(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蝶番式人工膝関節であって、
脛骨（７００）に取り付けられる下方面及び上方脛骨面（５０４）を有する脛骨部材（５００）と、
脛骨部材（５００）の上方脛骨面（５０４）に回動可能に支持される下方支承面（４０６）と、中間位置の上方顆支承面（４０１）および外側位置の上方顆支承面（４０１）とを有し、前記脛骨部材（５００）に対して転位することが制限された支承部材（４００）と、
支承部材（４００）に取り付けられるシャフト（３１３）及びヘッド（３１１）を有する蝶番キャリッジ（３１０）と、
大腿骨（６００）に取り付けられる上方面を有するとともに、前記中間位置の上方顆支承面（４０１）および前記外側位置の上方顆支承面（４０１）に対応して形成され、完全伸展から少なくとも９０度の屈曲の範囲で合致した大腿脛骨関節接合を達成する中間位置の大腿脛骨関節接合面（２０３）および外側位置の大腿脛骨関節接合面（２０３）とを下方に有する大腿骨部材（２００）と、
を備え、
前記大腿骨部材（２００）は、前記大腿脛骨関節接合面（２０３）と別個に、かつ前記大腿脛骨関節接合面（２０３）から実質的に隔てられた膝蓋大腿関節接合面（２０７）をさらに有し、
前記膝蓋大腿関節接合面（２０７）は上方領域（２０８）および下方領域（２０９）を有し、
前記上方領域（２０８）は、膝の膝蓋骨（９００）が該上方領域（２０８）に係合するように形状設定され、かつ配置され、完全伸展から中程度の屈曲角度の範囲で膝蓋骨（９００）を傾動させ、
前記下方領域（２０９）は、前記中間位置の大腿脛骨関節接合面（２０３）と前記外側位置の大腿脛骨関節接合面（２０３）との間に位置して、前記中程度の屈曲角度よりも大きく膝が屈曲される際に前記膝蓋骨（９００）に係合する蝶番式人工膝関節。
【請求項２】
請求項１の蝶番式人工膝関節であって、大腿脛骨関節接合は、１５０度の屈曲まで完全合致することを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項３】
請求項１の蝶番式人工膝関節であって、前記膝蓋大腿関節接合面（２０７）の前記上方領域（２０８）は、大きな屈曲角度で膝蓋骨（９００）の実質的な中心配置を維持しながら、小さな屈曲角度で膝蓋骨（９００）の正中線移動をさせるように、前記下方領域（２０９）より幅が広くされていることを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項４】
請求項１の蝶番式人工膝関節であって、さらに、前記大腿脛骨関節接合面（２０３）に対して角度的に調整された制限面を前記大腿骨部材（２００）上に有すると共に、前記上方顆支承面（４０１）に対して角度的に調整された制限面（４０８）を前記支承部材（４００）上に有し、
両制限面は、係合によって人工膝関節の過伸展を制限するように配置されていることを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項５】
請求項４の蝶番式人工膝関節であって、両制限面は過伸展を、完全伸展の５度超に制限するように配置されていることを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項６】
請求項１の蝶番式人工膝関節であって、前記脛骨部材（５００）は、上方面に及ぶ円錐孔（５０３）を有し、前記支承部材（４００）は、前記脛骨部材（５００）の前記円錐孔（５０３）に枢動可能に係合する円錐部（４０７）を有し、前記円錐部（４０７）は前記円錐孔（５０３）の中心軸を中心に回動することを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項７】
請求項６の蝶番式人工膝関節であって、前記支承部材（４００）の前記円錐部（４０７）と前記脛骨部材（５００）の前記円錐孔（５０３）の間に設けられ、人工膝関節の軸方向の分離を防いで人工膝関節が転位しないようにする係合手段をさらに有することを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項８】
請求項７の蝶番式人工膝関節であって、前記係合手段は、前記脛骨部材（５００）の前記円錐孔（５０３）に形成された環状溝（５０７）と、前記支承部材（４００）の円錐部（４０７）に形成された突起を有することを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項９】
請求項８の蝶番式人工膝関節であって、前記支承部材（４００）の前記円錐部（４０７）は環状溝（４０９）を有し、前記突起は前記支承部材（４００）の前記円錐部（４０７）の前記環状溝（４０９）と前記脛骨部材（５００）の前記円錐孔（５０３）に係合するスナップリングであることを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項１０】
請求項１の蝶番式人工膝関節であって、前記大腿骨部材（２００）は、前記キャリッジ（３１０）のヘッド（３１１）の相対向する各側部に間隔をおいて設けられ、外反・内反モーメントを抑える２つの蝶番支持壁（２０４）を有することを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項１１】
請求項１０の蝶番式人工膝関節であって、前記大腿骨部材（２００）の蝶番支持壁（２０４）と前記キャリッジ（３１０）のヘッド（３１１）には、貫通孔（３１５）が形成され、前記貫通孔（３１５）を貫通した蝶番ピン（３２０）は蝶番関節接合の軸となることを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項１２】
請求項１の蝶番式人工膝関節であって、前記支承部材（４００）と前記脛骨部材（５００）の間に設けられ、両者の回動を制限する回動制限手段（４１０，５０８）をさらに備えることを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【請求項１３】
請求項１の蝶番式人工膝関節であって、前記回動制限手段（４１０，５０８）は、前記支承部材（４００）と前記脛骨部材（５００）間の回動を約３０度に制限するように構成されていることを特徴とする蝶番式人工膝関節。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工膝関節に関し、特に、蝶番式人工膝関節に関する。
【背景技術】
【０００２】
生来の膝関節は、関節軟骨を大腿骨の遠位端部と脛骨の近位端部に有し、大腿骨と脛骨の間に半月を備えている。大腿骨と脛骨は靭帯によって半月に対して適切な関係に維持されている。これらの安定化靭帯には、後十字靭帯、前十字靭帯、及び側副靭帯がある。
【０００３】
大腿骨の遠位端部の顆は複合曲線を形成している。従って、生来の大腿骨の顆と半月の上方面の合致の程度は、屈曲度によって変化する。膝の屈曲は、脛骨を大腿骨に対して中間横方向に延びる軸を中心に回動させる。大腿骨の顆と支承部材の上方面が合致しない形状では、ある屈曲範囲で、大腿骨の接触領域を脛骨に対して後退させる。また屈曲は、脛骨を脛骨自身の軸を中心として回動させる。膝を屈曲している間の脛骨の回動量は、靭帯によって制御及び制限される。
【０００４】
生来の膝関節は、損傷又は病気にかかることがある。例えば、膝の損傷や疾病は、大腿骨又は脛骨の関節面を悪化させ、骨の間の関節軟骨を損傷する。従来から、損傷又は病気にかかった生来の膝と交換する人工膝関節がある。人工膝関節は、一般的には、一部が切除された大腿骨の遠位端部に取り付けられる大腿骨部材、一部が切除された脛骨の近位端部に取り付けられる脛骨部材と、大腿骨部材と脛骨部材の間に設けられる支承部材を備えている。人工膝関節の大腿骨部材の下方面には、通常、一対の弓状凸顆が形成されている。支承部材の上方面は、大腿骨部材の顆と関節支承係合する領域を有している。脛骨部材の上方面は実質的に平面であり、支承部材の下方面と係合する。
【０００５】
従来の人工膝関節では、整形外科医の好み、生来の膝の状態、健康状態、年齢及び患者の移動性によって、様々な形態がとられてきた。従来の人工膝関節のあるものは、支承部材の下方面を脛骨部材の上方面に固着している。別の従来の人工膝関節は、ある程度の高い移動性を付与し、支承部材と脛骨部材の間の回動運動を可能にしている。さらに、従来の人工膝関節の別のものは、さらに高い移動性を付与し、回動運動に加えて支承部材と脛骨部材の間に制御された量で前後方向に摺動できるようにしている。
【０００６】
生育性がある靭帯と良い安定性を有する患者のための従来の人工膝関節は蝶番を有しておらず、靭帯によって、大腿骨部材を支承部材と脛骨部材に対して許容範囲内の位置で保持している。しかし、生育性がある側副靭帯を持たない患者には、脛骨部材に対する大腿骨部材の前後方向の動きと横方向の動きを実質的に防ぐように、大腿骨部材が接合された人工膝関節が必要である。
【０００７】
本願の発明者に特許された米国特許第5,824,096号は、大腿骨部材の顆が複合曲線に形成された蝶番式人工膝関節を開示している。それでは、ある屈曲範囲で合致性があるが、その他の屈曲範囲では、大腿骨部材と支承部材の間に合致しない線接触が生じる。特に、米国特許第5,824,096号に示された人工膝関節の大腿骨部材は、正常歩行サイクルの臨界ピーク荷重域において実質的に合致した支承が行えるように形成されている。大腿骨の顆の減縮された後方径によって、非臨界活動時の深い屈曲域で適正な線接触を行い、屈曲中により正常な膝の動きをさせている。また米国特許第5,824,096号の蝶番式人工膝関節は、支承部材を脛骨部材と大腿骨部材に対して、前後軸に沿って、制御された範囲で移動させる。加えて、米国特許第5,824,096号に開示されている蝶番式接続は、大腿骨部材を脛骨部材から離れる動きをさせる。支承部材が前後方向に動く能力と組み合わされた大腿骨部材の複合曲線は、ある屈曲範囲で大腿骨部材を支承部材にせりあがらせて後退させる。米国特許第5,824,096号に示された人工膝関節の蝶番は、主に、安定化のために使用され、最小荷重の支承機能のみを果たす。従って、蝶番が主荷重の支承機能を果たす人工膝関節に比べて、蝶番をかなり小さくすることができる。小さな蝶番は骨の除去を最小限にし、移植固定の改善に役立つ。また、小さな蝶番は軽く、患者の歩行時にかかる人工膝関節の重量の影響を最小限にする。
【０００８】
米国特許第5,824,096号の蝶番式人工膝関節は、最初に導入され使用されてから、非常に良く機能している。しかし、大腿骨の合致が、歩行時の臨界ピーク荷重域のみよりも、より広い範囲の膝の動きで達成し得たら、磨耗を減らすことができる。例えば、階段の昇り降り、椅子からの起立、その他の中から深い屈曲の活動のような高荷重活動時の合致した接触は、人工膝関節の磨耗改善に役立つ。さらに、脛骨への進入を短くした脛骨部材を有する人工膝関節は、移植のための骨の除去を少なくして、受容を良くする。
【発明の開示】
【０００９】
この発明は顆状支承部材を備えた蝶番式人工膝関節に関する。この人工膝関節は、一部が切除された大腿骨の遠位端部に取り付けられる大腿骨部材と、一部が切除された脛骨の近位端部に取り付けられる脛骨部材と、大腿骨部材と脛骨部材の間に配置させる支承部材と、大腿骨部材と脛骨部材の関節結合を安定させる蝶番ユニットとを備える。この人工膝関節は、さらに膝蓋骨部材を備えてもよい。
【００１０】
本発明の蝶番式人工膝関節は、大腿脛骨関節接合面と別個の膝蓋大腿関節接合面を設けることによって、従来の蝶番式人工膝関節と異なる。膝蓋大腿関節接合は従来の人工膝関節のものと類似又は同一にしてもよく、大腿骨部材の関節接合面のように複合曲線を形成してもよい。大腿脛骨関節接合面は、別個の大腿脛骨関節接合面や膝蓋大腿関節接合面がない人工膝関節よりも大きい動作範囲で合致接触するよう構成されている。大腿脛骨関節接合の合致接触は、実質的には動作範囲全体に拡張することが好ましい。これによって、従来の蝶番式人工膝関節を含む従来の人工膝関節と比較して、磨耗をより減少させるという明らかな利点がある。
【００１１】
非蝶番式人工膝関節では、別個の膝蓋大腿関節接合面と大腿脛骨関節接合面を有する人工膝関節が考えられてきた。しかし、このような形態では、中間横方向の動きである外反・内反モーメントに適応できない。しかし、蝶番式人工膝関節は外反・内反モーメントに対して適度な抵抗があり、別個の膝蓋大腿関節接合面と脛骨大腿関節接合面に適している。
【００１２】
人工膝関節の脛骨部材は、切除された脛骨の近位端部に形成された空洞部に取り付けることができる安定化ロッドのような軸支持体を備えている。脛骨部材は、軸支持体に対して横方向に伸び、切除された脛骨の近位端部に取り付けることができる脛骨板をさらに備えている。脛骨板は、実質的に平面である脛骨面を上方に有する。脛骨部材は、脛骨板を貫通して、軸支持体と安定化ロッドに伸びる円錐孔をさらに有する。円錐孔の遠位端部の近くには溝が形成されている。
【００１３】
人工膝関節の支承部材は、支承部材が脛骨部材に対して回動できるように脛骨部材の円錐孔に取付可能なプラスチックの円錐部を備えている。支承部材の円錐部には、支承部材が脛骨部材から軸方向へ分離又は転位するのを防ぐ軸分離手段を設けるのが好ましい。従って、人工膝関節は、従来の蝶番式人工膝関節と少なくとも同程度の転位抵抗を短い円錐部で付与することができ、骨の除去を少なくすることができる。軸分離手段は、支承部材の円錐部に、脛骨部材の円錐孔に支承部材の円錐部が取り付けられた時、脛骨部材の円錐孔の溝と合う溝を有する。スナップリングは、脛骨部材の円錐孔と支承部材の円錐部の合わさった溝に係合する。スナップリングは、支承部材が近位方向に移動して脛骨部材の円錐孔から外ずれることを防ぐ。一方、スナップリングは、支承部材の円錐部が脛骨部材に対して回動することを許容する。これにより、支承部材は回動性を有しながら、転位は阻止される。回動が可能でありながら分離が阻止される他の連結方法を設けてもよい。
【００１４】
支承部材は、脛骨部材の脛骨上面と支承係合する下方支承面をさらに有している。脛骨上面での支承部材の回動を制限する手段を設けてもよい。例えば、支承部材の下方面に弓状の溝を形成し、脛骨部材の上方面に、支承部材の溝と係合するピンを突出させてもよい。これによって、支承部材の溝の角度幅で、脛骨部材に対する支承部材の回動が制限される。支承部材は、大腿骨部材と関節支承接合する顆状支承領域を上方にさらに有する。支承部材は近位又は上方から遠位端部に向かって伸びる孔をさらに有する。支承部材の孔の低部は円錐状に細くなっている。
【００１５】
蝶番ユニットはシャフトの付いたキャリッジを備え、シャフトは支承部材の孔に挿入されるよう形成されている。キャリッジは、滑らかに研磨され、互いに実質的に平行な側面を持つヘッド部をさらに備えている。蝶番支持孔は、このヘッド部をシャフトの軸に対して横方向に貫通している。蝶番ユニットは、キャリッジのヘッド部のピン支持孔に挿入可能な蝶番ピンと、ヘッド部のネジ穴に取り付けられ、蝶番ピンをヘッド部に固定する位置決めネジをさらに備えている。
【００１６】
大腿骨部材は、一部が切除された大腿骨の遠位端部に取り付けられるよう形成された上方面を有する。安定化ロッドは、一部が切除された大腿骨の遠位端部に形成された空洞部に取り付けられる上方面から突出させてもよい。大腿骨部材はさらに、大腿骨部材の上方面から近位方向に突出する蝶番支持壁を備えている。これらの壁は実質的に互いに平行であり、キャリッジのヘッド部を受け入れるように十分に間隔があいている。蝶番支持壁は、蝶番ピンの両端を受け入れるよう互いに一直線になった孔をさらに有している。大腿骨部材の下方領域は、大腿脛骨関節接合面と、別個の膝蓋大腿関節面を有している。膝蓋大腿関節接合面は、上記の米国特許第5,824,096号に開示されている大腿骨部材の関節面の形状に類似した曲線が形成されている。大腿脛骨関節接合面は、支承部材の顆状支承領域と合致して関節支承係合するように形成されている。
【００１７】
大腿骨部材の大腿脛骨関節面と、支承部材の上方面の顆状支承領域との合致した関節支承係合は、若干の過伸展から深い屈曲までの仮想的な全ての動作範囲で合致する。従って、本発明の人工膝関節は、階段の昇り降りや椅子から立ち上がる動作のような、高い荷重のかかる活動時に合致した接合をする。加えて、本発明の人工膝関節は外反・内反モーメントに対する優れた抵抗がある。さらに、支承部材の円錐部と脛骨部材の円錐孔の係合は、制限ピンと下方支承面にある溝の転位を抑え、制限ピンと支承部材の下方支承面にある溝の係合は脛骨の大腿骨に対する回動範囲を制限する。従って、本発明の人工膝関節は、靭帯が無い場合又は機能しない場合に良く適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１及び図１９〜２３に、本発明に係る人工膝関節１００を示す。人工膝関節１００は、図１に示す大腿骨部材２００を備える。大腿骨部材２００は、一部切除された生来の大腿骨６００の遠位端部に取り付けられるように形成されている。大腿骨部材２００は、蝶番サブユニット３００、プラスチック支承部材４００及び脛骨部材５００を備えたユニットに対して関節接合されるように構成されている。脛骨部材５００は、一部切除された生来の脛骨７００の近位端部に取り付けられるよう形成されている。人工膝関節１００は、生来の膝蓋骨９００に移植することのできる膝蓋骨部材８００をさらに有する。
【００１９】
脛骨部材５００は、図１に示すような本体５０１及び安定化ロッド５０２を有する。本体５０１と安定化ロッド５０２は、両方とも適度な強度と生体適合性を有する金属材料で形成されている。脛骨部材５００はスズでコーティングされたチタン合金で作られたものが好ましい。しかし、脛骨部材５００はコバルトクロム合金で形成されてもよい。脛骨部材５００の生産における使用に適した他の金属材料は当業者に知られうる。
【００２０】
脛骨部材５００の本体５０１は、図２と図３で最も明瞭に描かれている。本体５０１は、上方脛骨面５０４から遠位方向に延び、上方脛骨面５０４から遠ざかるに連れて容積が減少する円錐孔５０３を有する。円錐孔５０３は、安定化ロッド５０２の近位端部を受け入れる空洞部５０５と連通している。
【００２１】
脛骨板５０６は、円錐孔５０３の軸に対して横方向に延び、上方脛骨面５０４を有する。脛骨板５０６の下方面は、図１に示されるように一部切除された生来の脛骨７００の近位端部に取り付けられる。加えて、脛骨板５０６の下方にある脛骨部材５００の部分は、一部切除された脛骨７００の近位端部に設けられた空洞部の中に移植される。脛骨７００に脛骨部材５００を安全に固着させるために、脛骨部材５００は骨セメントと一緒に使用される。代わりに、板５０６の近傍の本体５０１の外面領域は、脛骨部材５００を安全に固着させるために生来骨の成長を促進する骨成長面領域を有してもよい。
【００２２】
脛骨部材の本体５０１はさらに、円錐孔５０３の遠位端部の近くに形成された環状溝５０７を有する。加えて、脛骨部材５００は、脛骨板５０６の前方部分に取り付けられる制限ピン５０８を備えている。ここでさらに説明されるように、制限ピン５０８は支承部材４００と脛骨部材５００の回動を制限するために、支承部材４００と協働する。
【００２３】
支承部材は非金属材料から一体に形成されることが好ましく、UHMWPeにより形成されるのが最も好ましい。支承部材のプラスチックは荷重がかかっている状態で良く機能し、高い生体適合性を持ち、支承部材４００に隣接する人工膝関節１００の金属材料に反応することがない。支承部材４００は、上方顆支承面４０１を支承部材４００の中間位置と外側位置に有する。孔４０２は、近位から遠位に向かって支承部材４００を貫通して延びる。図６で最も明瞭に示されるように、孔４０２は筒状の近位部分と円錐状の遠位部分を有する。孔４０２の近位部分は、実質的に平面であり対向する側面４０３として形成された支承部材４００の一部を通って延びる。側面４０３は、前方から後方に向かう方向に延び、互いに略平行になっている。支承部材は、さらに上方脛骨面５０４と合致して接合するよう形成されている下方支承面４０６を有している。図解されている実施例において、プラスチック支承部材４００の上方脛骨面５０４及び下方支承面４０６の両方は実質的に平面である。
【００２４】
円錐部４０７は下方支承面４０６から遠位方向に延びており、脛骨部材５００の円錐孔５０３と実質的に合致して係合するように形成された外面を有する。従って、支承部材４００は、脛骨部材に対して脛骨部材５００の円錐孔５０３を中心とした軸回りに回動できる。この回動は、支承部材４００の下方支承面４０６を上方脛骨面５０４に係合させながら回動させる。以下に示すように、支承部材４００の下方及び上方の位置には、大腿骨部材２００の支承に対する過伸展方向の回動を制限する制限面４０８が設けられている。環状溝４０９は、支承部材４００の円錐部４０７の遠位端部近くに形成されている。溝４０９は、脛骨部材５００の溝５０７と整列して並んでいる。そして、スナップリングは、脛骨部材５００の円錐孔５０３に支承部材の円錐部４０７を保持するために、溝４０９及び溝５０７と同時に係合することができる。この係合は、脛骨部材５００に対する支承部材４００の回動を可能にするが、脛骨部材５００からの支承部材４００の転位を防ぐ。
【００２５】
支承部材４００は、支承面４０６の下方部分に形成された弓状溝４１０を有する。溝４１０は脛骨部材の制限ピン５０８と係合するように構成されており、好ましくは３０度の弧を通って延びている。停止ピン５０８と溝４１０の係合は、脛骨部材に対する支承部材４００の回動の範囲を制限する。制限ピン５０８の大きさと、脛骨部材５００に対する支承部材４００の回動範囲は、患者の移動性によって選択される。いくつかの例において、溝４１０は支承部材４００と脛骨部材５００間の全ての回動を防ぐ筒状開口と置き換えることができる。
【００２６】
蝶番サブアセンブリ３００は、脛骨部材５００の本体５０１を形成するために使われる材料のような、十分に強い生体適合性を持つ材料から単体で形成された金属キャリッジ３１０を有する。金属キャリッジ３１０は、向かい合わせになっており高度に磨かれた平面３１２を有するヘッド部３１１を備える。シャフト３１３は、ヘッド部３１１から遠位方向に延びている。好ましい実施例のシャフト３１３は実質的に筒状の近位部分と円錐状に先細っている遠位部分を有する。キャリッジ３１０のシャフト３１３は、支承部材４００の孔４０２に回動して係合するように構成されている。ネジ孔３１４は、シャフト３１３に実質的に隣接する外面領域からヘッド部３１１に形成されたピン支持孔３１５までヘッド部３１１を貫通して延びている。
【００２７】
蝶番サブユニット３００は、ピン支持孔３１５に係合するように構成された蝶番ピン３２０をさらに備える。蝶番ピン３２０は、長手の両端に隣接する筒状支承面３２１と筒状支承面３２１の間に位置する係合溝３２２とを有する。
【００２８】
蝶番サブユニット３００は、円錐状の先端３３１を持つ位置決めネジ３３０をさらに含む。位置決めネジ３３０は、キャリッジ３１０のネジ孔３１４にネジ係合することができ、これにより位置決めネジ３３０の先端３３１は蝶番ピン３２０の溝３２２に係合する。従って、蝶番ピン３２０はキャリッジ３１０のピン支持孔３１５に固定して保持される。
【００２９】
大腿骨部材２００は、十分な強さと生体適合性を持つ金属材料から形成される。例えば、大腿骨部材２００は、脛骨部材５００に使われる上記のものと同じ材料から形成される。大腿骨部材は、上方面及び安定化ロッド２０２を有する大腿骨本体２０１を備え、安定化ロッド２０２は、大腿骨本体２０１の上方面から近位方向に延びている。大腿骨本体２０１は、一部切除された生来の大腿骨６００の遠位端部に取り付けることができ、これにより安定化ロッド２０２は一部切除された大腿骨の遠位端部に準備された空洞部に取り付けることができる。大腿骨部材２００は、骨セメント又は大腿骨の一部にある適切な外面構成により促進される生来の骨の内部成長によって大腿骨内で添えられ得る。
【００３０】
大腿骨本体２０１の下方領域は、支承部材４００の顆支承面４０１と一致して関節支承係合するように構成されている大腿脛骨関節接合面２０３となる。より具体的には、大腿脛骨関節接合面２０３は、少なくとも完全伸展から、階段を上る時や座っている状態から立ち上がるときのような高い荷重のかかる状態で発生しやすい最大限の屈曲の範囲に至る広い範囲にわたって支承部材の顆支承面４０１と合致した関節支承係合を行なえるよう構成されている。好ましい実施例では、５度の過伸展からおよそ１５０度の屈曲まで合致している。この合致は、関節面が合致していない線接触または点接触と比べて圧迫を軽減する結果となる。この結果、荷重はより広い範囲にわたって分散され、高い荷重のかかる活動中に不具合が起こりにくくなる。
【００３１】
大腿骨本体２０１の上方領域は、ヘッド部３１１の外側面３１２を受け入れるよう互いに適切な距離がとられ、間隔のあいた蝶番支持壁２０４を有する。大腿骨本体２０１の上方面は、大腿骨部材２００の安定化ロッド２０２と係合する棒支持体２０５を有する。
【００３２】
孔２０６は蝶番支持体２０４を貫通して延び、互いに整列している。プラスチック支承筒２１０は孔２０６に係合させることができ、蝶番ピン３２０に回動可能に支承部材を係合させるための適切な内径を備える。
【００３３】
図１３及び図２０に示すように、大腿骨本体２０１は、上方領域２０８と下方領域３０９を持った膝蓋大腿関節接合面２０７を有する。図２３に示すように、低位の屈曲角度にあり膝蓋骨９００が比較的上方の位置にある場合、膝蓋骨関節面２０７の上方領域２０８は下方領域２０９より広く、内側に変位される。中から大きな屈曲の範囲において、膝蓋骨９００は中心にあり、膝蓋骨大腿骨関節面２０９の下方は膝蓋骨９００より広くある必要はない。
【００３４】
人工膝関節１００は、例えば米国特許5,074,879号に記載されているように、適切な大腿骨安定化ロッド２０２を大腿骨本体２０１に組立てることで移植される。プラスチック支承筒２１０はまた、大腿骨本体２０１の孔２０６に取り付けられる。この結果、プラスチック支承筒２１０の推進フランジ２１１は、プラスチック支承筒２１０の孔２０６への挿入を制限する。加えて、実質的に筒状の蝶番支承面２１２は孔２０６の中心に位置している。この大腿骨本体２０１のサブユニット、大腿骨安定化ロッド２０２及びプラスチック支承筒２１０が大腿骨部材２００を構成する。
【００３５】
支承部材４００は、蝶番サブユニット３００のキャリッジ３１０と組立てられる。より具体的には、キャリッジ３１０のシャフト３１３は支承部材４００の孔４０２に挿し込まれる。スナップリング４０９は溝５０７と係合し、キャリッジ３１０が不意に支承部材４００から分離するのを防ぐ。そして、キャリッジ３１０のピン支持孔３１５は、大腿骨部材２００の支承筒２１０にある蝶番支承面２１２と整列する。そして、蝶番ピン３２０は第一蝶番支承面２１２に挿入され、キャリッジ３１０の支持孔３１５を通って第二蝶番支承面２１２に渡される。そして、位置決めネジ３３０はネジ孔３１４に導かれる。位置決めネジ３３０が締められると、その円錐端３３１は蝶番ピン３２０の溝３２２に係合し、これによりピン３２０を締め付ける。締め付けは、有害な金属磨耗屑を発生させる金属間の微動を阻止するのに重要である。そして、脛骨本体５０１と脛骨安定化ロッド５０２は部材５００を形成するために組立てられる。
【００３６】
脛骨と大腿骨は、安定化棒２０２と５０２をそれぞれ受け入れるための通路を設けるなどの公知の方法により準備される。箱型の空洞部は大腿骨の中心部、遠位側及び後部側に用意される。空洞部は、２つの支持壁２０４を包む封筒のように寸法設定される。そして、脛骨部材５００は脛骨に移植され、大腿骨部材２００及び蝶番サブアセンブリ３００は大腿骨６００に移植される。そして、関節は取りはずされ、支承部材４００の円錐部４０７の先細った末端は脛骨本体５０１の円錐孔５０３に挿入される。そして、関節は、移植された人工膝関節１００が図１及び図１９〜２３に示されるように転位するよう閉じられる。組立てられた人工膝関節では、図１９のＡ軸及びＢ軸回りの回動が可能となる。
【００３７】
人工膝関節１００はいくつかの利点を持つ。第一に、人工膝関節１００では、大腿脛骨関節の予期される範囲全体に渡って合致する外反・内反の安定が得られる。加えて、膝蓋大腿関節の上方は、小から中の屈曲角度で膝蓋の傾動を維持する。蝶番式人工膝関節を必要とする患者は、機能しない又は動かない側副靭帯を有している可能性が高い。これ故に、残った自然の膝関節の構成要素は転位への抵抗が十分ではない。しかし、スナップリング又は支承４００と脛骨部材５００の間にある他の保持機構は、図１７に示すような転位に結びつく比較的少量の位置ズレを防ぐ。むしろ、支承部材４００からキャリッジ３１０のシャフト３１３を完全に離すことで、図１８に示すような非常に大きい位置ズレを達成する事が必要となる。従って、人工膝関節１００は、脛骨部材５００に比較的小さな円錐を使用することで非常に良い転位抵抗を提供する。
【００３８】
特定の実施例に対して発明が記載されているが、添付のクレームにより定義される発明の範囲から逸脱することなく様々な変化を加えることができるのは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】組立てられ移植された本発明の人工膝関節の縦断面図である。
【図２】脛骨部材の平面図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】支承部材の側面図である。
【図５】支承部材の平面図である。
【図６】図５の６−６線断面図である。
【図７】蝶番ユニットのキャリッジの正面図である。
【図８】キャリッジの側面図である。
【図９】蝶番ユニットの蝶番ピンの正面図である。
【図１０】蝶番ピンの側面図である。
【図１１】位置決めネジの側面図である。
【図１２】大腿骨部材の背面図である。
【図１３】大腿骨部材の側面図である。
【図１４】蝶番ピン支承部材の正面図である。
【図１５】蝶番ピン支承部材の側面図である。
【図１６】脛骨部材、支承部材とキャリッジの組立状態の縦断面図である。
【図１７】図１６に類似した断面図で、支承部材とキャリッジの組立体の転位のための動きを示している。
【図１８】図１６と図１７に類似した断面図で、脛骨部材と支承部材の組立体に対するキャリッジの転位のための動きを示している。
【図１９】組立てられた人工膝関節の背面図である。
【図２０】組立てられた人工膝関節の正面図である。
【図２１】組立てられた人工膝関節の側面図であって、膝が５度過伸展している状態を示している。
【図２２】約１５０度屈曲した人工膝関節を示す側面図で、位置決めネジが分解方向にある状態を示している。
【図２３】屈曲時の膝蓋骨と大腿骨部材の相対位置を示めす平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  人工膝関節
２００  大腿骨部材
２０３  大腿脛骨関節接合面
２０７  膝蓋大腿関節接合面
３００  蝶番サブアセンブリ
３１０  蝶番キャリッジ
３２０  ピン
３３０  位置決めネジ
４００  支承部材
５００  脛骨部材
６００  大腿骨
７００  脛骨
８００  膝蓋骨部材
９００  膝蓋骨
【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１８】
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【図１９】
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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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