(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の前十字靭帯及び後十字靭帯を切除し、当該患者の膝関節を人工膝関節に置換する手術において用いられる人工膝関節インプラントであって、
前記患者の大腿骨の遠位部に取り付けられる大腿骨コンポーネントと、前記患者の脛骨の近位部に取り付けられる脛骨インサートと、を備え、
前記大腿骨コンポーネントは、前記遠位部に形成された骨切り面に固定される固定面と、前記大腿骨コンポーネントの外側を向いて湾曲した２つの大腿骨関節面と、前記２つの大腿骨関節面の後部間に配置されたカム部と、前記固定面の後方に配置され前記２つの大腿骨関節面の一部を形成する後顆と、当該後顆の上方に配置され前記２つの大腿骨関節面の一部を形成する上顆と、を有し、
前記脛骨インサートは、前記２つの大腿骨関節面と摺動可能な２つの脛骨関節面と、当該２つの脛骨関節面に対する位置が固定されているとともに当該２つの脛骨関節面の間から前記２つの大腿骨関節面の間の空間に突出し前記カム部と接触可能なポストと、を含み、
前記手術において最適な脛骨インサートを施術中に選択するために、前記脛骨インサートとして、前記脛骨関節面に対する前記ポストの前後位置の異なる複数の脛骨インサートが設けられていることを特徴とする、人工膝関節インプラント。
【請求項２】
請求項１に記載の人工膝関節インプラントであって、
前記大腿骨コンポーネントは、前記固定面の形状が共通で且つ前記後顆の厚みの異なる複数の大腿骨コンポーネントを含むことを特徴とする、人工膝関節インプラント。
【請求項３】
請求項２に記載の人工膝関節インプラントであって、
前記複数の大腿骨コンポーネントのそれぞれの前記後顆における前記大腿骨関節面の曲率半径が異なっていることを特徴とする、人工膝関節インプラント。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の人工膝関節インプラントであって、
前記複数のポストは、それぞれ、同一の形状に形成されていることを特徴とする、人工膝関節インプラント。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の人工膝関節インプラントであって、
前記脛骨の近位部に固定されるために設けられ、前記脛骨インサートを支持し脛骨インサートと協働して脛骨コンポーネントを構成する脛骨トレイを更に備え、
前記脛骨トレイは、前記脛骨インサートと単一に成形されているか、又は、前記脛骨インサートと別部材を用いて形成され前記脛骨インサートに固定されていることを特徴とする、人工膝関節インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者の前十字靭帯及び後十字靭帯を切除し、当該患者の膝関節を人工膝関節に置換する手術において用いられる人工膝関節インプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
脛骨の近位部に固定される脛骨要素と、大腿骨の遠位部に固定される大腿骨要素と、を備える人工膝関節インプラントが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された大腿骨要素は、大腿骨に固定されたときに左右に並ぶ内側顆及び外側顆を含んでいる。内側顆及び外側顆のそれぞれが、膝を延ばした姿勢のときに脛骨要素に向かい合う遠位顆と、遠位顆の後方に配置された後顆と、後顆の上方に配置された上顆と、を含んでいる。これら遠位顆、後顆、及び上顆は、脛骨要素の表面と接触するために、大腿骨要素の外周に延びる滑らかな関節表面を形成している。このうち、上顆における関節表面は、大腿骨要素の前方に向かって戻るように湾曲状に延びている。このような構成を採用することで、特許文献１に記載された大腿骨要素は、脛骨要素に対して、少なくとも１６０度屈曲できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２９０８０３号明細書（特許請求の範囲、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＰＳ（Posterior Stabilized）型人工膝関節インプラントを用いる場合、患者の前十字靭帯及び後十字靭帯が切除される。そして、カムを有する大腿骨コンポーネントが、患者の大腿骨の遠位部に固定され、且つ、ポストを有する脛骨インサートが、患者の脛骨の近位部に配置される。
【０００５】
このようなＰＳ型人工膝関節インプラントが装着された患者において、術後のＱＯＬ（Quality of Life、生活の質）の向上のために、より自然な屈曲状態の実現と、脛骨に対する大腿骨の最大屈曲角度をより深くできるようにすることは、重要な項目である。すなわち、脛骨に対して大腿骨が大きい屈曲角度で安定して屈曲できるという、安定した深屈曲動作の実現が求められている。ここで、本願発明者は、安定した深屈曲動作を妨げる要因として、大腿骨と脛骨との間のギャップ（垂直距離）のバランスが整っていないことに着目した。
【０００６】
上記のギャップバランスとは、膝を真っ直ぐ延ばした状態におけるギャップとしての伸展ギャップと、膝を曲げた状態におけるギャップとしての屈曲ギャップとの間の均衡をいう。ギャップバランスを整えることにより安定した深屈曲動作ができる。このギャップバランスを整えるための方法として、下記（ｉ）〜（ｖ）の方法を考えることができる。
【０００７】
まず、方法（ｉ）として、患者の側副靭帯等、人工膝関節周辺の軟部組織を、大腿骨及び脛骨から適宜引き剥がす（リリースする）ことが考えられる。しかしながら、この場合、術者は、軟部組織の周辺の血管及び神経を傷つけないように注意をする必要があり、人工膝関節インプラントの設置作業に手間がかかる。
【０００８】
また、方法（ｉｉ）として、大腿骨コンポーネントの設置位置を変更することが考えられる。具体的には、大腿骨の遠位部に対する、大腿骨コンポーネントの設置位置を、大腿骨の前方寄り又は後方寄り等に配置することが考えられる。しかしながら、この場合、大腿骨コンポーネントを大腿骨に固定するために大腿骨に形成される骨切り面の形状及び位置によっては、大腿骨の遠位部に、ノッチが形成される。ノッチが形成されると、大腿骨に大きな力が作用した際に、ノッチに負荷が集中し、骨折を生じるおそれがある。また、ギャップバランスが整うように大腿骨コンポーネントを配置した場合でも、膝蓋骨に対する大腿骨コンポーネント位置が不適切となるおそれがある。その結果、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨との間の摺動を滑らかに行うことができないという、パテラトラッキング不良が生じるおそれがある。
【０００９】
また、方法（ｉｉｉ）として、大腿骨コンポーネントのサイズを変更することが考えられる。より具体的には、大腿骨コンポーネントの大きさを、当初予定されていた大きさよりも大きく、又は小さくすることが考えられる。しかしながら、大腿骨コンポーネントを大きいサイズに変更した場合、骨切り量は少なくて済むが、大きな大腿骨コンポーネントによって軟部組織を圧迫され、膝を曲げ難くなるおそれがある。一方、大腿骨コンポーネントを小さいサイズに変更した場合、大腿骨の骨切り量が増える。したがって、大腿骨コンポーネントのサイズを変更することは、患者にとって負担が大きくなる。
【００１０】
また、方法（ｉｖ）として、脛骨インサートの厚みを変更することが考えられる。しかしながら、この場合、脛骨インサートと大腿骨コンポーネントとが接触する部分としてのジョイントラインの高さ位置も変わってしまう。その結果、前述したパテラトラッキング不良等が生じるおそれがある。
【００１１】
また、方法（ｖ）として、特許文献１に開示されている、後顆の厚みの異なる大腿骨コンポーネントを選択することが考えられる。しかしながら、この場合、後顆の厚みによっては、大腿骨を脛骨に対して、生体本来の位置で屈曲（ロールバック）できず、その結果、患者が膝を屈曲する際に違和感を覚えてしまう。
【００１２】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、人工膝関節インプラントにおいて、安定した深屈曲動作を実現するために、ギャップバランスを調整することができ、且つ、術者及び患者の負担を少なくすることができ、更には患者が自然な屈曲運動を行うことができるようにすることを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための第１発明に係る人工膝関節インプラントは、患者の前十字靭帯及び後十字靭帯を切除し、当該患者の膝関節を人工膝関節に置換する手術において用いられる人工膝関節インプラントであって、前記患者の大腿骨の遠位部に取り付けられる大腿骨コンポーネントと、前記患者の脛骨の近位部に取り付けられる脛骨インサートと、を備える。前記大腿骨コンポーネントは、前記遠位部に形成された骨切り面に固定される固定面と、前記大腿骨コンポーネントの外側を向いて湾曲した２つの大腿骨関節面と、前記２つの大腿骨関節面の後部間に配置されたカム部と、前記固定面の後方に配置され前記２つの大腿骨関節面の一部を形成する後顆と、当該後顆の上方に配置され前記２つの大腿骨関節面の一部を形成する上顆と、を有し、前記脛骨インサートは、前記２つの大腿骨関節面と摺動可能な２つの脛骨関節面と、当該２つの脛骨関節面に対する位置が固定されているとともに当該２つの脛骨関節面の間から前記２つの大腿骨関節面の間の空間に突出し前記カム部と接触可能なポストと、を含み、前記手術において最適な脛骨インサートを施術中に選択するために、前記脛骨インサートとして、前記脛骨関節面に対する前記ポストの前後位置の異なる複数の脛骨インサートが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によると、ポストの前後位置が患者にとって最適な位置となるように、複数の脛骨インサートのなかから、最適なものを選んで脛骨に取り付けることができる。これにより、ポストの前後位置を患者にとって最適化することができる。ポストの前後位置を調整することにより、患者の側副靱帯の張力を調整することができる。その結果、患者が膝を延ばしている状態での大腿骨と脛骨との間のギャップとしての伸展ギャップと、患者が膝を曲げている状態での大腿骨と脛骨との間のギャップとしての屈曲ギャップと、のバランスとしてのギャップバランスを、より均衡がとれた状態にすることができる。これにより、安定した深屈曲動作を実現することができる。更に、患者が膝を自然に屈曲動作できるように、側副靭帯を前寄りに配置するという条件を満たしつつ、ポストを可及的に後方に配置することができる。これにより、大腿骨コンポーネントのカムとポストとの摺動の際に、大腿骨又は大腿骨コンポーネントが脛骨インサートにインピンジ（衝突）するまでの屈曲角度を、より大きくすることができる。その結果、脛骨に対して大腿骨をより大きい屈曲角度で屈曲できるという、深屈曲性を向上することができる。
【００１５】
しかも、前述した（ｉ）の方法と異なり、ギャップバランスを調整するために、患者の側副靭帯等、人工膝関節周辺の軟部組織を大腿骨及び脛骨から適宜引き剥がす（リリースする）作業を行わなくてもよい。このため、術者は、軟部組織の周辺の血管及び神経を傷つけないように気を使う必要のある、上記のリリース作業を行う必要が無い。よって、人工膝関節インプラントの設置作業かかる術者および患者の負担を少なくできる。
【００１６】
また、前述した方法（ｉｉ）と異なり、ギャップバランスの調整のために、大腿骨コンポーネントの設置位置を都度変更する必要が無い。このため、大腿骨の固定面の配置箇所の自由度を高くでき、大腿骨にノッチが形成されるような形状の固定面を形成する必要が無い。よって、ノッチに起因する応力集中が大腿骨に生じることがなく、大腿骨の強度低下を招くことを抑制できるので、患者への負担を小さくできる。更に、ギャップバランスの調整のために大腿骨コンポーネントの位置を変更する必要が無い。このため、大腿骨コンポーネントを、膝蓋骨に対して、適切な位置に配置することができる。その結果、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨との間の摺動状態を良好にすることができ、パテラトラッキング不良を抑制できる。よって、患者は、膝の自然な屈曲運動を行うことができる。
【００１７】
また、前述した方法（ｉｉｉ）と異なり、ギャップバランスの調整のために、大腿骨コンポーネント全体のサイズを変更する必要が無い。このため、ギャップバランスの調整のために大腿骨コンポーネントを大きく又は小さくする必要が無い。よって、大腿骨の骨切り量が大きくならずに済み、余分な骨切り作業が不要であるので、術者および患者への負担を小さくできる。その上、大きな大腿骨コンポーネントによって患者の軟部組織が圧迫されるという不具合を抑制できるので、患者への負担を小さくできる。
【００１８】
また、前述した方法（ｉｖ）と異なり、ギャップバランスの調整のために、脛骨インサートの厚みを変更する必要が無い。このため、脛骨インサートと大腿骨コンポーネントとが接触する部分としてのジョイントラインの高さ位置は、ギャップバランスの調整作業の影響を受けない。その結果、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨との相対的な高さ位置を、ギャップバランスの調整の有無に拘らず一定にできる。即ち、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨との相対摺動の態様を、ギャップバランスの調整の有無に拘らず一定にできる。その結果、前述したパテラトラッキング不良等を抑制できる。
【００１９】
また、前述した方法（ｖ）では、ギャップを調節するために、後顆の厚みの異なる大腿骨コンポーネントを選択している。このような方法では、側副靱帯と大腿骨コンポーネントとの相対位置のバランスを調整できない。これに対して、第１発明では、脛骨インサートにおけるポストの前後位置を調整することにより、側副靱帯と大腿骨コンポーネントとの相対位置を調整することができる。その結果、大腿骨を脛骨に対して、生体本来の位置に近い位置で屈曲させることができ、患者は、膝を自然な姿勢で屈曲することができる。
【００２０】
従って、本発明によると、人工膝関節インプラントにおいて、安定した深屈曲動作を実現するために、ギャップバランスを調整することができ、且つ、術者及び患者の負担を少なくでき、更には患者が自然な屈曲運動を実現できる。
【００２１】
第２発明に係る人工膝関節インプラントは、第１発明の人工膝関節インプラントにおいて、前記大腿骨コンポーネントは、前記固定面の形状が共通で且つ前記後顆の厚みの異なる複数の大腿骨コンポーネントを含むことを特徴とする。
【００２２】
この発明によると、大腿骨と脛骨との間のギャップバランスの均衡化と、膝の自然な屈曲を達成するための側副靭帯の配置の実現と、を両立できるように、複数の大腿骨コンポーネントのなかから、最適な大腿骨コンポーネントを選ぶことができる。例えば、患者において屈曲ギャップが小さい場合には、後顆の厚みがより小さい大腿骨コンポーネントを用いることにより、ギャップバランスを調整することができる。また、患者において屈曲ギャップが大きい場合には、後顆の厚みがより大きい大腿骨コンポーネントを用いることにより、ギャップバランスを調整することができる。また、膝の屈曲時の側副靭帯の位置をより前側に配置するためには、大腿骨コンポーネントの中からの、後顆の厚みがより薄いものを用いることが好ましい。更に、ポストの前後位置の異なる脛骨インサートと組み合わせることにより、調整可能なギャップバランスの範囲が広がると共に、ギャップバランスの微調整を行うことができる。更に、後顆の厚みの異なる大腿骨コンポーネントと、ポストの前後位置の異なる脛骨インサートと、を組み合わせることにより、側副靭帯の配置を調整し易くなり、より患者に最適な状態にすることができる。よって、ギャップバランスの均衡化と、側副靭帯の配置の最適化と、を両立できるように、最適な厚みの後顆を有する大腿骨コンポーネントを採用することができる。
【００２３】
第３発明に係る人工膝関節インプラントは、第２発明の人工膝関節インプラントにおいて、前記複数の大腿骨コンポーネントのそれぞれの前記後顆における前記大腿骨関節面の曲率半径が異なっていることを特徴とする。
【００２４】
この発明によると、後顆における大腿骨関節面の曲率半径を、大腿骨コンポーネントごとに異ならせるという簡易な構成で、各大腿骨コンポーネントの後顆の厚みを異ならせることができる。
【００２５】
第４発明に係る人工膝関節インプラントは、第１発明乃至第３発明の何れかの人工膝関節インプラントにおいて、前記複数のポストは、それぞれ、同一の形状に形成されていることを特徴とする。
【００２６】
この発明によると、複数の脛骨インサートにおいて、ポストの形状が互いに同じである。このため、人工膝関節の設置手術時において、脛骨インサートの種類を変更したときの、脛骨に対する大腿骨の動きを予想し易い。このため、術者は、患者にとって最適な脛骨インサートを容易に選定することができる。その結果、手術時間の短縮を通じて、術者及び患者の負担をより小さくすることができる。
【００２７】
第５発明に係る人工膝関節インプラントは、第１発明乃至第４発明の何れかの人工膝関節インプラントにおいて、前記脛骨の近位部に固定されるために設けられ、前記脛骨インサートを支持し脛骨インサートと協働して脛骨コンポーネントを構成する脛骨トレイを更に備え、前記脛骨トレイは、前記脛骨インサートと単一に成形されているか、又は、前記脛骨インサートと別部材を用いて形成され前記脛骨インサートに固定されていることを特徴とする。
【００２８】
この発明によると、脛骨トレイによって、脛骨インサートを、脛骨の近位部に固定することができる。また、脛骨インサートのポストの前後位置を変更することにより、脛骨に対する大腿骨の安定した深屈曲動作を実現している。よって、安定した深屈曲動作を実現するために、脛骨トレイの形状を変更する必要が無い。このため、脛骨のうち、脛骨トレイを固定する近位部の形状を、安定した深屈曲動作の実現のために変更する必要が無く、術者および患者の負担を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、人工膝関節インプラントにおいて、安定した深屈曲動作を実現するために、ギャップバランスを調整することができ、且つ、術者及び患者の負担を少なくでき、更には患者が自然な屈曲運動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る人工膝関節インプラントの側面図である。
【図２】大腿骨コンポーネント及び脛骨インサートのそれぞれの斜視図である。
【図３】大腿骨コンポーネントが患者の大腿骨に固定され、脛骨コンポーネントが患者の脛骨に固定された状態を、患者の側方から見た状態を示す断面図である。
【図４】大腿骨コンポーネントを後方から見た図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、複数の大腿骨コンポーネントの側面図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、脛骨インサートの側面図である。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、人工膝関節の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節の屈曲角度がゼロである状態を示している。
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、人工膝関節の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節の屈曲角度が９０度である状態を示している。
【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）から人工膝関節を取り除いた状態を示す図である。
【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、人工膝関節の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節の屈曲角度がゼロである状態を示している。
【図１１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、人工膝関節の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節の屈曲角度が９０度である状態を示している。
【図１２】人工膝関節の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節の屈曲角度が最大である許容屈曲角度に近い状態を示している。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、脛骨コンポーネント及び脛骨トレイの変形例を示す斜視図である。
【図１４】実施例及び比較例のそれぞれについての実験結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、膝関節を人工膝関節に置換する手術において用いられる人工膝関節インプラントとして広く適用することができる。
【００３２】
図１は、本発明の一実施の形態に係る人工膝関節インプラント１の側面図である。人工膝関節インプラント１は、患者の膝関節を人工膝関節へ置換する手術において用いられ、例えば、変形性膝関節症や慢性関節リウマチ等により膝関節が高度に変形した患者に対して、膝を正常な機能に回復させるために用いられる。
【００３３】
人工膝関節インプラント１は、複数の大腿骨コンポーネント１００，２００，３００と、複数の脛骨インサート４００，５００，６００と、を備えている。患者の前十字靭帯及び後十字靭帯を切除し、当該患者の膝関節を人工膝関節に置換する、ＰＳ型人工膝関節置換術の施術時には、人工膝関節インプラント１における複数の大腿骨コンポーネント１００，２００，３００中から、１つの大腿骨コンポーネントが、術者によって選択される。また、施術時には、複数の脛骨インサート４００，５００，６００の中から、１つの脛骨インサートが、術者によって選択される。これにより、複数の大腿骨コンポーネント１００，２００，３００及び脛骨インサート４００，５００，６００の中から、患者にとって最適な大腿骨コンポーネント及び脛骨コンポーネントが、施術中に選択される。
【００３４】
なお、複数の大腿骨コンポーネント１００，２００，３００は、後顆１１１，２１１，３１１の厚みが互いに異なっている点以外は、概ね、互いに同様の構成を有している。また、複数の脛骨インサート４００，５００，６００は、ポスト４０２，５０２，６０２の前後位置が互いに異なっている点以外は、概ね互いに同様の構成を有している。以下、複数の大腿骨コンポーネント１００，２００，３００のうち、主に１つの大腿骨コンポーネント２００の構成を説明する。また、複数の脛骨インサート４００，５００，６００のうち、主に１つの脛骨インサート５００の構成を説明する。
【００３５】
図２は、大腿骨コンポーネント２００及び脛骨インサート５００のそれぞれの斜視図である。図３は、大腿骨コンポーネント２００が患者の大腿骨３の遠位部４に取り付けられ、脛骨インサート５００が患者の脛骨５の近位部６に取り付けられた状態を、患者の側方から見た状態を示す断面図である。図２及び図３に示すように、大腿骨コンポーネント２００は、大腿骨３の遠位部４に固定されている。また、脛骨インサート５００は、脛骨５の近位部６に、脛骨トレイ２を介して固定されている。大腿骨コンポーネント２００及び脛骨インサート５００は、患者の膝の屈伸運動に伴って、相対摺動する。大腿骨コンポーネント２００と、脛骨インサート５００と、脛骨トレイ２によって、人工膝関節７が形成されている。
【００３６】
尚、以下では、「内側」、又は「外側」というときは、大腿骨コンポーネント２００及び脛骨インサート５００が設置されている患者の膝の内側又は外側をいうものとする。即ち、大腿骨コンポーネント２００及び脛骨インサート５００が患者の左足に配置されている場合には、内側は、患者にとっての右側をいい、外側は、患者にとっての左側をいう。また、「前」又は「後」をいうときは、患者にとっての前又は後をいうものとする。
【００３７】
大腿骨コンポーネント２００は、例えば、生体親和性を有する金属材料を用いて形成されている。大腿骨コンポーネント２００は、側面視においてＵ字状に形成されている。大腿骨コンポーネント２００は、内側顆２０１と、外側顆２０２と、カム部２０３と、開口部２０４と、を備えて構成されている。内側顆２０１及び外側顆２０２は、それぞれ、左右に並んで配置されている。内側顆２０１の前部と外側顆２０２の前部とは、互いに接続されている。大腿骨コンポーネント２００の前部は、前方から見たときに、上側に向けて凸となる形状に形成されている。
【００３８】
内側顆２０１及び外側顆２０２のそれぞれのうち、大腿骨３の近位部６側を向く内側面には、固定面２０５，２０５が形成されている。固定面２０５，２０５は、大腿骨コンポーネント２００を大腿骨３の近位部６に固定するために設けられている。また、固定面２０５，２０５は、それぞれ、側方から見たときにＵ字状に形成されている。固定面２０５，２０５は、それぞれ、遠位部４に形成された骨切り面１０に固定される。
【００３９】
骨切り面１０は、大腿骨コンポーネント２００を遠位部４に固定する前に、術者によって人工的に形成された面である。骨切り面１０は、例えば、術者がカッタ等の器具を用いて遠位部４の一部を切除することで、形成されている。骨切り面１０は、例えば、前側を向く第１面１１と、前斜め下側を向く第２面１２と、下側を向く第３面１３と、後斜め下を向く第４面１４と、後側を向く第５面１５と、を有している。固定面２０５，２０５は、それぞれ、これら第１〜第５面１１〜１５に沿う形状に形成されており、これら第１〜第５面１１〜１５のそれぞれに、骨セメント、又は生体活性材料コーティング等を用いて固定されている。
【００４０】
また、骨切り面１０の第１面１１から第５面１５にかけて、後述するポスト５０２を配置するための凹部１６が形成されている。凹部１６は、第２面１２〜第５面１５に亘って形成されて、前後方向に延びている。凹部１６は、遠位部４を前後方向に貫通するように延びている。これにより、凹部１６は、膝の屈曲運動の際に、ポスト５０２が大腿骨３に接触することを抑制している。
【００４１】
内側顆２０１及び外側顆２０２のそれぞれにおいて、大腿骨３の遠位部４の外側を向く外側面には、２つの大腿骨関節面２０７，２０７が形成されている。大腿骨関節面２０７，２０７は、患者の膝の屈伸運動に伴って脛骨インサート５００と摺動する湾曲面として設けられている。大腿骨関節面２０７，２０７は、それぞれ、凸湾曲形状に形成され、遠位部４の遠位端としての第３面１３と対向するとともに、遠位部４の後部としての第５面１５と対向しており、側方から見て、遠位部４の一部を取り囲んでいる。大腿骨関節面２０７の前端２０８は、膝が真っ直ぐの状態のときに、ポスト５０２の前方に配置されている。
【００４２】
大腿骨関節面２０７，２０７は、内側顆２０１及び外側顆２０２にそれぞれ備えられる遠位顆２１０，２１０、後顆２１１，２１１及び上顆２１２，２１２によって形成されている。
【００４３】
図４は、大腿骨コンポーネント２００を後方から見た図である。図３及び図４に示すように、遠位顆２１０，２１０は、それぞれ、大腿骨３の遠位部４の遠位面としての第３面１３と対向するように配置されている。後顆２１１，２１１は、それぞれ、遠位顆２１０，２１０から後斜め上方へ向けて延びる部分として設けられている。後顆２１１，２１１は、それぞれ、固定面２０５，２０５の後方に配置されており、主に、第４面１４及び第５面１５と対向するように配置されている。後顆２１１，２１１の上端は、それぞれ、側面視において、カム部２０３の後方に位置している。上顆２１２，２１２は、それぞれ、後顆２１１，２１１の上端から上方へ向けて延びる部分として設けられている。上顆２１２，２１２は、第５面１５に対向するように配置されている。
【００４４】
上記の構成により、大腿骨関節面２０７，２０７は、それぞれ、遠位顆２１０，２１０の外側面としての第１関節面２０７ａ，２０７ａと、後顆２１１，２１１の外側面としての第２関節面２０７ｂ，２０７ｂと、上顆２１２，２１２の外側面としての第３関節面２０７ｃ，２０７ｃと、を有している。
【００４５】
内側顆２０１と外側顆２０２との間に、カム部２０３が配置されている。カム部２０３は、大腿骨関節面２０７，２０７の後部間に配置されている。カム部２０３は、膝の屈曲角度が所定角度以上のときに、脛骨インサート５００と接触することにより、膝の屈曲運動を案内する。カム部２０３は、内側顆２０１の後顆２１１及び上顆２１２と、外側顆２０２の後顆２１１及び上顆２１２との間に配置された、小片状の部分である。
【００４６】
図２及び図３に示すように、カム部２０３の前部は、固定面２０５，２０５に対して前方に突出している。カム部２０３の前側面は、平坦な面に形成されている。また、カム部２０３の後側面は、上顆２１２，２１２の外側面（第３関節面２０７ｃ、２０７ｃ）に対して、前方に配置されている。これにより、カム部２０３の後部には、前方へ向けて窪む窪み部２０３ａが形成されている。カム部２０３の前方に、開口部２０４が形成されている。
【００４７】
開口部２０４は、脛骨インサート５００のポスト５０２が挿通される部分である。開口部２０４は、内側顆２０１と外側顆２０２との間に配置されており、大腿骨コンポーネント２００を貫通する孔部として設けられている。開口部２０４は、内側顆２０１及び外側顆２０２のそれぞれの後顆２１１，２１１から前方に向けて延びている。
【００４８】
上記の構成を有する大腿骨コンポーネント２００は、脛骨コンポーネント１８によって、摺動可能に支持される。脛骨コンポーネント１８は、人工膝関節インプラント１の一要素としての脛骨トレイ２と、脛骨インサート５００とを備えて構成されている。脛骨トレイ２は、脛骨インサート５００を支持するトレイ本体１９と、トレイ本体１９の裏面から突出するスタッド部２０と、を備えて構成されている。スタッド部２０は、脛骨５の近位部６に形成された髄腔部５ａに嵌合されており、骨セメント、又は生体活性材料コーティング等を用いて脛骨５の近位部６に固定されている。髄腔部５ａは、術者によって形成される孔部である。トレイ本体１９は平板状に形成されており、近位部６の端面上に配置されている。トレイ本体１９は、大腿骨コンポーネント２００側を向く表面を有している。このトレイ本体１９の表面に、脛骨インサート５００が固定されている。
【００４９】
脛骨インサート５００は、合成樹脂等を用いて形成されており、平板状のプレート５０１と、プレート５０１から開口部２０４へ突出するポスト５０２と、を備えて構成されている。プレート５０１は、左右に細長い円板状に形成されている。プレート５０１には、内側窩５０３及び外側窩５０４が形成されている。
【００５０】
内側窩５０３及び外側窩５０４は、それぞれ、大腿骨コンポーネント２００の内側顆２０１及び外側顆２０２と摺動可能に接触する窪みとして設けられている。内側窩５０３と外側窩５０４との間にはポスト５０２が配置されている。平面視において、ポスト５０２は、内側窩５０３と外側窩５０４とに挟まれている。内側窩５０３及び外側窩５０４のそれぞれにおいて、前端部の厚みは、後端部の厚みよりも大きい。内側窩５０３及び外側窩５０４は、それぞれ、大腿骨コンポーネント２００の内側顆２０１及び外側顆２０２を受けるための窪みを有している。
【００５１】
内側窩５０３のうち、大腿骨コンポーネント２００の内側顆２０１と対向する面には、脛骨関節面５０６が形成されている。同様に、外側窩５０４のうち、大腿骨コンポーネント２００の外側顆２０２と対向する面には、脛骨関節面５０６が形成されている。これら２つの脛骨関節面５０６，５０６は、それぞれ、脛骨５の近位部６側へ向けて凹湾曲した形状に形成されている。内側窩５０３の脛骨関節面５０６は、内側顆２０１の大腿骨関節面２０７と摺動可能に接触している。また、外側窩５０４の脛骨関節面５０６は、外側顆２０２の大腿骨関節面２０７と摺動可能に接触している。
【００５２】
ポスト５０２は、カム部２０３との摺動によって、人工膝関節７の屈曲を促進するために設けられている。ポスト５０２は、プレート５０１を平面視したときにプレート５０１の略中央に配置されている。即ち、ポスト５０２は、左右方向におけるプレート５０１の中央に配置され、且つ、前後方向におけるプレート５０１の中央に配置されている。
【００５３】
ポスト５０２は、柱状に形成されており、プレート５０１からの高さが高くなるに従い、前後方向の厚みが小さくなっている。また、ポスト５０２を前方から見たときに、ポスト５０２は、根元部から中間部にかけて、左右方向の厚みが一定の形状とされている。また、ポスト５０２の先端部は、先細りとなるように左右方向の厚みが次第に小さくされている。
【００５４】
ポスト５０２の後面には、ポスト５０２と摺動接触するための摺動面５０７が形成されている。摺動面５０７は、前側に向けて窪む面として設けられており、人工膝関節７の屈曲角度が所定値以上のときに、カム部２０３に対して摺動する。
【００５５】
ポスト５０２の後方において、プレート５０１には、切欠部５０８が形成されている。切欠部５０８は、ポスト５０２と接触しているときのカム部２０３がプレート５０１に接触することを抑制するために設けられている。切欠部５０８は、プレート５０１の後端部のうち、左右方向の中央に形成されている。
【００５６】
図５(ａ)，図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、それぞれ、複数の大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の側面図である。図５（ｂ）に示すように、大腿骨コンポーネント２００の大腿骨関節面２０７は、複数の曲率半径を有している。具体的には、大腿骨関節面２０７は、曲率半径Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２及びＲ２３を有している。
【００５７】
大腿骨関節面２０７のうち、遠位顆２１０における前側部分の一部は、曲率半径Ｒ２０を有している。大腿骨関節面２０７のうち、曲率半径Ｒ２０を有する部分の後端２０７ｄは、大腿骨３の第４面１４の下方に位置している。大腿骨関節面２０７のうち、この後端２０７ｄから後方へ向けて延びる部分の曲率半径Ｒ２１が、曲率半径Ｒ２０よりも小さい値となっている。大腿骨関節面２０７のうち、曲率半径Ｒ２１を有する部分は、大腿骨コンポーネント２００の後端まで延びている。大腿骨関節面２０７のうち、曲率半径Ｒ２１を有する部分の後端２０７ｅは、カム部２０３の後方に位置している。大腿骨関節面２０７のうち、この後端２０７ｅから固定面２０５側へ向けて延びる部分の曲率半径Ｒ２２が、曲率半径Ｒ２１よりも小さい値となっている。大腿骨関節面２０７のうち、曲率半径Ｒ２２を有する部分の前端２０７ｆは、側面視において、カム部２０３の上部寄りに配置されている。大腿骨関節面２０７のうち、この前端２０７ｆから固定面２０５まで延びる部分の曲率半径Ｒ２３が、曲率半径Ｒ２２よりも小さい値となっている。即ち、Ｒ２０＞Ｒ２１＞Ｒ２２＞Ｒ２３となっている。
【００５８】
上記の構成により、遠位顆２１０における大腿骨関節面２０７（第１関節２０７ａ）は、２種類の曲率半径Ｒ２０，Ｒ２１を有している。また、後顆２１１における大腿骨関節面２０７（第２関節２０７ｂ）は、２種類の曲率半径Ｒ２１，２２を有している。更に、上顆２１２における大腿骨関節面２０７（第１関節２０７ｃ）は、２種類の曲率半径Ｒ２２，Ｒ２３を有している。
【００５９】
次に、図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）を参照して、大腿骨コンポーネント１００及び大腿骨コンポーネント３００について説明する。前述したように、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の違いは、主に、側面視における後顆１１１，２１１，３１１の厚みの違いにある。尚、大腿骨コンポーネント１００，３００のうち、大腿骨コンポーネント２００と同様の構成については、図に、大腿骨コンポーネント２００と同一の符号を付して、説明を省略する。また、大腿骨コンポーネント１００，３００のうち、大腿骨コンポーネント２００の要素に対応する要素については、大腿骨コンポーネント２００の要素に対応する符号を付して説明する。例えば、大腿骨コンポーネント１００，３００の大腿骨関節面については、大腿骨コンポーネント２００の大腿骨関節面２０７に対応する符号として、大腿骨関節面１０７，３０７という符号を付して説明する。
【００６０】
図５（ａ）に示すように、大腿骨コンポーネント１００は、遠位顆１１０と、後顆１１１と、上顆１１２と、を有している。また、大腿骨コンポーネント１００の大腿骨関節面１０７は、複数の曲率半径を有している。具体的には、大腿骨関節面１０７は、曲率半径Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３を有している。
【００６１】
大腿骨関節面１０７のうち、遠位顆１１０における前側部分の一部が、曲率半径Ｒ１０を有している。大腿骨関節面１０７のうち、曲率半径Ｒ１０を有する部分の後端１０７ｄは、大腿骨３の第３面１３の下方に位置する。大腿骨関節面１０７のうち、この後端１０７ｄから後方へ向けて延びる部分の曲率半径Ｒ１１が、曲率半径Ｒ１０よりも小さい値となっている。大腿骨関節面１０７のうち、曲率半径Ｒ１１を有する部分は、大腿骨コンポーネント１００の後端を含み、且つこの後端よりも上方に延びている。曲率半径Ｒ１１を有する部分の上端１０７ｅは、カム部２０３の上部の後方に位置している。大腿骨関節面１０７のうち、この上端１０７ｅから固定面２０５側へ向けて延びる部分の曲率半径Ｒ１２が、曲率半径Ｒ１１よりも小さい値となっている。大腿骨関節面２０７のうち、曲率半径Ｒ１２を有する部分の前端１０７ｆは、側面視において、カム部２０３と重なっている。大腿骨関節面１０７のうち、この前端１０７ｆから固定面２０５まで延びる部分の曲率半径Ｒ１３が、曲率半径Ｒ１２よりも小さい値となっている。即ち、Ｒ１０＞Ｒ１１＞Ｒ１２＞Ｒ１３となっている。
【００６２】
上記の構成により、遠位顆１１０における大腿骨関節面１０７（第１関節面１０７ａ）は、２種類の曲率半径Ｒ１０，Ｒ１１を有している。また、後顆１１１における大腿骨関節面１０７（第２関節面１０７ｂ）は、１種類の曲率半径Ｒ１１を有している。更に、上顆１１２における大腿骨関節面１０７（第３関節面１０７ｃ）は、２種類の曲率半径Ｒ１２，Ｒ１３を有している。
【００６３】
図５（ｃ）に示すように、大腿骨コンポーネント３００は、遠位顆３１０と、後顆３１１と、上顆３１２と、を有している。また、大腿骨コンポーネント３００の大腿骨関節面３０７は、複数の曲率半径を有している。具体的には、大腿骨関節面３０７は、曲率半径Ｒ３０，Ｒ３１，Ｒ３２及びＲ３３を有している。
【００６４】
大腿骨関節面３０７のうち、遠位顆３１０における前側部分の一部が、曲率半径Ｒ３０を有している。大腿骨関節面３０７のうち、曲率半径Ｒ３０を有する部分の後端３０７ｄは、固定面２０５の後方側に位置する。大腿骨関節面３０７のうち、この後端３０７ｄから後方へ向けて延びる部分の曲率半径Ｒ３１が、曲率半径Ｒ３０よりも小さい値となっている。大腿骨関節面３０７のうち、曲率半径Ｒ３１を有する部分は、後斜め下に向けて凸となる状となっている。大腿骨関節面３０７のうち、曲率半径Ｒ３１を有する部分の後端３０７ｅは、前後方向において、固定面２０５と、大腿骨コンポーネント３００の後端との間に位置している。大腿骨関節面３０７のうち、この後端３０７ｅから上方へ延びる部分の曲率半径Ｒ３２が、曲率半径Ｒ３１よりも小さい値となっている。大腿骨関節面３０７のうち、曲率半径Ｒ３２を有する部分は、大腿骨コンポーネント３００の後端を含み、且つこの後端よりも上方に延びている。曲率半径Ｒ３２を有する部分の上端３０７ｆは、側面視において、カム部２０３と重なる位置に配置されている。大腿骨関節面３０７は、この上端３０７ｆから固定面２０５まで延びる部分の曲率半径Ｒ３３が、曲率半径Ｒ３２よりも小さい値となっている。即ち、Ｒ３０＞Ｒ３１＞Ｒ３２＞Ｒ３３となっている。
【００６５】
上記の構成により、遠位顆３１０における大腿骨関節面３０７（第１関節面３０７ａ）は、少なくとも１種類の曲率半径Ｒ３１を有している。また、後顆３１１における大腿骨関節面３０７（第２関節面３０７ｂ）は、２種類の曲率半径Ｒ３１，Ｒ３２を有している。更に、上顆３１２における大腿骨関節面３０７（第３関節面３０７ｃ）は、２種類の曲率半径Ｒ３２，Ｒ３３を有している。上記の構成を有する大腿骨コンポーネント１００，２００，３００においては、それぞれの固定面２０５，２０５，２０５の形状は、同一とされている。また、曲率半径Ｒ１０＝Ｒ２０＝Ｒ３０とされており、第３面１３の下方において、遠位顆１１０，２１０，３１０のそれぞれの肉厚は、概ね同じとされている。
【００６６】
一方で、曲率半径Ｒ１１＜Ｒ２１＜Ｒ３１とされている。また、曲率半径Ｒ１２＜Ｒ２２＜Ｒ３２とされている。更に、曲率半径Ｒ１３＜Ｒ２３＜Ｒ３３とされている。このように、曲率半径を異ならせる構成により、大腿骨コンポーネント１００の後顆１１１の厚みと比べて、大腿骨コンポーネント２００の後顆２１１の厚みが大きく、更に、大腿骨コンポーネント２００の後顆２１１の厚みと比べて、大腿骨コンポーネント３００の後顆３１１の厚みが大きくされている。
【００６７】
図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、それぞれ、複数の脛骨インサート４００，５００，６００の側面図である。図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）を参照して、次に、脛骨インサート５００及び脛骨インサート６００について説明する。前述したように、脛骨インサート４００，５００，６００の違いは、主に、ポスト４０２，５０２，６０２の前後位置の違いにある。尚、脛骨インサート４００，６００のうち、脛骨インサート５００と同様の構成については、図に、脛骨インサート５００と同一の符号を付して、説明を省略する。
【００６８】
脛骨インサート４００，５００，６００において、それぞれのポスト４０２，５０２，６０２の形状は、同一形状とされている。一方で、これらのポスト４０２，５０２，６０２において、脛骨関節面５０６に対する前後位置は、それぞれ、異なっている。具体的には、脛骨インサート４００において、プレート５０１の後端からポスト４０２の後端までの前後方向の距離を距離Ｄ４と定義する。また、脛骨インサート５００において、プレート５０１の後端からポスト５０２の後端までの前後方向の距離をＤ５と定義する。更に、脛骨インサート６００において、プレート５０１の後端からポスト６０２の後端までの前後方向の距離をＤ６とする。この場合、距離Ｄ４＞Ｄ５＞Ｄ６とされている。したがって、プレート５０１の後端からの切欠部５０８の前方への切り込み深さも同様に、脛骨インサート４００，５００，６００毎に異なっている。
【００６９】
[人工膝関節の屈曲動作の説明]
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、それぞれ、人工膝関節７の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節７の屈曲角度がゼロである状態を示している。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、それぞれ、人工膝関節７の脛骨インサートが異なる場合を示している。より詳細には、図７（ａ）は、人工膝関節７が脛骨インサート４００を備えている場合を示しており、図７（ｂ）は、人工膝関節７が脛骨インサート５００を備えている場合を示しており、図７（ｃ）は、人工膝関節７が脛骨インサート６００を備えている場合を示している。
【００７０】
また、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、それぞれ、人工膝関節７の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節７の屈曲角度が９０度である状態を示している。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、それぞれ、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に対応する図である。
【００７１】
脛骨インサート４００を用いた場合の人工膝関節７の屈曲の動作は、図７（ａ）及び図８（ａ）に示されている。また、脛骨インサート５００を用いた場合の人工膝関節７の屈曲の動作は、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示されている。更に、脛骨インサート６００を用いた場合の人工膝関節７の屈曲の動作は、図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示されている。
【００７２】
図７（ｂ）に示すように、脛骨インサート５００を用いて人工膝関節７を形成した場合において、人工膝関節７が屈曲を開始すると、大腿骨コンポーネント２００の大腿骨関節面２０７は、脛骨関節面５０６に対して摺動しつつ、前方へ向けて旋回する。このとき、大腿骨３及び大腿骨コンポーネント２００は、図７（ｂ）において、時計回り方向に回転する。これにより、大腿骨コンポーネント２００のカム部２０３は、前方へ移動し、カム部２０３が、ポスト５０２に近づくように変位する。
【００７３】
そして、屈曲角度が所定角度を超えて大きくなると、図８（ｂ）に示すように、大腿骨コンポーネント２００のカム部２０３は、ポスト５０２の摺動面５０７に接触する。これにより、人工膝関節７が屈曲しているときに、カム部２０３は、ポスト５０２の摺動面５０７に受けられ、前方への変位を規制されつつ、摺動面５０７に対して摺動回転する。これにより、大腿骨コンポーネント２００は、ポスト５０２との接触部を支点にして更に回転する。
【００７４】
尚、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、人工膝関節７において、脛骨インサート４００を用いた場合も、脛骨インサート５００を用いた場合と同様の屈曲動作が行われる。また、図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示すように、人工膝関節７において、脛骨インサート６００を用いた場合も、脛骨インサート５００を用いた場合と同様の屈曲動作が行われる。また、大腿骨コンポーネント２００に代えて、大腿骨コンポーネント１００又は大腿骨コンポーネント３００（図５参照）を用いた場合も、上記と同様の屈曲動作が行われる。
【００７５】
[脛骨コンポーネントの変更によるギャップバランスの調整]
ここで、図７（ｂ）及び図８（ｂ）を参照して、人工膝関節７の屈曲角度がゼロである状態としての伸展状態において、大腿骨３の遠位部４と脛骨５の近位部６との距離が、所定の伸展ギャップＧ５１となっている。また、人工膝関節７の屈曲角度が９０度の状態において、大腿骨３の遠位部４と脛骨５の近位部６との距離が、所定の屈曲ギャップＧ５２となっている。そして、伸展ギャップＧ５１と屈曲ギャップＧ５２との差が、ギャップバランスとして定義される。尚、ギャップとは、脛骨５の中心軸線に沿う、大腿骨３の遠位部４と脛骨５の近位部６との間の直線距離をいう。また、伸展ギャップとは、人工膝関節７が真っ直ぐであることにより屈曲角度がゼロであるときのギャップをいう。更に、屈曲ギャップとは、人工膝関節７が曲がった状態であることにより屈曲角度が９０度のときのギャップをいう。
【００７６】
また、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、脛骨インサート４００を用いた場合の人工膝関節７の伸展ギャップＧ４１及び屈曲ギャップＧ４２が規定されている。そして、伸展ギャップＧ４１と屈曲ギャップＧ４２との差が、ギャップバランスとして定義される。また、図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示すように、脛骨インサート６００を用いた場合の人工膝関節７の伸展ギャップＧ６１及び屈曲ギャップＧ６２が規定されている。そして、伸展ギャップＧ６１と屈曲ギャップＧ６２との差が、ギャップバランスとして定義される。
【００７７】
図９（ａ）は、図８（ａ）から人工膝関節7を取り除いた状態を示す図である。なお、図９（ａ）の大腿骨３の前後位置は、図８（ａ）でポスト４０２とカム２０３が接触した位置となっている。同様に図９（ｂ）は、図８（ｂ）から人工膝関節7を取り除いた状態を示す図であり、図９（ｃ）は、図８（ｂ）から人工膝関節7を取り除いた状態を示す図である。
【００７８】
図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）を参照して、脛骨インサート４００，５００，６００では、ポスト４０２，５０２，６０２の前後位置が異なっている。その結果、大腿骨コンポーネント２００が脛骨インサート４００に対して摺動しているときの大腿骨３の位置は、大腿骨コンポーネント２００が脛骨インサート５００に対して摺動しているときの大腿骨３の位置と比べて、距離α１だけ前寄りに位置している。また、大腿骨コンポーネント２００が脛骨インサート５００に対して摺動しているときの大腿骨３の位置は、大腿骨コンポーネント２００が脛骨インサート６００に対して摺動しているときの大腿骨３の位置と比べて、距離α２だけ前寄りに位置している。そのため、ポスト４０２，５０２，６０２の前後位置を異ならせることにより、側副靭帯２１の一端と他端との前後方向の相対位置を異ならせることができ、よって、側副靱帯２１の張力を調整できる。前述したように、図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、それぞれ、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）から人工膝関節7を取り除いた状態を示しており、脛骨５に対する大腿骨３の前後位置が異なるため、側副靱帯２１の張力が異なる。その結果、大腿骨３と脛骨５が引き寄せられる力が異なるため、屈曲ギャップを調節することができる。
【００７９】
人工膝関節７におけるギャップバランスは、人工膝関節７を設置する前の正常な膝におけるギャップバランスとしての基準ギャップバランスに近いことが、患者に自然な感覚を与えることができる点で、好ましい。しかしながら、全ての患者に対して一律に脛骨インサート５００を適用すると、患者によっては、ギャップバランスが基準ギャップバランスと大きく異なり、膝を屈曲運動する際に違和感を覚えてしまう。
【００８０】
そこで、人工膝関節インプラント１において、複数の脛骨インサート４００，５００，６００を設けていることにより、ギャップバランスを調整することができる。より具体的には、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、脛骨インサート４００を用いた場合、脛骨インサート５００を用いた場合、及び脛骨インサート６００を用いた場合の何れにおいても、伸展ギャップＧ４１，Ｇ５１、Ｇ６１は、同じ値である。
【００８１】
一方、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）と、図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）とを参照して、前述したように、大腿骨コンポーネント２００が各脛骨インサート４００，５００，６００のポスト４０２，５０２，６０２と接触しているときにおいては、同じ屈曲角度であっても、屈曲ギャップＧ４２，Ｇ５２，Ｇ６２は、異なっている。
【００８２】
以上のように、脛骨インサート４００，５００，６００によって、屈曲ギャップが異なっている。このため、術者は、手術中に、患者にとって最もギャップバランスのよい脛骨インサートを、脛骨インサート４００，５００，６００の中から選択することができる。
【００８３】
[脛骨インサートの変更による、側副靭帯の位置の調整]
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、脛骨インサート４００，５００，６００を用いた場合、伸展状態において、脛骨５の近位部６に対する大腿骨３の遠位部４の前後方向の位置は、異なっている。具体的には、脛骨インサート４００を用いた場合、脛骨インサート５００を用いた場合と比べて、遠位部４は、距離α３だけ前寄りに位置する。また、脛骨インサート５００を用いた場合、脛骨インサート６００を用いた場合と比べて、遠位部４は、距離α４だけ前寄りに位置する。このため、脛骨インサート４００，５００，６００の違いにより、大腿骨３と脛骨５とを繋ぐ側副靭帯２１の上端および下端の、前後方向の相対位置は異なっている。これにより、術者は、患者にとって最適な位置に側副靭帯２１が配置されるように、脛骨インサート４００，５００，６００を選択することができる。尚、一般的に、ポスト４０２，５０２，６０２の位置が、対応するプレート５０１の前端に近いほど、側副靭帯２１の前後方向の位置を、人工膝関節７の設置前の本来の位置に近づけることが可能である。これにより、患者にとって、より自然な屈曲運動を実現することができる。
【００８４】
以上より、側副靭帯２１の前後方向の位置を最適化することと、屈曲角度の最大値をより大きくすることとを両立することのできる、最適な脛骨インサートを、脛骨インサート４００，５００，６００から選択することとなる。
【００８５】
[大腿骨コンポーネントを変更することによる、ギャップバランスの調整]
図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、人工膝関節７の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節７の屈曲角度がゼロである状態を示している。図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、それぞれ、人工膝関節７の大腿骨コンポーネントが異なる場合を示している。より詳細には、図１０（ａ）は、人工膝関節７が大腿骨コンポーネント１００を備えている場合を示しており、図１０（ｂ）は、人工膝関節７が大腿骨コンポーネント２００を備えている場合を示しており、図１０（ｃ）は、人工膝関節７が大腿骨コンポーネント３００を備えている場合を示している。
【００８６】
また、図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、人工膝関節７の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節７の屈曲角度が９０度である状態を示している。図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、それぞれ、図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に対応する図である。
【００８７】
また、図１２は、人工膝関節７の屈曲動作を説明するための、主要部を側方から見た断面図であって、人工膝関節７の屈曲角度が最大である許容屈曲角度に近い状態を示している。図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）は、それぞれ、図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に対応する図である。尚、図１０〜図１２においては、同じ脛骨インサート５００が示されている。
【００８８】
人工膝関節インプラント１において、複数の大腿骨コンポーネント１００，２００，３００が設けられていることにより、ギャップバランスを調整することができる。より具体的には、図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示すように、大腿骨コンポーネント１００を用いた場合、大腿骨コンポーネント２００を用いた場合、及び大腿骨コンポーネント３００を用いた場合の何れにおいても、伸展ギャップＧ１１，Ｇ２１，Ｇ３１は、同じ値である。
【００８９】
一方、図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示すように、大腿骨コンポーネント１００を用いた場合の屈曲ギャップＧ１２と、大腿骨コンポーネント２００を用いた場合の屈曲ギャップＧ２２と、大腿骨コンポーネント３００を用いた場合の屈曲ギャップＧ３２とは、同じ屈曲角度にある状態で、異なっている。これは、カム部２０３がポスト５０２に接触しているときにおいて、脛骨インサート５００と接触している後顆１１１の厚みと、脛骨インサート５００と接触している後顆２１１の厚みと、脛骨インサート５００と接触している後顆３１１の厚みとが異なっていることによるものである。
【００９０】
以上のように、脛骨インサート４００，５００，６００に関して、同じ屈曲角度においても、屈曲ギャップＧ１２、Ｇ２２，Ｇ３２が互いに異なっている。このため、術者は、手術中に、患者にとって最もギャップバランスのよい大腿骨コンポーネントを、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の中から選択することができる。
【００９１】
[大腿骨コンポーネントの変更による、側副靭帯の位置の調整］
図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、人工膝関節７が許容屈曲角で屈曲している状態において、脛骨５の近位部６に対する大腿骨３の遠位部４の前後方向の位置は、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の違いに起因して異なっている。具体的には、大腿骨コンポーネント１００を用いた場合の大腿骨３の遠位部４の前後方向の位置は、大腿骨コンポーネント２００を用いた場合の大腿骨３の遠位部４の前後方向の位置と比べて距離α５だけ前方に位置している。また、大腿骨コンポーネント２００を用いた場合の大腿骨３の遠位部４の前後方向の位置は、大腿骨コンポーネント３００を用いた場合の大腿骨３の遠位部４の前後方向の位置と比べて距離α６だけ前方に位置している。このため、大腿骨３と脛骨５とを繋ぐ側副靭帯２１（図７参照）の、前後方向の位置が、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００によって、異なっている。これにより、人工膝関節７が許容屈曲角で屈曲しているときにおいて、患者にとって最適な位置に側副靭帯２１が配置されるように、術者は、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００を選択することができる。
【００９２】
以上より、側副靭帯２１の前後方向の位置を最適化することと、許容屈曲角度をより大きくすることとを両立することのできる、最適な大腿骨コンポーネントを、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００から選択することとなる。
【００９３】
したがって、術者は、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の中から、患者にとって最適なものを選び、且つ、脛骨インサート４００，５００，６００（図７参照）の中から、患者にとって最適なものを選ぶこととなる。
【００９４】
以上説明したように、人工膝関節インプラント１によると、脛骨インサート４００，５００，６００は、それぞれ、脛骨関節面５０６に対するポスト４０２，５０２，６０２の前後位置が異なっている。これにより、ポストの前後位置が患者にとって最適な位置となるように、複数の脛骨インサート４００，５００，６００のなかから、最適なものを選んで脛骨に取り付けることができる。これにより、ポストの前後位置を患者にとって最適化することができる。ポストの前後位置を調整することにより、患者の側副靭帯２１の張力を調整することができる。その結果、患者が膝を延ばしている状態での大腿骨３の遠位部４と脛骨５の近位部６との間のギャップとしての伸展ギャップと、患者が膝を曲げている状態での大腿骨３の遠位部４と脛骨５の近位部６との間のギャップとしての屈曲ギャップと、のバランスとしてのギャップバランスを、より均衡がとれた状態にすることができる。これにより、安定した深屈曲動作を実現することができる。更に、患者の膝を自然に屈曲動作できるように側副靭帯２１を前寄りに配置するという条件を満たしつつ、ポストを可及的に後方に配置することができる。これにより、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の何れかのカム部２０３と、ポスト４０２，５０２，６０２の何れかとの摺動の際に、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の何れか又は大腿骨３が、脛骨インサート４００，５００，６００の何れかにインピンジするまでの屈曲角度を、より大きくすることができる。その結果、脛骨５に対して大腿骨３をより大きい屈曲角度で屈曲できるという、深屈曲性を向上することができる。
【００９５】
しかも、前述した（ｉ）の方法と異なり、ギャップバランスを調整するために、患者の側副靭帯等、人工膝関節周辺の軟部組織を大腿骨及び脛骨から適宜引き剥がす（リリースする）作業を行わなくてもよい。このため、術者は、軟部組織の周辺の血管及び神経を傷つけないように気を使う必要のある、上記のリリース作業を行う必要が無い。よって、人工膝関節インプラント１の設置作業かかる術者および患者の負担を少なくできる。
【００９６】
また、前述した方法（ｉｉ）と異なり、ギャップバランスの調整のために、大腿骨３に対する大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の設置位置を都度変更する必要が無い。このため、大腿骨３の骨切り面１０の配置箇所の自由度を高くでき、大腿骨３にノッチが形成されるような形状の骨切り面を形成する必要が無い。よって、ノッチに起因する応力集中が大腿骨３に生じることがなく、大腿骨３の強度低下を招くことを抑制できるので、患者への負担を小さくできる。更に、ギャップバランスの調整のために大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の位置を変更する必要が無い。このため、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の何れかを、膝蓋骨に対して、適切な位置に配置することができる。その結果、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の何れかと膝蓋骨との間の摺動状態を良好にすることができ、パテラトラッキング不良を抑制できる。よって、患者は、膝の自然な屈曲運動を行うことができる。
【００９７】
また、前述した方法（ｉｉｉ）と異なり、ギャップバランスの調整のために、大腿骨コンポーネント全体のサイズを変更する必要が無い。このため、ギャップバランスの調整のために大腿骨コンポーネント１００，２００，３００を大きく又は小さくする必要が無い。よって、大腿骨３の骨切り量が大きくならずに済み、余分な骨切り作業が不要であるので、術者および患者への負担を小さくできる。その上、大きな大腿骨コンポーネントによって患者の軟部組織が圧迫されるという不具合を抑制できるので、患者への負担を小さくできる。
【００９８】
また、前述した方法（ｉｖ）と異なり、ギャップバランスの調整のために、脛骨インサート４００，５００，６００の厚みを変更する必要が無い。このため、脛骨インサート４００，５００，６００の何れかと大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の何れかとが接触する部分としてのジョイントラインの高さ位置は、ギャップバランスの調整の影響を受けない。その結果、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の何れかと膝蓋骨との相対的な高さ位置を、ギャップバランスの調整の有無に拘らず一定にできる。即ち、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の何れかと膝蓋骨との相対摺動の態様を、ギャップバランスの調整の有無に拘らず一定にできる。その結果、前述したパテラトラッキング不良等を抑制できる。
【００９９】
また、前述した方法（ｖ）では、ギャップを調節するために、後顆の厚みの異なる大腿骨コンポーネントを選択している。このような方法では、側副靱帯と大腿骨コンポーネントとの相対位置のバランスを調整できない。これに対して、人工膝関節インプラント１では、脛骨インサート４００，５００，６００におけるポスト４０２，５０２，６０２の前後位置を調整することにより、側副靱帯２１と大腿骨コンポーネント１００，２００，３００との相対位置を調整することができる。その結果、大腿骨３を脛骨５に対して、生体本来の位置に近い位置で屈曲させることができ、患者は、膝を自然な姿勢で屈曲することができる。
【０１００】
従って、人工膝関節インプラント１を適用することにより、安定した深屈曲動作を実現するために、ギャップバランスを調整することができ、且つ、術者及び患者の負担を少なくでき、更には患者が自然な屈曲運動を実現できる。
【０１０１】
また、人工膝関節インプラント１によると、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００は、固定面２０５の形状が共通で且つ後顆１１１，２１１，３１１の厚みが異なっている。
【０１０２】
これにより、大腿骨３と脛骨５との間のギャップバランスの均衡化と、膝の自然な屈曲を達成するための側副靭帯２１の配置の実現と、を両立できるように、複数の大腿骨コンポーネント１００，２００，３００のなかから、最適なものを選ぶことができる。例えば、患者において屈曲ギャップが小さい場合には、後顆の厚みがより小さい大腿骨コンポーネント１００，２００の何れかを用いることにより、ギャップバランスを調整することができる。また、患者において屈曲ギャップが大きい場合には、後顆の厚みがより大きい大腿骨コンポーネント２００，３００の何れかを用いることにより、ギャップバランスを調整することができる。また、膝の屈曲時の側副靭帯２１の位置をより前側に配置するためには、大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の中からの、後顆の厚みがより薄いものを用いることが好ましい。更に、ポスト４０２，５０２，６０２の前後位置の異なる脛骨インサート４００，５００，６００と組み合わせることにより、調整可能なギャップバランスの範囲が広がると共に、ギャップバランスの微調整を行うことができる。更に、後顆１１１，２１１，３１１の厚みの異なる大腿骨コンポーネント１００，２００，３００と、ポスト４０２，５０２，６０２の前後位置の異なる脛骨インサート４００，５００，６００と、を組み合わせることにより、側副靭帯２１の配置を調整し易くなり、より患者に最適な状態にすることができる。よって、ギャップバランスの均衡化と、側副靭帯２１の配置の最適化と、を両立できるように、最適な厚みの後顆を有する大腿骨コンポーネント（大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の何れか）を採用することができる。
【０１０３】
また、人工膝関節インプラント１によると、複数の大腿骨コンポーネント１００，２００，３００のそれぞれの後顆１１１，２１１，３１１における大腿骨関節面１０７，２０７，３０７の曲率半径が異なっている。このようにして曲率半径を異ならせるという簡易な構成で、各大腿骨コンポーネント１００，２００，３００の後顆１１，２１１，３１１の厚みを異ならせることができる。
【０１０４】
また、複数の脛骨インサート４００，５００，６００において、ポスト４０２，５０２，６０２の形状が互いに同じである。このため、人工膝関節７の設置手術時において、脛骨インサート４００，５００，６００の種類を変更したときの、脛骨５に対する大腿骨３の動きを予想し易い。このため、術者は、脛骨コンポーネント４００，５００，６００の中から患者にとって最適なものを容易に選定することができる。その結果、手術時間の短縮を通じて、術者及び患者の負担をより小さくすることができる。
【０１０５】
また、人工膝関節インプラント１によると、脛骨トレイ２は、脛骨インサート４００，５００，６００と別部材を用いて形成されている。これにより、脛骨トレイ２によって、脛骨インサート４００，５００，６００の何れかを、脛骨５の近位部６に固定することができる。また、脛骨インサート４００，５００，６００のポスト４０２，５０２，６０２の前後位置を変更することにより、脛骨５に対する大腿骨３の安定した深屈曲動作を実現している。これにより、安定した深屈曲動作を実現するために、脛骨トレイ２の形状を変更する必要が無い。このため、脛骨５のうち、脛骨トレイ２を固定する骨切り面１０の形状を、安定した深屈曲動作の実現のために変更する必要が無く、術者および患者の負担を小さくすることができる。
【０１０６】
以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。例えば、次のように変更して実施してもよい。
【０１０７】
（１）前述の実施形態では、脛骨トレイの上面と脛骨コンポーネントの下面とが平坦である形態を例にとって説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、図１３（ａ）に示すように、脛骨トレイ２Ａに下向きの凹部１６を形成し、この凹部１６に、脛骨インサート４００Ａの下面に形成した凸部２３を挿入してもよい。脛骨インサート５００，６００についても、同様である。
（２）前述の実施形態では、脛骨トレイと脛骨コンポーネントとを別部材で形成する形態を例にとって説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、図１３（ｂ）に示すように、脛骨インサート４００Ｂと、下向きの凸部１８を有する脛骨トレイ２Ｂとを単一の材料で一体に形成してもよい。脛骨インサート５００と脛骨トレイ２とについても同様であり、且つ、脛骨インサート５００と脛骨トレイ２とについても同様である。
（３）また、いわゆるモバイル型の脛骨コンポーネントを、本発明の脛骨コンポーネントとして用いてもよい。
（４）前述の実施形態では、脛骨コンポーネントの数が３つである形態を説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、人工膝関節インプラントに備えられる脛骨コンポーネントの数は、２つ以上であればよい。
（５）前述の実施形態では、大腿骨コンポーネントの数が３つである形態を説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、人工膝関節インプラントに備えられる大腿骨コンポーネントの数は、１つ以上であればよい。人工膝関節インプラントに備えられる大腿骨コンポーネントの数が２つ以上であれば、より最適な大腿骨コンポーネントを選択することができる。
（６）前述の実施形態では、後顆における大腿骨関節面及び上顆における大腿骨関節面が、全体として、複数の曲率半径を有する形態を例にとって説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、後顆における大腿骨関節面及び上顆における大腿骨関節面が、全体として、単一の曲率半径を有していてもよい。
（７）前述の実施形態では、各脛骨インサートのポストの形状が同一である形態を説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、各脛骨インサートのポストの形状が異なっていてもよい。
【実施例】
【０１０８】
図１に示す人工膝関節インプラントと同様の人工膝関節インプラントを実施例として用意した。また、比較例として、１つの脛骨インサート及び１つの大腿骨コンポーネントを有する人工膝関節インプラントを用意した。そして、実施例の中から患者にとって最適な脛骨インサート及び大腿骨コンポーネントを選んだものと、比較例のそれぞれについて、患者の脛骨及び大腿骨に装着したときの患者の膝の動きを、コンピュータ上でシミュレート（模擬実験）した。
【０１０９】
結果を図１４に示す。図１４は、人工膝関節の屈曲角度と、脛骨の中心軸線に対する大腿骨の遠位部の前後位置との関係を示している。尚、図１４において、実線のグラフは、実施例を用いた場合の結果を示しており、破線のグラフは、比較例を用いた場合の結果を示している。また、一点鎖線のグラフは、人工膝関節を取り付ける前の、正常な状態の患者の膝の動きを示している。
【０１１０】
したがって、一点鎖線で示すグラフに近いほど、自然な動きを達成できていることとなる。図１４に示すように、比較例では、屈曲角度が小さいときにおいて、正常な状態の患者の膝の動きからかけ離れた動きしか実現できていないことが明らかである。一方、実施例では、何れの屈曲角度においても、正常な状態の患者の膝の動きと極めて近い動きを実現できていることが明らかである。以上より、実施例は、患者にとって違和感のない膝の動きを実現するのに好適であることが立証された。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、患者の前十字靭帯及び後十字靭帯を切除し、当該患者の膝関節を人工膝関節に置換する手術において用いられる人工膝関節インプラントとして、広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１                          人工膝関節インプラント
２                          脛骨トレイ
３                          大腿骨
４                          遠位部
５                          脛骨
６                          近位部
７                          人工膝関節
１０                        骨切り面
１８                        脛骨コンポーネント
１００，２００，３００      大腿骨コンポーネント
１１１，２１１，３１１      後顆
１１２，２１２，３１２      上顆
２０３                      カム部
２０５                      固定面
１０７，２０７，３０７      大腿骨関節面
４００，５００，６００      脛骨インサート
４０２，５０２，６０２      ポスト
５０６                      脛骨関節面
【図１】
0006029817.tif 000002
【図２】
0006029817.tif 000003
【図３】
0006029817.tif 000004
【図４】
0006029817.tif 000005
【図５】
0006029817.tif 000006
【図６】
0006029817.tif 000007
【図７】
0006029817.tif 000008
【図８】
0006029817.tif 000009
【図９】
0006029817.tif 000010
【図１０】
0006029817.tif 000011
【図１１】
0006029817.tif 000012
【図１２】
0006029817.tif 000013
【図１３】
0006029817.tif 000014
【図１４】
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