JP5266215B2 - 解剖学的動作のヒンジ式人工関節 - Google Patents

Description

［関連出願への相互参照］
本出願は、２００６年６月３０日出願の米国仮特許出願第６０／８０６，３８３号の利益を主張する。各出願の開示はその全体が参照によって援用される。

本出願は、一般に、人工膝関節に関し、とりわけヒンジ式の人工膝関節に関する。

多くのヒンジ式の人工膝関節は、ヒンジ様の機能の関節を復元する機械的な手段を提供するのみである。他のヒンジ式の人工膝関節は、運動性のより正しい人工関節を提供するが、それらの人工関節は、関節に対する正常な運動性を復元するのに、残存する軟組織にほぼ依存している。ほとんどの場合、残存する軟組織は、手術の際に傷つけられたり、及び且つ／若しくは損失／除去されたりしている。したがって、軟組織は正常な運動性、特に前方／後方（Ａ／Ｐ）への並進、または「ねじり定」（“screw-home”）位置への回転を含む正常な軸方向の回転を復元することに大きく寄与することはできない。さらに、人工関節の強制的な動きによって正常な運動性を復元すると、残存する軟組織が傷つけられることがある。

軸方向の回転に対処する人工関節システムにおいて、現在のシステムは、プラットフォームを回転させることで回転に対処する。一般に、関節でつながった２つの人工関節（通常は脛骨の挿入部または構造部）のうちの１つは、回転自在にされている。これによって、軟組織は、より正常な方式で関節を回転できるようになる。しかしながら、大半の軟組織は傷つけられており、正常、若しくは正常に近い回転は再現できない。

Ａ／Ｐへの並進は、ほとんど対処されない動きである。Ａ／Ｐへの並進に対処するそれらの人工関節においては、関節連接機構（通常は柱）、または脛骨側関節の幾何学形状に対するカム機構が、膝関節が屈曲するにつれて、脛骨を遠位大腿骨に対して前方に押すのに使用される。このＡ／Ｐへの並進の方法は、カムが大腿骨側の人工関節上にあり、柱が脛骨側の人工関節上にある、カム及び柱の方法の使用による人工膝関節全置換術（ＴＫＡ）において一般的である。これは、後方または十字形の安定化された膝関節インプラントとして、一般に称される。これらのヒンジ式の膝関節は、一般に、（点及び／または線の接触を有するカム及び柱などの）狭い領域に力を集中し、それが摩耗を増し、インプラントの寿命を短縮し得る。

特許文献１及び特許文献２では、Ａ／Ｐへの並進が屈曲によって起こされるが、ヒンジ式の膝関節は、Ａ／Ｐへの並進における一定の限界を制御及び／または維持しない。言い換えると、脛骨側の支持面に対する接触が維持されない場合、大腿骨は後方に屈曲及び並進可能である。したがって、Ａ／Ｐへの並進が起こるとき、大腿骨側の構成要素は、脛骨側の構成要素との接触を維持しない。
及び

米国特許第５３５８５２７号明細書 米国特許第５８００５５２号明細書

当技術において、Ａ／Ｐへの並進及び／または正常な軸方向の回転を含む運動性の正しい人工関節の必要がある。さらに、人工関節の摩耗を低減し、残存する軟組織に掛かる力を低減する、運動性の正しい人工関節の必要性がある。

本開示は、脛骨側の構成要素と大腿骨側の構成要素とを備えるヒンジ式の人工膝関節を提供する。脛骨側の構成要素は、脛骨に付随するように構成される。脛骨側の構成要素は、支持面を有する。大腿骨側の構成要素は、脛骨側の構成要素にヒンジ式に付随し、脛骨側の構成要素に対して回転するように構成される。大腿骨側の構成要素は、内側顆及び外側顆を備える。内側顆及び外側顆は、脛骨側の構成要素の支持面上における軸方向の回転を引き起こすように構成された、矢状方向の湾曲面を有する。

内側顆及び外側顆は、脛骨側の構成要素の支持面上で回転するように構成された複数の偏心した矢状方向の湾曲面を有してもよい。

脛骨側の構成要素の支持面は、前方部分及び後方部分を有して構成される。支持面の後方部分は、大腿骨側の構成要素の内側顆及び外側顆を案内するように構成された部分を有する。大腿骨側の構成要素と脛骨側の構成要素との間の接触点は、前方／後方の方向に並進し、軸方向に回転する。

ヒンジ式の膝関節は、心棒ヒンジピンをさらに備えてよい。心棒ヒンジピンは、内側顆と外側顆との間に横方向に配置される。偏心した矢状方向の湾曲面は、心棒ヒンジピンと一直線にならない回転の中心を有する。

ヒンジ式の人工膝関節は、脛骨側の構成要素から大腿骨側の構成要素まで延在するように構成された柱をさらに備えてよい。柱の近位部分は、心棒ヒンジピンに付随するように構成される。

内側顆の偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中心は、外側顆の偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中心と一直線にならなくてよい。内側顆及び外側顆は、脛骨側の構成要素に対する大腿骨側の構成要素の軸方向の回転を導く。

内側顆の偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中心は、外側顆の偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中心と一直線になってもよく、このとき、内側顆及び外側顆は、脛骨側の構成要素に対する大腿骨側の構成要素の前方／後方への並進を導く。

大腿骨側の構成要素の内側顆は、同一中心の矢状方向の湾曲面をさらに備えてもよい。内側顆の同一中心の矢状方向の湾曲面の回転の中心は、外側顆の偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中心と一直線にならない。内側顆及び外側顆は、脛骨側の構成要素に対する大腿骨側の構成要素の軸方向の回転を導く。

内側顆の第１の偏心した矢状方向の湾曲面の回転の中心は、外側顆の第１の偏心した矢状方向の湾曲面の回転の中心と整列されなくてもよい。第１の偏心した矢状方向の湾曲面が脛骨側の構成要素と接触するとき、内側顆及び外側顆は、脛骨側の構成要素に対する大腿骨側の構成要素の軸方向の回転、及び前方／後方への並進を導く。内側顆の第２の偏心した矢状方向の湾曲面の回転の中心は、外側顆の第２の偏心した矢状方向の湾曲面の回転の中心と一直線にされ、第２の偏心した矢状方向の湾曲面が脛骨側の構成要素に接触するとき、内側顆及び外側顆は、脛骨側の構成要素に対する大腿骨側の構成要素の前方／後方への並進を導く。

ヒンジ式の人工膝関節は、柱を受けるように構成されたスリーブを備えてよい。スリーブは、脛骨側の構成要素に対して大腿骨側の構成要素を軸方向に回転可能にするように構成される。

本開示は、ある屈曲の範囲にわたってヒンジ式の膝関節を回転させる方法を提供する。本方法は、大腿骨側の構成要素を脛骨側の構成要素に固定的に付随する。ヒンジ式の膝関節が屈曲されるとき、脛骨側の構成要素に対する大腿骨側の構成要素の軸方向の回転が引き起こされる。

本方法は、ヒンジ式の膝関節が屈曲されるとき、脛骨側の構成要素に対する大腿骨側の構成要素の前方／後方の方向への並進を引き起こすステップをさらに含んでよい。

並進を引き起こすステップと軸方向の回転を引き起こすステップとは、同時に起こってもよい。

軸方向の回転を引き起こすステップは、人工膝関節の屈曲の範囲の一部分にわたって起こってよい。

軸方向の回転を引き起こすステップは、人工膝関節の屈曲の範囲の第１部分及び人工膝関節の屈曲の範囲の第２部分にわたって起こってもよい。

屈曲の範囲の第１部分は、屈曲の範囲の第２部分に隣接しなくてもよい。

軸方向の回転を引き起こすステップは、ヒンジ式の膝関節が膝関節の屈曲の範囲にわたって通過する際に、異なる角速度で実施されてもよい。

固定的に付随するステップは、スリーブ付きの柱のスリーブ部分とスリーブ付き柱の柱部分とが互いに対して軸方向に回転するように、スリーブ付きの柱を脛骨側のインサートに連結するステップを含んでよい。さらに、固定的に付随するステップは、軸方向のヒンジピンが大腿骨側の構成要素の内側顆を大腿骨側の構成要素の外側顆に横方向に連結するように、軸方向のヒンジピンをスリーブ付きの柱に固定するステップを含んでよい。

本方法は、スリーブ付きの柱のスリーブ部分を脛骨側の構成要素内の軸部に固定するステップをさらに含んでよい。

本方法は、ヒンジ式の膝関節が屈曲されるとき、スリーブ付きの柱のスリーブ部分をスリーブ付きの柱の柱部分に対して軸方向に移動させるステップをさらに含んでよい。

したがって、Ａ／Ｐへの並進及び／または正常な軸方向の回転を含む運動性の正しい人工関節が、本開示における構造体によって達成可能である。これらの運動性の正しい人工関節は、人工関節の摩耗を低減し、残存する軟組織に掛かる力を低減することができる。本発明のさらなる特徴、態様、及び利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造及び操作は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。

本明細書に援用され、本明細書の一部を形成する添付の図面は、実施形態を例示し、説明と共に、本発明の原理を説明する働きをする。

ヒンジ式の膝関節の一実施形態の等角図である。 図１の実施形態の切欠図である。 図１の実施形態の側面図である。 図３の実施形態の切欠図である。 ヒンジ式の膝関節の一実施形態の等角図である。 図５の実施形態の切欠図である。 図５の実施形態の側面図である。 図７の実施形態の切欠図である。 脛骨側インサートの一実施形態の等角図である。 図９の脛骨側インサートの上面図である。 ヒンジ式の膝関節の大腿骨側の構成要素の一実施形態の側面図である。 伸張時のヒンジ式の膝関節の一実施形態の側面図である。 伸張時のヒンジ式の膝関節の一実施形態の等角図である。 ２０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図である。 ２０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の等角図である。 ４０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図である。 ４０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の等角図である。 ９０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図である。 ９０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の等角図である。 １２０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図である。 １２０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の等角図である。 １５０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図である。 １５０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の等角図である。 伸張時のヒンジ式の膝関節の一実施形態の側面図である。 伸張時のヒンジ式の膝関節の一実施形態の等角図である。 伸張時のヒンジ式の膝関節の一実施形態の上面図である。 ２０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図である。 ２０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の等角図である。 ２０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の上面図である。 ４０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図である。 ４０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の等角図である。 ４０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の上面図である。 ９０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図である。 ９０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の等角図である。 ９０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の上面図である。 １２０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図である。 １２０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の等角図である。 １２０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の上面図である。 １５０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図である。 １５０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の等角図である。 １５０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の上面図である。

同様の参照符号が同様の要素を示す添付の図面を参照して、図１〜４は、ヒンジ式の膝関節の一実施形態の図を示す。

ここで図１を参照すると、図１はヒンジ式の膝関節１０の一実施形態の等角図である。ヒンジ式の膝関節１０は、大腿骨側の構成要素１４と、脛骨側の構成要素１６と、ピンスリーブ１８と、ピン２０とを含む。脛骨側の構成要素１６は、脛骨側のインサート２４と脛骨側のベース部２６とを含む。大腿骨側の構成要素１４は、内側顆３０と外側顆３２とを含む。ピン２０は、顆３０及び３２をスリーブ１８に連結する。スリーブ１８は、スリーブ付き柱（下述）によって脛骨側の構成要素に連結する。

膝関節が屈曲するにつれて、大腿骨側の構成要素１４は、脛骨側の構成要素１６に対して回転する。大腿骨側の構成要素１４は、ピン２０を中心に回転する。大腿骨側の構成要素１４の軸方向の回転及び前方／後方（Ａ／Ｐ）への並進が、脛骨側のインサート２４ならびに顆３０及び３２の形状によって生じる。ピン２０が軸方向に回転可能であり、ヒンジ式の膝関節１０の柱及びスリーブに対して軸方向に並進可能であるので、大腿骨側の構成要素１４の軸方向の回転及び前方／後方（Ａ／Ｐ）への並進が生じることができる。

大腿骨側の構成要素１４及び脛骨側の構成要素１６は、大腿骨及び脛骨にそれぞれ連結される。軸部３６が、大腿骨側の構成要素及び脛骨側の構成要素を骨に固定するように大腿骨及び脛骨に挿入される。これらの軸部の長さ及び厚さは、必要とされる固定、骨のサイズ、及び骨の骨髄内管のサイズに基づいて調整されてよい。

ここで、図２を参照すると、図２は、図１の実施形態の切欠図である。切欠図は、大腿骨側の両顆の間の矢状面において取られている。図２は、スリーブ１８内のピン２０を示す。スリーブ１８は、柱４２を囲む柱スリーブ４０に付随する。柱４２は、脛骨側のベース部２６に付随されており、脛骨側のベース部２６に非対称的に付随してもよい。柱スリーブ４０は、軸方向に回転可能であり、柱４２に対して軸方向に並進可能である。スリーブ１８（及びピン２０）は、軸方向に回転でき、脛骨側の構成要素１６に対して軸方向に並進できる。回転及び並進によって、大腿骨側の構成要素１４が軸方向に回転し、Ａ／Ｐ方向に並進できるようになる。Ａ／Ｐへの並進は、回転の中心がピン２０の外側にある湾曲を有する顆の表面によって達成されてよい。膝関節が伸張しすぎないように、大腿骨側の構成要素１４が回転するにつれて、ブッシュ４６が過度の伸張を止める。

ここで、図３を参照すると、図３は、図１の実施形態の側面図である。ピン２０は、膝関節１０の中央に対して後方に配置される。顆３２の湾曲５０は、ピン２０である、大腿骨側の構成要素１４の回転の中心に対して偏心している。膝関節が屈曲するにつれて、脛骨側の構成要素１６に対して、ピン２０が軸方向に回転し、軸方向に並進する。

ここで、図４を参照すると、図４は、図３の実施形態の切欠図である。切欠図は、図２の切欠図と同じ矢状面に沿って取られている。この切欠図は、ヒンジ式の膝関節１０の柱スリーブ４０及び柱４２を示す。柱スリーブ４０を柱４２にロックするように、ねじ５６が柱受け５８を柱に固定する。すると、柱４２を引き離すことなく、柱スリーブ４０及びピンスリーブ１８が回転し、軸方向に並進できる。

ここで、図５〜８を参照すると、これらの図は、ヒンジ式の膝関節７０の別の実施形態の図を示す。ここで図５を参照すると、図５は、ヒンジ式の膝関節７０の一実施形態の等角図である。ヒンジ式の膝関節７０は、大腿骨側の構成要素７４と、脛骨側の構成要素７６と、ピンスリーブ７８と、ピン８０とを含む。脛骨側の構成要素７６は、脛骨側のインサート８４と脛骨側のベース部８６とを含む。大腿骨側の構成要素７４は、内側顆９０と外側顆９２とを含む。ピン８０は、顆９０及び９２をスリーブ７８に連結する。スリーブ７８は、スリーブ付きの柱によって脛骨側の構成要素に連結する。

膝関節が屈曲するにつれて、大腿骨側の構成要素７４が、脛骨側の構成要素７６に対して回転する。大腿骨側の構成要素７４は、ピン８０を中心に回転する。大腿骨側の構成要素７４の軸方向の回転及び前方／後方(Ａ／Ｐ)への並進が、脛骨側のインサート８４ならびに顆９０及び９２の形状によって起こされる。ピン８０が軸方向に回転可能であり、ヒンジ式の膝関節７０の柱及びスリーブに対して軸方向に並進可能であるので、大腿骨側の構成要素７４の軸方向の回転及び前方／後方(Ａ／Ｐ)への並進が起こることができる。

大腿骨側の構成要素７４及び脛骨側の構成要素７６は、大腿骨及び脛骨にそれぞれ連結される。軸部９６が、大腿骨側の構成要素及び脛骨側の構成要素を骨に固定するように大腿骨及び脛骨に挿入される。これらの軸部の長さ及び厚さは、必要とされる固定、骨のサイズ、及び骨の骨髄内管のサイズに基づいて調整されてよい。

ここで、図６を参照すると、図６は図５の実施形態の切欠図である。切欠図は、大腿骨側の両顆の間の矢状面において取られている。図６は、スリーブ７８内のピン８０を示す。スリーブ７８は、柱スリーブ１０２に挿入された柱１００に付随される。柱スリーブ１０２は、脛骨側のベース部８６に付随される。柱１００は、軸方向に回転可能であり、柱スリーブ１０２に対して軸方向に並進可能である。ピンスリーブ７８(及びしたがってピン８０)が、軸方向に回転でき、脛骨側の構成要素７６に対して軸方向に並進できる。回転及び並進によって、大腿骨側の構成要素７４が軸方向に回転し、Ａ／Ｐ方向に並進できるようになる。Ａ／Ｐへの並進は、回転の中心がピン８０の外側にある湾曲を有する顆の表面によって達成可能である。膝関節が伸張しすぎないように、大腿骨側の構成要素７４が回転するにつれて、ブッシュ１０６が過度の伸張を止める。

ここで、図７を参照すると、図７は、図５の実施形態の側面図である。ピン８０は、膝関節７０の中央に対して後方に配置される。顆９２の湾曲１１０は、ピン８０である、大腿骨側の構成要素７４の回転の中心に対して偏心している。膝関節が屈曲するにつれて、脛骨側の構成要素７６に対して、ピン８０が軸方向に回転し、軸方向に並進する。

ここで、図８を参照すると、図８は、図７の実施形態の切欠図である。切欠図は、図６の切欠図と同じ矢状面に沿って取られる。この切欠図は、ヒンジ式の膝関節７０の柱１００及び柱スリーブ１０２を示す。柱１００が柱スリーブ１０２に挿入されるとき、大腿骨側の構成要素７４が、脛骨側の構成要素７６に対して一直線にされ、適所に保持されるように、柱１００の拡大された部分１０６が、柱１００を大腿骨側の構成要素７４に固定する。すると、大腿骨側の構成要素７４を脛骨側のベース部７６から引き離すことなく、柱１００及びピンスリーブ７８が、軸方向に回転及び並進できる。

ここで、図９及び１０を参照すると、これらの図は、脛骨側のインサート１２０の図を示す。図９は脛骨側のインサート１２０の一実施形態の等角図であり、図１０は図９の脛骨側のインサート１２０の上面図である。脛骨側のインサート１２０は、脛骨側のベース部または大腿骨側の構成要素のいずれかから柱を受ける柱穴１２４を含む。支持面１２８上の案内線１２６は、大腿骨側の構成要素が脛骨側のインサート１２０に関節でつながる線を示す。大腿骨側の構成要素がインサート１２０上で回転するにつれて、線１２６上の位置が後方に移動する。脛骨側のインサート１２０の後方部分は、大腿骨側の構成要素を軸方向に回転させ、後方に並進させるように傾斜する。顆の湾曲と併せて、脛骨側のインサート１２０が、大腿骨側の構成要素のＡ／Ｐへの並進及び軸方向の回転を引き起こす。

ここで、図１１を参照して、図１１は、ヒンジ式の膝関節の大腿骨側の構成要素１３０の一実施形態の側面図である。顆１３１の湾曲は、回転の第１中心１３４を有する第１の遠位部分１３２と、ピン穴１４０と同一中心の回転の第２中心１３８を有する第２の後方部分１３６と、回転の第３中心１４４を有する第３の近位部分１４２とを含む。回転の中心１３４及び１４４は、ピン穴１４０に対して偏心している。膝関節が回転するにつれて、大腿骨側の構成要素１３０と脛骨側のインサートとの間の接触点が、大腿骨側の構成要素１３０に対して直角であり、その湾曲部分の回転の中心と一直線にされた力を発生する。接触点が湾曲の遠位部分内にある間、この直角の力は回転の中心１３４の方へ向く。遠位部分１３２と後方部分１３６との間の界接面では、この直角の力は、回転の中心１３４及び１３８と同一線上にある。同様に、後方部分１３６と近位部分１４２との間の界接面では、この直角の力は、回転の中心１３８及び１４４と同一線上にある。したがって、回転中に接触点が跳び上がることなく、スムーズに動く。

湾曲部が偏心していることによって、接触点における横方向の力が、軸方向の回転及びＡ／Ｐへの並進を制御できるようになる。力が脛骨側及び大腿骨側の表面に対して直角であるので、接触点における反力が、Ａ／Ｐへの動き及び軸方向の回転を引き起こす。ヒンジ式の膝関節のピン、スリーブ及び柱によって、大腿骨側の構成要素１３０が脛骨側の構成要素に対して並進及び回転できるようになる。

ここで、図１２〜２３を参照して、これらの図は、異なる角度に屈曲したヒンジ式の膝関節の一実施形態の側面図及び等角図を示す。図１２及び１３は、それぞれ、伸張時のヒンジ式の膝関節の一実施形態の側面図及び等角図である。ピン軸に対して前方にある接触点１５０は、大腿骨側の構成要素１５２と脛骨側の構成要素１５４との間の接触点である。大腿骨側の構成要素を後ろに押そうとする接触反力があるように、脛骨側の構成要素は、接触点１５０において遠位後方に傾斜している。図１３は、伸張時の大腿骨側の構成要素１５２の位置を示す。

ここで図１４及び１５を参照すると、図１４及び１５は、それぞれ、２０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図及び等角図である。膝関節が屈曲するにつれて、接触点１５０は後方に動く。さらに、図１５に示すように、大腿骨側の構成要素１５２は、脛骨側の構成要素１５４に対して回転している。軸方向の回転は、内側顆及び外側顆における反力によって生じられるモーメントの差によって起こされる。

ここで図１６及び１７を参照すると、図１６及び１７は、それぞれ、４０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図及び等角図である。接触点１５０が後方に移動し、大腿骨側の構成要素が軸方向にさらに回転している。膝関節が回転するにつれて、接触点のこの変化が大腿骨側の構成要素のＡ／Ｐへの並進を示す。膝関節の屈曲の初期の動きの大部分は軸方向の回転であるが、いくらかのＡ／Ｐへの並進が生じる。この「後退」及び回転は、正常な関節の運動と同様である。これらの動きは、脛骨側及び大腿骨側の構成要素の形状によって生じる。これが、そうでなければ大腿骨側の構成要素のこれらの動きを強要しようとするであろう、膝蓋骨に掛かる剪断力を最小にする。膝蓋骨における剪断力の発生は、疼痛または補綴部の破損を引き起こし得る。

図１１を参照して述べられた遠位の偏心部分から後方の同一中心の部分まで顆の湾曲が変化するにつれて、接触力１５０がピン穴の中央を通って導かれる。

ここで、図１８及び１９を参照すると、図１８及び１９は、それぞれ、９０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図及び等角図である。同一中心の部分にわたってさらに屈曲する一方で、Ａ／Ｐへの並進及び軸方向の回転が止まる。顆の後方部分の湾曲の中心がピン穴と同一中心であるため、ピン穴の中央までの距離は一定のままとなる。

ここで、図２０及び２１を参照すると、図２０及び２１は、それぞれ、１２０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図及び等角図である。図１１を参照して述べられた湾曲の後方の同一中心部分から近位の偏心部分まで顆の湾曲が変化するにつれて、接触力１５０がピン穴の中央を通って導かれる。接触力１５０がピン穴の中央の後方へ移動するにつれて、接触点からピン穴の中央までの距離が短くなる。

ここで、図２２及び２３を参照すると、図２２及び２３は、それぞれ、１５０度の屈曲時の図１２のヒンジ式の膝関節の側面図及び等角図である。ヒンジ式の膝関節がさらに回転するにつれて、接触力は、概ね、Ａ／Ｐへの並進を生じ、軸方向の回転はほとんど生じない。これもやはり、正常な膝関節の運動と概ね一致する。本実施形態は、脛骨側及び大腿骨側の構成要素１５４及び１５２の表面の特徴によるＡ／Ｐへの並進及び軸方向の回転を説明してきたが、他の実施形態は、他のやり方でこれらの動きを達成してもよい。

さらなる実施形態は、概ね、大腿骨側の構成要素と脛骨側の構成要素との間の横方向の力を制御しようとする。たとえば、両顆の間の横方向の力の差が動きを生じてもよい。さらに、一方の側に掛かる横方向の力を小さくまたはゼロに保つ一方で、他方の側に掛かる力を制御することで、軸方向の回転が制御できる。さらなる回転には、軸方向の回転を増加させるために、力は反対方向であってよい。回転はモーメントによって制御されるので、回転を制御する別の方法は、モーメントアームを制御することである。

別の実施形態は、横方向の心棒ヒンジピンに直角をなす面とは異なるように、対応する大腿骨側の関節表面の脛骨側関節との接触点を生じてもよい。概ね、この面は、内側／外側及び／または外側／内側の方向にわたって延在する。膝関節が膝関節の動作範囲にわたって動くにつれて、対応するインサートの関節の幾何学的形状が平行のままとなるか、または同じ面とは異なるように、関節の動作範囲の全体、一部及び／または様々な範囲にわたる軸方向の回転を生じる。

別の実施形態では、横方向のヒンジピンの位置に対する内側または外側の大腿骨側の顆の関節表面の同一中心の矢状方向の湾曲があってよく、反対側の大腿骨側の顆の関節表面がヒンジピンの位置に対して矢状方向に偏心した湾曲を有してよい。これが、脛骨側の関節との接触を、動作範囲の少なくとも一部にわたって、内側／外側または外側／内側に移動する。脛骨側の関節表面は、大腿骨側の湾曲と一致し、関節の動作範囲の全体、一部及び／または様々な範囲にわたる軸方向の回転を引き起こす。

代替として、横方向のヒンジピンの位置に対する内側または外側の顆の関節表面の同一中心の矢状方向の湾曲と、ヒンジピンの位置に対して矢状方向に偏心した湾曲を有する反対側の顆の関節表面とが、動きを生じてもよい。脛骨側の関節表面は、大腿骨側の湾曲に一致し、対応する偏心した内側または外側の区画が、複数の屈曲角度及びその対応する接触点の動きに対する所定の経路たどる。脛骨側の柱／スリーブの軸を中心とした軸方向の回転の周囲のこれらの接触点と対応する同一中心の内側または外側の区画との半径方向の並進は、複数の屈曲角度及び脛骨側の柱／スリーブの軸を中心とした軸方向の回転の周囲のその対応する接触点の動きに対する所定の経路をたどる。これが、関節の動作範囲の全体、一部及び／または様々な範囲にわたる軸方向の回転を引き起こす。

別の実施形態は、大腿骨側の人工関節の内側及び外側の関節の両方の顆部分に、横方向の心棒ピン位置に対して偏心した矢状方向の湾曲を備えた大腿骨側の人工関節を含む。大腿骨側の関節の偏心した接触点が並進するにつれて傾斜する及び／または下に傾く、対応する関節の幾何学的形状を備えた脛骨側のインサートが、内側／外側及び／または外側／内側の方向に移動し、関節の動作範囲の全体、一部及び／または様々な範囲にわたる軸方向の回転を引き起こす。

別の実施形態では、横方向のヒンジピンの位置に対する内側または外側の顆の関節表面の同一中心の矢状方向の湾曲と、ヒンジピンの位置に対して矢状方向に偏心した湾曲を有する反対側の顆の関節表面とがあってよい。脛骨側の関節表面は大腿骨側の湾曲と一致し、対応する偏心した内側または外側の区画が、複数の屈曲角度、及びその対応する接触点の動き、及び脛骨側の柱／スリーブの軸を中心とした軸方向の回転の周囲のこれらの接触点の半径方向の並進に対する所定の経路をたどる。対応する同一中心の内側または外側の区画は、複数の屈曲角度及び脛骨側の柱／スリーブの軸を中心とした軸方向の回転の周囲のその対応する接触点の動きに対して所定の傾斜する及び／または下に傾く経路をたどり、それが、関節の動作範囲の全体、一部及び／または様々な範囲にわたる軸方向の回転を引き起こす。

代替として、大腿骨側の人工関節が、大腿骨側の人工関節の内側及び外側の関節の両方の顆部分に、横方向のピン位置に対して同一中心の矢状方向の湾曲を有してよい。傾斜する及び／または下に傾く、対応する関節の幾何学的形状を備えた脛骨側のインサートが、大腿骨側の関節表面に対する軸方向の回転経路を形成する。並進／回転の自由によって、横方向のピンが大腿骨側の人工関節を回転及び並進することができるようになる。

ここで、図２４〜４１を参照すると、図は、異なる角度に屈曲したヒンジ式の膝関節の一実施形態の側面図、等角図、及び上面図を示す。図２４〜２６は、それぞれ、伸張時のヒンジ式の膝関節の一実施形態の側面図、等角図、及び上面図である。大腿骨側の構成要素１８０は、脛骨側の構成要素１８４に対してピン１８２を中心に回転する。接触領域２００は、脛骨側のインサート１８６が大腿骨側の構成要素１８０と接触し得る領域を示す。図２４〜４１の接触領域２００は、大腿骨側の構成要素１８０が、脛骨側のインサート１８６に沿ってどのように回転及び並進をするかを示す。

ここで、図２７〜２９を参照すると、図２７〜２９は、それぞれ、２０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図、等角図、及び上面図である。大腿骨側の構成要素１８０は、脛骨側の構成要素１８４に対してピン１８２を中心にさらに回転する。接触領域２００、特に外側の接触領域は、後退されている。外側の接触面積の後退は、脛骨側の構成要素１８４に対する大腿骨側の構成要素１８０の軸方向の回転に一致する。

ここで、図３０〜３２を参照すると、図３０〜３２は、それぞれ、４０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図、等角図、及び上面図である。大腿骨側の構成要素１８０は、脛骨側の構成要素１８４に対してピン１８２を中心にさらに回転する。接触領域２００は、さらに後退されており、外側の接触面積は、内側顆に対してやはりさらに後方に並進されている。これが、さらなる軸方向の回転に一致する。

ここで、図３３〜３５を参照すると、図３３〜３５は、それぞれ、９０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図、等角図、及び上面図である。大腿骨側の構成要素１８０は、脛骨側の構成要素１８４に対してピン１８２を中心にさらに回転する。４０度から９０度までの屈曲では、回転が湾曲の同一中心の部分にわたって続くので、回転及び並進は最小にされる。

ここで、図３６〜３８を参照すると、図３６〜３８は、それぞれ、１２０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図、等角図、及び上面図である。大腿骨側の構成要素１８０は、脛骨側の構成要素１８４に対してピン１８２を中心にさらに回転する。４０度から９０度の間の屈曲と同様に、９０度から１２０度の屈曲では、回転が湾曲の同一中心の部分にわたって続くので、回転及び並進は最小にされる。

ここで、図３９〜４１を参照すると、図３９〜４１は、それぞれ、１５０度の屈曲時の図２７のヒンジ式の膝関節の側面図、等角図、及び上面図を示す。大腿骨側の構成要素１８０は、脛骨側の構成要素１８４に対してピン１８２を中心にさらに回転する。１２０度から１５０度までさらに屈曲するにつれて、接触領域２００は並進し、軸方向の回転はほとんど有さない。

したがって、膝関節が屈曲するにつれて、回転によって、膝蓋骨内に力を発生させることなく、膝蓋骨が膝蓋骨の溝に沿って滑動できるようになる。さらに、自然の動きに近い動きによって、ヒンジ式の膝関節は、軟組織に力を発生させない。これが、手術によって当初損傷を受ける軟組織を保護する助けとなり得る。さらに、いくらかの軟組織は手術時に除去され、したがって、残存している軟組織は、任務を完了するためにより激しく働かなければならない。軟組織に掛かる力を低減することによって、手術後の軟組織の腫張、疼痛、及び追加のストレスを低減できる。

前述の内容を鑑みて、本発明の複数の利点が達成及び到達されることが理解されるであろう。

本実施形態は、それによって、他の当業者が様々な実施形態において、及び様々な修正例によって、考えられる特定の使用に適するように本発明を最もよく利用できるようにするために、本発明の原理及びその実用的な用途を最もよく説明するように選択及び説明されている。

本明細書において説明され例示された構造体及び方法において、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正例が行われ得るため、前述の説明に含まれる、または添付の図面に示されるすべての事項は、限定するよりもむしろ例示的なものとして解釈されるべきことが意図される。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、本明細書に添付される以下の請求項及びその均等物のみに従って定義されるべきである。

１０ ヒンジ式の膝関節
１４ 大腿骨側の構成要素
１６ 脛骨側の構成要素
１８ ピンスリーブ
２０ ピン
２４ 脛骨側のインサート
２６ 脛骨側のベース部
３０ 内側顆
３２ 外側顆
３６ 軸部
４０ 柱スリーブ
４２ 柱
４６ ブッシュ
５０ 湾曲
７０ ヒンジ式の膝関節
７４ 大腿骨側の構成要素
７６ 脛骨側の構成要素
７８ ピンスリーブ
８０ ピン
８４ 脛骨側のインサート
８６ 脛骨側のベース部
９０ 内側顆
９２ 外側顆
１００ 柱
１０２ 柱スリーブ
１０６ 拡大された部分
１１０ 湾曲
１２０ 脛骨側のインサート
１２４ 柱穴
１２６ 方向線
１２８ 支持面
１３０ 大腿骨側の構成要素
１３１ 顆
１３２ 第１の遠位部分
１３４ 回転の第１中心
１３６ 第２の後方部分
１３８ 回転の第２中心
１４０ ピン穴
１４２ 第３の近位部分
１４４ 回転の第３中心
１５０ 接触点
１５２ 大腿骨側の構成要素
１５４ 脛骨側の構成要素
１８０ 大腿骨側の構成要素
１８２ ピン
１８４ 脛骨側の構成要素
１８６ 脛骨側のインサート
２００ 接触領域

Claims (8)

1. ａ）脛骨に付随するように構成された脛骨側の構成要素において、支持面を有する脛骨側の構成要素と、
   ｂ）前記脛骨側の構成要素にヒンジ式に付随し、前記脛骨側の構成要素に対して回転するように構成された大腿骨側の構成要素において、
   ｉ）内側顆と、
   ｉｉ）外側顆と、を備え、前記内側顆と外側顆とが、前記脛骨側の構成要素の前記支持面上における軸方向の回転を引き起こすように構成された矢状方向の湾曲面を有する大腿骨側の構成要素と、を備え、
   前記内側顆と前記外側顆とが偏心した矢状方向の湾曲面を有し、
   前記内側顆の前記偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中心が、前記外側顆の前記偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中央と一直線になり、前記内側顆及び前記外側顆が、前記脛骨側の構成要素に対する前記大腿骨側の構成要素の前方／後方への並進を導くことを特徴とすることを特徴とするヒンジ式の人工膝関節。
2. 前記脛骨側の構成要素の前記支持面が、前方部分と後方部分とを有して構成され、前記大腿骨側の構成要素と前記脛骨側の構成要素との間の接触点が、前方／後方の方向に並進し、軸方向に回転するように、前記支持面の前記後方部分が、前記大腿骨側の構成要素の前記内側顆及び外側顆を案内するように構成された部分を有することを特徴とする請求項１に記載のヒンジ式の人工膝関節。
3. 心棒ヒンジピンをさらに備え、該心棒ヒンジピンが、前記内側顆と前記外側顆との間に横方向に配置され、前記偏心した矢状方向の湾曲面が、前記心棒ヒンジピンと一直線にならない回転の中心を有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載のヒンジ式の人工膝関節。
4. 前記脛骨側の構成要素から前記大腿骨側の構成要素まで延在するように構成された柱をさらに備え、前記柱の近位部分が、前記心棒ヒンジピンに付随するように構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒンジ式の人工膝関節。
5. 前記内側顆の前記偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中心が、前記外側顆の前記偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中心と一直線にならず、前記内側顆及び前記外側顆が、前記脛骨側の構成要素に対する前記大腿骨側の構成要素の軸方向の回転を誘導することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒンジ式の人工膝関節。
6. 前記大腿骨側の構成要素の前記内側顆が、同一中心の矢状方向の湾曲面をさらに備え、前記内側顆の前記同一中心の矢状方向の湾曲面の回転の中心が、前記外側顆の前記偏心した矢状方向の湾曲面の一部分の回転の中心と一直線にならず、前記内側顆及び外側顆が、前記脛骨側の構成要素に対する前記大腿骨側の構成要素の軸方向の回転を導くことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒンジ式の人工膝関節。
7. 前記内側顆の第１の偏心した矢状方向の湾曲面の回転の中心が、前記外側顆の第１の偏心した矢状方向の湾曲面の回転の中心と一直線にならず、前記第１の偏心した矢状方向の湾曲面が前記脛骨側の構成要素と接触するとき、前記内側顆及び外側顆が、前記脛骨側の構成要素に対する前記大腿骨側の構成要素の軸方向の回転、及び前方／後方への並進を導き、
   前記内側顆の第２の偏心した矢状方向の湾曲面の回転の中心が、前記外側顆の第２の偏心した矢状方向の湾曲面の回転の中心と一直線になり、前記第２の偏心した矢状方向の湾曲面が前記脛骨側の構成要素と接触するとき、前記内側顆及び外側顆が、前記脛骨側の構成要素に対する前記大腿骨側の構成要素の前方／後方への並進を導くことを特徴とする請求項１に記載のヒンジ式の人工膝関節。
8. 前記柱を受けるように構成されたスリーブをさらに備え、前記スリーブが、前記脛骨側の構成要素に対して前記大腿骨側の構成要素を軸方向に回転可能にするように構成されることを特徴とする請求項４に記載のヒンジ式の人工膝関節。

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