JP6358677B2 - 人工膝関節 - Google Patents
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Description
第3発明の人工膝関節は、第1発明において、前記靭帯挿通孔は、前記脛骨部材20の前方から25〜50%、左右方向の中央から左右に0〜10%の位置に開口の中心が配置されるように形成されていることを特徴とする。
第4発明の人工膝関節は、第1または第3発明において、前記靭帯挿通孔が、複数設けられており、全ての靭帯挿通孔が、その開口の中心が、前記脛骨部材20の前方から25〜50%、左右方向の中央から左右に0〜10%の位置に配置されるように形成されていることを特徴とする。
第5発明の人工膝関節は、第1、第3または第4発明において、前記脛骨部材において、前記内側顆の中央部が凹んだ曲面に形成されており、前記外側顆の中央部が平坦面に形成されていることを特徴とする。
第6発明の人工膝関節は、第1、第3、第4または第5発明において、前記脛骨部材の内側顆は、側面から見たときに、中央部の凹んだ曲面の前端と後端とをつなぐ面が、前記外側顆の中央部の平坦面の部分と比べて後傾するように形成されていることを特徴とする。
第7発明の人工膝関節は、第1、第3、第4、第5または第6発明において、前記脛骨部材は、該脛骨部材を背面から見た時に、前記外側顆の中央部の表面よりも前記内側顆の表面が低くなるように内傾していること特徴とする。
第8発明の人工膝関節は、第1、第3、第4、第5、第6または第7発明において、前記脛骨部材は、内側顆および/または外側顆の周辺部が曲面状に形成されていることを特徴とする。
第9発明の人工膝関節は、第8発明において、前記脛骨部材は、その側面および/または後面と外側顆との境界部分が、外方に向かって凸である曲面状に形成されていることを特徴とする。
第3発明によれば、膝を屈伸させた際に、再建された前十字靭帯に発生する張力や緊張弛緩の状態を人工膝関節に置換する前の膝における前十字靭帯と同様の動きをさせることができる。
第4発明によれば、再建された前十字靭帯を構成する各靭帯を、より元の前十字靭帯の状態に近づけることができる。 第5発明によれば、前十字靭帯が再建された状態で、内側顆および外側顆が生体の脛骨の形状に近い状態となっているので、人工膝関節の動きをより自然な動きに近づけることができる。
第6、第7発明によれば、脛骨部材の形状が、脛骨近位端の形状に近い状態となっているので、人工膝関節の動きをより自然な動きに近づけることができる。
第8発明によれば、大腿骨部材および脛骨部材の内側顆同士および/または大腿骨および脛骨部材の外側顆同士が相対的に移動した場合でも、脛骨部材の内側顆および/または外側顆の周辺部に、大きな負荷が加わることを防止できる。つまり、エッジローディングを軽減することができるので、大腿骨部材や脛骨部材の損傷を防ぐことができる。
第9発明によれば、エッジローディングを軽減することができるので、大腿骨部材や脛骨部材の損傷を防ぐことができる。しかも、人工膝関節に置換した後における膝の可動域を大きくすることができる。
なお、本明細書において、前十字靭帯の再建に使用される靭帯は、ポリエステルなどを素材として人工的に形成された人工靭帯と、生体の他の部位から採取された生体腱(生体靭帯)の両方を含む概念である。以下では、両方を含めて、再建靭帯という。
図1〜図7に示すように、本実施形態の人工膝関節1は、大腿骨部材10と、脛骨部材20と、を備えている。
なお、図1〜図7では、右膝用の人工膝関節1の場合を代表として説明している。また、図1〜図7では、構造を分かりやすくするために後十字靭帯PCLは省略しており、図1〜図4では、大腿骨Fおよび脛骨Tも省略している。
また、脛骨部材20は、ベース部20aと接触部20bとを組み合わせて形成されている。しかし、以下の説明では、ベース部20aの上面に接触部20bを載せて連結し、ベース部20aと接触部20bとが組み合わされた状態を前提に説明する。つまり、一つの部材で脛骨部材20が形成されているかのように説明する。
図5〜図7に示すように、大腿骨部材10は、大腿骨Fの遠位端DTに取り付けられるものである。この大腿骨部材10は、大腿骨Fの内側顆MCに取り付けられる部分(以下単に内側顆11という)と、大腿骨Fの外側顆LCに取り付けられる部分(以下単に外側顆12という)とを有している。具体的には、内側顆11および外側顆12は、それぞれ側面視で略J字状、つまり、弧状に形成されている。そして、大腿骨部材10では、内側顆11と外側顆12の間に隙間10hができるように形成されている。つまり、大腿骨部材10は、脛骨部材20と接触する内側顆11および外側顆12の表面が、人体の正常な大腿骨Fの遠位端DTとほぼ同等の形状となるように形成されている(図8、図9参照)。
図5〜図7に示すように、脛骨部材20は、脛骨Tの近位端PEに取り付けられるものである。この脛骨部材20は、その上部に脛骨Tの内側顆MCに相当する部分(以下単に内側顆21という)と、大腿骨Fの外側顆LCに相当する部分(以下単に外側顆22という)とを有している(図10〜図13参照)。
以上のごとき構成を有しているので、本実施形態の人工膝関節1は以下のように取り付けられる。
なお、後十字靭帯PCLを温存する場合には、前十字靭帯ACLだけが切除される。
ここで、大腿骨部材10では、内側顆11と外側顆12の間に隙間10hを有しており、脛骨部材20には、その後方部の内側顆21と外側顆22の間に、切欠き20sが形成されている。すると、切欠き20sと隙間10hを通して、脛骨Tの近位端PEと大腿骨Fの遠位端DTとの間を連通する空間が形成される。つまり、大腿骨Fの遠位端DTおよび脛骨Tの近位端PEに大腿骨部材10と脛骨部材20を取り付けても、後十字靭帯PCLが通っていた部分に空間が形成された状態となる。
なお、後十字靭帯PCLを温存した場合には、切欠き20sと隙間10hに後十字靭帯PCLを配置することができる。つまり、元の位置に後十字靭帯PCLを配置することができるのである。
また、本実施形態の人工膝関節1では、脛骨部材20が、脛骨部材20を貫通する靭帯挿通孔20hを有している。この靭帯挿通孔20hは、上述したように、脛骨部材20を脛骨Tに取り付けたときに、元の前十字靭帯ACLが通っていた位置に前十字靭帯ACLが配置できるように形成されている。
しかも、大腿骨部材10は内側顆11と外側顆12の間に隙間10hを有している。このため、大腿骨Fの遠位端DTに大腿骨部材10と脛骨部材20を取り付けても、前十字靭帯ACLが通っていた部分には空間が形成された状態となる。
なお、脛骨Tの近位端PEには、靭帯挿通孔20hと連続する孔が形成されており、この穴に再建靭帯ACLの他端部を通して、再建靭帯ACLの他端部が脛骨Tの近位端PEに固定できるようになっている。
なお、上述したように、発明者らの研究の結果によって、前十字靭帯ACLは、その中心軸からの距離によって、膝を屈伸した際の張力の発生状況が異なることが把握された。そして、正常な前十字靭帯ACLでは、複数本の靭帯の束によって前十字靭帯ACLが形成されており、各束によって、膝を屈伸した際の張力の発生状況が異なることも確認された。したがって、再建する前十字靭帯ACLを、複数本の再建靭帯の束で形成した場合、本実施形態の人工膝関節1を使用して再建された前十字靭帯を、元の前十字靭帯ACLの機能により近づけることができる。この場合、複数本の再建靭帯の束で形成された再建前十字靭帯ACLを脛骨部材20に形成された一つの靭帯挿通孔20hに全て挿通してもよいし、脛骨部材20に複数の靭帯挿通孔20hを設けて、各靭帯挿通孔20hに各束を一つずつ(または複数束)を挿通するようにしてもよい。この場合、各束に発生する張力を、再建する前十字靭帯ACLにおいて同じ位置に配置されている靭帯の束に発生する張力により近づけることができるので、元の前十字靭帯ACLにより近い機能を発揮させることができる。この場合、複数の靭帯挿通孔20hを設ける位置は、上述した靭帯挿通孔20hを形成する範囲(つまり、脛骨部材20の上面において前方から25〜50%、左右方向の中央から左右に0〜10%の位置)に全ての靭帯挿通孔20h(または大部分の靭帯挿通孔20h)が配置されるように形成する。例えば、2本の再建靭帯の束で形成された再建前十字靭帯ACLを設ける場合には、図37に示すような位置に靭帯挿通孔20hを2つ設ける。すると、上記範囲に靭帯挿通孔20hの全体(または中心)が配置されるので、再建靭帯の束にも上記範囲に全体(または中心)が配置される。すると、各靭帯挿通孔20hに配置された再建靭帯の束に発生する張力を、再建する前十字靭帯ACLにおいて同じ位置に配置されていた靭帯の束に発生する張力により近づけることができる。また、3本の再建靭帯の束で形成された再建前十字靭帯ACLを設ける場合には、図38に示すような位置に靭帯挿通孔20hを3つ設ける。すると、上記範囲に靭帯挿通孔20hの全体(または中心)を配置することができる。また、形成する靭帯挿通孔20hは、大きすぎると隣接する靭帯挿通孔20hとつながったり干渉したりするし、小さすぎると靭帯の束と干渉して靭帯の束が損傷する可能性がある。したがって、複数の靭帯挿通孔20hを設ける場合には、各靭帯挿通孔20hの大きさ(直径)は、形成する孔の個数にもよるが、1〜6mm程度が好ましい。例えば、図37のような位置に靭帯挿通孔20hを2つ設けた場合には、靭帯挿通孔20hの孔径は4〜6mm程度が好ましい。同様に、図38のような位置に靭帯挿通孔20hを3つ設けた場合には、靭帯挿通孔20hの孔径は3〜6mm程度が好ましい。
また、脛骨部材20では、内側顆21と外側顆22の間であって、靭帯挿通孔20hと切欠き20sとの間には、顆間***23が形成されている。この顆間***23は、その高さや形状を、人工膝関節1に置換する前の膝における顆間***23と同等程度の高さに形成することが好ましい。前十字靭帯ACLを再建すると、大腿骨部材10の外側顆12を脛骨部材20の内側顆21側に引き付ける力が発生している。すると、外側顆22が平坦面に形成されていれば、大腿骨部材10の外側顆12は内方に移動しやすくなる。しかし、顆間***23の高さが上記のような高さに形成されていれば、大腿骨部材10の外側顆12の移動を制限することができるので、人工膝関節1に置換した膝を安定した状態とすることができる。
脛骨部材20の内側顆21および外側顆22の形状は限定されないが、生体の脛骨Tの形状に近い形状とすることが望ましい。具体的には、平面視で、内側顆21が外側顆22よりも大きくなっており、内側顆21は凹んだ曲面であるが、外側顆22は平坦面に形成されていることが望ましい(図10〜図13参照)。
また、境界部分の曲面の曲率半径は、位置によって異なるようにしてもよい。
さらに、側面および/または後面と内側顆21および/または外側顆22との境界部分を弧状ではなく、平面で形成してもよい。つまり、側面および/または後面と内側顆21および/または外側顆22とが形成する角を面取りしてもよい。しかし、上記境界部分を曲面とすれば、面取りする場合に比べて、エッジローディングを軽減でき、術後の可動域を改善できるという点で好ましい。
さらに、上記例では、脛骨部材20の側面および/または後面と外側顆22が滑らかに連続する曲面となるように形成されている場合を説明したが、もちろん、脛骨部材20の前面と外側顆22との境界部分も滑らかに連続する曲面となるように形成されていてもよい。
また、脛骨部材20は、ステム25から内側顆21、外側顆22まで一体で形成してもよい。しかし、脛骨部材20の脛骨Tに固定されるベース部20a(図14〜図16)と、ベース部20aに取り付けられる接触部20b(図10〜図13)とを別体で形成し、両者を組み合わせて脛骨部材20を形成するようになっていることが望ましい。例えば、内側顆21や外側顆22、顆間***23を備えた接触部21bを、ベース部20aに対して着脱可能となるように形成してもよい。この場合、強度が必要であるベース部20aは、生体適合性が高くかつ剛性の高い素材(例えば、チタン、コバルトクロムなど)を使用し、接触部20bには、滑り性および耐摩耗性の高い素材(例えば、超高分子ポリエチレンなど)を使用することができる。つまり、各部位を、求められる機能に適した素材で形成することができるので、人工膝関節1の円滑な作動を確保しつつ、耐久性を高めることができる。
まず、図21に示すように、実施例では、膝の屈曲角度と前十字靭帯の長さの変化の傾向が、正常膝の前十字靭帯(DEFORT)とほぼ同じような傾向を示すことが確認された、つまり、実施例のように脛骨部材に靭帯挿通孔を形成した場合には、再建した前十字靭帯を、人の前十字靭帯と同等の機能を発揮させることができることが確認された。
上述した実施例において、前十字靭帯を構成する各再建靭帯の束が、膝を屈曲した際にどのように顆間***と干渉するかをシミュレーションによって確認した。シミュレーションでは、112度、121度、131度の各角度に膝を曲げた場合について、それぞれ再建靭帯の束を顆間***との干渉状態を確認した。
なお、各再建靭帯の束は、脛骨部材および大腿骨に図17〜20に示した位置に接続した。
10 大腿骨部材
11 内側顆
12 外側顆
20 脛骨部材
20h 靭帯挿通孔
21 内側顆
22 外側顆
23 顆間***
F 大腿骨
DT 遠位端
T 脛骨
PE 近位端
ACL 前十字靭帯
PCL 後十字靭帯
Claims (8)
- 人工膝関節全置換技術において使用される、大腿骨と脛骨とを、複数の再建靭帯の束からなる再建靭帯によって連結し得る人工膝関節であって、
大腿骨遠位端に取り付けられる大腿骨部材と、脛骨近位端に取り付けられる脛骨部材と、を備えており、
前記脛骨部材には、
前記大腿骨部材の内側顆および外側顆とそれぞれ接触する内側顆および外側顆が設けられており、
該内側顆および該外側顆の間には、該脛骨部材を貫通する靭帯挿通孔と、顆間***と、が形成されており、
前記靭帯挿通孔は、
人工膝関節に置換する前の膝において、前十字靭帯が存在していた位置に形成されており、
前記顆間***は、
該靭帯挿通孔と前記脛骨部材の後方部に設けられた切欠きとの間に形成されており、
その高さが、人工膝関節に置換する前の膝における顆間***と同等程度の高さに形成されており、
その先端には、該人工膝関節に置換し複数の再建靭帯の束からなる再建前十字靭帯を設けて膝を曲げ伸ばしした際に、該再建前十字靭帯の各再建靭帯の束ごとに干渉状態が変化し得るように形成された、人工膝関節の前後方向に沿って延びた凹みが設けられている
ことを特徴とする人工膝関節。 - 前記靭帯挿通孔は、
前記脛骨部材20の前方から25〜50%、左右方向の中央から左右に0〜10%の位置に開口の中心が配置されるように形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の人工膝関節。 - 前記靭帯挿通孔が、複数設けられており、
全ての靭帯挿通孔が、
その開口の中心が、前記脛骨部材20の前方から25〜50%、左右方向の中央から左右に0〜10%の位置に配置されるように形成されている
こと特徴とする請求項1または3記載の人工膝関節。 - 前記脛骨部材において、
前記内側顆の中央部が凹んだ曲面に形成されており、
前記外側顆の中央部が平坦面に形成されている
ことを特徴とする請求項1、3または4記載の人工膝関節。 - 前記脛骨部材の内側顆は、
側面から見たときに、中央部の凹んだ曲面の前端と後端とをつなぐ面が、前記外側顆の中央部の平坦面の部分と比べて後傾するように形成されている
ことを特徴とする請求項1、3、4または5記載の人工膝関節。 - 前記脛骨部材は、
該脛骨部材を背面から見た時に、前記外側顆の中央部の表面よりも前記内側顆の表面が低くなるように内傾している
ことを特徴とする請求項1、3、4、5または6記載の人工膝関節。 - 前記脛骨部材は、
内側顆および/または外側顆の周辺部が曲面状に形成されている
ことを特徴とする請求項1、3、4、5、6または7記載の人工膝関節。 - 前記脛骨部材は、
その側面および/または後面と外側顆との境界部分が、外方に向かって凸である曲面状に形成されている
ことを特徴とする請求項8記載の人工膝関節。
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