(57)【要約】【課題】解剖学的に、より適正なＴＫＲを提供する目的で、ＡＣＬおよびＰＣＬの両方により提供される機能を再現するプロテーゼを提供すること。【解決手段】膝関節プロテーゼは、伸展位置と屈曲位置の間を移動する能力を有する。該膝関節プロテーゼは、大腿骨に組付けられるように構成された大腿骨構成要素と、脛骨に組付けられるように構成された脛骨構成要素と、大腿骨構成要素および脛骨構成要素のうちの一方に固定的に連結されたポスト、および大腿骨構成要素および脛骨構成要素のうちの他方の上に画定され、膝関節プロテーゼの伸展位置または屈曲位置のいずれかにおいてポストによって係合されるように構成されているカム陥凹と、を含む。該膝関節プロテーゼは同様に、大腿骨構成要素と脛骨構成要素の間に延在する人工靭帯も含んでいてよい。ポストおよび靭帯は、ＡＣＬおよびＰＣＬの一方を模倣している。【選択図】図７Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸展位置と屈曲位置の間を移動するように構成された膝関節プロテーゼにおいて、
大腿骨に組付けられるように構成された大腿骨構成要素と；
脛骨に組付けられ前記大腿骨構成要素と係合して前記膝関節プロテーゼを形成するように構成された脛骨構成要素と；
前記大腿骨構成要素および前記脛骨構成要素のうちの一方に固定的に連結された第１のポスト、および前記大腿骨構成要素および前記脛骨構成要素のうちの他方の上に画定され、前記膝関節プロテーゼの前記伸展位置または前記屈曲位置のいずれかにおいて前記第１のポストと係合するように構成された第１のカム陥凹と；
前記大腿骨構成要素および前記脛骨構成要素のうちの一方に対して固定的に連結された第２のポスト、および前記大腿骨構成要素および前記脛骨構成要素のうちの他方の上に画定され、前記膝関節プロテーゼの前記伸展位置または前記屈曲位置のいずれかにおいて前記第２のポストと係合するように構成された第２のカム陥凹と；
を含む膝関節プロテーゼ。
【請求項２】
前記第１のポストが前記大腿骨構成要素に対し固定的に連結され、前記第２のポストが前記大腿骨構成要素に対し固定的に連結されている、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項３】
前記第１のポストが前記脛骨構成要素に対して固定的に連結され、前記第２のポストが前記脛骨構成要素に対して固定的に連結されている、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項４】
前記第１のポストが前記脛骨構成要素に対して固定的に連結され、前記第２のポストが前記大腿骨構成要素に対して固定的に連結されている、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項５】
前記第１のポストが前記大腿骨構成要素に対して固定的に連結され、前記第２のポストが前記脛骨構成要素に対して固定的に連結されている、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項６】
前記脛骨構成要素が関節挿入物を含む、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項７】
各ポストが丸味のある凸状表面を含み、各カム陥凹が丸味のある凹状表面である、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項８】
各ポストが、それぞれのカム陥凹と摺動する形で係合され、さらにこのカム陥凹から連結解除される、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項９】
前記ポストまたは前記カム陥凹のいずれかが、前記大腿骨構成要素または前記脛骨構成要素のいずれかに連結されるように構成された取外し可能な挿入物の一部を成す、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項１０】
前記第１のポストおよび前記第２のポストが、矢状面、前頭面または前記矢状面および前記前頭面の両方で見た場合、交差するように配向されている、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項１１】
前記大腿骨構成要素および前記脛骨構成要素が、担持表面において互いに接触し、前記ポストが前記担持表面から離れる方向に延在している、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項１２】
前記ポストの少なくとも１つおよび前記カムの１つは、前記膝関節プロテーゼが屈曲位置と伸展位置の間を移動するにつれて前記膝関節プロテーゼの回転をひき起こすように螺旋表面を含んでいる、請求項１に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項１３】
伸展位置と屈曲位置の間を移動するように構成された膝関節プロテーゼにおいて、
大腿骨に組付けられるように構成された大腿骨構成要素と；
脛骨に組付けられるように構成された脛骨構成要素であって、前記大腿骨構成要素と係合して前記膝関節プロテーゼを形成するように構成された脛骨構成要素と；
前記大腿骨構成要素および前記脛骨構成要素のうちの一方に固定的に連結されたポスト、および前記大腿骨構成要素および前記脛骨構成要素のうちの他方の上に画定され、前記膝関節プロテーゼの前記伸展位置または前記屈曲位置のいずれかにおいて前記ポストと係合するように構成されたカム陥凹と；
前記大腿骨構成要素および前記脛骨構成要素に対して固定的に連結されて、前十字靭帯または後十字靭帯のいずれかをシミュレートする人工靭帯と；
を含み、
前記ポストおよび前記靭帯が、矢状面、前頭面または前記矢状面および前記前頭面の両方で見た場合、交差するように配向されている、
膝関節プロテーゼ。
【請求項１４】
前記ポストが前記大腿骨構成要素に対して固定的に連結され、前記カム陥凹が前記脛骨構成要素内に画定されている、請求項１３に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項１５】
前記ポストが前記脛骨構成要素に対して固定的に連結され、前記カム陥凹が前記大腿骨構成要素内に画定されている、請求項１３に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項１６】
前記ポストおよび前記靭帯が、前記矢状面および前記前頭面の両方において交差するように配向されている、請求項１３に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項１７】
前記脛骨構成要素が関節挿入物を含む、請求項１３に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項１８】
各ポストが丸味のある凸状表面を含み、各カム陥凹が丸味のある凹状表面である、請求項１３に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項１９】
前記ポストが、カム陥凹と摺動する形で係合され、さらにこのカム陥凹から連結解除される、請求項１３に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項２０】
前記ポスト、前記カム陥凹または前記靭帯が、前記大腿骨構成要素または前記脛骨構成要素のいずれかに連結されるように構成された取外し可能な挿入物の一部を成す、請求項１３に記載の膝関節プロテーゼ。
【請求項２１】
伸展位置と屈曲位置の間を移動するように構成された膝関節プロテーゼにおいて、
大腿骨に組付けられるように構成された大腿骨構成要素と；
脛骨に組付けられるように構成された脛骨構成要素であって、前記大腿骨構成要素と係合して前記膝関節プロテーゼを形成するように構成された脛骨構成要素と；
を含み、
前記大腿骨構成要素および前記脛骨構成要素が少なくとも部分的に、歯車付き配設によって共に連結されている、膝関節プロテーゼ。
【請求項２２】
前記脛骨構成要素の歯車が前記大腿骨構成要素の歯車と噛合し、前記歯車の少なくとも１つが螺旋軌道をたどって、前記膝関節プロテーゼが前記伸展位置へと移動させられるにつれて内側方向への前記脛骨構成要素の運動をひき起こす、請求項２１に記載の膝関節プロテーゼ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全膝関節置換術（ＴＫＲ）用に使用される人工膝プロテーゼに関し、より詳細には、人工前十字靭帯（ＡＣＬ）および／または後十字靭帯（ＰＣＬ）を有する膝関節プロテーゼに関する。
【背景技術】
【０００２】
全体が参照により本明細書に組込まれているＧａｒｉｎｏに対する特許文献１（米国特許出願公開第２０１７／０２５２１７３号明細書）中に記載されている通り、全ての用途のために、人工膝は、概して、３つの主要な構成要素、すなわち大腿骨の遠位端部に取付けられる大腿骨構成要素（図１Ａおよび１Ｂ）、脛骨の近位端部上に移植される脛骨構成要素（図２Ａおよび２Ｂ）、および脛骨構成要素上に組付けられ大腿骨構成要素のための摩擦表面を提供する関節挿入物（図３Ａおよび３Ｂ）を含む。構成要素は、関節および、膝の可動域全体にわたり人間の膝の付随する力学をシミュレートするように設計される。構成要素は概して、変動する寸法（図１Ａ〜３Ｂにおいて寸法Ａ−ＨおよびＪ−Ｔとして識別）を有する多様な形状で提供されており、こうして、医師は、患者の特異的生体構造に応じて構成要素の最適な組合せを選択できるようになっている。膝のサイズおよび形状は、患者の年令、性別およびサイズを含めたさまざまな要因に左右される。したがって、患者に合わせて人工膝を調整できるように、一般にかなり幅広い構成要素の在庫が入手可能になっている。
【０００３】
ＴＫＲの場合の通常の膝構築の間、ＡＣＬは、全事例の大部分において除去され、選択されたＴＫＲ設計に応じて、患者のＰＣＬは保持されるか、またはＰＣＬの失なわれた機能を代用するよう何らかの機構で置換される。ＰＣＬが保持される場合でも、多くの場合、膝置換の平衡化を補助するため、外科手術中にＰＣＬの一部分を切断するかまたは部分切断しなければならない。ＰＣＬが完全に除去される場合、ＰＣＬはポストおよびカム機構によって代用される。
【０００４】
ＴＫＲは概して、大腿骨構成要素１０、脛骨構成要素１６および大腿骨構成要素１０と相互作用するため脛骨構成要素１６の上部組付け用部分２０上に存在する関節挿入物２２を含む。図１Ａ、１Ｂ、３Ａおよび３Ｂを参照すると、ポストおよびカム機構の典型的設計の例示が提供されている。関節挿入物２２は、大腿骨構成要素１０の開口部１２内に突き出す延長部分２４を含む。上向きに突出する壁を有するボックス１１が、大腿骨構成要素１０の内部側に形成され、開口部１２と交差する内部領域を含む。延長部分２４は、関節が屈曲されたときに開口部１２の後部表面１４と摩擦接触状態となるように意図された後部表面２５を含む。延長部分２４が大腿骨構成要素１０内の開口部１２の後部表面１４に接して担持されている場合に生成される抵抗は、健康な後十字靭帯（ＰＣＬ）によって生じるはずの抵抗をシミュレートするように意図されている。
【０００５】
延長部分２４の前部表面と開口部１２の前部表面の間にカム表面を創出することによって、ＡＣＬの機能を部分的に置換するカムおよびポストの機構が製造されてきた。しかしながら、この解決法は、延長部分２４の前部側がせいぜい０〜２０度の屈曲の場合にしか開口部の前部側と接触できないことから、ＡＣＬの部分的な代用しか提供しない。
【０００６】
別の解決法は、参照により本明細書にその内容が組込まれている特許文献２（米国特許第５，９３５，１３３号明細書）中で開示されている材料などのケーブル様の材料で大腿骨構成要素および脛骨構成要素を連結することにある。しかし、この人工的材料は典型的には、ＰＣＬを置換するためにのみ使用され、ＡＣＬを置換するためには使用されない。
【０００７】
解剖学的に適正な置換が欠如していることから、もとの膝に比べると機能性が低いＴＫＲが結果としてもたらされる可能性がある。このことは、外科手術後の理学療法中に支障を発生させ、かつ療法後に身体活動に参加する患者の能力または願望を制限する可能性がある。現代のほぼ全ての全膝置換術は、ＡＣＬを犠牲にするか、または膝関節を未熟なカムおよびポスト機構で不適切に代用するため、再建された膝にはＡＣＬ不全の膝のものに類似する運動機能しか残されない。したがって、正常な膝の運動機能は、なお捉え難いものであり続けている。さらに、ＡＣＬとＰＣＬ（これらは共に正常な膝の運動学を駆動するものである）の間の適正な相互作用が欠如しているため、ＴＫＲ再建は、患者にとって比較的正常である膝を作り出す域に達していない状態にとどまっている。
【０００８】
膝関節の力学の複雑性および患者が外科手術後に人工膝に順応することの難しさのため、以前は除去された靭帯によって提供されていた復元力および支持をより正確にシミュレートする解剖学的に適正な膝置換システムが必要とされている。解剖学的に、より適正なＴＫＲを提供する目的で、ＡＣＬおよびＰＣＬの両方により提供される機能を再現するプロテーゼの実施形態が所望される。
【０００９】
ここで図４を参照すると、元来の解剖学上のＡＣＬおよびＰＣＬの場所の上に例示的な人工ＡＣＬ／ＰＣＬ靭帯を表わすループ３０が描画された状態で、健康な人間の膝が例示されている。ループ３０の人工ＰＣＬを構成する区分は、点２６Ａおよび２６Ｂによって境界が示されている。ループ３０の人工ＡＣＬを構成する区分は、点２８Ａおよび２８Ｂによって境界が示されている。
【００１０】
ここで、Ｇａｒｉｎｏに対する特許文献１中に開示されている実施形態を例示する図５、６Ａおよび６Ｂによると、靭帯４４として提供されている人工的材料の連結点２６ａ、２６ｂ、２８ａおよび２８ｂおよび人工靭帯４４の輪郭として提供されている連結点間にまたがる長さは、図４に例示されている人間の膝内のＡＣＬおよびＰＣＬの寸法および付着点をシミュレートするように構成されている。ＴＫＲの大腿骨構成要素１０と関節挿入物２２を連結するために、少なくとも１つの一定長の人工靭帯を提供することができる。
【００１１】
Ｇａｒｉｎｏに対する特許文献１は、これらの複雑性に対する解決法を提供するものの、膝関節の力学を改善するために、この分野における開発は絶えず求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／０２５２１７３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９３５，１３３号明細書
【発明の概要】
【００１３】
本発明の一実施形態によると、膝関節プロテーゼは、伸展位置と屈曲位置の間を移動する能力を有する。膝関節プロテーゼは、大腿骨に組付けられるように構成された大腿骨構成要素と、脛骨に組付けられるように構成された脛骨構成要素であって、大腿骨構成要素と係合させられて膝関節プロテーゼを形成するように構成された脛骨構成要素とを含む。第１のポストが、大腿骨構成要素および脛骨構成要素のうちの一方に固定的に連結された、膝関節プロテーゼの伸展位置または屈曲位置のいずれかにおいて第１のポストにより係合されるように構成された第１のカム陥凹が、大腿骨構成要素および脛骨構成要素のうちの他方の上に画定されている。第２のポストが、大腿骨構成要素および脛骨構成要素のうちの一方に対して固定的に連結され、膝関節プロテーゼの伸展位置または屈曲位置のいずれかにおいて第２のポストにより係合されるように構成された第２のカム陥凹が、大腿骨構成要素および脛骨構成要素のうちの他方の上に画定されている。
【００１４】
本発明の別の実施形態において、膝関節プロテーゼは、大腿骨に組付けられるように構成された大腿骨構成要素と、脛骨に組付けられるように構成された脛骨構成要素であって、大腿骨構成要素と係合させられて膝関節プロテーゼを形成するように構成された脛骨構成要素とを含む。ポストが、大腿骨構成要素および脛骨構成要素のうちの一方に固定的に連結されており、カム陥凹が、大腿骨構成要素および脛骨構成要素のうちの他方の上に画定され、膝関節プロテーゼの伸展位置または屈曲位置のいずれかにおいて第１のポストにより係合されるように構成されている。人工靭帯が、大腿骨構成要素および脛骨構成要素に対して固定的に連結されて、前十字靭帯または後十字靭帯のいずれかをシミュレートする。ポストおよび靭帯は、矢状面、前頭面または矢状面および前頭面の両方で見た場合、交差するように配向されている。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態において、膝関節プロテーゼは、大腿骨に組付けられるように構成された大腿骨構成要素と、脛骨に組付けられるように構成された脛骨構成要素を含む。脛骨構成要素は、大腿骨構成要素と係合して膝関節プロテーゼを形成するように構成されている。大腿骨構成要素および脛骨構成要素は少なくとも部分的に、歯車付き配設によって共に連結されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
図面は次の通りである：
【図１Ａ】当業者にとって公知の膝関節プロテーゼのための大腿骨構成要素の側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの大腿骨構成要素の底面図である。
【図２Ａ】当業者にとって公知の膝関節プロテーゼのための脛骨構成要素の上面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの脛骨構成要素の側面図である。
【図３Ａ】当業者にとって公知の膝関節プロテーゼのための関節挿入物の上面図である。
【図３Ｂ】脛骨構成要素のベースプレート上に組付けられた図３Ｂの関節挿入物の前面図である。
【図４】ＡＣＬおよびＰＣＬの解剖学的場所およびＡＣＬおよびＰＣＬを置換するように意図された人工的材料の構成を例示する膝関節の側面図である。
【図５】先行技術に係るＴＫＲのための大腿骨構成要素、関節挿入物および人工靭帯の側面図である。
【図６Ａ】図５のラインＩ−Ｉに沿った断面の上面図である。
【図６Ｂ】図５のラインＩ−Ｉに沿った断面の底面図である。
【図７Ａ】膝関節プロテーゼが伸展位置で示されている、本発明の例示的実施形態に係る、矢状面で見た膝関節プロテーゼの断面側面立面図である。
【図７Ｂ】膝関節プロテーゼが屈曲位置で示されている、図７Ａの膝関節プロテーゼの別の面である。
【図８】ポストが大腿骨部分上に配置され、カムが脛骨部分上に配置されている、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態を描いている。
【図９】１つのポストと１つのカムが大腿骨部分と脛骨部分の各々の上に配置されている、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態を描いている。
【図１０Ａ】ＡＣＬおよびＰＣＬを模倣するポストが脛骨部分上に配置され大腿骨部分上のカムと係合している、矢状面で見た膝関節プロテーゼの実施形態の部分断面図を描いている。
【図１０Ｂ】前頭面で見た図１０Ａの膝関節プロテーゼを描いている。
【図１１】ＡＣＬおよびＰＣＬを模倣するポストが大腿骨部分上に配置され、脛骨部分上のカムと係合している、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態を描いている。
【図１２】ＰＣＬを模倣するポストが脛骨部分上に配置され、大腿骨部分上のカムと係合し、ＡＣＬを模倣する人工靭帯が脛骨部分と大腿骨部分の間に配置されている、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態を描いている。
【図１３】ＡＣＬを模倣するポストが脛骨部分上に配置され、大腿骨部分上のカムと係合し、ＰＣＬを模倣する人工靭帯が脛骨部分と大腿骨部分の間に配置されている、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態を描いている。
【図１４】ＡＣＬおよびＰＣＬを模倣するポストが大腿骨部分上に配置され、大腿骨部分上のカムと係合している、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態を描いている。
【図１５Ａ】脛骨部分が歯車付き配設により大腿骨部分に結合されている、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態の側面立面図を描いている。膝関節プロテーゼは、伸展位置で示されている。
【図１５Ｂ】脛骨部分が歯車付き配設により大腿骨部分に結合されている、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態の側面立面図を描いている。膝関節プロテーゼは、屈曲位置で示されている。
【図１６Ａ】脛骨部分が歯車付き配設により大腿骨部分に結合され、歯車付き配設が、回転時点での伸展位置への脛骨部分の内側運動をひき起こすように構成されている、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態の側面立面図を描いている。
【図１６Ｂ】膝関節は、後部側から示されている。
【図１６Ｃ】膝関節は、前部側から示されている。
【図１７】脛骨部分がポストおよびカム配設によって大腿骨部分に結合されている、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態を描いている。
【図１８】脛骨部分がポストおよびカム配設によって大腿骨部分に結合されている、矢状面で見た膝関節プロテーゼの変形実施形態を描いている。
【図１９】脛骨部分がピンおよびスロット配設によって大腿骨部分に結合されている、膝関節プロテーゼの変形実施形態を描く平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、膝関節プロテーゼのさまざまな実施形態を提供する。図中、「Ａ」は、前部側または方向を表わし、「Ｐ」は後部側または方向を表わし、「Ｍ」は内側側または方向を表わし、関節挿入物は外側側または方向を表わし、「Ｆ」は大腿骨構成要素を表わし、「Ｔ」は脛骨構成要素（または脛骨構成要素の一部を成す関節挿入物）を表わす。
【００１８】
図７Ａは、膝関節プロテーゼ１００が伸展位置で示されている、本発明の例示的実施形態に係る、矢状面で見た膝関節プロテーゼ１００の断面側面立面図である。図７Ｂは、膝関節プロテーゼ１００が屈曲位置で示されている、図７Ａの膝関節プロテーゼ１００の別の図である。膝関節プロテーゼ１００は、図７Ａの伸展位置と図７Ｂの屈曲位置の間で回転する能力を有する。
【００１９】
プロテーゼ１００は概して、大腿骨構成要素１０２および脛骨構成要素に対し組付けられているかまたはこの脛骨構成要素の一部を成す関節挿入物１０４を含む。
【００２０】
図７Ａおよび７Ｂに示されている大腿骨構成要素１０２は、顆状突起を有する大腿骨構成要素（アイテム１０のような）または大腿骨構成要素に組付けられたボックス（ボックス１１のような）を表わし得る。大腿骨構成要素１０２の下端部には陥凹１０８が形成されている。陥凹１０８は、内側−外側方向に沿って顆状突起１０６の間に位置設定されている。陥凹１０８が大腿骨構成要素１０２の外部表面と交差する場所で、陥凹１０８の半円形境界において縁部１１１が形成される。陥凹１０８は、大腿骨構成要素１０内の開口部１２と同じ近似場所に位置付けされる。しかしながら開口部１２とは異なり、陥凹１０８は盲であり、平滑で丸味のある内部表面を含む。２つのカム表面１１０ａおよび１１０ｂ（個別にかまたは集合的にカム表面１１０と呼ばれる）は、陥凹１０８の内部表面の相対する端部に形成されている。各カム１１０は、平滑で丸味のある凹状表面である。カム１１０の半径は、同じであっても異なっていてもよい。カム１１０は、関節挿入物１０４の上部表面から延在する丸みのあるポスト１１２ａおよび１１２ｂと相互作用するように構成されている。
【００２１】
関節挿入物１０４は、関節挿入物２２に類似したものであり、これらの挿入物の間の主な差異について以下で説明する。関節挿入物１０４は、担持表面１１３から延在する２つのポスト１１２ａおよび１１２ｂ（個別的にかまたは集合的にポスト表面１１２と呼ばれる）を含む。ポスト１１２ａはＡＣＬに対応し、一方、ポスト１１２ｂはＰＣＬに対応する。各々の丸味のあるポスト１１２は、凸状に丸められた表面で終結する。各ポスト１１２の半径は、各カム１１０の半径と同一であっても実質的に同じであってもよい。ポスト１１２の延長部分の高さおよび半径は、噛合するカム１１０の幾何形状を補完するため、異なるものであっても（図示通り）、同じものであってもよい。この実施形態によると、ＡＣＬポスト１１２ａは、ＰＣＬポスト１１２ｂよりも大きい高さを有する。ポスト１１２は、担持表面１１３に直交するそれぞれの軸Ｚに沿って延在する。代替的には、ポスト１１２は、軸Ｚとの関係において斜めに延在し得る。図７Ａのポスト１１２ならびに本明細書中に記載の他の全てのポストは、図示されている通り、関節挿入物２２（またはポストが連結されている他の構成要素）と一体になっているか、または機械的ネジ山、ボルト、摩擦、接着剤、セメントまたは、当業者にとって公知である２つの構成要素を共に組付けるための他の任意の手段を用いて、関節挿入物２２に連結されていてよい。
【００２２】
関節挿入物１０４は、図７Ａの伸展位置と図７Ｂの屈曲位置の間で大腿骨構成要素１０２との関係において回転する能力を有する。膝関節プロテーゼ１００の伸展位置において、顆状突起は関節挿入物１０４の担持表面１１３上に載っていてよく、ポスト１１２はそのそれぞれのカム１１０と接して位置付けされる。大腿骨構成要素１０２が関節挿入物１０４に対してまたはその逆に回転するにつれて、ポスト１１２は、陥凹１０８の縁部１１１が後部ポスト１１２の基礎に担持されるまで、カム１１０の表面に沿って進む。ＡＣＬポスト１１２ａは、そのカム１１０ａ上に担持されてよい。図示されてはいないものの、膝関節プロテーゼ１００に隣接する側副靭帯（ＭＣＬおよびＬＣＬ）は、関節挿入物１０４から大腿骨構成要素１０２が脱出するのを防止している。
【００２３】
２つのポスト１１２および２つのカム１１０を配設することにより、単一のポストと単一のカムを有する従来の膝関節プロテーゼと比べて、ＰＣＬおよびＡＣＬの配設がより密に模倣される。
【００２４】
上述の通り、陥凹１０８は、ボックス１１と同様に、大腿骨構成要素１０２に対して取付けることのできる別個の挿入物の中に形成されてよい。異なる陥凹幾何形状を有する一連の挿入物がキットとして提供され得、こうして、患者の特定の生体構造に最も適合した幾何形状を有する挿入物を医療専門家が選択できるようになっている。
【００２５】
図８は、ポスト１２２ａおよび１２２ｂが大腿骨構成要素１２４上に配置され、カム１２８が脛骨構成要素の関節挿入物１３２上に配置された陥凹１３０上に画定されている、膝関節プロテーゼ１１８を描いている。膝関節プロテーゼ１１８は、ポストとカムの場所が交換されている点を除いて、膝関節プロテーゼ１００と類似している。膝関節プロテーゼ１１８の動作は、膝関節プロテーゼ１００の動作と実質的に類似している。図示されてはいないものの、ポスト１２２ａおよび１２２ｂは、ボックス１１と同様に、大腿骨構成要素１２４に取付けることのできる別個の挿入物の中に形成され得る。
【００２６】
図９は、膝関節プロテーゼ１３６を描いている。膝関節プロテーゼ１３６は、１つのポスト１３８および１つのカム陥凹１４０が大腿骨構成要素１４２上に配置され、１つのポスト１４４および１つのカム陥凹１４６が脛骨構成要素の関節挿入物１４８上に配置されているという点を除いて、膝関節プロテーゼ１００と類似している。図９に示された伸展位置において、大腿骨構成要素１４２のポスト１３８は、脛骨関節挿入物１４８のカム陥凹１４６と共に組付けられ、脛骨関節挿入物１４８のポスト１４４は、大腿骨構成要素１４２のカム陥凹１４０と共に組付けられている。ポスト１３８は陥凹１４０の前方に配置されているが、ポスト１３８および陥凹１４０の場所を（陥凹１４６およびポスト１４４の場所と共に）交換することができるということを理解すべきである。膝関節プロテーゼ１３６の動作は、膝関節プロテーゼ１００の動作と実質的に類似している。
【００２７】
図１０Ａおよび１０Ｂは、膝関節プロテーゼ１５０の部分断面図の一実施形態を描いている。プロテーゼ１５０はプロテーゼ１００と類似しており、その間の主な差異についてのみ説明する。膝関節プロテーゼ１５０において、それぞれＰＣＬおよびＡＣＬをより密に模倣するポスト１５２ａおよび１５２ｂ（集合的にポスト１５２と呼ばれる）は、脛骨部分の関節挿入物１５４（または脛骨部分自体）の上に配置され、大腿骨構成要素１５８上に形成されている陥凹１５７上に配置されたカム１５６ａおよび１５６ｂ（集合的にカム１５６と呼ばれる）とそれぞれ係合する。陥凹１５７は、プロテーゼ１５０の担持表面１５５から上向きに延在する。
【００２８】
具体的には、関節挿入物１５４の外側および後部側から大腿骨構成要素１５８の内側および前部側まで延在するポスト１５２ａは、ＰＣＬの場所および幾何形状をより密に模倣する。関節挿入物１５４の内側および前部側から大腿骨構成要素１５８の外側および後部側まで延在するポスト１５２ｂは、ＡＣＬの場所および幾何形状をより密に模倣する。ポスト１５２ａおよび１５２ｂは、矢状面で見た場合および前頭面内で見た場合に交差するように配向されているが、ポスト１５２ａおよび１５２ｂを、これらの平面のうちの一方において見た場合にのみ交差するように配向することもできる。
【００２９】
矢状面内で見た場合の担持表面１５５との関係における各ポスト１５２の角度「Ｂ」は、図示されているものから変動してよく、ＡＣＬまたはＰＣＬの正確な角度を近似するように調整され得る。同様にして、前頭面で見た場合の関節挿入物１５４の担持表面１５５との関係における各ポスト１５２の角度「Ｄ」は、図示されているものから変動していてよく、ＡＣＬまたはＰＣＬの正確な角度を近似するように調整され得る。角度ＢおよびＤは、図中では誇張されている可能性があることが指摘される。各ポスト１５２の長さおよび直径は、図示されているものから変動してよく、ＡＣＬまたはＰＣＬのものを近似するように調整され得る。各ポスト１５２は必ずしも、図示されているように長手方向軸に沿って真直ぐに延在している必要はなく、代って、ＡＣＬまたはＰＣＬの曲線形状を近似するように湾曲していてよい。
【００３０】
各ポスト１５２は、陥凹１５７のカム１５６の凹状表面と回転可能かつ摺動可能な形で係合する凸状の丸味のある表面を含む。ポスト１５２およびカム１５６は摺動接触状態にあるが、物理的に互いに分離していることが指摘される。図示されてはいないものの、陥凹１５７は、大腿骨構成要素１５８に対して取外し可能な形で取付けられるボックス１１のような別個の挿入物の中に形成されてよい。
【００３１】
図１１は、ポスト１５９ａおよび１５９ｂが大腿骨構成要素１６２上に配置され、脛骨部分の関節挿入物１６５（または脛骨部分自体）の上に形成されている陥凹１６３上に配置されたカム１６１ａおよび１６１ｂとそれぞれに係合している、という点を除いて膝関節プロテーゼ１５０と類似である膝関節プロテーゼ１６０の変形実施形態を描いている。ポストとカムの場所は互換性があるが、ポスト１５９ａおよび１５９ｂの場所および幾何形状は、それぞれＡＣＬおよびＰＣＬのものを模倣し続けるという点が指摘される。同様に、図９に示された実施形態と同様、図示されてはいないものの、関節挿入物１６５および大腿骨構成要素１６２の各々は、１つの角度付きポストおよび１つのカムを含んでいてよい。
【００３２】
図１２は、膝関節プロテーゼ１８０の一変形実施形態を描いている。膝関節プロテーゼ１８０は、膝関節プロテーゼ１５０と類似しており、以下では、主な差異について説明する。膝関節プロテーゼ１８０において、ＰＣＬを模倣するポスト１８２は、脛骨部分１８４の上に配置され、大腿骨部分１８８上のカム陥凹１８６と係合する。ＡＣＬを模倣する人工靭帯１９０は、脛骨部分１８４および大腿骨部分１８８に固定されている。固定は、図１２中、小文字「ｘｘｘ」で示されている。
【００３３】
ポスト１８２は、関節挿入物１８４の外側および後部側から大腿骨構成要素１８８の内側および前部側まで延在して、ＰＣＬの場所を模倣する。靭帯１９０は、関節挿入物１８４の内側および前部側から大腿骨構成要素１８８の外側および後部側まで延在して、ＡＣＬの場所を模倣する。靭帯１９０は、ポスト１８２と異なり、関節挿入物１８４および大腿骨構成要素１８８の両方に固定的に連結される。ポスト１８２および靭帯１９０は、矢状面見た場合および前頭面で見た場合交差するように配向されているが、ポスト１８２および靭帯１９０を、これらの平面のうちの一つで見た場合にのみ交差するように配向することもできる。
【００３４】
図１３は、靭帯１９０’およびポスト１８２’の場所が交換されこうして靭帯１９０’がＰＣＬを表わしポスト１８２’がＡＣＬを表わすようになっているという点を除いてプロテーゼ１８０に類似するものである膝関節プロテーゼ１９２の変形実施形態を描いている。図１２および１３に代わるものとして、患者の自然のＡＣＬまたはＰＣＬが部分膝置換術において保存される場合、ポスト１８２を完全に削除することができる。
【００３５】
本明細書中に示されている靭帯は、ＡＣＬまたはＰＣＬに置換するため、人工材料、好ましくは合成繊維または撚糸から形成されており、したがって人工材料は正常な膝の中のＡＣＬおよびＰＣＬのそれぞれの配向および場所と同様の形で構成されている。具体的には、構成は、ＴＫＲ内の人工材料の原点および挿入点が正常な膝内のＡＣＬおよびＰＣＬの原点および挿入点に類似することになるようなものである。
【００３６】
図１４は、ＰＣＬポスト２０２の自由端部が機械的ネジ山であり得る螺旋状突出部２０４を含むという点を除いて膝関節プロテーゼ１５０と類似のものである膝関節プロテーゼ２００の変形実施形態を描いている。螺旋状突出部２０４を収容する大腿骨構成要素内のカム２０６は、螺旋状陥凹２０８を含む。螺旋状陥凹２０８は、螺旋状突出部２０４と相互作用して、膝関節プロテーゼ２００が伸展位置と屈曲位置の間を移動するにつれて軸Ｙを中心としたわずかな回転をひき起こす。わずかな回転は、完全に伸展した状態になったときに実際の膝関節内において感じられるわずかな回転を模倣する。螺旋表面２０４および２０８は、代替的には、くさび形、角度付きまたは勾配付き表面の形で提供され得る。
【００３７】
「人工的」なる用語は、ＴＫＲ前の原初の形態での原初の解剖学的ＡＣＬまたはＰＣＬ靭帯ではないことのみを意味し、合成材料のみの使用に対する限定として解釈されるべきではない。したがって、人工靭帯は、生物学的に創出された材料から作り出された材料などの「天然」材料を含むことができ、かつ／または、合成材料と天然材料のハイブリッドを含むことができる。他の例示的材料には、後脊髄再建における外科的固定のために使用される編組超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）ケーブルであるＳｅｃｕｒｅ  Ｓｔｒａｎｄ（登録商標）ケーブルとして以前市販されていた材料に類似する製織ポリエチレンの変形形態、ＵＨＭＷＰＥおよびＮｙｌｏｎ６／６．６から作られたＳｕｐｅｒ  Ｃａｂｌｅｓ（登録商標）（Ｋｉｎａｍｅｄ，Ｉｎｃ．，Ｃａｍａｒｉｌｌｏ，ＣＡ）として現在市販されている材料、Ｇｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ，が製造するＰＴＦＥ繊維）、炭素繊維、または他の類似の製織材料が含まれ得る。
【００３８】
本発明のさまざまな実施形態によると、例えば人工靭帯の形での人工材料は、外科手術の時点でＴＫＲ内に取込むことができ、または外科手術に先立ってＴＫＲを人工材料と予め組立てることができる。靭帯を脛骨構成要素および大腿骨構成要素に連結するためのさまざまな方法およびデバイスが、Ｇａｒｉｎｏに対する米国特許出願公開第２０１７／０２５２１７３号中に記載されている。この参考文献中で記載されているように、人工靭帯の端部用の係止機構は、いずれかの特定の構成に限定されず、球形リテイナ、金属クリップ、フック、ループ、爪の形をした締結具などを含み得る。
【００３９】
上述の実施形態を考慮して、ポスト、カムおよび靭帯を異なる構成要素に対し異なる場所に連結することができる、ということを認識すべきである。したがって、上述の実施形態は、限定的なものとしてみなされるべきではない。
【００４０】
図１５Ａおよび１５Ｂは、脛骨部分３０２が大腿骨部分３０４に対してラックアンドピニオンタイプの歯車付き配設によって結合されている、矢状面内で見た場合の膝関節プロテーゼ３００の変形実施形態の側面立面図を描いている。図１５Ａおよび１５Ｂに示された膝関節プロテーゼ３００の部分は、膝関節プロテーゼ全体を表わしていないということを理解すべきである。むしろ、図１５Ａおよび１５Ｂに示された膝関節プロテーゼ３００の部分は、脛骨部分３０２および大腿骨部分３０４の、ボックス（ボックス１１のような）の部域内で互いに接触する部分を表わす。膝関節プロテーゼ３００は、図１５Ａ中では伸展位置で示され、図１５Ｂ中では屈曲位置で示されている。脛骨部分３０２上の歯３０６は、大腿骨部分３０４の歯３０８と噛合し、こうして脛骨部分３０２の回転は大腿骨部分３０４の回転をひき起こし、逆も同様となる。
【００４１】
図１６Ａ〜１６Ｃは、脛骨部分４０２が歯車付き配設によって大腿骨部分４０４に結合される、膝関節プロテーゼ４００の変形実施形態を描いている。膝関節プロテーゼ４００は膝関節プロテーゼ３００と実質的に類似しており、これらの実施形態間の主な差異について以下で説明する。
【００４２】
脛骨部分４０２は、上に歯４０６が配置されている丸味のある凸状外部表面を含む。凸状外部表面は、円弧をたどる単純曲線経路を有する後部セグメント４０６ａおよび螺旋経路をたどる前部セグメント４０６ｂを含む。螺旋経路は、前部方向で見た場合、内側に延在する。歯も同様に、前部セグメント４０６ｂの螺旋経路の軌道をたどる。後部セグメント４０６ａは段階的に前部セグメント４０６ｂと交差する。
【００４３】
同様にして、大腿骨部分４０４は、上に歯４０８が配置されている凸状外部表面を含む。凸状外部表面は、円弧をたどる単純曲線経路を有する後部セグメント４０８ａおよび螺旋経路をたどる前部セグメント４０８ｂを含む。螺旋経路は、前部方向で見た場合、内側に延在する。歯も同様に、前部セグメント４０８ｂの螺旋経路の軌道をたどるということを理解すべきである。後部セグメント４０８ａは段階的に前部セグメント４０６ｂと交差する。
【００４４】
後部セグメント４０８ａおよび前部セグメント４０８ｂは両方共螺旋軌道をたどるものとして図示され説明されているが、これらのセグメントの１つのみが螺旋軌道をたどることもできる。
【００４５】
脛骨部分４０２上の歯４０６は、大腿骨部分４０４の歯４０８と噛合しており、こうして、脛骨部分４０２の回転が大腿骨部分４０４の回転をひき起こし、その逆も同様となる。同様に、脛骨部分４０２が前部方向に向かって伸展位置まで回転するにつれて、脛骨部分４０２も同様に内側方向に移動する。脛骨部分４０２の内側方向へのわずかな回転は、完全に伸展した状態になったときに実際の膝関節内において感じられるわずかな回転を模倣する。内側方向への回転は、噛合する前部部分４０６ｂおよび４０８ｂの螺旋状幾何形状に起因する。
【００４６】
図１７は、ポスト５０２およびカム５０４の配設によって脛骨部分が大腿骨部分に結合されている、矢状面内で見た場合の膝関節プロテーゼ５００の変形実施形態を描いている。膝関節プロテーゼ５００は、歯３０６および３０８がそれぞれポスト５０２およびカム５０４によって置換されている点を除き、膝関節プロテーゼ３００と実質的に類似するものである。膝関節プロテーゼ３００の歯４０６および４０８を、膝関節プロテーゼ５００のポストカム配設のようなポストカム配設により同様に置換し得るということを理解すべきである。
【００４７】
図１８に示されているように、ポスト５０６およびカム５０８の配置を、本発明の範囲または精神から逸脱することなく交換することができる。
【００４８】
図１９は、脛骨部分Ｔがピン６０２およびスロット６０４の配設によって大腿骨部分Ｆに結合されている膝関節プロテーゼ６００の変形実施形態を描く平面図である。膝関節プロテーゼ６００は、図１９では屈曲位置で示されている。他の実施形態と同様に、図１９に示されている膝関節プロテーゼ６００の部分は、膝関節プロテーゼ全体ではなく脛骨部分Ｔおよび大腿骨部分Ｆの、ボックス（ボックス１１のような）の部域内で互いに接触する部分を表わしているにすぎない。
【００４９】
この実施形態によると、ピン６０２は、大腿骨部分Ｆ上に配置され、スロット６０４は脛骨構成要素Ｔ上に配置されているが、逆も当てはまり得ると考えられる。ピン６０２は、スロット６０４の深さ内へ垂直方向に延在する。動作中、ピン６０２はスロット６０４の長さに沿って進む。スロット６０４は、前部方向で見た場合、内側方向に湾曲する。
【００５０】
動作中、脛骨部分Ｔが前部方向に伸展位置まで回転し、ピン６０２がスロット６０４の長さに沿って進むにつれて、脛骨部分Ｔは同様に内側方向に回転する。内側方向での脛骨部分Ｔのわずかな回転は、完全に伸展した状態になったときに実際の膝関節内において感じられるわずかな回転を模倣する。内側方向の運動は、スロット６０４の曲率に起因する。
【００５１】
膝関節プロテーゼの構成要素は、同じまたは類似の材料で製造され得る。しかしながら、一般的には、全ての材料は好ましくは不活性で、感染をひき起こす傾向がなく、かつ外科用移植片としての使用のために認可された、他の点では安全なものである。例示的材料としては、ポリエチレン、外科的に認可された金属合金、外科的に認可されたセラミック材料、またはそれらの組合せが含まれる。外科用移植片の分野における任意の周知の材料を用いて、本発明に係るさまざまな実施形態またはその一部分のいずれかを製造することができる。
【００５２】
本明細書では、本発明の好ましい実施形態が図示され説明されてきたが、このような実施形態は一例として提供されているにすぎないということを理解すべきである。当業者であれば、本発明の精神から逸脱することなく多くの変形形態、変更および代用を思い付く可能性がある。したがって、添付のクレームは、本発明の精神および範囲内に入る全てのこのような変形形態を網羅する、ということが意図されている。
【符号の説明】
【００５３】
１０    大腿骨構成要素
１２    開口部
１６    脛骨構成要素
２０    上部組付け用部分
２２    関節挿入物
２４    延長部分
２５    後部表面
３０    ループ
４４、１９０    靭帯
１００、１１８、１５０、１９２、２００、３０００、４００、５００    膝関節プロテーゼ
１０２、１２４、１４２、１５０、１５８、１６２、１８８    大腿骨構成要素
１０４、１３２、１４８、１５４    関節挿入物
１０６    顆状突起
１０８、１３０、１４０、１４６、１５７、１６３    陥凹
１１０、１２８、１５６、５０４、５０８    カム
１１１    縁部
１１２、１２２、１３８、１４４、１５２、１８２、５０２、５０６    ポスト
１１３、１５５    担持表面
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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