JP4522343B2 - Tensor used for joint replacement - Google Patents
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Description
本発明は、膝関節や足関節等を人工関節に置換する関節置換施術時において、置換される人工関節の靱帯バランスを測定するためのテンサーに関するものである。 The present invention relates to a tensor for measuring the ligament balance of a replacement artificial joint during a joint replacement operation in which a knee joint, an ankle joint, or the like is replaced with an artificial joint.
例えば、膝関節が、変形性膝関節症、関節リウマチ、骨腫瘍を罹患したり、外傷等を負った場合には、人工膝関節に置換することが行われている。この置換された人工膝関節において、その周辺の靱帯（主に屈伸を制御する内外側側副靱帯）が適正なバランス（靱帯バランス）を獲得しているか否かの判断は非常に重要である。置換され人工膝関節は、生体膝関節の動きと同等な動きをする必要があり、そのために、人工膝関節のサイズに合わせて関節を切除するのであるが（その逆の場合もある）、必ずしもそのとおりに切除できないこともあるし、サイズどおりに切除したとしても、生体膝関節と人工膝関節とでは動きが異なることから、スムーズな関節運動が確保できないことがある。 For example, when a knee joint suffers from osteoarthritis of the knee, rheumatoid arthritis, bone tumor, or suffers trauma, replacement with an artificial knee joint is performed. In this replaced knee prosthesis, it is very important to determine whether or not the surrounding ligament (mainly the inner and outer collateral ligaments that control bending and stretching) has acquired an appropriate balance (ligament balance). The replacement knee prosthesis needs to move in the same way as a living knee joint, and therefore the joint is resected according to the size of the knee prosthesis (and vice versa), but not necessarily In some cases, it cannot be excised as it is, and even if it is excised according to the size, the movements of the living knee joint and the artificial knee joint are different, so that smooth joint movement may not be ensured.
このため、周辺の靱帯群のバランスを計測し、これが適正であれば、置換が成功したとしている。人工膝関節が適正な靱帯バランスを獲得していることは、良好な臨床成績（適正なアライメントや屈曲角の確保）を得るだけでなく、人体内での人工膝関節の理想的なパーフォーマンスを期待でき、結果として、人工膝関節自体の耐久性を高めることができるからである。このように重要な靱帯バランスであるが、従来は、その測定（確認）を術者（執刀医）の主観に頼るものが多かった。靱帯バランスの獲得には、以下のような方法があった。 For this reason, the balance of the surrounding ligament group is measured, and if this is appropriate, the replacement is said to be successful. The fact that the knee prosthesis has the right ligament balance not only gives good clinical results (ensures proper alignment and flexion angle), but also the ideal performance of the knee prosthesis in the human body. This is because the durability of the artificial knee joint itself can be enhanced. Although this is an important ligament balance, in the past, measurement (confirmation) often relied on the subjectivity of the surgeon (surgeon). There were the following methods for obtaining the ligament balance.
１）スペーサによる方法
所定の骨切除を行った大腿骨と脛骨との間に、人工膝関節（インプラント）の厚み（大腿骨側インプラントと脛骨側インプラントの合計厚み）と同じ厚みを有するプレートを挿入し、これによって靱帯がどのようなバランスを保つかを術者が目測で判断する方法である。この方法は、簡単ではあるが、単に平坦なプレートを挿入するのみであるから、観測できるのは、伸展位（立位）とせいぜいが９０°屈曲位の二ポジションに限られ、屈伸の途中のポジションでは観測できないという欠点がある。また、バランスの良否の判断については、術者の主観に頼るしかなかった。
1) Spacer method Insert a plate with the same thickness as the thickness of the artificial knee joint (implant) (total thickness of the femoral implant and tibial implant) between the femur and tibia that have undergone predetermined bone resection. Thus, this is a method in which the surgeon determines by eye measurement what balance the ligament will maintain. Although this method is simple, it is only possible to insert a flat plate, so that it is possible to observe only the two positions of the extended position (standing position) and the 90 ° bent position. There is a disadvantage that it cannot be observed in the position. In addition, the judgment of the quality of the balance had to rely on the subjectivity of the surgeon.
２）トライアルによる方法
骨切除を行った大腿骨と脛骨との間に、大腿骨インプラントと脛骨インプラント（多くの場合、ベースプレートと関節プレートの二部材で構成されている）の擬似品を装着し、このときの靱帯バランスを術者が判断する方法である。この方法は、屈伸の任意のポジションでの観察が可能であり、膝蓋靱帯（パテラテンドン）も正常状態にできるという長所を有しているが、すべて擬似品による測定であるし、靱帯バランスの判断は、依然として術者の主観に委ねざるを得なかった。このため、大腿骨インプラントと関節面プレートとの間に感圧紙を挟んだりすることも併用されているが、両者の接触面は、湾曲した凹面に形成されているから、感圧紙が正確な圧力を感知できない。
2) Method by trial A femoral implant and a tibial implant (often composed of two members, a base plate and a joint plate) are mounted between the femur and tibia that have undergone bone resection, This is a method in which the surgeon determines the ligament balance at this time. This method can be observed at any position of flexion and extension, and has the advantage that the patella ligament (patellatendon) can be in a normal state, but all are measurements by a pseudo product, and judgment of ligament balance is Still, I had to leave it to the subjectivity of the surgeon. For this reason, pressure sensitive paper is also used between the femoral implant and the articular surface plate, but the contact surface of both is formed as a curved concave surface, so that the pressure sensitive paper is accurate pressure Cannot be detected.
３）テンサーによる方法
骨切除を行った大腿骨と脛骨との間に、両切除面に添接するプレートを上下に張ることができてそのときの張力を知ることができる器材（これをテンサー又はバランサーという）を挿入し、一定の張力で張ったときの両者のギャップを計測し、このギャップを評価して人工膝関節の諸元を決定する方法である（特許文献１）。屈伸の連続動作での計測が可能であるし、ギャップ量を定量的に計測できるとともに、内外反についても観測できる利点がある。しかし、操作に熟練を必要とするし、定量的に観測できるのはあくまでギャップであって靱帯の張力ではない。また、パテラテンドンは、反転させておかなければならないという問題もある。
本発明は、このテンサーをより改良したもので、操作が容易で、実際に人工膝関節を組み込んだと同じ状態の下での靱帯バランスを荷重として検出することで、靱帯バランスを定量的に評価できるようにしたものである。さらに、人工膝関節に限らず、足関節、肘関節、手首関節といった他の関節にも同様に適用できるものでもある。 The present invention is a further improvement of this tensor, which is easy to operate and evaluates the ligament balance quantitatively by detecting the ligament balance as a load under the same conditions as when an artificial knee joint is actually incorporated. It is something that can be done. Furthermore, the present invention is not limited to an artificial knee joint, but can be applied to other joints such as ankle joint, elbow joint, and wrist joint.
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、関節に置換される人工関節の靱帯バランスを測定するためのテンサーであって、このテンサーが、近位骨側インプラントを受ける遠位骨側インプラントの関節面プレートの裏面に挿入されるテンサープレートを有しており、テンサープレートの表面に外部出力が可能な荷重センサが点在して組み込まれた関節置換時に使用されるテンサーにおいて、各荷重センサからの出力をパソコンに取り込み、各荷重センサの配置及び各荷重センサからの荷重を基に各荷重センサが検出する荷重の重心位置を求め、この重心位置を関節が伸展位から屈曲位に至るまで連続した軌跡としてパソコン画面に表示することを特徴とする関節置換術時に使用されるテンサーを提供したものである。 Under the above problems, the present invention provides a tensor for measuring the ligament balance of an artificial joint to be replaced by a joint according to claim 1, wherein the tensor receives a proximal bone side implant. In the tensor used at the time of joint replacement , which has a tensor plate inserted on the back surface of the joint surface plate of the bone side implant, and in which load sensors capable of external output are scattered and incorporated on the surface of the tensor plate , The output from each load sensor is taken into a personal computer, the center of gravity of the load detected by each load sensor is obtained based on the placement of each load sensor and the load from each load sensor, and the joint is bent from the extended position to the bent position. The present invention provides a tensor for use in joint replacement, which is characterized by being displayed on a personal computer screen as a continuous trajectory .
また、本発明は、以上のテンサーにおいて、請求項２に記載した、 パソコン画面に関節の伸展、屈曲角度、各荷重センサが検出した荷重とそれを合計した全荷重及び重心座標が数値として表示される手段、請求項３に記載した、荷重センサが、その出力をテンサープレートの後方から延出している導線で送信する手段、請求項４に記載した、荷重センサが、電源を内蔵するものであり、その出力を電源電力によって無線で送信する手段を提供するとともに、具体例として請求項５に記載した、インプラントが膝関節、足関節、肘関節、手首関節に組み込まれるものである手段を提供したものである。 Further, according to the present invention, in the above tensor, the joint extension, the bending angle, the load detected by each load sensor and the total load and the barycentric coordinate are displayed as numerical values on the personal computer screen. that means, according to claim 3, load sensor, means for transmitting at conductor extends its output from the rear of the tensor plate, according to claim 4, which load sensor, a built-in power supply while providing a means for wirelessly transmitting its output by source power, according to claim 5 as an example, the implant is provided a knee joint, ankle joint, elbow joint, a means is incorporated into a wrist joint Is.
請求項１の手段によると、テンサープレートに組み込まれた各荷重センサから当該個所の荷重が測定できることになる。したがって、各荷重センサの配置及び各荷重センサからの荷重を基に各荷重センサが検出する荷重の重心位置を求め、この重心位置を関節が伸展位から屈曲位に至るまで連続した軌跡としてパソコン画面に表示することができる。この重心位置を評価することで、靱帯バランスの適否を判断できることになる。もちろん、この重心位置については数多くのデータが蓄積されているので、それらと比較して靱帯バランスの適否を判断することになる。なお、測定するのは、関節面プレートの裏面であるが、裏面であっても、表面の荷重分布が測定できることが確認されている。 According to the means of claim 1, the load at the relevant location can be measured from each load sensor incorporated in the tensor plate. Therefore, the position of the center of gravity of the load detected by each load sensor is obtained based on the arrangement of each load sensor and the load from each load sensor, and this center of gravity position is used as a continuous trajectory from the extended position to the bent position of the PC screen. Can be displayed . To evaluate the center of gravity position, so that it judged the propriety of the ligament balance. Of course, since a large amount of data is accumulated for the position of the center of gravity , the suitability of the ligament balance is judged by comparison with these data. In addition, although what is measured is the back surface of the joint surface plate, it has been confirmed that the load distribution on the surface can be measured even on the back surface.
このようなテンサーによると、更に次のような効果が期待できる。
１）屈曲位→伸展位→屈曲位の任意の姿勢での測定が可能になる。
２）連続した動きの中でリアルタイムで荷重を測定できる。
３）両インプラントの摺動面は、患者によって様々な形状に設定してあるが、この形状に左右されずに荷重を測定できる。
４）組み込んだ正規品のインプラントに適用すれば、置換術後の状態を確認でき、当該インプラントが適しているか否かを判断できる。
According to such a tensor, the following effects can be expected.
1) Measurement in an arbitrary posture from bending position to extension position to bending position becomes possible.
2) The load can be measured in real time in a continuous motion.
3) Although the sliding surfaces of both implants are set in various shapes depending on the patient, the load can be measured without being influenced by this shape.
4) If applied to a genuine implant incorporated, the state after replacement can be confirmed, and it can be determined whether or not the implant is suitable.
また、請求項２の手段によれば、より多くのデータが採取できるし、関節面プレートに正規品を使用することもできる。請求項３の手段によれば、パテラテンドンを正常状態にしての観測が可能であるし、請求項４の手段によれば、装置が簡略なものになる。 Further, according to the means of claim 2, more data can be collected , and a genuine product can be used for the joint surface plate. According to the means of claim 3 , it is possible to observe the patella tendon in a normal state, and according to the means of claim 4 , the apparatus is simplified.
以下、本発明の実施の形態を人工膝関節に適用した場合を例にとって図面を参照して説明する。図１は人工膝関節に置換した左膝の側面図、図２は同じく背面図であるが、人工膝関節は、大腿骨インプラント１と脛骨インプラント２とからなる。このうち、大腿骨インプラント１は、チタン合金、クロムモリブデン合金或いは医療用セラミクスといった生体適合材料で構成され、側面視略半円形、すなわち、略Ｃ形に形成されたものである。その内面３は、側面視で多角形（本例では五角形）に面取りされているとともに、中央に入江状の欠落部４を設けて（これをＣＲタイプと称する）その両側に断面の外周が略球状をした内側顆部５と外側顆部６とを形成したものである。なお、欠落部５をボックスに代え、この中に脛骨インプラント２に形成されたポストを収容して脛骨インプラント２の動きを特定に制御するＰＳタイプと称されるものもあるが、本発明では、このようなタイプのものも含む。 Hereinafter, a case where an embodiment of the present invention is applied to an artificial knee joint will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a left knee replaced with an artificial knee joint, and FIG. 2 is a rear view of the same. The artificial knee joint includes a femoral implant 1 and a tibial implant 2. Among these, the femoral implant 1 is made of a biocompatible material such as a titanium alloy, a chromium molybdenum alloy, or a medical ceramic, and is formed in a substantially semicircular shape in side view, that is, a substantially C shape. The inner surface 3 is chamfered in a polygonal shape (in this example, a pentagonal shape) in side view, and is provided with a cove-shaped missing portion 4 in the center (referred to as a CR type). A spherical medial condyle 5 and lateral condyle 6 are formed. In addition, there is what is called a PS type that replaces the missing portion 5 with a box and accommodates a post formed in the tibial implant 2 to specifically control the movement of the tibial implant 2, but in the present invention, This type is also included.
この大腿骨インプラント１は、大腿骨７に装着されるもので、大腿骨７の遠位端を内面３の形状に合わせて骨切りし、骨切面を内面３に密着して装着する。このとき、内面３の中央辺りの辺からペグ８を突出させ、このペグ８を大腿骨７に挿入して固着性を高めることもある。一方、脛骨インプラント２は、大腿骨インプラント１を受ける関節面プレート９と、脛骨１０に装着されて関節面プレート９を受けるベースプレート１１とからなる。このうち、関節面プレート９は、金属と摩擦に対して相性のよい超高分子量ポリエチレン等の医療用樹脂材から構成され、上面に内側顆部５を受ける内側関節面１２と外側顆部６を受ける外側関節面１３とが形成されたものである。 This femoral implant 1 is attached to the femur 7, and the distal end of the femur 7 is cut according to the shape of the inner surface 3, and the osteotomy surface is attached in close contact with the inner surface 3. At this time, the peg 8 may be protruded from the side of the inner surface 3 around the center, and the peg 8 may be inserted into the femur 7 to enhance the fixation. On the other hand, the tibial implant 2 includes an articular surface plate 9 that receives the femoral implant 1 and a base plate 11 that is attached to the tibia 10 and receives the articular surface plate 9. Of these, the joint surface plate 9 is made of a medical resin material such as ultrahigh molecular weight polyethylene that is compatible with metal and friction, and has an inner joint surface 12 and an outer condyle portion 6 that receive the inner condyle portion 5 on the upper surface. The outer joint surface 13 to be received is formed.
これにおいて、内側関節面１２と外側関節面１３とは、内側顆部５と外側顆部６の外面形状に合わせた断面形状をしたものが前後に条状に続いており、それぞれ内側顆部５と外側顆部６とを横方向のずれを規制して収受している。なお、膝関節には、屈曲するに従って、脛骨インプラント２が大腿骨インプラント１に対してその骨軸の回りを足首の先端側が内側に旋回する回旋（脛骨インプラント２でいえば内旋）という動作が行われるため、人工膝関節でも、この動きを誘導するように、内側関節面１２と外側関節面１３とをその方向に導いている。なお、骨軸とは、それぞれの骨の中心線のことであり、立位のときは、脛骨１０の骨軸はほぼ垂直であり、大腿骨７の骨軸は側面視ではほぼ垂直であるが、背面視では外方に傾いている。 In this case, the medial joint surface 12 and the lateral joint surface 13 have a cross-sectional shape that matches the outer surface shape of the medial condyle 5 and the lateral condyle 6, followed by a strip shape, respectively. And the lateral condyle 6 are received by regulating the lateral displacement. As the knee joint is bent, the tibial implant 2 rotates around the bone axis with respect to the femoral implant 1 so that the tip side of the ankle pivots inward (in the case of the tibial implant 2, internal rotation). Therefore, even in the artificial knee joint, the inner joint surface 12 and the outer joint surface 13 are guided in that direction so as to induce this movement. The bone axis is a center line of each bone. When standing, the bone axis of the tibia 10 is substantially vertical, and the bone axis of the femur 7 is substantially vertical in a side view. , Tilted outward in rear view.
関節面プレート９の裏面は、一般的には、平坦な面を形成してベースプレート１１に載置されているが、このとき、位置がずれたりしないように、適宜な係合構造を設けていることもある。さらに、図示は省略するが、関節面プレート９とベースプレート１１とを回旋中心に設けたピン（図示省略）で嵌合して関節面プレート９がペースプレート１１に対して回旋できるようにしたモバイルタイプと称されるものもある。この他、関節面プレート９の上面にマストを起立し、このマストを大腿骨インプラント１の欠落部４の間に突入させ、回転時の横ずれと脱落（脱臼）を防いでいるものもある。 The back surface of the joint surface plate 9 is generally placed on the base plate 11 while forming a flat surface. At this time, an appropriate engagement structure is provided so as not to shift the position. Sometimes. Further, although not shown in the drawings, a mobile type in which the joint surface plate 9 and the base plate 11 are fitted with a pin (not shown) provided at the center of rotation so that the joint surface plate 9 can be rotated with respect to the pace plate 11. There is also what is called. In addition, a mast stands up on the upper surface of the joint surface plate 9, and the mast is inserted between the missing portions 4 of the femoral implant 1 to prevent lateral displacement and dropout (dislocation) during rotation.
ベースプレート１１は、同じく生体適合金属で構成されており、その上面で関節面プレート９を支持している。このベースプレート１１の脛骨１０に対する装着も、大腿骨インプラント１と同様であり、脛骨１０の近位端を平に骨切りしてベースプレート１１の下面を添わせている。これにおいて、脛骨１０との固着性を高めるために、ベースプレート１１の裏面にペグ１４を突設し、これを脛骨１０中に突入させているものもある。 The base plate 11 is also made of a biocompatible metal, and supports the joint surface plate 9 on the upper surface thereof. The attachment of the base plate 11 to the tibia 10 is the same as that of the femoral implant 1, and the proximal end of the tibia 10 is cut flat and the lower surface of the base plate 11 is attached. In this case, in order to improve the fixing property with the tibia 10, there is a case in which a peg 14 is protruded from the back surface of the base plate 11 and is inserted into the tibia 10.
ところで、以上のような大腿骨インプラント１と脛骨インプラント２とからなる人工膝関節を膝関節に置換した場合、その屈曲、伸展及び回旋動作は、生体膝関節と同様に靱帯群が制御することになる。屈伸及び回旋動作に際して膝関節の安定性に関与する主な靱帯群としては、内側に存在して大腿骨７と脛骨１０とに連結している内側側副靱帯（ＭＣＬ）１５と、外側に存在する外側側副靱帯（ＬＣＬ）１６、前面に存在して大腿四頭筋と脛骨１０とに連結している膝蓋靱帯（パテラテンドン）１７、後方に存在する座骨下腿筋（ハムストリング−図示省略）等がある。また、膝後十字靱帯（ＰＣＬ−図示省略）に関しては、インプラントによっては温存する場合もあり、その場合は、関節面プレート９上での大腿骨インプラント１の転動や回旋を制御する場合もある。 By the way, when the artificial knee joint composed of the femoral implant 1 and the tibial implant 2 as described above is replaced with a knee joint, the ligament group controls the flexion, extension, and rotation operations similarly to the living knee joint. Become. The main ligaments involved in knee joint stability during flexion and rotation are the medial collateral ligament (MCL) 15 that is connected to the femur 7 and the tibia 10 and the lateral ligament group. Lateral collateral ligament (LCL) 16, patella ligament (patella tendon) 17 that is connected to the quadriceps and tibia 10 in the front, sciatic leg muscle (hamstring-not shown), etc. There is. Further, the posterior cruciate ligament (PCL—not shown) may be preserved depending on the implant, and in that case, the rolling and rotation of the femoral implant 1 on the joint surface plate 9 may be controlled. .
本発明は、置換しようとする人工膝関節を実際に膝関節に装着したとき、靱帯群がどのようなバランスを発揮するかを定量的に測定するテンサーＴに関するものである。本発明に係るテンサーＴは、関節面プレート９の裏面に挿入されるテンサープレート１８を主体とするものである。そして、このテンサープレート１８の表面には、荷重センサ１９が点在して組み込まれており、関節面プレート９のどの個所にどの程度の荷重がかかるかを測定するものである。荷重センサ１９としては、どのような原理のものでもよいが、荷重の大小を電気量として出力する歪計のようなものがもっとも一般的である。 The present invention relates to a tensor T that quantitatively measures the balance of a ligament group when an artificial knee joint to be replaced is actually attached to the knee joint. The tensor T according to the present invention is mainly composed of a tensor plate 18 inserted into the back surface of the joint surface plate 9. A load sensor 19 is scattered and incorporated on the surface of the tensor plate 18 to measure how much load is applied to which part of the joint surface plate 9. The load sensor 19 may be of any principle, but is most commonly a strain gauge that outputs the magnitude of the load as an electric quantity.
図３はテンサープレート１８の一例を示す平面図であるが、その表面に幾つかの荷重センサ１９を点在させて組み込んである。本例では、内外関節面１２、１３のそれぞれ中央付近に該当する個所に左右に三つずつ、合計六個を組み込んだものを示しているが、これは一例であって、その配置や数については任意に設定できる。できるだけ広範な個所に数多く設置することで、より細かい荷重分布が測定できることになる。この点で、必要な面積に集積させた面形の荷重センサ１９を用いてもよい。さらに、本例の荷重センサ１９は、有線式のものであるが、この場合でも、導線１９ａをテンサープレート１８、すなわち、関節面プレート９の後方から出し入れするのが適する。測定時、パテラテンドン１７を正常状態に保てるからである。この他、荷重センサ１９としては、小さな電池等を内蔵してこれを電源として出力を無線で発信する無線式のものであってもよい。導線等が必要でないから、簡単になる利点がある。 FIG. 3 is a plan view showing an example of the tensor plate 18, in which several load sensors 19 are scattered and incorporated on the surface. In this example, the inner and outer joint surfaces 12 and 13 each have a total of six in the left and right at locations corresponding to the vicinity of the center, but this is an example, and the arrangement and number Can be set arbitrarily. By installing a large number of places as wide as possible, a finer load distribution can be measured. In this respect, a planar load sensor 19 integrated in a required area may be used. Furthermore, although the load sensor 19 of this example is a wired type, even in this case, it is suitable that the conductor 19a is taken in and out from the rear of the tensor plate 18, that is, the joint surface plate 9. This is because the Patellatendon 17 can be kept in a normal state during the measurement. In addition, the load sensor 19 may be a wireless sensor in which a small battery or the like is incorporated and the output is transmitted wirelessly using this as a power source. There is an advantage that simplification is required because no conducting wire or the like is required.
テンサープレート１８の形態としては、ベースプレート１１に代わるものであってもよい。すなわち、実際のペースプレート１１と同じものを製作し、これをテンサープレート１８に代替してもよい。これによると、関節面プレート９を正規品と同じもの或いは正規品自体を使用できる利点がある。なお、このタイプのテンサープレート１８は、あくまで擬似品であり、測定が済めば正規品に取り替える。また、関節面プレート９やベースプレート１１とは別のものにしてもよい。この場合は、金属又は樹脂を用いて薄い板をのものを製作し、これを関節面プレート９とベースプレート１１の間に挿入することになる。したがって、関節面プレート９或いはぺースプレート１１は、その分だけ厚みの薄い擬似品にする必要があるが、テンサープレート１８が簡単になる利点がある。 The form of the tensor plate 18 may be a substitute for the base plate 11. That is, the same pace plate 11 as the actual one may be manufactured and replaced with the tensor plate 18. According to this, there is an advantage that the joint surface plate 9 can be the same as the regular product or the regular product itself. Note that this type of tensor plate 18 is a pseudo product, and is replaced with a regular product after measurement. Further, it may be different from the joint surface plate 9 and the base plate 11. In this case, a thin plate is manufactured using metal or resin, and this is inserted between the joint surface plate 9 and the base plate 11. Therefore, it is necessary to make the joint surface plate 9 or the pace plate 11 a dummy product with a reduced thickness, but there is an advantage that the tensor plate 18 is simplified.
次に、このテンサーによって置換する人工膝関節の靱帯バランスを測定する場合について説明する。テンサーによる靱帯バランスの測定は、骨切りをした後に所定のインプラントを組み込んだ後に行う。この場合、大腿骨インプラント１は正規のものを使用すればよいが、脛骨インプラント２については、上記したように、テンサープレート１８の形態に応じて擬似品或いは正規品を使用する。これらのインプラントで仮の置換施術が終了すると、荷重センサ１９による荷重の測定を開始する。荷重を測定する場合の膝の角度は、伸展位から屈曲位までの任意の角度であり、連続動作させながら測定することもある。ただし、このときの患者は横になっており、この測定時に体重がテンサープレート１８にかかることはない（あくまで靱帯群のみの張力測定）。 Next, the case where the ligament balance of the artificial knee joint to be replaced by this tensor is measured will be described. The measurement of the ligament balance with a tensor is performed after a predetermined implant is incorporated after osteotomy. In this case, the femoral implant 1 may be a genuine one, but the tibial implant 2 is a pseudo or regular one depending on the form of the tensor plate 18 as described above. When the provisional replacement treatment is completed with these implants, the load measurement by the load sensor 19 is started. The knee angle when measuring the load is an arbitrary angle from the extended position to the bent position, and may be measured while continuously operating. However, the patient at this time is lying down, and the body weight is not applied to the tensor plate 18 at the time of this measurement (tension measurement only for the ligament group).
図４はこのテンサーを用いる靱帯バランスの計測システムのブロック図であるが、上記した荷重センサ１９（ＣＨ１〜ＣＨ６までの六個）の計測値を増幅器（ＡＭＰ）２０で増幅してＡＤ変換器２１でデジタル信号に変えてマイコン（ＭＣ）２２に入力する。また、このＭＣ２２には、膝関節の外側に取り付けられていて膝の屈伸角度を計測するアングルセンサ２３の計測値をＡＤ変換器２１を通して入力するようにしておく。そして、ＭＣ２２に入力されたこれらのデータは、パソコン（ＰＣ）２４に送られる。 FIG. 4 is a block diagram of a ligament balance measuring system using this tensor. The measured values of the load sensors 19 (six from CH1 to CH6) are amplified by an amplifier (AMP) 20 and are converted into an AD converter 21. The digital signal is input to the microcomputer (MC) 22. In addition, the MC 22 is configured to input a measurement value of an angle sensor 23 that is attached to the outside of the knee joint and measures the bending / extension angle of the knee through the AD converter 21. These data input to the MC 22 are sent to a personal computer (PC) 24.
図５はＰＣ２４に表示される画面の説明図であるが、画面には、荷重センサ１９を位置付けたテンサープレート１８の画像が表示され、各荷重センサ１９による荷重の計測値が「ＣＨ１」〜「ＣＨ６」の枠に表示されるようになっている。また、テンサープレート１８の画像には、各荷重センサ１９から送られたデータを基にＭＣ２２が計算した重心位置（Ｇ）がドットマトリックスで表示されるようになっている。この他、画面には、アングルセンサ２３で計測した膝の「屈伸角度」、ＣＨ１〜ＣＨ６までの荷重センサ１９の計測値を総和した「全荷重」、「重心座標」の座標値も表示されるようになっている。 FIG. 5 is an explanatory diagram of a screen displayed on the PC 24. On the screen, an image of the tensor plate 18 on which the load sensor 19 is positioned is displayed, and the load measurement values by the load sensors 19 are “CH1” to “CH1”. It is displayed in the frame of “CH6”. In the image of the tensor plate 18, the center of gravity (G) calculated by the MC 22 based on the data sent from each load sensor 19 is displayed in a dot matrix. In addition, the screen also displays the knee “flexion / extension angle” measured by the angle sensor 23, “total load” obtained by summing up the measurement values of the load sensors 19 from CH1 to CH6, and the coordinate value of “center of gravity coordinates”. It is like that.
以上の表示は、通常表示プログラムによって実行される。図６はそのフローチャートであるが、まず、開始ボタンを押してポートの設定等の初期設定を行い、データを取得できるようにする。ＭＣ２２からは１バイトずつデータが送られて来るが、一個のセンサ１９、２３のデータは４バイトにしてあることから、七個のデータと復帰改行を合わせて合計３０バイトになる。３０バイトでその時間のすべてのセンサ１９、２３のデータが送られて来ることになるので、それらのデータが送られて来る度にセンサ１９の「ＣＨ１」〜「ＣＨ６」までの荷重と「重心座標」の位置を表示させる。なお、このとき、「保存終了」、「停止」、「開始」、「通常表示」ボタンのスクロールは必要ないので、動かないようにしてある。 The above display is executed by a normal display program. FIG. 6 is a flowchart of the process. First, a start button is pressed to perform initial settings such as port settings so that data can be acquired. Although data is sent from the MC 22 byte by byte, the data of one sensor 19 and 23 is 4 bytes, so the total of 7 data and the carriage return is 30 bytes. Since the data of all the sensors 19 and 23 at that time are sent in 30 bytes, the load from the “CH1” to “CH6” of the sensor 19 and the “center of gravity” are sent each time such data is sent. The position of “Coordinate” is displayed. At this time, it is not necessary to scroll the “save end”, “stop”, “start”, and “normal display” buttons.
取り込んだデータは、ＰＣ２４に保存されるが、この保存は、保存プログラムによって実行される。図７はそのフローチャートであるが、保存開始ボタンを押すと、テキストボックスに書かれているファイルを開き、データが３０バイト送られて来る毎に「屈伸角度」、「ＣＨ１」〜「ＣＨ６」の順にデータをそのファイルに書き込んで行く。なお、この保存中の「状態」は「保存中」になり、保存終了ボタン以外は動かないようにしてある。保存終了ボタンを押すと、ファイルを閉じて保存を終了する。 The fetched data is saved in the PC 24. This saving is executed by a saving program. FIG. 7 is a flowchart, but when the save start button is pressed, the file written in the text box is opened, and every time 30 bytes of data is sent, the “bending / extending angle”, “CH1” to “CH6” Write data to the file in order. Note that the “status” being saved is “save”, and only the save end button is allowed to move. When the save end button is pressed, the file is closed and saving is ended.
この保存されたデータは、後の手術の資料等に供するために再生する必要がある。この再生には、手動再生と自動再生とがあり、それぞれ手動再生及び自動再生のプログラムで実行される。両プログラムとも、画面上にある「手動再生」、「自動再生」のボタンを押すことで行われるが、これについては、本発明と直接関係ないので、ここでの説明を省略する。 This stored data needs to be reproduced for use in later surgical data. This regeneration includes manual regeneration and automatic regeneration, which are executed by manual regeneration and automatic regeneration programs, respectively. Both programs are performed by pressing the “manual playback” and “automatic playback” buttons on the screen, but since this is not directly related to the present invention, description thereof is omitted here.
ところで、本来欲しいデータは、関節面プレート９の表面の荷重であり、このように、その裏面からの荷重を測定したのでは、全体が均されて荷重分布に差が生じるのかという疑問があるが、本発明者等が確認したところでは、はっきりとした荷重分布の差が出ており、問題がないことが判明した。関節面プレート９の表面は、湾曲した凹面に形成されており、また、大腿骨インプラント１と摺動させながら測定するものであるから、正確な値が測定できないことを考慮すると、このような裏面測定の方がはるかに正確で、容易なことが肯ける。 By the way, the data originally desired is the load on the surface of the joint surface plate 9, and there is a question of whether the load distribution from the back surface of the joint surface plate 9 is averaged and the load distribution is different. The inventors confirmed that there was a clear difference in load distribution and that there was no problem. The surface of the articulating plate 9 is formed as a curved concave surface, and is measured while being slid with the femoral implant 1. It turns out that the measurement is much more accurate and easier.
これらのデータは、数多くの症例の下で蓄積されており、各荷重センサ１９で得られた荷重分布が適正か否かは、この蓄積されたデータと比較して行う。そして、適正であれば、残りのインプラントを組み込んで施術は終了するし、不適正であれば、正規品のインプラントのサイズ等を変えることで適正化を図る。さらに、変えたもので再度この測定を行って確認することもある。 These data are accumulated under many cases, and whether or not the load distribution obtained by each load sensor 19 is appropriate is compared with the accumulated data. If it is appropriate, the remaining implants are incorporated, and the treatment is completed. If it is not appropriate, the size of the genuine implant is changed to make it appropriate. In addition, this measurement may be confirmed again with a changed one.
ところで、以上は、人工膝関節におけるものであるが、このテンサーは、これに限らず、人工足関節、人工肘関節、人工手首関節等、あらゆる人工関節に適用できることは言うに及ばない。なお、人工関節によっては、ベースプレートのようなものを使用しないこともあるが、その場合でも、関節面プレートの下側（骨切りした骨頭面との間）に挿入する点は変わらない。 By the way, the above is for an artificial knee joint, but it goes without saying that this tensor is not limited to this, and can be applied to all artificial joints such as an artificial foot joint, an artificial elbow joint, and an artificial wrist joint. Depending on the artificial joint, a base plate or the like may not be used, but even in that case, the point of insertion into the lower side of the joint surface plate (between the cut bone head surface) does not change.
Ｔ テンサー
１ 大腿骨インプラント
２ 脛骨インプラント
３ 大腿骨インプラントの内面
４ 欠落部
５ 内側顆部
６ 外側顆部
７ 大腿骨
８ ペグ
９ 関節面プレート
１０ 脛骨
１１ ベースプレート
１２ 内側関節面
１３ 外側関節面
１４ ペグ
１５ 内側側副靱帯
１６ 外側側副靱帯
１７ 膝蓋靱帯（パテラテンドン）
１８ テンサープレート
１９ 荷重センサ
１９ａ導線
２０ 増幅器
２１ ＡＤ変換器
２２ マイコン（ＭＣ）
２３ アングルセンサ
２４ パソコン（ＰＣ）
T Tensor 1 Femoral implant 2 Tibial implant 3 Inner surface 4 Femoral implant 4 Missing part 5 Medial condyle 6 Outer condyle 7 Femur 8 Peg 9 Joint surface plate 10 Tibial 11 Base plate 12 Inner joint surface 13 Outer joint surface 14 Peg 15 Medial collateral ligament 16 lateral collateral ligament 17 patella ligament (patella tendon)
18 Tensor Plate 19 Load Sensor 19a Conductor 20 Amplifier 21 AD Converter 22 Microcomputer (MC)
23 Angle sensor 24 Personal computer (PC)
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