JP4560800B2 - 脛骨膝人工装具 - Google Patents

Description

本発明は、主に、膝人工装具の分野に関し、特に、後十字靱帯を保持してまたは保持せずに、高い膝屈曲を提供することができる脛骨トレーの分野に関する。

全体を参照してここに組み込まれる米国特許第５，９６４，８０８号（‘８０８号特許）および第６，０１３，１０３号（‘１０３号特許）において、本特許出願の譲受人（テネシー州アーリントン（Ａｒｌｉｎｇｔｏｎ， ＴＮ）のライト メディカル テクノロジー社（Ｗｒｉｇｈｔ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．））は、正常なヒトの膝の複雑なバイオメカニクスおよび運動学を良好に模倣することができる膝人工装具を導入した。‘８０８号特許および‘１０３号特許に記載された膝人工装具は、特に膝屈曲の正常な範囲内における運動を容易にすることで、成功しており、成功し続けている。

様々な科学的な刊行物は、深いかまたは高い膝屈曲を受けたときに、正常な損傷のない膝の運動が、非常に複雑になりうることを認識している。たとえば、Ｂｅｌｌｅｍａｎｓら著、「人工膝関節鏡検査における深い屈曲の運動のＸ線透視分析（Ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｆｌｅｘｉｏｎ ｉｎ Ｔｏｔａｌ Ｋｎｅｅ Ａｒｔｈｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｊ． Ｂｏｎｅ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ ［Ｂｒ］、８４−Ｂ：５０−３（２００２）を参照のこと。深い膝屈曲は、本願および先行技術で使用されるように、高い膝屈曲と同一であり、脛骨に対する大腿骨の約９０度またはそれより大きい角度への相対運動を意味する。そのような複雑な膝運動は、より正常な範囲の膝屈曲に対処することが主に意図されている従来の膝人工装具を使用して複製することは困難でありうる。

膝人工装具の移植に関連する別の問題は、場合によっては、外科医が、膝人工装具の脛骨および大腿骨の構成要素を移植するときに、膝の後十字靱帯（ＰＣＬ）を保持することを選択することがあることである。一般に、ＰＣＬをスペアリングすることが、正常な膝運動への戻りを容易にすると思われる。いくつかの刊行物は、膝運動に関するそのようなＰＣＬスペアリング手術の効果を考察しており、特に、深いかまたは高い屈曲における膝運動のＰＣＬスペアリングの効果を考察している。たとえば、Ｍｏｓｔら著、「十字保持および安定人工膝関節全置換術後の大腿骨ロールバック（Ｆｅｍｏｒａｌ Ｒｏｌｌｂａｃｋ Ａｆｔｅｒ Ｃｒｕｃｉａｔｅ−Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ Ｔｏｔａｌ Ｋｎｅｅ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ）」、Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏ． ＆ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、第４１０号、１０１〜１１３頁（２００３）、Ｂｅｒｔｉｎら著、「ＮｅｘＧｅｎ後十字保持人工膝関節全置換術を有する被験者の後部大腿骨ロールバックの生体内決定（Ｉｎ ｖｉｖｏ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ Ｆｅｍｏｒａｌ Ｒｏｌｌｂａｃｋ ｆｏｒ Ｓｕｂｊｅｃｔｓ Ｈａｖｉｎｇ ａ ＮｅｘＧｅｎ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ Ｃｒｕｃｉａｔｅ−Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ Ｔｏｔａｌ Ｋｎｅｅ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ）」、１７ Ｊ． ｏｆ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ、１０４０〜１０４８（２００２）、Ｇｕｏａｎら著、「十字保持および十字置換人工膝関節全置換術（Ｃｒｕｃｉａｔｅ−Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｃｒｕｃｉａｔｅ−Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇ Ｔｏｔａｌ Ｋｎｅｅ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ）」、１６ Ｊ． ｏｆ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ、１５０〜１５６（Ｓｕｐｐ．２００１）、Ｓｏｒｇｅｒら著、「人工膝関節全置換術における後十字靱帯（Ｔｈｅ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ Ｃｒｕｃｉａｔｅ Ｌｉｇａｍｅｎｔ ｉｎ Ｔｏｔａｌ Ｋｎｅｅ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ）」、１２ Ｊ． ｏｆ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ、８６９〜８７９（１９９７）、Ｓｔｉｅｈｌら著、「後十字保持膝関節形成術後の運動のＸ線透視分析（Ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ Ａｆｔｅｒ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ Ｃｒｕｃｉａｔｅ−Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ Ｋｎｅｅ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ）」、Ｊ． Ｂｏｎｅ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ ［Ｂｒ］、７７−Ｂ：８８４〜８８９（１９９５）、Ｍａｈｏｎｅｙら著、「人工膝関節全置換術後の後十字機能（Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ Ｃｒｕｃｉａｔｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ Ｔｏｔａｌ Ｋｎｅｅ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ）」、９ Ｊ． ｏｆ Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ、５６９〜５７８（１９９４）を参照のこと。ＰＣＬをスペアリングする有効性とは無関係に、その保持は、膝屈曲の範囲にわたって膝運動の複雑性を増すことが多い。特に、ＰＣＬ保持は、結果として、大腿骨に外側に方向づけられた力をかけるため、頸骨に対して大腿骨を移動し旋回するのを組み合わせることになりうる。

深い膝屈曲に関連した様々な問題に対処するために異なる人工装具が開発されている。一つの実施例において、頸骨基部上に回転するように装着されることによって、頸骨トレーが頸骨に対して回転する膝人工装具がある。別の実施例において、頸骨基部上に平行移動（摺動）するように装着されることによって、頸骨トレーが頸骨に対して平行移動（かまたは摺動）する膝人工装具がある。また、頸骨基部上で回転し且つ平行移動するように装着されることによって、頸骨トレーが頸骨に対して回転し且つ平行移動する膝人工装具もある。これらの人工装具は高い膝屈曲を容易にするために一つの選択肢を提供するが、支持骨に対する構成要素の必要な相対運動のため、比較的複雑である。

ＰＣＬの切除を可能にするか、または、ＰＣＬスペアリング手術においてＰＣＬを保護する高い前部リップを有する人工装具もまた開発されている。しかし、ＰＣＬスペアリングのための追加選択肢、特に深い膝屈曲も考慮に入れる装具が、依然として望ましい。

したがって、より高いまたは深い屈曲角度でより正常な運動学的な動きを可能にする膝人工装具を有することが有利である。加えて、ＰＣＬの保持のために設けられたそのような人工装具が多くの外科医に好まれるのであれば、有利である。
米国特許第５，９６４，８０８号公報

本発明の目的は、頸骨に対して大腿骨の複雑な組み合わされた動きを可能にする脛骨膝人工装具を提供することであり、それは、深い屈曲における膝の自然の動きにより一致すると思われ、膝置換手術におけるＰＣＬの保持を可能にする。

本発明のさらなる目的は、深い膝屈曲中にまたはＰＣＬスペア膝における後部および外側の動きを可能にする脛骨膝人工装具を提供することである。

本発明のこれらの目的および他の目的は、合致（接触）した区域によって境界をつけられた略三角形形状の区域を備えた内側凹面を有する脛骨膝人工装具によって達成される。三角形形状の区域の前部ピークは、効果的な低い膝屈曲活動を容易にし、内側大腿顆は主に脛骨に対して回転する。略三角形形状のより広い後部基部は、中程度から深い屈曲へのより自由な動きを容易にし、ＰＣＬから外側に方向づけられた動きおよび脛骨に対する後部摺動を可能とする。

本発明をこのように一般的な用語で説明してきたが、次に添付の図面を参照し、これは必ずしも縮尺通りに引かれていない。

次に、本発明は、添付の図面を参照して下記により完全に説明され、その中で、本発明のすべてではないが、いくつかの実施の形態が示される。実際、本発明は、多くの異なる形態で体現されてもよく、ここに述べられた実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施の形態は、本開示が適用可能な法的必要条件を満たすように、提供されるものである。類似の参照符号は、全体を通して類似要素を意味する。

本発明は、同一出願人による米国特許第５，９６４，８０８号および第６，０１３，１０３号に記載された先行技術の内側旋回膝に対する改良である。次に、これらの特許によって教示された膝人工装具が、模範的な好適な実施の形態に対して状況用に簡単に記載される。

膝人工装具３．１１は、図６〜１１に示されるように、大腿骨１５の遠位端１７と脛骨の近位端２１との間の膝関節１３の少なくとも一部と交換するように設計される。大腿骨構成要素３．２３は、一般に、図１に示されるように、内側顆部分３．２７と、外側顆部分３．２９と、膝蓋骨フランジ部分３．３１と、を含む。大腿骨構成要素３．２３の構造および機能を完全且つ徹底的に理解するために、‘１０３号特許を参照しなければならない。しかし、本発明は、単一コンパートメント大腿骨インプラントを含むか、または、患者の天然の大腿骨さえ備える他の大腿骨インプラントとともに使用されることが可能である。

膝人工装具３．１１の脛骨構成要素３．２５は、図２に示されるように、脛骨１９の近位端２１に固定されるための基部またはトレー部材３．４３と、基部部材３．４３にしっかりと装着されるための関節軸受、インサートまたは上部構造部材３．４５と、を含む。

基部部材３．４３は、図３〜５に示されるように、ヘッド部分３．４６と、ヘッド部分３．４６を脛骨１９の近位端２１に固定するのを助けるための接着補助３．５９と、を含むことが好ましい。接着補助３．５９は、当業者には明らかであるように、ヘッド部分３．４６の下部表面に、一つまたはそれ以上のペグ、フィン、ねじ、表面処理等を含んでもよい。加えて、ヘッド部分３．４６の上部表面は、関節軸受部材３．４５を基部部材３．４３にしっかりと固定するのを助けるために関節軸受接着補助（図示せず）を含んでもよい。そのような関節軸受接着補助は、‘８０８号特許のカラム２、４６〜５２行に開示された接着補助等の関節軸受３．４５の下部表面にある共同溝と共同するためのヘッド部分３．４６の上部表面から上方へ延在する一つまたはそれ以上のアンダーカットフランジを含んでもよい。

基部または脛骨トレー部材３．４３は、様々なやり方で且つ様々な材料から構造することができる。したがって、たとえば、基部部材３．４３は、機械加工されることができ、または、一つまたはそれ以上の材料構成要素から成形されることができる。

また‘８０８号特許に記載されているように、関節軸受部材３．４５は、図１に示されるように、大腿骨構成要素３．２３のそれぞれ内側顆部分３．２７および外側顆部分３．２９の面表面を旋回式に受け取り且つこれと共同するための内側凹面３．７９および外側凹面３．８１を備えた上部または近位の表面３．６７を有する。関節軸受部材３．４５はまた、図３〜５に示されるように、基部部材３．４３のヘッド部分３．４６の上部表面にしっかりと固定されるために下部または遠位の表面も有する。

内側凹面３．７９は、大腿骨構成要素３．２３の内側顆部分３．２７の面表面の一部を関節式に受け取るために面表面３．８３を有する。面表面３．８３は、好ましくは、図４に示された半径Ｒ６によって形成された精密近位矢状湾曲によって画成される。加えて、精密近位冠状湾曲は、図３に示された半径Ｒ７によって形成される。半径Ｒ６は、好ましくは、半径Ｒ７と同一のサイズであり、そのため、面表面３．８３は、半球形状を形成する。

加えて、半径Ｒ６、Ｒ７は、好ましくは、適切な隙間を備えて、内側大腿顆３．２７の矢状および冠状の湾曲の半径に実質的に一致するかまたはこれとほぼ同一サイズである。このようにして、膝関節１３の屈曲の範囲の相当な部分にわたって、大腿骨構成要素３．２３の内側顆部分３．２７の面表面と脛骨関節軸受部材３．４５の内側凹面３．７９の面表面３．８３との間に、実質的に完全な表面対表面接触があることが可能である。屈曲のこの範囲は、たとえば、膝関節１３のほぼ完全伸張（図６に示されるように）と、膝関節１３の屈曲のおよそ６０度（図８に示されるように）と、の間にあってもよい。

外側凹面３．８１は、大腿骨構成要素３．２３の外側顆部分３．２９の面表面の一部を関節式に受け取るために面表面３．８４を有する。面表面３．８４は、好ましくは、図３に示された半径Ｒ８によって形成された精密近位冠状湾曲と、（図５に示されるような）半径Ｒ９によって形成された精密前部矢状湾曲と、（これも図５に示されるような）半径Ｒ１０によって形成された精密後部矢状湾曲と、によって画成される。

半径Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０は、好ましくは、適切な隙間を備えて、外側顆の半径に実質的に一致するかまたはほぼ同一サイズである。この実質的な一致は、図７に示されるように、膝関節１３の完全伸張中に、大腿骨構成要素３．２３の外側顆部分３．２９の面表面と、脛骨関節軸受部材３．４５の外側凹面３．８１の面表面３．８４の前部端との間に実質的な表面対表面接触を促進する。好ましくは、図９に示されるように、膝関節１３の部分伸張中にまたはより大きな伸張中に、大腿骨構成要素３．２３の外側顆部分３．２９の面表面と、脛骨関節軸受部材３．４５の外側凹面３．８１の面表面３．８４の後部端との間に実質的な表面対表面接触がある。

外側凹面３．８１は、好ましくは、平面で見たときに（図２に示されるように）豆状形状に湾曲され、そのため、膝関節１３の屈曲中に、大腿骨１５は、内側凹面３．７９内の最遠位点である点３９１を中心にして回転することができる。図１２Ｂに示されるように、点３９１は、近位−遠位方向に延在する垂直線Ｌと内側凹面を画成する表面との交点にある。図１２Ａに概略的に示されるように、線３９０によって表される内側顆および外側顆の両方を通って延在する内−外軸は、点３９１を中心にして回転する。これは、大腿骨の外側顆部分（線３９０の外側端によって表される）を、外側凹面３．８１内で弧３９２を中心にして揺動させる。

先に述べたように、深い屈曲状況の間に、大腿骨は、後部に平行移動し回転する傾向がある。この後部平行移動および回転は、おそらく、膝の動きの研究で先に認識された「組み合わせスピンアンドロール」の動きと同等でありうる（方向に対してメカニクスの点で）。参照して本願に組み込まれる、Ｂｌａｈａら著、「開鎖死体モデルを使用するヒトの膝の運動学（Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｕｍａｎ Ｋｎｅｅ Ｕｓｉｎｇ ａｎ Ｏｐｅｎ Ｃｈａｉｎ Ｃａｄａｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ）」、Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏ． ＆ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、第４１０号、２５〜３４頁（２００３）参照のこと。

本発明者らによって理解されるように、ヒトの膝のバイオメカニクスのこの良好な理解を考慮に入れることによって、本発明は、‘８０８号特許にしたがった頸骨人工装具を修正する。これらの修正は、本発明の頸骨人工装具が、大腿骨が脛骨トレーから外れることなく深い膝屈曲状況を良好に扱うのを可能にし、ＰＣＬが保持されるこれらの状況に適応する。一般に、これは、内側凹面を修正することによって達成され、内側大腿顆と内側凹面との間に表面対表面接触を提供することができる複数接触部分を有する。これらの複数接触部分は、深いまたは高い屈曲における正常な膝の実際の動きにより一致する摺動、回転および他の複合運動を可能にする。

たとえば、図１４に示されるように、一つの実施の形態において、本発明は、頸骨人工装具またはトレー４４３を含み、これは、関節軸受部材であり、且つ、内側凹面４７９および外側凹面４８１を含む。内側凹面４７９は、内側顆を膝関節運動する間に受け取りこれと相互作用するように形状づけられ、一方、外側凹面４８１は外側顆を受け取りこれと相互作用するように形状づけられる。たとえば、凹面は、図１に例示された大腿骨構成要素３．２３の内側顆３．２７および外側顆３．２９を受け取りこれらと相互作用してもよい。しかし、脛骨トレー４４３は、いずれの特別の種類の大腿骨人工装具の顆を受け取るように限定されず、実際、正常な膝の顆とも相互作用することができることに注意すべきである。

図１４に最良に示されるように、凹面４７９、４８１は、隆起し湾曲した軸受表面によって画成され、これに、大腿顆３．２７、３．２９が、全自由度で、巻き、摺動し、且つ、旋回するか、または、他のように動くことができる。しかし、正常な膝における膝転位がもっとも発生しやすい深い屈曲を含む膝屈曲の範囲全体にわたって、顆が凹面に接触（すなわち、「合致」）したままであることが強く望ましい。

例示された実施の形態において脛骨トレー４４３は材料の単一片から構造されるとして示されているが、脛骨トレーは複数の構成要素を含むことが可能であることも注意すべきである。たとえば、脛骨トレーは二つの別個のトレーを含むことができ、トレーの各一つは、凹面４７９、４８１のそれぞれ一つを画成する。二つの別個のトレーを備えた頸骨人工装具は、典型的に、たとえば、同一出願人によるＰＣＴ公開第ＷＯ０３／０４５２５６号に記載されたような単一コンパートメント膝として知られており、参照してここに組み込まれる。また、脛骨トレー４４３を作るために使用される材料は、好ましくは、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＰＥ）であるが、これはまた、様々な金属、ポリマーおよび他の材料から単独でまたは組み合わせて作ることもでき、依然として本発明の範囲内である。

下記の検討の目的のために、「前部」という用語は、図１５に示されるように、旋回点４９１を意味するように意図され、内−外線ＡＰ−ＡＰの前部のすべての点はそれを通って進む。

図１５に示されるように、脛骨トレー４４３の内側凹面４７９は、第一の部分４００および第二の部分４０１を含み、それぞれ、正常な膝屈曲および高い膝屈曲の間に、内側大腿顆３．２７に係合する。第一および第二の部分４００、４０１は、‘８０８号特許に例示された先に記載された、且つ好ましくは半球の内側凹面３．７９に実行された修正を参照してもっとも容易に説明される。一般に、第一の部分４００は、内側凹面の前部部分にあり、正常屈曲中に内側大腿顆３．２７と相互作用する。第二の部分４０１は、脛骨トレー４４３の内側凹面４７９の後部区域にあり、高い屈曲中に且つ／またはＰＣＬによって大腿骨に与えられた動きのために、内側大腿顆３．２７と相互作用する。

図１４および１６に例示された実施の形態において、前述の第一の部分４００は、旋回のみの点４９１を通って内側−外側に進む想像線ＡＰ−ＡＰから前部に延在する内側凹面のいずれの部分として画成される。一般に、脛骨トレー４４３の第一の部分４００は、したがって、旋回点４９１に入りそれに対して前部である‘８０８号特許の脛骨トレーの内側凹面の部分に対応する。

第二の部分４０１は、第一の部分ではなく内側凹面４７９のいずれの部分として一般に画成される。具体的には、これは、図１５に示されるように、旋回のみの点４９１を通って内側−外側に進む想像線ＡＰ−ＡＰに対して後部であるがこれを含まない内側凹面の一部を含む。上述の好適な実施の形態にかかわらず、第一および第二の部分は、特に、高い膝屈曲中に大腿骨の後部の動きがあまり明確ではない外部の（たとえば、筋肉）力を加えている間に外側凹面４８１で、少なくとも部分的に重なり合う可能性があることに注意すべきである。

さらにより具体的には、第二の部分は、下記のように形成される。まず、先行技術の内側凹面３．７９の後部部分は、後部に伸張する（図１６参照）。これは、先に述べたように‘８０８号特許の内側凹面３．７９の最低点でもある旋回点４９１を、点４９１□に対して内−外線ＡＰ−ＡＰへ垂直な線に沿って後部へ動かすことによって達成される。結果として、内側凹面は今や、図１４および１６に示されるように、線状の平らな部分４９２を有する。

旋回点４９１の後方運動全体は、患者の膝のサイズに依存して、好ましくは３ｍｍから７ｍｍ、またはより好ましくは３ｍｍから５ｍｍ、または４ｍｍから５ｍｍであると予測される。内側凹面の後部部分全体を囲繞する様々な隆起軸受表面はまた、図１６に示されるように、点４９５□へ、‘８０８号特許の内側凹面３．７９内にある点４９５からほぼ同一の量だけさらに後部へ動かされる。

内側凹面の第二の部分はまた、傾斜して外側へ一掃される。好適な実施の形態において、これは、旋回点４９１が後部へ伸張した量に等しい半径で外側方向にたとえば３０度の弧で線状の平らな部分４９２を一掃することによって、達成される。当然ながら、所望の外側運動の量に依存して、１５度、２０度、４０度、４５度またはそれ以上等の他の範囲の一掃もまた、使用することができる。図１５に示されるように、これは結果として、境界がよく画成されておらず（後述されるように）、例示された実施の形態の略三角形形状の平らな部分４９０を含んでいる接触境界５１０を有する内側凹面４７９になる。内側大腿顆３．２７が略三角形形状の平らな部分４９０の内側部分内に動かすのを説明するために、内側凹面４７９の元々の隆起した外側軸受表面壁は、高い屈曲における内側顆の正常な外側運動に等しい量だけ外側に動き、一方、依然として、先に述べた二次設計要因を考慮に入れる。

例示された実施の形態において、三角形形状の平らな部分４９０は、一般に、第一および第二の部分４００、４０１を有するピークおよび基部部分を含むことが好ましい。再度図１５を参照すると、ピーク部分はほぼ前部方向に延在し、一方、基部は、略三角形形状部分の後部の二つのコーナーを含む。基部のコーナーの一方は、ＰＣＬのスペアリングまたは膝の深い屈曲から生じる内側大腿顆３．２７の外側回転を可能にするように、幾分外側に延在する。

外側凹面４８１は、自己の周辺領域５１１（図１５では破線によって示されるように）を含み、これは、‘８０８号特許の外側凹面３．８１の修正された部分を画成する。一般に、周辺領域５１１は、接触境界５１０によって示されるように、内側凹面４７９に対する上述の修正によって生じた増加した動きのため、外側凹面４８１から外側顆３．２９が転位しないのを確実にするように、画成される。好ましくは、図１７に示されるように、周辺領域５１１によって境界をつけられた区域は、比較的平らであり、周辺境界を囲繞する上方に湾曲した表面へ外側顆が延在するまで、拡大した摺動または回転運動を可能にする。明白に、転位に対する抑制のすべてが凹面４７９、４８１の一方のみによって提供されないように、内側顆３．２７および外側顆３．２９の両方がほぼ同一位置で接触境界５１０、周辺領域５１１を囲繞する上方に湾曲した表面に遭遇することが好適である。

理論に縛られることなく、脛骨トレー４４３に対する上述の改良は、結果として、可動脛骨トレーの複雑さがない大半の従来の膝人工装具よりも、屈曲の完全範囲にわたって正常な膝運動により一致する相対的な脛骨−大腿骨の動きになる。図１３Ａに示されるように、膝関節１３の深い屈曲の間に、大腿骨１５は、脛骨１９から、およそ１２０度（角度Ｑ）よりも大きく後方に曲がる。この屈曲の結果として、大腿骨１５全体が、接触境界５１０内で比較的平らな表面によって許されるように、矢印Ｔの方向に後部に動く（平行移動する）。この運動は、大腿顆３．２７、３．２９と脛骨トレー４４３の前部リップ３２６との間に結果として得られたギャップＧによって象徴される。

しかし、この後部平行移動は、図１３Ｂに示されるように、脛骨１９に対する大腿骨１５の回転のため、内−外方向に均一ではない。特に、大腿顆３．２７、３．２９と前部リップ３２６との間のギャップＧは、内側側部Ｇ１、中間部分Ｇ２および外側側部Ｇ３で変動する。特に、例示された実施の形態では、ギャップは、Ｇ１からＧ２へ、次いでＧ３へ、漸進的に増大する。外側方向におけるギャップＧのこの漸進的な増大は、本発明の脛骨トレー４４３の内側凹面４７９の接触境界５１０の後部へ方向づけられた伸張によって容易にされる。

本発明の脛骨トレー４４５の改良はまた、ＰＣＬの保持によって生じた動きの差も可能にする。たとえば、ＰＣＬ（図１３Ｂでは線７００によって概略的に表される）は、本発明によって、正常な膝にあるように、脛骨１９に対する大腿骨１５の回転にさらに寄与するのを可能にされる。ＰＣＬ７００は、一方の端で脛骨１９の後部中間に接続され、遠位大腿骨１７の顆間切痕２０を通って延在し、次いで、他方の端で遠位大腿骨に接続する。

遠位大腿骨１７へのＰＣＬの接続は、内側大腿顆３．２９の外側側部に接続するため、内側方向に幾分ずれることに注意すべきである。したがって、このずれた接続は、膝が屈曲または深い屈曲にないときでさえ、全体として、脛骨１９に対して外側方向に回転する自然な傾向を大腿骨１５に形成する。ＰＣＬスペアリング手術の結果として得られる外側回転は、後述されるように、本発明の脛骨トレー４４３によって考慮に入れられる。

図１５を参照すると、これは、特定の瞬間に、本発明の脛骨トレー４４３を使用して膝の運動を示し、高い屈曲および大腿骨１５におけるＰＣＬからの力の結果は、接触境界５１０、周辺領域５１１内に大腿骨が後部平行移動し外側回転することである。本発明に関して述べられたように大腿骨１５の「回転」は、‘８０８号特許の脛骨トレーの内側凹面に関して述べられたように単一の静止点を中心にしたものではないことに注意すべきである。むしろ、本発明では、内−外軸３９０によって表されるように、大腿骨の内側顆の増分回転Ｒ１が発生し、一方、これもまた図１５に示されるように、大腿骨は、矢印Ｍ１およびＭ２（必ずしも縮尺通りではない長さを有する）によって示された方向に平行移動することの方が、可能性が高い。

本発明の脛骨トレー４４３の内側凹面４７９によって可能にされた上述の複合運動の結果として、膝関節１３の運動は、正常な屈曲角度から深いかまたは高い屈曲角度へ動くときに、変動する。たとえば、膝関節１３が正常な屈曲位置にあるときには、内側顆３．２７は、静止したままである点４９１を中心にして旋回するだけであり、‘８０８号特許に述べられた内側凹面３．７９における点４９１への位置に実質的に同一である。したがって、膝関節１３は、正常な膝屈曲において上記および‘８０８号特許に要約して述べられた内側旋回膝関節を模倣する。これは、大腿骨軸３９０の実線の概略版およびその関連した実線の外側凹面弧の３９２によって、図１５に示されている。

膝関節１３が深い屈曲へ向けて曲がるときに、または、ＰＣＬが大腿骨１５に作用するときには（深い屈曲にあろうとなかろうと）、内側顆３．２７は、方向Ｍ２に後部に且つ幾分外側に平行移動しながら、同時に、方向Ｍ１に後部に平行移動する傾向がある。要約すると、この同時平行移動は、矢印Ｍ３の方向における一つの運動として表されてもよい。組み合わされた運動Ｍ１、Ｍ２またはＭ３の一般的な限界が、内側凹面４７９の接触境界５１０を画成する。

内側側部における大腿骨１５の上述の複合した動きは、外側凹面４８１内に含まれた外側周辺領域５１１によって実質的に囲繞されたその外側側部に、対応する複合運動を生じさせる。一般に、図１５の例示された実施の形態において、外側凹面４８１の周辺領域５１１は、大腿骨軸３９０の外側端が内側大腿顆３．２７の単一の位置に基づいて多くの角度および位置を取ることができるように、内側凹面４７９の接触境界５１０よりも大きい。たとえば、内側大腿顆３．２７の単一の位置に基づいた大腿骨軸の様々な変化した位置は、破線３９０′、３９０″および３９０′″によって示される。

先に注記したように接触境界５１０、周辺領域５１１は、精密に画成されないか、または、 バイオメカニクス、解剖学、手術方法または製造方法によって抑制され、したがって、これらの要因または他の要因に依存して変動してもよくまたは変動されてもよく、依然として本発明の範囲内である。したがって、接触境界５１０、周辺領域５１１は、添付の図面では、破線によって画成されて示されている。事実、本発明は、内側凹面４７９の修正を包含し、より高い屈曲および／またはＰＣＬの保持に入るときには、脛骨トレー４４３上で内側大腿顆３．２７の位置が変化するのを可能にする。

したがって、ここに例示された本発明の実施の形態は、深いかまたは高い屈曲は結果として、大腿顆が相互作用する脛骨の部分の後部および外側の運動になるという一つの研究者の決定を模倣するが、異なる概念および要因が加えられてもよく、依然として本発明の範囲内である。たとえば、内側大腿顆３．２７と内側凹面４７９との間の相互作用抑制（合致）が高い屈曲中に変動する限り、いずれの脛骨トレー４４５設計も本発明の範囲内である。

本発明の構造を述べてきたが、次に、その操作を述べる。脛骨トレー４４３は、初期に、従来から公知の手術技術および器具を使用して体内に移植される。さらに、脛骨トレー４４３は、ＰＣＬ保持手術に使用されるように意図されるため、外科医は、移植中にＰＣＬを切り裂かないように選択することもある。上述のように、外科医は、たとえば、‘８０８号特許の大腿骨構成要素３．２３等の大腿骨構成要素の範囲を移植してもよく、または、いずれの大腿骨構成要素を移植しないように選択してもよい。

立っている間におよび大腿骨が脛骨と整列している比較的まっすぐな脚活動の間に、大腿顆は、主に、内側および外側の凹面４７９、４８１の第一の部分４００に接触したままである。一般に、このモードにおいて、本発明の脛骨トレー４４３は、上記および‘８０８号特許に記載された基部部材３．４３に類似したやり方で作動している。

ＰＣＬの作用で正常範囲の屈曲において、図１８に示されるように、大腿骨１５は矢状軸を中心にして旋回し、内側顆３．２７は、旋回点４９１の後部で、内側凹面４７９の第二の部分４０１内に後部に動き始める。外側顆３．２９はまた、内側顆３．２７のリードおよび全体として大腿骨１５の運動に従うにつれて、そのそれぞれの第二の部分４０１内に動く。一般に、運動のこの位相中に、内側顆３．２７の運動は、矢状旋回および後部平行移動のみを含む。

深い屈曲中に、または、大腿骨に作用するＰＣＬを備えているが正常な屈曲中に、内側顆３．２７が、図１３Ａおよび１３Ｂに示されるように、外側に且つ後部に動き始める。外側顆３．２９は、図１５に概略的に示されるように、全体として大腿骨１５の運動に従うにつれて、さらに動き回転する。ひとたび比較的深い屈曲に達すると、顆３．２７、３．２９は、次いで、転位を防止するために、それぞれの凹面４７９、４８１内の隆起した軸受表面によって抑制される。

本発明は、多くの利点を有する。たとえば、内側凹面４７９の第一および第二の部分の使用は、脛骨に対する大腿骨の複雑な組み合わされた動きが可能であり、これは、深い屈曲で膝の自然の動きにより一致すると思われ、膝置換手術におけるＰＣＬの保持を可能にする。特に、接触境界５１０によって画成されるように内側凹面４７９の後部および外側の膨張の存在が、深い膝屈曲中にまたはＰＣＬスペア膝における後部および外側の動きを可能にする。さらに、前部ピークを備えた接触境界の好適な実施の形態の略三角形形状が、効果的な低い膝屈曲活動を容易にし、内側大腿顆３．２７は主に回転する。他方、略三角形状のより広い後部基部は、中程度から深い屈曲への自由な動きを容易にし、ＰＣＬからの外側に方向づけられた動きおよび後部摺動を可能とする。

ここに述べられた本発明の多くの修正例および他の実施の形態は、これらの発明が属する当業者には思い浮かぶものであり、前述の説明および関連図面に呈された教示の利益を有する。したがって、本発明は開示された特定の実施の形態に限定されるべきものではなく、修正例および他の実施の形態が添付の特許請求の範囲内に含まれるべきであることを理解すべきである。ここでは特有の用語が使用されているが、それらは一般的な叙述的意味に使用されるだけであり、限定する目的はない。

先行技術の右膝人工装具の分解斜視図である。 図１の先行技術の膝人工装具の脛骨構成要素の上平面図である。 実質的に図２の線３−３で取られた断面図であり、明瞭化のために一部が省略されている。 実質的に図３の線４−４で取られた断面図であり、明瞭化のために一部が省略されている。 実質的に図３の線５−５で取られた断面図であり、明瞭化のために一部が省略されている。 図１の先行技術の膝人工装具の幾分概略的な内側矢状断面図であり、膝関節に移植されて示されており、膝関節は実質的に完全に伸張している。 図１の先行技術の膝人工装具の幾分概略的な外側矢状断面図であり、膝関節に移植されて示されており、膝関節は実質的に完全に伸張している。 図６に類似しているが、部分的に屈曲した膝関節を示す。 図７に類似しているが、部分的に屈曲した膝関節を示す。 図６に類似しているが、実質的に９０度屈曲した膝関節を示す。 図７に類似しているが、実質的に９０度屈曲した膝関節を示す。 図１〜１１の先行技術の内側旋回膝の運動を一般的且つ概略的に表す図である。 図１２Ａの線１２Ｂ−１２Ｂに沿った図である。 深い屈曲の膝の大腿骨を支持する本発明の一つの実施の形態の脛骨トレーの内側凹面の断面図である。 大腿骨を支持する図１３Ａの脛骨トレーの平面図である。 図１３Ａの脛骨トレーの斜視図である。 図１３Ａの脛骨トレーにおける大腿骨の運動の概略図である。 図１３Ａに示された脛骨トレーの内側凹面の断面図である。 図１３Ａに示された脛骨トレーの外側凹面の断面図である。 正常な屈曲にある図１３Ａの膝の図である。

Claims (27)

1. 脛骨が膝の大腿骨と関節接触するのを容易にするための人工装具であって、前記大腿骨は内側顆および外側顆を有し、前記膝人工装具は、
   外側凹面および内側凹面を画成する脛骨構成要素を具備し、
   前記外側凹面は、正常な膝屈曲中に前記大腿骨の前記外側顆と相互作用するように構成された第一の部分と、高い膝屈曲中に前記大腿骨の前記外側顆と相互作用するように構成された第二の部分と、を有し、
   前記内側凹面は、正常な膝屈曲中に前記大腿骨の前記内側顆と相互作用するように構成された第一の部分と、高い膝屈曲中に前記大腿骨の前記内側顆と相互作用するように構成された第二の部分と、を有し、
   前記外側および内側の凹面は異なる形状を有し、前記第一および第二の部分は、それぞれの凹面内で少なくとも部分的に別個の場所にあり、
   前記内側凹面は、少なくとも前記第一および第二の部分を有する接触境界を含み、
   前記接触境界内の表面は、ほぼ平らであり、
   前記接触境界は、前部端から後部端へ延在するにつれて漸進的に拡大する内−外幅を有し、
   前記接触境界は、前記前部端に頂部を備え前記後部端に基部を備えた略三角形形状を有する人工装具。
2. 前記脛骨構成要素は、前記外側および内側の凹面を画成する脛骨トレーを含み、前記脛骨トレーは、前記脛骨の近位端に連結可能である請求項１記載の人工装具。
3. 前記脛骨構成要素は、材料の単一片から構成される請求項２記載の人工装具。
4. 前記第一の部分は前記頂部を含み、前記第二の部分は、前記略三角形形状の部分の残りを含む請求項1記載の人工装具。
5. 前記第一の部分は前記前部端を含み、前記第二の部分は前記後部端を含む請求項1記載の人工装具。
6. 前記接触境界は、少なくとも３ｍｍの前部−後部長さを有する請求項５記載の人工装具。
7. 前記接触境界は、３ｍｍから５ｍｍの前部−後部長さを有する請求項５記載の人工装具。
8. 前記内側顆は、前記内側顆のいずれの所与の位置用に前記外側顆が多くの位置を有することができる区域内を動くことができる請求項１記載の人工装具。
9. 高い膝屈曲を含む大きな範囲の膝屈曲角度を通る膝の運動を容易にするための膝人工装具であって、前記膝人工装具は、
   内側顆および外側顆を有する大腿骨構成要素と、
   内側凹面および外側凹面を画成する脛骨構成要素と、
   を具備し、
   前記外側凹面は前記内側凹面とは異なる形状を有し、
   前記内側および外側の凹面は、正常な膝屈曲中に前記大腿骨構成要素の前記内側顆および前記外側顆に関節接触する第一の部分を有し、
   前記内側および外側の凹面は、前記第一の部分とは少なくとも部分的に別個であり、且つ、高い膝屈曲中に前記大腿骨構成要素の前記内側顆および前記外側顆に関節接触する第二の部分を有し、
   前記内側凹面は、少なくとも前記第一および第二の部分を有する接触境界を含み、
   前記接触境界内の区域は、ほぼ平らな表面を有し、
   前記接触境界は、前部端に頂部を備え後部端に基部を備えた略三角形形状を有する膝人工装具。
10. 前記脛骨構成要素は、前記膝の脛骨にしっかりと装着される請求項９記載の膝人工装具。
11. 前記脛骨構成要素は、前記脛骨に接着されるときに、前記膝の後十字靱帯の保存を可能にするように適合される請求項１０記載の膝人工装具。
12. 前記第一の部分は前記頂部を含み、前記第二の部分は、前記接触境界内の前記区域の残りを含む請求項９記載の膝人工装具。
13. 前記第一の部分は前記前部端を含み、前記第二の部分は前記後部端を含む請求項９記載の膝人工装具。
14. 前記接触境界は、少なくとも３ｍｍの前部−後部長さを有する請求項１３記載の膝人工装具。
15. 前記接触境界は、３ｍｍから５ｍｍの前部−後部長さを有する請求項１３記載の膝人工装具。
16. 前記内側顆は、前記内側顆のいずれの所与の位置用に前記外側顆が多くの位置を有することができる区域内を動くことができる請求項９記載の膝人工装具。
17. 脛骨が膝の大腿骨と関節接触するのを容易にするための人工装具であって、前記大腿骨は内側顆および外側顆を有し、前記膝人工装具は、
    外側凹面および内側凹面を画成する脛骨構成要素を具備し、
    前記外側凹面は、正常な膝屈曲中に前記大腿骨の前記外側顆と相互作用するように構成された第一の部分と、高い膝屈曲中に前記大腿骨の前記外側顆と相互作用するように構成された第二の部分と、を有し、
    前記内側凹面は、正常な膝屈曲中に前記大腿骨の前記内側顆と相互作用するように構成された第一の部分と、高い膝屈曲中に前記大腿骨の前記内側顆と相互作用するように構成された第二の部分と、を有し、
    前記内側凹面は、略三角形形状部を有し、該略三角形形状部は略平らな輪郭を有し、
    前記略三角形形状部の頂部が、該略三角形形状部の基部の前方に位置し、
    前記略三角形形状が、高い膝屈曲中に、前記大腿骨の内側顆との関節旋回点の後方横方向への並進を可能にするように位置する、人工装具。
18. 前記略三角形形状の基部の横方向角部が横方向に延在して、前記略三角形形状部での前記内側顆の横方向への回転を許容する、請求項１７に記載の人工装具。
19. 前記略三角形形状の頂部が約15度から約45度の間の角度を有する、請求項１７に記載の人工装具。
20. 前記略三角形形状の頂部が約30度の角度を有する、請求項１７に記載の人工装具。
21. 前記正常な膝屈曲中に前記内側顆との関節旋回点が前記略三角形形状の頂部に実質的に位置する、請求項１７に記載の人工装具。
22. 前記内側凹部の第一の部分が前記頂部を含み、前記内側凹部の第二の部分が前記略三角形形状の残余部を含む、請求項１７に記載の人工装具。
23. 脛骨が膝の大腿骨と関節接触するのを容易にするための人工装具であって、前記大腿骨は内側顆および外側顆を有し、前記膝人工装具は、
    外側凹面および内側凹面を画成する脛骨構成要素を具備し、
    前記内側凹面が略三角形形状部を有し、該略三角形形状部は略平らな輪郭を有し、
    前記略三角形形状部の頂部が、該略三角形形状部の基部の前方に位置し、
    前記略三角形形状が、高い膝屈曲中に、前記大腿骨の内側顆との関節旋回点の後方横方向への並進を可能にするように位置する、人工装具。
24. 前記略三角形形状の基部の横方向角部が横方向に延在して、前記略三角形形状部での前記内側顆の横方向への回転を許容する、請求項２３に記載の人工装具。
25. 前記略三角形形状の頂部が約15度から約45度の間の角度を有する、請求項２３に記載の人工装具。
26. 前記略三角形形状の頂部が約30度の角度を有する、請求項２３に記載の人工装具。
27. 前記正常な膝屈曲中に前記内側顆との関節旋回点が前記略三角形形状の頂部に実質的に位置する、請求項２３に記載の人工装具。

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