩면)과 경골 슬라이딩면 사이에서 일어나는 굴곡 운동과 회전 운동 모두를 설명한다. 관절 슬라이딩면은 시상면 및 전방면에서 볼록하게 라운드져 있다. 경골 슬라이딩면의 도면에 의하면, 경골 슬라이딩면은 관절 슬라이딩면의 형상과 일치하고 상보 관계에 있음을 알 수 있다. 이것에 의해 굴곡축(flexion axis) 둘레로 서로에 대한 무릎 구성요소의 굴곡 운동을 가능하게 하지만, 경골의 방향과 평행한 축 둘레의 회전 모멘트에 대해서는 큰 저항력을 제공한다. 따라서, 공지된 인공 보철물은 이런 회전 운동에 대해서는 적합하지 않다. 그러나, 그런 회전이 일어날 경우, 관절 슬라이딩면이 경골 슬라이드 오목부(tibial slide depression)로부터 튀어나와서, 추가 회전에 대해 인공 보철물의 안정성을 더 이상 유지할 수 없다. 또한, 관절 슬라이딩면은 경골 슬라이드 오목부의 에지(모서리)에만 놓여지고, 하중을 받는 상태에서 이들을 변형시킨다. 공개 공보는 회전을 가능하게 하는 동시에, 회전시의 안정성을 확보하고, 회전시에는 인공 보철물에 손상을 입히지 않는 방식으로 힘을 전달하기 위해, 어떻게 슬라이딩면이 형상화되어야 하는지에 관한 정보를 제공하지 않는다.

종래의 기술로부터 개시(starting out)는 청구항의 서두에 설명되었고, 본 발명의 목적은 경골의 종축 둘레로 회전될 때, 인공 보철물 구성요소들 간의 힘 전달을 향상시키는 것이다. 해결책은 청구항 1의 특징에 있다.

따라서, 경골 슬라이딩면은 수직 접촉 영역의 뒤에서 상방으로 경사져 있고, 특히 회전 시에는 두 개의 관절 슬라이딩면 각각이 관련 경골 슬라이딩면과 접촉하도록 경사져 있다. 즉, 한쪽의 관절 슬라이딩면은 수직 접촉 영역의 전방에서 경골 슬라이딩면의 상방으로 경사진 경사부와 접촉되고, 다른 쪽의 관절 슬라이딩면은 수직 접촉 영역의 후방에서 상방으로 경사진 영역과 접촉된다.

이러한 원리는, 양쪽의 인공 보철부재에 대해 고정되는 회전축을 갖는 무릎 인공보철물에 유리하게 적용할 수 있다. 즉, 서로에 대해 인공 보철부재의 전후 방향 운동이 일어나지 않는다. 수직 접촉 영역의 후방에 있는 경골 슬라이딩면의 상방으로의 경사는 수직 접촉 영역의 전방에서의 경골 슬라이딩면의 상방으로의 경사와 대략 같다. 그러나, 본 발명은 또한 회전축이 두 개의 인공 보철부재 중 하나에 대해 전후 방향으로 대체 가능한 인공 보철물에 사용될 수 있다. 관절 슬라이딩면은 양 관절에 대한 힘의 전달 상태를 서로 상쇄하도록 전후 방향으로 경골 슬라이딩면에 대해 위치된다.

경골 슬라이딩면과 협동 작용하는 관절 슬라이딩면의 그 부분의 곡률 반경이 굴곡면에서 실질적으로 일정할 경우, 즉 관절 슬라이딩면이 원호와 같은 형상인 경우, 기하학적 관계는 특히 단순하고 명료하다. 그러나, 본 발명은 상기한 사례가 아닐 경우에도 사용될 수 있다. 만일 관절면 코스(course)가 불규칙한 경우이더라도, 전후 방향으로 대퇴부 및 경골부의 상대적인 운동을 제공하는 것이 적절하다. 이는 관절 슬라이딩면이 아르키메데스 나선(Archimedes spiral)의 방식으로 형상화될 경우 필요하지 않다. 관절 슬라이딩면의 프로파일은 일반적으로 일정해야 한다.

본 발명은 유리한 실시예를 설명하는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.

도1은 인공 보철물의 측면도를 도시한 것이다.

도2는 경골 슬라이딩면의 평면도를 도시한 것이다.

도3은 경골 슬라이딩면을 관통한 단면도를 도시한 것이다.

도4 및 도5는 회전되는 대퇴부의 대향측으로부터의 두 개의 측면도를 도시한 것이다.

인공 보철물은 공지된 방식대로, 대퇴골(femur)의 하단부 및 경골의 상단부에 각각 핀(3, 4)을 통해 고정되는 대퇴부(1) 및 경골부(2)를 갖는다. 대퇴부(1)는 전면에서 슬개골(patellar) 슬라이딩면(6)을 함께 형성하는 한 쌍의 관절 슬라이딩면(5)을 구비한다. 경골부(2)는 상면에 예를 들면, 폴리에틸렌(polyethylene) 같은 슬라이딩을 촉진하는 소재로 이루어진 소위 경골 고원(plateau)(8)이 고정되는 지지판(support plate)(7)을 형성하고, 상기 경골 고원(8)은 바람직하게는 연마된 금속으로 이루어진 관절 슬라이딩면(5)이 슬라이드되는 경골 슬라이딩면(9)을 형성한다. 대퇴부(1) 및 경골부(2)는 연결부(10)에 의해 서로 연결된다. 연결부(10)는, 한편으로 대퇴부(1)와 함께 굴곡축(11)을 구비한 굴곡 베어링을 형성하고, 다른 한편으로 경골부(2)와 함께 회전축(12)을 구비한 회전 베어링을 형성한다. 이런 구성의 상세한 것은 참고문헌으로, 본 출원의 주제를 개시하는 유럽 특허 출원 제1,110,261호 및 제1,111,551호에서 설명된다.

비회전 위치(도1)에서, 관절 슬라이딩면(5)은 경골 슬라이딩면(9)의 수직 접촉 영역(14) 상에 관절 슬라이딩면의 영역(13)과 함께 정지해 있다. 영역(13)은 반경에 대략 수직한 방향으로 움직이고, 수직 접촉 영역(14)은 회전축(12)에 대략 수직한 방향으로 움직인다. 굴곡 운동이 발생하는 경우, 영역(13)과 관절 슬라이딩면의 후단부(15) 사이에 있는 부분(portion)은 경골 슬라이딩면(9)과 접촉될 수 있게 된다. 도시된 실시예에서, 이 부분은 굴곡축(11)에 대해 일정 반경의 원의 아크로서 연장된다. 관절 슬라이딩면의 프로파일은 이 부분에서 일정하다. 경골 슬라이딩면(9)의 수직 접촉 영역(14)은 협동 작용하는 관련된 관절 슬라이딩면의 부분(13 내지 15)과 동일한 프로파일(정면 섹션에서)을 갖는다. 이것은 비회전 상태에서, 이론적인 선형 접촉이 존재한다는 것을 의미한다. 실제로는, 표면 접촉은 경골 슬라이딩면(9)의 소재의 유연성(compliance)에 따른 결과로써 얻어진다.

영역(13)의 전방에 있는 관절 슬라이딩면 및 슬개골 슬라이딩면의 부분(6)은 인공 보철물의 경골부(2)에 가하는 하중의 전달에 관해서는 중요하지 않다.

경골 슬라이딩면(9)은 도3에 도시된 바와 같이, 시상면(sagittal plane)에서 조금 오목하게 이루어진다. 그 곡률 반경은 관절 슬라이딩면의 부분(13 내지 15)의 곡률 반경보다 상당히 크다. 이것은 회전 시에 필요하다. 즉, 관절 슬라이딩면은 수직 접촉 영역(14)으로부터 시작해서 -실질적으로 방해 없이- 약간의 거리를 전후로 움직일 수 있도록 한다. 강력한 회전 시에, 관절 슬라이딩면(5)은 수직 접촉 영역(14)을 떠난다. 일측에서는(도4 참조), 관절 슬라이딩면(5)은 수직 접촉 영역(14)의 전방에 있는 경골 슬라이딩면의 전방 상향 경사부(16)에서 움직인다. 타측에서는(도5), 관절 슬라이딩면(5)은 경골 슬라이딩면(9)의 후방의 후방 상향 경사부(17)에서 움직인다.

경골 슬라이딩면은 이런 회전 시에, 관절 슬라이딩면(5)이 양쪽 면에서 경골 슬라이딩면(9)과 접촉을 유지하도록, 즉 한쪽에서는 전방 상향 경사부(16)와 접촉하고, 다른 쪽에서는 후방 상향 경사부(17)와 접촉하는 형상이 이루어진다.

이들 부분들에서 관절 슬라이딩면(5)과 경골 슬라이딩면(9) 사이의 선형 접촉을 유지하기를 바란다면, 경골 슬라이딩면(9)은 그것들이 회전축(12)을 포함하는 단면(sectional plane)에서 회전축(12) 둘레의 원형 아크 방향(20)으로 관절 슬라이딩면(5)과 동일한 프로파일을 가지도록 형상이 이루어질 수 있다. 이것은 관절 슬라이딩면의 프로파일을 갖고 회전축(12) 둘레를 회전하는 도구의 도움으로 쉽게 얻을 수 있다. 그러나, 이것은 상대적으로 복잡하다. 전후 방향으로 움직이는 도구에 의해 경골의 슬라이딩면(9)을 밀링(mill)하는 것이 보다 간단하다. 본 사례에서, 회전이 일어날 경우, 관절 슬라이딩면(5)과 경골 슬라이딩면(9) 사이의 이상적인 선형 접촉은 수직 접촉 영역(14)으로부터 제거되는 각 접촉점보다 큰 범위로 분배된다. 그러나, 이것은 그런 강한 회전이 상대적으로 거의 발생하지 않고 수직 접촉 영역(14)으로 유지된 하중 전달 기간이 제한되기 때문에 문제되지 않는다. 그런 강한 회전이 발생할 경우, 경골 슬라이딩면과 협동 작용하는 두 개의 관절 슬라이딩면 중 단지 한쪽만 아니라 양쪽 모두에 중요하다.

Claims

한 쌍의 관절 슬라이딩면(5)을 형성하는 대퇴부(1)와, 상기 관절 슬라이딩면(5)과 협동 작용하는 경골 슬라이딩면(9)을 갖는 경골부(2)와, 대퇴부(1)와 굴곡 베어링을 형성하고 경골부(2)와 회전 베어링을 형성함으로써 대퇴부(1) 및 경골부(2)를 연결하는 연결부(10)를 포함하고, 상기 회전 베어링은 대퇴부(1) 및 경골부(2)에 관하여 경골에 평행하게 고정되는 회전축(12)을 구비하며, 상기 대퇴부(1)와 경골부(2)가 동일한 전후 방향으로 정렬될 때 상기 경골 슬라이딩면(9)은 관절 슬라이딩면(5)과 협동 작용하는 수직 접촉 영역(14)을 갖는 무릎 인공 보철물에 있어서,

상기 경골 슬라이딩면(9)은, 비회전시에 수직 접촉 영역(14) 후방에서 경골 슬라이딩면과 협동 작용하는 관절 슬라이딩면(5)의 부분(13 내지 15)의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경으로 수직 접촉 영역(14)의 전방 및 후방에서 상방으로 경사져 있고,

회전 시에 두 개의 관절 슬라이딩면(5) 각각이 관련된 경골 슬라이딩면(9)과 접촉된 상태를 유지함에 있어서, 상기 관절 슬라이딩면(5) 중 하나는 수직 접촉 영역(14)의 전방에서 관련된 경골 슬라이딩면과 접촉된 상태를 유지하고, 상기 관절 슬라이딩면(5) 중 다른 하나는 수직 접촉 영역(14)의 후방에서 관련된 경골 슬라이딩면과 접촉된 상태를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 무릎 인공 보철물.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 경골 슬라이딩면(9)과 협동 작용하는 관절 슬라이딩면(5)의 부분(13 내지 15)의 곡률 반경이 굴곡면 내에서 일정한 것을 특징으로 하는 무릎 인공 보철물.