KR20150122120A - 대퇴슬 임플란트 시스템용 대퇴골 부품 - Google Patents

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Abstract

대퇴골 부품, 경골 베어링 부품, 및 경골의 플랫폼 부품을 포함하는 대퇴슬 치환 보철물이 개시된다. 대퇴골 부품은 근위 내측면에 인접하는 근위 외측면을 구비하는, 그리고 슬개골 그루브에 의해 분리되는 전측 관절융기, 원위 관절융기 내측면에 인접하는 원위 외측면, 및 내후측 관절융기와 평행한 외후측 관절융기를 포함한다. 원위 관절융기 외측면 및 내측면은 근위 외측면 및 내측면의 하측에 있고, 외후측 및 내후측 관절융기는 원위 관절융기 외측면 및 내측면으로부터 후측으로 연장한다. 경골 베어링 부품은 대퇴골 부품 및 원위 측과 결합하기 위한 근위 측을 포함한다. 경골의 플랫폼 부품은 경골 베어링 부품을 수납하기 위한 개구를 구비하는 근위 측 및 경골 내에 고정되도록 적합되는 지주를 포함하는 원위 측을 포함한다.

Description

대퇴슬 임플란트 시스템용 대퇴골 부품{FEMORAL COMPONENT FOR A FEMORAL KNEE IMPLANT SYSTEM}

본 발명은 슬관절 전치환술(total knee arthroplasty)을 위한 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 가동식 베어링 기술을 갖춘 대퇴슬 치환 보철물을 포함한다.

종래의 슬관절 치환 보철물 발명은 서양의 생활양식에 기초한 것이고, 일상의 생활양식에서 활동성이 제한된 고령 환자에의 이식을 위해 제조되므로 모든 환자를 위해 적합한 것은 아니다. 세계 각국에서의 건강관리가 향상됨에 따라 사람들은 더 장수하고 있고, 다양한 민족은 다양한 생활양식과 다양한 슬관절 해부학을 갖는다. 그 결과, 정형외과 의사는 통증을 수반하는 슬관절의 퇴행성 변화에 대해 더 젊은 환자에게 이식을 실행하고 있고, 이러한 환자들은 구식의 임플란트에 의해 주어지는 제한된 운동의 범위로 자신들의 생활양식을 기꺼이 희생하려고 하지 않는다. 제한된 운동의 범위는 슬관절 치환 보철물 기술에서 현재의 쟁점이다.

정형외과 의사가 통증을 수반하는 관절염에 걸린 슬관절에 대해 슬관절 전치환술을 수행하는 것을 검토하는 경우, 주목적은 통증 없는 보행을 가능하게 하는 것이다. 그러나 계단 오르기, 의자로부터 일어서기, 쪼그려 앉는 능력, 및 무릎꿇기와 같은 보통 생활의 나머지 기능은 수술 후 운동 범위의 제한으로 인해 쉽게 달성되지 않는다.

현재, 수술 후 슬관절의 굴곡의 증진을 위해 사용되는 슬관절 치환 설계는 캠-포스트 또는 후측 안정화 스타일의 베어링 인서트를 사용한다. 이러한 유형의 설계는 바람직하지 않은 결과, 예를 들면, 대퇴골 부품의 과도한 마모 또는 이완을 유발하였다. 이러한 바람직하지 않은 결과는 중간에 있는 지주와 슬관절의 후측 영역의 상호작용에 기인한다. 또한, 캠-포스트 임플란트는 롤백(roll back)을 수행하지 못하므로 슬관절의 자연스러운 운동을 허용하지 않는다. 상업적으로 입수할 수 있는 많은 대퇴골의 임플란트는 더 길고 더 얇은 후측 관절융기(condyle)를 갖는다. 더 길고 더 얇은 후측 관절융기는 최후측 관절융기 선단부와 경골(tibial) 베어링 부품 사이의 충돌로 인해 90°를 초과하는 굴곡 시에 슬관절의 전측 구획(compartment)의 상승이 발생한다. 또한, 현재 사용 가능한 임플란트 설계는 가장 바람직한 해부학적인 위치 및 방향으로 슬개골이 안착할 수 없으므로 이것이 또한 굴곡을 억제한다.

본 발명은 운동의 범위의 증가를 통해 수술 후 기능성을 향상시키는 계속된 요구에 대처할 수 있는 신규의 개선된 대퇴슬 임플란트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

하나의 양태에서, 본 명세서에서 대퇴골 부품, 경골 베어링 부품, 및 경골의 플랫폼 부품을 포함하는 대퇴슬 치환 보철물이 제공된다. 대퇴골 부품은 슬개골 그루브에 의해 분리되는 근위 내측면에 인접하는 근위 외측면을 갖는 전측 관절융기를 포함한다. 대퇴골 부품은 또한 전측 관절융기의 근위 외측면의 하측의 원위 관절융기 외측면, 및 전측 관절융기의 근위 내측면의 하측의 원위 관절융기 내측면을 포함하고, 여기서 원위 관절융기 내측면은 원위 관절융기 외측면에 인접해 있다. 대퇴골의 관절융기는 원위 관절융기 외측면으로부터 후측으로 연장하는 외후측 관절융기 및 원위 관절융기 내측면으로부터 후측으로 연장하는 내후측 관절융기를 더 포함하고, 여기서 외후측 관절융기는 내후측 관절융기에 평행하다. 경골 베어링 부품은 대퇴골 부품과 결합하기 위한, 그리고 스템(stem)을 구비하는 원위 측과 결합하기 위한 근위 측을 포함한다. 경골의 플랫폼 부품은 경골 베어링 부품을 수납하기 위한 개구를 구비하는 근위 측 및 경골에 고정되도록 적합되는 지주를 구비하는 원위 측을 포함한다.

다른 양태에서, 본 명세서 전측 평면, 후측 평면, 원위 평면, 전측-원위 평면, 후측-원위 평면, 및 원위 평면에 고정되는 적어도 하나의 지주를 포함하는 대퇴골의 임플란트가 제공된다. 전측 평면은 근위 외측면 및 근위 내측면을 구비하는 전측 관절융기에 대향한다. 후측 평면은 전측 평면에 평행하고, 후측 관절융기에 대향한다. 원위 평면은 원위 관절융기에 대향하고, 약 15°의 각도로 전측 평면과 후측 평면을 연결하는 수직선을 형성하도록 원위에서 각을 이룬다. 전측-원위 평면은 전측 관절융기 및 원위 관절융기와 대향하고, 전측 평면의 원위 단부 및 원위 평면의 전측 단부를 연결한다. 후측-원위 평면은 원위 관절융기 및 후측 관절융기와 대향하고, 원위 평면의 후측 단부 및 후측 평면의 원위 단부를 연결한다.

본 발명의 다양한 실시형태는 본 발명의 인공 슬관절 임플란트 보철물을 이용하여 통증을 수반하는 그리고 변형된 슬관절 관절을 치환한다. 본 발명은 정상 기능인 최대 약 160 도의 완전한 슬관절의 굴곡을 회복하고, 통증을 제거하고, 사람의 일생 동안의 내구력을 갖는다. 더욱이, 본 발명은 환자가 자신의 일상 활동으로 복귀할 수 있도록 거의 정상적 기능을 달성하도록 설계된다.

본 발명의 이러한 목적과 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부한 도면과 관련하여 설명된 이하의 본 발명의 다양한 양태의 상세한 설명으로부터 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부한 도면은 본 발명의 실시형태를 설명하는 것으로서, 이것은 본 명세서의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면은 바람직한 실시형태의 설명의 목적을 위한 것에 불과하고, 본 발명을 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 하나의 양태에 따른 내측으로부터 슬개골을 생략한 대퇴슬 보철물의 전면 사시도를 도시하고;
도 2는 본 발명의 하나의 양태에 따른 외후측으로부터 도 1의 대퇴슬 보철물의 분해도를 도시하고;
도 3은 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 1의 대퇴슬 보철물의 대퇴골 부품의 하면도를 도시하고,
도 4는 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 1의 대퇴슬 보철물의 대퇴골 부품의 전면도를 도시하고;
도 5는 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 1의 대퇴슬 보철물의 경골의 부품의 경골 베어링 부품의 평면도를 도시하고;
도 6은 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 5의 경골 베어링 부품의 전면도를 도시하고;
도 7은 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 5의 경골 베어링 부품의 측면도를 도시하고;
도 8은 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 5의 경골 베어링 부품의 하면도를 도시하고;
도 9는 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 5의 경골 베어링 부품의 등각도를 도시하고;
도 10은 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 1의 대퇴슬 보철물의 경골 트레이 부품의 평면도를 도시하고;
도 11은 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 10의 경골 트레이 부품의 측면도를 도시하고;
도 12는 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 10의 경골 트레이 부품의 전면도를 도시하고;
도 13은 본 발명의 하나의 양태에 따른 도 1의 대퇴슬 보철물의 대퇴골 부품의 외측면도를 도시하고;
도 14는 본 발명의 하나의 양태에 따른 3 개의 원형의 구역의 각도를 묘사하는 도 13의 대퇴골 부품의 외측면도를 도시하고;
도 15는 본 발명의 하나의 양태에 따른 내후측 관절융기 표면의 중간점을 묘사하는 도 13의 대퇴골 부품의 외측면도를 도시하고;
도 16은 본 발명의 하나의 양태에 따른 본 발명의 후측 관절융기의 반경을 묘사하는 도 13 및 도 14의 대퇴골 부품의 후측 관절융기의 외측면도를 도시하고;
도 17은 본 발명의 하나의 양태에 따른 조립된 도 1의 대퇴슬 보철물의 외측면도를 도시하고;
도 18은 본 발명의 하나의 양태에 따른 60°의 굴곡 상태의 도 1의 조립된 대퇴슬 보철물의 외측면도를 도시하고;
도 19는 본 발명의 하나의 양태에 따른 90°의 굴곡 상태의 도 1의 조립된 대퇴슬 보철물의 외측면도를 도시하고;
도 20은 본 발명의 하나의 양태에 따른 130°의 굴곡 상태의 도 1의 조립된 대퇴슬 보철물의 외측면도를 도시하고;
도 21은 본 발명의 하나의 양태에 따른 120°, 130°, 및 140°의 굴곡 상태의 도 1의 조립된 대퇴슬 보철물의 외측면도를 도시하고; 그리고
도 22는 본 발명의 하나의 양태에 따른 160°의 굴곡 상태의 도 1의 조립된 대퇴슬 보철물의 외측면도를 도시한다.

본 출원에서, 근위, 원위, 전측, 후측, 내측, 외측, 상측 및 하측이라는 단어는 뼈 또는 이것에 결합되는 보철물의 특정 부분 또는 일부, 또는 천연 뼈의 상대적 배치에 따른 기준의 방향 용어를 나타내기 위한 그것의 표준적인 사용에 의해 정의된다. 예를 들면, "근위"는 몸통에 가장 가까운 뼈 또는 보철물의 부분을 의미하고, 한편 "원위"는 몸통으로부터 가장 먼 뼈 또는 보철물의 부분을 나타낸다. 용어의 방향적 용법의 일례로서, "전측"은 신체의 전방측을 향하는 방향을 말하고, "후측"은 신체의 후방측을 향하는 방향을 말하고, "내측"은 신체의 정중선을 향하는 방향을 말하고, 그리고 "외측"은 신체의 정중선의 측면 또는 정중선으로부터 멀어지는 방향을 말한다. 또한, 용어의 방향적 용법의 일례로서, "상측"은 신체의 상부 또는 머리를 향하는 방향을 말하고, 그리고 "하측"은 신체의 저부 또는 발을 향하는 방향을 말한다. 이와 같은 용어는 임플란트의 배향 및 슬관절의 정상적 생체구조의 설명에서 충분히 이해된다.

더욱이, 본 명세서에 개시되는 발명의 장치, 방법, 양태, 부품, 특징부 등은 간결성의 목적을 위해 신체의 일 측면에 대해 설명된다. 그러나 인체는 대칭선(정중선)을 중심으로 비교적 대칭 또는 경면대칭을 이루고 있으므로, 본 명세서에서 설명 및/또는 예시되는 발명의 장치, 방법, 및 그 양태, 부품, 특징부 등은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 한 동일하거나 유사한 목적을 위해 신체의 타 측면과의 사용 또는 관련성을 위해 변화, 변경, 개조, 재구성 또는 아니면 개변될 수 있다는 것이 여기서 명시적으로 고려된다.

도면을 참조하면, 동일한 참조 번호가 여러 가지 도면의 전체를 통해 동일하거나 유사한 부품을 나타내기 위해 사용되며, 특히 도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적 실시형태의 대퇴슬 보철물(10)이 도시되어 있다. 용어 "대퇴슬 보철물", "이식된 슬관절", "임플란트", "대퇴골-경골의 임플란트" 및 "과굴곡 임플란트"는 상호교환가능하게 사용되고, 손상된 슬관절 관절의 치환을 위한 장치를 지칭한다. 도 1에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 대퇴슬 보철물(10)이 조립되고, 전측-내측도로 도시되었다. 대퇴슬 보철물(10)은 대퇴골 부품(100), 경골 베어링 부품(200), 및 경골의 플랫폼(300)을 포함한다. 대퇴골 부품(100)은 경골 베어링 부품(200)의 근위 측 상에 착좌되고, 한편 경골 베어링 부품(200)의 원위 측은 경골의 플랫폼(300)의 근위 표면 상에 착좌된다. 대퇴슬 보철물(10)의 분해도는 도 2에 도시되어 있고, 외측 상측도로부터 본 실시형태의 대퇴골 부품(100), 경골 베어링 부품(200), 및 경골의 플랫폼(300)을 보여준다.

대퇴골 부품(100)은 대퇴골의 원위 단부에 고정되도록 적합된다. 대퇴골 부품(100)은 원위 관절융기(104)에 연결되는 전측 관절융기 또는 절골(phalange; 102)을 포함하고, 다음에 원위 관절융기(104)는 후측 관절융기(106)에 연결된다. 전측 관절융기(102)는 근위 내측면(110)에 인접하는 근위 외측면(108) 및 슬개골을 수용하도록 외측면(108)과 내측면(110) 사이에 위치되는 슬개골 그루브(112)를 포함한다. 슬개골 그루브(112)는 원위 내측면(116)에 인접하는 원위 외측면(114)을 포함하는 원위 관절융기(104) 내로 이어지고, 여기서 슬개골 그루브(112)는 원위 외측면(114)과 원위 내측면(116) 사이에서 연장한다. 후측 관절융기(106)는 내후측 관절융기(120)에 평행한 외후측 관절융기(118) 및 외후측 관절융기(118)와 내후측 관절융기(120) 사이의 관절융기간(intercondylar) 개구(122)를 포함한다. 원위 외측면(114) 및 원위 내측면(116)의 내면의 각각은 환자의 대퇴골에 대퇴골 부품(100)의 부착 또는 고착을 위한 스템 또는 지주(124)를 포함한다.

이제 도 1 및 도 2에 계속적으로 관련되는 도 3, 도 4 및 도 13을 참조하면, 근위 외측면(108)은 대퇴골의 노출된 골절단 표면을 차폐하기 위해 근위 내측면(110)보다 근위 방향으로 더 연장한다. 근위 내측면(110)은 근위 외측면(108)보다 약 삼십 퍼센트(30%) 짧고, 여기서 근위 내측면(110)은 약 41 내지 52 mm의 범위의 근위로부터 원위까지의 치수 또는 원위 관절융기(104)의 하측면으로부터 근위 내측면(110)의 상단부까지의 높이를 가질 수 있고, 근위 외측면(108)은 약 44 내지 62 mm의 범위의 근위로부터 원위까지의 치수 또는 원위 관절융기(104)의 하측면으로부터 근위 외측면(108)의 상단부까지의 높이를 가질 수 있다. 또한, 근위 외측면(108)의 내면(128)은 약 29 내지 39 mm의 범위의 높이를 갖는 전측 관절융기(102)의 전측 평면(164)을, 한편 약 20 내지 29 mm의 범위의 높이를 갖는 전측 관절융기(102)의 근위 내측면(110)의 전측 평면(164)을 가질 수 있다. 본 발명에서, 근위 외측면(108)은 예각의 슬관절의 굴곡 중에 슬개골이 이동할 때 슬개골 부품의 안정성을 제공하기 위해 근위 내측면(110)보다 두꺼울 수 있다. 근위 외측면(108)은 약 7 내지 12 mm의 범위의 전측-후측 치수 또는 두께를 가질 수 있고, 근위 내측면(110)은 약 4 내지 5 mm의 범위의 전측-후측 치수 또는 두께를 가질 수 있다. 전측-후측 방향으로 근위 내측면(110)에 대한 근위 외측면(108)의 두께를 약 2 내지 7 mm만큼 증가시킴으로써, 슬개골 그루브(112)는 슬관절이 굴곡될 때 슬개골의 침하(sinking)를 수용하기 위해 종방향으로 깊어진다. 이 슬개골 그루브(112)는 슬관절의 굴곡을 증진시킬 수 있다.

슬개골 그루브(112)는 대체로 슬개골 임플란트와 정합되는 약 6°의 각도 α를 가질 수 있다. 각도 α는 또한 해부학적 슬개골 그루브를 모방하기 위해 원위 대퇴골의 중심 각도에 대해 외측으로 6° 지향될 수 있다. 전측 관절융기간 영역(132)에서 전측 절골(102)의 내측-외측 치수 또는 폭은 약 38 내지 54 mm의 범위일 수 있다. 전측 관절융기간 영역(132)의 폭은 전측 및 후측 십자 인대가 대퇴골의 내면에 부착되는 위치에 상당하는 위치에 있는 대퇴골 부품(100)의 외면 상에서 측정된다. 이제 도 13을 참조하면, 전측 절골(102)의 근위 외측면(108)은 또한 전측 관절융기간 폭이 측정되는 지점으로부터 전측 절골(102)의 근위 외측면(108)의 상단부까지의 약 29 내지 39 mm의 범위일 수 있는 근위-원위 치수 또는 높이를 포함할 수 있다. 또한, 전측 절골(102)의 근위 내측면(110)은 전측 관절융기간 폭이 측정되는 지점으로부터 근위 내측면(110)의 상단부까지의 약 20 내지 29 mm의 범위의 근위-원위 치수 또는 높이를 포함할 수 있다. 도 4에서 보이는 바와 같이, 전측 절골(102)은 또한 기준선(134)에서 취해지는 약 29 내지 41 mm의 범위인 내측-외측 치수 또는 폭을 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4에서 보이는 바와 같이, 2 개의 원위 관절융기(104)의 원위 외측 관절융기(114) 및 원위 내측 관절융기(116)는 경골 베어링 부품(200)에 접촉하는 대퇴골 부품(100)을 위한 각각 제 1 베어링 표면 및 제 2 베어링 표면이다. 원위 외측 관절융기(114) 및 원위 내측 관절융기(116)는 슬개골 그루브(112)의 원위 부분 및 관절융기간 부분(126)에 의해 연결된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 원위 관절융기(104)는 전측 절골(102)의 외면으로부터 2 개의 후측 관절융기(118, 120)까지의 약 52 내지 84 mm의 범위의 전측-후측 외부의 길이를 가질 수 있다. 원위 관절융기(104)는 또한 대체로 약 35 내지 55 mm의 범위인 전측 절골(102)의 내면으로부터 2 개의 후측 관절융기(118, 120)의 내면까지 측정되는 전측-후측 내부의 길이를 가질 수 있다. 원위 관절융기(104)는 약 9 mm의 근위-원위 두께를 가질 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 경상관절융기(transepicondylar)의 축선(136)을 따른 2 개의 후측 관절융기(106)의 내측-외측 치수 또는 폭은 약 58 내지 76 mm의 범위일 수 있다. 외후측 관절융기(118)는 관절융기간 개구(122)를 형성하는 내후측 관절융기(120)로부터 이격될 수 있고, 이것은 약 16 내지 24 mm의 범위의 내측-외측 치수 또는 폭을 가질 수 있다. 외후측 관절융기(118) 및 내후측 관절융기(120)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 약 36 내지 42 mm의 범위인 선(142)을 따라 후측 관절융기(106)의 선단부(140)로부터 원위 관절융기(104)의 외면까지의 근위-원위 치수 또는 높이를 가질 수 있다. 외후측 관절융기(118) 및 내후측 관절융기(120)는 선(142)을 따른 중간점(146)에서 선(142)에 수직하게 측정되는 전측-후측 두께를 가질 수 있고, 이 두께는 약 10 내지 17 mm의 범위일 수 있다. 도 13 및 도 14에서 보이는 바와 같이, 중간점(146)은 외후측 관절융기(118) 또는 내후측 관절융기(120)의 선단부(140)로부터 원위 관절융기(104)의 만곡된 외면 상의 그 직선의 연장부까지 그은 선을 이등분함으로써 정의된다. 본 발명의 대퇴슬 보철물(10)은 후측 관절융기(106)의 중간점(146)의 두께를 증가시킴으로써 굴곡이 증가한다.

도 1, 도 2 및 도 13에 도시된 바와 같이, 전측-후측 박스(box)는 전측 관절융기, 원위 관절융기, 및 후측 관절융기에 대향하는 대퇴골 부품(100)의 내면 상에 형성된다. 전측-후측 박스는 5 개의 평면, 즉 전측 표면(164), 전측-원위 표면(166), 원위 표면(168), 후측-원위 표면(170), 및 후측 표면(144)을 포함한다. 전측 평면(164)은 전측 관절융기(102)에 대향함으로써 약 7 mm 내지 12 mm의 근위 외측면(108)의 두께 및 약 4 mm 내지 5mm의 근위 내측면(110)의 두께를 형성한다. 전측 평면(164)은 약 29 mm 내지 39 mm의 범위의 근위 외측면(108) 상의 높이 및 약 20 mm 내지 29 mm의 범위의 근위 내측면(110) 상의 높이를 갖는다. 원위 평면(168)은 원위 관절융기(104)에 대향함으로써 약 9 mm의 원위 관절융기의 두께를 형성한다. 전측-원위 평면(166)은 전측 관절융기(102) 및 원위 관절융기(104)와 대향하고, 전측 평면(164)의 원위 단부 및 원위 평면(168)의 전측 단부를 연결한다. 후측 평면(144)은 후측 관절융기(106)와 대향함으로써 약 10 mm 내지 17 mm의 범위의 외후측 관절융기(118) 및 내후측 관절융기(120)의 두께를 형성한다. 후측 평면(144)은 약 14 내지 20 mm의 범위의 외후측 관절융기(118) 및 내후측 관절융기(120)의 근위-원위 치수 또는 높이를 갖는다. 후측-원위 평면(170)은 원위 관절융기(104) 및 후측 관절융기(106)의 양자 모두에 대향하고, 원위 평면(168)의 후측 단부와 후측 평면(144)의 원위 단부를 연결한다. 전측 평면(164)과 후측 평면(144) 사이의 길이는 약 35 mm 내지 55 mm의 범위이다. 원위 평면(168)은 또한 약 15°의 각도(θ)로 전측 평면(164)과 후측 평면(144)을 연결하는 수직선으로부터 원위에서 각도를 이룰 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 경골 베어링 부품(200)은 근위 측(202) 및 원위 측(204)을 포함한다. 경골 베어링 부품(200)은, 예를 들면, UHMWPE와 같은 생체-적합성 베어링 재료로 구성될 수 있다. 경골 베어링 부품(200)은 대퇴골 부품(100)을 본질적으로 가동성 및 회전성을 갖는 경골 베어링 부품(200)과 관절결합을 가능하게 하는 형상을 갖는다. 근위 측(202)은 내측 함몰부(208)에 평행한 외측 함몰부(206) 및 외측 함몰부(206)와 내측 함몰부(208) 사이의 중심 융기부(210)를 포함한다. 외측 함몰부(206) 및 내측 함몰부(208)는 원위 관절융기(104)의 볼록한 베어링 외면 및 대퇴골 부품(100)의 후측 관절융기(106)를 수용하기 위한 형상의 깊은 오목 표면이다. 외측 함몰부(206) 및 내측 함몰부(208)의 대응하는 오목 형상은 대퇴골 부품(100)과 경골 베어링 부품(200) 사이의 접촉 면적을 최대화한다. 또한, 원위 관절융기(104) 및 후측 관절융기(106)와 경골 베어링 부품(200) 사이에 큰 접촉 면적을 유지함으로써, 임플란트(10)의 가동식 베어링 설계는 신장 및 굴곡 상태로 경골 베어링 부품(200)의 자연스러운 회전을 제공할 수 있다. 중심 융기부(210)는 이식된 보철물(10)의 내측 요동(rocking) 및 외측 요동을 방지하기 위해, 그리고 증가된 접촉 면적을 제공하기 위해 경골 베어링 부품(200)의 추가의 안정화를 제공한다. 중심 융기부(210)의 전측면은 전측 그루브(212)를 포함하고, 중심 융기부(210)의 후측면은 후측 그루브(214)를 포함한다. 전측 그루브(212)는 심한 굴곡 상태에서 슬개골의 임의의 과도한 접촉을 방지하기 위한 형상을 갖는다. 후측 그루브(214)는 유지된 후측 십자 인대("PCL")를 수용하기 위한 형상을 갖는다. 경골 베어링 부품(200)의 원위 측(204)은 대체로 평평한 표면이고, 대체로 평평한 표면으로부터 원위 방향으로 연장하는 스템(216)을 포함한다.

도 1, 도 2 및 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 경골의 플랫폼 또는 트레이(tray; 300)는 근위 측(302) 및 원위 측(304)을 포함한다. 근위 측(302)은 경골 베어링 부품(200)의 회전을 허용하는 대체로 평평한 표면을 갖는다. 근위 측(302)은 또한 내측-외측 방향으로 대체로 중심에 위치되는 개구(306)를 포함한다. 개구(306)는, 스템(216)이 개구(306) 내에 삽입되었을 때, 경골의 플랫폼(300)과 경골 베어링 부품(200)의 스템(216)이 관절 결합하는 것을 가능하게 한다. 원위 측(304)은 대체로 평평한 표면을 갖고, 경골에 고정하기 위한 스템(308)을 포함한다. 스템(308)은 경골의 플랫폼(300)의 대체로 중심에 위치되고, 적어도 하나의 핀 또는 리브(312)를 포함할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 적어도 하나의 핀 또는 리브(312)는 4 개의 핀을 포함한다. 그러나 핀(312)은 2 내지 6 개의 핀이 바람직하고, 4 개의 핀이 더 바람직하다. 적어도 하나의 핀(312)은 이것이 경골 내에 고정된 후에 경골의 플랫폼(300)의 회전을 방지할 수 있다. 또한, 스템(308)은 슬관절의 체중 지지 활동 중에 경골에서의 임의의 과도한 요동을 방지 및 수용할 수도 있다. 경골의 플랫폼(300)의 후측면은 후측 그루브(310)를 포함한다. 후측 그루브(310)는 경골 베어링 부품(200)의 후측 그루브(214)와 거의 동일하고, 유지되는 PCL을 수용하도록 유사한 형상을 갖는다.

대퇴골 부품(100), 특히 후측 관절융기(106)는 이식된 슬관절의 스핀-아웃(spin-out)을 억제하고, 예를 들면, 약 160도까지의 충분한 굴곡을 증진시키도록 구성된다. 경골의 부품(200)의 스핀-아웃은 후측 관절융기(106)의 상승된 두께를 이용하여 대퇴골을 상승시킴으로써 굴곡 상태에서 측부인대를 긴축(tightening)시킴으로써 방지된다. 후측 관절융기(106)는 또한 경골 베어링 부품(200) 상에 대퇴골 부품(100)을 가압하고, 그 결과 경골의 부품(200)에 대해 대퇴골 부품(100)을 안정화한다. 본 발명의 대퇴슬 보철물(10)은 더 넓은 후측 간극을 형성함으로써 충분한 굴곡을 증진시키고, 이것은 대퇴골 부품(100)을 자유롭게 롤백시킬 수 있고, 최적의 슬개골 장력을 생성하고, 이식된 슬관절 보철물의 충분한 굴곡을 허용한다.

본 발명의 대퇴슬 보철물(10)은 적절한 롤백을 증진 및 안정화시킴으로써, 과도한 마모 및 후측 안정성을 감소시키도록 심한 굴곡에서 더 넓은 베어링 접촉 면적을 생성함으로써, 더욱 깊은 착좌 및 자연스럽게 배향되는 슬개골건을 가능하게 함으로써, 그리고 경-상 관절융기(136) 및 전측 관절융기간(132) 사이에 적절한 폭을 생성함으로써 과굴곡을 위한 능력을 보장한다. 이들 모든 인자는 과굴곡(즉, 160도)을 달성하기 위한 이식된 슬관절 보철물의 능력에 기여한다. 대퇴슬 보철물(10)은 예각의 굴곡(즉, 160도) 상태로 후측 관절융기(106)를 상승시킨다. 도 16에 도시된 바와 같이, 슬관절의 후측 구획의 상승은 라운드 가공된 단부(140)를 갖는 단축된 근위-원위 높이(142) 및 원(160)의 전측-후측 직경의 증가된 두께를 포함하는 대퇴골 부품(100)을 이용하여 달성된다. 외후측 관절융기(118) 및 내후측 관절융기(120)의 추가의 두께는 외후측 관절융기(118)와 내후측 관절융기(120)의 중간점(146)에서 최대이다. 이 중간점(146)에서의 추가의 두께는 후측 굴곡 간극의 임의의 불안정성을 수용하도록 의도되지 않는다. 외후측 관절융기(118) 및 내후측 관절융기(120)와 전측 관절융기(102)의 근위 외측면(108)의 두께를 증가시킴으로써, 대퇴골 부품(100)의 전체 전측-후측 길이는 슬관절의 과굴곡(즉, 160도)을 증가시키고 허용한다.

또한, 후측 관절융기(106)의 원(160)의 증대된 전측-후측 직경에 의해, 이식된 슬관절(10)의 후측 공간은 굴곡 중에 크게 증대됨으로써, 경골 베어링 부품(200)의 후측 림(218)과 외후측 및 내후측 관절융기(118, 120) 사이의 슬관절의 후측에서 충돌없이, 이식된 슬관절(10)의 경골 베어링 부품(200)은 약 160 도의 충분한 또는 예각의 굴곡으로 굴곡될 수 있다. 정상적인 슬관절에서, 예를 들면, 쪼그려 앉거나 무릎을 꿇기 위해 슬관절을 충분히 굴곡시킬 때, 정상적 경골의 후측 부분은 이것이 롤백될 때 대퇴골의 후측 관절융기의 하측으로 슬라이딩함으로써 슬관절의 충분한 굴곡을 허용한다. 대퇴골 부품(100)의 설계의 이 실시형태는 최대 160도까지의 정상적 슬관절 굴곡의 생체역학을 정확하게 모방한다. 후측 관절융기(106)의 증가된 전측-후측 직경(160)은 또한 슬개골의 적절한 정렬 및 인장을 허용한다.

도 13 내지 도 15를 참조하면, 대퇴골 부품(100)의 측면도가 도시되어 있다. 체내에서, 아시아인의 후측 관절융기는 전형적으로 14 내지 20 mm의 길이를 갖고, 백인종은 20 mm를 초과한다. 후측 관절융기(106)의 후측 평면(144)은 대퇴골의 임플란트(100)의 외후측 관절융기(118) 및 내후측 관절융기(120)의 연장부를 수용하기 위해 약 14 내지 20 mm의 범위의 높이를 갖는다. 외후측 관절융기(118) 및 내후측 관절융기(120)의 전후측 곡률은 슬관절이 굴곡될 때 더 작은 단일의 회전 축선을 갖는 후측 곡률 반경(148)의 주위에서 회전하도록 구성된다. 후측 관절융기(106)의 베어링 표면의 후측 반경(148)은 약 14 내지 20 mm의 범위이다.

상이한 각도로 구역들의 분리를 보여주는 대퇴골 부품(100)의 외측면도는 도 14 및 도 15에 도시되어 있다. 대퇴골 부품(100)은 3 개의 주요 관절 구역으로 설계되었다. 후측 관절 구역(154)은 후측 관절융기(106)의 베어링 표면을 위한 최소의 곡률의 호(arc)를 형성한다. 단축된 그리고 두꺼워진 관절융기의 곡률의 호는 대퇴골 부품(100)의 최대 160도까지의 굴곡을 가능하게 한다. 후측 구역(154)은 약 14 내지 20 mm의 후측 반경(148)을 갖는다. 원위 관절 구역(156)은 최대의 곡률 반경을 갖고, 원위 관절융기(104)의 베어링 표면으로서 도시되어 있다. 후측 구역(154)은 접촉 응력을 감소시키고 안정성을 증가시키기 위해 볼록한 형상의 큰 접촉 면적으로서 구성된다. 원위 구역(156)은 약 32 내지 42 mm의 원위 반경(150)을 갖는다. 최전측 관절 구역(158)은 전측 관절융기(102)의 외부를 이용하는, 그리고 약 23 내지 29 mm의 전측 반경(152)을 갖는 중간 크기의 원을 형성하는 완만한 곡선이다. 전측 반경(152)에 의해 형성되는 전측 구역(158)은 슬관절의 전측 부분에 운동의 중심을 구비하는 완만한 곡선을 갖는다. 원위 반경(150)에 의해 형성되는 원위 구역(156)은 약간 후측의 중심(소위 순간 중심)을 갖고, 슬관절의 굴곡의 개시 시에 후측 운동량을 유지한다. 후측 반경(148)에 의해 형성되는 후측 구역(154)에 의해 이식된 슬관절은 약 160도에 충분히 근접하여 굴곡될 수 있다. 본 발명은 다음의 여러 가지 장점을 포함한다. (1) 경골 베어링 부품(200)의 후측 단부에 의해 예각의 굴곡(160도)으로 원위 대퇴골의 후측 부품의 충돌의 가능성이 제거되고, (2) 경골 베어링 부품(200)이 정상적 슬관절의 굴곡과 유사하게 원활하게 롤-백할 수 있고, (3) 슬관절을 둘러싸고 있는 연조직이 자연스럽고 원활한 최대 굴곡을 위해 과도한 응력 없이 충분한 굴곡을 수용하도록 경골 베어링 부품(200)이 정상적으로 회전할 수 있고, 그리고 (4) 슬개골건이 임플란트(10) 내에 깊이 착좌될 수 있으므로 더 큰 굴곡이 가능하다.

도 16은 슬관절의 후측 관절융기(106)의 프로파일의 윤곽을 묘사하는 원(160)을 보여준다. 본 발명의 외후측 관절융기(118)의 외면(162)을 형성하는 원(160)은 약 14 내지 20 mm의 반경을 갖는다. 원(160)은 대퇴골 부품(100)을 위한 운동의 범위를 나타낸다. 마찬가지로, 후측 관절융기(106)의 두께는 약 10 내지 17 mm의 범위인 중간점(146)에서 더 두껍다. 원(160)은 (1) 슬관절의 굴곡을 증진시키기 위한 더 작은 단일 축선, (2) 자연스럽고 정상적으로 용이하게 슬관절을 굴곡시킬 수 있도록 굴곡을 가속시키기 위한 더 작은 단일 축선을 나타내고, (3) 대퇴골 부품(전후측 "AP" 정렬)의 높이를 증가시킴으로써 전측 신근(extensor) 메커니즘의 벡터의 합을 증가시키고, 따라서 슬관절의 신장력(extension power)의 강도를 증가시킨다. 건전한 슬관절에서, 벡터는 슬개골 인대, 슬개골 및 사두근 구조에 의해 형성된다. 벡터의 합은 슬관절의 신장력의 실제의 강도이다. 슬개골 인대 및 슬개골의 벡터의 부분은 일정하므로, 의자에서 일어나기, 계단 오르기 등과 같은 활동에 관한 슬관절의 신장력의 변화는 사두근 구조의 강도에 의존한다. 전형적으로 사두근 구조는 장기간에 걸친 통증 및 활동정지에 의해 약화된다. 벡터를 연장시키고 대퇴골 부품(100)의 전체 전후측 길이를 증가시킴으로써, 수술 후의 근육 기능이 증진된다. 더욱이, 본 발명에서 예각의 굴곡 시, 후측 관절융기(106)는 경골 베어링 부품(200)과 간섭하지 않으므로 경골 베어링 부품(200)의 롤백을 가능하게 한다.

이제 다양한 굴곡 각도의 대퇴슬 보철물(10)의 외측면도인 도 17 내지 도 22를 참조하면, 대퇴골 부품(100)은 약 0 내지 160도의 범위의 각도로 경골 베어링 부품(200) 및 경골의 플랫폼(300)과 관련하여 도시되어 있다. 도 17 내지 도 22는 이식된 슬관절(10)의 굴곡 거동의 방법을 설명하고 있다. 도 17을 참조하면, 대퇴슬 보철물(10)은 약 0도의 굴곡으로 도시되어 있다. 약 60도의 각도(β)에서, 경골 베어링 부품(200)은 도 18에 도시된 바와 같이 롤백하고, 신장 상태에서 충분한 접촉 및 넓은 접촉의 면적을 유지한다. 이러한 넓은 면적의 접촉의 구성은 대퇴골 부품(100)과 경골 베어링 부품(200) 사이의 접촉 응력을 감소시킨다. 감소한 접촉 응력으로 인해 마모성 베어링 재료의 수명이 증가한다. 감소한 접촉 응력을 갖는 증가된 접촉 면적의 개념은 체내 시험과 체외 시험에서 그 수명을 입증하였다. 도 19는 약 90도의 각도(γ)로 굴곡된 이식된 슬관절(10)을 도시하고, 한편 도 20은 약 130도의 각도(δ)로 굴곡된 이식된 슬관절(10)을 도시한다. 이제 도 21을 참조하면, 대퇴슬 보철물(10)이 약 120도의 각도(ε), 약 130도의 각도(δ), 및 약 140도의 각도(ζ)를 포함하는 광범위한 굴곡의 각도로 도시되어 있다.

마지막으로, 이식된 슬관절(10)은 도 22에서 약 160도의 굴곡의 각도(η)로 도시되어 있다. 롤백은 거의 160도까지의 이식된 슬관절(10)의 증진된 최대 굴곡 및 경골 베어링 부품(200)의 베어링 재료의 마모의 감소를 위해 중요하다. 임플란트(10)는 이식된 슬관절이 굴곡할 때 회전한다. 경골 베어링 부품(200)의 내측 부분은 외측 부분이 후측 방향으로 후퇴할 때 회전의 축선이다. 이러한 회전의 합은 대퇴골-경골의 접촉 영역뿐만 아니라 경골 트레이(300)의 평평한 부분에서 발생한다. 조합된 회전은 경골의 플랫폼(300)에서 경골 베어링 부품(200)의 이동 및 슬관절의 연조직 구조의 작용을 가능하게 하는 가동식 베어링의 설계로 인해 발생한다. 물론, 연조직 구조(인대)는 수술 시에 균형을 유지할 필요가 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 경-상 관절융기(trans-epicondylar) 폭(136)과 전측 관절융기간(intercondylar) 폭(132) 사이의 비도 또한 중요하다. 실제의 전측 관절융기간 폭(132)은 대퇴골의 뼈의 절단이 시행된 후에 형성된다. 대퇴골 부품(100)의 경-상 관절융기 폭(136)과 전측 관절융기간 폭(132) 사이의 비는 100/70 내지 100/72의 범위이다. 주변의 연조직은 100/70 내지 100/72의 비를 갖는 최대 160도까지의 최대의 예각의 굴곡을 가능하게 한다.

본 발명은 바람직한 실시형태를 참조하여 설명되었다. 본 명세서에서 설명된 구조상 및 작동상의 실시형태는 동일한 일반적 특징부, 특성 및 일반적 시스템의 작동을 제공하기 위한 복수의 가능한 배열의 예시임을 이해할 것이다. 독자는 전술한 상세한 설명을 읽고 이해함으로써 개조 및 변경을 실시할 것이다. 본 발명은 이와 같은 모든 개조 및 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다는 것이 의도된다.

Claims (21)

  1. 대퇴슬(femoral knee) 치환 보철물로서,
    대퇴골 부품;
    근위 측과 원위 측을 갖는 경골(tibial) 베어링 부품으로서, 상기 근위 측은 상기 대퇴골 부품과 결합하고, 상기 원위 측은 스템(stem)을 포함하는, 경골 베어링 부품; 및
    근위 표면 및 원위 표면을 구비하는 경골의 플랫폼 부품으로서, 상기 근위 표면은 상기 경골 베어링 부품의 원위 측과 결합하고, 그리고 상기 경골 베어링 부품의 지주를 수납하기 위한 개구를 포함하고, 상기 원위 표면은 경골 내에 고정되도록 적합되는 지주를 포함하는, 경골의 플랫폼 부품;을 포함하고,
    상기 대퇴골 부품은,
    슬개골 그루브에 의해 분리되는 근위 내측면에 인접하는 근위 외측면을 갖는 전측 관절융기(condyle);
    상기 전측 관절융기의 상기 근위 외측면의 하측의 원위 관절융기 외측면;
    상기 전측 관절융기의 상기 근위 외측면의 하측의 원위 관절융기 내측면으로서, 상기 원위 관절융기 외측면에 인접하는 원위 관절융기 내측면;
    상기 원위 관절융기 외측면으로부터 후측으로 연장하는 외후측 관절융기; 및
    상기 원위 관절융기 내측면으로부터 후측으로 연장하는 내후측 관절융기로서, 상기 내후측 관절융기와 평행한 내후측 관절융기를 포함하는, 대퇴슬 치환 보철물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원위 관절융기는,
    상기 원위 관절융기 외측면의 내면 상의 제 1 지주; 및
    상기 원위 관절융기 내측면의 내면 상의 제 2 지주를 더 포함하는, 대퇴슬 치환 보철물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 지주 및 상기 제 2 지주는 대퇴골 내에 고정되도록 적합되는, 대퇴슬 치환 보철물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외후측 관절융기 및 상기 내후측 관절융기는 약 36 내지 42 mm의 범위의 전측-후측 높이를 갖는, 대퇴슬 치환 보철물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외후측 관절융기 및 상기 내후측 관절융기의 각각 내에 약 10 내지 17 mm의 두께를 갖는 중간점을 더 포함하는, 대퇴슬 치환 보철물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외후측 관절융기 및 상기 내후측 관절융기의 내면의 후측 표면은 약 14 내지 20 mm의 범위인, 대퇴슬 치환 보철물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전측 관절융기의 근위 외측면은 약 44 내지 62 mm의 범위의 근위-원위 높이를 갖고, 내부의 전측 표면 높이는 약 29 내지 39 mm의 범위인, 대퇴슬 치환 보철물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전측 관절융기의 근위 내측면은 약 41 내지 52 mm의 범위의 근위-원위 높이를 갖고, 내부의 전측 표면 높이는 약 20 내지 29 mm의 범위인, 대퇴슬 치환 보철물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 근위 외측면은 제 1 전측-후측 두께를 포함하고, 상기 근위 내측면은 제 2 전측-후측 두께를 포함하는, 대퇴슬 치환 보철물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전측-후측 두께는 상기 제 2 전측-후측 두께보다 두꺼운, 대퇴슬 치환 보철물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 전측-후측 두께는 약 7 내지 12 mm의 범위이고, 상기 제 2 전측-후측 두께는 약 4 내지 5 mm의 범위인, 대퇴슬 치환 보철물.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 원위 관절융기 외측면 및 내측면의 각각은 약 52 내지 84 mm의 범위의 전측-후측 외부의 길이를 갖는, 대퇴슬 치환 보철물.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 원위 관절융기 외측면 및 내측면의 각각은 약 35 내지 55 mm의 범위의 전측-후측 내부의 길이 및 약 9 mm의 근위-원위 두께를 갖는, 대퇴슬 치환 보철물.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 대퇴골 부품은 경-상 관절융기(trans-epicondylar) 폭 및 전측 관절융기간(inter-condylar) 폭을 포함하는, 대퇴슬 치환 보철물.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 경-상 관절융기 폭 대 상기 전측 관절융기간 폭의 비는 약 100/70 내지 약 100/72의 범위인, 대퇴슬 치환 보철물.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 경-상 관절융기 폭은 약 58 내지 76 mm의 범위이고, 상기 전측 관절융기간 폭은 약 38 내지 54 mm의 범위인, 대퇴슬 치환 보철물.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 대퇴골 부품은,
    전측 반경을 갖는 전측 관절 구역;
    원위 반경을 갖는 원위 관절 구역; 및
    후측 반경을 갖는 후측 관절 구역을 더 포함하고, 상기 원위 반경은 상기 전측 반경보다 크고, 상기 근위 반경이 가장 작은, 대퇴슬 치환 보철물.
  18. 제 17 항에 있어서,
    과굴곡(hyperflexion)을 촉진하기 위해, 상기 전측 반경은 약 23 내지 29 mm의 범위이고, 상기 원위 반경은 약 32 내지 42 mm의 범위이고, 상기 후측 반경은 약 14 내지 20 mm의 범위인, 대퇴슬 치환 보철물.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 과굴곡은 약 0° 내지 160°의 운동의 범위를 포함하는, 대퇴슬 치환 보철물.
  20. 대퇴골의 임플란트로서,
    근위 외측면 및 근위 내측면을 구비하는 전측 관절융기에 대향하는 전측 평면;
    상기 전측 평면에 평행한, 그리고 후측 관절융기에 대향하는 후측 평면;
    원위 관절융기와 대향하는, 그리고 약 15°의 각도로 상기 전측 평면과 상기 후측 평면을 연결하는 수직선으로부터 원위에서 각을 이루는 원위 평면;
    상기 전측 관절융기 및 상기 원위 관절융기와 대향하는 전측-원위 평면으로서, 상기 전측 평면의 원위 단부와 상기 원위 평면의 전측 단부를 연결하는 전측-원위 평면;
    상기 원위 관절융기 및 후측 관절융기와 대향하는 후측-원위 평면으로서, 상기 원위 평면의 후측 단부와 상기 후측 평면의 원위 단부를 연결하는 후측-원위 평면; 및
    상기 원위 평면에 고정되는 적어도 하나의 지주를 포함하는, 대퇴골의 임플란트.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전측 관절융기의 상기 전측 평면과 상기 근위 외측면 사이의 전측-후측 두께는 약 7 내지 12 mm의 범위이고, 상기 전측 관절융기의 상기 전측 평면과 상기 근위 내측면 사이의 전측-후측 두께는 약 4 내지 5 mm의 범위이고, 상기 후측 평면과 상기 후측 관절융기 사이의 전측-후측 두께는 약 10 내지 17 mm의 범위이고, 상기 원위 평면과 상기 원위 관절융기의 상기 근위-원위 두께는 약 9 mm이고, 내부의 길이는 약 35 내지 55 mm인, 대퇴골의 임플란트.
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