(57)【要約】【課題】膝プロテーゼの提供。【解決手段】２つの顆を伴う大腿骨コンポーネントと、２つの顆間に配置される開口部と、支承表面を有し、大腿骨コンポーネント顆のそれぞれに係合し、支持する脛骨コンポーネントとを有する、膝プロテーゼ。大腿骨および脛骨コンポーネントを約０°から約１６５°までの屈曲で移動させることは、脛骨コンポーネント上で大腿骨コンポーネントの内側旋回回転を生じさせる。回転は、大腿骨顆間に延在する非対称カムと、支承表面間に配置され、脛骨コンポーネントから上方に延在する支柱との間の相互作用によって生じ得る。回転は、代替として、大腿骨カム、脛骨支柱、または支柱／カム接触表面を伴わずに、異なる比率で、それぞれの内側および外側支承表面上で後方に平行移動する、非対称内側および外側顆によって生じ得る。膝プロテーゼの実施形態は、十字靱帯置換または十字靱帯温存術において使用され得る。【選択図】図７
2015016379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載された発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６１／１４０，１８３号（２００８年１２月２３日出願）および米国特許出願１２／４８４，５９４号（２００９年６月１５日出願）に基づく優先権を主張する。これらは、参照により本明細書に引用され、全内容が本明細書に記載されたものとする。
【０００２】
（発明の分野）
本発明の分野は、人工関節に関し、より具体的には、膝プロテーゼに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの関節プロテーゼまたは代用品と同様に、人工機械デバイスを通して、自然な解剖学的移動を複製することは、困難であることが証明されている。これは、特に、大腿骨顆と脛骨との間の比較的複雑な移動および運動力学を可能にする、膝の場合に当てはまる。この相対的動作は、屈曲弧を通しての可変比率における接触表面間の転動および摺動の両方を考慮するという点において、複雑である。膝屈折の際のそのような移動に伴うのは、脛骨と大腿骨との間の回転移動である。したがって、膝プロテーゼは、従来、全方位（冠状方向内反／外反、矢状方向屈曲、横方向回転）における、完全屈曲および伸展を通じた、かつその間の膝移動の全可動域を複製することを試みていた。実際の解剖学的移動は、脛骨上での大腿骨顆の後方向転動および平行移動を可能にしながらも、また、屈曲／伸展の際、回転移動を可能にするであろう。
【０００４】
先行技術設計は、カムを伴う、大腿骨コンポーネントと、支柱を伴う、脛骨コンポーネントとを含む。非対称カムは、２つのコンポーネント間に回転を生じさせるように利用可能であることが開示されている。しかしながら、これらの設計は、屈曲中に、カムの上方移動を支持するために、比較的高い支柱を必要とし、および／または支柱とカムの前方−後方位置に依存する、構造について教示している。他の先行技術設計は、コンポーネント間に回転を生じさせるために、脛骨支承表面の使用を開示している。しかしながら、これらの設計は、外側−内側断面において非対称である、脛骨コンポーネントを必要とする、構造について教示している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、先行技術のさらなる欠点を識別し、克服する。上述のように、実際の解剖学的移動は、脛骨上で大腿骨顆の後方向転動および平行移動を可能にしながらも、また、屈曲／伸展の際、回転移動を可能にする。屈曲／伸展を可能にし、回転移動を有効にするために、支承表面を利用する、膝プロテーゼ設計は、脛骨コンポーネント上で大腿骨コンポーネントの前方向平行移動を呈する場合が多いことが、現在分かっている。「奇異性前方向転動」と称される、この現象は、膝プロテーゼが、自然な膝の解剖学的移動を正確に複製するのを妨害する。本発明の実施形態は、奇異性前方向転動を防止し、膝の実際の解剖学的運動を有効にする。
【０００６】
本発明は、その間に配置される、開口部を伴う、２つの顆を有する大腿骨コンポーネントを有する、膝プロテーゼを提供する。また、大腿骨コンポーネント顆のそれぞれを支持する、支承表面を有する、脛骨コンポーネントが、含まれる。大腿骨コンポーネントおよび脛骨コンポーネントは、大腿骨顆と脛骨支承表面との間の接触によって、係合可能である。大腿骨および脛骨コンポーネントを約０°から約１６５°の屈曲で移動させることによって、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間の接触領域は、脛骨と大腿骨コンポーネントとの間に回転を生じさせる。
【０００７】
自然な膝は、膝関節に安定性および強度を提供するのに有用となる、後十字靱帯を含む。この靱帯は、損傷または断裂し、したがって、膝関節に支持を提供しなくなる場合がある。本発明は、運動力学的膝動作を達成するための十字靱帯置換または十字靱帯温存膝プロテーゼ構造を採用する、プロテーゼを提供する。本発明の実施形態は、損傷または断裂した後十字靱帯の代用として機能する、コンポーネントを含む。本発明の他の実施形態は、膝プロテーゼ内に保定されるのに十分な健康状態である場合、十字靱帯を補完するように作用する。
【０００８】
一実施形態では、膝プロテーゼは、その間に配置される、開口部を伴う、２つの顆と、顆間に延在し、開口部に対して、後方境界を形成する、カムを有する大腿骨コンポーネントを含む。また、膝プロテーゼは、大腿骨コンポーネント顆のそれぞれを支持する、支承表面と、支承表面間に配置され、脛骨コンポーネントから上方に延在する、支柱とを有する、脛骨コンポーネントを含む。大腿骨コンポーネントおよび脛骨コンポーネントは、大腿骨と脛骨コンポーネントとの間の屈曲の少なくとも一部中に、大腿骨顆と脛骨支承表面との間の接触と、カムと支柱との接触と、によって、係合可能である。大腿骨および脛骨コンポーネントを約４５°から約１６５°の屈曲で移動させることによって、カムと支柱との間の接触領域は、下方かつ内方に移動し、脛骨と大腿骨コンポーネントとの間に内側回転を生じさせる。
【０００９】
別の実施形態では、膝プロテーゼは、その間に配置される、開口部を伴う、２つの顆を有する大腿骨コンポーネントと、大腿骨コンポーネント顆のそれぞれを支持する、支承表面を有する、脛骨コンポーネントとを含む。内側および外側大腿骨顆は、前方−後方断面において、非対称である。外側顆は、第１の実施形態の外側顆と類似構造を有するが、この実施形態の内側顆は、少なくとも１つの均一半径の領域を有する。同様に、内側脛骨支承表面は、前方−後方断面において、非対称である。大腿骨コンポーネントおよび脛骨コンポーネントは、大腿骨顆と脛骨支承表面との間の接触によって、係合可能である。しかしながら、外側および内側支承表面は、外側−内側断面において、対称のままである。他の膝設計が、奇異性前方向転動を起こす傾向がある段階である、約０°から約９０°の大腿骨および脛骨コンポーネントの屈曲中に、内側脛骨支承表面の前方唇部は、この膝プロテーゼの大腿骨コンポーネントの前方向転動を防止する機能を果たす。内側脛骨支承表面の前方−後方設計構造は、大腿骨コンポーネントの平行移動を制約し、内側大腿骨顆の均一曲率半径と協働し、また、奇異性前方向転動を防止する。非対称外側および内側大腿骨顆と非対称外側および内側脛骨支承表面は、異なる比率で、顆を後方に平行移動させ、脛骨と大腿骨コンポーネントとの間に回転を生じさせる。したがって、大腿骨および脛骨コンポーネントを約０°から約１６５°の屈曲で移動させることによって、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間の接触領域は、前方向転動を防止し、後方向転動を可能にし、脛骨と大腿骨コンポーネントとの間に回転を生じさせる。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
膝プロテーゼであって、
２つの顆であって、該２つの顆の間に配置される開口部を伴う２つの顆と、該開口部の後方境界を形成する該顆間に延在するカムとを有する大腿骨コンポーネントと、
脛骨コンポーネントであって、該大腿骨コンポーネント顆のそれぞれを支持する支承表面と、該支承表面間に配置され、該脛骨コンポーネントから上方に延在する支柱とを有する脛骨コンポーネントと
を備え、該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントは、該大腿骨コンポーネントと該脛骨コンポーネントとの間の屈曲の少なくとも一部中に、該大腿骨顆と該脛骨支承表面との間の接触と、該カムと該支柱との間の接触とによって係合可能であり、これによって、該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントを約４５°から約１６５°までの屈曲で移動させることが、該カムと該支柱との間の接触領域を下方かつ内方に移動させ、該脛骨コンポーネントと該大腿骨コンポーネントとの間に内側回転を生じさせる、プロテーゼ。
（項目２）
前記カムは、該カムの外側端と内側端との間に非対称断面を有する、項目１に記載のプロテーゼ。
（項目３）
前記カムは、外側端領域と内側端領域との間に非対称断面を有し、該外側端領域は、該カムの内側端領域と比較して、より大きい断面積を有する、項目１に記載のプロテーゼ。
（項目４）
膝プロテーゼであって、
２つの顆であって、該２つの顆の間に配置される開口部を伴う２つの顆と、該顆間の内側に延在し、該開口部に対して後方側を形成するカムであって、該カムの内側領域と比較して、該カムの外側領域により大きい断面積を有するカムとを有する大腿骨コンポーネントと、
脛骨コンポーネントであって、該大腿骨コンポーネント顆のそれぞれを支持する支承表面と、該支承表面間に配置され、該脛骨コンポーネントから上方に延在する支柱とを有する脛骨コンポーネントと
を備え、該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントは、該大腿骨コンポーネントと該脛骨コンポーネントとの間の屈曲の少なくとも一部中に、該大腿骨顆と該脛骨支承表面との間の接触と、該カムと該支柱との間の接触とによって係合可能であり、これによって、該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントを約４５°から約１６５°までの屈曲で移動させることが、該カムの外側領域を該支柱から離すように移動させ、これによって、約１４５°の屈曲において、該カムの外側領域において、該カムと該支柱との間に接触がない、プロテーゼ。
（項目５）
膝プロテーゼであって、
内側顆と外側顆とを有する大腿骨コンポーネントであって、該内側顆および該外側顆は、該内側顆と該外側顆との間に開口部を伴い、非対称である、大腿骨コンポーネントと、
それぞれの大腿骨コンポーネント顆を支持するために、内側支承表面と外側支承表面とを有し、該支承表面は、それぞれの大腿骨コンポーネント顆を支持し、非対称である、脛骨コンポーネントと
を備え、該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントは、該大腿骨顆と脛骨支承表面との間の接触領域において係合可能であり、これによって、該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントを約０°から約１６５°までの屈曲で移動させることが、該顆と該支承表面との間の接触領域を、異なる比率で後方に平行移動させ、かつ、該脛骨コンポーネントと該大腿骨コンポーネントとの間に回転を生じさせる、プロテーゼ。
（項目６）
前記内側顆は、約０°から約９０°までの屈曲中に、該内側顆が、前記内側支承表面に係合する領域に沿って、均一半径を有する、項目５に記載のプロテーゼ。
（項目７）
前記内側顆は、約０°から約９０°までの屈曲中に、該内側顆が、前記内側支承表面に係合する領域に沿った均一半径と、約９０°から約１２０°までの屈曲中に、該内側顆が、該内側支承表面に係合する領域に沿った第２の均一半径と、約１２０°から約１６５°までの屈曲中に、該内側顆が、該内側支承表面に係合する領域に沿った第３の均一半径とを有する、項目５に記載のプロテーゼ。
（項目８）
前記内側支承表面は、内側前方唇部を備える前方突起を有する、項目５に記載のプロテーゼ。
（項目９）
前記内側前方唇部および前記内側顆は、前方向転動を防止する、項目８に記載のプロテーゼ。
（項目１０）
前記内側支承表面は、内側前方唇部を備える前方突起を有し、前記外側支承表面は、外側前方唇部を備える前方突起を有する、項目５に記載のプロテーゼ。
（項目１１）
前記内側前方唇部は、厚さＴＡを有し、前記外側前方唇部は、寸法ＤＡを有する、項目１０に記載のプロテーゼ。
（項目１２）
内側前方唇部厚ＴＡおよび外側前方唇部寸法ＤＡの比率は、７：４である、項目１１に記載のプロテーゼ。
（項目１３）
膝プロテーゼであって、
内側顆と外側顆とを有する大腿骨コンポーネントであって、該内側顆と該外側顆とは、該内側顆と該外側顆との間に配置される開口部を伴い、該内側顆は、約０°から約１６５°までの屈曲中に、内側支承表面に係合する少なくとも１つの均一半径の領域を有する、大腿骨コンポーネントと、
該大腿骨コンポーネント顆のそれぞれを支持するために、内側支承表面と外側支承表面とを有する脛骨コンポーネントであって、該内側支承表面は、内側前方唇部を備える前方突起を有する、脛骨コンポーネントと
を備え、該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントは、該大腿骨顆と該脛骨支承表面との間の接触領域において係合可能であり、これによって、
該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントを約０°から約９０°までの屈曲で移動させることが、該内側顆が該内側前方唇部によって保定されるようにし、該大腿骨コンポーネントの前方向転動を防止し、
該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントを約０°から約１６５°までの屈曲で移動させることが、該顆と該支承表面との間の接触領域を、異なる比率で後方に平行移動させ、該脛骨コンポーネントと該大腿骨コンポーネントとの間に回転を生じさせる、プロテーゼ。
（項目１４）
膝プロテーゼであって、
内側顆と外側顆とを有する大腿骨コンポーネントであって、該内側顆と該外側顆は、該内側顆と該外側顆との間に配置される開口部を伴い、該内側顆は、少なくとも１つの均一半径の領域を有し、該外側顆は、区分において変化する半径を有し、約０°から約１６５°の屈曲中に、各顆は、該内側顆および該外側顆のそれぞれの支承表面に係合する、大腿骨コンポーネントと、
それぞれの大腿骨コンポーネント顆を支持するために、内側支承表面と外側支承表面とを有する脛骨コンポーネントであって、該内側支承表面は、内側前方唇部を備える前方突起を有する、脛骨コンポーネントと
を備え、該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントは、該大腿骨顆と該脛骨支承表面との間の接触領域において係合可能であり、これによって、
該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントを約０°から約９０°までの屈曲で移動させることが、該内側顆が該内側前方唇部によって保定されるようにし、該大腿骨コンポーネントの前方向転動を防止し、
該大腿骨コンポーネントおよび該脛骨コンポーネントを約０°から約１６５°までの屈曲で移動させることが、該顆と支承表面との間の接触領域を、異なる比率で後方に平行移動させ、該脛骨コンポーネントと該大腿骨コンポーネントとの間に回転を生じさせる、プロテーゼ。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、脛骨コンポーネントを例証する。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、大腿骨コンポーネントを例証する。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、嵌合された脛骨コンポーネント（基部付き）および大腿骨コンポーネントを例証する。
【図４】図４は、約０°の屈曲時の、本発明の実施形態のプロテーゼの部分断面図を例証する。
【図５】図５は、約４５°の屈曲時の、本発明の実施形態のプロテーゼの部分断面図を例証する。
【図６】図６は、約９０°の屈曲時の、本発明の実施形態のプロテーゼの部分断面図を例証する。
【図７】図７は、本発明の実施形態による、カムと支柱の相互作用の３平面における一連の断面図を例証する。
【図８】図８は、略完全屈曲時の、本発明の実施形態のプロテーゼの部分断面図を例証する。
【図９】図９は、膝蓋骨インプラントの追加を伴う、図８のプロテーゼを例証する。
【図１０】図１０は、約４５°の屈曲時の、本発明の実施形態のプロテーゼの上面図を例証する。
【図１１】図１１は、約９０°の屈曲時の、本発明の実施形態のプロテーゼの上からの部分断面図を例証する。
【図１２】図１２は、約１４５°の屈曲時の、本発明の実施形態のプロテーゼの上からの部分断面図を例証する。
【図１３】図１３は、約１４５°の屈曲時の、本発明の実施形態のプロテーゼの上面図を例証する。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態における、脛骨コンポーネントからの外側顆の分離を示す、深屈曲時の、断面図を例証する。
【図１５】図１５は、本発明の別の実施形態による、脛骨コンポーネントを例証する。
【図１６】図１６は、本発明の別の実施形態による、大腿骨コンポーネントを例証する。
【図１７】図１７は、本発明の別の実施形態による、脛骨コンポーネントの外側−内側断面図を例証する。
【図１８ａ】図１８ａは、本発明の別の実施形態による、脛骨コンポーネントの前方−後方断面図を例証する。
【図１８ｂ】図１８ｂは、図１８ａの前方−後方断面図の反対からの図を例証する。
【図１９ａ】図１９ａは、約０°の屈曲時の、本発明の別の実施形態の内側大腿骨顆の部分断面図を例証する。
【図１９ｂ】図１９ｂは、約０°の屈曲時の、本発明の別の実施形態の外側大腿骨顆の部分断面図を例証する。
【図２０】図２０は、約０°の屈曲時の、本発明の別の実施形態のプロテーゼの部分断面図を例証する。
【図２１】図２１は、約４５°の屈曲時の、本発明の別の実施形態のプロテーゼの部分断面図を例証する。
【図２２】図２２は、約９０°の屈曲時の、本発明の別の実施形態のプロテーゼの部分断面図を例証する。
【図２３】図２３は、約４５°の屈曲時の、本発明の別の実施形態のプロテーゼの上面図を例証する。
【図２４】図２４は、約９０°の屈曲時の、本発明の別の実施形態のプロテーゼの上からの部分断面図を例証する。
【図２５】図２５は、約１４５°の屈曲時の、本発明の別の実施形態のプロテーゼの上からの部分断面図を例証する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、解剖学的に正確な膝移動を可能にする、膝プロテーゼを提供する。これは、下部、すなわち、脛骨コンポーネントと機械的に相互作用し、自然な膝関節と調和する運動力学的移動を達成するように設計される、上部、すなわち、大腿骨コンポーネントを提供することによって成される。概して、２つの部品は、いくつかの異なる接触表面を提供することによって、相互作用するが、そのすべてが、可動域全体を通して、膝の２つのコンポーネント間に係合されるわけではない。
【００１２】
２つのそのような接触表面は、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間の荷重支承顆表面である。これらの表面は、所与の膝関節のための荷重支承表面と称される、内側および外側顆表面によって画定される。具体的には、内側荷重支承表面は、内側大腿骨顆と、脛骨コンポーネント上のその対応物、すなわち、内側脛骨収容表面と間に画定される。同様に、外側荷重支承表面は、外側大腿骨顆と、脛骨コンポーネント上のその対応物、すなわち、外側脛骨収容表面と間に画定される。
【００１３】
また、本発明の一実施形態では、異なる接触表面が存在し、ある程度の膝伸展／屈曲中に、大腿コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間に回転移動を生じさせ、自然な膝のものとより近似する運動力学的パターンを可能にするであろう。この接触表面は、脛骨コンポーネント（好ましくは、ポリエチレン）上の支柱と、大腿骨コンポーネント（好ましくは、金属）上のカム表面との間の相互作用によって画定される。膝移動の際、大腿骨顆とその対応する脛骨の荷重を受けるコンポーネントとの間の接触点は、前方／後方方向に変化する（すなわち、接触点の前／後平行移動）ため、支柱およびカムは、あらゆる膝屈曲度で相互作用するわけではない。代わりに、支柱およびカム複製された自然な膝運動力学的範囲を生じさせるように設計された、膝移動地点間においてのみ、相互作用する。この相互作用は、大腿骨／脛骨接触の前方／後方移動によって、支柱およびカムが係合される場合に、または膝の屈曲によって十分な大腿骨コンポーネントの後方向転動が生じることにより、大腿骨コンポーネントのカムに対して脛骨支柱を係合する場合に発生する。
【００１４】
しかしながら、屈曲が、典型的には、約４５°に到達すると、前方／後方平行移動は、停止しないが、膝の内側区画および外側区画において、異なる比率で生じることに留意されたい。さらなる膝の屈折に伴って、外側顆は、約１２０°の屈曲時、約１０−１５ｍｍ後方の位置に後退するが、内側顆は、約１−３ｍｍ後方の最終位置に約４−５ｍｍ後退する。膝の２つの区画における後方移動のこの差異は、脛骨コンポーネント上の大腿骨コンポーネントの回転として見られ、大腿骨顆の継続的後退とともに生じる。支柱とカムのこの相互作用、ならびに脛骨支承表面に対する大腿骨顆の移動については、後述される。
【００１５】
記述される移動は、大腿骨コンポーネント、脛骨コンポーネントの両方の本発明の構造、特に、カムおよび支柱寸法を通して達成される。これらの局面はすべて、本発明の人工膝内において、高度な解剖学的移動を提供する、システムに統合される。
【００１６】
図１は、本発明による、脛骨コンポーネント１００を示す。この脛骨コンポーネント１００は、荷重支承表面１０１および荷重支承表面１０２として示される、２つの荷重支承表面を有する。右膝関節の場合、荷重支承表面１０１は、外側顆荷重支承表面となり、荷重支承表面１０２は、内側顆荷重支承表面となるであろう。支柱１１０は、上方、すなわち、概して、脛骨挿入部を画定する、外側平面から上方方向に延在して示される。支柱１１０については、以下に詳述される。
【００１７】
図２は、本発明による、大腿骨コンポーネント２００を例証する。カム２１０は、大腿骨顆２０１と２０２との間の空隙に橋架されて示される。開口部２０５は、カム２１０に対向する開口部の側の周辺前方に延在する、顆２０１および２０２によって画定される。カム２１０は、概して、大腿骨コンポーネント内の開口部の後方部分に配置される。カム２１０およびその寸法については、以下に詳述される。
【００１８】
図３は、脛骨コンポーネント１００上に配置される、大腿骨コンポーネント２００を示す。支柱１１０は、開口部２０５を通して延在して示される。図３は、０°の屈曲位置にある、コンポーネントを示す。図３から分かるように、カム２１０は、この時点では、支柱１１０と接触していない。また、この位置では、支柱１１０の前方表面と開口部２０５の前方境界との間に接触が生じていないことも着目に値する。この局面は、恐らく、図３に示されるものの部分断面図を示す、図４により明確に見られる。本発明のこの局面は、脛骨支柱１１０上の摩耗を低減させるため、重要である。
【００１９】
前方および後方カムの両方を有する、インプラントの実施例については、両側のカム（前方および後方）によって境界される、止まり穴またはスロット／陥凹（開口部とは対照的）を有する、大腿骨コンポーネントを例証する、米国特許第６，３２５，８２８号を参照されたい。したがって、明示的に開示されるように、前方カムは、完全伸展（すなわち、０°の屈曲）時、支柱に係合する。
【００２０】
約４５°の屈曲に向かう膝の屈折に伴って、前方平行移動が、大腿骨顆の接触領域と脛骨コンポーネント１００上のそのそれぞれの荷重支承表面との間に生じるため、カム２１０は、支柱１１０に向かって移動する。４５°の屈曲時の２つのコンポーネント、特に、カムおよび支柱の配向は、約４５°の屈曲時のコンポーネントの部分断面図を示す、図５に例証される。膝移動におけるこの時点では、カム２１０は、支柱１１０に接触し、さらなる屈曲の発生に伴って、支柱およびカムの相互作用によって生じる回転移動が、脛骨コンポーネントに対して、大腿骨コンポーネントの若干の内側回転を生じさせる。
【００２１】
図６は、約９０°の屈曲時の、２つのコンポーネントの部分断面を示す。カムと支柱との間の接触点は、屈曲の増加に伴って、支柱に沿って下向きに、すなわち、下方に移動することに留意されたい。これは、カムおよび支柱の構造によるものであって、自然な膝関節の解剖学的要件に基づいて、膝移動の一部として設計される。
【００２２】
本発明のこの局面をさらに定義するのは、図７である。図７は、３つの異なる屈曲角度において、３つの異なる平面の断面を示す。平面Ａ、Ｂ、およびＣが、示されており、カム２１０の非対称性および回転に及ぼすその非対称性の影響と、屈曲の増加に伴う支柱に沿ったカムの下方移動を例証する。４５°の屈曲時、平面Ａは、比較的に支柱の高い地点において、カムおよび支柱の接触を示す。屈曲が９０°に増加するのに伴って、カムは、大腿骨コンポーネントが、脛骨コンポーネントに対して、内方に回転するため、支柱に入り込む。１４５°の屈曲時、カムは、支柱の後方側に沿って、さらに下方に移動するだけではなく（平面ＢおよびＣにおいて）、実際、平面Ａ、すなわち、カムの外側において、この時点で、内側回転によって、カムが支柱から分離されるため、カムは、支柱から完全に係脱する。したがって、自然な膝移動と調和する内側回転が見られる一方、カムは、実際に、支柱に沿って、下方に移動する。安定性は、本発明に従って、このように設計されたインプラントの利点の１つである。
【００２３】
この後者の点は、膝蓋骨インプラントに対して、自然な膝移動を達成するために重要である。図８は、約１４５°の屈曲時の、本発明の膝プロテーゼを示す。この時点では、上述のように、カムは、支柱に沿って下方に移動している。したがって、支柱は、第１の接触点において、すなわち、約４５°の屈曲時（その後、カムは、下方に移動するため）、カムに係合するために必要な高さであることのみが必要である。
【００２４】
支柱の高さが相対的に短いことは、図９に示されるように、膝蓋骨インプラントの隙間を可能にするので重要である。膝蓋骨インプラント８００は、大腿骨コンポーネント２００上に配置されて示される。屈曲中に、上方カム移動を有し、したがって、初期接触点から上方に延在するためにより高い支柱を必要とする先行技術設計とは異なり、本発明は、下向きカム移動を提供するように構成され、したがって、比較的に短い支柱が、必要である。これは、図９に示されるように、膝回転の際、膝蓋骨の隙間を可能にする。
【００２５】
さらなる例証として、図１０−１２は、それぞれ、４５°、９０°、および１４５°の屈曲中の、プロテーゼの上からの部分断面図を示す。これらの図から分かるように、カムは、その内側と非常に異なる形状およびサイズを外側に有する。このカムとその特定の形状および配向とは、角度付き表面を提供し、該表面は、支柱とともに作用することにより、横方向平面において、非常に精密な内側旋回と大腿骨回転とを駆動させる。
【００２６】
図１３は、カムおよび支柱相互作用の上からの図を例証し、また、その脛骨コンポーネントに対する、大腿骨コンポーネントの内側回転を示す。この比較的深い屈曲時でも、カムは、幾分、支柱の下方に配置され、外側顆１３０に当接するカムの外側端に向かって、断面積を拡大することに留意されたい。
【００２７】
また、本発明の支柱が、内反−外反モーメントによって生じ、自然な膝移動を複製するために必要とされ得る、脛骨コンポーネントからの外側顆の分離を許容または抑制するように定寸され得ることも着目に値する。例えば、脛骨コンポーネント１００からの外側顆１４０の分離を示す、図１４を参照されたい。この分離は、一部として、屈曲中に係合する、カムと支柱の構造によるものである。図１４は、内反−外反モーメントを支持するために使用可能な、内側方向における支柱幅設計の任意の増加を特徴とする、本発明の実施形態を示す。支柱幅は、膝関節内の軟組織強度低下の場合等、大腿骨と脛骨コンポーネントとの間のそのような内反−外反動作に抵抗するように定寸可能である。そのような場合、支柱は、付加的強度を提供し、膝関節を支持するように定寸可能である。反対に、支柱幅は、解剖学的に正確な移動を複製するために、ある程度の内反−外反動作を可能にするようにも定寸可能である。
【００２８】
本発明のプロテーゼの利点の１つは、脛骨挿入部の両区画における等後退の代わりに、より多くの解剖学的移動を可能にすることによって、軟組織にかかる負担を軽減させることである。この設計は、以前の設計に勝る３つの利点をもたらす。１）より多くの解剖学的移動によって、軟組織にかかる負担を軽減する、２）制限を増加させることなく、内側区画におけるより自然な動作を複製する、および３）内側区画における端部荷重がないため、脛骨にかかる負担を軽減する。上述の例証は、０°、９０°、および１４５°時の膝屈曲を示すが、設計において可能な可動域は、膝の内側および外側区画における支持された関節運動を伴って、少なくとも−１０°（過伸展）から約１６５°（深屈曲）となるであろう。
【００２９】
さらに、屈曲が、４５°を超えて継続するのに伴って、前方／後方平行移動が、継続して生じるが、支柱／非対称カム相互作用によって誘導される。支柱の相対的寸法、特に、大腿骨コンポーネント上の非対称カムの種類のため、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間の適切な回転移動が達成される。
【００３０】
上述と調和するように、脛骨コンポーネント支柱と大腿骨コンポーネントテーパ状非対称カムとの間の相互作用は、好ましくは、４５°の屈曲から開始するように設計される。相互作用は、支柱およびカムの寸法の操作を通して制御可能であることに留意されたい。これは、内側から外側方向へのカムの断面寸法を変動させることを通して達成され、カムの外側部分は、概して、内側部分より大きい。より具体的には、カムの最大断面積は、カムが外側顆に合致する位置で生じる。内側方向に移動することによって、カムは、それと調和するようにテーパ状となり、膝が、４５°の屈曲を超えて屈折するときに、運動力学的回転を生じさせる。
【００３１】
また、完全伸展時、支柱とカムとの間に相互作用が生じないことも着目に値する。これは、そうでなければ、経時的に弱体化し、故障さえもたらし得る（すなわち、剪断し得る）、脛骨支柱上の不必要な摩耗を防止する。
【００３２】
支承表面を利用し屈曲／伸展を可能にし、回転移動を有効にする、既存の膝プロテーゼ設計は、脛骨コンポーネント上で大腿骨コンポーネントの奇異性前方向転動を呈することが分かっている。この前方向平行移動は、自然な膝の解剖学的移動と異なる。本発明の実施形態は、そのような奇異性前方向転動を防止し、膝の実際の解剖学的移動を可能にする。
【００３３】
本発明のそのような実施形態の１つでは、大腿骨と脛骨コンポーネントとの間の回転移動は、非対称内側大腿骨顆と外側大腿骨顆との間、および、そのそれぞれの非対称内側脛骨支承表面と外側脛骨支承表面との間の接触表面相互作用によって有効となる。この実施形態では、大腿骨コンポーネントの外側および内側顆は、内側大腿骨顆が少なくとも１つの均一半径の領域を有し、外側大腿骨顆がそうではないように、非対称である。例えば、この実施形態の外側大腿骨顆は、図１−１４に関して上述の実施形態の外側大腿骨顆に類似し得る一方、内側大腿骨顆は、異なる構造を有する。また、対応して、脛骨コンポーネントの外側および内側支承表面も、この後者の実施形態では、非対称である。内側脛骨支承表面の前方および後方唇部は、脛骨コンポーネントから、外側脛骨支承表面の前方および後方唇部より高く突出し、脛骨コンポーネントの非対称性を生成する。しかしながら、外側および内側支承表面は、外側−内側断面では、対称のままである。これは、例えば、図１７に見られる。
【００３４】
大腿骨および脛骨コンポーネントの約０°から約９０°の屈曲中に、内側脛骨支承表面の前方唇部ならびに内側大腿骨顆の均一曲率半径の第１の領域は、内側脛骨支承表面上の事実上一定の接触点に、内側大腿骨顆を保定する機能を果たす。さらに、この構造は、内側脛骨支承表面上の内側大腿骨顆の前方向転動を防止する。外側脛骨支承表面は、前方−後方構造にあまり拘束されておらず、内側脛骨支承表面の場合より早い屈曲度において、後方向転動を生じさせる。内側脛骨支承表面のより高い唇部は、外側脛骨支承表面との非対称性を生じさせるが、脛骨コンポーネントは、内側−外側断面に沿って、その最小厚が対称のままである。脛骨コンポーネントのこの最小厚対称性によって、０°の屈曲時のそのそれぞれの支承表面との内側および外側顆の接触点は、脛骨コンポーネントの底面から同じ高さとなる。これは、例えば、図１７、１８ａ、および１８ｂにさらに詳述される。内側唇部は、約０°から約９０°の屈曲中に、対称厚を有する、脛骨支承表面のこの面積内に、内側顆を保定する。大腿骨顆とその対応する脛骨荷重受けコンポーネントとの間の接触点は、膝移動の際、前方／後方方向に変化する（すなわち、接触点の前／後平行移動）。しかしながら、外側大腿骨顆および外側脛骨支承表面（そのそれぞれの内側対応物と相対する）の非対称構造は、外側支承表面上で、外側顆を後方により平行移動させる。外側および内側顆の後方平行移動のこの差異は、脛骨コンポーネント上の大腿骨コンポーネントの回転として見られる。したがって、この実施形態の回転移動、後方平行移動、および他の運動力学的動作は、大腿骨カム、脛骨支柱、または支柱／カム接触表面なしに、達成される。本発明のこの実施形態のこの新規機能性は、そのような機能性がこの設計以前に不可能であった、膝置換術、特に、十字靱帯温存術において有用である。
【００３５】
屈曲が、約９０°に到達すると、顆の前方／後方平行移動は、停止することはないが、膝の内側および外側区画において、異なる比率で生じる。約９０°から約１２０°の深屈曲中に、内側大腿骨顆の均一半径の第２の領域を利用して、内側脛骨支承表面の前方唇部に係合し得る。同様に、内側大腿骨顆の均一半径の第３の領域を使用して、約１２０°から約１６５°の屈曲で、脛骨コンポーネントに係合可能である。さらに、これらの均一半径の領域は、脛骨コンポーネント上で、大腿骨顆の後方向転動および大腿骨コンポーネントの回転を可能にする。したがって、大腿骨および脛骨コンポーネントを約０°から約１６５°の屈曲位の移動は、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間の接触領域は、前方向転動を防止し、脛骨と大腿骨コンポーネントとの間に回転を生じさせる。
【００３６】
図１５は、本発明の実施形態による、脛骨コンポーネント３００を示す。この脛骨コンポーネント３００は、荷重支承表面３０１および荷重支承表面３０２として示される、２つの荷重支承表面を有する。右膝関節の場合、荷重支承表面３０１は、外側顆荷重支承表面となり、荷重支承表面３０２は、内側顆荷重支承表面となるであろう。前方唇部３０３および後方唇部３０４は、内側顆支承表面３０２から突出し、前方唇部３０３および後方唇部３０４については、以下により詳細に定義される。
【００３７】
図１６は、本発明の実施形態による、大腿骨コンポーネント４００を例証する。開口部４１０は、開口部４１０の辺の周囲で前方に延在する、顆４０１および４０２によって画定される。この例証では、顆４０１は、外側大腿骨顆であって、顆４０２は、内側大腿骨顆である。顆４０１および４０２については、以下により詳細に定義される。
【００３８】
図１７は、本発明のこの実施形態による、脛骨コンポーネントの外側−内側断面図を例証する。図１７の線「Ａ」は、外側支承表面３０１および内側支承表面３０２が、対称であって、脛骨コンポーネントの底面から均等厚（すなわち、高度）であることを示す。内側支承表面３０２の前方唇部３０３および後方唇部３０４は、脛骨コンポーネントの外側と相対して、脛骨コンポーネントの非対称構造を示す。また、これは、図１５にも見られる。本発明のこの実施形態では、約０°時、内側および外側大腿骨顆は、線「Ａ」（図１７に図示）に沿った接触点において、支承表面３０１および３０２で、脛骨コンポーネントに係合するであろう。膝が、約０°から約９０°の屈曲位に屈折するのに伴って、内側脛骨支承表面３０２の前方唇部３０３は、脛骨支承表面上の事実上一定の接触点に内側大腿骨顆を保定する機能を果たし、均一曲率半径を有する内側大腿骨顆の領域と相互作用し、大腿骨コンポーネントの前方向転動を防止する。外側脛骨支承表面の構造は、この拘束を含まず、外側大腿骨顆の非均一半径に係合し、後退可能にする。
【００３９】
図１８ａは、本発明のこの実施形態による、脛骨コンポーネントの前方−後方断面図を例証する一方、図１８ｂは、この同一断面の反対からの図を例証する。内側脛骨支承表面３０２は、前方唇部および後方唇部を備え、脛骨コンポーネントから上方に延在する突起を有する。前方唇部３０３は、厚さＴＡを有し、後方唇部３０４は、厚さＴＰを有する。本発明の一実施形態では、厚さＴＡおよびＴＰは、約７：３の比率を有する。外側脛骨支承表面３０１は、前方唇部寸法ＤＡおよび後方唇部寸法ＤＰを有する。本発明の一実施形態では、寸法ＤＡおよびＤＰは、約４：２の比率を有する。詳述されるように、内側支承表面３０２は、外側支承表面３０１より高い唇部突起を含む。この実施例では、内側および外側支承表面の前方唇部は、約７：４の比率を有する一方、後方唇部は、約３：２の比率を有する。
【００４０】
図１９ａおよび図１９ｂは、約０°の屈曲時の、本発明の別の実施形態の内側大腿骨顆および外側大腿骨顆それぞれの部分断面図を例証する。外側大腿骨顆の構造は、その遠位端において、可変半径を有する一方、内側大腿骨顆は、その遠位端において、少なくとも１つの均一半径の領域を有する。図１９ａに示される実施形態では、内側顆は、均一半径αの第１の領域と、均一半径βの第２の領域と、均一半径γの第３の領域とを有する。外側顆は、図１９ｂに示されるように、均一半径のこれらの領域の一部または全部を保有するわけではないという点において、内側顆とは非対称である。
【００４１】
約０°から約９０°の大腿骨および脛骨コンポーネントの屈曲中に、大腿骨と脛骨コンポーネントとの間の接触点は、この均一半径αの第１の領域内にある。内側顆のこの均一半径設計は、内側支承表面の前方唇部構造と結合し、この膝プロテーゼの大腿骨コンポーネントの前方向転動を防止する。加えて、非対称外側および内側大腿骨顆、ならびに非対称外側および内側脛骨支承表面は、異なる比率で、顆を後方に平行移動させ、脛骨と大腿骨コンポーネントとの間に回転を生じさせる。随意に、内側顆は、内側支承表面を約９０°から約１２０°の屈曲位に係合するために、均一半径βの第２の領域と、内側支承表面を約１２０°から約１６５°の屈曲位に係合するために、均一半径γの第３の領域とを含み得る。均一半径βの第２の領域および均一半径γの第３の領域は、本発明の目的において、さらなる補助を行い得る。したがって、大腿骨および脛骨コンポーネントを約０°から約１６５°の屈曲位に移動させることによって、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとの間の接触領域は、前方向転動を防止し、後方向転動を可能にし、脛骨と大腿骨コンポーネントとの間に回転を生じさせる。
【００４２】
異なる屈曲量における、脛骨支承表面との大腿骨顆の相互作用は、図２０、図２１、および図２２に例証される。膝が、約９０°の屈曲に向かって屈折するのに伴って、大腿骨コンポーネント４００の大腿骨顆と、脛骨コンポーネント３００上のそのそれぞれの荷重支承表面との間の接触領域は、変化する。２つのコンポーネントの配向は、約０°の屈曲時の、コンポーネントの部分断面図を示す、図２０に例証される。膝移動におけるこの時点では、内側大腿骨顆４０２は、内側コンポーネント３００のそのそれぞれの支承表面上で事実上一定の接触点に保定される。図２１に例証される、さらなる屈曲の発生に伴って、内側大腿骨顆４０２および外側大腿骨顆４０１は、異なる比率で、後方に平行移動し、脛骨コンポーネント３００上で大腿骨コンポーネント４００の回転移動を生じさせる。図２２は、さらなる膝屈曲後の２つのコンポーネントの部分断面を示す。大腿骨顆４０２および４０１と、そのそれぞれの脛骨支承表面との間の接触点は、屈曲の増加に伴って、後方に継続して平行移動することに留意されたい。これは、自然な膝関節の解剖学的要件に基づく、膝移動の一部として設計される、この実施形態の構造によるものである。さらなる例証として、図２３−２５は、それぞれ、４５°、９０°、および１４５°の屈曲中の、プロテーゼの上から見た部分断面図を示す。図２４および２５は、約９０°から約１４５°の膝屈曲中の、この回転を例証する。脛骨コンポーネント３００は、内側前方支承表面上により高い突起を含み、内側前方唇部３０３を生成する。図２４は、約９０°の屈曲時の、膝プロテーゼを例証しており、大腿骨コンポーネントは、脛骨コンポーネント上で回転Ｒ１を有する。図２５は、約１４５°の屈曲時の、膝プロテーゼを例証しており、大腿骨コンポーネントは、脛骨コンポーネント上で回転Ｒ２を有する。内側顆４０２および外側顆４０１は、接触点において、脛骨コンポーネント３００と相互作用する。これらのさらなる例証は、０°、９０°、および１４５°時の膝屈曲を示すが、本発明の実施形態において可能な可動域は、膝の内側および外側区画の支持された関節運動を伴って、少なくとも−１０°（過伸展）から約１６５°（深屈曲）となるであろう。
【００４３】
これらの図から分かるように、本発明のこの実施形態は、大腿骨カム、脛骨支柱、または支柱／カム接触表面を伴わずに、回転移動、後方平行移動、および他の運動力学的動作を生じさせる。内側および外側大腿骨顆の構造、ならびに内側および外側脛骨支承表面は、横方向平面において、非常に精密な内側旋回および大腿骨回転を駆動する。本発明のこの実施形態のこの新規機能性は、そのような機能性が、この設計以前は不可能であった、膝置換術、特に、十字靱帯温存術において有用である。
【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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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【外国語明細書】
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