KR20050026512A - 무릎 인공 보철물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 쌍의 관절 슬라이딩면(5)을 형성하는 대퇴부의 인공 보철부(1)와, 상기 관절 슬라이딩면(5)과 협동 작용하는 경골 슬라이딩면(9)을 갖는 경골부(2)와, 대략 경골과 평행한 회전축(12)에 대해 회전될 수 있도록 상기 대퇴부와 경골부(1, 2)를 연결하는 연결부(10)를 포함하는 무릎 인공 보철물에 관한 것이다. 대퇴부 및 경골부(1, 2)가 동일하게 전후 방향으로 정렬될 경우, 하중은 경골의 슬라이딩면(9)의 중앙 영역(14)에 의해 전달된다. 본 발명에 따르면, 경골의 슬라이딩면(9)은 두 개의 인공 보철부(1, 2)가 서로에 대해 회전될 경우, 관절의 슬라이딩면(5) 각각은 수직 접촉 영역(14)의 앞 또는 후에서 경골의 슬라이딩면(9)에 대응되게 접촉된 채로 유지되는 방식으로 상기 영역(14)의 앞 또는 뒤에서 상방으로 경사진다.

Description

무릎 인공 보철물{KNEE PROSTHESIS}

본 발명은 무릎 인공 보철물에 관한 것이다.

인간의 무릎 관절(joint)을 대체하기 위하여, 인대 조직(ligament apparatus)의 보존 상태에 의존되는 대퇴부(femoral part) 및 경골부(tibial part)에 사용되는 인공 보철물 유형들은 서로 압박(constraint)의 정도가 더한지 덜한지에 따라 안내된다. 이것은 무릎 움직임, 소위 횡방향에 대한 만곡(flexion) 움직임, 경골 방향에 대략 평행하게 주행하는 회전축에 대한 회전 움직임, 및 전후 방향(anteroposterior direction)으로의 횡적 움직임의 주(main) 자유도에 관한 것이다. 최소 상호 압박 안내도(least degree of mutual constrained guidance)는 단순히 한 쌍의 대퇴부 관절(condyle) 및 경골 슬라이딩면으로 이루어진 연결되지 않은 인공 보철물로 불리는 것으로 알려져 있다. 그것들은 인대 조직이 잘 보존된 경우에 사용된다. 다른 극단(extreme)은 인대 조직이 불충분하게 보존된 경우에 사용되고, 무릎의 만곡 움직임이 제한되는 힌지 인공 보철물에 의해 구성된다(EP-A-42 04 60, DE-OS-29 01 009). 이런 극단들 사이에서, 대퇴부와 경골부 간에 회전 베어링을 형성함에 의해, 회전 움직임을 위한 안내 기능을 대신하는 중간부(intermediate part)를 포함하는 부분적으로 연결된 장치들의 변화도(varying degree)가 있다.

회전 움직임을 허용하는 부분적으로 연결된 인공 보철물들 사이에서, 두 개의 유형으로 분류된다. 제1 유형으로, 전체 하중은 경골부에 대해 회전 베어링을 형성하고 대퇴부에 대해 만곡 힌지 조인트를 형성하는 중간 조인트(intermediate joint) 구성요소를 거쳐 전달된다(DE-C-26 60 623). 이런 경우, 관절의 슬라이딩면은 만곡 움직임에 대해서만 의도되기 때문에, 그것들은 대향면과 일치되게 설계될 수 있다. 따라서, 대향면은 같은 곡률 반경을 갖는 오목하게(cancave) 이루어진다. 부분적으로 연결된 인공 보철물의 제2 유형은 중간 조인트 구성요소를 거치지 않지만, 이들과 협동 작용하는 관절의 슬라이딩면에서 경골의 슬라이딩면으로 직접 하중을 전달한다(EP-A-174 531). 이런 경우, 관절 슬라이딩면과 경골의 슬라이딩면 사이에서 만곡 움직임뿐 아니라 회전 움직임도 일어난다. 이런 이유로, 경골의 슬라이딩면은 관절의 슬라이딩면과 일치되게 이루어지지 않는다. 만일 그것들이 자유로운 회전 움직임이 허용된다면, 경골의 슬라이딩면은 편평해야 한다. 일반적으로, 그것들은 대퇴부와 경골부가 전후 방향으로 동일하게 정렬될 경우, 그것들이 관절 표면과 협동 작용하는 영역(수직 접촉 영역)의 앞에서 상방으로 조금 경사지도록 허용된다. 이것은 회전 시에, 회전되는 동안 경골의 슬라이딩면에 대해 전방에 위치된 관절의 슬라이딩면이 들어올려지는 효과를 갖는다. 이는 조인트로부터 전달되는 하중 하에서, 가능한 인공 보철부가 동일한 전후 방향 정렬을 갖는 수직 위치로 돌아오게 되는 회복 토크를 발생시킨다. 경골부에 대한 회전과 그것에 의해 대퇴부가 들어올려지는 동안, 후방으로 이동된 관절 표면은 경골의 슬라이딩면과의 접촉이 떨어진다. 전체 하중은 그런 다음, 마모를 증가시킬뿐 아니라 회전 베어링 영역에 소정 휨 모멘트를 유도하는 타측에 전달되어야 한다. 이런 종래의 기술로부터, 본 발명의 개시가 청구항 1의 서두에 나타내었다.

공지된 공개 공보 (DE-A-41 02 509)에서, 부분적으로 연결된 인공 보철물은 대퇴부와 경골의 슬라이딩면 사이에서 일어나는 만곡 움직임과 또한 회전 움직임 모두를 설명한다. 대퇴부의 슬라이딩면은 시상봉합(sagittal) 및 전면(frontal plane)에 볼록하도록 라운드지게 형성된다. 경골의 슬라이딩면의 단면(view)으로부터, 그것들은 대퇴부의 슬라이딩면의 형상과 일치하고 그것을 보완하는 것으로 결론지을 수 있다. 이것은 만곡축(flextion axis)에 대해 서로 무릎 구성요소의 회전 움직임을 허용하지만, 경골의 방향과 평행한 축에 대해 회전 모멘트에 대해서는 높은 저항력을 제공한다. 따라서, 공지된 인공 보철물은 이런 회전 움직임에 대해서는 적합하지 않다. 그런 회전이 일어날 경우, 대퇴부의 슬라이딩면은 경골의 슬라이드 억압부(depression)에 대해 튀어오를(spring out) 것이고, 또한 회전에 대해 인공 보철물의 안정성이 더 이상 유지할 수 없다. 또한, 대퇴부의 슬라이딩면은 경골의 슬라이드 억압부의 모서리에서만 놓여지고, 하중 하에서 이들을 변형시킨다. 공개 공보는 슬라이딩면이 그것들이 회전 가능성과 또한, 회전에 따른 안정성 모두를 보증할 수 있도록, 그리고 회전 시에 힘이 인공 보철물에 손상을 입히지 않는 방식으로 전달될 수 있도록 어떻게 배열되어야 하는지 정보를 제공하지 않는다.

도1은 인공 보철물의 측면도를 도시한 것이다.

도2는 경골의 슬라이딩면의 평면도를 도시한 것이다.

도3은 경골의 슬라이딩면을 관통한 단면도를 도시한 것이다.

도4 및 도5는 회전되는 대퇴부의 대향측으로부터의 두 개의 측면도를 도시한 것이다.

종래의 기술로부터 개시(starting out)는 청구항의 서두에 설명되었고, 본 발명의 목적은 경골의 종축에 대해 회전될 때, 인공 보철물 구성요소들 간의 힘 전달을 향상시키는 것이다. 해결책은 청구항 1의 특징에 있다.

따라서, 경골의 슬라이딩면은 또한, 특히, 회전 시에, 두 개의 관절 슬라이딩면 각각이 관련 경골 슬라이딩면과 접촉된 채로 남아 있게 하는 방식으로 수직 접촉 영역의 뒤에서 상방으로 경사진다. 하나의 관절 슬라이딩면은 수직 접촉 영역의 앞에서 경골의 슬라이딩면의 경사부와 상방으로 접촉되고, 다른 관절 슬라이딩면은 뒤에서 상방으로 경사진 영역과 접촉된다.

본 원칙의 적용은 양 인공 보철부에 대해 고정되는, 즉 서로에 대해 인공 보철물의 전후 방향 움직임이 없는 회전축을 갖는 무릎 인공 보철물에 있어 유리하다. 수직 접촉 영역 뒤에서 경골 슬라이딩면의 상방으로의 경사는 이 영역의 앞에서의 경골 슬라이딩면의 상방으로의 경사와 대략 같다. 본 발명은, 또한 두 개의 인공 보철부 중 하나에 대해 전후 방향으로 대체 가능한 회전축을 갖는 인공 보철물에 사용될 수 있다. 관절의 슬라이딩면은 양 경골에 힘 전달 조건이 서로 보상되는 방식으로 전후 방향으로 경골의 슬라이딩면에 대해 위치된다.

기하학적 관계는 경골의 슬라이딩면과 협동 작용하는 관절의 슬라이딩면의 그 부분의 곡률 반경이 만곡면에서 실질적으로 일정할 경우, 즉 관절의 슬라이딩면이 원의 아크 같은 형상인 경우, 특히 단순하고 명료하다. 본 발명은 또한 상기한 사례가 아닐 경우에도 사용될 수 있다. 만일 관절면 코스(course)가 직사각형이라면, 전후 방향으로 대퇴부 및 경골부의 상대적인 움직임을 제공하는 것이 적절하다. 이는 관절의 슬라이딩면이 아르키메데스 나선(Archimedes spiral)의 방식으로 형성될 경우 필요하지 않다. 관절의 슬라이딩면의 프로파일은 일반적으로 일정해야 한다.

본 발명은 유리한 실시예를 설명하는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.

인공 보철물은 공지된 방식대로, 대퇴골(femur)의 하단부 및 경골의 상단부에 각각 핀(3, 4)을 통해 고정되는 대퇴부(1) 및 경골부(2)를 갖는다. 대퇴부(1)는 전면에서 슬개골의(patellar) 슬라이딩면을 함께 형성하는 한 쌍의 관절의 슬라이딩면(5)을 구비한다. 경골부(2)는 상면에 예를 들면, 폴리에틸렌(polyethylene) 같은 슬라이딩을 촉진하는 소재로 이루어진 소위 경골 고원(plateau)(8)이 고정되는 지지판(support plate)(7)을 형성하고, 상기 경골 고원(8)은 바람직하게는 연마된 금속으로 이루어진 관절의 슬라이딩면(5)이 슬라이드되는 경골의 슬라이딩면(9)을 형성한다. 대퇴부(1) 및 경골부(2)는 한쪽은 대퇴부(1)를 갖고, 축(11)을 구비하는 만곡 베어링을 형성하고, 다른 한쪽은 경골부를 갖고, 축(12)을 구비하는 회전 베어링을 형성하는 중간부(10)에 의해 서로 연결된다. 이런 구성의 상세한 것은 참고문헌으로, 본 출원의 주제를 개시하는 유럽 특허 출원 제1,110,261호 및 제1,111,551호에서 설명된다.

비회전 위치에서(도1), 대퇴부 슬라이딩면(5)은 영역(14)이 축(12)에 대략 수직으로 주행되는 방향이 경골의 슬라이딩면(9)의 수직 접촉 영역(14) 상에서 반경에 대략 수직으로 주행되는 영역(13)에 있다. 만곡 움직임이 발생하는 경우, 영역(13)과 대퇴부 슬라이딩면의 후단부(15) 사이에 있는 부분(portion)은 경골의 슬라이딩면(9)과 접촉될 수 있게 된다. 도시된 실시예에서, 이 부분은 만곡축(11)으로 일정 반경의 원의 아크로서 연장된다. 슬라이딩면의 프로파일은 이 부분에서 일정하다. 경골의 슬라이딩면(9)의 영역(14)은 협동 작용하는 관련 대퇴부 슬라이딩면의 그 부분(13 내지 15)과 (전면 섹션에서) 동일한 프로파일을 갖는다. 이것은 비회전 상태에서, 이론적인 선형 접촉이 존재한다는 것을 의미한다. 실용적인 관점에서, 표면 접촉은 경골의 슬라이딩면(9)의 소재에 따른 결과로써 얻어진다.

영역(13) 앞에 있는 관절의 슬라이딩면 및 슬개골의 슬라이딩면의 부분(6)은 하중의 전달이 인공 보철물의 경골부(2)로 강제될 경우 중요하지 않다.

경골의 슬라이딩면(9)은 도3에 도시된 바와 같이, 시상 봉합면(sagittal plane)에 조금 오목하게 이루어진다. 곡률 반경은 대퇴부 슬라이딩면 부분(13 내지 15)의 반경보다 상당히 크다. 이것은 회전 시에, 대퇴부 슬라이딩면이 수직 접촉 영역(14)으로부터 시작해서 -실질적으로 방해 없이- 약간의 거리를 전후로 움직일 수 있도록 하는 것이 필요하다. 강력한 회전 시에, 관절의 슬라이딩면(5)은 수직 접촉 영역(14)을 떠난다. 일측에서는(도4 참조), 그것들은 수직 접촉 영역(14) 앞에 있는 경골의 슬라이딩면의 상방 경사부(upwardly sloping portion)(16) 내에서 움직인다. 타측에서는(도5), 그것들은 경골의 슬라이딩면(9)의 후방의 상방 경사부(17) 내에서 움직인다.

경골의 슬라이딩면은 이런 회전 시에, 관절의 슬라이딩면(5)이 소위 전면부(front portion)(16)에서의 일측 및 후면부(rear portion)(17)에서의 타측의 양측 상에서 경골의 슬라이딩면(9)과 접촉을 유지하는 방식으로 형상이 이루어진다.

이들 부분들에서 관절의 슬라이딩면(5)과 경골의 슬라이딩면(9) 사이의 선형 접촉을 유지하기를 바란다면, 경골의 슬라이딩면(9)은 그것들이 이 회전축(12)을 포함하는 단면(sectional plane) 내에서 회전축(12)에 대해 원형 아크 방향으로 관절의 슬라이딩면(5)으로써 동일한 프로파일을 가지도록 형상이 이루어질 수 있다. 이것은 관절의 슬라이딩면의 프로파일을 갖고 축(12)에 대해 회전되는 도구의 도움을 얻어 쉽게 얻을 수 있다. 그러나, 이것은 상대적으로 복잡하다. 전후 방향으로 움직이는 도구에 의해 경골의 슬라이딩면(9)을 밀링(mill)하는 것이 보다 간단하다. 본 사례에서, 회전이 일어날 경우, 관절의 슬라이딩면(5)과 경골의 슬라이딩면(9) 사이의 이상적인 선형 접촉은 수직 접촉 영역(14)으로부터 제거되는 각 접촉점보다 큰 범위로 분배된다. 이것은 그런 강한 회전이 상대적으로 거의 발생하지 않고 수직 접촉 영역(14)으로 유지된 하중 전달 기간이 제한되기 때문에 문제되지 않는다. 그런 강한 회전이 발생할 경우, 경골의 슬라이딩면과 협동 작용되는 두 개의 관절의 슬라이딩면 중 단지 하나에만 아니라 양쪽 모두에 치명적이다.

Claims (4)

1. 한 쌍의 관절 슬라이딩면(5)을 형성하는 대퇴부의 인공 보철부(1)와, 상기 관절 슬라이딩면(5)과 협동 작용하는 경골 슬라이딩면(9)을 갖는 경골부(2)와, 대략 경골과 평행한 회전축(12)에 대해 회전될 수 있도록 상기 대퇴부와 경골부(1, 2)를 서로 연결하는 연결부(10)를 포함하고, 상기 경골 슬라이딩면은 상기 대퇴부와 경골부(1, 2)가 동일한 전후 방향으로 정렬될 때 관련 관절의 슬라이딩면(5)과 협동 작용하는 수직 접촉 영역(14)을 갖고, 상기 수직 접촉 영역(14) 앞에서 그것들이 상기 경골의 슬라이딩면 협동 작용하는 관절의 슬라이딩면(5)의 부분(13 내지 15)의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖고 상방으로 경사지는 무릎 인공 보철물에 있어서,

   상기 경골의 슬라이딩면(9)은 또한, 회전 시에 두 개의 관절 슬라이딩면(5) 각각이 수직 접촉 영역(14)의 앞 또는 뒤에서 관련 경골 슬라이딩면(9)과 접촉된 채로 남아 있는 방식으로 수직 접촉 영역(14)의 뒤에서 상방으로 경사지는 것을 특징으로 하는 무릎 인공 보철물.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전축(12)은 인공 보철부(1, 2) 모두에 관해 고정되는 것을 특징으로 하는 무릎 인공 보철물.
3. 제1항에 있어서, 상기 회전축(12)은 전후 방향으로 두 개의 인공 보철부(1, 2) 중 하나에 관해 이동 가능한 것을 특징으로 하는 무릎 인공 보철물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경골 슬라이딩면(9)과 협동 작용하는 관절 슬라이딩면(5)의 부분(13 내지 15)의 곡률 반경이 만곡면 내에서 대략 일정한 것을 특징으로 하는 무릎 인공 보철물.