(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿骨に固定される大腿骨部材と脛骨に固定される脛骨部材から成り且つ摺動面をセラミック材で構成した人工膝関節において、上記大腿骨部材の裏底側左右に球面状をした主凸状摺動面を形成し、他方の脛骨部材の左右側に球面状をした主凹状摺動面を形成し、伸展時には、これら凸、凹状の主摺動面が互いに嵌合し回動するように成すとともに、上記大腿骨部材の後部中央摺動部に球面状をした副凸状摺動面を形成し、他方の脛骨部材の後部中央摺動部に球面状をした副凹状摺動面を形成し、屈曲時には、これら凸、凹状の副摺動面が互いに嵌合し回動するように構成してなり、且つ、前記凸、凹状の主摺動面および前記凸、凹状の副摺動面の真円度が±１μｍ以内であるとともに、前記主凸状摺動面と前記主凹状摺動面とのクリアランスおよび前記副凸状摺動面と前記副凹状摺動面とのクリアランスが７〜１０μｍ以下であることを特徴とする人工膝関節。
【請求項２】
前記凸、凹状の主摺動面および前記凸、凹状の副摺動面は平均面粗度Ｒａ≦０．０２μmであることを特徴とする請求項１記載の人工膝関節。
【請求項３】
前記主凸状摺動面と主凹状摺動面の球半径Ｒ1 が１０〜２０ｍｍ、前記副凸状摺動面と副凹状摺動面の球半径Ｒ2 が５〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の人工膝関節。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、慢性関節リウマチ、変形性膝関節症などによる高度に変形した膝関節或いは交通事故、災害等により、破壊された関節を正常な機能に回復させるために用いる人工膝関節に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、疾患や事故により破壊された膝関節の大腿骨の遠位部と近位部の骨切りを行い大腿骨の遠位部と脛骨の近位部の骨切りを行い大腿骨部材と脛骨部材をそれぞれ挿入固定する人工膝関節置換術が行われており、両部材を共通のピン部材で回動自在に係止したヒンジ型のものや、脛骨部材の摺動面上で、大腿骨部材が回動することにより、屈曲可能となるような構造の表面摺動型のものなどが用いられてきた。
【０００３】
【従来技術の課題】
しかし、上記従来技術には以下のような問題点があった。
【０００４】
すなわち、ヒンジ型の人工膝関節は回動支点が固定されるので可動域が小さく、また人の正常な関節運動を再現したものでなかったので、不自由なものであった。これに対して、表面摺動型のものは、より正常な関節運動を再現したものであったが、大腿骨側の摺動面を金属で構成し、他方の脛骨部材の摺動面を高密度ポリエチレンで構成したものであったので、摺動特性に問題があり、高密度ポリエチレンの摩耗粉が経年のうちに蓄積していき、生体の細胞に異物反応を起こさせるなどして悪影響を与えることがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するため本発明の人工膝関節は、大腿骨に固定される大腿骨部材と脛骨に固定される脛骨部材から成り且つ摺動面をセラミック材で構成した人工膝関節において、上記大腿骨部材の裏底側左右に球面状をした主凸状摺動面を形成し、他方の脛骨部材の左右側に球面状をした主凹状摺動面を形成し、伸展時には、これら凸、凹状の主摺動面が互いに嵌合し回動するように成すとともに、上記大腿骨部材の後部中央摺動部に球面状をした副凸状摺動面を形成し、他方の脛骨部材の後部中央摺動部に球面状をした副凹状摺動面を形成し、屈曲時には、これら凸、凹状の副摺動面が互いに嵌合し回動するように構成してなり、且つ、前記凸、凹状の主摺動面および前記凸、凹状の副摺動面の真円度が±１μｍ以内であるとともに、前記主凸状摺動面と前記主凹状摺動面とのクリアランスおよび前記副凸状摺動面と前記副凹状摺動面とのクリアランスを７〜１０μｍ以下とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図によって本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る人工膝関節を構成するセラミック製の大腿骨部材１の斜視図を示す。大腿骨部材１は、左右の裏底側に球面状をした主凸状摺動面２，２が形成されるとともに、後部中央摺動部上に球面状をした副凸状摺動面３が形成されている。なお、大腿骨部材１の骨と当接する表側面１２のうち、前顆壁部位などにセラミック小粒を凝集固着してなり且つリン酸カルシウム材料を表面コートした多孔質部１３を形成して骨の増殖、侵入を誘生することにより骨との固着力を補強したり、或いは、表底部位に一対のスパイク１４、１４を形成して揺動や脱落を防止しても良い。
【０００７】
次に図２は、上記大腿骨部材１とともに膝関節を構成する脛骨部材４の斜視図を示し、また図３は図２のＡ−Ａ線断面図を示し、この脛骨部材４の左右側に球面状をした主凹状摺動面５，５が形成されるとともに、後部中央摺動部上に球面状をした副凹状摺動面６が形成されている。なお、脛骨部材４の摺動面５、６は前記大腿骨部材１と摺動するためにセラミック製であり、さらに、この摺動面５、６を保持する金属製のトレー７の内底面８と摺動面５、６との間に、衝撃緩衝のため高密度ポリエチレンなどの合成樹脂等で形成された中間部材９が嵌挿してある。また、トレー７の下側には脛骨髄腔内に嵌挿するステム１５が上記トレー７と一体的に形成されている。
【０００８】
上記大腿骨部材１と脛骨部材４をそれぞれ大腿骨１０と脛骨１１に装着し伸展位にした状態を図４に示し、この状態では、超高真円度と同一球半径を有する大腿骨部材１の主凸状摺動面２，２と脛骨部材４の主凹状摺動面５，５とが滑らかに摺動する。また、この伸展位から屈曲した場合に図５乃至図６に示すように大腿骨部材１の副凸状摺動面３が脛骨部材４の副凹状摺動面６の中に嵌合されるごとく収容されるため、前方へ移動することなく脛骨部材４の後部での屈曲運動が可能となり、正座可能な可動角度１３５°以上までにも可動域を向上させるこができ、且つ、超高真円度と同一球半径を有する大腿骨部材１の副凸状摺動面３と脛骨部材４の副凹状摺動面６とが滑らかに摺動する。
【０００９】
一般に、高密度ポリエチレンや金属製の摺動面の問題点としては、摺動特性が優れているとは言えず、摩耗粉が発生し易く、生体内組織に取り込まれた異物である摩耗粉が生体に悪影響を与えることがある。これに対して、上述のように構成される本実施形態の人工膝関節は、大腿骨部材１と脛骨部材４の摺動面２，３，５，６を摺動特性に優れるセラミック材料で構成したことにより、また、それのみでなく、大腿骨部材１の主凸状摺動面２と脛骨部材４の主凹状摺動面５が超高真円度と同一球半径を有し、また、大腿骨部材１の副凸状摺動面３と脛骨部材４の副凹状摺動面６が超高真円度と同一球半径を有するよう構成したことにより、理想的な摺動特性が得られ、摩耗粉がほとんど発生しない。
【００１０】
前述のような大腿骨部材１と脛骨部材４の摺動面６を構成するセラミック材料としては、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの高強度材料を用い、このうち、アルミナが摺動性において特に優れている。また、このような材料による摺動表面は、可能な限り滑らかな方がよいが、少なくとも平均面粗度Ｒａ≦０．０２μm であることが好ましい。この平均面粗度Ｒａが０．０２μm より大きい場合には、摺動性が低下し、表面からセラミック粒子が脱落し易くなる恐れがある。また、各前記主凸状摺動面２，２、主凹状摺動面５，５、副凸状摺動面３、副凹状摺動面６の真円度（spherical deviation)としては、±１μm 以内、主凸状摺動面２，２と主凹状摺動面５，５および副凸状摺動面３と副凹状摺動面６とのクリアランスとしては７〜１０μm 以下であることは好ましい。これら数値範囲外の場合、摺動特性が低下し、表面からセラミック粒子が脱落し易くなる恐れがあるためである。さらに、前記主凸状摺動面２，２、主凹状摺動面５，５の球半径Ｒ1 （図４参照）としては、Ｒ1 ＝１０〜２０ｍｍ、び副凸状摺動面３と副凹状摺動面６の球半径Ｒ2 （図５参照）としては、Ｒ2 ＝５〜１５ｍｍの範囲が好ましい。これは、これらの数値範囲外の場合、人体の動きに対して人工膝関節の動きが適当に追従せず、部材の脱臼等の恐れがある。
【００１１】
また、前記脛骨部材４のトレー７およびステム１５は、ステンレス鋼、コバルト・クロム合金、チタン、チタン合金などの金属のみでなく、その他、カーボンファイバ、合成樹脂やカーボンファイバを集束させて所定の太さにした材料で形成されており、さらにこれらの材料の骨との当接面にはアルミナ、アパタイト、酸化チタン、窒化チタンなどをコーティングしたものであっても良い。
【００１２】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意の形態とすることができることは言うまでもない。
【００１３】
【発明の効果】
叙上のように、本発明の人工膝関節は、摺動面を高強度セラミック材で構成したものであり、さらに、大腿骨部材の裏底側左右に球面状をした主凸状摺動面を形成し、他方の脛骨部材の左右側に球面状をした主凹状摺動面を形成し、伸展時には、これら凸、凹摺動面が嵌合し回動するように成すとともに、上記大腿骨部材の後部中央摺動部に球面状をした副凸状摺動面を形成し、他方の脛骨部材の後部中央摺動部に球面状をした副凹状摺動面を形成し、屈曲時には、これら凸、凹摺動面が嵌合し回動するように成したもの、すなわち、伸展時も屈曲時もセラミック材の且つ球面状をした凸、凹摺動面により摺動するので、摺動特性に優れ、摩耗粉がほとんど発生しない。特に、前記凸、凹状の主摺動面および前記凸、凹状の副摺動面の真円度が±１μｍ以内であるとともに、前記主凸状摺動面と前記主凹状摺動面とのクリアランスおよび前記副凸状摺動面と前記副凹状摺動面とのクリアランスを７〜１０μｍ以下とし、超高真円度と同一半径を有するよう構成したことにより理想的な摺動特性が得られ、摩耗粉がほとんど発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の人工膝関節を構成する大腿骨部材の斜視図である。
【図２】本発明の人工膝関節を構成する脛骨部材の斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の人工膝関節を大腿骨と脛骨に装着し伸展した状態を示す要部断面図である。
【図５】本発明の人工膝関節を大腿骨と脛骨に装着し屈曲した状態を示す要部断面図である。
【図６】本発明の人工膝関節を大腿骨と脛骨に装着し屈曲した状態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１                大腿骨部材
２                主凸状摺動面
３                副凸状摺動面
４                脛骨部材
５                主凹状摺動面
６                副凹状摺動面
７                トレー
８                内底面
９                中間部材
１０              大腿骨
１１              脛骨
１２              表側面
１３              多孔質部
１４              スパイク
１５              ステム
Ｒ1 ，Ｒ2         球半径
【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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