JP4319337B2 - 人工膝関節の大腿骨コンポーネント - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、脛骨コンポーネント等と共に人工膝関節を構成する人工膝関節の大腿骨コンポーネントに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
人工膝関節として図6〜図10に示すものが知られている。この人工膝関節は大腿骨コンポーネント1とこれを支持する脛骨コンポーネント2とを主体とする。
大腿骨コンポーネント1は、正面視で山形状をした前部関節連結板3と、該前部関節連結板3の下部の両側に結合されて後方(図7、図8で右方)に向けられ相互に空間部4をあけて設けられた外側遠位顆部5および内側遠位顆部6と、該外側遠位顆部5および内側遠位顆部6の後端に結合され上方に向けられた外側後方顆部7および内側後方顆部8とを有し、側面視における外形面1aがほぼ円弧状に形成されている。
【0003】
また、前記前部関節連結板3の前面(図7,図8で左側の面)3aのほぼ中央には、円盤状の膝蓋骨コンポーネント9が接触する横断面が円弧状の膝蓋骨溝10が縦方向に前記空間部4に連絡して設けられている。前記膝蓋骨コンポーネント9の膝蓋骨溝10との接触部側は、球面状に形成されている。
前記大腿骨コンポーネント1の側面視における内面形状は、前記前部関節連結板3の後面(図7,図8で右側の面)3bと、外側後方顆部7および内側後方顆部8の前面(図7,図8で左側の面)7a,8aと、外側遠位顆部5および内側遠位顆部6の上面5a,6aと、該上面5a,6aと前記後面3bとを結ぶ前方斜面3cと、前記上面5a,6aと前記前面7a,8aとを結ぶ後方傾斜面5b,6bとによって多角形状に形成され、上面5a,6aのほぼ中央に結合突起1bが設けられている。
【0004】
前記大腿骨コンポーネント1は、その内面の空間Sの形状に合わせて予め切断された大腿骨Aの切断部に、前部関節連結板3を前側(直立状態の大腿骨を示す図6で手前側)に位置させて嵌着されると共に結合突起1gを打ち込まれて大腿骨Aに取り付けられる。前記膝蓋骨コンポーネント9は結合突起9aを膝蓋骨に打ち込まれて該膝蓋骨に取り付けられる。
【0005】
前記脛骨コンポーネント2は、ベースプレート2aとポリエチレン製のプレート2bとからなる。前記ベースプレート2aは脛骨Bにねじ等によって直接取り付けられ、また、前記プレート2bはベースプレート2aの上面にねじ等によって取り付けられている。
なお、大腿骨コンポーネント1とベースプレート2aとはチタン合金等の金属で製作されている。
【0006】
前記大腿骨コンポーネント1は、人工膝関節の組み付け状態において、円弧状の外形面1aが脛骨コンポーネント2に接触して膝関節の屈曲、伸展運動に応じて前後に回動するようになっている。
そして、膝関節の屈曲位角度が90°以上になると、前記膝蓋骨コンポーネント9は、前記膝蓋骨溝10から脱して外側遠位顆部5および内側遠位顆部6の内側の外周部に接触し、さらに、外側後方顆部7および内側後方顆部8の内側の外周部に接触するようになる。
ところで、従来の外側遠位顆部5および内側遠位顆部6の内側の外周部と、外側後方顆部7および内側後方顆部8の内側の外周部は、大腿骨コンポーネント1の外形面1aにほぼ沿った形状になっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の従来の大腿骨コンポーネント1においては、前記膝蓋骨コンポーネント9が、膝関節の深屈曲位時に、外側遠位顆部5および内側遠位顆部6の内側の外周部と外側後方顆部7および内側後方顆部8の内側の外周部との接触により、単純に大腿骨コンポーネント1の外形面1aにほぼ沿った移動軌跡で、大腿骨コンポーネント1に対して相対移動する。この相対移動は、人体の実際の膝関節における膝蓋骨の大腿骨に対する複雑な相対移動とはかなり相違するものであって、膝蓋靱帯に作用する力が不均衡になると共に、膝蓋骨の大腿骨に対する相対移動が円滑に行えない不満がある。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、膝関節における膝蓋骨の大腿骨に対する移動を円滑に行えると共に、膝蓋靱帯に作用する力を均衡させることが可能な人工膝関節の大腿骨コンポーネントを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項1に係る人工膝関節の大腿骨コンポーネントは、前部関節連結板と、該前部関節連結板の下部の両側に結合されて後方に向けられ相互に空間部をあけて設けられた外側遠位顆部および内側遠位顆部と、該外側遠位顆部および内側遠位顆部の後端に結合され上方に向けられた外側後方顆部および内側後方顆部とを有し、側面視における外形面がほぼ円弧状に形成されると共に、前記前部関節連結板の前面のほぼ中央に、膝蓋骨コンポーネントが接触する膝蓋骨溝が縦方向に前記空間部に連絡して設けられており、前記円弧状の外形面が脛骨コンポーネントに接触して膝関節の屈曲、伸展運動に応じて回動する人工膝関節の大腿骨コンポーネントにおいて、
前記外側遠位顆部の後部から外側後方顆部にわたってそれらの外周部の内側に沿い、横断面が内側を向く傾斜面となる切欠き部が形成されていることを特徴とする。
【0010】
上記人工関節の大腿骨コンポーネントにおいては、大腿骨コンポーネントが大腿骨に固定され、その円弧状の外形面が頸骨に固定した脛骨コンポーネントの上面に接触されると共に、膝蓋骨に固定した膝蓋骨コンポーネントが大腿骨コンポーネントの膝蓋骨溝に接触されて人工膝関節が構成される。この人工膝関節においては、人体の直立状態の伸展位から屈曲されるに従い、大腿骨コンポーネントが頸骨コンポーネントの上面に接触しながら後方へ回動する。このとき、膝蓋骨コンポーネントは、大腿骨コンポーネントの膝蓋骨溝に沿って大腿骨コンポーネントに接触しながら相対移動して、膝蓋骨溝から外側遠位顆部と内側遠位顆部との空間部に移り、該外側遠位顆部と内側遠位顆部に接触し、さらに、外側後方顆部と内側後方顆部に接触するに至る。
前記過程で、人体の屈曲位角度が一定角度90°以上になって、前記膝蓋骨コンポーネントが外側遠位顆部と内側遠位顆部の後部から外側後方顆部と内側後方顆部にわたって接触する際には、外側遠位顆部と外側後方顆部の外周部の内側に形成した切欠き部によって、前記膝蓋骨コンポーネントは膝関節の外側と後方へ変位すると共に、内傾される。
【0011】
この人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、膝蓋骨コンポーネントが大腿骨コンポーネントの膝蓋骨溝から脱して外側遠位顆部と内側遠位顆部との空間部に移動して外側遠位顆部と内側遠位顆部に接触する以後における膝関節の深屈曲位の範囲では、前記切欠き部によって膝蓋骨コンポーネントが、前記空間部に深くに入って接触することにより、外側と後方へ変位すると共に内傾し、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨コンポーネントとが広く接触するので、接触圧が減少し膝関節の屈伸運動時における大腿骨に対する膝蓋骨の移動が円滑に行えると共に、膝蓋靱帯に作用する力が均衡する。
【0012】
請求項2に係る人工関節の大腿骨コンポーネントは、請求項1に記載の人工関節の大腿骨コンポーネントにおいて、切欠き部は、膝関節の屈曲位角度100°〜135°の範囲に形成されていることを特徴とする。
この人工関節の大腿骨コンポーネントでは、大腿骨コンポーネントに対する膝蓋骨コンポーネントの移動が、人体の実際の膝関節における大腿骨に対する膝蓋骨の移動に近い状態で実現される。
【0013】
請求項3に係る人工関節の大腿骨コンポーネントは、請求項2に記載の人工関節の大腿骨コンポーネントにおいて、切欠き部は、膝関節の屈曲位角度が大きくなるに従いその深さが増すように形成されていることを特徴とする。
この人工関節の大腿骨コンポーネントでは、膝関節の屈曲、伸展運動時の大腿骨コンポーネントに対する膝蓋骨コンポーネントの移動に伴う膝蓋骨の変位が常に円滑に行われる。
【0014】
請求項4に係る人工関節の大腿骨コンポーネントは、請求項1〜3のいずれかに記載の人工関節の大腿骨コンポーネントにおいて、切欠き部は、横断面が円弧状の凹面に形成されていることを特徴とする。
この人工関節の大腿骨コンポーネントでは、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨コンポーネントとの接触を広い範囲で行わせられるので、接触面圧が小さくなって各コンポーネントの摩耗が減少されてそれらの耐久性が向上される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1〜図5は、本発明に係る人工膝関節の大腿骨コンポーネント一実施の形態を示す。この実施の形態の人工関節の大腿骨コンポーネント1Aにおいては、外側遠位顆部5と外側後方顆部7の外周部の内側に切欠き部11が設けられている。
その他の構成は、前記従来の人工膝関節の大腿骨コンポーネント1と同一であるので、同一の構成部分には同一の符号を付してその詳細説明は省略する。
【0016】
前記切欠き部11について更に具体的に説明すると、切欠き部11は、図1に示す人体の直立状態における膝関節の伸展位(屈曲位角度0°)P1から図5に示す最深屈曲位(屈曲位角度135°)P2までの屈曲位角度範囲のうち、屈曲位角度αが100°〜135°において膝蓋骨コンポーネント9が大腿骨コンポーネント1Aに接触する範囲にわたって設けられている。
前記切欠き部11を設ける範囲は、膝蓋骨コンポーネント9の中心が移動する範囲に対応するものであるが、実際には、膝蓋骨コンポーネント9の大きさを考慮して、前記屈曲位角度の範囲の前後に及ぶ広い範囲にわたって形成される。
前記切欠き部11を設ける屈曲位角度範囲100°〜135°は、複数人の人体をMRI(磁気共鳴画像診断装置)等によって、実際に膝関節の屈曲、伸展運動を行った際の大腿骨と膝蓋骨との相対移動を観察し、大腿骨に対する膝蓋骨の外側、後方への変位および内側への傾斜が現れる屈曲位角度を測定して設定されている。
【0017】
そして、切欠き部11は、図4に示すように、外側遠位顆部5と外側後方顆部7の外周部の内側(図4で左側)の部分eを切り欠いて、平面状の傾斜面11aが内側を向くように傾斜して形成されている。さらに、切欠き部11は、傾斜面11aの傾斜角度θが一定のまま、屈曲位角度が増すに従って、その矢印ニ方向への切欠き量(深さ)が増すように形成されている。
【0018】
前記構成の大腿骨コンポーネント1Aにおいては、大腿骨コンポーネント1Aが脛骨コンポーネント2に接触して回動して、図1に示す人体の直立状態における膝関節の伸展位(屈曲位角度0°)P1から徐々に屈曲されると、大腿骨コンポーネント1Aが脛骨コンポーネント2の上面に接触しながら後方へ回動(図1で前部関節連結板3の上端側が時計方向へ回動)するに従い、膝蓋骨コンポーネント9が、大腿骨コンポーネント1Aの膝蓋骨溝10内を相対的に滑り動いて行き、膝蓋骨溝10を脱した後に外側遠位顆部5と内側遠位顆部6との空間部4に移り、外側遠位顆部5と内側遠位顆部6の内側の外周部5c,6cと接触するに至る。さらに、外側後方顆部7と内側後方顆部8の内側の外周部7c,8cと接触するに至って、最終的には最深屈曲位P2の屈曲角度が135°となる図4に示す状態に至る。
【0019】
前記過程で、人体の屈曲位角度が100°となる屈曲位P3以上になって、前記膝蓋骨コンポーネント9が外側遠位顆部5と内側遠位顆部6の後部から外側後方顆部7と内側後方顆部8にわたって接触する際には、膝蓋骨コンポーネント9の外側の部分9cが外側遠位顆部5と外側後方顆部7の内側に形成した切欠き部11の傾斜面11aに接触することによって、膝蓋骨コンポーネント9は、膝関節の外側と後方(図4でハ矢方とニ矢方)へ変位すると共に内傾(図4に矢印ホで示す右上がりに傾斜)され、前記空間部4内に深く沈み込んだ状態となる。前記膝蓋骨コンポーネント9の大腿骨コンポーネント1Aに対する前記各変位は、いずれも、膝関節の屈曲位角度が増すに従って大きくなる。
【0020】
前記人工関節の大腿骨コンポーネント1Aによれば、膝蓋骨コンポーネント9が大腿骨コンポーネント1Aの膝蓋骨溝10から脱して外側遠位顆部5と内側遠位顆部6との空間部4に移動して外側遠位顆部5と内側遠位顆部6に接触する以後における膝関節の深屈曲位における屈曲位角度範囲100°〜135°では、前記切欠き部11によって膝蓋骨コンポーネント9が、膝関節の外側と後方へ変位すると共に内傾し、前記空間部4に深くに沈み込んで接触することにより、大腿骨コンポーネント1Aと膝蓋骨コンポーネント9とが広く接触する。このため、大腿骨コンポーネント1Aと膝蓋骨コンポーネント9との接触圧が減少して膝関節の屈伸運動時における大腿骨に対する膝蓋骨の移動を、人体の実際の膝関節における移動に近い状態で円滑に行わせることができると共に、膝蓋靱帯に作用する力が均衡し、屈曲時の膝蓋骨の移動距離が減り(近道をする)、可動域が増加することが期待できる。
【0021】
なお、前記実施の形態では、前記切欠き部11を平面状の傾斜面11aに形成したが、これに限らず、凸面状にしてもよく、さらに、前記膝蓋骨コンポーネント9の球面状部分9bの曲率半径より大きな曲率半径を有する凹面状に形成してもよい。上記凹面状にすると、球面状部分9bと切欠き部11との接触時の弾性変形によって、それらの間の接触面が広くなって接触圧が低下され、接触部の摩耗等が少なく抑えられ各コンポーネントの耐久性を向上させることができる。
【0022】
また、前記実施の形態では、膝関節の屈曲位角度範囲100°〜135°で、屈曲位角度が増すに従って前記切欠き部11の深さを、傾斜面11aの傾斜角度θを変えずに増すようにしたが、前記切欠き部11の深さは、屈曲位角度が増すに従って傾斜面11aの傾斜角度θが大きくなるようにして増してもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項1に係る人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、膝蓋骨コンポーネントが大腿骨コンポーネントの膝蓋骨溝から脱して外側遠位顆部と内側遠位顆部との空間部に移動して外側遠位顆部と内側遠位顆部に接触する以後における膝関節の深屈曲位の範囲では、前記外側遠位顆部と外側後方顆部の内側に設けた切欠き部によって膝蓋骨コンポーネントを、前記空間部に深くに入って接触させることにより、外側と後方へ変位させると共に内傾させ、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨コンポーネントとを広く接触させることができるので、その接触圧を減少して膝関節の屈伸運動時における大腿骨に対する膝蓋骨の移動を円滑に行わせることができると共に、膝蓋靱帯に作用する力を均衡させることができる。
【0024】
請求項2に係る人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、大腿骨コンポーネントに対する膝蓋骨コンポーネントの移動を、人体の実際の膝関節における大腿骨に対する膝蓋骨の移動に近い状態で実現させることができる。
請求項3に係る人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、膝関節の屈曲、伸展運動時の大腿骨コンポーネントに対する膝蓋骨コンポーネントの移動に伴う膝蓋骨の変位を常に円滑に行わせることができる。
【0025】
請求項4に係る人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨コンポーネントとの接触をより広い範囲で行わせることができるので、接触面圧を可及的に小さくすることができて各コンポーネントの摩耗を減少させてそれらの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る人工関節の大腿骨コンポーネントの一実施の形態を示す側面図である。
【図2】 同じく平面図である。
【図3】 図1のイ矢視図である。
【図4】 図3のX−X断面図である。
【図5】 図1の大腿骨コンポーネントの最深屈曲位状態を示す側面図である。
【図6】 従来の人工膝関節の正面図である。
【図7】 図6の人工膝関節の側面図である。
【図8】 図6の大腿骨コンポーネントの平面図である。
【図9】 図6の大腿骨コンポーネントの正面図である。
【図10】 図7のロ矢視図である。
【符号の説明】
1,1A 大腿骨コンポーネント
1a 外形面
2 脛骨コンポーネント
3 前部関節連結板
4 空間部
5 外側遠位顆部
6 内側遠位顆部
7 外側後方顆部
8 内側後方顆部
9 膝蓋骨コンポーネント
10 膝蓋骨溝
11 切欠き部
11a 傾斜面
α 屈曲位角度
θ 傾斜角度
Claims (4)
- 前部関節連結板と、該前部関節連結板の下部の両側に結合されて後方に向けられ相互に空間部をあけて設けられた外側遠位顆部および内側遠位顆部と、該外側遠位顆部および内側遠位顆部の後端に結合され上方に向けられた外側後方顆部および内側後方顆部とを有し、側面視における外形面がほぼ円弧状に形成されると共に、前記前部関節連結板の前面のほぼ中央に、膝蓋骨コンポーネントが接触する膝蓋骨溝が縦方向に前記空間部に連絡して設けられており、前記円弧状の外形面が脛骨コンポーネントに接触して膝関節の屈曲、伸展運動に応じて回動する人工膝関節の大腿骨コンポーネントにおいて、
前記外側遠位顆部の後部から外側後方顆部にわたってそれらの外周部の内側に沿い、横断面が内側を向く傾斜面となる切欠き部が形成されていることを特徴とする人工膝関節の大腿骨コンポーネント。 - 前記切欠き部は、膝関節の屈曲位角度100°〜135°の範囲に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の人工膝関節の大腿骨コンポーネント。
- 前記切欠き部は、膝関節の屈曲位角度が大きくなるに従いその深さが増すように形成されていることを特徴とする請求項2に記載の人工膝関節の大腿骨コンポーネント。
- 前記切欠き部は、横断面が円弧状の凹面に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の人工膝関節の大腿骨コンポーネント。
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