KR20000028553A

KR20000028553A - 무릎내부인공보철을위한대퇴부구성요소

Info

Publication number: KR20000028553A
Application number: KR1019990007960A
Authority: KR
Inventors: 제이 파파스 마이클
Original assignee: 제이 파파스 마이클
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2000-05-25
Also published as: CA2261389A1; EP0993812A3; DE69943368D1; AU746243B2; EP0993812B1; JP2000116682A; NZ334352A; AU1637899A; US6152960A; EP0993812A2; CA2261389C; JP4412564B2

Abstract

무릎 인공보철의 대퇴부 구성요소는 매끄럽고 연속적인 표면에 의해 정의된 베어링 표면을 포함하며, 일실시예에서 상기 표면은 회전 표면의 연속된 세개의 세그먼트(segment)에 의해 전체적으로 형성되고, 상기 회전 표면의 각 형태는 각각의 회전 각도들과 각 쌍의 생성 반경으로 세개의 별도 생성축들 주위에 공통 생성곡선을 회전시킴으로써 생성된다. 회전 표면의 중심 세그먼트는 완전연장(full extension)인 0°의 굴절에서 최소 45°의 굴절로 연장되는 범위 및 105°까지의 굴절 범위에 걸쳐 베어링 인서트(bearing insert)의 상부 베어링 표면과 대체로 동일한 접촉 구성을 지속적으로 유지한다. 대체로 동일한 접촉 구성의 유지는 굴절시 접촉 응력(stress) 및 마모를 감소시키는 관절접합 표면들 사이에 면, 점 또는 선 접촉을 보증한다. 제 2실시예에서, 베어링 표면은 하나 또는 두개의 십자형 인대가 지지되는 무릎에 이식하기 위해 형성된 회전 표면의 네개의 세그먼트들로 정의된다.

Description

무릎 내부 인공보철을 위한 대퇴부 구성요소{Femoral Component for Knee Endoprosthesis}

본 발명은 무릎 내부 인공보철에 관한것으로 특히 무릎 내부 인공보철을 위한 대퇴부 구성요소에 관한 것 이다.

대퇴부 구성요소는 종래기술에서 알려진 것 처럼 다수의 축에 대하여 회전되는 평면 곡선으로 정의된 매끄러운 관절접합 표면을 가지고 있다. 내부인공보철 분야에서 널리 인정된 다중심(polycentric)대퇴부 디자인은 본 출원의 발명자와 공동 발명에 의해 특허된 미국 특허번호 4,309,778, 4,340,978 그리고 4,470,158에 개시되어 있으며 도 1 및 2에서 도시된다. 미국 특허번호,4,309,778, 4,340,978그리고 4,470,158은 종래 기술의 대퇴부 디자인의 충분한 설명을 위해 참고로 삽입된다. 도 1과 2를 참조하며 간단하게 요약하면, 대퇴부 구성요소(100)는 열가소성 베어링 인서트와 부가적으로 종지뼈 구성요소와 관절접합을 위한 외부 베어링 표면(102)을 가지고 있다. 베어링표면(102)은 대퇴부 구성요소(100)에 두개의 관절구(condyles)를 정의하며 이들 관절구 각각은 두개의 좌표방향에 활모양으로 형성되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 평면 곡선 "F"는 호(arcs)( K1, K2, K3)와 탄젠트 라인(tangent lines)(107,108)으로 정의되고, 이들 호는 반경(A1, A2, A3)을 갖는 각 중심점(H1, H2, H3)에 대해 각각 생성되고, 탄젠트 라인(107, 108)은 각각 (K2, K3) 및 (K1,K3)와 조화를 이룬다. 도 2를 참조하면, 평면 곡선 "F"는 각각의축(C1-C4)에 대하여 회전하여 대퇴부 구성요소의 앞부분(anterior portion)에서 배후부(posterior portion)까지 회전 표면(S1-S4)의 세그먼트를 생성한다. 가장 긴 세그먼트(S2)에 해당하는 대퇴부 구성요소의 부분은 사용하는 동안에 대부분의 하중을 감당하므로 세그먼트(S2)는 프라이머리 하중 베어링 표면 세그먼트로 불리운다. 관절구 각각에 대하여 축(C2)의 세그먼트(S2)를 정의하기 위해 사용된 반경은 반경(A1)과 동일하며 그러므로,반경(A2)과도 동일하다. 그러므로, 대퇴부 구성요소의 관절구 각각의 세그먼트(S2)는 축(C2)에 대하여 구면적(spherically)으로 발생된다. 세그먼트(S2)의 활모양 길이는 완전확장에서 약 32°까지의 굴절 범위에 걸쳐 사용시 대퇴부 구성요소와 베어링 인서트 사이의 적절한 관절접합을 허용한다. 대퇴부 구성요소와 함께 사용되는 베어링 인서트는 두개의 베어링 표면으로 형성되며, 베어링 표면 각각은 관절구와 일치하며 세그먼트(S2)의 구면 크기로 크기가 형성된다. 종래의 대퇴부 구성요소와 베어링 인서트의 콤비네이션(combination)의 착용자의 활동의 대부분동안 관절구와 베어링 인서트의 베어링 표면 사이에 세그먼트(S2)의 활모양 길이에 걸쳐 적절한 접촉 (congruent contact)이 지속되는 것으로 이해된다. 그리하여, 보철을 착용한 환자들의 걷기, 서기 등과 같은 일상적인 활동시 상기 관절구와 베어링 표면사이에 면 접촉이 진행되어 유지되고, 하중 스트레스가 최소화 된다. 적절한 접촉 범위 이외에, 부조화 접촉이 발생되어 선이나 점의 접촉을 야기한다. 상술된 무릎 인공보철은 부조화 관절접합에 사용될 때 더 많은 효과가 있다는 것이 주목된다.

상술된 대퇴부 구성요소에는 많은 이점들이 있지만 종래의 기술에서보다 더 많은 굴절의 범위 이상으로 베어링 인서트와의 조화(congruency)를 유지할 수 있는 대퇴부 구성요소에 대한 필요성이 아직까지 존재한다.

도 1은 종래기술의 대퇴부 구성요소를 보여주는 정면도로서 미국 특허번호 4,470,158의 도 39에서 발췌된 것이다.

도 2는 종래기술의 대퇴부 구성요소를 보여주는 측면도로서 미국 특허번호 4,470,158의 도 40에서 발췌된 것이다.

도 3은 본 발명의 대퇴부 구성요소의 제1 실시예의 정면도이다.

도 4는 본 발명의 대퇴부 구성요소의 제1 실시예의 측면도이다.

도 5는 도 4의 선 5-5를 따라 절단된 본 발명의 대퇴부 구성요소의 제1 실시예의 부분단면도이다

도 6은 도 4의 선 6-6을 따라 절단된 본 발명의 대퇴부 구성요소의 제 1실시예의 부분단면도이다.

도 7은 베어링 인서트의 정면도이다.

도 8은 도7의 선 8-8을 따라 절단된 베어링 인서트의 단면도이다.

도 9는 종지뼈(patella) 구성요소의 정면도이다.

도 10은 도 9의 종지뼈 구성요소의 대표단면도이다.

도 11은 베어링 인서트와 경골(tibial) 구성요소에 대해 90°굴절을 이루는 대퇴부 구성요소의 제1 실시예의 평면도이다.

도 12는 베어링 인서트와 경골 구성요소로 완전확장(Full Extension)을 한 대퇴부 구성요소의 제1실시예를 보여주는 단면도이다.

도 13은 본 발명 대퇴부 구성요소의 제 2실시예의 정면도이다.

도 14는 본 발명 대퇴부 구성요소의 제 2실시예의 측면도이다.

도 15는 도 14의 선 15-15를 따라 절단된 본 발명 대퇴부 구성요소의 제 2실시예의 부분단면도이다.

하기에 설명된 개시는 인공보철 분야에서 다양한 응용을 가지며 손가락, 팔꿈치 및 다른 뼈 관절을 위한 인공보철 디자인에 적용될수 있다. 본 발명의 원리를 설명하기 위해서 무릎관절 보철에 관해서 다음과 같이 개시하지만 이 개시는 이 한가지 적용에 한정되지 않는다. 또한, 설명적인 목적으로, 본 발명을 아래와 같이 구체적인 실시예로 설명하였다. 하기에 설명된 바와같이, 개시된 실시예들의 발명적인 개념은 다른 실시예에도 동일하게 적용할 수 있다.

두개의 관절이 같은 프라이머리 하중 베어링 세그먼트(primary load bearing segment)를 사용하고 그중 한 관절의 접촉구성은 0°에서 적어도 45°의 굴절까지 변화하지 않도록 구성되는 개선된 대퇴부 구성요소가 제공된다. 대퇴부 구성요소는 평면 곡선이 적어도 한축, 바람직하게는 최대 네축들에 대하여 회전함으로써 형성되며, 평면 곡선에 의해 정의된 두개의 관절구로 된 베어링 표면을 포함한다. 관절구의 각각의 큰 세그먼트는 공통 축의 반경에 대해 구면적으로 생성된다. 관절구의 구면적으로 생성된 세그먼트는 종래의 세그먼트(S2)와 비교하면 훨씬 길다. 사용시, 관절구에 의해 정의된 가장 긴 세그먼트는 종지뼈 구성요소와 베어링 인서트 둘 다와 접합되도록 배치되어 있으며 그중 대체로 같은 접촉 구성이 가장 큰 세그먼트와 베어링 인서트사이에서 0°에서 적어도 45°의 굴절 범위에 걸쳐 그리고 약 105°까지의 굴절범위에 걸쳐 일정하게 유지한다. 그 결과, 종래기술보다 더 많은 움직임 범위에서 굴절시 접촉응력 및 마모가 줄어든다. 다른 방법으로, 대체로 같은 접촉구성이 0°에서 적어도 60°의 굴절범위에 걸쳐 그리고 약 105°까지의 굴절 범위에 걸쳐 일정하게 유지될 수 있다.

본 명세서에 사용되어진 것 처럼, "접촉 구성"은 접촉점, 접촉선, 또는 접촉 면에 있는 두표면의 구성으로 이들 표면사이에 하중이 적용되어 지지 않는 구성이다. 무릎 인공보철에 있어서, "접촉 구성"은 각 접촉표면 쌍 사이에 정의된다. 자연적 무릎과 이식되어진 무릎인공보철은 다양한 하중을 감당해야 한다 - 하중은 사람의 몸무게, 굴절각도, 위상각(phase angle) 등의 작용이다. 이러한 발명의 목적을 위해 무릎 인공보철(또는, 다른 인공보철)의 접촉 표면으로 정의되는 "접촉 구성"은 상기 설명된 하중이 없는 것으로 정의된다.

본 명세서에는 두가지 실시예가 개시된다. 제 1실시예에 따른 대퇴부 구성요소의 접촉부위의 굴곡의 중심위치에서, 105°까지의 굴절이라는 종래의 기술로부터의 큰 변화는 앞 또는 뒤의 가능한 십자형 인대(cruciate ligament)가 존재하고 있는 무릎에 이식되는 장치에 이러한 디자인을 사용하기에 부적하게 만든다는 것이 주목된다. 그러나, 무릎이식에서 기능적인 십자형 인대는 거의 존재하지 않으므로 제1 실시예에서의 대퇴부 구성요소는 대부분 무릎 인공보철 적용에 제공되어야 한다는 것이 주목된다. 제1 실시예에 따른 대퇴부 구성요소 사용의 부가적 이점은 대퇴부 구성요소가 회전하는 플랫폼 타입의 베어링(rotating platform type bearing)과 결합하여 사용될 때 달성되며, 이는 미국 특허번호 4,470,158에 설명되어 있다. 이러한 결합으로, 경골은 굴절 중에 배후부로 옮겨지므로 종지뼈에 대한 대퇴부 4두의 지레힘이 증가하게 되고 전반적으로 더욱 효과적인 대퇴부 4두 장치가 만들어지게 된다.

제1 실시예는 고정된 베어링(fixed-bearing)형 무릎인공보철, 회전되거나 이동되는 베어링형의 무릎 인공보철(rotational and translational bearing type knee prosthesis) (미국 특허번호 5,702,466에 개시된 바와 같이), 힌지형 무릎 인공 보철(hinged type knee prosthesis), 또는 배후의 안정형의 무릎 인공 보철(posterior stabilized knee prosthesis)과 결합하여 사용되어 질 수 있다. 또한, 제1 실시예는 본 발명의 발명자에 의해서 1997년 11월 18일에 출원된 미국 가출원번호 60/065,680(Provisional Application No.60/065,680)에 개시된 배후부의 안정형의 무릎 인공보철과, 본발명의 발명자가 공동발명자로서 1994년 12월 12일에 출원된 미국 출원번호 08/354,480에 출원되어 개시된 힌지형무릎 인공보철과 함께 사용되면 특히 유용하다.

본 발명의 제2 실시예는 하나 또는 양쪽의 십자형 인대가 유지되어진 곳에 적용 가능하다. 제2 실시예는 제1 실시예와 같은 형태의 원리로 형성되나 제1 실시예와 비교할때 배후부 방향에서 더 짧은 프라이머리 하중 베어링 세그먼트를 갖는다. 그러므로, 프라이머리 하중 베어링 세그먼트와 베어링 인서트의 관절접합으로 인해 제2 실시예에서의 대퇴부 구성요소와 베어링 인서트 사이에 일반적인 활동범위(일반적인 굴절 범위)에 걸쳐 적절한 합동접촉이 유지될 수 있고, 프라이머리 하중 베어링 세그먼트와 베어링 인서트의 관절절합 이상의 심한 굴절에서는, 경골에서의 넙적다리(femur)의 롤백(roll back)이 상기 유지된 십자형 인대의 탠션(tension)하에서 일반적으로 자연스러운 움직임으로 허용된다. 롤백은 회전과 미끄럼이동의 결합이다.

본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징들은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면의 연구를 통해 더욱 이해가 쉬워질 것이다.

도 3내지 도6을 참조하면, 본 발명에 따라 형성된 제1 대퇴부 구성요소(200)의 제1 실시예가 도시된다. 대퇴부 구성요소(200)는 두개의 관절구(204,206)에 의해 정의되는 외부 베어링 표면(202)과, 관절구(204,206) 사이에 연장되고 이들 관절구를 연결하는 웨브(web)(208)를 포함한다. 베어링 표면(202)의 모양은 평면곡선 "X"의 세축에 대한 회전으로 정의되며 이들 세 축은 점(M1-M3)으로 표시된다. 평면곡선 "X"는 상기 설명한 종래의 평면 곡선 "F"와는 다른 모양을 가지고 있다. 도 3을 참조하면, 평면곡선 "X"의 모양은 중심점(D1-D3)으로 부터 각각 연장되는 세개의 반경(R1-R3)에 의해 정의된다. 중심점(D₁,D₂)은 Y만큼 떨어져 있으며, 점(D₃)은 대퇴부 구성요소(200)의 중심축을 따라 위치된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 대퇴부 구성요소(200)의 윤곽(profile)은 회전표면의 연속된 세그먼트를 정의하기 위해 축(M1, M2)에 대해 평면 곡선 "X"를 회전시킴으로써 대퇴부 구성요소(200)의 앞부분에서 배후부까지 생성된다. 축(M1-M3)은 도 4의 평면에 직각을 이루거나 둔각을 이룬다. 그러므로, 제1 세그먼트(S1)는 평면곡선 "X"를 축(M1)에 대하여 W1의 반경으로 θ1의 각도만큼 회전시킴으로써 정의된다. 반경(W1)은 가장 큰 생성 반경이고 무한대로 정의될 수 있다. 제2 세그먼트(S2)는 도 4에 도시된 점(A, B)사이에서 연장되며 평면곡선 "X"를 축(M2)에 대하여 반경(W2)으로 회전시킴으로써 형성된다. 바람직하게는 반경(W2)은 반경(R1)과 같으며 그러므로 반경(R2)과도 같다. 그러므로, 각각의 관절구(204, 206)에 대하여 세그먼트(S2)는 축(M2)상의 한점에 대해 구면적으로 바람직하게 생성된다. 또한 세그먼트(S2)는 평면 곡선 "X"를 각도(θ2)로 회전시켜 형성된 것이며 상기각도는 축(M2)에 대하여 적어도 120°의 각이다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 평면 곡선 "X"는 축(M2)에 대하여 180°의 각도(θ2)로 회전될 수 있다. 또한, 제3 세그먼트(S3)는 대퇴부 구성요소(200)의 배후부 대부분에 정의되며, 반경(W3)에서 축(M3)에 대해 각도(θ3)로 평면곡선 "X"를 회전시킴으로써 생성된다. 제3 세그먼트(S3)는 세그먼트(S2)로부터 대퇴부 구성요소의 배후부의 대부분으로 연장됨으로써 대퇴부 구성요소(200)의 윤곽을 완성한다. 쉽게 알수 있듯이, 세그먼트(S3)의 길이는 세그먼트(S2)의 길이와 역함수로 한쪽이 길어지면 다른 쪽이 줄어드는 것으로 상호 균형을 이룬다. 관절구(204, 206)의 각각의 세그먼트(S2)에 구면적인 표면을 정의하기위해 사용된 반경(W2)은 위에서 설명된 종래의 대퇴부 구성요소의 세그먼트(S2)로 정의하기 위해 사용된 반경보다 가급적 짧게 선택된다는 것이 주목된다.

도 7-8 및 도 11-12를 참조하면, 대퇴부 구성요소(200)는 베어링 인서트(300)와의 관절 베어링 결합으로 형성되며, 베어링 인서트(300)는 대퇴부 구성요소(200)의 세그먼트(S2)와 관절접합되도록 형태가 이루어진 상부 베어링 표면(302)을 갖는다. 특히, 상부 베어링 표면(302)의 모양은 반경(W4)에서 축(M4)에 대하여각도(θ4)에 걸쳐 회전되는 평면 곡선"X"에 의해 정의된다. 이러한 베어링 표면(302)과 대퇴부 구성요소(200)의 세그먼트(S2)사이에 적절한 관절접합을 얻으려면, 반경(W4)과 반경(W2)은 같아야 한다. 다른 관점에서는, 상부 베어링 표면(302) 모양의 생성은 경골 베어링 구성요소(139)의 프라이머리 하중 베어링 표면(140)에 관한 미국 특허번호 4,470,158(U.S. Patent No. 4,470,158)에 설명되어 있다.

세그먼트(S2)는 걷기, 서기, 달리기, 앉기라는 보통의 무릎운동에 해당하는 굴절의 범위에 걸쳐 상부 베어링 표면(302)과의 관절 베어링 결합관계에 있으므로 세그먼트(S2)는 대퇴부 구성요소(200)의 프라이머리 하중 베어링 세그먼트이다. 특히, 베어링 인서트(300)와 관절 베어링 결합관계에 있는 대퇴부 구성요소(200)에 있어서, 대퇴부 구성요소(200)와 베어링 인서트(300)사이에 대체로 같은 접촉구성이 유지 될 경우 대퇴부 구성요소(200)는 대퇴부 구성요소(200)의 착용자에게 완전확장(0°의 굴절)에서 적어도 45°의 굴절까지 그리고 거의 105°굴절까지 연장되는 활동범위를 제공한다. 그 결과로, 대퇴부 구성요소(200)는 도 11에서 도시된 바와 같은 90°의 굴절과 도12에 도시된 바와 같은 완전 연장으로 베어링 인서트(300)와 대체로 동일한 접촉 구성을 정의 할 수 있다. 세그먼트(S2)와 베어링 인서트(300)사이에 점 또는 선의 관절 접합이 있다면 (즉, 반경 W4 는 반경 W2와 동일하지 않다면), 세그먼트(S2)는 착용자의 활동의 대부분에 걸쳐 베어링 인서트(300)와 관절접합된다. 또한, 표면들 사이에서 적어도 45°의 굴절 범위에 걸쳐 그리고 105°이하의 굴절 범위에 걸쳐 대체로 같은 접촉 구성이 유지된다. 대체로 같은 접촉 구성의 유지는 종래기술에서 보다 더 큰 굴절범위에 걸쳐 접촉 응력과 마모를 줄인다.

종지뼈 구성요소(400)는 또한 대퇴부 구성요소(200)와 함께 사용될 수 있다. 도 9-10을 참조하면, 종지뼈 구성요소(400)가 도시된다. 종지뼈 구성요소는 베어링표면(402)을 가지고 형성된다. 대퇴부 구성요소(200)의 세그먼트(S2)와 적절한 관절접합을 달성하기 위해 베어링 표면(402)은 평면 곡선 "X"를 반경(W5)에서 축(M5)에 대하여 각도(θ5)로 회전시켜 나온 형태이며, 반경(W5)은 반경(W2)과 동일하다. 축(M5)은 종지뼈 구성요소(400)의 길이에 대해 중심적인 위치에 있으므로, 평면 곡선 "X"의 회전은 상술된 것 처럼 중심 베어링 표면(404)을 정의하게 된다. 동작에 있어서, 중심 베어링 표면(404)은 세그먼트(S2)와 적절하게 관절접합하게 된다. 베어링 표면(402)의 외부(406)는 미국 특허 번호4,470,158에 개시된 바와 같이 세그먼트(S1)와 적절하게 관절접합되도록 형성되며 세그먼트(S1)는 반경(W1)과 같은 반경으로 생성되어진다. 변수(M6,M7), (θ6,θ7)를 갖는 과도적인 베어링 표면(408)(transitional bearing surface)은 미국 특허번호 4,470,158에 따라 형성된다. 다른 모든 관점에서, 종지뼈 구성요소(400)는 미국 특허번호 4,440,158에 명시되어 있는 종지뼈 베어링 구성요소(109)와 같다. 베어링 표면(402)은 대퇴부 구성요소(200)의 어느 부분과 적절하게 관절접합되는 형태를 가질 필요는 없다.

대퇴부 구성요소는 세개의 세그먼트(S1-S3)를 갖는다고 설명되었지만 세그먼트의 실제적인 수는 본 발명의 중요한 특징이 아니다. 예를 들면, 프라이머리 하중 베어링 세그먼트(S2)는 전체 대퇴부 구성요소(200)에 대해 연장되도록 평면곡선 "X"로 형성될 수 있고, 여기서 세그먼트(S2)는 그 길이를 통해 연속적인 구면의 표면으로 정의 될 수 있다. 또 다른 방법으로, 종래기술과 관련하여 상기 설명된 평면 곡선 "F"와 같이 다른 형태의 평면 곡선들이 이용될 수 있다. 발명의 중요한 특징은 프라이머리 하중 베어링 세그먼트(S2)와 베어링 인서트(300) 사이에 0°에서 45°굴절까지 연장되는 활동 범위에 걸쳐 그리고 거의 105°굴절까지의 활동 범위에 걸쳐 대체로 같은 접촉구성이 유지된다는 것이다. 쉽게 알수 있는 바와 같이, 대체로 같은 접촉 구성의 유지는 대퇴부 구성요소(200)의 형태를 정의하는 세그먼트의 갯수의 기능이 아니라, 접촉표면들의 실제 형태이다. 평면 곡선 "X"는 대퇴부 구성요소(200)의 형태를 정의하기 위해서 생성 축의 어떤 갯수에 대하여도 회전할 수 있다. 그러나 중요한 것은, 정의된 하나의 세그먼트는 베어링 인서트(300)에 대하여 0°에서 적어도 45°의 굴절 범위 그리고, 105°굴절까지의 범위에 걸쳐 대체적으로 같은 접촉구성을 유지하도록 형성된 프라이머리 하중 베어링 세그먼트가 된다는 것이다. 정해진 범위의 최저 한계는 최소 60° 굴절로 정해질 수 있다. 게다가, 본 대퇴부 구성요소는 프라이머리 하중 베어링 세그먼트들을 사용하는 두개의 관절을 수용하도록 구성되며, 이러한 관절들중 하나는 적어도 0°에서 45°굴절 범위 이상으로 변하지 않는다.

본 발명의 제1 실시예는 십자형 인대가 가능한 자연 무릎(Natural knee) 관절을 교체하는데 사용되도록 만들어진 것은 아니다. 오히려, 제1 실시예는 십자형 인대가 사용되지 않거나 기능을 제대로 하지 못할 경우에 사용되어야 한다. 본 발명은 자연적인 무릎의 움직임을 모델로 삼지 않는 다는 것이 주목되어야 한다. 그러나, 본 발명이 십자형 인대 사용이 가능하지 않은 곳에 사용하기 위한 것이므로, 본 발명은 다음의 자연적인 무릎 움직임에 제한되지 않는다. 그러한 제한 없이, 본 발명은 더 큰 적절한 접촉을 바람직하게 허용하므로, 특히 십자형 인대를 가지고 사용하도록 설계된 종래의 디자인과 비교할때 기능면에서 손실이 없고 마모가 덜하다. 대다수의 무릎 교체 환자들에 있어서, 십자형 인대의 사용이 가능하지 않으므로 본 발명은 대부분의 무릎 교체 환자들에게 적용된다는 것이 주목된다.

도 13-15를 참조하면, 대퇴부 구성요소의 제2 실시예가 도시되고 참조 부호 500으로 표시된다. 상술된 제1 실시예처럼, 대퇴부 구성요소(500)는 두개의 관절구(504, 506)에 의해 정의되는 외부 베어링 표면(502)을 포함한다. 제1 실시예와 비교하면, 대퇴부 구성요소(500)는 대퇴부 구성요소(500)의 앞부분에서 연장되고 관절구(504,506)사이에 있는 십자형 인대 노치(notch)(508)를 가지고 형성되어, 유지된 십자형 인대를 수용하기에 충분한 길이를 가지게 된다.

상기 설명된 평면 곡선 "X"는 베어링 표면(502)을 정의하기 위해 이용된다. 도 14에서 도시된 바와 같이, 평면 곡선 "X"는 네개의 축(M8-M11)에 대하여 회전된다. 특히, 평면 곡선 "X"는 반경(W8)에서 각도 (θ8)에 걸쳐 제1 세그먼트(S5)를 지나간다. 반경(W2)은 무한대와 같으며, 평면 곡선 "X"는 각도 변위 보다는 실제로 선형 변위를 나타내는 각도(θ8)로 축(M8)을 선형으로 움직임으로써 정의되는 일직선의 경로를 따라 움직이는 것이 바람직하다. 평면 곡선"X"는 또한 대퇴부 요소(500)의 프라이머리 하중 베어링 세그먼트(S6)를 정의하기 위해 반경(W9)에서 θ9의 각도로 축(M9)에 대해 곡선을 그리며 지나간다. 구면적인 표면을 이루는 세그먼트(S6)를 정의하자면, 반경(W9)은 평면 곡선 "X" 의 두 반경(R1,R2)과 동일하다. 도 14에 도시된 바와 같이, 프라이머리 하중 베어링 세그먼트(S6)는 두축(A2,B2) 사이에 연장된다. 각(θ9)은 146°인것이 바람직하다. 또한 축(B2)은 대퇴부 구성요소(500)의 수직축(V)에 비례하여 고정되는 것이 바람직 하다. 도 14에 의하면, 축(Z)은 수직축(V)에 비례하여 각(α)으로 정의된다. 바람직하게는, 각(α)은 15°이며, 전후 방향으로 측정된 자연적인 넓적다리와 경골의 종축 사이의 일반적인 각도 오프셋과 동일하다. 축(Z)과 축(B2)은 바람직하게 71°인 각(β)과 대응한다. 세그먼트(S7)는 세그먼트(S6)에서 배후부 방향으로 확장되며, 축(M10)에 대하여 각도(θ11)로 회전되는 반경(W10)에 의해 정의된다. 세그먼트(S8)는 베어링 표면(502)의 형태를 완성하며, θ11의 각도로 회전되는 반경(W11)에서 축(M11)에 대하여 정의된다.

세그먼트(S5, S7, S8)는 미국 특허 번호 4,470,158에서 설명되어 있는 것과 같이 세그먼트(S1, S3, S4)와 같은 방식으로 일반적으로 형성된다. 그러나, 프라이머리 하중 베어링 세그먼트(S6)는 종래기술과는 다르게 정의된다. 상기 설명된 프라이머리 하중 베어링 세그먼트(S6)를 정의하여, 프라이머리 하중 베어링 세그먼트(S6)는 상기 설명된 베어링 인서트(300)의 베어링 표면(302)과 대체로 같은 접촉 구성을 적어도 45°의 굴절범위와 약 105°까지의 굴절 범위에 걸쳐 유지할 수 있다.

프라이머리 하중 베어링 세그먼트(S6)는 미국 특허 번호 4,309,778 과 4,340,978에서 설명되어 있는 것과 같이 메니스컬(Meniscal) 베어링의 상부 베어링 표면과 적절하게 관절접합되도록 바람직하게 형성된다. 반경(W9)과 같은 반경(W4)을 세팅하여 프라이머리 하중 베어링 세그먼트(S6)와 상부 베어링 표면(302) 사이에 취해진 적절한 접합에 따라 메니스컬 베어링의 상부 베어림 표면은 상기 설명된 베어링(300)의 상부 베어링 표면(302)과 같은 형태로 형성된다. 그러나, 적절한 관절접합은 발명의 목적을 달성하기 위해 필요한 것은 아니다. 각각의 세그먼트(S7, S8)와 관련하여 상부 베어링 표면(302)과의 적절한 관절접합이 없다.(즉, 반경(W10, W11)은 반경(W4)과 동일하지 않아야 한다.) 제1 실시예와는 달리, 대퇴부 구성요소(500)는 인간의 무릎의 자연스러운 움직임과 경골에 대한 넓접다리의 깊은 굴절의 롤백(Roll Back)을 가능하도록 형성된다. 세그먼트(S7, S8)위에서 이들 세그먼트 사이에 형성된 점 또는 선 접촉으로, 축(B2)의 위치는 대퇴부 구성요소 (500)와 메니스컬 베어링 사이의 적절한 관절을 배후방향으로 제한한다. 적절한 관절접합은 경골에 대한 넓적다리의 자연스러운 롤백 운동을 억제한다는 것이 주목된다. 적어도 하나의 십자형 인대가 유지되면, 십자형 인대 또는 인대들에 의해 생성된 롤백을 위해 자연스럽게 생성된 힘은 앞부분-뒷부분 이동을 일으키기 위해 메니스컬 베어링을 사용한다. 또한, 대퇴부 구성요소(500)는 제1 실시예에 설명되어진 것과 같은 방법으로 종지뼈 구성요소(400)와 관절접합되도록 형성된다.

대퇴부 구성요소(500)는 제1 실시예에서 설명된 것과 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위한 것이다. 심한 굴절에서 부적절한 관절접합이 제공되는 한 대퇴부 구성요소(500)는 제1 실시예와 같은 방법으로 변형될 수 있다.

쉽게 알수 있는 바와 같이, 많은 변형들과 변화들이 당해 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 사람들에게 쉽게 떠오르므로 본 발명을 도시되고 설명되어진 정확한 구조 및 동작으로 제한해서는 안 된다. 따라서, 청구된 바와같은 본 발명의 영역 내에서 모든 가능한 변형들이 채택될 수 있다.

상기내용에 포함되어 있음.

Claims

뼈관절의 대체를 위한 인공보철 관절에 있어서,

적어도 한부분이 프라이머리 하중 베어링 세그먼트를 정의하는 제1 상부 베어링 표면을 갖는 제1 보철 구성요소와;

상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트와 관절로 연결되어 있는 제2 상부 베어링 표면을 갖는 제2 보철 구성요소와;

상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트와 관절접합 베어링 결합되어 있는 제 3 상부 베어링 표면을 갖는 제3 보철 구성요소를 포함하며, 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트는 0°굴절에서 45°굴절까지 연장되는 관절접합 범위에 걸쳐 상기 제 3 상부 베어링 표면과 대체로 동일한 접촉 구성을 지속적으로 유지하도록 형성되는 것을 특징으로하는 인공보철 관절.
제 1항에 있어서, 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트는 0°굴절에서 60°굴절까지 연장되는 관절접합 범위에 걸쳐 상기 제 3 상부 베어링 표면과 대체로 동일한 접촉구성을 지속적으로 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인공보철관절.
제 1항에 있어서, 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트는 105°굴절 까지의 관절접합 범위에 걸쳐 상기 제3 상부 베어링 표면과 대체로 동일한 접촉 구성을 지속적으로 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인공보철 관절.
제 1항에 있어서, 상기 제3 상부 베어링 표면은 상기 관절접합 범위에 걸쳐 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트와 적절한 관절접합을 이루는 것을 특징으로 하는 인공보철 관절.
제 1항에 있어서,상기 제1 상부 베어링 표면은 회전 표면들의 연속된 세그먼트들에 의해 형성된 매끄럽고, 유연한 표면으로, 이들 회전 표면들의 각각의 형태는 각 쌍의 주요 생성 반경에서 복수개의 별도의 생성축을 중심으로 그리고 각 회전각을 통해 공통 생성 곡선을 회전시킴으로써 생성되고, 이들 회전 표면들 중 가장 큰 세그먼트는 프라이머리 하중 베어링 세그먼트 인 것을 특징으로 하는 인공보철 관절.
제 5항에 있어서, 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트는 상기 생성 축들중 하나에 대하여 적어도 120°로 상기 공통 생성 곡선을 회전시킴으로써 생성되는 것을 특징으로하는 인공보철 관절.
제 5항에 있어서, 세개의 세그먼트가 있는 것을 특징으로하는 인공보철 관절.
제 1항에 있어서, 상기 인공보철 관절은 자연적인 무릎 관절의 대체를 위해 형성되고, 제1 구성요소는 대퇴부의 구성요소이고, 제2 구성요소는 종지뼈 구성요소이고, 제3 구성요소는 베어링 인서트인 것을 특징으로하는 인공보철 관절.
제 8항에 있어서, 상기 자연적인 무릎관절의 십자형 인대는 사용가능하지 않는 것을 특징으로 하는 인공보철 관절.
제 8항에 있어서, 제1 구성요소는 간격을 두고 위치한 두개의 관절구를 정의하도록 형성되며 관절구들은 상기 제1 상부 베어링 표면을 부분적으로 정의하고 관절구들과 대체적으로 같은 공간에 걸쳐서 연장되는 웹(web)에 의해 연결되는 것을 특징으로하는 인공보철 관절.
자연적인 뼈 관절의 대체를 위한 인공보철 관절, 즉 자연적인 뼈 관절에 근접하게 자연적인 뼈와 관절접합하기 위한 인공보철 관절에 있어서,

적어도 한부분이 프라이머리 하중 베어링 세그먼트를 정의하는 제1 상부 베어링 표면을 가지며 프라이머리 하중 베어링 세그먼트가 자연적인 뼈에 관절로 연결되어 있는 제1 보철 구성요소와;

상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트와 관절로 연결되어 있는 제2 상부 베어링 표면을 갖는 제2 보철 구성요소를 포함하며, 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트는 0°굴절에서 45°굴절까지 연장되는 관절접합 범위에 걸쳐 상기 제 2 상부 베어링 표면과 대체로 동일한 접촉 구성을 지속적으로 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인공보철 관절.
제 11항에 있어서, 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트는 0°굴절에서 60°굴절까지 연장되는 관절접합 범위에 걸쳐 상기 제 2 상부 베어링 표면과 대체로 동일한 접촉 구성을 지속적으로 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인공보철관절.
제 11항에 있어서, 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트는 105°굴절 까지의 관절접합 범위에 걸쳐 상기 제2 상부 베어링 표면과 대체로 동일한 접촉 구성을 지속적으로 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인공보철 관절.
제 11항에 있어서, 상기 제2 상부 베어링 표면은 상기 관절접합 범위에 걸쳐 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트와 적절한 관절접합을 이루는 것을 특징으로 하는 인공보철 관절.
제 11항에 있어서, 상기 제1 상부 베어링 표면은 회전 표면들의 연속된 세그먼트들에 의해 형성된 매끄럽고, 유연한 표면으로, 이들 회전 표면들의 각각의 형태는 각 쌍의 주요 생성 반경에서 복수개의 별도의 생성축을 중심으로 그리고 각각의 회전각을 통해 공통 생성 곡선을 회전시킴으로써 생성되고 이들 회전 표면들 중 가장 큰 세그먼트는 프라이머리 하중 베어링 세그먼트인 것을 특징으로 하는 인공보철 관절.
제 15항에 있어서, 상기 프라이머리 하중 베어링 세그먼트는 상기 생성 축들중 하나에 대하여 적어도 120°로 상기 공통 생성 곡선을 회전시킴으로써 생성되는 것을 특징으로하는 인공보철 관절.
제 15항에 있어서, 세개의 세그먼트가 있는 것을 특징으로하는 인공보철 관절.
제 11항에 있어서, 상기 관절은 자연적인 무릎 관절의 대체를 위해 형성되고, 자연적인 뼈는 종지뼈이고, 제1 구성요소는 대퇴부의 구성요소이고, 제2 구성요소는 베어링 인서트인 것을 특징으로하는 인공보철 관절.
제 18항에 있어서, 상기 자연적인 무릎관절의 십자형 인대는 사용가능하지 않는 것을 특징으로 하는 인공보철 관절.
제 18항에 있어서, 제1 구성요소는 간격을 두고 위치한 두개의 관절구를 정의하도록 형성되며, 관절구들은 상기 제1 상부 베어링 표면을 부분적으로 정의하고, 상기 관절구들은 대체로 같은 공간에 걸쳐서 연장되는 웹에 의해 연결되는 것을 특징으로하는 인공보철 관절.