(57)【要約】【課題】屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくして、脛骨コンポーネントの摺動面の異常摩耗や破損を防ぐとともに、回旋運動時の大腿骨コンポーネントの浮き上がりを防止して、屈曲角度が低下してしまうことを防止する。【解決手段】大腿骨の遠位部に固定される大腿骨コンポーネントと、脛骨の近位部に固定される脛骨コンポーネントとから構成され、該脛骨コンポーネントに前記大腿骨コンポーネントの荷重を受ける内側摺動面及び外側摺動面を有する人工膝関節において、前記内側摺動面は、前後方向断面で前側と後側がともに円弧状をなし、前記外側摺動面は、前後方向断面で前側が円弧状をなすとともに後側が直線状であるように構成する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿骨の遠位部に固定される大腿骨コンポーネントと、脛骨の近位部に固定される脛骨コンポーネントとから構成され、該脛骨コンポーネントに前記大腿骨コンポーネントの荷重を受ける内側摺動面及び外側摺動面を有する人工膝関節において、前記内側摺動面は、前後方向断面で前側と後側がともに円弧状をなし、前記外側摺動面は、前後方向断面で前側が円弧状をなすとともに後側が直線状であることを特徴とする人工膝関節。
【請求項２】
前記脛骨コンポーネントの内側摺動面は、前後方向断面で中間部が直線状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】
前記脛骨コンポーネントの外側摺動面は、前記前後方向に対して直交する方向で円弧状をなすとともに、その円弧の曲率半径が前側から後側に向かって漸増してい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、偽痛風、突発性骨壊死など高度に変形した膝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】
従来の人工膝関節として、図６に示す如く、脛骨コンポーネント２０の内側摺動面３０と外側摺動面４０を完全対称な形状とし、摺動面３０，４０は、前後方向断面で前側が曲率半径Ｒ３の円弧をなすとともに後側が曲率半径Ｒ４の円弧をなし、さらにＲ３＜Ｒ４のものであった。
【０００３】
また、別の従来の人工膝関節として、図７に示す如く、脛骨コンポーネント２１に非対称な内側摺動面３１と外側摺動面４１を形成したものがあった（特許文献１参照）。
【０００４】
この人工膝関節は、脛骨コンポーネント２１の内側摺動面３１をＲ９の凹球面として設け、他方の外側摺動面４１は、前方が曲率半径Ｒ７の円弧をなすとともに後側が曲率半径Ｒ８の円弧をなし、さらにＲ７＜Ｒ８のものであった。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第６０１３１０３号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す、前記従来の人工膝関節では、脛骨コンポーネントの摺動面の前後に設けたＲ曲面により、膝関節の伸展時は大腿骨コンポーネントの前後方向への安定性は得られるが、屈曲時に大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネント間で発生する回旋運動によって、摺動面に大きな抗力（接触応力）が生じ、脛骨コンポーネントの摺動面の異常摩耗や破損を引き起こす場合があった。
【０００７】
さらに、大腿骨の回旋作用により、大腿骨コンポーネントが脛骨コンポーネントのＲ曲面に沿って浮き上がり、周囲の靱帯、軟部組織に過度の緊張をもたらし、これにより屈曲角度の低下が生じる場合があった。
【０００８】
また、図７に示す前記従来の人工膝関節では、大腿骨コンポーネントの内顆を完全に拘束するため、生体の靱帯バランスの不均衡及び人工膝関節置換術の不手際により人工膝関節における回転軸が生体上理想的な回転軸と一致しない場合は、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）が非常に大きくなって、脛骨コンポーネントの摺動面の異常摩耗や破損の恐れがあるともに、回旋運動時の大腿骨コンポーネントの浮き上がりを防止して、人工膝関節周囲の靱帯に過度な緊張を生じさせ、屈曲角度が低下してしまう恐れがある。
【０００９】
本発明は、こうした従来技術の課題に鑑み、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくして、脛骨コンポーネントの摺動面の異常摩耗や破損を防ぐとともに、回旋運動時の大腿骨コンポーネントの浮き上がりを防止して、屈曲角度が低下してしまうことを防止することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため請求項１の人工膝関節は、大腿骨の遠位部に固定される大腿骨コンポーネントと、脛骨の近位部に固定される脛骨コンポーネントとから構成され、該脛骨コンポーネントに前記大腿骨コンポーネントの荷重を受ける内側摺動面及び外側摺動面を有する人工膝関節において、前記内側摺動面は、前後方向断面で前側と後側がともに円弧状をなし、前記外側摺動面は、前後方向断面で前側が円弧状をなすとともに後側が直線状であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の人工膝関節は、前記脛骨コンポーネントの内側摺動面は、前後方向断面で中間部が直線状であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の人工膝関節は、前記脛骨コンポーネントの外側摺動面は、前記前後方向に対して直交する方向で円弧状をなすとともに、その円弧の曲率半径が前側から後側に向かって漸増していることを特徴とする。
【００１３】
前記請求項１の構成によれば、生体にて作用する内顆を支点とした大腿骨外旋作用が自然に行え、また、大腿骨コンポーネントの内顆を完全に拘束しないことから、屈曲時に、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくして、脛骨コンポーネントの摺動面の異常摩耗や破損を防ぐことができる。また、回旋運動時の大腿骨コンポーネントの浮き上がりを防止して、人工膝関節周囲の靱帯に過度な緊張を生じさせることなく大きな屈曲角度を得ることができる。
【００１４】
また、脛骨コンポーネントの外後ろ側の摺動面を前後方向に直線状とし、大腿骨コンポーネントの内顆の後方へのロールバックを許容していることから、外顆を中心とした回旋運動でも、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくして、脛骨コンポーネントの摺動面の異常摩耗や破損を防ぐとともに、回旋運動時の大腿骨コンポーネントの浮き上がりを防止して、人工膝関節周囲の靱帯に過度な緊張を生じさせることなく大きな屈曲角度を得ることができる。
【００１５】
また、請求項２の構成によれば、過度の外反変形膝において、外側側副靱帯に過度の緊張が生じた場合、若干の外顆支持運動を許容することで、靱帯の緊張を緩和し、屈曲角度の増大が可能となる。
【００１６】
次に、請求項３の構成によれば、脛骨コンポーネントの内後方側における横方向の動きの自由度が高まることから、屈曲時に、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくする作用が強くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図によって本発明実施例を説明する。
【００１８】
図１に、本発明に係る人工膝関節を膝関節部位に設置した状態を示す。前記人工膝関節は、大腿骨Ｆの遠位部に固定される大腿骨コンポーネント１と、脛骨Ｔの近位部に固定される脛骨コンポーネント２とから構成される。このうち脛骨コンポーネント２は、脛骨内に埋入されるステム８ａとトレー８ｂとが一体的に形成されているトレー部材８と、大腿骨コンポーネントが摺動する摺動部材９とから構成される。
【００１９】
図２は、前記大腿骨コンポーネント１の前面図である。この大腿骨コンポーネント１には外顆と内顆にそれぞれ外顆摺動面７と内顆摺動面６が形成され、これらが、後述の脛骨コンポーネント２の外側摺動面４と内側摺動面３と摺動して関節面を構成する。
【００２０】
ここで、前後、内外とは、解剖学的な方向、すなわち、コンポーネントが膝関節位置に設置されたときの、解剖学的な方向を指すものである。
【００２１】
図３の（ａ）（ｂ）には、本発明に係る人工膝関節を構成する脛骨コンポーネント２における摺動部材９の、上面図と前面図であり、図３の（ｃ）（ｄ）には、図３（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、Ｂ−Ｂ’線断面図を示す。
【００２２】
脛骨コンポーネント２の大腿骨コンポーネント１の荷重を受ける内側摺動面３と外側摺動面４のうち、前記内側摺動面３は、前後方向断面で前方側が曲率半径Ｒ１の円弧をなすとともに後方側が曲率半径Ｒ２の円弧をなし［図３（ｄ）参照］、他方の外側摺動面４は、前後方向断面で前方側がＲ１の円弧をなすとともに後方側が直線状であり、さらにＲ１＜Ｒ２である［図３（ｃ）参照］。
【００２３】
このような大腿骨コンポーネント１と脛骨コンポーネントのトレー部材２はアルミナ、ジルコニアなどのセラミックスやステンレス鋼、コバルト・クロム合金、純チタン、チタン合金などの金属、高分子ポリエチレンなどの高分子材料などで形成することができる。また、脛骨コンポーネント２の摺動部材９は、前記大腿骨コンポーネント１と摺動できるようにするために高密度ポリエチレンなどの合成樹脂で形成されている。
【００２４】
図４は、屈曲時における、脛骨コンポーネント２に対する大腿骨コンポーネント１の動きを示す説明図である。図４中、右側が内側で、左側が外側である。同図に示すように、膝の屈曲時には、外旋運動も発生する。
【００２５】
このとき、図３に示すように、内側摺動面３の前側、後側にＲ曲面が設けられ、大腿骨コンポーネント２における内顆の摺動を抑制気味にしている。他方、外側摺動面４の後側を前後方向に直線状としたことから、大腿骨コンポーネント１の外顆の摺動に対する抑制を小さくしている。したがって、図４に示すように、大腿骨コンポーネント１は、内顆を支点としつつ外旋を行い、かつ、その際に、大腿骨コンポーネント１の外顆摺動面７と脛骨コンポーネント２の外側摺動面４との間の抵抗（摩擦力）を小さくして、動きがスムーズに滑らかに行なえるようになっている。
【００２６】
したがって、生体にて作用する内顆を支点とした大腿骨外旋作用が自然に行える。
【００２７】
また、大腿骨コンポーネント１の内顆を完全に拘束しないことから、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくして、脛骨コンポーネント２の摺動面の異常摩耗や破損を防ぐことができる。
【００２８】
また、通常の（屈曲を伴わない）回旋運動時にも、大腿骨コンポーネント２の浮き上がりを防止して、人工膝関節周囲の靱帯に過度な緊張を生じさせることなく大きな屈曲角度を得ることができる。さらに、大腿骨コンポーネント１の内顆を完全に拘束しないため、人工膝関節置換術の結果、生体的にバランスが崩れた状態で、大腿骨コンポーネント１や脛骨コンポーネント２が埋入された場合でも、人工膝関節周囲の靱帯に過度な緊張を生じさせることなく大きな屈曲角度を得ることができる。
【００２９】
さらに、脛骨コンポーネント２の外後ろ側の摺動面を前後方向に直線状とし、大腿骨コンポーネント１の内顆の後方へのロールバックを許容していることから、外顆を中心とした回旋運動でも、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくして、脛骨コンポーネント２の摺動面の異常摩耗や破損を防ぐとともに、回旋運動時の大腿骨コンポーネント１の浮き上がりを防止して、人工膝関節周囲の靱帯に過度な緊張を生じさせることなく大きな屈曲角度を得ることができる。
【００３０】
次に、図５に、別の実施形態を示す。同図に示すように、脛骨コンポーネント２における摺動部材に設けた内側摺動面３は、前側のＲ曲面（Ｒ１の円弧）と後側のＲ曲面（Ｒ２の円弧）との間の中間部５に、前後方向に直線状の直線状面を備えている点で、図３に示す実施形態と異なっている。
【００３１】
かかる構成によれば、過度の外反変形膝において、外側側副靱帯に過度の緊張が生じた場合、若干の外顆支持運動を許容することで、靱帯の緊張を緩和し、屈曲角度の増大が可能となる。
【００３２】
また、前記脛骨コンポーネント２の外側摺動面４を、前記前後方向に対して直交する方向（図２参照）で円弧状にするとともに、その円弧の曲率半径を前側から後側に向かって漸増させることが好ましい。
【００３３】
このような構成とすることで、脛骨コンポーネント２の内後方側における横方向の動きの自由度が高まることから、屈曲時に、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくする作用が強くなる。
【００３４】
以下、本発明の実施形態を例示したが、本発明は前述の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。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明の人工膝関節によれば、大腿骨の遠位部に固定される大腿骨コンポーネントと、脛骨の近位部に固定される脛骨コンポーネントとから構成され、該脛骨コンポーネントに前記大腿骨コンポーネントの荷重を受ける内側摺動面及び外側摺動面を有する人工膝関節において、前記内側摺動面は、前後方向断面で前側と後側がともに円弧状をなし、前記外側摺動面は、前後方向断面で前側が円弧状をなすとともに後側が直線状であることから、生体にて作用する内顆を支点とした大腿骨外旋作用が自然に行え、また、大腿骨コンポーネントの内顆を完全に拘束しないことから、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくして、脛骨コンポーネントの摺動面の異常摩耗や破損を防ぐことができる。また、回旋運動時の大腿骨コンポーネントの浮き上がりを防止して、人工膝関節周囲の靱帯に過度な緊張を生じさせることなく大きな屈曲角度を得ることができる。さらに、大腿骨コンポーネントの内顆を完全に拘束しないため、人工膝関節置換術の結果、生体的にバランスが崩れた状態で、大腿骨コンポーネントや脛骨コンポーネントが埋入された場合でも、人工膝関節周囲の靱帯に過度な緊張を生じさせることなく大きな屈曲角度を得ることができる。また、脛骨コンポーネントの外後ろ側の摺動面を前後方向に直線状とし、大腿骨コンポーネントの内顆の後方へのロールバックを許容していることから、外顆を中心とした回旋運動でも、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくして、脛骨コンポーネントの摺動面の異常摩耗や破損を防ぐとともに、回旋運動時の大腿骨コンポーネントの浮き上がりを防止して、人工膝関節周囲の靱帯に過度な緊張を生じさせることなく大きな屈曲角度を得ることができる。
【００３６】
また、前記脛骨コンポーネントの内側摺動面を、前後方向断面で中間部が直線状であるようにすることで、過度の外反変形膝において、外側側副靱帯に過度の緊張が生じた場合、若干の外顆支持運動を許容することで、靱帯の緊張を緩和し、屈曲角度の増大が可能となる。
【００３７】
また、前記脛骨コンポーネントの外側摺動面を、前記前後方向に直交する方向で円弧状にするとともに、その円弧の曲率半径が前側から後側に向かって漸増させた場合、脛骨コンポーネントの内後方側における横方向の動きの自由度が高まることから、屈曲時に、屈曲時に摺動面に作用する抗力（接触応力）を小さくする作用が強くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る人工膝関節を膝関節部位に設置した状態を示す斜視図である。
【図２】図１の人工膝関節を構成する大腿骨コンポーネントの前面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は、図１の人工膝関節を構成する脛骨コンポーネントにおける摺動部材の上面図と前面図であり、（ｃ）（ｄ）は、それぞれ（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、Ｂ−Ｂ’線断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、図４は、屈曲時における、脛骨コンポーネントに対する大腿骨コンポーネントの動きを示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、本発明の別の実施形態を示す、脛骨コンポーネントにおける摺動部材の上面図と前面図であり、（ｃ）（ｄ）は、それぞれ（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図、Ｄ−Ｄ’線断面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は、従来の人工膝関節を構成する脛骨コンポーネントにおける摺動部材の上面図と前面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＥ−Ｅ’線断面図ある。
【図７】（ａ）（ｂ）は、従来の別の人工膝関節を構成する脛骨コンポーネントにおける摺動部材の上面図と前面図であり、（ｃ）（ｄ）はそれぞれ（ａ）のＨ−Ｈ’線断面図、Ｊ−Ｊ’線断面図ある。
【符号の説明】
Ｆ・・大腿骨
Ｔ・・脛骨
１・・大腿骨コンポーネント
２・・脛骨コンポーネント
３・・内側摺動面
４・・外側摺動面
５・・中間部
６・・内顆摺動面
７・・外顆摺動面
８・・トレー部材
８ａ・ステム
８ｂ・トレー
９・・摺動部材
Ｒ・・曲率半径
【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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【図７】
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