KR101769125B1

KR101769125B1 - 면접촉식 돌기부를 포함하는 인공무릎관절

Info

Publication number: KR101769125B1
Application number: KR1020160019914A
Authority: KR
Inventors: 고용곤; 손주현; 강경탁
Original assignee: 주식회사 티제이씨라이프
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2017-08-17

Abstract

면접촉식 포스트 캠을 포함하는 인공무릎관절이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 인공무릎관절(100)은, 대퇴골(1)의 하단부에 고정되는 대퇴골 컴포넌트(110)와, 경골(2)의 상단부에 고정되어 대퇴골 컴포넌트(110)를 슬라이딩 운동 가능하게 수용하는 경골 플레이트(120)를 구비하는 인공무릎관절로서, 상기 대퇴골 컴포넌트(110)는, 경골 플레이트(120)의 상부면에 형성된 굴곡면을 따라 슬라이딩 운동 가능하도록 굴곡면이 형성된 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)를 포함하고, 상기 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)는, 포스트 캠(113)에 의해 서로 연결되어 경골 플레이트(120)에 형성된 돌기부(130)가 인입될 수 있는 개구부(115)를 형성하며, 상기 경골 플레이트(120)의 상부에는, 개구부(115)의 내측으로 인입되어 대퇴골 컴포넌트(110) 회전 시 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉하는 돌기부(130)가 형성되어 있는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명의 인공무릎관절에 따르면, 인공무릎관절 굴곡시에 대퇴골 컴포넌트로부터의 부하가 돌기부에 국소적으로 집중되는 문제를 해소할 수 있는 인공무릎관절을 제공할 수 있다.

Description

면접촉식 돌기부를 포함하는 인공무릎관절 {Artificial Knee Joint Having Surface Contact Type Protrusion}

본 발명은 인공무릎관절에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 면접촉식 돌기부를 포함하는 인공무릎관절에 관한 것이다.

변형성 무릎관절증이나 만성 관절류머티즘 등에 의하여 무릎관절이 고도로 변형된 경우, 정상적인 기능으로 회복시키기 위하여, 인공무릎관절로 치환하는 수술이 행해지고 있다.

인공무릎관절 수술은 각종질환이나 외상 등의 원인으로 인하여 무릎관절이 더 이상 정상적인 일상생활을 하지 못할 정도로 장애가 심할 경우 실시되는 수술이다. 또한, 인공무릎관절 수술은 약물요법, 물리치료 등으로 치료가 불가능하고 다른 수술 방법으로 해결할 수 없는 환자들에게 행해지는 수술이다.

종래 기술에 따른 인공무릎관절 수술은, 대상 환자의 몸 속에 안전한 세라믹과 플라스틱 소재로 제작된 인공관절을 삽입하는 수술이다.

인공무릎관절 수술은, 무릎관절의 고통을 감소시키고 무릎관절 운동을 거의 정상적으로 가능하게 하는 동시에 무릎관절의 안정성을 얻고 변형을 교정하여 일상적인 생활이 가능하게 해주는 수술이다.

종래 기술에 따른 인공무릎관절은 지속적인 개발로 장기간 사용하여도 손상되거나 마모되지 않도록 다양한 재료들을 사용하여 정상관절에 가깝게 만들어지고 있다.

과거 무릎 인공관절 수술은 통증을 없애는 것을 목적으로 하였다면, 현재는 통증의 해결은 물론 관절 기능의 유지를 함께 할 수 있게 하기 위해 오래 쓰고 잘 구부릴 수 있는 인공관절들이 개발되어 수술에 사용되고 있다.

예를 들면 인공관절의 수명을 늘인 세라믹형 인공관절, 많이 구부릴 수 있는 고굴곡 인공관절, 여성의 무릎 관절에 맞춘 여성형 인공관절 등을 예로 들 수 있다.

도 1에는 대상 환자의 인공무릎관절 전치환술 수술 전과 수술 후의 무릎의 모습을 나타낸 그림이 도시되어 있고, 도 2에는 종래 기술에 따른 인공무릎관절을 나타내는 사진이 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 인공무릎관절(10)은 대퇴골의 하단부에 고정하는 대퇴골 컴포넌트(11)와 경골의 상단부에 고정하는 경골 컴포넌트를 포함한다. 경골 컴포넌트는 경골에 직접 고정되는 금속제 또는 세라믹제 또는 수지제의 경골 트레이와, 경골 트레이의 상면에 고정되고 대퇴골 컴포넌트와 접촉하는 수지제의 경골 플레이트(인공 연골)로 구성되어 있다.

인공무릎관절(10)을 굴곡하면, 대퇴골 컴포넌트(11)는 경골 플레이트(12)의 표면을 슬라이딩 운동하면서 회전한다. 이때, 대퇴골 컴포넌트(11)에는 전방향의 힘이 작용한다. 그 때문에, 십자인대를 절제한 경우, 무릎관절의 탈구의 가능성, 특히 대퇴골 컴포넌트(11)가 전방향으로 탈구할 가능성이 있다.

또한, 정상적인 무릎관절에서는 신장 내지 경도 굴곡위치에 있어서 작게 외선(外旋) 하고, 심굴곡일 때에는 크게 외선 운동하는 것이 임상에서 확인되고 있다. 이것은, 십자인대가 신장 내지 경도 굴곡위치에 있어서 과도한 회선을 억제하는 큰 역할을 담당하고 있기 때문으로 생각된다. 그 때문에, 십자인대를 절제한 경우에는 신장 내지 경도 굴곡위치에서 회선방향으로도 불안정해질 가능성이 있다.

도 3에는 종래 기술에 따른 인공무릎관절을 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 도시되어 있는 인공무릎관절을 나타내는 절단면도가 도시되어 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 무릎관절 굴곡시의 대퇴골 컴포넌트(11)의 전방향으로의 탈구를 방지하기 위하여, 대퇴골 컴포넌트(11)의 후단의 내측팽윤부(內側膨潤部, inner swelling part, 11-1)와 외측팽윤부(外側膨潤部, outter swelling part,11-2) 사이에 포스트 캠(post cam, 11-3)을 설치하고, 경골 플레이트(12)의 중앙에 상방향으로 돌출되는 돌기부(14)를 설치하고 있다.

도 5 및 도 6에는 도 4에 도시되어 있는 인공무릎관절이 작동하는 모습을 나타내는 절단면도가 도시되어 있고, 도 7에는 인공무릎관절이 더 구부러졌을 때의 모습을 나타내는 부분 확대도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 무릎관절을 굴곡하였을 때, 포스트 캠(11-3)이 돌기부(14)의 후면에 접촉하여, 대퇴골 컴포넌트(11)의 전방으로의 이동을 방지하고 있다. 또한, 신장 내지 경도 굴곡시의 회선방향으로의 동요성을 작게 하기 위하여, 대퇴골 내측팽윤부(11-1)와 외측팽윤부(11-2) 사이의 개구부와 돌기부(14)가 회선방향으로 간섭하는 것을 이용하고 있다.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 무릎관절 굴곡이 시작될 때에는 대퇴골 컴포넌트(11)는 대퇴골 컴포넌트(11)의 전방부 외주면이 형성하는 가상의 원의 중심(C1)을 기준으로 대퇴골 컴포넌트(11)가 회전한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 무릎관절이 조금 더 굴곡 될 때, 대퇴골 컴포넌트(11)의 회전중심은 대퇴골 컴포넌트(11)의 중간부 외주면이 형성하는 가상의 원의 중심(C2)이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 무릎관절이 조금 더 굴곡될 때, 대퇴골 컴포넌트(11)의 회전중심은 대퇴골 내측팽윤부(11-1)와 외측팽윤부(11-2)의 외주면이 형성하는 가상의 원의 중심(C3)이다. 이때, 포스트 캠(11-3)이 돌기부(14)와 접촉하여 대퇴골 컴포넌트(11)가 회전하며 후방으로 이동하는 롤백(rollback) 현상이 일어난다. 롤백(rollback) 현상에 대한 설명은 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

이후, 도 7에 도시된 바와 같이, 무릎관절이 더 굴곡될 때 대퇴골 컴포넌트(11)는 포스트 캠(11-3)이 돌기부(14)와 국소적으로 선접촉하며 포스트 캠의 회전 중심(C4)을 기준으로 대퇴골 컴포넌트(11)가 회전하게 된다.

따라서, 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 포스트 캠이 설치된 종래 기술에 따른 인공무릎관절(10)은, 인공무릎관절 굴곡시에 대퇴골 컴포넌트(11)로부터의 부하가 돌기부(14)에 국소적으로 집중되므로, 돌기부(14)가 국소적으로 현저하게 마모되어, 변형이나 파손되는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 인공무릎관절에 대한 기술이 필요한 실정이다.

미국등록특허 제4,298,992 (1981.11.10)

본 발명의 목적은, 인공무릎관절 굴곡시에 대퇴골 컴포넌트로부터의 부하가 돌기부에 국소적으로 집중되어 발생하는 돌기부의 마모, 변형 및 파손 발생을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 인공무릎관절을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 인공무릎관절은: 대퇴골의 하단부에 고정되는 대퇴골 컴포넌트와, 경골의 상단부에 고정되어 대퇴골 컴포넌트를 슬라이딩 운동 가능하게 수용하는 경골 플레이트를 구비하는 인공무릎관절로서, 상기 대퇴골 컴포넌트는, 경골 플레이트의 상부면에 형성된 굴곡면을 따라 슬라이딩 운동 가능하도록 굴곡면이 형성된 내측팽윤부와 외측팽윤부를 포함하고, 상기 내측팽윤부와 외측팽윤부는, 포스트 캠에 의해 서로 연결되어 경골 플레이트에 형성된 돌기부가 인입될 수 있는 개구부를 형성하며, 상기 경골 플레이트의 상부에는, 개구부의 내측으로 인입되어 대퇴골 컴포넌트 회전 시 포스트 캠의 일측면과 면접촉하는 돌기부가 형성되는 구성을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내측팽윤부와 외측팽윤부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)은 서로 동일할 수 있다.

이 경우, 상기 포스트 캠의 외부면에는 소정 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면이 형성되어 있고, 상기 돌기부의 외부면에는 포스트 캠의 외부면에 형성된 굴곡면과 동일한 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면이 형성될 수 있다. 이때, 포스트 캠(113)의 굴곡면(114)과 돌기부(130)의 굴곡면(131)은 서로 동일한 단면구조일 수 있다.

또한, 상기 포스트 캠의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O3)의 위치는, 내측팽윤부와 외측팽윤부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)과 동일한 위치일 수 있다.

또한, 대퇴골 컴포넌트(110)의 슬라이딩 운동시 발생하는 롤백(rollback) 후, 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O3)의 위치는, 돌기부(130)의 외부면에 형성된 굴곡면(131)의 곡률반경 중심축의 위치와 서로 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 포스트 캠의 일측면과 접촉하지 않는 돌기부의 타측면에는 돌기부를 보강하는 보강 경사부가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 돌기부의 상부 외부면에는 포스트 캠의 일측면과 면접촉하는 제 1 접촉면이 형성되어 있고, 상기 돌기부의 하부 외부면에는 포스트 캠의 일측면과 면접촉하는 제 2 접촉면이 형성될 수 있다. 이때, 포스트 캠(113)의 일측면과 돌기부(130)의 외부면에는 서로 동일한 단면구조가 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 포스트 캠의 외부면에는 소정 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면이 형성되어 있고, 상기 돌기부의 제 1 접촉면과 제 2 접촉면에는 포스트 캠의 외부면에 형성된 굴곡면과 동일한 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면이 형성되어 있으며, 상기 제 1 접촉면과 제 2 접촉면에 각각 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심(O4, O5)은 소정 길이만큼 이격될 수 있다.

또한, 상기 돌기부의 제 1 접촉면은, 인공무릎관절의 굴곡각도가 30 내지 60도일 때 포스트 캠의 일측면과 면접촉할 수 있다.

또한, 상기 돌기부의 제 2 접촉면은, 포스트 캠과 제 1 접촉면과의 접촉 후 일어나는 대퇴골 컴포넌트의 롤백(rollback) 이후 포스트 캠과 면접촉할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 인공무릎관절에 따르면, 특정 구조의 대퇴골 컴포넌트 및 경골 플레이트를 구비함으로써, 인공무릎관절 굴곡시에 대퇴골 컴포넌트로부터의 부하가 돌기부에 국소적으로 집중되는 문제를 해소할 수 있는 인공무릎관절을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 인공무릎관절에 따르면, 포스트 캠의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O3)의 위치와 내측팽윤부와 외측팽윤부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)의 위치로 서로 동일하게 함으로써, 포스트 캠과 돌기부가 서로 면접촉한 상태에서 인공무릎관절의 구부리는 동작을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 인공무릎관절에 따르면, 인공무릎관절의 구부리는 동작 시 포스트 캠과 돌기부가 서로 면접촉한 상태를 유지하도록 함으로써, 대퇴골 컴포넌트로부터의 부하가 돌기부 전체에 골고루 퍼지도록 할 수 있고, 결과적으로 돌기부에 국소적으로 부하가 집중되는 현상을 원천적으로 차단할 수 있다.

또한, 본 발명의 인공무릎관절에 따르면, 포스트 캠의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O3)의 위치와 내측팽윤부와 외측팽윤부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)의 위치로 서로 동일하게 한 상태에서, 돌기부의 위치를 전방 또는 후방으로 이동시키거나, 포스트 캠의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경의 크기를 변경시킴으로써, 대퇴골 컴포넌트의 롤백(rollback)에 의한 위치변경 거리를 조절할 수 있다.

도 1은 대상 환자의 인공무릎관절 전치환술 수술 전과 수술 후의 무릎의 모습을 나타낸 그림이다.
도 2는 종래 기술에 따른 인공무릎관절을 나타내는 사진이다.
도 3은 종래 기술에 따른 인공무릎관절을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시되어 있는 인공무릎관절을 나타내는 절단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시되어 있는 인공무릎관절이 작동하는 모습을 나타내는 절단면도이다.
도 7은 인공무릎관절이 더 구부러졌을 때의 모습을 나타내는 부분 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공무릎관절을 나타내는 분해도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공무릎관절을 나타내는 절단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 인공무릎관절의 포스트 캠과 개구부의 형상을 돌기부의 형상과 함께 나타낸 부분 확대도이다.
도 11 내지 도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 무릎관절이 구부러지는 모습을 나타내는 절단면도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공무릎관절을 나타내는 분해도가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공무릎관절을 나타내는 절단면도가 도시되어 있으며, 도 10에는 도 9에 도시된 인공무릎관절의 포스트 캠과 개구부의 형상을 돌기부의 형상과 함께 나타낸 부분 확대도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 인공무릎관절(100)은, 대퇴골의 하단부에 고정되는 대퇴골 컴포넌트(110)와, 경골의 상단부에 고정되어 대퇴골 컴포넌트(110)를 슬라이딩 운동 가능하게 수용하는 경골 플레이트(120)를 포함하는 구성일 수 있다.

구체적으로, 본 실시예에 따른 대퇴골 컴포넌트(110)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 경골 플레이트(120)의 상부면에 형성된 굴곡면을 따라 슬라이딩 운동 가능하도록 굴곡면이 형성된 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)를 포함하는 구성일 수 있다.

이때, 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)는, 포스트 캠(113)에 의해 서로 연결되어 경골 플레이트(120)에 형성된 돌기부(130)가 인입될 수 있는 개구부(115)를 형성할 수 있다.

또한, 경골 플레이트(120)의 상부에는 상방으로 소정길이만큼 연장되어 돌기부(130)가 형성될 수 있다. 이때, 돌기부(130)는 개구부(115)의 내측으로 인입되어 대퇴골 컴포넌트(110) 회전 시 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 인공무릎관절(100)에 따르면, 특정 구조의 대퇴골 컴포넌트(110) 및 경골 플레이트(120)를 구비함으로써, 대퇴골 컴포넌트(110) 회전 시 돌기부(130)가 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉 하도록 하여, 인공무릎관절 굴곡시에 대퇴골 컴포넌트로부터의 부하가 돌기부에 국소적으로 집중되는 문제를 해소할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 종래 기술에 따른 인공무릎관절의 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 무릎관절이 더 굴곡될 때 대퇴골 컴포넌트(11)는 포스트 캠(11-3)이 돌기부(14)와 국소적으로 선접촉하며 회전하게 된다.

따라서, 종래 기술에 따른 인공무릎관절의 경우, 인공무릎관절 굴곡시에 대퇴골 컴포넌트(11)로부터의 부하가 돌기부(14)에 국소적으로 집중되어, 돌기부(14)가 국소적으로 현저하게 마모되거나 변형이나 파손되는 문제점이 발생하고 있다.

종래 기술에 따른 인공무릎관절의 근원적 문제점은, 포스트 캠(11-3)의 회전 중심(C4)의 위치와 대퇴골 내측팽윤부(11-1)와 외측팽윤부(11-2)의 회전 중심(C3)의 위치가 서로 일치하지 않기 때문이다. 이 때문에 종래 기술에 따른 인공무릎관절의 포스트 캠(11-3)은 돌기부(14)와 국소적으로 선접촉하며 회전하게 되며, 상기 언급한 문제점이 발생된다.

본 실시예에 따른 인공무릎관절(100)의 경우, 대퇴골 컴포넌트(110)의 구부림 동작 시 서로 면접촉하는 포스트 캠(113)과 돌기부(130)를 포함하고 있어, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해소할 수 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 인골무릎관절(100)을 구성하는 각 구성에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 11 내지 도 14에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 무릎관절이 구부러지는 모습을 나타내는 절단면도가 도시되어 있다.

이들 도면을 도 9 및 도 10과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)은 서로 동일함 바람직하다. 이때, 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)에 형성된 굴곡면은 경골 플레이트(120)의 상부에 형성된 굴곡면과 대응되는 형상임이 바람직하다.

또한, 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)에 가해지는 하중이 골고루 경골 플레이트(120)의 상부면에 전달될 수 있도록, 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)에 형성된 굴곡면은 경골 플레이트(120)의 상부면에 형성된 굴곡면과 면접촉함이 바람직하다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 포스트 캠(113)의 외부면에는 소정 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면(114)이 형성될 수 있다. 또한, 돌기부(130)의 외부면에는 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면과 동일한 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면이 형성될 수 있다.

이때, 포스트 캠(113)의 굴곡면(114)과 돌기부(130)의 굴곡면(131)은 서로 동일한 단면구조일 수 있다. 이 경우, 포스트 캠(133)의 굴곡면(114)과 돌기부(130)의 굴곡면(131)은 서로 접촉하여 면접촉 슬라이딩 운동을 구현할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 최초 대퇴골 컴포넌트(110)의 굴곡 시작 시, 대퇴골 컴포넌트(110)는 대퇴골 컴포넌트(110)의 하단부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O)을 따라 회전한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 대퇴골 컴포넌트(110)의 굴곡 각도가 더해질 때, 포스트 캠(113)은 돌기부(130)와 접촉하게 되고, 롤백(rollback)이 시작된다.

롤백(rollback)이란, 포스트 캠(113)이 돌기부(130)의 상부면과 면접촉한 후, 돌기부(130)의 외부면을 따라 하방으로 구름운동하여 대퇴골 컴포넌트(110)의 위치가 도 13에 도시된 바와 같이, 슬라이딩되어 움직이는 현상을 말한다.

더욱 구체적으로, 돌기부(130)의 상부 외부면에는 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉하는 제 1 접촉면(133)이 형성되어 있고, 돌기부(130)의 하부 외부면에는 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉하는 제 2 접촉면(134)이 형성될 수 있다. 또한, 포스트 캠(113)의 일측면과 돌기부(130)의 외부면에는 서로 동일한 단면구조가 형성될 수 있다. 이 경우, 포스트 캠(113)은 제 1 접촉면(133)와 접촉한 후 롤백(rollback)을 일으킨 후 제 2 접촉면(134)와 접촉할 수 있다. 즉, 돌기부(130)의 제 2 접촉면(134)은, 포스트 캠(113)과 제 1 접촉면(133)와의 접촉 후 일어나는 대퇴골 컴포넌트(110)의 롤백(rollback) 이후 포스트 캠(113)과 면접촉할 수 있다.

이때, 포스트 캠(113)의 외부면에는 소정 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면이 형성되어 있고, 돌기부(130)의 제 1 접촉면(133)와 제 2 접촉면(134)에는 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면과 동일한 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면이 형성됨이 바람직하다. 또한, 제 1 접촉면(133)와 제 2 접촉면(134)에 각각 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심(O4, O5)은 소정 길이만큼 이격됨이 바람직하다.

이 경우, 돌기부(130)의 제 1 접촉면(133)은, 인공무릎관절의 굴곡각도가 30 내지 60도일 때 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉할 수 있다.

대퇴골 컴포넌트(110)의 롤백(rollback)에 의한 위치변경 거리는, 돌기부(130)의 위치를 전방 또는 후방으로 이동시켜 변경시킬 수 있다. 또한, 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경의 크기를 변경시킴으로써 롤백(rollback)에 의한 대퇴골 컴포넌트(110)의 위치변경 거리를 변경시킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 돌기부(130)의 위치를 전방으로 충분히 이동시킬 경우 롤백을 제거할 수 있으며 결과적으로 대퇴골 컴포넌트(110)의 위치변경 거리를 제거할 수 있다. 또 다른 방법으로서, 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경의 크기를 충분히 작게 변경시킬 경우, 포스트 캠(113)의 제 1 접촉면(133)에서 계속 회전하게 되어 결과적으로 롤백을 제거할 수 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 롤백 이후 포스트 캠(113)은 돌기부(130)의 제 2 접촉면(134)와 면접촉하며 대퇴골 컴포넌트(110)의 회전을 구현할 수 있다.

이때, 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O3)의 위치는, 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)과 동일한 위치임이 바람직하다.

따라서, 본 실시예에 따른 인공무릎관절(100)에 따르면, 포스트 캠의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O3)의 위치와 내측팽윤부와 외측팽윤부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)의 위치로 서로 동일하게 함으로써, 포스트 캠과 돌기부가 서로 면접촉한 상태에서 인공무릎관절의 구부리는 동작을 구현할 수 있다.

또한, 대퇴골 컴포넌트(110)의 슬라이딩 운동시 발생하는 롤백(rollback) 후, 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O3)의 위치는, 돌기부(130)의 외부면에 형성된 굴곡면(131)의 곡률반경 중심축의 위치와 서로 동일한 위치임이 바람직하다.

본 실시예에 따른 인공무릎관절은 상기 언급한 여러 조건 중 하나를 만족하도록 제작되어, 인공무릎관절의 구부리는 동작 시 포스트 캠과 돌기부가 서로 면접촉한 상태를 유지하도록 작동될 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 인공무릎관절은, 첫 번째 조건으로서 (1)포스트 캠(113)의 굴곡면(114)과 돌기부(130)의 굴곡면(131)은 서로 동일한 단면구조인 조건을 만족한다. 두 번째 조건으로서, (2)대퇴골 컴포넌트(110)의 슬라이딩 운동시 발생하는 롤백(rollback) 후, 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O3)의 위치는, 돌기부(130)의 외부면에 형성된 굴곡면(131)의 곡률반경 중심축의 위치와 서로 동일한 조건을 만족한다. 마지막으로, 세 번째 조건으로서, (3)포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면(114)의 곡률반경 중심축(O3)의 위치는, 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)과 동일한 위치인 조건을 만족한다.

바람직하게 본 실시예에 따른 인공무릎관절은 상기 언급한 세 가지 조건 모두를 만족하도록 제작됨으로써, 인공무릎관절의 구부리는 동작 시 포스트 캠과 돌기부가 서로 면접촉한 상태를 유지시키는 발명의 효과를 달성할 수 있다.

상기 언급한 세 가지 조건은 앞서 이미 상세히 설명하였으므로 이하 생략하기로 한다.

경우에 따라서, 도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 인공무릎관절(100)은 돌기부(130)를 보강하는 보강 경사부(132)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 보강 경사부(132)는 포스트 캠(113)의 일측면과 접촉하지 않는 돌기부(130)의 타측면에 형성되어, 돌기부(130)에 전달되는 하중을 안정적으로 지지할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

1: 대퇴골
2: 경골
10: 종래 기술에 따른 인공무릎관절
11: 대퇴골 컴포넌트(component)
11-1: 내측팽윤부(內側膨潤部, inner swelling part)
11-2: 외측팽윤부(外側膨潤部, outter swelling part)
11-3: 포스트 캠(post cam)
12: 경골 플레이트(인공 연골)
13: 경골 컴포넌트(component)
14: 돌기부
C1: 대퇴골 컴포넌트의 전방부 외주면이 형성하는 원의 중심(적색)
C2: 대퇴골 컴포넌트의 중간부 외주면이 형성하는 원의 중심(청색)
C3: 대퇴골 내측팽윤부와 외측팽윤부의 회전 중심(황색)
C4: 포스트 캠의 회전 중심(녹색)
100: 인공무릎관절
110: 대퇴골 컴포넌트
111: 내측팽윤부(內側膨潤部, inner swelling part)
112: 외측팽윤부(外側膨潤部, outter swelling part)
113: 포스트 캠(post cam)
114: 굴곡면
115: 개구부
120: 경골 플레이트
130: 돌기부
131: 굴곡면
132: 보강 경사부
133: 제 1 접촉면
134: 제 2 접촉면
O: 대퇴골 컴포넌트의 하단부 곡률반경 중심축(적색)
O1: 내측팽윤부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(청색)
O2: 외측팽윤부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(청색)
O3: 포스트 캠의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(녹색)
O4: 제 1 접촉부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심
O5: 제 2 접촉부에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심

Claims

대퇴골(1)의 하단부에 고정되는 대퇴골 컴포넌트(110)와, 경골(2)의 상단부에 고정되어 대퇴골 컴포넌트(110)를 슬라이딩 운동 가능하게 수용하는 경골 플레이트(120)를 구비하는 인공무릎관절로서,
상기 대퇴골 컴포넌트(110)는, 경골 플레이트(120)의 상부면에 형성된 굴곡면을 따라 슬라이딩 운동 가능하도록 굴곡면이 형성된 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)를 포함하고,
상기 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)는, 포스트 캠(113)에 의해 서로 연결되어 경골 플레이트(120)에 형성된 돌기부(130)가 인입될 수 있는 개구부(115)를 형성하며,
상기 경골 플레이트(120)의 상부에는, 개구부(115)의 내측으로 인입되어 대퇴골 컴포넌트(110) 회전 시 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉하는 돌기부(130)가 형성되어 있고,
상기 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)은 서로 동일하고,
상기 포스트 캠(113)의 외부면에는 소정 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면(114)이 형성되어 있고,
상기 돌기부(130)의 외부면에는 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면(114)과 동일한 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면(131)이 형성되어 있으며,
포스트 캠(113)의 굴곡면(114)과 돌기부(130)의 굴곡면(131)은 서로 동일한 단면구조이고,
상기 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면(114)의 곡률반경 중심축(O3)의 위치는, 내측팽윤부(111)와 외측팽윤부(112)에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O1, O2)과 동일한 위치이고,
대퇴골 컴포넌트(110)의 슬라이딩 운동시 발생하는 롤백(rollback) 후, 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심축(O3)의 위치는, 돌기부(130)의 외부면에 형성된 굴곡면(131)의 곡률반경 중심축의 위치와 서로 동일한 것을 특징으로 하는 인공무릎관절(100).
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제 1 항에 있어서,
상기 포스트 캠(113)의 일측면과 접촉하지 않는 돌기부(130)의 타측면에는 돌기부(130)를 보강하는 보강 경사부(132)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절.
제 1 항에 있어서,
상기 돌기부(130)의 상부 외부면에는 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉하는 제 1 접촉면(133)이 형성되어 있고,
상기 돌기부(130)의 하부 외부면에는 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉하는 제 2 접촉면(134)이 형성되어 있고,
포스트 캠(113)의 일측면과 돌기부(130)의 외부면에는 서로 동일한 단면구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절.
제 7 항에 있어서,
상기 포스트 캠(113)의 외부면에는 소정 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면(114)이 형성되어 있고,
상기 돌기부(130)의 제 1 접촉면(133)와 제 2 접촉면(134)에는 포스트 캠(113)의 외부면에 형성된 굴곡면(114)과 동일한 크기의 곡률반경을 가지는 굴곡면(131)이 형성되어 있으며,
상기 제 1 접촉면(133)와 제 2 접촉면(134)에 각각 형성된 굴곡면의 곡률반경 중심(O4, O5)은 소정 길이만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절.
제 7 항에 있어서,
상기 돌기부(130)의 제 1 접촉면(133)은, 인공무릎관절의 굴곡각도가 30 내지 60도일 때 포스트 캠(113)의 일측면과 면접촉하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절.
제 7 항에 있어서,
상기 돌기부(130)의 제 2 접촉면(134)은, 포스트 캠(113)과 제 1 접촉면(133)와의 접촉 후 일어나는 대퇴골 컴포넌트(110)의 롤백(rollback) 이후 포스트 캠(113)과 면접촉하는 것을 특징으로 하는 인공무릎관절.