JP4887292B2 - 人工膝関節 - Google Patents
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Description
骨性インピンジを回避するためには、大腿骨の関節部分を切除する骨切りのときに、残骨を適切に整形することも有効である。しかしながら、そのような骨の整形は高度な熟練技術を要する。そのため、より簡便に骨性インピンジを回避できる人工膝関節が求められている。
本発明の別の目的は、大腿骨の整形の程度にかかわらず、確実に骨性インピンジを回避できる人工膝関節を提供することである。
また、本発明のさらなる目的は、人工膝関節を構成する部品の局部的な異常摩耗を低減して、長期間の使用に耐える人工膝関節を提供することである。
本発明において、「オフセット」とは、屈曲角度180°の深屈曲時に、大腿骨コンポーネントの骨切り面と、インサートプレートの後端部とが離間していることを意味している。
また、健康な膝関節では、正座した場合には、膝関節が10〜30°程度で内旋するが、本発明の人工膝関節も、第2の摺動状態であれば、膝関節の回旋が可能であり、自然な膝関節の運動を実現することができる。
2 大腿骨コンポーネント
21 カム部(接続部)
22 顆
22a 内側顆
22b 外側顆
23 後端部
25 大腿骨関節面
25a 内側の大腿骨関節面
25b 外側の大腿骨関節面
3 脛骨コンポーネント
31 脛骨トレイ
4 インサートプレート
41 カム摺動面(後部曲面)
45 脛骨関節面
45a 内側の脛骨関節面
45b 外側の脛骨関節面
52 大腿骨外側のオフセット関節面
6 大腿骨
61 残骨
7 骨切り面
82 脛骨外側のオフセット曲面
本発明の人工膝関節1は、図1〜図5に示すように、大腿骨の遠位部に固定される大腿骨コンポーネント2と、脛骨の近位部に固定される脛骨コンポーネント3から構成される。
大腿骨コンポーネント2は、湾曲して膨出した2つの大腿骨関節面25と、大腿骨関節面25の後端部23に設けられて大腿骨関節面25より突出した楕円球状もしくはほぼ円柱状のカム部21とを備えている。
インサートプレートは、2つの大腿骨関節面25の各々と当接する2つの脛骨関節面45と、カム部21と当接するカム摺動面41と、を備えており、大腿骨コンポーネント2と直接接触して摺動する。
大腿骨コンポーネント2の後端部23には、2つの顆22の間に、楕円球状のカム部21が形成されている。カム部21は、大腿骨関節面25から、後方Pに大きく突出している。
脛骨トレイ31は、チタン合金及びコバルト−クロム合金等の生体安全性の高い金属や、アルミナ及びジルコニア等のセラミックスから形成される。
オフセット角度は、90°より小さいと、膝部にかかる荷重が大きいにも拘わらず、第2の摺動状態になってしまい、膝部の安定性が低くなるので好ましくなく、また、160°より大きいと、第1の摺動状態のまま骨性インピンジが生じてしまうので、好ましくない。
図6に示すように、屈曲角度が0°(膝を伸展した状態)には、大腿骨関節面25と脛骨関節面45とが接触して、第1の摺動状態が形成されている。この状態は、例えば直立姿勢や歩行姿勢において発生するものであり、膝関節にかかる荷重が大きい。本発明の人工膝関節は、屈曲角度0°では、第1の摺動状態が形成されているので、膝関節にかかる大きい荷重を安定して支持できる。
本実施形態では、実施形態1と同様に、大腿骨コンポーネント2と脛骨コンポーネント3とから成る人工膝関節であるが、カム部21が、大腿骨コンポーネント2の後端部23にスライド可能に固定されており、カム部21が大腿骨関節面25から突出する突出量を変更することにより、オフセット量を調節できることを特徴としている。
本実施形態は、実施形態1と同様に、大腿骨コンポーネント2と脛骨コンポーネント3とから成る人工膝関節1であるが、インサートプレートが、カム摺動面に対応する中央位置の裏面側に、下方傾斜した突出部を備え、脛骨トレイが、下方傾斜した突出部を受ける凹部を有することを特徴としている。
また、脛骨トレイ31の裏面側には、凹部37の形状に対応した凸部が形成されている。これにより、脛骨トレイ31の凹部37を、ほぼ一定の肉厚にすることができる。脛骨トレイ31を、必要最小限の一定の肉厚にすることにより、応力分散機能を維持したまま、脛骨の骨切り量を減らすことができる。
本実施形態の人工膝関節1は、図13〜図16に示すように、大腿骨6の遠位部に固定される大腿骨コンポーネント2と、脛骨の近位部に固定される脛骨コンポーネント3から構成される。
大腿骨コンポーネント2は、湾曲して膨出した2つの大腿骨関節面(内側大腿骨関節面25aと外側大腿骨関節面25b)と、2つの大腿骨関節面の後端部を接続する接続部21(この例では、カム部)と、外側大腿骨関節面25bの後端部に形成されたオフセット用の凹状の曲面(大腿骨外側オフセット曲面52と称する)、を備えている。大腿骨外側オフセット曲面52から上方に伸びた先端部には、くちばし状に平たく延びたオフセット先端部51が形成されている。
インサートプレート4は、内側大腿骨関節面25a及び外側大腿骨関節面25bの各々と当接する2つの脛骨関節面(内側脛骨関節面45aと外側脛骨関節面45b)と、接続部21が乗り越えることのできない高さのスパイン44と、接続部21が摺動可能に当接するように、スパイン44の後方P側に形成された後部曲面41(この例ではカム摺動面)と、大腿骨外側オフセット曲面52が摺動するように、インサートプレート4の後端縁部に形成された脛骨外側オフセット曲面82と、を備えている。
大腿骨コンポーネント2の後端部23には、2つの顆22a、22bの間に、楕円球状の接続部21が形成されている。この例では、接続部21は、大腿骨関節面25から後方Pに突出したカム部21として形成されている。しかしながら、接続部21は、この形態に限定されず、円柱状、楕円柱状、球状等の摺動に適した外形を有しているものが利用できる。
スパイン44の後部曲面41は、大腿骨コンポーネント2の接続部21を受容する形状に形成されている。後部曲面41と接続部21とは、人工膝関節1が所定角度以上、例えば90°以上に屈曲した場合に接触するように設計されている。後部曲面41と接続部21の表面とは、共に滑らかにされており、滑らかな摺動運動が可能である。インサートプレート44は、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)から形成されている。
脛骨トレイ31は、チタン合金及びコバルト−クロム合金等の生体安全性の高い金属や、アルミナ及びジルコニア等のセラミックスから形成される。
オフセット角度は、90°より小さいと、膝部にかかる荷重が大きいにも拘わらず、第3の摺動状態になってしまい、膝部の安定性が低くなるので好ましくなく、また、160°より大きいと、第1の摺動状態のまま骨性インピンジが生じてしまうので、好ましくない。
図13(内側の側面図)及び図14(外側の側面図)に示した屈曲角度0°(膝を伸展した状態)では、内側大腿骨関節面25a及び外側大腿骨関節面25bと、内側脛骨関節面45a及び外側脛骨関節面45bとがそれぞれ接触して、第1の摺動状態が形成されている。この状態は、例えば直立姿勢や歩行姿勢において発生するものであり、膝関節にかかる荷重が大きい。本発明の人工膝関節は、屈曲角度0°では、第1の摺動状態が形成されているので、膝関節にかかる大きい荷重を安定して支持できる。
これと同時に、接続部21と後部曲面41とが当接して、第4の摺動状態を形成する。
すなわち、大腿骨コンポーネント2の外側のみならず、大腿骨コンポーネントの内側にもオフセット先端部51を形成して、内側及び外側の両方がオフセットする人工膝関節にすることもできる。この変形例では、オフセット先端部51とインサートプレート4の後端部との引っかかりが2箇所になるので、大腿骨コンポーネントが前方Aに移動しようとする応力が、より分散できるので好ましい。内側及び外側のオフセット先端部は、同一の寸法形状にすることもできるが、異なる寸法形状にして、自然な内旋を達成するのが好ましい。
また、本発明の人工膝関節は、部品の異常摩耗が起こりにくいので、長期間にわたって使用でき、再々にわたる置換手術を余儀なくされていた患者にとって、非常に好ましい人工膝関節といえる。また、様々な部分に骨切り量を抑える工夫がされているので、骨量が減少した患者にも好適である。
Claims (10)
- 大腿骨の遠位部に固定される大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位部に固定される脛骨トレイと、
該脛骨トレイの上面に固定されて大腿骨コンポーネントが摺動するインサートプレートと、から成る人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントが、湾曲した2つの大腿骨関節面と、該大腿骨関節面の後端部に設けられて大腿骨関節面より突出した楕円球状もしくはほぼ円柱状のカム部とを備えており、
インサートプレートが、上記2つの大腿骨関節面の各々と当接する2つの脛骨関節面と、上記カム部と当接するカム摺動面と、を備えており、
膝部伸展時には、大腿骨関節面が脛骨関節面に摺動する第1の摺動状態であり、
90°〜160°の屈曲角度において、主な摺動状態が、上記第1の摺動状態から、カム部がカム摺動面に摺動する第2の摺動状態へ移行し、
屈曲角度180°の膝部深屈曲時には、第2の摺動状態により、大腿骨コンポーネントの骨切り面とインサートプレートの後端部とがオフセットすることを特徴とする人工膝関節。 - 屈曲角度180°の第2の摺動状態において、
カム部とカム摺動面との接触点からインサートプレートの後端部までの距離aと、カム部とカム摺動面との接触点から大腿骨コンポーネントの骨切り面までの距離bとの関係がb>aとなるように、オフセット量を調節しており、
これにより、上記骨切り面とインサートプレートの後端部とが、少なくとも(b−a)だけオフセットすることを特徴とする請求項1に記載の人工膝関節。 - 上記カム部が、大腿骨コンポーネントとの後端部に取り換え可能に固定されており、カム部の大腿骨関節面から突出する突出量を変更することにより、オフセット量を調節できることを特徴とする請求項1に記載の人工膝関節。
- 上記インサートプレートが、上記カム摺動面に対応する中央位置の裏面側に、下方に突出部を備え、上記脛骨トレイが、上記突出部を受ける凹部を有することを特徴とする請求項1に記載の人工膝関節。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の人工膝関節に使用される脛骨コンポーネントであって、
上記脛骨コンポーネントが、脛骨の近位部に固定される脛骨トレイと、該脛骨トレイの上面に固定されて大腿骨コンポーネントが摺動するインサートプレートと、から構成されおり、
上記インサートプレートが、上記人工膝関節の大腿骨コンポーネントの後端部に備えられたカム部が摺動するカム摺動面を備え、
さらに、上記インサートプレートが、上記カム摺動面に対応する中央位置の裏面側に、下方に突出部を備え、上記脛骨トレイが、上記突出部を受ける凹部を有することを特徴とする脛骨コンポーネント。 - 上記インサートプレートの突出部が、下方傾斜した形状に成形されており、上記脛骨トレイの凹部の裏面側が、該凹部形状に対応した形状に成形されていることを特徴とする請求項5に記載の脛骨コンポーネント。
- 大腿骨の遠位部に固定される大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位部に固定される脛骨トレイと、
該脛骨トレイの上面に固定されて大腿骨コンポーネントが摺動するインサートプレートと、から成る人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントが、湾曲した内側及び外側の2つの大腿骨関節面と、上記2つの大腿骨関節面の後端部を接続する接続部と、上記外側の大腿骨関節面の後端部に形成された凹状の大腿骨外側オフセット曲面と、を備えており、
インサートプレートが、上記2つの大腿骨関節面が摺動する内側及び外側の2つの脛骨関節面と、上記接続部と摺動可能に当接する曲面を後部に備えたスパインと、上記大腿骨外側オフセット曲面が摺動するようにインサートプレートの後端縁部に形成された脛骨外側オフセット曲面と、を備えており、
膝部伸展時には、外側及び内側の2つの大腿骨関節面が脛骨関節面に摺動可能に当接する第1の摺動状態であり、
90°〜160°の屈曲角度において、上記第1の摺動状態のうちの外側の関節面の当接が、上記大腿骨外側オフセット曲面が上記脛骨外側オフセット曲面に摺動可能に当接する第3の摺動状態に移行し、且つ上記大腿骨コンポーネントの接続部と上記インサートプレートのスパインの後部曲面とが摺動可能に当接する第4の摺動状態が形成され、
屈曲角度180°の膝部深屈曲時には、第3及び第4の摺動状態により、大腿骨コンポーネントの骨切り面とインサートプレートの後端部とがオフセットすることを特徴とする人工膝関節。 - さらに、大腿骨コンポーネントが、上記内側の大腿骨関節面の後端部に形成された凹状の大腿骨内側オフセット曲面を備え、
インサートプレートが、上記大腿骨内側オフセット曲面が摺動する脛骨内側オフセット曲面をインサートプレートの後端縁部に備えており、
90°〜160°の屈曲角度において、第1の摺動状態の内側の関節面の当接が、上記大腿骨内側オフセット曲面が上記脛骨内側オフセット曲面に摺動可能に当接する第3の摺動状態に移行することを特徴とする請求項7に記載の人工膝関節。 - 上記大腿骨コンポーネントの接続部が、大腿骨関節面から突出しない楕円球状もしくはほぼ円柱状であることを特徴とする請求項8に記載の人工膝関節。
- 上記大腿骨コンポーネントの接続部が、大腿骨関節面より突出した楕円球状もしくはほぼ円柱状のカム部であり、上記インサートプレートのスパインの後部曲面が、カム部を摺動させるカム摺動面であることを特徴とする請求項8に記載の人工膝関節。
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