KR101617896B1 - 무릎 대체용 보철물 - Google Patents

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막스 오소페딕스, 아이엔씨.
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Abstract

무릎 대체용 보철물은 대퇴부 구성요소와 경골 구성요소를 포함하며, 이에 따라 경골에 대해 대퇴부가 앞쪽-뒤쪽으로 병진운동할 수 있게 하고 무릎이 굽혀지는 동안 경골이 경골의 종축 주위로 회전할 수 있게 한다. 상기 대퇴부 구성요소는 절제 대퇴부의 원위 단부에 연결되고 관절구성 원위 표면들을 가진 내측 및 외측 과상돌기, 및 관절구성 슬개골 표면을 가진 슬개골 플랜지를 포함한다. 상기 경골 구성요소는 절제 경골의 근위 단부에 연결되고 상기 내측 및 외측 과상돌기와 관절구성된 내측 및 외측 오목부를 가진 근위 베어링 표면을 포함한다. 상기 과상돌기들과 오목부들의 관절구성 표면들은 환상 단면들에 의해 형성된다.

Description

무릎 대체용 보철물{TOTAL KNEE REPLACEMENT PROSTHESIS}
본 명세서는 발명의 명칭이 Total Knee Replacement Prosthesis with High Order NURBS Surfaces이며 2008년 2월 18일에 출원된 미국 예비출원번호 61/029,438호와 발명의 명칭이 Total Knee Replacement Prosthesis이고 2008년 2월 18일에 출원된 미국 예비출원번호 61/029,457호를 우선권주장하는 비예비출원으로서, 이들은 본 명세서에서 참조문헌으로 통합된다.
본 발명은 무릎 대체용 보철물 특히 자연스러운 무릎 운동과 기능을 보다 정확하게 구현하는 환상 표면(toroidal surface)에 의해 형성된 관절구성 표면(articulating surface)들을 가진 보철 무릎 임플란트에 관한 것이다.
인간의 무릎은 복잡한 경로를 따라 관절구성된다. 무릎이 굽혀질 때, 경골은 명백하게 대퇴부에 대해 관상축(coronal axis) 주위로 회전된다(굽혀진다). 하지만 대퇴부는 경골 위에서 뒤쪽으로 병진운동도 하며 또한 경골은 경골의 종축 주위로 회전운동도 한다. 게다가, 무릎이 굽혀질 때, 슬개골은 내측으로 끌어당겨진다. 인간의 무릎 관절의 복잡한 경로는 원위(distal) 대퇴부와 근위(proximal) 경골의 기하학적인 형상에 의해 주로 묘사된다. 예를 들어, 내측 대퇴부 과상돌기(medial femoral condyle)는 길이가 상대적으로 짧으며 형태가 구체형이지만, 외측 대퇴부 과상돌기(lateral femoral condyle)는 상대적으로 더 길고 형태가 타원형이다. 내측 경골 과상돌기는 오목한데 반해 외측 경골 과상돌기는 볼록하다.
인간의 무릎 관절의 복잡한 경로는 원위 대퇴부와 근위 경골을 둘러싸고 이들과 연결되는 인대들의 배열에 의해서도 묘사된다. 인간의 무릎은 두 개의 측부 인대(collateral ligament)에 의해 상호보완되며, 이들 중 하나는 상기 관절의 외측 측면에 위치되고 다른 하나는 상기 관절의 내측 측면에 위치된다. 각각의 인대는 경골과 대퇴부에 부착된다. 대퇴부에 대한 부착 지점들은 대략적으로 경골의 다른 단부가 움직이고 무릎이 굽혀지는 호(arc)의 축 위에 배열된다. 측부 인대들은 내반 및 외전 응력(varus and valgus stress)들로 무릎에 안정성을 제공한다.
인간의 무릎에는 무릎 관절부의 내측부분에 두 개의 십자 인대(cruciate ligament)를 추가로 포함한다. 이중 한 십자 인대는 경골의 뒤쪽 가장자리에 부착되는 반면, 다른 십자 인대는 경골의 앞쪽 가장자리를 향해 부착된다. 이 두 십자 인대는 모두 측부 인대의 축 상에서 대체로 과상돌기 사이의 노치 내의 대퇴부에 부착된다. 또한 이 십자 인대들은 무릎이 축방향으로 즉 무릎의 종축 주위로 회전하게 할 수 있다. 따라서 무릎이 굽혀질 때 경골은 경골의 종축 주위로 내부적으로 회전한다.
공지된 무릎 대체용 보철물은 일반적으로 대퇴부 구성요소와 경골 구성요소로 구성되는데, 이들은 각각 압력 끼워맞춤에 의해 또는 폴리메틸 메타크릴레이트 골분말(polymethyl methacrylate bone cement)로 부착함으로써 원위 대퇴부와 근위 경골의 절제 표면들에 부착된다. 각각의 구성요소는 상호보완적이고 이 구성요소들이 서로에 대해 관절구성될 수 있게 하도록 한 쌍의 관절구 표면(condylar surface)들을 포함한다. 상호보완적인 관절구 표면들의 기하학적 형상은 움직임과 자유도의 복잡성 즉 어떤 구성요소들이 굽혀질 수 있으며, 병진운동할 수 있고 및/또는 서로에 대해 회전운동할 수 있는지를 결정한다. 또한 대퇴부 구성요소는 선천적인 슬개골 또는 인공 슬개골 구성요소와 관절구성되는 슬개골 플랜지(patellar flange)를 포함한다. 이 슬개골 플랜지는 사두근(quadricep) 근육을 위한 레버 암을 제공한다.
공지된 무릎 보철물들은 인간 무릎의 관절구 표면들을 정확하게 구현하지 못한다. 예를 들어, 공지된 보철물의 대퇴부의 관절구 표면들은 내측-외측 방향에서 그리고 앞쪽-뒤쪽 방향에서 일반적으로 둥글게 형성되고 볼록하다. 앞쪽-뒤쪽 방향에서의 곡률 반경은 내측-외측 방향에서의 곡률 반경보다 더 크다. 통상, 원위 및 뒤쪽 과상돌기의 시상 곡률의 호 중심은 내측 및 외측 상과(epicondyle)를 결합하는 축 상에 중심을 이루며, 이에 따라 상기 상과들에 부착되는 측부 인대 내의 인장력은 굽혀지고 펼쳐질 때 거의 일정한 상태를 유지한다. 경골 표면들은 일반적으로 오목하고 시상면에 정렬된 주축과 접시 형태로 형성된다. 경골 과상돌기의 시상 반경과 관상 반경은 대퇴부 과상돌기의 시상 반경과 관상 반경보다 더 크며, 이에 따라 회전하는데 있어서 어느 정도의 여유를 제공한다. 이와 유사하게, 대퇴부 상에서 슬개골 플랜지는 오목하고 돔 형태의 슬개골의 곡률 반경보다 더 큰 관상 곡률 반경으로 상부 방향으로부터 하부 방향으로 배향된다.
다수의 종래 기술의 무릎 대체용 구성요소들의 디자인은 간단한 힌지 디자인으로 설계되어 자연스러운 무릎의 복잡한 회전 운동을 구현하지 못하며 이에 따라 단일의 수평축 주위로 오직 피벗회전만 할 수 있게 한다. 이와 같은 간단한 디자인은 대체로 보철물 구성요소들에 가해지는 높은 회전 응력들에 대한 큰 이완률로 인해 채택되지 못해왔다. 종래 기술의 그 외의 다른 무릎 보철물은 자연스러운 무릎의 움직임 경로를 보다 밀접하게 구현하려 해 왔다. 하지만, 이러한 보철물들은 인간 무릎의 자연스러운 움직임 경로(motion path)를 정확하게는 구현하지 못할 뿐만 아니라 그 외에도 제작 및 내구성에 제약을 지닌다.
다수의 종래 기술의 무릎 대체용 보철물들은 원, 호, 선, 평면, 구 및 실린더와 같이 잘 정의된 길이와 곡률 반경을 가진 간단한 기하학적 형상을 사용하여 모델링된다. 하지만, 인간 무릎의 복잡한 움직임 경로는 이렇게 간단한 기하학적 형상들을 사용하여 복제될 수 없다. 간단한 기하학적 형상을 사용하여 모델링된 보철물들은 부자연스러운 움직임, 적절치 못한 인장력 및 인대 내에서의 통증, 및 보철물 구성요소의 마모가 증가되고 헐거워진다. 따라서 무릎이 굽혀질 때 대퇴부가 병진운동하고 경골이 회전운동할 수 있게 하며 제작하기가 용이하고 제작비용이 비싸지 않은, 무릎의 자연스러운 움직임을 구현하고 보다 복잡한 관절구성 표면들을 가진 무릎 대체용 보철물을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 무릎이 접혀질 때 대퇴부가 병진운동할 수 있고 경골이 회전운동할 수 있게 함으로써 자연스러운 무릎의 움직임을 구현하는 무릎 대체용 보철물을 제공한다. 신규 보철물은 선천적 또는 보철 슬개골 및 경골 구성요소와 관절구성하는 대퇴부 구성요소를 포함한다. 이 구성요소들의 관절구성 표면들은 자연스러운 인간 무릎의 움직임 경로를 복제하기 위해 생리학적 하중 하에서 굽혀질 수 있고, 병진운동할 수 있으며 회전운동할 수 있게 하는 환상 표면(toroidal surface)들로 설계된다.
한 구체예에서, 무릎 대체용 보철물은 절제 대퇴부의 원위 단부에 연결된 대퇴부 구성요소와 절제 경골의 근위 단부에 연결된 경골 구성요소를 포함한다. 상기 대퇴부 구성요소는 주 곡률 반경과 부 곡률 반경을 가진 환상의 뒤쪽 표면과 환상의 앞쪽 표면을 포함하는 관절구성 원위 표면들을 가진 내측 및 외측 과상돌기를 포함한다. 또한 상기 대퇴부 구성요소는 관절구성 슬개골 표면을 가진 슬개골 플랜지를 포함한다. 상기 경골 구성요소는 상기 내측 및 외측 과상돌기와 관절구성된 내측 및 외측 오목부(concavity)를 가진 근위 베어링 표면을 포함한다. 상기 오목부들은 주 곡률 반경과 부 곡률 반경을 가진 환상의 뒤쪽 표면과 환상의 앞쪽 표면을 가진다. 각각의 오목부의 앞쪽 및 뒤쪽 표면들은 서로 부드럽게 뒤섞이고 과상돌기들과 관절구성된 패치 표면(patch surface)으로 끼워맞춤되는 것이 바람직하다.
관절구 표면들과 오목부들은 실질적으로 환상 표면(환상 단면)들에 의해 형성되며, 이에 따라 경골에 대해 대퇴부가 앞쪽-뒤쪽으로 병진운동할 수 있게 하고 무릎이 굽혀지는 동안 경골이 경골의 종축 주위로 회전할 수 있게 한다. 상기 보철물의 환상 표면들은 베어링 및 관절 하중의 중량 하에서 무릎의 자연스러운 움직임을 구현하도록 설계된다.
바람직한 한 구체예에서, 경골은 무릎이 초기에 완전히 펼쳐진 위치로부터 중간 위치로 대략 30°굽혀질 때 축방향으로 10°이하로 회전한다. 이 중간 위치를 지나 계속 굽혀진 후에, 경골은 완전히 굽혀진 위치까지 축방향으로 회전한다. 보철물이 완전히 굽혀질 때, 경골은 대략 10°이상, 바람직하게는 대략 15°이상, 보다 바람직하게는 최대 대략 20°이상까지 축방향으로 회전한다.
보철물은 경골에 대해 대퇴부가 병진운동할 수 있게 한다. 과상돌기들은 굽혀지는 동안에는 오목부들에서 뒤쪽으로 병진운동하고 펼쳐지는 동안에는 앞쪽으로 병진운동한다. 바람직한 한 구체예에서, 뒤쪽/앞쪽 병진운동은 완전히 펼쳐지는 동안 대략 1-2mm이다.
또한 보철물은 많이 굽혀질 수 있게도 한다. 바람직한 한 구체예에서, 각각의 과상돌기의 뒤쪽 부분은 110°이상, 바람직하게는 130°이상, 및 더 바람직하게는 최대 대략 155°까지 굽혀질 수 있게 한다.
관절구의 앞쪽 표면과 관절구의 뒤쪽 표면의 각각의 주 곡률 반경은 시상면에 배열되며 각각의 표면의 부 곡률 반경은 일반적으로 관상면에 배열된다. 각각의 과상돌기의 앞쪽 표면과 뒤쪽 표면의 주 곡률 반경은 동일하거나 또는 동일하지 않을 수도 있으며, 상기 표면들의 부 곡률 반경은 동일한 것이 바람직하다. 각각의 관절구 표면의 주 곡률 반경은 대퇴부의 내측 및 외측 상과들을 결합하는 축 상에서 중앙이 형성되는 것이 바람직하다.
각각의 오목부의 앞쪽 표면의 주 곡률 반경은 시상면에 배열되며 부 곡률 반경은 일반적으로 관상면에 배열된다. 각각의 오목부의 뒤쪽 표면의 주 곡률 반경은 횡단 평면에 배열되며 부 곡률 반경은 일반적으로 관상면에 배열된다. 내측 및 외측 오목부는 각각의 주 곡률 반경을 위한 하나의 회전 중심을 공유하거나 주 곡률 반경을 위한 서로 다른 중심을 가진다. 각각의 오목부의 앞쪽 및 뒤쪽 표면의 주 곡률 반경은 동일하지 않으며 부 곡률 반경은 동일하다. 관절구 표면의 부 곡률 반경은 오목부들의 앞쪽 및 뒤쪽 표면의 부 곡률 반경과 동일하거나 또는 이보다 더 작다.
또 다른 구체예에서, 내측 및 외측 과상돌기의 각각의 앞쪽 표면은 서로 다른 주 곡률 반경을 가지며, 내측 및 외측 과상돌기의 각각의 뒤쪽 표면은 서로 다른 주 곡률 반경을 가진다. 이 구체예에서, 내측 및 외측 과상돌기의 각각의 앞쪽 및 뒤쪽 표면은 동일한 부 곡률 반경을 가진다. 내측 및 외측 오목부의 각각의 앞쪽 표면은 서로 다른 주 곡률 반경을 가지며 내측 및 외측 오목부의 각각의 뒤쪽 표면은 서로 다른 주 곡률 반경을 가진다.
또 다른 구체예에서, 각각의 관절구 앞쪽 표면과 뒤쪽 표면은 시상면에서 다수의 주 곡률 반경을 가진다. 각각의 관절구의 앞쪽 및 뒤쪽 표면은 동일한 부 곡률 반경을 가진다. 이 구체예에서, 오목부들의 각각의 앞쪽 표면은 시상면에서 다수의 주 곡률 반경을 가지고 각각의 뒤쪽 표면은 횡단 평면에서 다수의 주 곡률 반경을 가진다. 오목부들의 각각의 앞쪽 및 뒤쪽 표면은 동일한 부 곡률 반경을 가진다.
상기 경골 구성요소는 원위 및 근위 표면들을 가진 베이스, 및 대퇴부 구성요소와 관절구성되고 맞물리는 베어링 표면들을 형성하는 근위 표면과 상기 베이스의 근위 표면과 맞물리는 원위 표면을 가진 라이너를 포함한다. 상기 베이스는 경골 플래튜(plateau) 상에 정지된 베이스 플레이트 및 근위 경골 골수 캐널(medullary canal) 내에 삽입될 수 있는 베이스 플레이트의 원위 표면에 고정된 용골(keel)을 포함한다. 상기 베이스 플레이트의 원위 표면은 텍스쳐링되고 거칠게 된 표면을 가지는 것이 바람직하다.
상기 보철물의 한 구체예는 뒤쪽 십자 인대가 외과수술적으로 제거될 때 사용하도록 설계된다. 이 구체예에서, 대퇴부 구성요소는 과상돌기들의 뒤쪽 단부들에 연결되는 비대칭 캠을 포함하며, 경골 구성요소는 오목부들의 중간에 있는 대칭의 중앙 포스트를 포함한다. 경골 구성요소에 대한 대퇴부 구성요소의 앞쪽 및 뒤쪽으로의 병진운동 뿐만 아니라 경골의 축방향 회전은 캠과 중앙 포스트에 의해 조절된다. 상기 캠과 포스트 간의 접촉은 무릎이 대략 30°이상 굽혀질 때 발생한다. 관절 표면들은 무릎이 굽혀질 때 뒤쪽 대퇴부가 회전할 수 있게 하고 내부 경골이 회전할 수 있게 한다.
보철물의 또 다른 구체예는 뒤쪽 십자 인대가 유지될 때 사용하도록 설계된다. 이 구체예에서, 대퇴부 구성요소는 캠을 포함하지 않으며 경골 구성요소는 중앙 포스트를 포함하지 않는다. 경골 구성요소에 대한 대퇴부 구성요소의 앞쪽 및 뒤쪽 병진운동 뿐만 아니라 경골의 축방향 회전은 뒤쪽 십자 인대에 의해 조절된다. 관절 표면들은 무릎이 굽혀질 때 뒤쪽 대퇴부가 회전할 수 있게 하고 내부 경골이 회전할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따라서 완전히 펼쳐진 무릎 보철물을 도시한 투시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 대퇴부 구성요소의 근위 표면을 보여주는 투시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 대퇴부 구성요소의 앞쪽의 관절구 부분과 슬개골 플랜지를 보여주는 투시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 대퇴부 구성요소의 앞쪽과 뒤쪽의 관절구 부분들을 보여주는 투시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 대퇴부 구성요소의 관절구 부분의 뒤쪽 단면을 보여주는 뒤쪽 입면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 대퇴부 구성요소의 관절구 부분의 앞쪽 단면과 슬개골 플랜지를 보여주는 앞쪽 입면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 대퇴부 구성요소의 외측 입면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 대퇴부 구성요소의 내측 입면도이다.
도 9는 도 1의 경골 구성요소 라이너(liner)의 앞쪽 근위 표면을 보여주는 투시도이다.
도 10은 도 1의 경골 구성요소의 뒤쪽 근위 표면을 보여주는 투시도이다.
도 11은 도 1에 도시된 보철물의 시상면, 관상면 및 횡단 평면에 대한 좌표축들을 따라 환상 단면들의 배열을 예시하는 그래프이다.
도 12는 도 9와 도 10에 도시된 경골 오목부들의 앞쪽 및 뒤쪽 환상 표면들 사이의 접합부를 예시하는 그래프이다.
도 13은 앞쪽 및 뒤쪽 환상 표면들이 서로 뒤섞이고 새로운 표면 패치가 표면 위로 끼워진 뒤에 아이소커브(isocurve)들을 사용하여 경골 베어링 표면을 예시한 도면이다.
도 14는 90°굽어진 도 1의 무릎 보철물을 도시한 투시도이다.
도 15와 도 16은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 대퇴부 구성요소를 도시한 투시도이다.
도 17과 도 18은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 경골 라이너를 도시한 투시도이다.
도 19는 아이소커브를 사용하여 도 17과 도 18의 경골 베어링 표면을 예시한 도면이다.
도 20은 앞쪽 및 뒤쪽 환상 표면들이 서로 뒤섞이고 새로운 표면 패치가 표면 위로 끼워진 뒤에 아이소커브들을 사용하여 경골 베어링 표면을 예시한 도면이다.
본 발명을 예시하기 위하여, 본 발명의 여러 구체예들이 첨부된 도면들에 도시된다. 하지만, 해당 업계의 당업자는 본 발명이 도면에 도시되고 하기에서 기술되는 정확한 장치들과 기기들에만 제한되는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 유사한 도면부호들은 유사한 요소들을 가리키는 것으로 사용된다. 상세한 설명을 통해 해당 업계의 당업자들에게는 본 발명의 사상과 범위 내에서 여러 변형예들과 변경예들이 가능하다는 것은 자명할 것이다.
그 외에 달리 정의되지 않는다면, 본 명세서에 사용된 모든 기술적 용어들과 의학적인 용어들과 이들의 여러 문법적 형태들은 본 발명이 속하는 해당 업계의 당업자에게 공통적으로 이해되는 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에서 용어 "앞쪽(anterior)", "뒤쪽(posterior)", "근위(distal)", "원위(distal)", "내측(medial)", "외측(lateral)", "시상(sagittal)", "관상(coronal)", 및 "횡단방향(transverse)"은 예를 들어 Dorland사의 Illustrated Medical Dictionary에 정의된 의미와 같은 통상적인 의학/해부학적 의미들로 사용된다.
용어 "환상면(toroid)"은 그 자체의 평면에서 축("주축(major axis)") 주위로 회전하는, 하지만 상기 축을 교차하거나 또는 포함하지는 않는, 폐곡선에 의해 생성된 표면을 가리킨다. 용어 "주 반경(major radius)"은 주축 주위로 회전하는 폐곡선의 반경을 의미한다. 주 반경은 주축에 대해 직각인 평면에 배열된다. 용어 "부 반경(minor radius)"은 폐곡선의 반경을 가리킨다. 부 반경은 주 반경보다 더 클수도 있다.
본 발명의 한 구체예에 따른 무릎 대체용 보철물이 도 1-14에 예시되며 전반적으로 도면부호(10)로 표시된다. 이 보철물(10)은 절제 대퇴부의 원위 단부에 고정될 수 있도록 설계되고 구성된 대퇴부 구성요소(20) 및 절제 경골의 근위 단부에 고정될 수 있도록 설계되고 구성된 경골 구성요소(52)를 포함한다. 이 구성요소(20, 52)들은 각각 종래의 방법들을 사용하여 통상적인 대퇴부 및 경골 절제 후에 대퇴부 및 경골에 고정될 수 있다. 경골 구성요소(52)는 좌측 무릎 또는 우측 무릎 중 어느 쪽에도 사용될 수 있는 대칭적인 형태를 가지지만, 대퇴부 구성요소는 비대칭이며 도 1-14에서는 좌측 무릎에 장착하기 위한 대퇴부 구성요소가 예시된다. 우측 무릎에 설치하기 위해 대퇴부 구성요소(20)의 거울상이 사용될 것이다.
도 1에 도시된 좌표축에서, 보철물(10)은 Y-Z 평면에 배열된 시상면, X-Y 평면에 배열된 관상면 및 X-Z 평면에 배열된 횡단 평면을 가진다. 이 보철물이 이식될 때, 상기 시상면, 관상면, 및 횡단 평면은 각각 종래의 환자의 시상면, 관상면, 및 횡단 평면과 나란하게 정렬된다.
대퇴부 구성요소(20)는 내측 관절구 부분 또는 과상돌기(22), 외측 관절구 부분 또는 과상돌기(24), 및 슬개골 플랜지 부분 또는 플랜지(26)를 가지며, 이들은 각각 내측 과상돌기(22)와 외측 과상돌기(24)의 앞쪽 단부(28, 30)에 걸쳐진다(bridge). 내측 과상돌기(22)와 외측 과상돌기(24)는 실질적으로 서로 평행하게 배열되며 이들 사이에서 슬관절(intercondylar) 노치(32)를 형성한다. 보철물이 굽혀질 때, 만곡된 관절구 부분들의 서로 다른 단면들이 경골 구성요소(52)와 맞물리고 관절구성된다.
슬개골 플랜지(26)는 내측 활차 표면(44)과 외측 활차 표면(46)에 의해 측면을 접하는(flanked) 슬개골 홈(42)을 포함한다. 상기 슬개골 플랜지(26)는 선천적 슬개골 또는 보철 슬개골 구성요소 중 하나와 관절구성되도록 설계된다. 도 6에서 잘 볼 수 있듯이, 이 슬개골 플랜지는 슬개골을 수용하기 위해 하부가 넓어진다. 활차 표면(44, 46)들은 들어 올려지며 슬개골에 안정성을 제공하기 위해 슬개골 홈(54)으로 부드럽게 변이된다. 도 6에서, 슬개골 홈(42)은 최적의 궤도와 안정성을 제공하기 위해 활차 표면(44, 46)을 따라 곡선 방식으로 관상면에서 각도(θ)로 상부방향과 외측 방향으로 연장된다. 바람직한 한 구체예에서, 상기 각도(θ)는 대략 6°이다. 또한 슬개골 플랜지(26)는 과상돌기(22, 24)와 부드럽게 변이된다. 슬개골 플랜지(26)는 선천적 대퇴부의 앞쪽 원위 표면의 기하학적 형상에 근사하도록 구성된다. 그 결과, 슬개골 플랜지(26)는 보철 슬개골 또는 선천적 슬개골의 자연스러운 궤도를 가진다.
각각의 과상돌기(22, 24)는 일반적으로 앞쪽 표면(34, 36)과 뒤쪽 표면(38, 40)을 포함하는데, 이들은 급격하게 변이되지 않고도 서로 부드럽게 뒤섞인다(blend). 도 1-14에 도시된 구체예에서, 상기 앞쪽 표면들과 뒤쪽 표면들은 환상 단면(toroid section)에 의해 형성된다. 이들 각각의 표면은 실질적으로 시상면에 배열된 주 반경을 가진다. 제 1 구체예에서, 앞쪽 표면(34, 36)의 주 곡률 반경은 각각의 과상돌기 상에서 뒤쪽 표면(38, 40)과 동일하다. 대안으로, 과상돌기(22, 24)의 주 곡률 반경은 큰 각도로 굽혀지는 동안 해부학적 대퇴부 롤백(rollback)을 따라가도록 전방으로부터 후방으로 감소할 수 있다. 예를 들어, 앞쪽 표면(34, 36)의 주 반경은 뒤쪽 표면(38, 40)의 주 반경보다 더 클 수 있다. 평균 무릎에 대해서는, 주 곡률 반경은 예를 들어 대략 14mm일 수 있다.
대안으로, 또한 앞쪽 표면과 뒤쪽 표면의 주 반경은 나중 절차(proceeding)를 줄일 수 있다. 앞쪽 관절구 표면과 뒤쪽 관절구 표면은 각각 후에 감소하는 주 곡률 반경을 가진 다수의 환상 단면들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 앞쪽 표면(34, 36)들은 제 1 환상 단면과 제 1 환상 단면보다 더 작은 주 곡률 반경을 가진 제 2 환상 단면으로 구성될 수 있다. 이와 유사하게, 뒤쪽 표면(38, 40)들도 제 1 환상 단면과 제 1 환상 단면보다 더 작은 주 곡률 반경을 가진 제 2 환상 단면으로 구성될 수 있다. 앞쪽 단면에서보다 뒤쪽 단면에서 반경이 훨씬 많이 감소된다. 특히, 과상돌기(22, 24)의 뒤쪽 단부(29, 31)에 가까운 표면은 많이 굽혀질 수 있게 하도록 즉 110°이상, 바람직하게는 130°이상, 및 더 바람직하게는 최대 대략 155°까지 굽혀질 수 있게 하도록 많이 감소되는 주 곡률 반경을 가진다. 게다가, 단부(29, 31)의 작은 반경은 경골 라이너(60) 상에서 과상돌기들 간의 접촉상태를 유지하면서 과상돌기(29, 31)의 에지 로딩(edge loading)을 방지한다.
평면에서의 부 곡률 반경의 배열은 변경된다. 바람직한 한 구체예에서, 과상돌기(22, 24)는 일정한 부 곡률 반경을 가진다. 하지만 관절구 표면들은 가변적인 부 곡률 반경을 가질 수도 있다. 평균 무릎에 대해서, 부 곡률 반경은 예를 들어 대략 20mm일 수 있다.
한 구체예에서, 외측 과상돌기(24)는 도 11에 도식적으로 예시되고 도 7과 도 8에서 볼 수 있듯이 내측 과상돌기(22)보다 더 큰 주 반경을 가진다. 서로 다르긴 하지만, 각각의 과상돌기(22, 24)의 주 반경은 무릎의 상과축(epicondylar axis) 상에서 중앙에 위치된다. 밑에서 매우 상세하게 기술되는 것과 같이, 더 큰 외측 과상돌기(24)는 대퇴부 구성요소가 경골 구성요소 상에서 뒤쪽으로 병진운동할 때 경골이 축방향으로 회전하도록 보조한다. 하지만, 과상돌기(22, 24)는 동일한 주 반경을 가질 수 있으며 여전히 경골의 축방향 회전과 대퇴부의 병진운동에 영향을 미칠 수 있음을 이해해야 한다.
도 5와 도 6에서 잘 볼 수 있듯이, 캠(47)이 내측 과상돌기(22)와 외측 과상돌기(24)의 뒤쪽 단부(29, 31)에 걸쳐지고 연결된다. 도 6에서, 상기 캠(47)은 일반적으로 평평한 후방 표면(48)과 만곡된 전방 베어링 표면(49)을 가진다. 상기 후방 표면(48)은 과상돌기(22, 24)의 후방(근위) 표면과 공면으로 배열되며 도 1에서 잘 볼 수 있듯이 원위 대퇴부의 절제 표면과 접하도록 평평하다. 도 5에서 잘 볼 수 있듯이, 베어링 표면(49)의 곡률 반경은 내측 단부(50)보다 외측 단부(51)에서 더 크다. 하기에서 자세히 기술되는 것처럼, 캠(47)은 무릎이 굽혀질 때 안정성을 제공하고 경골이 회전하도록 하기 위해 경골 베어링 라이너(60) 상에서 중앙 포스트(90)와 맞물린다.
도 1에서, 경골 구성요소(52)는 일반적으로 경골 플랫폼(54)과 경골 라이너(60)를 포함한다. 상기 경골 플랫폼(54)은 경골 라이너(60)의 원위 표면(64)과 맞물리는 베이스 플레이트(55) 및 경골의 골수 캐널(medullary canal) 내로 삽입된 안정 용골(56)을 가진다. 상기 베이스 플레이트(55)의 하측면 또는 원위 표면은 텍스쳐링되고(textured) 거칠게 된(roughened) 표면을 가지며 이 표면은 경골 상에 장착하는 동안 깍지 끼우듯이 접합되게 할 수 있다.
라이너(60)는 대퇴부 구성요소(20)와 관절구성된 근위 베어링 표면(62) 및 경골 플랫폼(52)에 고정되고 이 경골 플랫폼(52)과 접하는 원위 표면(64)을 가진다. 또한 경골 구성요소(50)는 내측 측면(66), 외측 측면(68), 앞쪽 측면(70) 및 뒤쪽 측면(72)을 가진다. 경골 구성요소는 일반적으로 앞쪽으로부터 뒤쪽으로 형성되는 중앙 시상축에 대해 대칭이다.
내측 오목부(72)와 외측 오목부(74)는 근위 표면(62)의 내측 측면과 외측 측면에 형성된다. 내측 오목부(72)와 외측 오목부(74)는 이 구성요소들이 서로에 대해 관절구성되기 때문에 대퇴부 구성요소(20)의 내측 과상돌기(22)와 외측 과상돌기(24)와 맞물린다. 일반적으로, 상기 오목부(72, 74)들은 대퇴부 과상돌기(22, 24)의 깊이보다 더 얕다. 본 명세서에서, 바람직한 한 구체예에서 오목부로서 기술되었지만, 대퇴부 구성요소가 관절구성되는 하나 이상의 관절구 표면 부분들은 평평하거나 또는 심지어 볼록할 수도 있다.
각각의 오목부(72, 74)는 통상 앞쪽 표면(76, 78)과 뒤쪽 표면(80, 82)을 포함하며, 이들은 각각 급격하게 변이되지 않고도 서로 부드럽게 뒤섞인다. 도 1-14에 도시된 구체예에서, 앞쪽 표면과 뒤쪽 표면은 중간 경계면에서 서로 뒤섞이는 환상 단면들에 의해 형성된다. 각각의 앞쪽 표면(76, 78)들은 실질적으로 시상면에 배열된 주 곡률 반경을 가진다. 각각의 뒤쪽 표면(80, 82)들은 실질적으로 횡단 평면에 배열된 주 곡률 반경을 가진다. 오목부(72, 74)의 뒤쪽 표면(80, 82)들은 중앙 시상축을 향해 뒤쪽으로-내부방향으로 굽어진다. 뒤쪽 표면(80, 82)들은 포스트(90)에 대해 약간 뒤쪽에 위치된 중앙 지점 주위로 회전된다. 중앙선은 앞쪽 오목부로부터 뒤쪽 오목부로 연속적으로 형성된다. 앞쪽 표면(76, 78)과 뒤쪽 표면(80, 82)은 동일하고 일정한 부 곡률 반경을 가지며 동일한 접선방향 교차면(L2)을 공유한다. 뒤쪽 표면의 부 곡률 반경은 뒤쪽 표면이 중앙 시상축을 향해 회전할 때 유지된다. 이러한 구성은 무릎이 굽혀질 때 경골이 경골의 종축 주위로 회전할 수 있게 하고 후방으로 병진운동할 수 있게 한다.
대안으로, 오목부들의 앞쪽 표면과 뒤쪽 표면은 각각 서로 다른 주 곡률 반경을 가진 다수의 환상 단면들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 앞쪽 표면(76, 78)들은 제 1 환상 단면과 상기 제 1 환상 단면보다 더 작은 주 반경을 가진 제 2 환상 단면으로 구성될 수 있다. 이와 유사하게, 뒤쪽 표면(80, 82)들도 제 1 환상 단면과 제 1 환상 단면보다 더 작은 주 곡률 반경을 가진 제 2 환상 단면으로 구성될 수 있다.
앞쪽 오목부와 뒤쪽 오목부들은 대퇴부를 포함하기 위해 그리고 경골로부터 대퇴부가 탈구되는 것을 방지하기 위해 앞쪽 단부(86)와 뒤쪽 단부(88)에서 올라간 주변부(periphery)를 가진다. 굽혀지는 동안 상기 올라간 주변부는 무릎에 안정성을 제공한다. 과상돌기(22, 24)가 오목부(72, 74)의 올라간 주변부까지 이동할 때, 측부 인대들은 타이트하게 되고 무릎은 더 타이트하게 된다.
앞쪽 오목부들은 외측 상승부(lateral elevation, 89)를 가지며, 이 외측 상승부(89)는 초기에 굽혀지는 동안 경골 구성요소들이 틈을 거의 가지지 않고 경골이 축방향으로 회전하는 것이 제한되도록 과상돌기(22, 24)를 포함한다. 이에 반해, 뒤쪽 오목부들은 외측 상승부를 포함하지 않도록 설계되고 경골이 축방향으로 회전할 수 있게 설계된다. 초기에 굽혀지는 동안에는 무릎이 축방향으로 회전되는 것이 방지되거나 또는 무릎이 고정되지만 굽혀진 위치들에서는 무릎이 축방향으로 회전할 수 있는 이러한 구성은 스크루 홈 메커니즘(screw home mechanism)이라 언급된다. 바람직한 한 구체예에서, 경골의 축방향 회전은 완전히 펼쳐졌을 때 굽힘 정도가 10°이하이며 대략 30°의 중간 위치까지 실질적으로 제한되는 것이 바람직하다. 하지만 무릎이 굽혀지는 서로 다른 중간 위치들에서 경골이 실질적으로 축방향으로 회전할 수 있도록 환상 표면들의 형태가 형성될 수 있다. 또한 뒤쪽 표면(80, 82)들의 외측 측면들이 내측 측면들보다 더 높으며 이에 따라 무릎이 굽혀질 때 경골이 축방향으로 회전함으로써 측부 인대들에 가해지는 인장력을 완화시킨다.
도 1-14에 도시된 구체예에서, 경골 구성요소(60)는 근위 표면(91), 앞쪽 표면(92), 뒤쪽 표면(93), 내측 측면 표면(94) 및 외측 측면 표면(95)을 가진 중앙 포스트(90)를 포함한다. 상기 중앙 포스트(90)의 앞쪽 표면(92)은 깊이 굽혀져 슬개골 또는 슬개골 임플란트가 부딪치는 것을 최소화하기 위해 원위 표면(64)에 대해 테이퍼구성된다. 앞쪽 표면(92)의 베이스(96)는 초과연장되어 슬관절 노치(32)가 부딪치는 것을 최소화하기 위해 다른 각도로 테이퍼구성될 수 있다.
도 11에는, 보철물의 시상면, 관상면 및 횡단 평면의 좌표축들을 따르는 오목부와 환상 단면들의 배열이 예시된다. 도 11에서, 앞쪽 및 뒤쪽 내측과 외측 대퇴부 과상돌기들의 환상 표면 및 내측 및 외측 오목부의 앞쪽 표면들이 각각 제 1 환상면(T1)과 제 2 환상면(T2)으로 표시된다. 주 반경은 Y-Z 평면 또는 시상면에 배열되며 주 회전축은 일반적으로 X축에 대해 평행한 X-Y 평면 또는 관상면에 배열된다. 뒤쪽의 내측 및 외측 오목부들의 환상 표면은 제 3 환상면(T3)으로 표시된다. 주 반경은 X-Z 평면 또는 횡단 평면에 배열되며 주 회전축은 일반적으로 Y축에 대해 평행한 Y-Z 평면에 배열된다. 도 12에는 내측 경골 오목부(72)의 앞쪽 환상 표면(76)과 뒤쪽 환상 표면(78) 사이의 접선방향 교차면(L2)에서의 접합부가 예시된다.
바람직한 한 구체예에서, 오목부들의 앞쪽 표면과 뒤쪽 표면은 부드럽게 변이하도록 뒤섞인다. 도 13은 앞쪽 및 뒤쪽 환상 표면들이 서로 뒤섞이고 새로운 표면 패치가 표면 위로 끼워진 뒤에 아이소커브(isocurve)들을 사용하여 경골 베어링 표면을 예시한 도면이다.
도 1과 도 14에서 보면, 과상돌기(22, 24)의 앞쪽 표면(34, 36)들은 부분적으로 굽혀져서 중간 위치까지 완전히 펼쳐진 범위에서 경골 구성요소와 접촉한다. 무릎이 계속 굽혀지기 때문에, 뒤쪽 표면(38, 40)들은 중간 위치로부터 완전히 굽혀져서 경골 구성요소와 접촉한다.
게다가, 무릎이 굽혀질 때 대퇴부 구성요소는 캠(47)이 대략 30°로 굽혀져서 포스트(90)와 접촉할 때까지 경골 구성요소 상에서 뒤쪽으로 병진운동하며, 그 후에는 병진운동이 제한된다. 도 1-14에 예시된 구체예에서, 대퇴부 구성요소가 뒤쪽으로 병진운동하는 것은 대략 1-2mm로 제한된다. 도 14에서, 캠(47)의 만곡된 베어링 표면(49)도 무릎이 굽혀질 때 경골이 내부를 향해 축방향으로 회전하게 한다. 바람직한 한 구체예에서, 경골은 대략 10°이상, 바람직하게는 대략 15°이상, 보다 바람직하게는 최대 대략 20°이상까지 회전한다. 하지만, 관절구성 표면들과 캠(47)은 필요 시에 경골의 축방향 회전을 더 크게 할 수 있도록 설계될 수 있다. 이러한 복잡한 병진운동과 회전운동은 뒤쪽 환상 표면(80, 82) 내에서 회전하는 대퇴부 과상돌기(22, 24)들에 의해 가능해진다. 보철물의 상기 구체예는 앞쪽 및 뒤쪽 십자 인대가 외과수술적으로 제거되었을 때 사용된다.
인간 무릎의 자연스러운 관절 움직임 경로를 보다 정확하게 구현하는 것 외에도, 라이너의 앞쪽 단면(76, 78)의 부 곡률 반경이 뒤쪽 단면(80, 82)의 부 곡률 반경과 동일하기 때문에 관절구성 표면들의 독특한 기하학적 형상은 대퇴부 과상돌기(22, 24)들과 경골 라이너(60) 사이의 접촉 응력들을 감소시킨다. 앞쪽 곡률과 뒤쪽 곡률이 동일하기 때문에 상기 과상돌기들은 전방으로부터 후방으로 부드럽게 변이되고 라이너(60)에 초과 응력을 가하지 않는다.
더 깊게 굽히기 위해, 상기 과상돌기들의 시상면의 곡률 반경은 내측 과상돌기(22)와 외측 과상돌기(24)의 뒤쪽 단부(29, 31) 근처에서 급격히 감소된다. 도 7과 도 8에서 잘 볼 수 있듯이, 뒤쪽 단부(29, 31)는 앞쪽 부분에 비해 매우 뾰족한 반경을 가진다. 앞쪽 단면(34, 36)들은 급격하게 변이하지 않고도 뒤쪽 단면(38, 40)에 뒤섞인다.
해당 업계의 당업자들에게는, 대퇴부 관절구 표면(22, 24), 경골 베어링 표면(62), 만곡된 캠 베어링 표면(49), 또는 포스트(90) 중 임의의 부분의 직경과 윤곽이 보철물의 관절 움직임 경로를 변경시키기 위해 변경될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 예를 들어, 오목부들의 뒤쪽 단면들의 주 곡률 반경은 상기 구성요소의 기하학적 중심에 중앙이 위치될 수 있거나 또는 더 작거나 혹은 더 큰 뒤쪽 관절구성 표면을 야기하는 거리만큼 오프셋배열될 수 있다. 오목부들의 앞쪽 단부(86)와 뒤쪽 단부(88)의 높이는 서로 다른 양의 앞쪽 또는 뒤쪽 안정성을 제공하기 위해 변경될 수 있다. 오목부(72, 74)의 가장 깊은 부분의 위치가 베어링 하중의 중량 하에서 대퇴부 구성요소의 정지 위치를 변경시키기 위해 경골 구성요소(52) 상의 어느 곳에서나 위치될 수 있다. 개별 표면들의 형태는 무릎의 움직임 경로를 조절하기 위해 수술의사의 기호와 환자의 신체구조에 따라 필요 시에 변경될 수 있다.
위에서 기술된 본 발명의 구체예는 앞쪽 십자 인대와 뒤쪽 십자 인대가 외과수술적으로 제거되었을 때 사용하도록 설계된다. 도 15-20에 도시된 또 다른 구체예에서, 뒤쪽 십자 인대가 유지되었을 때 사용하기 위한 보철물이 설계된다. 이 구체예에서, 경골 상에서 대퇴부가 뒤쪽으로 변위되는 것은 뒤쪽 십자 인대와 환상 표면들이 무릎이 굽혀질 때 경골이 축방향으로 회전되는 것이 제한되지 않도록 형태가 형성됨으로써 조절된다.
도 15-20에 도시된 구체예에서, 대퇴부 구성요소(220)는 도 1-14를 참조하여 기술된 대퇴부 구성요소(20)와 유사한 구성을 지닌다. 상기 대퇴부 구성요소(220)는 내측 과상돌기(222)와 외측 과상돌기(224)를 포함하며, 앞쪽 표면(234, 236)과 뒤쪽 표면(238, 240) 및 슬개골 홈(242)과 이에 인접한 활차 표면(244, 246)을 가진 슬개골 플랜지(226)를 포함한다. 하지만, 이 구체예에서, 대퇴부 구성요소는 과상돌기(222, 224)들의 뒤쪽 단부들에 걸쳐 있는 캠을 포함하지는 않는다. 이전 대퇴부 구성요소(20)에 비해, 관상면에서 슬개골 홈(242)은 더 깊으며 과상돌기(244, 246)는 더 얕다.
이와 비슷하게, 경골 구성요소(252)는 도 1-14를 참조하여 기술된 경골 구성요소(52)와 유사한 구성을 지닌다. 상기 경골 구성요소(252)는 내측 오목부(272)와 외측 오목부(274)를 포함하는 근위 베어링 표면(262)을 가진 베어링 라이너(260)를 포함하며, 상기 구성요소들이 서로에 대해 관절구성됨에 따라 대퇴부 구성요소(220)의 내측 과상돌기(222)와 외측 과상돌기(224)와 맞물린다. 이 오목부들은 환상의 앞쪽 표면(276, 278)과 뒤쪽 표면(280, 282)을 가진다. 하지만, 이 구체예에서, 라이너(260)의 중심(261)은 중앙 포스트를 포함하는 것이 아니라 내측-외측 안정성을 제공하기 위해 점진적으로 올라간다.
도 1-14에 도시된 구체예에 비해서, 오목부(272, 274)들은 굽혀지는 동안 대퇴부가 전방으로 슬라이딩 이동되는 것을 방지하기 위해 앞쪽으로 더 올라간다. 오목부들의 가장 깊은 부분은 뒤쪽으로 이동되며 앞쪽과 외측방향으로의 상승부를 가져 보철물이 굽혀질 때 대퇴부 구성요소가 뒤쪽으로 병진운동할 수 있게 하고 경골 구성요소가 축방향으로 회전할 수 있게 한다. 이 구체예에서, 온전한 뒤쪽 십자 인대는 뒤쪽의 대퇴부가 변위되는 것과 경골의 내부 회전을 조절한다. 관절구성 표면들은 뒤쪽 십자 인대에 의한 움직임 경로와 간섭되는 것을 방지하도록 설계된다. 전체 베어링 표면(262)은 뒤쪽 십자 인대 교체를 위해 제 1 구체예에서 설계된 것보다 과상돌기(222, 224)에 덜 일치된다.
대퇴부 구성요소와 경골 구성요소는 다양한 방법들과 다양한 재료들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 대퇴부 구성요소와 경골 플랫폼은 기계가공될 수 있고, 주조가공될 수 있으며, 단조가공될 수 있거나 또는 그 외의 경우 코발트 크로뮴 합금, 스테인리스 스틸, 티타늄, 티타늄 합금 또는 니켈 코발트 합금과 같은 의료용, 생리학적으로 허용가능한 금속으로 단일의 일체형 유닛으로서 제조될 수 있다.
또한 경골 라이너도 다양한 방법들과 다양한 재료들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 경골 라이너는 기계가공될 수 있고, 몰딩가공될 수 있거나 또는 그 외의 경우 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형-저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 또는 이들의 혼합물들을 포함하는, 임의의 폴리올레핀과 같은 의료용, 생리학적으로 허용가능한 폴리머 재료들로부터 단일의 일체형 유닛으로서 제조될 수 있다. 또한 본 명세서에서 사용된 것과 같은 폴리머 재료들은 예를 들어 수지 분말, 플레이크, 입자, 분말, 또는 이들의 혼합물과 같은 다양한 형태의 폴리에틸렌, 혹은 이들로부터 유도된 응집된(consolidated) 형태의 폴리에틸렌을 포함한다. 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)은 대략 500,000을 초과하는, 바람직하게는 대략 1,000,000 이상의, 보다 바람직하게는 대략 2,000,000 이상의 초기 평균 분자량을 가진 선형, 비-분지 사슬(non-branched chain) 에틸렌을 의미한다. 종종 이 분자량들은 대략 8,000,000 또는 그 이상까지도 도달할 수 있다. 상기 재료는 재료의 마모 특성 및/또는 강도 또는 경도를 변경시키기 위해 예를 들어 방사선, 화학, 또는 그 외의 기술로 처리될 수 있다. 초기 평균 분자량은 방사선 가공 전에 UHMWPE 시작 재료의 평균 분자량을 의미한다.

Claims (38)

  1. 앞쪽, 뒤쪽, 외측, 내측, 원위와 근위 측면 및 시상면, 관상면 및 횡단 평면을 가진 무릎 대체용 보철물에 있어서,
    상기 무릎 대체용 보철물은:
    -절제 대퇴부의 원위 단부에 연결된 대퇴부 구성요소를 포함하고, 상기 대퇴부 구성요소는 주 회전축과 부 회전축을 가진 환상의 뒤쪽 표면과 환상의 앞쪽 표면을 포함하는 관절구성 원위 표면들을 가진 내측 및 외측 과상돌기, 및 관절구성 슬개골 표면을 가진 슬개골 플랜지를 포함하며; 및
    -절제 경골의 근위 단부에 연결된 경골 구성요소를 포함하고, 상기 경골 구성요소는 각각 상기 내측 및 외측 과상돌기와 관절구성된 근위 내측 및 외측 오목부를 가진 베어링 표면들을 포함하며, 상기 베어링 표면들은 서로 다른 평면들에 배열된 주 곡률 반경을 가진 환상의 뒤쪽 표면과 환상의 앞쪽 표면을 가지고;
    상기 보철물은 경골에 대해 대퇴부가 앞쪽-뒤쪽으로 병진운동할 수 있게 하고 무릎이 굽혀지는 동안 경골이 경골의 종축 주위로 회전할 수 있게 하는 무릎 대체용 보철물.
  2. 제 1항에 있어서,
    경골의 축방향 회전은 무릎이 완전히 펼쳐진 위치로부터 중간 위치로 굽혀질 때 10°이하로 제한되며, 10°이상의 경골의 축방향 회전은 무릎이 중간 위치로부터 완전히 굽혀진 위치로 굽혀질 때 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  3. 제 1항에 있어서,
    관절구의 앞쪽 표면과 관절구의 뒤쪽 표면의 각각의 주 곡률 반경은 시상면에 배열되며 각각의 표면의 부 곡률 반경은 관상면에 배열되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  4. 제 1항에 있어서,
    각각의 과상돌기의 앞쪽 표면과 뒤쪽 표면의 주 곡률 반경은 동일하지 않으며 상기 표면들의 부 곡률 반경은 동일한 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  5. 제 1항에 있어서,
    각각의 경골 베어링 표면의 앞쪽 표면의 주 곡률 반경은 시상면에 배열되며 부 곡률 반경은 관상면 또는 횡단 평면에 배열되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  6. 제 5항에 있어서,
    각각의 경골 베어링 표면의 뒤쪽 표면의 주 곡률 반경은 횡단 평면에 배열되며 부 곡률 반경은 관상면에 배열되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  7. 제 4항에 있어서,
    각각의 경골 베어링 표면의 앞쪽 및 뒤쪽 표면의 주 곡률 반경은 동일하지 않으며 상기 표면들의 부 곡률 반경은 동일한 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  8. 제 7항에 있어서,
    관절구 표면들의 부 곡률 반경은 경골 베어링 표면들의 앞쪽 및 뒤쪽 표면의 부 곡률 반경과 동일하거나 또는 이보다 더 작은 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  9. 제 1항에 있어서,
    내측 및 외측 과상돌기의 각각의 앞쪽 표면은 서로 다른 주 곡률 반경을 가지며, 내측 및 외측 과상돌기의 각각의 뒤쪽 표면은 서로 다른 주 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  10. 제 9항에 있어서,
    내측 및 외측 과상돌기의 각각의 앞쪽 및 뒤쪽 표면은 동일한 부 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  11. 제 9항에 있어서,
    내측 및 외측 경골 베어링 표면의 각각의 앞쪽 표면은 서로 다른 주 곡률 반경을 가지며, 내측 및 외측 경골 베어링 표면의 각각의 뒤쪽 표면은 서로 다른 주 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  12. 제 1항에 있어서,
    내측 및 외측 경골 베어링 표면은 주 곡률 반경을 위한 하나의 중심을 공유하는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  13. 제 1항에 있어서,
    내측 및 외측 경골 베어링 표면은 주 곡률 반경을 위한 서로 다른 중심을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 과상돌기들의 각각의 앞쪽 표면은 시상면에서 적어도 제 1 주 곡률 반경을 가지며 각각의 뒤쪽 표면은 상기 앞쪽 제 1 주 곡률 반경보다 더 작은 적어도 제 1 주 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  15. 제 14항에 있어서,
    각각의 관절구 앞쪽 표면과 뒤쪽 표면은 시상면에서 다수의 주 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  16. 제 15항에 있어서,
    각각의 앞쪽 및 뒤쪽 표면은 동일한 부 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 경골 베어링 표면들의 각각의 앞쪽 표면은 시상면에서 적어도 제 1 주 곡률 반경을 가지며 횡단 평면에서는 상기 앞쪽 제 1 주 곡률 반경보다 더 큰 적어도 제 1 주 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 경골 베어링 표면들의 각각의 앞쪽 표면은 시상면에서 다수의 주 곡률 반경을 가지고 각각의 뒤쪽 표면은 횡단 평면에서 다수의 주 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 경골 베어링 표면들의 각각의 앞쪽 및 뒤쪽 표면은 동일한 부 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  20. 제 2항에 있어서,
    경골은 완전히 펼쳐진 위치로부터 중간 위치로 10°이하로 축방향으로 회전하고 중간 위치로부터 완전히 굽혀진 위치로 10°이상 축방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  21. 제 1항에 있어서,
    과상돌기들은 굽혀지는 동안에는 경골 베어링 표면에서 뒤쪽으로 병진운동하고 펼쳐지는 동안에는 앞쪽으로 병진운동하는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  22. 제 21항에 있어서,
    뒤쪽으로의 병진운동은 보철물이 완전히 굽혀진 뒤에 1-2mm인 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  23. 제 1항에 있어서,
    각각의 과상돌기의 뒤쪽 부분은 100°이상 굽혀지게 할 수 있도록 형태가 형성되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  24. 제 1항에 있어서,
    각각의 과상돌기의 뒤쪽 부분은 130°이상 굽혀지게 할 수 있도록 형태가 형성되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  25. 제 1항에 있어서,
    상기 경골 구성요소는 원위 및 근위 표면들을 가진 베이스, 및 대퇴부 구성요소와 관절구성되고 맞물리는 상기 베어링 표면들을 형성하는 근위 표면과 상기 베이스의 근위 표면과 맞물리는 원위 표면을 가진 라이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 베이스는 경골 플래튜(plateau) 상에 정지된 베이스 플레이트 및 근위 경골 골수 캐널 내에 삽입될 수 있는 베이스 플레이트의 원위 표면에 고정된 용골(keel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 플레이트의 원위 표면은 텍스쳐링되고 거칠게 된 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  28. 제 1항에 있어서,
    경골 구성요소에 대한 대퇴부 구성요소의 앞쪽 및 뒤쪽으로의 병진운동은 뒤쪽 십자 인대에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  29. 제 1항에 있어서,
    경골 회전은 뒤쪽 십자 인대에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  30. 제 1항에 있어서,
    상기 대퇴부 구성요소는 과상돌기들의 뒤쪽 단부들에 연결되는 캠을 포함하며, 상기 경골 구성요소는 상기 오목부들의 중간에 있는 중앙 포스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  31. 제 30항에 있어서,
    경골 구성요소에 대한 대퇴부 구성요소의 앞쪽 및 뒤쪽으로의 병진운동은 상기 캠과 중앙 포스트에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  32. 제 30항에 있어서,
    경골의 종축 주위로의 경골 회전은 상기 캠과 중앙 포스트에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  33. 제 30항에 있어서,
    캠과 포스트 간의 접촉은 무릎이 30°이상 굽혀질 때 발생하는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  34. 제 1항에 있어서,
    각각의 관절구 표면의 주 곡률 반경은 대퇴부의 내측 및 외측 상과(epicondyle)들을 결합하는 축 상에서 중앙이 형성되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  35. 제 11항에 있어서,
    각각의 관절구 표면의 주 곡률 반경은 대퇴부의 내측 및 외측 상과들을 결합하는 축 상에서 중앙이 형성되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  36. 제 1항에 있어서,
    각각의 경골 베어링 표면의 앞쪽 및 뒤쪽 표면은 서로 부드럽게 뒤섞이는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  37. 제 36항에 있어서,
    상기 경골 베어링 표면들은 상기 과상돌기들과 관절구성되는 패치 표면과 끼워맞춤되는 것을 특징으로 하는 무릎 대체용 보철물.
  38. 앞쪽, 뒤쪽, 외측, 내측, 원위와 근위 측면 및 시상면, 관상면 및 횡단 평면을 가진 무릎 대체용 보철물에 있어서,
    상기 무릎 대체용 보철물은:
    -절제 대퇴부의 원위 단부에 연결된 대퇴부 구성요소를 포함하고, 상기 대퇴부 구성요소는 주 회전축과 부 회전축을 가진 환상의 뒤쪽 표면과 환상의 앞쪽 표면을 포함하는 관절구성 원위 표면들을 가진 내측 및 외측 과상돌기, 및 관절구성 슬개골 표면을 가진 슬개골 플랜지를 포함하며; 및
    -절제 경골의 근위 단부에 연결된 경골 구성요소를 포함하고, 상기 경골 구성요소는 각각 상기 내측 및 외측 과상돌기와 관절구성된 내측 및 외측 오목부들을 가진 근위 베어링 표면을 포함하며, 상기 오목부들은 주 곡률 반경과 부 곡률 반경을 가진 환상의 뒤쪽 표면과 환상의 앞쪽 표면을 가지고;
    상기 보철물은 경골에 대해 대퇴부가 앞쪽-뒤쪽으로 병진운동할 수 있게 하고 무릎이 굽혀지는 동안 경골이 경골의 종축 주위로 회전할 수 있게 하는 무릎 대체용 보철물.
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