(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿骨部品と膝蓋骨部品とを備える膝用補綴具をなすセットであって、
該大腿骨部品は、それぞれ関節面を有する、内側滑車部及び外側滑車部と、内側大腿骨顆部及び外側大腿骨顆部とを備え、
該膝蓋骨部品は、内側膝蓋骨関節面と外側膝蓋骨関節面とを有し、
各滑車部とそれに対応する同側の大腿骨顆部との間に顆−滑車溝が形成されていることを特徴とする、膝用補綴具をなすセット。
【請求項２】
前記大腿骨部品の各滑車部の関節面の曲率半径が、対応する同側の大腿骨顆部の関節面の曲率半径と同一であることを特徴とする、請求項１に記載のセット。
【請求項３】
内側大腿骨顆部の表面と外側大腿骨顆部の表面とが、顆間窩によって分離されている、請求の範囲第１項又は第２項に記載のセット。
【請求項４】
前記大腿骨部品の内側滑車部と外側滑車部とが滑車溝で接合しており、該滑車溝の凹状の横断面が円弧の形状であり、その凸状の矢状断面が少なくとも二つの曲率半径を有する、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載のセット。
【請求項５】
滑車溝の矢状断面が近位弧、中間弧、及び遠位弧を有し、該中間弧の半径は、遠位弧の遠位で大腿骨顆部に隣接する部分の半径と一致し、遠位弧の半径は、中間弧及び該大腿骨顆部に隣接する部分に正接する外接円の半径と一致することを特徴とする、請求の範囲第４項に記載のセット。
【請求項６】
内側滑車部及び内側大腿骨顆部の関節面と、外側滑車部及び外側大腿骨顆部の関節面とが、同一半径を有していることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載のセット。
【請求項７】
内側滑車部及び内側大腿骨顆部の関節面と、外側滑車部及び外側大腿骨顆部の関節面とが、異なる半径を有していることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載のセット。
【請求項８】
膝蓋骨部品の内側及び外側関節接合面が、それぞれ球面の一部分の形状であることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のセット。
【請求項９】
膝蓋骨部品の内側膝蓋骨関節面及び外側膝蓋骨関節面が、それぞれ大腿骨部品の内側滑車部並びに内側大腿骨顆部の関節面、及び外側滑車部並びに外側大腿骨顆部の関節面と同一の半径を有することを特徴とする、請求の範囲第８項に記載のセット。
【請求項１０】
膝蓋骨部品の内側膝蓋骨関節面と外側膝蓋骨関節面とが膝蓋骨稜で接合し、該膝蓋骨稜の凸状の横断面も、凹状の縦断面も共に円弧の形状である、請求の範囲第８項又は第９項に記載のセット。
【請求項１１】
膝蓋骨稜の横方向平面の半径が、滑車溝の横方向平面における半径と同一であり、膝蓋骨稜の矢状方向における曲率半径が、滑車溝の遠位弧の半径と同一であることを特徴とする、請求の範囲第10項に記載のセット。
【請求項１２】
膝蓋骨部品の往復運動が生来の膝の連続的接触をまね、膝の屈曲の間、膝蓋骨稜が滑車溝と接触し、次いで膝蓋骨関節面が滑車部と接触し、さらに膝蓋骨稜が滑車溝と接触し、最後に膝蓋骨関節面が大腿骨顆と、連続的に接触し、膝の伸展の間、これと逆の軌道を移動する、請求の範囲第10項又は第11項のいずれか１項に記載のセット。
【請求項１３】
それぞれ関節面を有する、内側滑車部及び外側滑車部と、内側大腿骨顆部と外側大腿骨顆部とを備え、各滑車部とそれに対応する同側の大腿骨顆部との間に顆−滑車溝が形成されており、該内側滑車部と該外側滑車部とが滑車溝で接合しており、該滑車溝の凹状の横断面が円弧の形状であり、その凸状の矢状断面が少なくとも二つの曲率半径を有する、請求の範囲第４項〜第12項のいずれか１項に記載のセットに使用する大腿骨部品。
【請求項１４】
前記滑車溝の矢状断面が近位弧、中間弧、及び遠位弧を有し、該中間弧の半径は、遠位弧の遠位で大腿骨顆部に隣接する部分の半径と一致し、遠位弧の半径は、中間弧及び該大腿骨顆部に隣接する部分に正接する外接円の半径と一致することを特徴とする、請求の範囲第13項に記載の大腿骨部品。
【発明の詳細な説明】
本発明は、関節の関節形成術的代替物のための人工部品の分野に含まれ、特に膝のための、三つに区分される補綴具に使用する新規な一組の大腿骨部品及び膝蓋骨部品に関する。
近年の多くの開発にも関わらず、ポリエチレンの摩耗、部品の緩み、及び膝蓋骨の複雑さによって生じる問題は、依然として膝用補綴具の限られた使用の原因となっており、そのためこの技術を潜在的な利点を損ねている。
一部の「半月」形式の装置では、大腿脛骨の関節接合における金属部とポリエチレン部との間の表面接触をもたらしているが、多くの大腿骨部品及び膝蓋骨部品は現在、その往復運動の間、一点又は線状の接触しか維持することができない。大腿骨と膝蓋骨との合致を改善することを目指したごく僅かな設計のみが、動作のある段階において表面接触を達成している。一方、大腿骨膝蓋骨関節を代替するために案出された技術的な解決法の全てが、生来の関節の正常な形態学及び生理学的作用とは全く異なる形態及び動作を有する人工部品を製造しており、このような人工部品は、運動学的摩擦を生じさせ、補綴具部品にかかる力を増大させる傾向がある。このような要因の組合せにより、接触応力が増加し、インプラントされたセットに異常な力がかかり、結果として摩耗及び破壊が生じる。
本発明は、上記の要因に取り組むことにより、膝用補綴具の耐久性を長期化することを意図する。従って本発明の目的は、大腿骨−膝蓋骨間の関節接合用部品の構造を改善し、運動学的に改良し、合致性を高め、よってポリエチレン製膝蓋骨部品と金属製大腿骨部品との間の相対的動作の全幅内において、永久的な表面接触を可能とすることである。
生来の膝の屈曲伸展動作中の膝蓋骨と大腿骨との関節接合表面の接触面の位置は、特徴的なパターンに応答する。このパターンの重要な特徴は、膝を屈曲させる場合には、膝蓋骨関節面の関節接合表面のある部分が、最初に滑車の部分と接触し、その後連続して大腿骨顆の最前部領域と接触し、膝を伸展させる場合には、この反対の軌道を通ることである。
この動作を再現し、ポリエチレン製膝蓋骨部品と金属製大腿骨部品との間で常に表面接触を達成するためには、膝蓋骨関節面は、この面と関節接合する滑車面及び大腿骨顆の部分と完全に合致する必要がある。本発明ではこのような合致を達成するために、各滑車面及びそれに対応する大腿骨顆（又は少くともその前部分）は、同一の曲率を有する独立した中実の球体の二つの扇形部分として設計されており、同側の膝蓋骨関節面も、同一半径を有する中空球体の扇形部分として設計されている。矢状断面及び横断面が円形であり、横断面半径が一定であれば、非球体表面でも同様の効果を得ることができる。
従って、好ましくは大腿骨部品及び膝蓋骨部品の矢状断半分の各々に対応する前述の全ての表面（大腿骨顆面、滑車面、及び膝蓋骨関節面）は、同一半径の球体の扇形部分の形状を有する。しかしながら、各矢状断半分に対応する半径は等しくても等しくなくてもよく、脛骨とのみ関節接合するようになっている大腿骨顆の後方部分は、膝蓋骨とも関節接合するようになっている前方部分の矢状半径とは異なる矢状半径で作成してもよい。正中矢状面内側及び外側の半径が同一であっても異なっていてもよいため、対称又は非対称な関節接合表面を有する部品を作成することができる。一方、完全に球体の大腿骨顆を作成するか、若しくは最後方部分の半径を変更するかは、本発明の大腿骨部品と連結するように選択されたポリエチレン製脛骨の形式による。
大腿骨部品の幾何学的構造のため、各滑車面と同軸の大腿骨顆との間に、異なる中心を有する球体の二つの扇形部分の結合によって形成された、生来の大腿骨の解剖学的顆−滑車溝と同様の横方向の溝が現われる。
大腿骨部品の内側滑車面と外側滑車面とは、中心軸つまり滑車溝において接合し、その遠位且つ後部端は、二つの大腿骨顆を分割する矢状裂け目つまり顆間窩で終止する。滑車溝の横断面は、一定半径の円周の弧の形状であり、その矢状断面は、その交差点において正接する円周の三つの弧（それぞれ近位弧、中間弧、及び遠位弧）からなる曲面の形状を有する。滑車溝を横方向に規定する矢状断面の場合には、中間弧の半径は、遠位弧の遠位で大腿骨顆部に隣接する部分（大腿骨顆部隣接部分）の半径と一致し、遠位弧は、この中間弧及び同一平面内にある大腿骨顆部隣接部分に正接する外接円の一部をなす。しかしながら、顆間窩が存在するため、大腿骨顆部隣接部分は実質的に存在しなくてもよい。好ましくは、近位弧は遠位弧と同一の半径である。
膝蓋骨部品の二つの膝蓋骨関節面は中心稜つまり膝蓋骨稜で接合し、この膝蓋骨稜と滑車溝とは、横方向平面において同一の半径の円形部分を有するので、正中矢状面内側から外側の方向に完全に合致している。矢状方向において、膝蓋骨稜は凹状であり、唯一の曲率半径を有し、この半径は滑車溝の遠位弧の半径と一致する。
上記の配置によれば、膝蓋骨稜は、その長さに渡って滑車溝の近位部分上に載置され、屈曲動作の開始直後に、膝蓋骨関節面が滑車面と球面接触することにより、膝蓋骨部品の滑動が開始する。しかしながら、滑車溝の中間弧と遠位弧とが正接する点から、動作が膝蓋骨稜へと移り、膝蓋骨稜が滑車溝の遠位弧上を滑動し、その幾何学的設計により、膝蓋骨関節面が滑車面から離れ、一旦接線の遠位点を越えると大腿骨顆と再度接触するが、顆間窩の存在により、この点は実質的に存在しなくてもよい。
このようにして、顆−滑車溝の乗り越え、生来の膝における大腿骨−膝蓋骨領域の連続的な接触を真似ることができ、関節によって伝達される力の大きさを減少させることに貢献する。さらに、膝蓋骨部品と大腿骨部品とは、その相対動作の全ての範囲に渡って、その関節面の広い面積において接触を維持し、これまでの設計の多くに見られた線又は点接触を回避することができる。大腿骨部品と半月部品との関節面の接触面は拡大することができ、所望があれば、大腿骨−膝蓋骨面接触をより大きくするために半月−大腿骨間の合致を強制的に削減する他の現在の設計に反して、大腿骨部品と半月部品との関節面の接触面を永久的に完全に合致させることもできる。
上記の説明及び図示したモデルに示される原理は、以下の図面によって示される。
図１は、滑車溝を横方向に規定する平面の一つと合致する、大腿骨部品の矢状断面図である。
図２は、横方向から見た膝蓋骨部品である。
図３は、滑車溝の設計を示す大腿骨部品の矢状断面図である。
図４は、部品の往復動作により膝蓋骨関節面が、顆−滑車溝に到達する前に、滑車から分離され、この溝を一旦越えると再度大腿骨顆と接触する様子を示す線図である。
図５は、大腿骨部品の前面図である。
図６は、大腿骨部品の下方部分の図である。
図７は、膝蓋骨部品の背面図である。
図８は、膝蓋骨部品の軸方向図である。
図１、図３、図５、及び図６を参照して、金属合金製の大腿骨部品（１）は、五つの部品を有し、そのうちの二つは、正中矢状面内側滑車（11）及び外側滑車（11）に対応し、別の二つは、正中矢状面内側大腿骨顆（12）及び外側大腿骨顆（12）に対応し、最後の一つは滑車溝（13）に対応する。
滑車部（11）及び大腿骨顆部（12）は、同一半径（R1）の球体の扇形の形状であるが、内側滑車部と内側大腿骨顆部との共通する半径は、外側滑車部及び外側大腿骨顆部の対応する半径と僅かに異なっていてもよい。各滑車面の曲率と同側の大腿骨顆の曲率との結合により、裂け目つまり顆−滑車溝（14）が形成される。
滑車溝（13）は大腿骨部品の内側部分と外側部分とを接合させ、顆−滑車溝を越えて顆間窩（15）で終止する。この顆間窩は、内側大腿骨顆部（12）と外側大腿骨顆部（12）の下方後方部分を分離する。図５及び図６に示すように、横方向において、滑車溝（13）の形状は凹状であり、単一の半径（R4）を有する。図３に示すように、矢状方向において、滑車溝の形状は凸状であり、二つの半径（R2、R3）を有し、四つの曲率中心（Oc、Og、Ot、Oa）を有する。
滑車溝（13）を正中矢状面内側から外側の方向に規定する平面（AA）に対応する部分において、滑車溝（13）の遠位部分つまり遠位弧（18）の半径は、隣接する滑車部及び大腿骨顆部隣接部分の球面と共通接線を有する外接円の半径（R3）に対応し、この滑車部球面及び大腿骨顆部隣接部分球面はそれぞれOt、Ocを中心とする円形であり、上記滑車溝（13）の中間弧（17）の半径と一致する半径（R2）を有する。近位弧（16）は、遠位弧（18）と同一の半径（R3）で設計することができる。
図２、図７、及び図８を参照して、高密度ポリエチレン製の膝蓋骨部品（２）は、前側平面においては丸くなった形状であり、関節接合面の中央部分に突起つまり膝蓋骨稜（21）を有する。この膝蓋骨稜は矢状方向に凹状であり（図２）、交差方向には凸状である（図８）。この膝蓋骨稜を横方向（BB）に規定する部分の半径は、大腿骨部品の半径R3と同一であり（図２、図３）、横断面の半径は滑車溝（13）の半径R4に等しい（図６、図８）。
この膝蓋骨稜（21）の両側にあり、半径R1の二つの凹状鉢状部つまり膝蓋骨関節面（22）があり、大腿骨部品の球体状滑車部（11）及び大腿骨顆部（12）の扇形部分の各々と同一の中心を有する。
この幾何学的組立ての結果、図４に示すように、膝の屈曲動作の第一段階（ａ）において、膝蓋骨稜（21）は滑車溝（13）の上方の部分（16）と接触する。次に、（ｂ）、膝蓋骨関節面（22）と滑車面（11）との同心表面の間で主要な接触が始まる。滑車溝（13）の半径の第二の変化が開始すると（ｃ）、膝蓋骨稜（21）が滑車溝（13）の遠位弧（18）と完全に一致するため、接触は膝蓋骨稜（21）へと移動し、それにより膝蓋骨関節面（22）が滑車部（11）から離れる。一旦膝蓋骨稜（21）と滑車溝（13）との接触が終了し（ｄ）、膝蓋骨部品（２）が顆間窩（15）に到達すると、膝蓋骨関節面（22）は新たに大腿骨顆部（12）と接触する。「膝蓋骨の飛翔」はこのようにして行われ、膝蓋骨関節面（22）が顆−滑車溝（14）を封鎖するのを防ぎ、生来の膝の連続的接触点を真似ることができる。
【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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