KR101184905B1 - 인공 슬관절 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패드에 의해 대퇴골과 경골 사이의 얼라인먼트 또는 밸런싱(신전 간격 및 굴곡 간격) 조절이 가능한 인공 슬관절 부속품에 관한 것이다.

Description

인공 슬관절 {Artificial knee joint}
본 발명은 얼라인먼트 또는 밸런싱 조절이 가능한 인공 슬관절에 관한 것이다.
신체를 이루는 무수한 관절 중, 슬관절은 무릎관절로서 경골과 대퇴골 사이를 연결하는 관절부위이다. 슬관절은 대퇴골 하단과 경골 상단 및 슬개골(무릎뼈)의 후면 사이에 있는 관절로서 다리를 무릎에서 뒤쪽으로 굽히는 기능을 한다. 슬관절은 체중을 지탱해 주는 역할 외에 가장 활동적인 관절이기 때문에 연골 및 뼈조직의 노화로 퇴행성 관절염이 가장 많이 발생하는 관절이며 또한 상해가 가장 많이 발생하는 관절이다.
슬개골의 뒷면은 4mm 내지 6mm 두께의 연골로 덮여 있으며, 무릎을 구부리고 피는 과정에서 허벅지뼈(대퇴골)의 말단부 전방의 관절면을 위 아래로 이동하면서(슬개-대퇴 관절) 대퇴사두근의 무릎을 펴주는 힘을 향상시켜준다. 평지를 걸을 때 슬개-대퇴 관절에 가해지는 압력은 몸무게의 한배 반에 해당하며, 층계를 올라갈 때는 몸무게의 5-6배, 쪼그리고 앉았다가 일어날 때는 몸무게의 8배의 힘이 가해진다. 관절낭은 대퇴골 하단의 가장자리에서 시작되어 경골 상단의 가장자리에 붙어 있다. 그 밖에 내측 및 외측의 측부인대, 관절낭 안에 있는 전후방 십자인대를 비롯하여 많은 튼튼한 인대에 의하여 뼈의 결합이 강화됨과 동시에 운동방향과 범위가 제한되어 있다.
그런데, 관절염에 의해 슬관절의 연골이 닳아서 통증이 발생하고 보행 불능 등 기능이 떨어져 있을 때는 인공 슬관절을 삽입하여 무릎관절을 대체하고 있다.
이러한 인공 슬관절과 관련하여 여러 가지 선행기술문헌이 알려져 있다.
[특허문헌1]은 대퇴골의 경골측 말단에 결합되는 대퇴골 결합부재와, 경골의 대퇴골측 말단에 결합되는 경골 결합부재로 이루어진 인공 슬관절에 있어서, 상기 대퇴골 결합부재와 경골 결합부재의 접촉면을 넓혀 체중부하 시 또는 무릎의 운동으로 과도한 힘이 부하될지라도 응력분포를 균일하고 일정하게 분산시킬 수 있도록 하는 대퇴골 결합부재와 경골 결합부재의 응력분산을 위한 인공 슬관절에 관한 것이다.
[특허문헌2]는 대퇴골의 경골측 말단에 결합되는 대퇴골 결합부재와, 경골의 대퇴골측 말단에 결합되는 경골 결합부재로 이루어진 인공 슬관절에 있어서, 상기 대퇴골 결합부재와 경골 결합부재의 사이에 위치하는 베어링 부재를 평면상으로 보았을 때, 상면 홈부(Groove)의 곡률이 전방 측과 후방 측이 다른 곡률을 갖도록 함으로써, 실제 무릎운동과 흡사하게 설계된 인공 슬관절에 관한 것이다.
[특허문헌2]의 인공 슬관절은 대퇴골(1)의 하부에 결합되는 대퇴골 결합부재(100)와 경골(3)의 상부에 결합되는 경골 결합부재(300) 및 상기 대퇴골 결합부재 및 경골 결합부재 사이에서 연골의 역할을 하는 베어링 부재(500)를 포함한다. 상기 대퇴골 결합부재(100)는 대퇴골 결합부재(100)에 수용될 수 있도록 하는 대퇴골 수용부(110)와 상기 대퇴골 수용부(110)에서 대퇴골과 더욱 견고하게 결합될 수 있도록 하는 고정돌기(150)를 포함하며, 하면에는 하기에서 설명할 베어링 부재(500)와 접촉하게 되는 곡면 형태의 접촉부(130)를 포함한다.
경골 결합부재(300)는 통상적인 인공 슬관절에서 경골의 상부에 내입되어 고정 결합되며 생체 적합성 소재로 이루어지는 것으로써, 하기에서 설명하게 될 베어링 부재(500)를 지탱한다.
상기 베어링 부재(500)는 상면에 상기 대퇴골 결합부재(100)의 접촉부(130)가 접촉하는 홈부(510)를 포함하고, 측면에서 보았을 때의 상기 베어링 부재(500)의 전방 및 후방 양 끝단에 형성된 전방 돌출부(530) 및 후방 돌출부(540)를 포함한다.
[특허문헌3]은 대퇴골의 경골측 말단에 결합되는 대퇴골 결합부재와, 경골의 대퇴골측 말단에 결합되는 경골 결합부재와, 상기 대퇴골 결합부재와 상기 경골 결합부재의 사이에 위치하는 베어링 부재로 이루어지며, 상기 대퇴골 결합부재는 캠을 포함하고 상기 베어링 부재는 포스트를 포함하는 후방십자인대 제거형 PS 타입의 인공 슬관절에 있어서, 상기 베어링 부재의 포스트 및 상기 대퇴골 결합부재의 캠 구조를 개선하여 상기 대퇴골 결합부재가 상기 베어링 부재의 상면에서 평면상으로 약간 회전하는 경우 그 운동을 자연스럽게 하여 상기 포스트의 손상을 최소화할 수 있도록 하며, 특히 포스트의 전방 함몰부를 통하여 대퇴골 결합부재가 무릎 안쪽까지 굽혀지는 경우(Flexion) 보다 자연스러운 굴림운동이 가능하도록 하며, 굴림운동에 따라 완전히 굽혀지는 경우 전방에 있는 슬개골과의 충돌을 방지하여 자연스러운 굽힘운동이 가능하도록 하는 인공 슬관절에 관한 것이다
[특허문헌4]는 대퇴골의 경골측 말단에 결합되는 대퇴골 결합부재와, 경골의 대퇴골측 말단에 결합되는 경골 결합부재와, 상기 대퇴골결합부재와 경골 결합부재의 사이에 위치하는 베어링 부재로 이루어진 인공 슬관절에 있어서, 무릎의 운동이 있는 경우 인대 손상을 방지하기 위하여 상기 대퇴골 결합부재의 후방 관절구(Posterior Condyle)의 끝단에 챔퍼를 형성하여 상기 대퇴골 결합부재가 뒤틀림 회전 등으로 인하여 인대를 손상시키는 것을 방지할 수 있도록 하는 인공 슬관절에 관한 것이다.
[특허문헌5]는 취부용 핀 부재가 통과하기 위한 홀을 구비하고 있으며, 경사진 전방면 및 후방면이 설치되어 있는 플레이트가 개시되어 있고 위 플레이트는 골 손실 보상을 위한 것으로 당초의 플랫폼의 두께에 더하여 플랫폼의 상면에 플레이트를 고정하여 대퇴부 요소의 두께를 증가시킬 수 있는 인공 슬관절에 관한 것이다.
[특허문헌1] 내지 [특허문헌4]는 모두 인공 슬관절의 세부 구조만을 개량하기 위한 것이고, [특허문헌5]는 수술 중 발견되는 골 조건 즉 골 손실 보상을 위한 플레이트를 개시하고 있다.
[특허문헌1] 등록특허공보 등록번호 10-0901524 [특허문헌2] 등록특허공보 등록번호 10-0904087 [특허문헌3] 등록특허공보 등록번호 10-0930727 [특허문헌4] 등록특허공보 등록번호 10-0901528 [특허문헌5] 미국특허공보 특허번호 4950298
수술한 다리의 기능을 보전하고 오래 사용하기 위하여는 무릎 인대 균형을 잘 맞추고 대퇴골과 경골 사이의 정렬(얼라인먼트)을 잘 맞추는 것이 필수적이다. 본 발명은 대퇴골과 경골 사이의 얼라인먼트를 조절할 수 있는 인공 슬관절의 부속품을 제공하기 위한 것이다.
대퇴골과 경골 사이의 밸런싱 즉 신전 간격과 굴곡 간격의 불균형을 조절할 수 있는 인공 슬관절의 부속품을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 인공 슬관절은, 대퇴골의 경골 측 말단에 결합되는 대퇴골 결합부재와, 경골의 상기 대퇴골 측 말단에 결합되는 경골 결합부재 중 적어도 어느 하나에 설치되어 대퇴골과 경골 사이의 얼라인먼트 또는 밸런싱을 조절하는 박판 형상의 패드를 포함한다.
또한 본 발명의 인공 슬관절의 부속품은, 상기 패드가 상기 대퇴골 결합부재의 아래 방향으로 설치되는 디스탈 패드, 상기 패드가 상기 대퇴골 결합부재의 후 방향으로 설치되는 포스테리어 패드 또는 상기 경골 결합부재의 좌우 방향으로 설치되는 하프 패드 중 적어도 어느 하나로 구성된 패드를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 인공 슬관절의 부속품은, 상기 디스탈 패드, 상기 포스테리어 패드 또는 상기 하프 패드 중 적어도 한 종류를 일측에 사용하여 관상면상 및 축상면상 얼라인먼트를 교정하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 인공 슬관절의 부속품은, 상기 디스탈 패드, 상기 포스테리어 패드 또는 상기 하프 패드 중 적어도 한 종류를 양측에 사용하여 밸런싱을 교정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 또는 밸런싱 조절이 가능한 인공 슬관절 부속품이다.
본 발명의 대퇴부 디스탈 패드(Femoral distal pad)와 경골 하프 패드(Tibial half pad) 중 어느 하나 또는 그 이상을 인공 슬관절의 편측에 사용하여 대퇴골과 경골 사이의 얼라인먼트 즉 메카니컬 액시스(mechanical axis)를 교정할 수 있다. 기능을 보전하고 오래 사용하기 위하여는 얼라인먼트가 2~3도, 신전 및 굴곡 간격이 2mm 이상만 어긋나도 기능이 현저히 떨어지고 생존률이 낮아지는 바 본 발명은 추가적인 골절제나 인대의 이완없이 이를 교정하는 효과를 가지고 있다.
본 발명의 대퇴부 디스탈 패드(Femoral distal pad)와 경골 하프 패드(Tibial half pad) 중 어느 하나 또는 그 이상을 인공 슬관절의 양측에 사용하여 대퇴골과 경골 사이의 밸런싱 즉 신전 간격과 굴곡 간격의 격차를 조정할 수 있다.
본 발명의 후방 패드 즉 대퇴부 포스테리어 패드(Femoral posterior pad)를 한쪽에 사용하면 회전 얼라인먼트(rotational axis)를 교정해 주는 작용을 하며 양쪽에 삽입하면 밸런싱 즉 신전간격과 굴곡간격의 격차를 조정할 수 있다.
이렇게 함으로써 골 절제의 양을 줄이고 과도한 인대 이완을 막음으로써 수술이 용이해지고 기능이 좋은 슬관절을 만들 수 있다.
또한 본 발명의 패드를 기존 오그먼트(augments)와 결합하여 사용하는 경우 bony defect의 복원 기능을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 기존 오그먼트만을 사용하여 시술할 때에 발생하는 골 절제량(bone resection volume)을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 인공 슬관절을 나타내는 도면
도 2는 대퇴골 결합부재 및 패드의 부착 상태를 나타내는 사시도
도 3 내지 도 5는 대퇴골 결합부재 및 하프패드의 부착 상태를 나타내는 측면도, 평면도, 정면도
도 6은 경골 결합부재 및 하프 패드의 부착 상태를 나타내는 사시도
도 7 내지 도 9는 경골 결합부재 및 패드의 부착 상태를 나타내는 측면도, 평면도, 정면도
도 10은 패드의 사용 개수 및 위치에 따른 효과를 정리한 테이블 및 도면
도 11은 인공 슬관절의 위치 및 효과를 설명하기 위한 좌표계
본 발명의 인공 슬관절은, 대퇴골의 경골 측 말단에 결합되는 대퇴골 결합부재(100)와, 경골의 상기 대퇴골 측 말단에 결합되는 경골 결합부재(300)와, 상기 대퇴골 결합부재(100)와 상기 경골 결합부재(300) 중 적어도 어느 하나에 설치되어 대퇴골과 경골 사이의 얼라인먼트 또는 밸런싱을 조절하는 박판 형상의 패드(160,170,180,190,370,380)를 포함한다.
상기 패드(160,170,180,190,370,380)는, 패드의 상면 및 하면이 상기 대퇴골 결합부재의 하 방향으로 설치되는 디스탈 패드(160,170), 상기 패드의 상면 및 하면이 상기 대퇴골 결합부재의 후 방향으로 설치되는 포스테리어 패드(180,190) 또는 상기 경골 결합부재의 좌우 방향으로 설치되는 하프 패드(370,380) 중 적어도 어느 하나로 구성된다.
[디스탈 패드(160,170)]
디스탈 패드(160,170)에는 결합 돌기(150)가 삽입되기 위한 구멍이 형성되어 있다. 디스탈 패드(160, 170)은 전체적으로 사각 형태를 이루고 있다. 디스탈 패드(160, 170)의 상면 및 하면은 대퇴골 결합부재(100)의 하 방향으로 설치되어 있다.
제1 디스탈 패드(160)는 사다리꼴 형태이고 대퇴골 결합부재(100)의 홈에 끼워져서 고정되는 것이 바람직하다.
제2 디스탈 패드(170)은 사각 형태의 패드로서 전방 모서리가 모따기 되어 있는 형태이다.
제1 디스탈 패드(160)와 제2 디스탈 패드(170)는 서로 쉽게 구분할 수 있을 정도로 모따기의 형태를 다르게 하는 것이 바람직하다.
제2 디스탈 패드(170) 역시 대퇴골 결합부재(100)에 형성된 홈에 끼워져서 고정되는 것이 바람직하다.
즉, 제1 디스탈 패드(160)와 제2 디스탈 패드(170)가 설치되는 포켓은 위 패드 들의 상/하/좌/우의 폭과 거의 동일한 크기(패드가 0.1mm 정도 작음)를 가지고 있다. 또한 제1 디스탈 패드(160)와 제2 디스탈 패드(170)는 포켓의 접촉부와 형상을 유사하게 하여 접촉부와 만나는 각 변의 길이를 최대화 하였다.
또한 시술 시에는 환자의 체액에 의해 시술자의 손에서 패드가 미끄러질 위험이 있으므로, 안정적으로 패드를 잡을 수 있도록 직선 구간을 최대화 하였다. 한편 일부 type에서는 self 적층이 가능하며, 모든 type에서 기존 augments와의 결합이 가능하여 시술 시 사용의 확장성을 보완하였다.
제1 디스탈 패드(160)와 제2 디스탈 패드(170) 중 어느 하나만을 대퇴골 결합부재(100)에 설치하는 경우 대퇴골과 경골 사이의 얼라인먼트를 조절할 수 있다. 즉, 제1 디스탈 패드(160)와 제2 디스탈 패드(170) 중 어느 하나만을 사용하는 경우 패드의 설치 폭 및 패드의 두께가 변화하게 되고 이에 따라 얼라인먼트가 조절되는 것이다. 즉, 대퇴골과 경골에 의해 이루어지는 메카니컬 액시스(mechanical axis)를 교정할 수 있는 것이다.
제1 디스탈 패드(160)와 제2 디스탈 패드(170) 모두를 대퇴골 결합부재(100)에 설치하는 경우 신전 간격(extension gap)을 교정할 수 있다. 즉 양측에 설치하면 신전간격이 줄어드는 효과를 가져와 신전간격이 줄어들기 때문에 수술시 신전간격이 넓어 균형이 맞지 않는 경우 균형을 맞출 수 있다.
[포스테리어 패드(180,190)]
포스테리어 패드(180,190)는 상부의 곡면부와 하부의 사각부가 연속적으로 형성되어 있는 형태이다. 포스테리어 패드(180,190)의 상면 및 하면은 대퇴골 결합부재(100)의 전후 방향으로 설치되어 있다.
제1 포스테리어 패드(180)와 제2 포스테리어 패드(190)를 구분할 수 있도록 제1 포스테리어 패드(180)의 외주면을 따라 돌기가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 제1 포스테리어 패드(180)와 제2 포스테리어 패드(190)를 구분할 수 있다면 상기 돌기 이외에도 다양한 표면 또는 이면의 형태를 구현할 수 있다.
제1 포스테리어 패드(180)와 제2 포스테리어 패드(190) 역시 포켓에 삽입되어 고정할 수 있도록 포켓과 거의 동일한 상/하/좌/우 길이(패드가 0.1mm 정도 작음)를 가지고 있다. 또한 디스탈 패드와 마찬가지로 각 변의 길이 및 직선 구간을 최대화하였다.
제1 포스테리어 패드(180)와 제2 포스테리어 패드(190) 중 어느 하나만을 대퇴골 결합부재(100)에 설치하는 경우 대퇴골과 경골 사이의 회전 얼라인먼트를 조절하고 굴곡시 내?외측 균형을 조절할 수 있다.
제1 포스테리어 패드(180)와 제2 포스테리어 패드(190) 모두를 대퇴골 결합부재(100)에 설치하는 경우 굴곡 간격을 교정할 수 있다.
[하프 패드(370,380)]
경골의 상기 대퇴골 측 말단에 결합되는 경골 결합부재(300)에는 하프 패드(370, 380)가 설치된다.
경골 결합부재(300)는 베이스(310)와 상기 베이스(310) 하부에 일체로 연결되어 아래 쪽으로 뻗어 있는 기둥(320) 및 베이스(310)의 저면과 기둥(320)의 측면을 일체로 연결하는 연결부(330)로 구성된다. 상기 연결부(330)의 표면 및 이면에는 다수개의 돌기와 홈이 파상 형태로 연속적으로 형성되어 있다.
제1 하프 패드(370)의 내측에는 연결부(330)가 삽입되기 위한 홈(372)이 형성되어 있다. 제1 하프 패드(370)는 홈(372)이 연결부(330)에 끼워져서 고정되는 것이 바람직하다.
제2 하프 패드(380)의 내측에도 연결부(330)가 삽입되기 위한 홈(384)이 형성되어 있다. 제2 하프 패드(370)는 홈(384)이 연결부(330)에 끼워져서 고정되는 것이 바람직하다
상기 제1 하프 패드(370) 및 제2 하프 패드(380) 중의 어느 하나를 사용하여 얼라인먼트를 교정할 수 있다.
상기 제1 하프 패드(370) 및 제2 하프 패드(380)를 동시에 사용하여 신전 간격 및 굴곡 간격을 동시에 교정할 수 있다.
[재질]
본 발명의 패드의 재질은 Titanium alloy 또는 Cobalt alloy가 바람직하고 Porous Pure Titanium, Porous Titanium alloy, Tantalum, Niobium를 사용하는 것이 가능하다.
[패드 사용을 위한 다양한 조합]
본 발명의 제1 디스탈 패드(160), 제2 디스탈 패드(170), 제1 포스테리어 패드(180), 제2 포스테리어 패드(190), 제1 하프 패드(370) 및 제2 하프 패드(380)는 단독으로 또는 나머지 패드와 조합하여 다양한 형태의 얼라인먼트 또는 밸런싱(신전 간격 또는 굴곡 간격)을 교정하는 것이 가능하다.
본 발명의 제1 디스탈 패드(160), 제2 디스탈 패드(170), 제1 포스테리어 패드(180), 제2 포스테리어 패드(190), 제1 하프 패드(370) 및 제2 하프 패드(380)는 기존 오그먼트(augments)와 결합하여 사용할 수도 있다. 이 경우 골결손(bony defect)의 복원 기능도 어느 정도 가능하므로 기존 오그먼트와 병합 사용하면 시술 중 발생하는 골 절제량(bone resection volume)을 줄일 수 있다. 즉 기존 augments는 골복원기능만을 가지고 있어서 두께 5 / 10 / 15mm 또는 4 / 8 / 12mm 로만 제공되어 불필요한 골절제가 발생할 수 있으나, 얼라인먼트 조절을 위한 본 발명의 패드는 2 / 3mm의 두께로서 미세 조절이 가능하여 불필요한 골절제가 방지된다.
[패드의 사용개수 및 위치에 따른 효과]
도 10은 본 발명 패드의 사용개수 및 위치에 따른 효과를 정리한 것이고 도 11은 인공 슬관절의 효과를 설명하기 위한 좌표계를 나타낸 것이다.
디스탈 패드 1개를 내측에 사용하면 대퇴골 외반의 효과, 디스탈 패드 1개를 외측에 사용하면 대퇴골 내반의 효과, 디스탈 패드 2개를 양측에 사용하면 신전 간격 감소의 효과가 나타난다.
포스테리어 패드 1개를 내측에 사용하면 내회전의 효과, 포스테리어 패드 1개를 외측에 사용하면 외회전의 효과, 포스테리어 패드 2개를 양측에 사용하면 굴곡 간격 감소의 효과가 나타난다.
하프 패드 1개를 내측에 사용하면 경골 외반의 효과, 하프 패드 1개를 외측에 사용하면 경골 내반의 효과, 하프 패드 2개를 양측에 사용하면 굴곡신전 간격 동시 감소의 효과가 나타난다.
디스탈 패드, 포스테리어 패드, 하프 패드의 사용 개수 및 사용 위치에 따라서 위 효과들이 중첩되어 나타난다.
본 발명은 인공 슬관절이 필요한 모든 산업에 사용될 수 있다.
100 대퇴골 결합부재
300 경골 결합부재
160, 170 제1, 제2 디스탈 패드
180, 190 제1, 제2 포스테리어 패드
370, 380 제1, 제2 하프 패드

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 대퇴골의 경골 측 말단에 결합되는 대퇴골 결합부재와,
    경골의 상기 대퇴골 측 말단에 결합되는 경골 결합부재와,
    상기 대퇴골 결합부재와 상기 경골 결합부재 중 적어도 어느 하나에 설치되어 대퇴골과 경골 사이의 얼라인먼트 또는 밸런싱을 조절하는 박판 형상의 패드를 포함하며,
    상기 패드는, 상기 패드의 상면 및 하면이 상기 대퇴골 결합부재의 하 방향으로 설치되는 디스탈 패드, 상기 패드의 상면 및 하면이 상기 대퇴골 결합부재의 후 방향으로 설치되는 포스테리어 패드 또는 상기 경골 결합부재의 좌우 방향으로 설치되는 하프 패드 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인공 슬관절 부속품.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 디스탈 패드를 양측에 사용하여 신전 간격을 교정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 조절이 가능한 인공 슬관절 부속품.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 포스테리어 패드를 양측에 사용하여 굴곡 간격을 교정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 조절이 가능한 인공 슬관절 부속품.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 하프 패드를 양측에 사용하여 신전 간격 및 굴곡 간격을 동시에 교정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 조절이 가능한 인공 슬관절 부속품.
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