(57)【要約】【課題】典型的な整形外科用人工膝関節では、矛盾した前方移動が、ほぼあらゆる屈曲角度、特に中程度〜後半の屈曲角度において、生じる可能性がある。【解決手段】整形外科用人工膝関節は、脛骨軸受と、脛骨軸受と関節運動をするように構成された大腿骨コンポーネントと、を含む。大腿骨コンポーネントは、脛骨軸受の支柱と接触するように構成された後方カムと、矢状面において湾曲する顆面と、を含む。顆面の曲率半径は、初期の屈曲から中程度の屈曲の間で、段階的に減少する。さらにいくつかの実施形態において、顆面の曲率半径は、中程度の屈曲において増加することがある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントであって、（ｉ）間に顆間溝を画定する、離間した顆の対であって、前記離間した顆の対の少なくとも１つが、矢状面で湾曲する顆面を有する、離間した顆の対、および（ｉｉ）前記顆間溝に配置された後方カムを含む、大腿骨コンポーネントと；
脛骨軸受であって、（ｉ）前記大腿骨コンポーネントの前記顆面と関節運動をするように構成された軸受面を有するプラットフォーム、および（ｉｉ）前記プラットフォームから上に延びる支柱を含む、脛骨軸受と、
を備え、
前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、（ｉ）前記軸受面と、前記顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で接触し、（ｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で接触し、前記第２の屈曲角度が、前記第１の屈曲角度より大きく、約０°〜約５０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で接触し、前記第３の屈曲角度が、前記第２の屈曲角度より大きく、約９０°未満であり、
（ｉ）前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を、前記第２の接点において第２の曲率半径を、および前記第３の接点において第３の曲率半径を有し、（ｉｉ）前記第３の曲率半径が、前記第２の曲率半径より少なくとも０．５ｍｍ大きく、
前記大腿骨コンポーネントの前記後方カムが、前記脛骨軸受の前記支柱と第４の屈曲角度で接触し、前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度より約１０°以下だけ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項２】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第２の屈曲角度は、約３０°以下である、後方安定型人工膝関節。
【請求項３】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の屈曲角度は、少なくとも３０°である、後方安定型人工膝関節。
【請求項４】
請求項３に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の屈曲角度は、少なくとも５０°である、後方安定型人工膝関節。
【請求項５】
請求項４に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の屈曲角度は、少なくとも７０°である、後方安定型人工膝関節。
【請求項６】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第４の屈曲角度は、前記第３の屈曲角度以下である、後方安定型人工膝関節。
【請求項７】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第４の屈曲角度は、少なくとも７０°である、後方安定型人工膝関節。
【請求項８】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の曲率半径は、前記第２の曲率半径より少なくとも２ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項９】
請求項８に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の曲率半径は、前記第２の曲率半径より少なくとも５ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項１０】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第２の半径の前記第３の半径に対する比率が、０．７５〜０．８５の範囲にある、後方安定型人工膝関節。
【請求項１１】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第２の屈曲角度が、約５０°であり、前記第３の屈曲角度が、約７０°であり、前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度とほぼ等しく、前記第３の曲率半径が、前記第２の曲率半径より少なくとも５ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項１２】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記矢状面における前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、（ｉ）前記第１の接点および前記第２の接点の間に定められる第１の曲面部、および（ｉｉ）前記第２の接点および前記第３の接点の間に定められる第２の曲面部を含み、
前記第１の曲面部が、前記第２の曲率半径とほぼ等しく、ほぼ一定の曲率半径を有し、
前記第２の曲面部が、前記第３の曲率半径とほぼ等しく、ほぼ一定の曲率半径を有する、後方安定型人工膝関節。
【請求項１３】
整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントであって、（ｉ）間に顆間溝を画定する、離間した顆の対であって、前記離間した顆の対の少なくとも１つが、矢状面で湾曲する顆面を有する、離間した顆の対、および（ｉｉ）前記顆間溝に配置された後方カムを含む、大腿骨コンポーネントと、
脛骨軸受であって、（ｉ）前記大腿骨コンポーネントの前記顆面と関節運動をするように構成された軸受面を有するプラットフォーム、および（ｉｉ）前記プラットフォームから上に延びる支柱を含む、脛骨軸受と、
を備え、
前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、（ｉ）前記軸受面と、前記顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で接触し、前記第１の屈曲角度が、約３０°未満であり、（ｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で接触し、前記第２の屈曲角度が、３５°〜９０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で接触し、前記第３の屈曲角度が、前記第２の屈曲角度より大きく、（ｉｖ）前記大腿骨コンポーネントが前記第１の屈曲角度から前記第２の屈曲角度へと動くときに前記軸受面と、前記第１の接点および前記第２の接点の間にある複数の接点で接触し、
前記大腿骨コンポーネントの前記後方カムが、前記脛骨軸受の前記支柱と第４の屈曲角度で接触し、前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度より約１０°以下だけ大きく、
前記複数の接点の各接点が、共通の基点から前記複数の接点の前記個々の接点へと延びる射線によって定められ、各射線の長さが、下記の多項式：
ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））
によって定義され、
ここで、ｒθは、屈曲角度θでの接点を定める前記射線の長さ、ａは、２０〜５０の係数値、ｂは、−０．３０＜ｂ＜０．００、０．００＜ｂ＜０．３０、およびｂ＝０からなる群から選択される範囲の係数値であり、
ｂが−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、（ｉ）ｃは０．００〜０．０１２の係数値であり、（ｉｉ）ｄは−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂが０＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、−０．０１０〜０．００の係数値、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂ＝０の場合、（ｉ）ｃは、−０．００２０＜ｃ＜０．００および０．００＜ｃ＜０．００２５からなる群から選択される範囲の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値である、後方安定型人工膝関節。
【請求項１４】
請求項１３に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を有し、前記第１の曲率半径が、基点を有し、
前記第１の曲率半径の前記基点および前記射線の前記共通の基点の間の距離が、０〜１０ｍｍの範囲にある、後方安定型人工膝関節。
【請求項１５】
請求項１３に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の屈曲角度が、０°〜１０°の範囲にあり、前記第２の屈曲角度が、４５°〜５５°の範囲にあり、前記第３の屈曲角度が、約６５°〜約７５°の範囲にある、後方安定型人工膝関節。
【請求項１６】
請求項１５に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の屈曲角度が、約０°であり、前記第２の屈曲角度が、約５０°であり、前記第３の屈曲角度が、約７０°である、後方安定型人工膝関節。
【請求項１７】
請求項１３に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
（ｉ）前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を有し、前記第２の接点において第２の曲率半径を有し、前記第３の曲率半径において第３の曲率半径を有し、
（ｉｉ）前記第３の曲率半径が、前記第２の曲率半径より少なくとも０．５ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項１８】
請求項１７に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の曲率半径が、前記第１の曲率半径より少なくとも２ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項１９】
請求項１８に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の曲率半径が、前記第１の曲率半径より少なくとも５ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項２０】
請求項１７に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第３の曲率半径に対する比率が、前記第１の曲率半径の前記第２の曲率半径に対する比率より小さい、後方安定型人工膝関節。
【請求項２１】
請求項１７に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第２の曲率半径に対する比率が、約１．１０〜約１．３０である、後方安定型人工膝関節。
【請求項２２】
請求項１７に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第３の曲率半径に対する比率が、約１．００１〜約１．１００である、後方安定型人工膝関節。
【請求項２３】
請求項２２に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第３の曲率半径に対する比率が、約１．００５である、後方安定型人工膝関節。
【請求項２４】
請求項１７に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記矢状面における前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、前記第２の接点および前記第３の接点の間に定められる曲面部を含み、前記曲面部が、前記第３の曲率半径とほぼ等しく、ほぼ一定の曲率半径を有する、後方安定型人工膝関節。
【請求項２５】
請求項１３に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度以下である、後方安定型人工膝関節。
【請求項２６】
整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントであって、（ｉ）間に顆間溝を画定する、離間した顆の対であって、前記離間した顆の対の少なくとも１つが、矢状面で湾曲する顆面を有する、離間した顆の対、および（ｉｉ）前記顆間溝に配置された後方カムを含む、大腿骨コンポーネントと、
脛骨軸受であって、（ｉ）前記大腿骨コンポーネントの前記顆面と関節運動をするように構成された軸受面を有するプラットフォーム、および（ｉｉ）前記プラットフォームから上に延びる支柱を含む、脛骨軸受と、
を備え、
前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、（ｉ）前記軸受面と、前記顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で接触し、前記第１の屈曲角度が、約３０°未満であり、（ｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で接触し、前記第２の屈曲角度が、３５°〜９０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で接触し、前記第３の屈曲角度が、前記第２の屈曲角度より大きく、（ｉｖ）前記大腿骨コンポーネントが、前記第１の屈曲角度から前記第２の屈曲角度へと動くときに、前記軸受面と、前記第１の接点および前記第２の接点の間にある複数の接点において接触し、
（ｉ）前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を、前記第２の接点において第２の曲率半径を、前記第３の接点において第３の曲率半径を有し、（ｉｉ）前記第３の曲率半径が、前記第２の曲率半径より少なくとも２ｍｍ大きく、
前記大腿骨コンポーネントの前記後方カムが、前記脛骨軸受の前記支柱と第４の屈曲角度で接触し、前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度より約１０°以下だけ大きく、
前記複数の接点の各接点が、共通の基点から前記複数の接点の前記個々の接点へと延びる射線によって定められ、各射線の長さが、以下の多項式：
ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））
によって定義され、
ここで、ｒθは、屈曲角度θでの接点を定める前記射線の長さであり、ａは、２０〜５０の係数値であり、ｂは、−０．３０＜ｂ＜０．００、０．００＜ｂ＜０．３０、およびｂ＝０からなる群から選択された範囲の係数値であり、
ｂが−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、０．００〜０．０１２の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂが０＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、−０．０１０〜０．００の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂ＝０の場合、（ｉ）ｃは、−０．００２０＜ｃ＜０．００および０．００＜ｃ＜０．００２５からなる群から選択された範囲の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値である、後方安定型人工膝関節。
【請求項２７】
請求項２６に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
（ｉ）前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、内側顆面であり、前記脛骨軸受の前記軸受面が、内側軸受面であり、
（ｉｉ）前記大腿骨コンポーネントが、前記矢状面において湾曲する外側顆面をさらに含み、
（ｉｉｉ）前記脛骨軸受が、前記大腿骨コンポーネントの前記外側顆面と関節運動をするように構成された外側軸受面をさらに含む、後方安定型人工膝関節。
【請求項２８】
請求項２７に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記外側顆面が、前記内側顆面とほぼ対称形である、後方安定型人工膝関節。
【請求項２９】
請求項２７に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記大腿骨コンポーネントの前記外側顆面が、（ｉ）前記外側顆面の第１の接点において、第５の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第５の屈曲角度が、約３０°未満であり、（ｉｉ）前記外側顆面の第２の接点において、第６の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第６の屈曲角度が、３５°〜９０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記外側顆面の第３の接点において、第７の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第７の屈曲角度が、前記第６の屈曲角度より大きく、（ｉｖ）前記大腿骨コンポーネントが前記第５の屈曲角度から前記第６の屈曲角度まで動く場合に、前記第１の接点および前記第２の接点の間にある複数の接点において、前記外側軸受面と接触し、
（ｉ）前記矢状面における前記外側顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を、前記第２の接点において第２の曲率半径を、前記第３の接点において第３の曲率半径を有し、（ｉｉ）前記外側顆面の前記第３の曲率半径が、前記外側顆面の前記第２の曲率半径より少なくとも２．０ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項３０】
請求項２７に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記大腿骨コンポーネントの前記外側顆面が、（ｉ）前記外側顆面の第１の接点において、第５の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第５の屈曲角度が、約３０°未満であり、（ｉｉ）前記外側顆面の第２の接点において、第６の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第６の屈曲角度が、３５°〜９０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記外側顆面の第３の接点において、第７の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第７の屈曲角度が、前記第６の屈曲角度より大きく、（ｉｖ）前記大腿骨コンポーネントが前記第５の屈曲角度から前記第６の屈曲角度まで動く場合に、前記第１の接点および前記第２の接点の間にある複数の接点において前記外側軸受面と接触し、
前記複数の接点の各接点が、共通の基点から前記複数の接点の前記個々の接点へと延びる射線によって定められ、各射線の長さが、多項式：
ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））
によって定義され、
ここで、ｒθは、屈曲角度θでの接点を定める前記射線の長さであり、ａは、２０〜５０の係数値であり、ｂは、−０．３０＜ｂ＜０．００、０．００＜ｂ＜０．３０、およびｂ＝０からなる群から選択される範囲の係数値であり、
ｂが−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、０．００〜０．０１２の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂが０＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、−０．０１０〜０．００の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂ＝０の場合、（ｉ）ｃは、−０．００２０＜ｃ＜０．００および０．００＜ｃ＜０．００２５からなる群から選択される範囲の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値である、後方安定型人工膝関節。
【請求項３１】
請求項２７に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度以下である、後方安定型人工膝関節。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔関連米国特許出願の相互参照〕
発明の名称を「顆曲面を制御した整形外科用大腿骨コンポーネント」とする、ジョン・Ｌ・ウィリアムズ（John L. Williams）らによって２００８年６月３０日に出願された米国特許出願第XX/XXX,XXX号；発明の名称を「顆曲面を制御した後方十字靱帯温存型整形外科用人工膝関節」とする、クリステル・Ｍ・ワグナー（Christel M. Wagner）によって２００８年６月３０日に出願された米国特許出願第XX/XXX,XXX号； 発明の名称を「整形外科用の後方安定型人工関節」とする、ジョセフ・Ｇ・ワイス（Joseph G. Wyss）によって２００８年６月３０日に出願された米国特許出願第XX/XXX,XXX号；および発明の名称を「顆曲面を制御した整形外科用人工膝関節」とする、ジョセフ・Ｇ・ワイス（Joseph G. Wyss）によって２００８年６月３０日に出願された米国暫定特許出願第XX/XXX,XXX号との間で、相互参照がなされる。各特許出願の内容は全て、本願において援用される。
【０００２】
〔技術分野〕
本発明は、概して整形外科用人工関節に関し、特に膝関節置換術用の整形外科用人工関節に関する。
【０００３】
〔背景技術〕
関節置換術は、罹患および／または損傷した生来の関節を人工関節と置換する手段として、周知の術式である。典型的な人工膝関節は、脛骨トレイ、大腿骨コンポーネント、ならびに脛骨トレイおよび大腿骨コンポーネントの間に配置されたポリマー製挿入部または軸受を含む。患者の関節の損傷度に応じて、可動性が変動する整形外科用人工関節を用いることができる。人工膝関節の動きを制限することが望ましい場合、例えば重要な軟組織に損傷または欠損が見られる場合、人工膝関節は、例えば「固定式」の脛骨軸受を含むことができる。または、動きの自由度がより大きいことが望ましい場合、人工膝関節は、「可動式」の脛骨軸受を含むことができる。さらに人工膝関節は、患者の大腿骨の両方の顆の大腿骨および脛骨の接合部を置換する全置換用人工膝関節として構成することも、患者の大腿骨の１つの顆の大腿骨および脛骨の接合部を置換する一区画（または一顆）人工膝関節として構成することもできる。
【０００４】
患者の生来の膝を置換するために使用される整形外科用人工膝関節の種類は、患者の後十字靭帯を手術で保持するか、または犠牲に（すなわち切除）するかによっても異なる。例えば患者の後十字靭帯が損傷、罹患した場合、および／またはそれ以外に手術で切除する場合、後方安定化人工膝関節を用いて、より後半の屈曲角度における支持および／または制御を付加することができる。または、後十字靭帯が無傷の場合、十字靭帯を温存した人工膝関節を用いることができる。
【０００５】
典型的な整形外科用人工膝関節は、概して、患者の関節の自然な動きを再現するように構成される。膝を屈伸させると、大腿骨および脛骨コンポーネントが関節運動をし、相対的に前後運動をし、相対的に内外に回転する。しかし、整形外科用人工膝関節の運動および安定性は、患者の周辺軟組織からも、関節の運動範囲全体にわたって影響を受ける。つまり、患者の軟組織が整形外科用コンポーネントに加える力が、整形外科用人工膝関節の不本意なまたは望ましくない動きの原因となり得る。例えば、大腿骨コンポーネントが屈曲範囲で動くと、整形外科用人工膝関節が不自然な（矛盾した）前方移動量を示す場合がある。
【０００６】
典型的な整形外科用人工膝関節では、矛盾した前方移動が、ほぼあらゆる屈曲角度、特に中程度〜後半の屈曲角度において、生じる可能性がある。矛盾した前方移動は、一般的に、脛骨軸受上における大腿骨コンポーネントの異常な相対運動として定義され、大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受の間の接「点」が、脛骨軸受に対して前方に「スライド」する。この矛盾した前方移動は、関節の安定性を損ね、磨耗を早め、膝の異常運動を引き起こし、および／または、患者の活動中に不安定感を感じさせる場合がある。
【０００７】
〔発明の概要〕
ある態様によれば、整形外科用の後方安定型人工膝関節は、大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受を含む。大腿骨コンポーネントは、顆の間に顆間溝を画定する、離間した顆の対を含むことができる。離間した顆の対の少なくとも１つは、矢状面において湾曲する顆面を有することができる。大腿骨コンポーネントは、顆間溝に配置された後方カムを含むこともできる。脛骨軸受は、大腿骨コンポーネントの顆面と関節運動をするように構成された軸受面、およびプラットフォームから上に延びる支柱を有するプラットフォームを含むことができる。
【０００８】
いくつかの実施形態において、大腿骨コンポーネントの顆面は、顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で軸受面と接触することができ、顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で軸受面と接触することができ、顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で軸受面と接触することができる。さらに、大腿骨コンポーネントの後方カムは、脛骨軸受の支柱と第４の屈曲角度で接触することができる。
【０００９】
第２の屈曲角度は、第１の屈曲角度よりも大きくすることができ、いくつかの実施形態においては、約０°〜約５０°の範囲とすることができる。例えば、ある実施形態において、第２の屈曲角度は、約３０°以下である。第３の屈曲角度は、第２の角度より大きく、約９０°未満とすることができる。例えば、ある実施形態において、第３の屈曲角度は、少なくとも３０°である。別の実施形態において、第３の屈曲角度は、少なくとも５０°である。さらに別の実施形態において、第３の屈曲角度は、少なくとも７０°である。いくつかの実施形態において、第４の屈曲角度は、第３の屈曲角度より約１０°以下だけ大きい。例えば、ある特定の実施形態においては、第４の屈曲角度は、第３の屈曲角度以下である。さらに、いくつかの実施形態において、第４の屈曲角度は、少なくとも５０°である。別の実施形態において、第４の屈曲角度は、少なくとも７０°である。
【００１０】
矢状面における顆面は、第１の接点において第１の曲率半径を、第２の接点において第２の曲率半径を、第３の接点において第３の曲率半径を有することができる。いくつかの実施形態において、第３の曲率半径は、第２の曲率半径より少なくとも０．５ｍｍ大きい。例えば、第３の曲率半径は、いくつかの実施形態においては第２の曲率半径より少なくとも２ｍｍ大きく、他の実施形態においては５ｍｍ大きくすることができる。さらに、いくつかの実施形態において、第２の半径の第３の半径に対する比率は、０．７５〜０．８５の範囲である。
【００１１】
いくつかの実施形態において、矢状面における大腿骨コンポーネントの顆面は、第１の曲面部および第２の曲面部を含むことができる。第１の曲面部は、第１の接点および第２の接点の間に定めることができる。第２の曲面部は、第２の接点および第３の接点の間に定めることができる。かかる実施形態において、第１の曲面部は、第２の曲率半径とほぼ等しい、ほぼ一定の曲率半径を有することができる。さらに、第２の曲面部は、第３の曲率半径とほぼ等しい、ほぼ一定の曲率半径を有することができる。
【００１２】
別の態様によれば、整形外科用の後方安定型人工膝関節は、大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受を含む。大腿骨コンポーネントは、顆の間に顆間溝を画定する、離間した顆の対を含むことができる。離間した顆の対の少なくとも１つは、矢状面において湾曲する顆面を有することができる。大腿骨コンポーネントは、顆間溝に配置された後方カムを含むこともできる。脛骨軸受は、大腿骨コンポーネントの顆面と関節運動をするように構成された軸受面、およびプラットフォームから上に延びる支柱を有するプラットフォームを含むことができる。
【００１３】
いくつかの実施形態において、大腿骨コンポーネントの顆面は、顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で軸受面と接触することができる。第１の屈曲角度は、約３０°未満とすることができる。さらに、顆面は、顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で軸受面と接触することができる。第２の屈曲角度は、３５°〜９０°の範囲とすることができる。大腿骨コンポーネントの顆面も、顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で軸受面と接触することができる。第３の屈曲角度は、第２の屈曲角度より大きくすることができる。さらに、大腿骨コンポーネントが、第１の屈曲角度から第２の屈曲角度へと動くときに、顆面は、第１の接点および第２の接点の間の複数の接点において、軸受面と接触することができる。さらに、いくつかの実施形態において、大腿骨コンポーネントの後方カムは、脛骨軸受の支柱と第４の屈曲角度で接触することができる。後方カムが支柱と接触する第４の屈曲角度は、第３の屈曲角度より小さく、ほぼ同じに、またはわずかに大きくすることができる。例えばある実施形態において、第４の屈曲角度は、第３の屈曲角度より約１０°以下だけ大きい。
【００１４】
いくつかの実施形態において、複数の接点の各接点は、共通の基点から複数の接点の個々の接点へと延びる射線によって定められる。各射線の長さは、以下の多項式：ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））で定義される。ここで、ｒθは屈曲角度θでの接点を定める射線の長さであり、ａは、２０〜５０の係数値であり、ｂは、−０．３０＜ｂ＜０．０、０．００＜ｂ＜０．３０、およびｂ＝０からなる群から選択された範囲にある係数値である。ｂが−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、ｃは０．００〜０．０１２の係数値であり、ｄは−０．０００１５〜０．００の係数値である。または、ｂが０＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、ｃは−０．０１０〜０．００の係数値であり、ｄは−０．０００１５〜０．００の係数値である。さらにまたは、ｂ＝０の場合、ｃは、−０．００２０＜ｃ＜０．００および０．００＜ｃ＜０．００２５からなる群から選択された範囲にある係数値であり、ｄは−０．０００１５〜０．００の係数値である。いくつかの実施形態において、第１の曲率半径の基点および射線の共通の基点の距離は、０〜１０ｍｍの範囲である。
【００１５】
いくつかの実施形態において、第１の屈曲角度は、０〜１０°とすることができ、第２の屈曲角度は、４５°〜５５°の範囲とすることができ、第３の屈曲角度は、約６５°〜約７５°の範囲とすることができる。例えば、ある特定の実施形態においては、第１の屈曲角度は約０°、第２の屈曲角度は約５０°、第３の屈曲角度は約７０°である。さらに、第４の屈曲角度は、約７０°とすることができる。
【００１６】
いくつかの実施形態において、矢状面における顆面は、第１の接点において第１の曲率半径を、第２の接点において第２の曲率半径を、第３の曲率半径において第３の曲率半径を有する。かかる実施形態において、第３の曲率半径は、第２の曲率半径より少なくとも０．５ｍｍ大きい。いくつかの実施形態において、第３の曲率半径は、第１の曲率半径より少なくとも２ｍｍ大きくすることができる。さらに、いくつかの実施形態において、第３の曲率半径は、第１の曲率半径より少なくとも５ｍｍ大きい。
【００１７】
さらに、いくつかの実施形態において、矢状面における大腿骨コンポーネントの顆面は、第２の接点および第３の接点の間に定められる曲面部を含むことができる。かかる実施形態において、曲面部は、第３の曲率半径とほぼ等しい、ほぼ一定の曲率半径を有することができる。
【００１８】
さらに別の態様によれば、整形外科用の後方安定型人工膝関節は、大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受を含むことができる。大腿骨コンポーネントは、顆の間に顆間溝を画定する、離間した顆の対を含むことができる。離間した顆の対の少なくとも１つは、矢状面において湾曲する顆面を有することができる。大腿骨コンポーネントは、顆間溝に配置された後方カムを含むこともできる。脛骨軸受は、プラットフォームを含むことができ、プラットフォームは、大腿骨コンポーネントの顆面と関節運動をするように構成された軸受面、およびプラットフォームから上に延びる支柱を有する。
【００１９】
いくつかの実施形態において、大腿骨コンポーネントの顆面は、顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で軸受面と接触することができる。第１の屈曲角度は、約３０°未満とすることができる。さらに、顆面は、顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で軸受面と接触することができる。第２の屈曲角度は、３５°〜９０°の範囲とすることができる。大腿骨コンポーネントの顆面は、顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で軸受面と接触することもできる。第３の屈曲角度は、第２の屈曲角度より大きくすることができる。いくつかの実施形態において、大腿骨コンポーネントの後方カムは、脛骨軸受の支柱と第４の屈曲角度で接触することができる。さらに、顆面は、大腿骨コンポーネントが、第１の屈曲角度から第２の屈曲角度へと動くときに、第１の接点および第２の接点の間の複数の接点において、軸受面と接触することができる。さらにいくつかの実施形態において、大腿骨コンポーネントの後方カムは、脛骨軸受の支柱と第４の屈曲角度で接触することができる。第４の屈曲角度は、第３の屈曲角度以下とすることができる。
【００２０】
いくつかの実施形態において、矢状面における顆面は、第１の接点において第１の曲率半径を、第２の接点において第２の曲率半径を、第３の曲率半径において第３の曲率半径を有する。かかる実施形態において、第３の曲率半径は、第２の曲率半径より少なくとも２．０ｍｍ大きい。
【００２１】
またさらに、複数の接点の各接点は、共通の基点から複数の接点の個々の接点へと延びる射線によって定めることができる。各射線の長さは、以下の多項式：ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））によって定義される。ここで、ｒθは屈曲角度θでの接点を定める射線の長さ、ａは２０〜５０の係数値、ｂは−０．３０＜ｂ＜０．０、０．００＜ｂ＜０．３０、およびｂ＝０からなる群から選択される範囲の係数値である。ｂが−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、ｃは０．００〜０．０１２の係数値、ｄは−０．０００１５〜０．００の係数値である。または、ｂが０＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、ｃは−０．０１０〜０．００の係数値、ｄは−０．０００１５〜０．００の係数値である。さらにまたは、ｂ＝０の場合、ｃは、−０．００２０＜ｃ＜０．００および０．００＜ｃ＜０．００２５からなる群から選択される範囲の係数値、ｄは−０．０００１５〜０．００の係数値である。いくつかの実施形態において、第１の曲率半径の基点および射線の共通の基点の間の距離は、０〜１０ｍｍの範囲にある。
【００２２】
さらに、いくつかの実施形態において、離間した顆の対の各々は、顆面を含むことができる。かかる実施形態において、顆面は、ほぼ対称とすることも、非対称とすることもできる。
【００２３】
添付図面を参照して、詳細に説明する。
【００２４】
〔図面の詳細な説明〕
本発明の概念は、さまざまな改変および代替的な形態に適用可能であるが、本発明の実施形態の具体例を、例示的に図面に示し、本明細書において詳述する。ただし、本発明の概念を、開示された特定の形態に限定することを意図するものではなく、逆に、あらゆる改変、均等物、および代替が、添付した特許請求の範囲に規定した通り、本発明の趣旨および技術範囲に属することを意図することを理解されたい。
【００２５】
解剖学的参照を示す用語、例えば前方、後方、内側、外側、上側、下側等は、本明細書に記載する整形外科用インプラントおよび患者本来の解剖学的構造の両方に関して、本発明の開示全体にわたって使用可能である。かかる用語は、解剖学の研究および整形外科の技術分野の両方において、周知の意味を有する。このような解剖学的な参照用語を本明細書および特許請求の範囲において用いる場合、特に示した場合を除き、これらの用語が有する周知の意味と一致することを意図する。
【００２６】
ここで図１を参照すると、ある実施形態において、整形外科用の後方安定型人工膝関節１０は、大腿骨コンポーネント１２、脛骨軸受１４、および脛骨トレイ１６を含む。大腿骨コンポーネント１２および脛骨トレイ１６は、コバルトクロムまたはチタン等の金属材料で形成された例を示すが、他の実施形態において、他の材料、例えばセラミック材料、ポリマー材料、生物工学的材料等から形成される場合もある。脛骨軸受１４は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等のポリマー材料で形成された例を示すが他の実施形態において、他の材料、例えばセラミック材料、ポリマー材料、生物工学的材料等から形成される場合もある。
【００２７】
以下に詳述するように、大腿骨コンポーネント１２は、脛骨軸受１４と関節運動をするように構成され、脛骨軸受１４は、脛骨トレイ１６と連結するように構成される。例示した脛骨軸受１４は、回転式または可動式の脛骨軸受として具現化されており、使用時は脛骨トレイ１２に対して回転するように構成される。ただし、他の実施形態においては、脛骨軸受１４が、脛骨トレイ１６に対する回転が限定または制限されうる固定式の脛骨軸受として具現化される場合もある。
【００２８】
脛骨トレイ１６は、外科処置によって準備された患者の脛骨の近位端（図示せず）に固定されるように構成される。脛骨トレイ１６は、骨用接着剤または他の取り付け手段によって、患者の脛骨に固定することができる。脛骨トレイ１６は、頂面２０および底面２２を有するプラットフォーム１８を含む。例示によれば、頂面２０は概ね平面であり、いくつかの実施形態においては、精密に研磨されている場合もある。脛骨トレイ１６は、プラットフォーム１８の底面２２から下方に延在するステム２４も含む。空隙または穴２６は、プラットフォーム１８の頂面２０上に画定され、ステム２４内を下方に延在する。穴２６は、以下に詳述するように、脛骨挿入部１４の相補的なステムを受容するように形成される。
【００２９】
上述したように、脛骨軸受１４は、脛骨トレイ１６と連結するように構成される。脛骨軸受１４は、上側軸受面３２および底面３４を有するプラットフォーム３０を含む。脛骨軸受１４が回転式または可動式の脛骨軸受として具現化された例示的な実施形態においては、軸受１４は、プラットフォーム３０の底面３２から下方に延在するステム３６を含む。脛骨軸受１４を脛骨トレイ１６と連結すると、ステム３６は、脛骨トレイ１６の穴２６に受容される。使用時は、脛骨軸受１４が、ステム３６によって定められる軸を中心として、脛骨トレイ１６に対して回転するように構成される。脛骨軸受１４が固定式の脛骨軸受として具現された実施形態においては、軸受１４は、ステム３６を含んでも含まなくてもよく、および／または脛骨軸受１４を回転させない構成で脛骨トレイ１８に固定する他の装置または機構を含むことができる。
【００３０】
脛骨軸受１４の上側軸受面３２は、内側軸受面４２、外側軸受面４４、およびプラットフォーム１６から上に延びる支柱６０を含む。内側および外側軸受面４２，４４は、以下に詳述するように、大腿骨コンポーネント１４の対応する内側および外側顆５２，５４を受容し、さもなければこれらと接触するように構成される。つまり、軸受面４２，４４の各々は、凹面の輪郭を有する。支柱６０は、軸受面４２，４４の間に位置し、前方側面６２およびカム面６６を有する後方側面６４を含む。例示的な実施形態において、カム面６６は、ほぼ凹面の曲面を有する。だが、他の形状を有するカム面６６を含む支柱６０が、他の実施形態において使用される場合がある。例えば、ほぼ「Ｓ字」形状の断面を特徴とする支柱を含む脛骨軸受、例えば、本明細書において援用する、発明の名称を「整形外科用の後方安定型人工関節」とするジョセフ・Ｇ・ワイス（Joseph G. Wyss）らによる米国特許出願第XX/XXX,XXX号に記載された脛骨軸受を、他の実施形態において使用する場合がある。
【００３１】
大腿骨コンポーネント１２は、患者の大腿骨の遠位端（図示せず）の外科処置によって準備された表面に連結するように構成される。大腿骨コンポーネント１２は、骨用接着剤または他の取り付け手段によって、患者の大腿骨に固定することができる。大腿骨コンポーネント１２は、内側および外側顆の対５２，５４を有する外側の関節運動面５０を含む。使用時に、顆５２，５４は、患者の大腿骨本来の顆を置換し、脛骨軸受１４のプラットフォーム３０の対応する軸受面４２，４４と関節運動をするように構成される。
【００３２】
顆５２，５４は、間に顆間溝または凹部５６を画定するように離間する。後方カム８０および前方カム８２（図２参照）は、顆間溝５６内に位置する。後方カム８０は、大腿骨コンポーネント１２の後ろ側に向かって位置し、カム面８６を含む。カム面８６は、以下に図２〜図４を参照してより詳細に例示および説明するように、屈曲時に脛骨軸受１２の支柱６０のカム面６６と係合し、さもなければ接触するように構成される。
【００３３】
例示的な整形外科用人工膝関節１０は、患者の右膝を置換するように構成され、つまり、軸受面４２および顆５２は内側に位置し、軸受面４４および顆５４は外側に位置するものとして記載されていることを理解されたい。ただし、他の実施形態においては、整形外科用人工膝関節１０が患者の左膝を置換するように構成される場合もある。かかる実施形態においては、軸受面４２および顆５２が外側に位置し、軸受面４４および顆５４が内側に位置する場合があることを理解されたい。いずれにせよ、本明細書に記載された特徴および概念は、患者のどちらの膝関節をも置換するように構成された整形外科用人工膝関節に組み込むことが可能である。
【００３４】
ここで図２〜図４を参照すると、大腿骨コンポーネント１２は使用時に、脛骨軸受１４上で関節運動をするように構成される。大腿骨コンポーネント１２の顆５２，５４の各々は、顆面１００を含み、顆面１００は、矢状面において凸状に湾曲し、軸受面４２，４４と個別に接触するように構成される。さらに、予め設定した屈曲範囲において、大腿骨コンポーネント１２の後方カム８０は、脛骨軸受１４の支柱６０と接触する。例えば、図２に示すある実施形態においては、整形外科用人工膝関節１０が伸長状態にある場合、またはその他屈曲状態にない場合（例えば、約０°で屈曲する場合）、顆５２の顆面１００は、軸受面４２（または、顆５４については軸受面４４）と、顆面１００の１つ以上の接点１００において接触する。さらに、この特定の屈曲角度において、後方カム８０は支柱６０と接触しない。だが、より後半の（すなわち、より大きい）屈曲角度において、後方カム８０は支柱６０と接触して、整形外科用人工関節の運動をある程度制御するように構成される。
【００３５】
整形外科用人工膝関節１０が中程度の屈曲角度で関節運動をするため、大腿骨コンポーネント１２は脛骨軸受１４と、顆面１００の１つ以上の接点において接触する。例えば、図３に示すある実施形態において、整形外科用人工膝関節１０が中程度までの屈曲角度（例えば、約４５°）で関節運動をする場合、顆面１００は軸受面４２と、顆面１００の１つ以上の接点１０４において接触する。以下に詳述するように、特定の実施形態によっては、後方カム８０は、この特定の屈曲角度において、支柱６０と接触する場合も接触しない場合もある。いずれにせよ、整形外科用人工膝関節１０が後半の屈曲角度（例えば、屈曲角度約７０°）まで関節運動をするため、図４に示すように、顆面１００は軸受面４２と、顆面１００の１つ以上の接点１０６において接触する。さらに、後方カム８０は、ここで支柱６０と接触する。言うまでもなく、大腿骨コンポーネント１２は脛骨軸受１４と、顆面１００の複数の接点において、特定の屈曲角度のいずれか１つで接触し得ることを理解されたい。ただし、説明を明確にするために、接点１０２，１０４，１０６のみを、それぞれ図２〜図４において例示した。
【００３６】
後方カム８０が最初に支柱６０と接触する特定の屈曲角度は、大腿骨コンポーネント１２の顆面１００の特定形状に基づく。例えば、図２〜図４の例示的な実施形態において、整形外科用人工膝関節１０は、後方カム８０が支柱６０と、最初に屈曲角度約７０°で接触するように構成される。ただし、他の実施形態においては、以下に詳述するように、後方カム８０が支柱６０と、最初に他の屈曲角度で接触する場合がある。
【００３７】
整形外科用人工膝関節１０は、大腿骨コンポーネント１２の脛骨軸受１４に対する矛盾した前方移動量を軽減し、さもなければより後半の（すなわち、より大きい）屈曲角度まで遅らせることができるように構成される。特に、以下に詳述するように、顆５２，５４のいずれか一方または両方の顆面１００は、前方移動を軽減および／または遅らせるように構成された特定の形状または曲面を有し、いくつかの実施形態においては、大腿骨コンポーネント１２の「ロールバック」または後方移動を促進する。大腿骨コンポーネント１２の矛盾した前方移動の開始をより大きい屈曲角度まで遅らせることにより、深い屈曲が通常不可能な患者の活動において、矛盾した前方移動の発生を全体的に軽減することができることを理解されたい。
【００３８】
典型的な整形外科用人工膝関節においては、人工膝関節が０°より大きい屈曲角度に位置する場合には必ず、矛盾した前方移動が生じる可能性がある。整形外科用人工膝関節がより大きい屈曲角度、特に中程度の屈曲範囲で関節運動をすると、前方移動の可能性は一般的に上昇する。かかる方向において、大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受の間の接線方向の（引張）力が以下の式を満たさない場合は、脛骨軸受上における大腿骨コンポーネントの矛盾した前方移動が常に生じる可能性がある：
Ｔ＜μＮ    （１）
ここで「Ｔ」は接線方向の（引張）力、「μ」は大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受の摩擦係数、「Ｎ」は大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受の間に働く垂直抗力である。一般化すると、大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受の間に働く接線方向の（引張）力は、以下のように定義することができる。
Ｔ＝Ｍ／Ｒ    （２）
ここで「Ｔ」は、大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受の間に働く接線方向の（引張）力、「Ｍ」は膝のモーメント、「Ｒ」は脛骨軸受と特定の屈曲角度で接触する顆面の矢状面における曲率半径である。式（２）は、支配的な現実世界の式を単純化したものであり、慣性および加速度などの他の要素を考慮していないことを理解されたい。いずれにせよ、式（２）によって、整形外科用人工膝関節の矛盾した前方移動が、大腿骨コンポーネントの顆面の曲率半径を制御することで軽減または遅らせることができることが推測できる。すなわち、顆面の曲率半径を制御（例えば、曲率半径を増加または維持）することによって、式（２）の右側を減少させ、それにより接線方向の（引張）力の値を減少させて式（１）を満たすことが可能となる。上述したように、接線方向の（引張）力が式（１）を満たすようにすれば、脛骨軸受上における大腿骨コンポーネントの矛盾した前方移動は、軽減され、さもなければより大きい屈曲角度まで遅らせることができる。
【００３９】
上述の分析に基づいて、矛盾した前方移動を軽減または開始を遅らせるために、大腿骨コンポーネント１２の顆５２，５４のいずれか一方または両方の顆面１００の形状を制御する。例えばいくつかの実施形態において、顆面１００の曲率半径を制御し、曲率半径を屈曲角度の範囲にわたって一定に保ち、および／または初期〜中程度の屈曲範囲において増加させる。これに対して、典型的な大腿骨コンポーネントは、遠位曲率半径で（すなわち、屈曲角度約０において）始まる曲率半径を減少させる。だが、相対的に一定の曲率半径（すなわち、曲率半径を減少させない）を、初期〜中程度の屈曲の予め設定した角度範囲にわたって維持することにより、および／または屈曲角度の予め設定した範囲にわたって曲率半径を増加させることにより、大腿骨コンポーネント１２の矛盾した前方移動を軽減または遅らせることができることが確認された。
【００４０】
さらにいくつかの実施形態において、顆面１００は、顆面１００の別個の曲率半径の間において段階的に移行するように構成される。すなわち、急な移行ではなく、別個の曲率半径の間で段階的に移行することにより、大腿骨コンポーネント１２の矛盾した前方移動を、軽減または遅らせることができる。さらにいくつかの実施形態において、顆面の曲率半径の初期〜中程度の屈曲範囲（例えば約０°〜約９０°）における変化率は、予め設定した閾値よりも変化率が小さくなるように制御される。すなわち、顆面１００の曲率半径の変化率が予め設定した閾値より大きい場合に、矛盾した前方移動が生じ得ることが確認された。
【００４１】
そこで、いくつかの実施形態においては、図５〜図８に示すように、大腿骨コンポーネント１２の顆面１００は、初期〜中程度の屈曲角度において曲率半径が増加する。曲率半径を増加させることによって、以下に詳述するように、矛盾した前方移動を軽減し、またはより後半の屈曲角度まで遅らせることができる。特に、矛盾した前方移動を、大腿骨コンポーネント１２の後方カム８０が最初に脛骨軸受１４の支柱６０と接触する屈曲角度以上となるまで遅らせることができる。後方カム８０が支柱６０と接触した後は、矛盾した前方移動が、後方カム８０が支柱６０と係合することによって制御される。すなわち、後方カム８０の前方移動を、支柱６０によって制限し得る。
【００４２】
曲率半径Ｒ２および曲率半径Ｒ３の間の増加量、ひいては、かかる増加が生じる顆面１００上における屈曲角度が、矛盾した前方移動の発生に影響することが確認された。本願において援用する、発明の名称を「顆曲面を制御した整形外科用人工大腿骨」とする同時出願の米国特許出願第XX/XXX,XXX号においてより詳述したように、さまざまな構成の大腿骨コンポーネントについての複数のシミュレーションは、ＬｉｆｅＭＯＤ／Ｋｎｅｅ  Ｓｉｍの１００７．１．０ベータ１６版ソフトウエアプログラムを用いて実施されたものであり、本ソフトウエアは、カリフォルニア州サンクレメンテのライフモデラー社（LifeModeler, Inc.）から市販される、初期〜中程度の屈曲における大腿骨コンポーネントの顆面の曲率半径の増加に対する効果分析用ソフトウエアである。このような分析により、脛骨軸受に対する大腿骨コンポーネントの矛盾した前方移動が軽減され、さもなければ顆面の曲率半径を約０．５ｍｍ〜約５ｍｍ以上の範囲の増加量とすることにより、屈曲角度約３０°〜約９０°の範囲に遅らせることができることが確認された。
【００４３】
例えば図９に示すグラフ２００は、屈曲角度約３０°、５０°、７０°、および９０°において、顆面の曲率半径を０．５ｍｍ（すなわち２５．０ｍｍ〜２５．５ｍｍ）増加させた大腿骨コンポーネントを用いて、膝を深く屈曲させたシミュレーション結果を示す。同様に、図１０に示すグラフ３００は、屈曲角度約３０°、５０°、７０°、および９０°において、顆面の曲率半径を１．０ｍｍ（すなわち、２５．０ｍｍ〜２６．０ｍｍ）増加させた大腿骨コンポーネントを用いて、膝を深く屈曲させたシミュレーション結果を示す。図１１に示すグラフ４００は、屈曲角度約３０°、５０°、７０°、および９０°において、顆面の曲率半径を２．０ｍｍ（すなわち、２５．０ｍｍ〜２７．０ｍｍ）増加させた大腿骨コンポーネントを用いて、膝を深く屈曲させたシミュレーション結果を示す。さらに、図１２に示すグラフ５００は、屈曲角度約３０°、５０°、７０°、および９０°において、顆面の曲率半径を５．０ｍｍ（すなわち、２５．０ｍｍ〜２６．０ｍｍ）増加させた大腿骨コンポーネントを用いて、膝を深く屈曲させたシミュレーション結果を示す。
【００４４】
グラフ２００，３００，４００，５００において、大腿骨コンポーネントの内側顆（「内」）および外側顆（「外」）の最低顆点または最遠位顆点（ＣＬＰ）は、大腿骨コンポーネントの脛骨軸受に対する相対位置をグラフで表す。つまり、下向きに傾斜する線が、脛骨軸受上における大腿骨コンポーネントのロールバックを示し、上向きに傾斜する線が、脛骨軸受上における大腿骨コンポーネントの前方移動を示す。
【００４５】
グラフ２００，３００，４００，５００に示すように、大腿骨コンポーネントの前方へのスライドは、各実施形態において、屈曲角度約１００°を超えるまで遅くなった。前方移動量は、約１ｍｍ未満にまで限定された。特に、脛骨軸受上における大腿骨コンポーネントの「ロールバック」が、より初期の屈曲角度において、顆面の曲率半径をより増加させることによって促進された。言うまでもなく、かかる増加が導入される曲率半径および屈曲角度の増加量は、他の要因、例えば患者の膝の関節スペースの解剖学的構造、脛骨軸受の寸法等によって限定される。いずれにせよ、グラフ２００，３００，４００，５００が示すシミュレーションに基づき、脛骨軸受上における大腿骨コンポーネントの矛盾した前方移動を軽減し、さもなければ大腿骨コンポーネントの顆面の曲率半径を初期〜中程度の屈曲において増加させることで遅らせることが可能である。
【００４６】
そこで、再び図５〜図８を参照すると、矢状面における顆面１００は、曲面部１０２，１０４，１０６，１０８から部分的に形成され、各曲面部の矢状端は、顆面１００に隣接する任意の曲面部の矢状端に接する。曲面部１０２，１０４，１０６，１０８の各々は、曲率半径によって定められる。特に、曲面部１０２は曲率半径Ｒ２によって定められ、曲面部１０４は曲率半径Ｒ３によって定められ、曲面部１０６は曲率半径Ｒ４によって定められる。
【００４７】
大腿骨コンポーネント１２の顆面１００は、曲面部１０４の曲率半径Ｒ３が曲面部１０２の曲率半径Ｒ２より大きくなるように構成される。ある実施形態において、曲率半径Ｒ３は曲率半径Ｒ２より０．５ｍｍ以上大きい。別の実施形態において、曲率半径Ｒ３は曲率半径Ｒ２より２ｍｍ以上大きい。別の実施形態において、曲率半径Ｒ３は曲率半径Ｒ２より２ｍｍ以上大きい。ある特定の実施形態において、曲率半径Ｒ３は曲率半径Ｒ２より少なくとも５ｍｍ以上大きい。ただし、実施形態によっては、曲率半径Ｒ２〜Ｒ３の特定の増加は、大腿骨コンポーネント１２の特定の寸法に基づき、または比例する場合もあることを理解されたい。
【００４８】
曲面部１０２，１０４，１０６，１０８の各々は、脛骨軸受１４の軸受面４２（または４４）と、異なる範囲の屈曲角度で接触する。例えば曲面部１０２は、より初期の屈曲角度θ１〜より後半の屈曲角度θ２で延在する。曲面部１０４は、屈曲角度θ２〜より後半の屈曲角度θ３で延在する。曲面部１０６は、屈曲角度θ３〜より後半の屈曲角度θ４まで延在する。
【００４９】
例えばある実施形態において、図５に示すように、曲面部１０２は、屈曲角度約０°の屈曲角度θ１〜屈曲角度約５０°の屈曲角度θ２で延在する。曲面部１０４は、屈曲角度約５０°の屈曲角度θ２〜屈曲角度約７０°の屈曲角度θ３で延在する。曲面部１０６は、屈曲角度約７０°の屈曲角度θ３〜屈曲角度約１２０°の屈曲角度θ４で延在する。図５の例示的な実施形態において、大腿骨コンポーネント１２の後方カム８０は、脛骨軸受１４の支柱６０と、屈曲角度約７０°の屈曲角度θＣで係合または接触するように構成される。ただし、他の実施形態においては、後方カム８０が支柱６０と、初期の屈曲角度または７０°より後半の屈曲角度で係合するように構成される場合もある。後方カム８０が支柱６０と、曲率半径がＲ３からＲ４へと低下する前または直後に係合または接触するようにすることで、整形外科用人工関節の運動制御を、顆面１００の形状から、後方カム８０および支柱６０の相互作用へと移行し、大腿骨コンポーネント１２の前方移動量をさらに低下させることができる。例えばある特定の実施形態においては、後方カム８０が支柱６０と、顆面１００の曲面半径が曲率半径Ｒ３から曲率半径Ｒ４へと低下する屈曲角度θＣであって、屈曲角度θ３より１０°以下だけ大きい、屈曲角度θＣで、係合または接触するように構成することができる。
【００５０】
別の実施形態において、図６に示すように、曲面部１０２は、屈曲角度約０°の屈曲角度θ１〜屈曲角度約１０°の屈曲角度θ２で延在する。曲面部１０４は、屈曲角度約１０°の屈曲角度θ２〜屈曲角度約３０°の屈曲角度θ３で延在する。曲面部１０６は、屈曲角度約３０°の屈曲角度θ３〜屈曲角度約１２０°の屈曲角度θ４で延在する。図６の例示的な実施形態において、大腿骨コンポーネント１２の後方カム８０は脛骨軸受１４の支柱６０と、屈曲角度約３０°の屈曲角度θＣで係合または接触するように構成される。ただし繰り返すと、他の実施形態においては、後方カム８０は支柱６０と、３０°より初期の（すなわち、曲率半径がＲ３からＲ４へと低下するよりも初期の）屈曲角度で、またはその直後（例えば０〜１０°）に、係合するように構成される場合がある。
【００５１】
別の実施形態においては、図７に示すように、曲面部１０２は、屈曲角度約０°の屈曲角度θ１〜屈曲角度約３０°の屈曲角度θ２で延在する。曲面部１０４は、屈曲角度約３０°の屈曲角度θ２〜屈曲角度約５０°の屈曲角度θ３で延在する。曲面部１０６は、屈曲角度約５０°の屈曲角度θ３〜屈曲角度約１２０°の屈曲角度θ４で延在する。図７の例示的な実施形態において、大腿骨コンポーネント１２の後方カム８０は脛骨軸受１４の支柱６０と、屈曲角度約５０°の屈曲角度θＣで係合または接触するように構成される。ただし繰り返すと、他の実施形態においては、後方カム８０が支柱６０と、５０°より初期の（すなわち、曲率半径Ｒ３からＲ４へと低下するより初期の）屈曲角度で、またはその直後（例えば、０〜１０°）に係合するように構成される場合もある。
【００５２】
別の実施形態において、図８に示すように、曲面部１０２は、屈曲角度約０°の屈曲角度θ１〜屈曲角度約７０°の屈曲角度θ２で延在する。曲面部１０４は、屈曲角度約７０°の屈曲角度θ２〜屈曲角度約９０°の屈曲角度θ３で延在する。曲面部１０６は、屈曲角度約９０°の屈曲角度θ３〜屈曲角度約１２０°の屈曲角度θ４で延在する。図８の例示的な実施形態において、大腿骨コンポーネント１２の後方カム８０は脛骨軸受１４の支柱６０と、屈曲角度約９０°の屈曲角度θＣで係合または接触するように構成される。ただし繰り返すと、他の実施形態においては、後方カム８０は支柱６０と、９０°より初期の（すなわち、曲率半径がＲ３からＲ４へと低下するより初期の）屈曲角度で、またはその直後（例えば、０〜１０°）に係合するように構成される場合もある。
【００５３】
図５〜図８の実施形態は例示的な実施形態であり、他の実施形態においては、曲面部１０２，１０４，１０６の各々が、図５〜図８に示した、および上述した屈曲角度とは異なる屈曲角度で延在する場合もあることを理解されたい。例えば、図５〜図８の各実施形態においては、曲面部１０２が屈曲角度約０°で開始するように示されるが、他の実施形態においては、曲面部１０２が屈曲角度０°より前の屈曲角度（すなわち、過伸展の角度）をとる場合もある。
【００５４】
さらに、後方カム８０が支柱６０と接触する屈曲角度θＣは、曲率半径Ｒ３が曲率半径Ｒ４へと低下する屈曲角度θ３よりも、小さい場合、ほぼ等しい場合、またはわずかに大きい場合があることを理解されたい。いくつかの実施形態において、屈曲角度θＣは、屈曲角度θ３の予め設定した閾値以内である。例えばある特定の実施形態において、屈曲角度θＣは、屈曲角度θ３の約１０°以内である。例えば曲率半径Ｒ３は、約７０°の屈曲角度θ３で曲率半径Ｒ４まで低下する場合があり、後方カム８０は、屈曲角度約６０〜約８０°の範囲の屈曲角度θＣで、最初に支柱６０と接触するように構成される場合がある。
【００５５】
ここで図１３〜図１５を参照すると、いくつかの実施形態において、顆面１００は、初期〜中程度の屈曲範囲において、別個の（discreet）曲率半径の間で段階的に移行することを含むことにより、屈曲角度の範囲にわたっての顆面の曲率半径変化を減少させる。例えば図１３に示すように、いくつかの実施形態において、曲面部１０２は、第１の曲率半径Ｒ１から第２の曲率半径Ｒ２へと段階的に移行するように構成される。そのために、図５〜図８に示し、上述したように、曲面部１０２は、一定の曲率半径ではなく、複数の射線１２０によって定められる。複数の射線１２０の各々は、共通の基点Ｏを始点とする。さらに、複数の射線１２０の各々は、曲面部１２０上に接点１３０を個々に定める。図１３には、図面の明確化のため３つの射線１２０のみが示されるが、無限の数の射線１２０を用いて曲面部１０２を定めることができることを理解されたい。
【００５６】
集合して曲面部１０２を定める接点１３０の各位置は、各屈曲角度における各射線１２０の長さによって決定することができる。特に、予想外に、脛骨軸受１４上における大腿骨コンポーネント１２の矛盾した前方移動は、曲面部１０２を以下の多項式：
ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））    （３）
に従って定義することで軽減または遅らせることができることが確認された。
ここで「ｒθ」は、曲面部１０４上に屈曲角度「θ」で接点１３０を定める射線１２０の長さ（メートル単位）、「ａ」は２０〜５０のスカラー値、「ｂ」は：
−０．３０＜ｂ＜０．００、    （４）
０．００＜ｂ＜０．３０、または
ｂ＝０
から選択される係数値である。
【００５７】
選択された係数「ｂ」が、−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、係数「ｃ」および「ｄ」は：
０．００＜ｃ＜０．０１２    （５）
および−０．０００１５＜ｄ＜０．００
となるように選択される。
【００５８】
または、選択された係数「ｂ」が、０．００＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、係数「ｃ」および「ｄ」は：
−０．０１０＜ｃ＜０．００    （６）
および−０．０００１５＜ｄ＜０．００
となるように選択される。
【００５９】
さらに、選択された係数「ｂ」が０の場合、係数「ｃ」および「ｄ」は：
−０．００２０＜ｃ＜０．００、または    （７）
０．００＜ｃ＜０．００２５、および
−０．０００１５＜ｄ＜０．００
となるように選択される。
【００６０】
スカラー値「ａ」ならびに係数「ｂ」、「ｃ」、および「ｄ」の値の範囲は、多項式（３）が取り得る無限の解から決定されたことを理解されたい。すなわち、上述した特定の範囲の組み合わせが、顆面１００を曲率半径Ｒ１から曲率半径Ｒ２へと段階的に移行させて、脛骨軸受１４に対する大腿骨コンポーネント１２の前方移動を軽減または遅らせる曲率の組（すなわち曲面部１０２）を生成することが確認された。さらに、係数「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、および「ｄ」各々の値の範囲が、メートル単位系用に構成された実施形態に基づいて上述されていることを理解されたい。だが、かかる係数値の範囲は、英国式単位系等の他の単位系を用いた実施形態において使用可能なように変換可能である。
【００６１】
曲面部１０２の全体形状は、複数の射線１２０の共通の基点Ｏの配置にも影響される。複数の射線１２０の共通の基点Ｏおよび遠位曲率半径Ｒ１の基点１２２の間の距離１２４を限定することにより、脛骨軸受１４上における大腿骨コンポーネント１２の矛盾した前方へのスライドを軽減または遅らせることができる。さらに、複数の射線１２０の共通の基点Ｏを、遠位曲率半径Ｒ１の基点１２２からの予め設定した距離１２４以内にすることによって、整形外科用人工膝関節１０の安定性を向上させることができる。つまり、ある実施形態において、複数の射線１２０の共通の基点Ｏの位置は、共通の基点Ｏおよび曲率半径Ｒ１の基点１２０の間の距離１２４が約１０ｍｍ未満で、大腿骨コンポーネントの前方移動を軽減または遅らせ、および／または整形外科用人工膝関節１０の安定性を向上させるように選択される。
【００６２】
共通の基点Ｏおよび曲率半径Ｒ１の基点１２２の間の距離１２４、ならびに特定の係数値が、いくつかの実施形態においては、大腿骨コンポーネント１２の特定の寸法に影響されることを理解されたい。例えば図１４によれば、表７００は、上記多項式（３）の係数値のある特定の実施形態、ならびに共通の基点Ｏおよび遠位曲率半径Ｒ１の基点１２２の間に定められる距離１２４の値を示す。表７００に示すように、共通の基点Ｏおよび曲率半径Ｒ１の基点１２２の間の距離１２４、ならびにスカラー「ａ」の値は、大腿骨コンポーネントの寸法に応じて変化する。ただし、この特定の実施形態において、係数「ｂ」、「ｃ」、および「ｄ」の値は、大腿骨コンポーネントの寸法が変化しても一定値である。だが、他の実施形態においては、係数値「ｂ」、「ｃ」、および「ｄ」が、大腿骨コンポーネントの寸法に応じて変化する場合もあることを理解されたい。
【００６３】
上述したように、いくつかの実施形態において、顆面１００は、初期〜中程度の屈曲範囲における顆面１００の曲率半径変化が過大または急過ぎる（例えば、曲率半径変化の度合いの、屈曲角度変化に対する比率が過大である）ことがないように、さらに構成される。すなわち、曲率半径Ｒ１の曲率半径Ｒ２，Ｒ３，またはＲ４に対する比率が過大になると、大腿骨コンポーネント１２の矛盾した前方移動が生じることがある。つまり、遠位曲率半径Ｒ１の（ｉ）曲面部１０２の曲率半径Ｒ２、（ｉｉ）曲面部１０４の曲率半径Ｒ３、および（ｉｉｉ）後半の屈曲曲面部１０６の曲率半径Ｒ４に対する比率が、予め設定した閾値よりも小さくなるように大腿骨コンポーネント１２の顆面１００を構成することにより、矛盾した前方へのスライドを想定以上に軽減し、さもなければ遅らせることができる。
【００６４】
そこで、ある特定の実施形態において、大腿骨コンポーネント１２の顆面１００は、曲率半径Ｒ１の曲率半径Ｒ２に対する比率が約１．１０〜約１．３０、曲率半径Ｒ１の曲率半径Ｒ３に対する比率が約１．００１〜約１．１００、曲率半径Ｒ１の曲率半径Ｒ４に対する比率が約１．２５〜約２．５０となるように構成される。さらにいくつかの実施形態において、曲率半径Ｒ２の曲率半径Ｒ３に対する比率は、約０．７４〜約０．８５である。
【００６５】
大腿骨コンポーネント１２の顆面１００の曲率半径Ｒ２からＲ３における特定の増加量、および／またはかかる増加の顆面１００上での位置は、大腿骨コンポーネント１２の寸法に基づき、比例し、さもなければ影響されることもあることを理解されたい。すなわち、顆面１００の曲率半径Ｒ２からＲ３までの増加０．５ｍｍは、より大型の大腿骨コンポーネントと比較すると、小型の大腿骨コンポーネントにおいては相対的に大きな増加であることを理解されたい。つまり、大腿骨コンポーネント１２の顆面１００における曲率半径Ｒ２からＲ３までの増加の規模は、大腿骨コンポーネントの寸法に応じて変化することがある。ただし、ある実施形態においては、曲率半径Ｒ１の曲率半径Ｒ２，Ｒ３，およびＲ４に対する比率が、大腿骨コンポーネントの寸法の群においてほぼ一定値に保たれる。
【００６６】
例えば図１５に示すように、表８００は、大腿骨コンポーネントの寸法群１〜１０に対する曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４各々の長さを規定する。表８５０に示すように、大腿骨コンポーネント１２の寸法１〜１０の各々に対する曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４各々の長さは、比率Ｒ１／Ｒ２およびＲ１／Ｒ３が、大腿骨コンポーネントの寸法に対してほぼ一定となるように選択される。例示的な実施形態において、前述したように、曲率半径Ｒ１の曲率半径Ｒ２に対する比率は、大腿骨コンポーネントの寸法１〜１０に対して約１．２５〜約１．２７の値に維持され、曲率半径Ｒ１の曲率半径Ｒ３に対する比率は、大腿骨コンポーネントの寸法１〜１０に対して約１．００５に維持される。
【００６７】
大腿骨コンポーネント１２の顆面１００の全体形状および構成を、大腿骨コンポーネント１２の１つの顆５２，５４について上述した。いくつかの実施形態においては、大腿骨コンポーネント１２の両方の顆５２，５４が対称形であり、同様の顆面１００を有する場合があることを理解されたい。ただし他の実施形態においては、大腿骨コンポーネント１２の顆５２，５４が非対称となる場合がある。例えば図１６に示すように、大腿骨コンポーネント１２は、複数の曲面部３０２，３０４，３０６によって一部が定められる顆面３００を有する第２の顆５２，５４を含むことがある。曲面部３０２は、より初期の屈曲角度θ５からより後半の屈曲角度θ６まで延在する。曲面部３０４は、屈曲角度θ６からより後半の屈曲角度θ７まで延在する。曲面部３０６は、屈曲角度θ７からより後半の屈曲角度θ８まで延在する。顆面３００は、曲面部３０２によって曲率半径Ｒ６へと段階的に移行する遠位半径Ｒ５も含む。さらに、曲面部３０４は曲率半径Ｒ７によって定められ、曲面部３０６は曲率半径Ｒ８によって定められる。
【００６８】
つまり、顆５２，５４が対称形である実施形態においては、屈曲角度θ５が屈曲角度θ１とほぼ等しく、屈曲角度θ６が屈曲角度θ２とほぼ等しく、屈曲角度θ７が屈曲角度θ３とほぼ等しく、屈曲角度θ８が屈曲角度θ４とほぼ等しい。さらに、曲率半径Ｒ５が曲率半径Ｒ１とほぼ等しく、曲率半径Ｒ６が曲率半径Ｒ２とほぼ等しく、曲率半径Ｒ７が曲率半径Ｒ３とほぼ等しく、曲率半径Ｒ８が曲率半径Ｒ４とほぼ等しい。さらに、上述した式（４）における係数値「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、および／または「ｄ」の組は、両方の顆についてほぼ同様の値をとる。
【００６９】
ただし他の実施形態においては、顆５２，５４が非対称である。つまり、屈曲角度θ５が、屈曲角度θ１と異なる場合がある。さらに屈曲角度θ６が、屈曲角度θ２と異なる場合がある。すなわち、Ｒ２〜Ｒ３における曲率半径の増加は、顆５２，５４の間で異なる屈曲角度において生じる場合がある。さらに屈曲角度θ８は、屈曲角度θ４と異なる場合がある。ただし、後方カム８０が顆間溝５６に適切に位置するように、屈曲角度θ７は屈曲角度θ３とほぼ等しくなる場合があることを理解されたい。
【００７０】
さらに、顆５２，５４が非対称である実施形態において、曲率半径Ｒ５は曲率半径Ｒ１と異なる場合があり、曲率半径Ｒ６は曲率半径Ｒ２と異なる場合があり、曲率半径Ｒ７は曲率半径Ｒ３と異なる場合があり、および／または曲率半径Ｒ８は曲率半径Ｒ４と異なる場合がある。さらに、上述した式（３）における係数値「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、および／または「ｄ」の組が、顆面１００および３００の間で異なる場合がある。
【００７１】
図面および前述の記載において、本発明を詳細に図示および説明したが、これらの例および説明は本発明の特徴の例示であって制限を加えるものではない。例示的な実施形態を図示および説明したに過ぎず、本発明の趣旨に属する変更および改変がいずれも、保護されることが望ましいと考える。
【００７２】
本明細書に記載した装置および部品が有するさまざまな特徴により、本発明は複数の利点を有する。本発明の装置および部品の代替的な実施形態は、記載された特徴の全てを包含せずとも、かかる特徴の利点を少なくとも一部に享受し得ることに留意されたい。当業者であれば、本発明の１つ以上の特徴を組み込んだ装置および部品であって、添付した特許請求の範囲において定義した本発明の趣旨および範囲に属する装置および部品の実施を、容易に考案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】ある実施形態による整形外科用人工膝関節の分解斜視図である。
【図２】図１の大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受を、概ね切断線２−２に沿って見たものであり、大腿骨コンポーネントが第１の屈曲角度まで関節運動をした状態の断面図である。
【図３】図２の大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受であり、大腿骨コンポーネントが第２の屈曲角度まで関節運動をした状態の断面図である。
【図４】図２の大腿骨コンポーネントおよび脛骨軸受であり、大腿骨コンポーネントが第３の屈曲角度まで関節運動をした状態の断面図である。
【図５】ある実施形態による、図１の大腿骨コンポーネントの断面図である。
【図６】別の実施形態による、図１の大腿骨コンポーネントの断面図である。
【図７】別の実施形態による、図１の大腿骨コンポーネントの断面図である。
【図８】別の実施形態による、図１の大腿骨コンポーネントの断面図である。
【図９】さまざまな屈曲角度において位置する、曲率半径が増加する大腿骨コンポーネントについてのシミュレーションを行い、前方および後方移動をグラフ化したものである。
【図１０】さまざまな屈曲角度に位置する、曲率半径が増加する大腿骨コンポーネントについて別のシミュレーションを行い、前方および後方移動をグラフ化したものである。
【図１１】さまざまな屈曲角度に位置する、曲率半径が増加する大腿骨コンポーネントについて別のシミュレーションを行い、前方および後方移動をグラフ化したものである。
【図１２】さまざまな屈曲角度に位置する、曲率半径が増加する大腿骨コンポーネントについて別のシミュレーションを行い、前方および後方移動をグラフ化したものである。
【図１３】図１の大腿骨コンポーネントの別の実施形態の断面図である。
【図１４】ある実施形態による、図１３の大腿骨コンポーネントの曲率を、大腿骨コンポーネントの寸法群について定める多項式の係数値の表である。
【図１５】ある実施形態による、大腿骨コンポーネントの寸法群についての曲率半径の値および比率の表である。
【図１６】図１の大腿骨コンポーネントの別の実施形態による別の顆の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月27日(2009.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
本明細書に記載した装置および部品が有するさまざまな特徴により、本発明は複数の利点を有する。本発明の装置および部品の代替的な実施形態は、記載された特徴の全てを包含せずとも、かかる特徴の利点を少なくとも一部に享受し得ることに留意されたい。当業者であれば、本発明の１つ以上の特徴を組み込んだ装置および部品であって、添付した特許請求の範囲において定義した本発明の趣旨および範囲に属する装置および部品の実施を、容易に考案することができる。
〔実施の態様〕
（１）整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントであって、（ｉ）間に顆間溝を画定する、離間した顆の対であって、前記離間した顆の対の少なくとも１つが、矢状面で湾曲する顆面を有する、離間した顆の対、および（ｉｉ）前記顆間溝に配置された後方カムを含む、大腿骨コンポーネントと；
脛骨軸受であって、（ｉ）前記大腿骨コンポーネントの前記顆面と関節運動をするように構成された軸受面を有するプラットフォーム、および（ｉｉ）前記プラットフォームから上に延びる支柱を含む、脛骨軸受と、
を備え、
前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、（ｉ）前記軸受面と、前記顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で接触し、（ｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で接触し、前記第２の屈曲角度が、前記第１の屈曲角度より大きく、約０°〜約５０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で接触し、前記第３の屈曲角度が、前記第２の屈曲角度より大きく、約９０°未満であり、
（ｉ）前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を、前記第２の接点において第２の曲率半径を、および前記第３の接点において第３の曲率半径を有し、（ｉｉ）前記第３の曲率半径が、前記第２の曲率半径より少なくとも０．５ｍｍ大きく、
前記大腿骨コンポーネントの前記後方カムが、前記脛骨軸受の前記支柱と第４の屈曲角度で接触し、前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度より約１０°以下だけ大きい、後方安定型人工膝関節。
（２）実施態様（１）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第２の屈曲角度は、約３０°以下である、後方安定型人工膝関節。
（３）実施態様（１）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の屈曲角度は、少なくとも３０°である、後方安定型人工膝関節。
（４）実施態様（３）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の屈曲角度は、少なくとも５０°である、後方安定型人工膝関節。
（５）実施態様（４）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の屈曲角度は、少なくとも７０°である、後方安定型人工膝関節。
（６）実施態様（１）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第４の屈曲角度は、前記第３の屈曲角度以下である、後方安定型人工膝関節。
（７）実施態様（１）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第４の屈曲角度は、少なくとも７０°である、後方安定型人工膝関節。
（８）実施態様（１）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の曲率半径は、前記第２の曲率半径より少なくとも２ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
（９）実施態様（８）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の曲率半径は、前記第２の曲率半径より少なくとも５ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
（１０）実施態様（１）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第２の半径の前記第３の半径に対する比率が、０．７５〜０．８５の範囲にある、後方安定型人工膝関節。
（１１）実施態様（１）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第２の屈曲角度が、約５０°であり、前記第３の屈曲角度が、約７０°であり、前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度とほぼ等しく、前記第３の曲率半径が、前記第２の曲率半径より少なくとも５ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
（１２）実施態様（１）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記矢状面における前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、（ｉ）前記第１の接点および前記第２の接点の間に定められる第１の曲面部、および（ｉｉ）前記第２の接点および前記第３の接点の間に定められる第２の曲面部を含み、
前記第１の曲面部が、前記第２の曲率半径とほぼ等しく、ほぼ一定の曲率半径を有し、
前記第２の曲面部が、前記第３の曲率半径とほぼ等しく、ほぼ一定の曲率半径を有する、後方安定型人工膝関節。
（１３）整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントであって、（ｉ）間に顆間溝を画定する、離間した顆の対であって、前記離間した顆の対の少なくとも１つが、矢状面で湾曲する顆面を有する、離間した顆の対、および（ｉｉ）前記顆間溝に配置された後方カムを含む、大腿骨コンポーネントと、
脛骨軸受であって、（ｉ）前記大腿骨コンポーネントの前記顆面と関節運動をするように構成された軸受面を有するプラットフォーム、および（ｉｉ）前記プラットフォームから上に延びる支柱を含む、脛骨軸受と、
を備え、
前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、（ｉ）前記軸受面と、前記顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で接触し、前記第１の屈曲角度が、約３０°未満であり、（ｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で接触し、前記第２の屈曲角度が、３５°〜９０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で接触し、前記第３の屈曲角度が、前記第２の屈曲角度より大きく、（ｉｖ）前記大腿骨コンポーネントが前記第１の屈曲角度から前記第２の屈曲角度へと動くときに前記軸受面と、前記第１の接点および前記第２の接点の間にある複数の接点で接触し、
前記大腿骨コンポーネントの前記後方カムが、前記脛骨軸受の前記支柱と第４の屈曲角度で接触し、前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度より約１０°以下だけ大きく、
前記複数の接点の各接点が、共通の基点から前記複数の接点の前記個々の接点へと延びる射線によって定められ、各射線の長さが、下記の多項式：
ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））
によって定義され、
ここで、ｒθは、屈曲角度θでの接点を定める前記射線の長さ、ａは、２０〜５０の係数値、ｂは、−０．３０＜ｂ＜０．００、０．００＜ｂ＜０．３０、およびｂ＝０からなる群から選択される範囲の係数値であり、
ｂが−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、（ｉ）ｃは０．００〜０．０１２の係数値であり、（ｉｉ）ｄは−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂが０＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、−０．０１０〜０．００の係数値、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂ＝０の場合、（ｉ）ｃは、−０．００２０＜ｃ＜０．００および０．００＜ｃ＜０．００２５からなる群から選択される範囲の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値である、後方安定型人工膝関節。
（１４）実施態様（１３）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を有し、前記第１の曲率半径が、基点を有し、
前記第１の曲率半径の前記基点および前記射線の前記共通の基点の間の距離が、０〜１０ｍｍの範囲にある、後方安定型人工膝関節。
（１５）実施態様（１３）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の屈曲角度が、０°〜１０°の範囲にあり、前記第２の屈曲角度が、４５°〜５５°の範囲にあり、前記第３の屈曲角度が、約６５°〜約７５°の範囲にある、後方安定型人工膝関節。
（１６）実施態様（１５）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の屈曲角度が、約０°であり、前記第２の屈曲角度が、約５０°であり、前記第３の屈曲角度が、約７０°である、後方安定型人工膝関節。
（１７）実施態様（１３）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
（ｉ）前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を有し、前記第２の接点において第２の曲率半径を有し、前記第３の曲率半径において第３の曲率半径を有し、
（ｉｉ）前記第３の曲率半径が、前記第２の曲率半径より少なくとも０．５ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
（１８）実施態様（１７）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の曲率半径が、前記第１の曲率半径より少なくとも２ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
（１９）実施態様（１８）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の曲率半径が、前記第１の曲率半径より少なくとも５ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
（２０）実施態様（１７）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第３の曲率半径に対する比率が、前記第１の曲率半径の前記第２の曲率半径に対する比率より小さい、後方安定型人工膝関節。
（２１）実施態様（１７）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第２の曲率半径に対する比率が、約１．１０〜約１．３０である、後方安定型人工膝関節。
（２２）実施態様（１７）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第３の曲率半径に対する比率が、約１．００１〜約１．１００である、後方安定型人工膝関節。
（２３）実施態様（２２）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第３の曲率半径に対する比率が、約１．００５である、後方安定型人工膝関節。
（２４）実施態様（１７）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記矢状面における前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、前記第２の接点および前記第３の接点の間に定められる曲面部を含み、前記曲面部が、前記第３の曲率半径とほぼ等しく、ほぼ一定の曲率半径を有する、後方安定型人工膝関節。
（２５）実施態様（１３）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度以下である、後方安定型人工膝関節。
（２６）整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントであって、（ｉ）間に顆間溝を画定する、離間した顆の対であって、前記離間した顆の対の少なくとも１つが、矢状面で湾曲する顆面を有する、離間した顆の対、および（ｉｉ）前記顆間溝に配置された後方カムを含む、大腿骨コンポーネントと、
脛骨軸受であって、（ｉ）前記大腿骨コンポーネントの前記顆面と関節運動をするように構成された軸受面を有するプラットフォーム、および（ｉｉ）前記プラットフォームから上に延びる支柱を含む、脛骨軸受と、
を備え、
前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、（ｉ）前記軸受面と、前記顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で接触し、前記第１の屈曲角度が、約３０°未満であり、（ｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で接触し、前記第２の屈曲角度が、３５°〜９０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で接触し、前記第３の屈曲角度が、前記第２の屈曲角度より大きく、（ｉｖ）前記大腿骨コンポーネントが、前記第１の屈曲角度から前記第２の屈曲角度へと動くときに、前記軸受面と、前記第１の接点および前記第２の接点の間にある複数の接点において接触し、
（ｉ）前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を、前記第２の接点において第２の曲率半径を、前記第３の接点において第３の曲率半径を有し、（ｉｉ）前記第３の曲率半径が、前記第２の曲率半径より少なくとも２ｍｍ大きく、
前記大腿骨コンポーネントの前記後方カムが、前記脛骨軸受の前記支柱と第４の屈曲角度で接触し、前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度より約１０°以下だけ大きく、
前記複数の接点の各接点が、共通の基点から前記複数の接点の前記個々の接点へと延びる射線によって定められ、各射線の長さが、以下の多項式：
ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））
によって定義され、
ここで、ｒθは、屈曲角度θでの接点を定める前記射線の長さであり、ａは、２０〜５０の係数値であり、ｂは、−０．３０＜ｂ＜０．００、０．００＜ｂ＜０．３０、およびｂ＝０からなる群から選択された範囲の係数値であり、
ｂが−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、０．００〜０．０１２の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂが０＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、−０．０１０〜０．００の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂ＝０の場合、（ｉ）ｃは、−０．００２０＜ｃ＜０．００および０．００＜ｃ＜０．００２５からなる群から選択された範囲の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値である、後方安定型人工膝関節。
（２７）実施態様（２６）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
（ｉ）前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、内側顆面であり、前記脛骨軸受の前記軸受面が、内側軸受面であり、
（ｉｉ）前記大腿骨コンポーネントが、前記矢状面において湾曲する外側顆面をさらに含み、
（ｉｉｉ）前記脛骨軸受が、前記大腿骨コンポーネントの前記外側顆面と関節運動をするように構成された外側軸受面をさらに含む、後方安定型人工膝関節。
（２８）実施態様（２７）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記外側顆面が、前記内側顆面とほぼ対称形である、後方安定型人工膝関節。
（２９）実施態様（２７）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記大腿骨コンポーネントの前記外側顆面が、（ｉ）前記外側顆面の第１の接点において、第５の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第５の屈曲角度が、約３０°未満であり、（ｉｉ）前記外側顆面の第２の接点において、第６の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第６の屈曲角度が、３５°〜９０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記外側顆面の第３の接点において、第７の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第７の屈曲角度が、前記第６の屈曲角度より大きく、（ｉｖ）前記大腿骨コンポーネントが前記第５の屈曲角度から前記第６の屈曲角度まで動く場合に、前記第１の接点および前記第２の接点の間にある複数の接点において、前記外側軸受面と接触し、
（ｉ）前記矢状面における前記外側顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を、前記第２の接点において第２の曲率半径を、前記第３の接点において第３の曲率半径を有し、（ｉｉ）前記外側顆面の前記第３の曲率半径が、前記外側顆面の前記第２の曲率半径より少なくとも２．０ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
（３０）実施態様（２７）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記大腿骨コンポーネントの前記外側顆面が、（ｉ）前記外側顆面の第１の接点において、第５の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第５の屈曲角度が、約３０°未満であり、（ｉｉ）前記外側顆面の第２の接点において、第６の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第６の屈曲角度が、３５°〜９０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記外側顆面の第３の接点において、第７の屈曲角度で前記外側軸受面と接触し、前記第７の屈曲角度が、前記第６の屈曲角度より大きく、（ｉｖ）前記大腿骨コンポーネントが前記第５の屈曲角度から前記第６の屈曲角度まで動く場合に、前記第１の接点および前記第２の接点の間にある複数の接点において前記外側軸受面と接触し、
前記複数の接点の各接点が、共通の基点から前記複数の接点の前記個々の接点へと延びる射線によって定められ、各射線の長さが、多項式：
ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））
によって定義され、
ここで、ｒθは、屈曲角度θでの接点を定める前記射線の長さであり、ａは、２０〜５０の係数値であり、ｂは、−０．３０＜ｂ＜０．００、０．００＜ｂ＜０．３０、およびｂ＝０からなる群から選択される範囲の係数値であり、
ｂが−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、０．００〜０．０１２の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂが０＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、−０．０１０〜０．００の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂ＝０の場合、（ｉ）ｃは、−０．００２０＜ｃ＜０．００および０．００＜ｃ＜０．００２５からなる群から選択される範囲の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値である、後方安定型人工膝関節。
（３１）実施態様（２７）に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度以下である、後方安定型人工膝関節。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントであって、（ｉ）間に顆間溝を画定する、離間した顆の対であって、前記離間した顆の対の少なくとも１つが、矢状面で湾曲する顆面を有する、離間した顆の対、および（ｉｉ）前記顆間溝に配置された後方カムを含む、大腿骨コンポーネントと、
脛骨軸受であって、（ｉ）前記大腿骨コンポーネントの前記顆面と関節運動をするように構成された軸受面を有するプラットフォーム、および（ｉｉ）前記プラットフォームから上に延びる支柱を含む、脛骨軸受と、
を備え、
前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、（ｉ）前記軸受面と、前記顆面の第１の接点において、第１の屈曲角度で接触し、前記第１の屈曲角度が、約３０°未満であり、（ｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第２の接点において、第２の屈曲角度で接触し、前記第２の屈曲角度が、３５°〜９０°の範囲にあり、（ｉｉｉ）前記軸受面と、前記顆面の第３の接点において、第３の屈曲角度で接触し、前記第３の屈曲角度が、前記第２の屈曲角度より大きく、（ｉｖ）前記大腿骨コンポーネントが前記第１の屈曲角度から前記第２の屈曲角度へと動くときに前記軸受面と、前記第１の接点および前記第２の接点の間にある複数の接点で接触し、
前記大腿骨コンポーネントの前記後方カムが、前記脛骨軸受の前記支柱と第４の屈曲角度で接触し、前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度より約１０°以下だけ大きく、
前記複数の接点の各接点が、共通の基点から前記複数の接点の前記個々の接点へと延びる射線によって定められ、各射線の長さが、下記の多項式：
ｒθ＝（ａ＋（ｂ＊θ）＋（ｃ＊θ２）＋（ｄ＊θ３））
によって定義され、
ここで、ｒθは、屈曲角度θでの接点を定める前記射線の長さ、ａは、２０〜５０の係数値、ｂは、−０．３０＜ｂ＜０．００、０．００＜ｂ＜０．３０、およびｂ＝０からなる群から選択される範囲の係数値であり、
ｂが−０．３０＜ｂ＜０．００の範囲にある場合、（ｉ）ｃは０．００〜０．０１２の係数値であり、（ｉｉ）ｄは−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂが０＜ｂ＜０．３０の範囲にある場合、（ｉ）ｃは、−０．０１０〜０．００の係数値、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値であり、
ｂ＝０の場合、（ｉ）ｃは、−０．００２０＜ｃ＜０．００および０．００＜ｃ＜０．００２５からなる群から選択される範囲の係数値であり、（ｉｉ）ｄは、−０．０００１５〜０．００の係数値である、後方安定型人工膝関節。
【請求項２】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を有し、前記第１の曲率半径が、基点を有し、
前記第１の曲率半径の前記基点および前記射線の前記共通の基点の間の距離が、０〜１０ｍｍの範囲にある、後方安定型人工膝関節。
【請求項３】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の屈曲角度が、０°〜１０°の範囲にあり、前記第２の屈曲角度が、４５°〜５５°の範囲にあり、前記第３の屈曲角度が、約６５°〜約７５°の範囲にある、後方安定型人工膝関節。
【請求項４】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
（ｉ）前記矢状面における前記顆面が、前記第１の接点において第１の曲率半径を有し、前記第２の接点において第２の曲率半径を有し、前記第３の曲率半径において第３の曲率半径を有し、
（ｉｉ）前記第３の曲率半径が、前記第２の曲率半径より少なくとも０．５ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項５】
請求項４に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第３の曲率半径が、前記第１の曲率半径より少なくとも２ｍｍ大きい、後方安定型人工膝関節。
【請求項６】
請求項４に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第３の曲率半径に対する比率が、前記第１の曲率半径の前記第２の曲率半径に対する比率より小さい、後方安定型人工膝関節。
【請求項７】
請求項４に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第２の曲率半径に対する比率が、約１．１０〜約１．３０である、後方安定型人工膝関節。
【請求項８】
請求項４に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第１の曲率半径の前記第３の曲率半径に対する比率が、約１．００１〜約１．１００である、後方安定型人工膝関節。
【請求項９】
請求項４に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記矢状面における前記大腿骨コンポーネントの前記顆面が、前記第２の接点および前記第３の接点の間に定められる曲面部を含み、前記曲面部が、前記第３の曲率半径とほぼ等しく、ほぼ一定の曲率半径を有する、後方安定型人工膝関節。
【請求項１０】
請求項１に記載の整形外科用の後方安定型人工膝関節において、
前記第４の屈曲角度が、前記第３の屈曲角度以下である、後方安定型人工膝関節。
【外国語明細書】
2010012255000001.pdf