(57)【要約】  骨性インピンジと軟部組織インピンジとの双方を回避でき、長期間の使用に耐える人工膝関節を提供することを目的とする。  本発明の人工膝関節は、大腿骨コンポーネントと、脛骨トレイと、該脛骨トレイの上面に固定されたインサートプレートと、から成る。大腿骨コンポーネントは、大腿骨関節面と、該大腿骨関節面の後端部に設けられて大腿骨関節面より突出したカム部とを備え、インサートプレートは、大腿骨関節面と当接する脛骨関節面と、カム部と当接するカム摺動面と、を備えている。膝部伸展時には、大腿骨関節面が脛骨関節面に摺動する第１の摺動状態であり、９０°〜１６０°の屈曲角度において、第１の摺動状態からカム部がカム摺動面に摺動する第２の摺動状態へ移行する。屈曲角度１８０°の膝部深屈曲時には、第２の摺動状態により、大腿骨コンポーネントの骨切り面とインサートプレートの後端部とがオフセットする。【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トレイと、
該脛骨トレイの上面に固定されて大腿骨コンポーネントが摺動するインサートプレートと、から成る人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントが、湾曲した２つの大腿骨関節面と、該大腿骨関節面の後端部に設けられて大腿骨関節面より突出した楕円球状もしくはほぼ円柱状のカム部とを備えており、
インサートプレートが、上記２つの大腿骨関節面の各々と当接する２つの脛骨関節面と、上記カム部と当接するカム摺動面と、を備えており、
膝部伸展時には、大腿骨関節面が脛骨関節面に摺動する第１の摺動状態であり、
９０°〜１６０°の屈曲角度において、主な接触面が、上記第１の摺動状態からカム部がカム摺動面に摺動する第２の摺動状態へ移行し、
屈曲角度１８０°の膝部深屈曲時には、第２の摺動状態により、大腿骨コンポーネントの骨切り面とインサートプレートの後端部とがオフセットすることを特徴とする人工膝関節。
【請求項２】
屈曲角度１８０°の第２の摺動状態において、
カム部とカム摺動面との接触点からインサートプレートの後端部までの距離ａと、カム部とカム摺動面との接触点から大腿骨コンポーネントの骨切り面までの距離ｂとの関係がｂ＞ａとなるように、オフセット量を調節しており、
これにより、上記骨切り面とインサートプレートの後端部とが、少なくとも（ｂ−ａ）だけオフセットすることを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節。
【請求項３】
上記カム部が、大腿骨コンポーネントとの後端部に取り換え可能に固定されており、カム部の大腿骨関節面から突出する突出量を変更することにより、オフセット量を調節できることを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節。
【請求項４】
上記インサートプレートが、上記カム摺動面に対応する中央位置の裏面側に、下方に突出部を備え、上記脛骨トレイが、上記突出部を受ける凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節。
【請求項５】
人工膝関節用の大腿骨コンポーネントと共に使用される人工膝関節用の脛骨コンポーネントにおいて、
上記脛骨コンポーネントが、脛骨の近位部に固定される脛骨トレイと、該脛骨トレイの上面に固定されて大腿骨コンポーネントが摺動するインサートプレートと、から構成されおり、
インサートプレートが、大腿骨コンポーネントの後端部に備えられたカム部が摺動するカム摺動面を備え、
さらに、インサートプレートが、カム摺動面に対応する中央位置の裏面側に、下方に突出部を備え、上記脛骨トレイが、上記突出部を受ける凹部を有することを特徴とする脛骨コンポーネント。
【請求項６】
上記インサートプレートの突出部が、下方傾斜した形状に成形されており、上記脛骨トレイの凹部の裏面側が、該凹部形状に対応した形状に成形されていることを特徴とする請求項５に記載の脛骨コンポーネント。
【請求項７】
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トレイと、
該脛骨トレイの上面に固定されて大腿骨コンポーネントが摺動するインサートプレートと、から成る人工膝関節において、
大腿骨コンポーネントが、湾曲した内側及び外側の２つの大腿骨関節面と、上記２つの大腿骨関節面の後端部を接続する接続部と、上記外側の大腿骨関節面の後端部に形成された凹状の大腿骨外側オフセット曲面と、を備えており、
インサートプレートが、上記２つの大腿骨関節面が摺動する内側及び外側の２つの脛骨関節面と、上記接続部と摺動可能に当接する曲面を後部に備えたスパインと、上記大腿骨外側オフセット曲面が摺動するようにインサートプレートの後端縁部に形成された脛骨外側オフセット曲面と、を備えており、
膝部伸展時には、外側及び内側の２つの大腿骨関節面が脛骨関節面に摺動可能に当接する第１の摺動状態であり、
９０°〜１６０°の屈曲角度において、上記第１の摺動状態のうちの外側の関節面の当接が、上記大腿骨外側オフセット曲面が上記脛骨外側オフセット曲面に摺動可能に当接する第３の摺動状態に移行し、且つ上記大腿骨コンポーネントの接続部と上記インサートプレートのスパインの後部曲面とが摺動可能に当接する第４の摺動状態が形成され、
屈曲角度１８０°の膝部深屈曲時には、第３及び第４の摺動状態により、大腿骨コンポーネントの骨切り面とインサートプレートの後端部とがオフセットすることを特徴とする人工膝関節。
【請求項８】
さらに、大腿骨コンポーネントが、上記内側の大腿骨関節面の後端部に形成された凹状の大腿骨内側オフセット曲面を備え、
インサートプレートが、且つ上記大腿骨内側オフセット曲面が摺動する脛骨内側オフセット曲面をインサートプレートの後端縁部に備えており、
９０°〜１６０°の屈曲角度において、第１の摺動状態の内側の関節面の当接が、上記大腿骨内側オフセット曲面が上記脛骨内側オフセット曲面に摺動可能に当接する第３の摺動状態に移行することを特徴とする請求項７に記載の人工膝関節。
【請求項９】
上記大腿骨コンポーネントの接続部が、大腿骨関節面から突出しない楕円球状もしくはほぼ円柱状であることを特徴とする請求項８に記載の人工膝関節。
【請求項１０】
上記大腿骨コンポーネントの接続部が、大腿骨関節面より突出した楕円球状もしくはほぼ円柱状のカム部であり、上記インサートプレートのスパインの後部曲面が、カム部を摺動させるカム摺動面であることを特徴とする請求項８に記載の人工膝関節。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変形性膝関節症や慢性関節リウマチなどによって高度に変形した膝部の関節を、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。
【背景技術】
【０００２】
人工膝関節は、大腿骨遠位部に固定する大腿骨コンポーネントと、脛骨の近位部に固定する脛骨コンポーネントとから構成されている。人工膝関節の一例としては、大腿骨コンポーネントの後部中央摺動部に、球状又は楕円球状の凸状摺動面が形成され、また、脛骨コンポーネントの後部中央摺動部に、球状又は楕円球状の凹部が形成された人工膝関節が知られている（例えば特許文献１）。凸状摺動面と凹状摺動面とは、膝部の屈曲時に嵌合し、後方で摺動回転することにより、可動域を向上させている。さらに、凸状摺動面の高さＴ１と凹状摺動面の深さＴ２との関係を、Ｔ１≦Ｔ２にすることにより、屈曲時においても、荷重を主関節面で支持しながら、凸状及び凹状摺動面が嵌合し摺動回転できるようにされている。【０００３】
また、別の人工膝関節として、脛骨要素と大腿骨要素とから構成されていて、大腿骨要素の関節表面が遠位顆から上顆まで滑らかに伸びており、そして、少なくとも１６０°の可動域を有している人工膝関節が知られている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開平４−１５８８６０号公報
【特許文献２】特開平１１−３１３８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の人工膝関節では、１５０°以上まで屈曲すると、大腿骨の残骨と大腿骨コンポーネントとが接触する骨性インピンジが発生する（特に特許文献１の図４参照）。骨性インピンジが起こると、それ以上の屈曲ができなくなる。正座をする場合の屈曲角度は、一般的に１６０°程度といわれているので、この人工膝関節で正座することができない症例もあった。
骨性インピンジを回避するためには、大腿骨の関節部分を切除する骨切りのときに、残骨を適切に整形することも有効である。しかしながら、そのような骨の整形は高度な熟練技術を要する。そのため、より簡便に骨性インピンジを回避できる人工膝関節が求められている。【０００５】
特許文献２の人工膝関節は、脛骨要素の棘と大腿骨要素のカムとが接触し摺動することにより、屈曲角度１６０°まで骨性インピンジを回避して、深屈曲を可能にしている。しかしながら、１６０°まで深屈曲して骨性インピンジが生じると、膝関節周囲の軟部組織が大腿骨３の残骨や大腿骨コンポーネント２と接触する、いわゆる軟部組織インピンジまでもが生じると考えられている。この軟部組織インピンジは、軟部組織の損傷に繋がる恐れがあるので、回避するのが望ましい。軟部組織インピンジを回避するためには、人工膝関節の屈曲角度の許容範囲（可動域）を、実際の膝運動で発生する屈曲角度の角度範囲よりも広く設計することが効果的である。【０００６】
また、この特許文献２では、脛骨コンポーネントの棘が超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）製であり、そして、大腿骨コンポーネントのカムが摺動するときに棘とカムとの接触する面積が小さい。そのため、比較的短期間の使用であっても、カムと接触している棘の表面部分が局部的に異常摩耗し、その結果として人工膝関節置換の再手術を余儀なくされる問題があった。【０００７】
このように、通常の生活をするときに、骨性インピンジの発生と軟部組織インピンジの発生との双方を回避するためには、人工膝関節の屈曲可能な可動域を少なくとも屈曲角度１６０°以上にまで拡張した工膝関節を使用することが望まれる。そこで、本発明の目的は、屈曲角度１６０°以上の可動域を有する人工膝関節を提供することである。
本発明の別の目的は、大腿骨の整形の程度にかかわらず、確実に骨性インピンジを回避できる人工膝関節を提供することである。
また、本発明のさらなる目的は、人工膝関節を構成する部品の局部的な異常摩耗を低減して、長期間の使用に耐える人工膝関節を提供することである。【０００８】
また、一般的な人工膝関節では、脛骨コンポーネントの摺動部材（インサートプレート）は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）から形成されている。このインサートプレートは、金属製又はセラミックス製の大腿骨コンポーネントが当接して摺動することにより、微量ではあるが摩耗している。よって、人工膝関節を体内で長期間にわたって使用すると、インサートプレートの厚みが減少することが知られている。そこで、一般的には、インサートプレートの厚みを、摩耗分を加味して所定の厚さ（一般的には２〜５ｍｍ程度）に設定する。しかしながら、インサートプレートの摺動面は、通常は、インサートプレート上面よりもくぼんだ凹状曲面であるので、摺動面の厚さを保持するには、インサートプレート全体の厚さを、上記の所定の厚さよりも厚くしなくてはならない。インサートプレートの厚さが増加すると、脛骨の骨切り量が増え、手術後の骨折の危険性が増加する、という問題があった。【０００９】
そこで、本発明の別の目的は、インサートプレートの摺動面の厚さを維持しながら、骨切り量を減らすことのできる人工膝関節を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第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トレイと、該脛骨トレイの上面に固定されて大腿骨コンポーネントが摺動するインサートプレートと、から成る人工膝関節において、大腿骨コンポーネントが、湾曲した２つの大腿骨関節面と、該大腿骨関節面の後端部に設けられて大腿骨関節面より突出した楕円球状もしくはほぼ円柱状のカム部とを備えており、インサートプレートが、２つの大腿骨関節面の各々と当接する２つの脛骨関節面と、カム部と当接するカム摺動面と、を備えており、膝部伸展時には、大腿骨関節面が脛骨関節面に摺動する第１の摺動状態であり、９０°〜１６０°の屈曲角度において、主な接触面が、第１の摺動状態からカム部がカム摺動面に摺動する第２の摺動状態へ移行し、屈曲角度１８０°の膝部深屈曲時には、第２の摺動状態により、大腿骨コンポーネントの骨切り面とインサートプレートの後端部とがオフセットすることを特徴とする。
本発明において、「オフセット」とは、屈曲角度１８０°の深屈曲時に、大腿骨コンポーネントの骨切り面と、インサートプレートの後端部とが離間していることを意味している。【００１１】
本発明の第２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トレイと、該脛骨トレイの上面に固定されて大腿骨コンポーネントが摺動するインサートプレートと、から成る人工膝関節において、大腿骨コンポーネントが、湾曲した内側及び外側の２つの大腿骨関節面と、２つの大腿骨関節面の後端部を接続する接続部と、外側の大腿骨関節面の後端部に形成された凹状の大腿骨外側オフセット曲面と、を備えており、インサートプレートが、２つの大腿骨関節面が摺動する内側及び外側の２つの脛骨関節面と、接続部と摺動可能に当接する曲面を後部に備えたスパインと、大腿骨外側オフセット曲面が摺動するようにインサートプレートの後端縁部に形成された脛骨外側オフセット曲面と、を備えており、膝部伸展時には、外側及び内側の２つの大腿骨関節面が脛骨関節面に摺動可能に当接する第１の摺動状態であり、９０°〜１６０°の屈曲角度において、第１の摺動状態のうちの外側の関節面の当接が、大腿骨外側オフセット曲面が脛骨外側オフセット曲面に摺動可能に当接する第３の摺動状態に移行し、且つ大腿骨コンポーネントの接続部とインサートプレートのスパインの後部曲面とが摺動可能に当接する第４の摺動状態が形成され、屈曲角度１８０°の膝部深屈曲時には、第３及び第４の摺動状態により、大腿骨コンポーネントの骨切り面とインサートプレートの後端部とがオフセットすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１及び第２の人工膝関節は、大腿骨コンポーネントの骨切り面とインサートプレート後端部とが最も接近する屈曲角度１８０°であっても、骨切り面とインサートプレート後端部とが接触することなく離間している、つまりオフセットしている。これは、０°〜１８０°の屈曲角度の範囲で、骨性インピンジが生じず、理論的には１８０°までの深屈曲が可能であることを意味している。【００１３】
第１の人工膝関節と第２の人工関節では、大腿骨関節面と脛骨関節面とが当接する第１の摺動状態から、別の部分が当接する第２乃至第４の摺動状態に移行することにより、上記のオフセットが達成される点で共通している。しかしながら、オフセットするために必要な構成が異なっている。【００１４】
第１の人工膝関節は、第１の摺動状態から、カム部がカム摺動面に当接して摺動する第２の摺動状態に移行することにより、オフセットを可能にしている。第１の摺動状態であれば、従来の人工膝関節と同様に、屈曲角度１２０°〜１６０°程度で骨性インピンジが生じる。本発明は、骨性インピンジが生じる前に、第１の摺動状態から第２の摺動状態に移行することにより、大腿骨コンポーネントとインサートプレートとの間を離して、深屈折であっても骨性インピンジの発生を回避することができる。そのため、骨切り面に合わせて大腿骨の遠位部を切除する基本的な施術を行うことができれば、高度な骨の整形技術がなくても、骨性インピンジを回避できる。【００１５】
第１の人工膝関節は、第２の摺動状態においても、大腿骨コンポーネントのカム部と脛骨コンポーネントとのカム摺動面との接触面積が、特許文献２の棘とカムとの接触面積に比べて大きいので、局所的な応力の偏重がない。よって、インサートプレートの局部的な異常摩耗が起こりにくく、長期間にわたって使用することができる。
また、健康な膝関節では、正座した場合には、膝関節が１０〜３０°程度で内旋するが、本発明の人工膝関節も、第２の摺動状態であれば、膝関節の回旋が可能であり、自然な膝関節の運動を実現することができる。【００１６】
第２の人工膝関節は、第１の摺動状態で当接している２つの当接部分の少なくとも一方が、大腿骨外側オフセット曲面が脛骨外側オフセット曲面に当接して摺動する第３の摺動状態に移行することにより、オフセットを可能にしている。第３の摺動状態では、大腿骨コンポーネントの後端部の大腿骨外側オフセット曲面が、インサートプレートの後端縁部に形成された脛骨外側オフセット曲面に引っかかる状態になり、大腿骨コンポーネントの外側が上方及び後方に僅かにずれ上がる。これにより、大腿骨コンポーネントとインサートプレートとの間が、さらに離れるので、深屈折であっても骨性インピンジの発生を回避することができる。そのため、骨切り面に合わせて大腿骨の遠位部を切除する基本的な施術を行うことができれば、高度な骨の整形技術がなくても、骨性インピンジを回避できる。【００１７】
また、第２の人工膝関節では、第３の摺動状態が形成されると、大腿骨コンポーネントの外側が後方に移動することから、大腿骨コンポーネントが自動的に内旋して、自然な膝関節の運動を実現することができる。内旋が生じる屈曲角度や内旋の程度は、大腿骨外側オフセット曲面の形成位置と寸法により、任意に調節することができる。【００１８】
さらに、第２の人工膝関節では、第３の摺動状態が形成されたときに、大腿骨コンポーネントが前方にずれないように、２つの大腿骨関節面の後部をつなぐ接続部をスパインの後部曲面に当接して摺動する第４の摺動状態が形成されるのが好ましい。【００１９】
第４の摺動状態は、特許文献２の棘（スパインに相当）とカム（接続部に相当）との摺動に相当するものであり、棘の異常摩耗が問題になる可能性がある。しかし、本発明では、大腿骨コンポーネントは、第３の摺動状態によって、前方にずれるのを十分に抑制されているので、第４の摺動状は、大腿骨コンポーネントの前方へのずれを補助的に抑制しているのみである。よって、第４の摺動状態においてスパインの後部曲面にかかる荷重は、特許文献２に比べて大幅に抑制されており、スパインの異常摩耗が起こりにくい。【００２０】
本発明の第１及び第２の人工膝関節では、第１の摺動状態で骨性インピンジが生じる屈曲角度よりも小さい屈折角度で、第１の摺動状態から第２乃至第４の摺動状態に移行する必要がある。この摺動状態の移行が起こる屈曲角度は、第１の人工膝関節ではカム部及びカム摺動面の寸法形状により、第２の人工膝関節では大腿骨外側オフセット曲面の形成位置及び寸法により、それぞれ調節することができる。この移行の起こる屈曲角度を、本発明では「オフセット角度」と称する。オフセット角度は、９０°〜１６０°の範囲で、任意に設定することができる。これにより、膝関節に大きい荷重のかかる屈曲角度９０°以下では、２つの関節面が当接しているので膝部が安定し、また第１の摺動状態であれば骨性インピンジを避けられない屈曲角度１６０°以上では、第２乃至第４の摺動状態に移行して、骨性インピンジを避けることができる。【００２１】
本発明の人工膝関節は、可動域が屈曲角度０°〜１８０°であり、理論的には１８０°までの深屈曲を達成できる。これにより、骨性インピンジを回避して自由に深屈曲できるだけでなく、深屈曲時に軟部組織インピンジが生じるのを抑制できる。よって、本発明の人工膝関節は、膝関節置換術を行った患者にとって、歩行時に安定しており、正座しても痛みを伴わないものであり、快適な生活を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１にかかる人工膝関節の側面図である。
【図２】本発明の実施形態１にかかる人工膝関節の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１にかかる人工膝関節の正面図である。
【図４】本発明の実施形態１にかかる人工膝関節の背面図である。
【図５】本発明の実施形態１にかかる人工膝関節の上面図である。
【図６】本発明の実施形態１にかかる人工膝関節の屈曲動作を示す側面図であり、屈曲角度０°（膝部の伸展時）の状態を示している。
【図７】本発明の実施形態１にかかる人工膝関節の屈曲動作を示す側面図であり、屈曲角度９０°の状態を示している。
【図８】本発明の実施形態１にかかる人工膝関節の屈曲動作を示す側面図であり、屈曲角度１８０°（膝部の深屈曲時）の状態を示している。
【図９】本発明の実施形態１にかかる人工膝関節の内旋動作を示す上面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）を示す。
【図１０】本発明の実施形態２にかかる人工膝関節の側面図である。
【図１１】本発明の実施形態２にかかる人工膝関節の２つの形態を示している（Ａ、Ｂ）。
【図１２】本発明の実施形態３にかかる人工膝関節の側面図（Ａ）と、比較例の側面図（Ｂ）である。
【図１３】本発明の実施形態４にかかる人工膝関節の内側の側面図である。
【図１４】本発明の実施形態４にかかる人工膝関節の外側の側面図である。
【図１５】本発明の実施形態４にかかる人工膝関節の斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態４にかかる人工膝関節の正面図である。
【図１７】本発明の実施形態４にかかる人工膝関節の屈曲動作を示す内側（Ａ）及び外側（Ｂ）の端面図であり、屈曲角度９０°の状態を示している。
【図１８】本発明の実施形態４にかかる人工膝関節の屈曲動作を示す内側（Ａ）及び外側（Ｂ）の端面図であり、屈曲角度１２０°の状態を示している。
【図１９】本発明の実施形態４にかかる人工膝関節の屈曲動作を示す内側（Ａ）及び外側（Ｂ）の端面図であり、屈曲角度１５０°の状態を示している。
【図２０】本発明の実施形態４にかかる人工膝関節の屈曲動作を示す内側（Ａ）及び外側（Ｂ）の端面図であり、屈曲角度１８０°（膝部の深屈曲時）の状態を示している。
【符号の説明】
【００２３】
１  人工膝関節
２  大腿骨コンポーネント
２１  カム部（接続部）
２２  顆
２２ａ  内側顆
２２ｂ  外側顆
２３  後端部
２５  大腿骨関節面
２５ａ  内側の大腿骨関節面
２５ｂ  外側の大腿骨関節面
３  脛骨コンポーネント
３１  脛骨トレイ
４  インサートプレート
４１  カム摺動面（後部曲面）
４５  脛骨関節面
４５ａ  内側の脛骨関節面
４５ｂ  外側の脛骨関節面
５２  大腿骨外側のオフセット関節面
６  大腿骨
６１  残骨
７  骨切り面
８２  脛骨外側のオフセット曲面
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施形態１）
本発明の人工膝関節１は、図１〜図５に示すように、大腿骨の遠位部に固定される大腿骨コンポーネント２と、脛骨の近位部に固定される脛骨コンポーネント３から構成される。
大腿骨コンポーネント２は、湾曲して膨出した２つの大腿骨関節面２５と、大腿骨関節面２５の後端部２３に設けられて大腿骨関節面２５より突出した楕円球状もしくはほぼ円柱状のカム部２１とを備えている。【００２５】
脛骨コンポーネント３は、脛骨の近位部に固定される脛骨トレイ３１と、脛骨トレイ３１の上面に固定されるインサートプレート４と、から構成されている。
インサートプレートは、２つの大腿骨関節面２５の各々と当接する２つの脛骨関節面４５と、カム部２１と当接するカム摺動面４１と、を備えており、大腿骨コンポーネント２と直接接触して摺動する。【００２６】
本実施形態の人工膝関節１は、膝部の伸展時には、第１の摺動状態であり、大腿骨関節面２５が脛骨関節面４５に摺動しながら当接している。屈折角度が９０°〜１６０°になると、第２の摺動状態への移行が始まり、主な摺動面が、大腿骨関節面２５と脛骨関節面４５とから、カム部２１とカム摺動面４１とに変化する。そして、屈曲角度１８０°の膝部深屈曲時には、完全に第２の摺動状態になり、大腿骨コンポーネント３の骨切り面７とインサートプレート４の後端部とがオフセットする。【００２７】
図１は、本実施形態にかかる人工膝関節１が、屈曲角度０°のときの側面図であり、大腿骨６が垂直上方に伸びている。ここで、人工膝関節１の大腿骨コンポーネント２は、長く上方に延びた部分が前方（矢印Ａの方向）に、後端部２３が後方（矢印Ｐの方向）に配置されて使用される。【００２８】
大腿骨コンポーネント２は、側面から見たときにＵ字状に大きく湾曲した形状であり、大腿骨６の縁位部を骨切りした後に、大腿骨６端部を前後から挟み込むようにして取り付けられる。大腿骨コンポーネント２の外表面には、前後方向に伸びる２つの顆２２（ここで顆とは凸状部分を指す）が形成されており、その表面を大腿骨関節面２５と呼ぶ。大腿骨関節面２５は、膝関節の屈曲時に容易に摺動できるように、非常になめらかにされている。
大腿骨コンポーネント２の後端部２３には、２つの顆２２の間に、楕円球状のカム部２１が形成されている。カム部２１は、大腿骨関節面２５から、後方Ｐに大きく突出している。【００２９】
大腿骨コンポーネント２の内側は、大腿骨６に接触する大腿骨固定面２８である。大腿骨は、病変した関節部分の骨を切除され、且つ大腿骨コンポーネント２の大腿骨固定面２８の寸法形状に合わせて整形（骨切り）される。大腿骨６の後方Ｐ側は、大腿骨コンポーネント２の骨切り面７と呼ばれる平面に合わせて骨切りされており、その際に、大腿骨６の曲線と骨切り面７との交差部分に、残骨６１と呼ばれる突出部分が残存する。骨性インピンジは、この残骨６１と脛骨コンポーネント３との接触により生じることが多く、残骨６１の突出を減らすように大腿骨６を整形する技術もある。しかしながら、そのような整形処理は、高度な技術を要し、多くの場合は、図に示すような形状の残骨６１が残存する。【００３０】
大腿骨コンポーネント２の大腿骨固定面２８には、必要に応じてポール２９を設けることができる。ポール２９は、大腿骨に挿入して大腿骨コンポーネントの固定状態を安定させる機能を有する。大腿骨コンポーネント２は、必要に応じて骨セメントにより、大腿骨に固定される。大腿骨コンポーネント２は、チタン合金及びコバルト−クロム合金等の生体安全性の高い金属や、アルミナ及びジルコニア等のセラミックスから形成される。【００３１】
脛骨コンポーネント３のインサートプレート４は、大腿骨コンポーネント２を摺動させるための部材である。インサートプレート４には、前後に伸びる２つの窩４２（ここで、「窩」とは凹状部分を指す）が形成されており、大腿骨コンポーネント２の２つの顆２２が摺動できる。それぞれの窩４２の表面には、非常に滑らかな脛骨関節面４５が形成されており、大腿骨コンポーネント２の大腿骨関節面２５との間で、滑らかな摺動運動が可能である。【００３２】
インサートプレート４の中央付近にはスパイン４４が形成されており、大腿骨コンポーネント２の中央に形成された前後に伸びるスロット２７から突出している。スパイン４４の後方Ｐ側の表面は、カム摺動面４１に連続している。【００３３】
カム摺動面４１は、大腿骨コンポーネント２のカム部２１を受容する形状に形成されている。カム摺動面４１とカム部２１とは、人工膝関節１が所定角度以上、例えば９０°以上に屈曲した場合に接触するように設計されている。カム摺動面４１とカム部２１の表面とは、共に滑らかにされており、滑らかな摺動運動が可能である。インサートプレート４４は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）から形成されている。【００３４】
脛骨コンポーネント３の脛骨トレイ３１は、下面を脛骨の近位部に固定され、上面にインサートプレート４を受容している。脛骨トレイ３１は、インサートプレート４が大腿骨コンポーネント２から受ける荷重を分散して、脛骨の一部に応力が集中するのを抑制する機能がある。脛骨トレイ３１の固定では、まず、脛骨近位部の病変した関節部分を切除し、次いで脛骨トレイ３１のステム３２を脛骨に挿入する。脛骨トレイの上面がほぼ水平になるように位置決めして、ネジや骨セメントにより、脛骨トレイ３１を脛骨に固定する。
脛骨トレイ３１は、チタン合金及びコバルト−クロム合金等の生体安全性の高い金属や、アルミナ及びジルコニア等のセラミックスから形成される。【００３５】
本発明の人工膝関節１は、主な接触面を構成する摺動状態が、屈曲角度９０°〜１６０°を境にして、第１の摺動状態から第２の摺動状態に移行する。この摺動状態の移行する角度が「オフセット角度」である。第１の摺動状態は、広い面積で接触するので、直立状態や歩行状態のように膝部に大きい荷重がかかる場合に適している。これに対して、第２の摺動状態は、膝部に大きな荷重がかると支えきれないものの、深屈曲できるという長所がある。そのため、オフセット角度は、膝部にかかる荷重の程度と、骨性インピンジの回避とのバランスを取りながら決定される。
オフセット角度は、９０°より小さいと、膝部にかかる荷重が大きいにも拘わらず、第２の摺動状態になってしまい、膝部の安定性が低くなるので好ましくなく、また、１６０°より大きいと、第１の摺動状態のまま骨性インピンジが生じてしまうので、好ましくない。【００３６】
本発明の人工膝関節は、図６〜図８に示すように、屈曲角度が０°から１８０°まで屈曲することが可能である。この人工膝関節１は、オフセット角度が９０°である。
図６に示すように、屈曲角度が０°（膝を伸展した状態）には、大腿骨関節面２５と脛骨関節面４５とが接触して、第１の摺動状態が形成されている。この状態は、例えば直立姿勢や歩行姿勢において発生するものであり、膝関節にかかる荷重が大きい。本発明の人工膝関節は、屈曲角度０°では、第１の摺動状態が形成されているので、膝関節にかかる大きい荷重を安定して支持できる。【００３７】
屈曲角度がオフセット角度の９０°になると、図７に示すように、第１の摺動状態から、カム部２１とカム摺動面４１とが接触する第２の摺動状態に移行する。屈曲角度９０°というのは、歩行や階段の昇降の時に発生する可能性のある屈曲角度のうちで最大の屈曲角度であり、膝関節にかかる荷重は、屈曲角度０°と比較すると大幅に小さい。そのため、通常生活における動作程度であれば、９０°以上の屈曲角度で膝関節にかかる荷重は、第２の摺動状態で支持することが可能である。ただし、深い屈曲状態で重労働をする場合には、この限りではなく、オフセット角度をより大きい角度に設定する必要がある。【００３８】
膝関節の屈曲角度を人工膝関節のオフセット角度９０°よりも大きくしてゆくと、カム部２１とカム摺動面４１とから形成される第２の摺動状態が支配的になる。カム部２１とカム摺動面４１とが接触して摺動すると、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとが徐々に離れてゆく。それに伴い、大腿骨関節面２５と脛骨関節面４５とが、摺動しながら離れて、第１の摺動状態が解消される。このようにして、オフセット角度より大きい屈曲角度では、主な接触面が第１の摺動状態から第２の摺動状態に移行する。第２の摺動状態は、椅子に座る姿勢や正座の姿勢のように、膝関節にかかる荷重が小さい状態が多い。そのため、耐荷重性の低い第２の摺動状態であっても、膝関節が不安定になるという問題が殆ど生じない。この実施形態では、オフセット角度を約９０°に設定している。オフセット角度は、９０°〜１６０°の範囲に設定できる。【００３９】
そして、屈曲角度が１８０°のときには、図８に示すように、骨切り面７とインサートプレート４の後端縁部とは完全に離れた、いわゆるオフセットの状態であることがわかる。これは、本実施形態の人工膝関節を用いて膝関節の置換術を行えば、膝関節の屈曲角度０°〜１８０°の範囲では、大腿骨６の残骨６１とインサートプレートとか接触しない、つまり骨性インピンジが生じないことを意味している。これにより、本発明の人工膝関節は、従来の人工膝関節では不可能であった屈折角度０〜１８０°の可動域を達成した。【００４０】
しかしながら、膝関節の周囲には、骨格以外の周辺組織が存在するので、人間の膝関節が実際に１８０°まで屈曲することはない。本発明が１８０°まで骨性インピンジを生じない人工膝関節であることは、１８０°までの屈曲が可能であるという直接的な作用効果以外に、膝関節の周囲にある軟部組織が残骨や人工膝関節に接触して損傷を受ける軟部組織インピンジを回避できるという間接的な作用効果がある。【００４１】
従来の人工膝関節では、骨性インピンジを回避することで十分とされているが、より自然な膝関節を再現し、不快感や痛みを伴わない人工膝関節を提供するには、軟部組織インピンジを回避することも重要である。本発明の人工膝関節では、最も深屈曲する正座の状態（屈曲角度が約１６５°）においても、屈曲角度に余裕があることから、軟部組織インピンジを抑制することができる。【００４２】
本発明の人工膝関節１は、大腿骨コンポーネント２がオフセットする第２の摺動状態において、カム部２１とカム摺動面４１との接触点からインサートプレート４の後端部までの距離ａと、カム部２１とカム摺動面４１との接触点から大腿骨コンポーネント２の骨切り面７までの距離ｂとの関係が、ｂ＞ａとなるように、オフセット量を調節しているのが好ましい。図８に示すように、骨切り面７とインサートプレート４の後端部とが最も近づく状態、すなわち屈曲角度１８０°の状態において、ｂ＞ａに設定することにより、残骨とインサートプレートとは（ｂ−ａ）だけ離間する。これにより、屈曲角度０°〜１８０°の範囲において、骨性インピンジを確実に回避することができる。【００４３】
本発明の人工膝関節１は、図９に示すように、オフセット後の状態では、楕円球状のカム部２１を曲面のカム摺動面４１により受容しているので、大腿骨の回旋（水平面内における大腿骨の回転）が可能である。このことから、本発明の人工膝関節は、正座したときに、大腿骨がわずかに内旋しようとする動きを妨げることがなく、自然な膝の屈曲運動を再現することができる。この例では、残骨６１とインサートプレートとが回旋角度θ＝２５°で接触するので、回旋角度θ＝０〜２５°の内旋及び外旋が可能である。【００４４】
本発明の人工膝関節１は、カム部２１とカム摺動面４１とを備えることにより、深屈曲状態において第２の摺動状態が形成され、さらに大腿骨コンポーネント２がオフセットすることにより、従来の人工膝関節では不可能であった屈折角度０〜１８０°の可動域を達成した。【００４５】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１と同様に、大腿骨コンポーネント２と脛骨コンポーネント３とから成る人工膝関節であるが、カム部２１が、大腿骨コンポーネント２の後端部２３にスライド可能に固定されており、カム部２１が大腿骨関節面２５から突出する突出量を変更することにより、オフセット量を調節できることを特徴としている。【００４６】
図１０に示すように、大腿骨コンポーネント２の後端部２３には、カム用穴２６が形成されており、カム部２１は、このカム用穴２６にカム軸部２４を挿入して固定されている。カム軸部２４とカム用穴２６とは、カム軸部２４の表面とカム用穴２６の内面に係合機構を形成することにより、又は別体の係合用部品を用いることにより、確実に固定されている。また、カム軸部２４は、固定状態を解除することによりカム用穴２６内での位置を変更することができ、例えばカム軸部２４を、カム軸部２４’の位置まで移動することができる。この状態で、カム軸部２４’をカム用穴２６に固定することにより、カム部２１をカム部２１’まで突出させた状態で使用することができる。【００４７】
本実施形態の人工膝関節１では、図１１に示すように、大腿骨コンポーネント２のカム部２１と、脛骨コンポーネント３のインサートプレート４に形成されたカム摺動面４１と、が摺動する第２の摺動状態において、カム部２１が突出してない第２の摺動状態状態（Ａ）と、カム部２１’が突出した第２の摺動状態状態（Ｂ）とを選択することができる。図１１（Ｂ）の人工膝関節１では、図１１（Ａ）のものに比べて、大腿骨６の残骨６１と、インサートプレート４の端部との距離が大きくなるので、骨性インピンジの発生しやすい患者に好適である。また、病変前の膝関節の状態により近くなるように、カム部２１又はカム部２１’の位置を選択することにより、人工膝関節１に置換した後の患者の違和感を小さくすることができる。【００４８】
本実施形態では、カム部２１、２１’の２段階に位置変更できる人工膝関節を示したが、さらに、カム部２１の位置を、複数段階に変更できる形態や、無段階に変更できる形態にすることもできる。【００４９】
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１と同様に、大腿骨コンポーネント２と脛骨コンポーネント３とから成る人工膝関節１であるが、インサートプレートが、カム摺動面に対応する中央位置の裏面側に、下方傾斜した突出部を備え、脛骨トレイが、下方傾斜した突出部を受ける凹部を有することを特徴としている。【００５０】
本発明の人工膝関節１は、第１の摺動状態と、第２の摺動状態の２つの摺動状態により、膝の屈曲を可能にしており、それらの摺動は、繰り返し生じることにより、インサートプレート４を摩耗してゆく。そのため、脛骨関節面４５とカム摺動面４１との下側が、摩耗を考慮した所定の厚さｔ以上になるように、インサートプレート４の厚さを設定する必要がある。【００５１】
図１２（Ｂ）は、インサートプレート４を、従来の設計手法により形成した人工膝関節１である。本発明の人工膝関節１では、カム摺動面４１が大きく抉られているので、カム摺動面４１下部の厚さｔを維持するために、インサートプレート４の厚さＴ’は、ｔに比べて非常に大きくなっている。【００５２】
これに対して、本実施形態の人工膝関節１は、図１２（Ａ）に示すように、カム摺動面４２の裏面側に突出部４７を形成することにより、カム摺動面４２の下側の厚さｔを確保することができる。この実施形態では、突出部４７を除いたインサートプレート４の厚さＴが、所定の厚さｔと同程度にまで抑えることができる。これにより、脛骨コンポーネント３を埋設するときに脛骨を骨切りする長さは、およそ（Ｔ’―Ｔ）だけ短くすることができるので、人工膝関節の置換手術後の骨折を抑制する効果がある。なお、突出部４７の外形状に合わせて、脛骨を部分的に骨切りする必要があるが、その骨切りで除去される骨の量は、インサートプレート４の厚さが厚い場合に除去される骨の量に比べて少なくできる。【００５３】
突出部４７は、カム摺動面４２下部の厚さを確保できれば、様々な形状にすることができ、例えば、立方体形状、球状、又は楕円球状の突出部にすることができる。特に、突出部４７の形状は、図１２に示すように、下方に傾斜した形状が好ましい。これは、突出部４７の外形状に合わせて脛骨を骨切りするときに骨切りしやすい形状であることと、突出部４７の容量を小さくできるので、骨切り量を減らすことができるからである。【００５４】
脛骨トレイ３１は、インサートプレート４の突出部４７の形状に合わせて凹部３７が形成されており、インサートプレート４を脛骨トレイ３１に固定するときに、突出部４７を凹部３７にはめ込む。この脛骨トレイ３１の凹部３７は、インサートプレート４の突出部４７にかかる荷重を受けて、脛骨トレイ３１全体に荷重を分散するので、脛骨に局部的な応力集中が発生するのを回避でき、骨折の危険を抑制する効果がある。
また、脛骨トレイ３１の裏面側には、凹部３７の形状に対応した凸部が形成されている。これにより、脛骨トレイ３１の凹部３７を、ほぼ一定の肉厚にすることができる。脛骨トレイ３１を、必要最小限の一定の肉厚にすることにより、応力分散機能を維持したまま、脛骨の骨切り量を減らすことができる。【００５５】
（実施形態４）
本実施形態の人工膝関節１は、図１３〜図１６に示すように、大腿骨６の遠位部に固定される大腿骨コンポーネント２と、脛骨の近位部に固定される脛骨コンポーネント３から構成される。
大腿骨コンポーネント２は、湾曲して膨出した２つの大腿骨関節面（内側大腿骨関節面２５ａと外側大腿骨関節面２５ｂ）と、２つの大腿骨関節面の後端部を接続する接続部２１（この例では、カム部）と、外側大腿骨関節面２５ｂの後端部に形成されたオフセット用の凹状の曲面（大腿骨外側オフセット曲面５２と称する）、を備えている。大腿骨外側オフセット曲面５２から上方に伸びた先端部には、くちばし状に平たく延びたオフセット先端部５１が形成されている。【００５６】
脛骨コンポーネント３は、脛骨の近位部に固定される脛骨トレイ３１と、脛骨トレイ３１の上面に固定されたインサートプレート４と、から構成されている。
インサートプレート４は、内側大腿骨関節面２５ａ及び外側大腿骨関節面２５ｂの各々と当接する２つの脛骨関節面（内側脛骨関節面４５ａと外側脛骨関節面４５ｂ）と、接続部２１が乗り越えることのできない高さのスパイン４４と、接続部２１が摺動可能に当接するように、スパイン４４の後方Ｐ側に形成された後部曲面４１（この例ではカム摺動面）と、大腿骨外側オフセット曲面５２が摺動するように、インサートプレート４の後端縁部に形成された脛骨外側オフセット曲面８２と、を備えている。【００５７】
本実施形態の人工膝関節１は、膝部の伸展時には、外側及び内側の大腿骨関節面２５ａ、２５ｂが外側及び内側の脛骨関節面４５ａ、４５ｂに摺動可能に当接する第１の摺動状態である。膝関節が９０°〜１６０°の屈曲角度になると、第１の摺動状態のうち外側大腿骨関節面２５ｂ及び外側脛骨関節面４５ｂによる外側の関節面の当接状態が、大腿骨外側オフセット曲面と脛骨外側オフセット曲面との摺動可能な当接状態である第３の摺動状態に移行する。ほぼ同じ屈曲角度において、大腿骨コンポーネント２の接続部２１と、インサートプレート４のスパイン４４の後部曲面４１とが摺動可能に当接して、第４の摺動状態を構成する。そして、屈曲角度１８０°の膝部深屈曲時には、第３及び第４の摺動状態が共存して、大腿骨コンポーネント３の骨切り面７とインサートプレート４の後端部とがオフセットする。【００５８】
図１３及び図１４は、本実施形態にかかる右膝用の人工膝関節１の屈曲角度０°のときの側面図であり、図１３は、人工膝関節１の内側からの側面図であり、図１４は、人工膝関節１の外側からの側面図である。これらの図では、大腿骨６が垂直上方に伸びている。ここで、人工膝関節１の大腿骨コンポーネント２は、長く上方に延びた部分が前方（矢印Ａの方向）に、後端部２３が後方（矢印Ｐの方向）に配置されて使用される。【００５９】
大腿骨コンポーネント２は、側面から見たときにＵ字状に大きく湾曲した形状であり、大腿骨６の縁位部を骨切りした後に、大腿骨６端部を前後から挟み込むようにして取り付けられる。大腿骨コンポーネント２の外表面には、前後方向に伸びる内側顆２２ａ及び外側顆２２ｂが形成されており、その表面を内側大腿骨関節面２５ａ及び外側大腿骨関節面２５ｂと呼ぶ。内側及び外側大腿骨関節面２５ａ、２５ｂは、膝関節の屈曲時に容易に摺動できるように、非常になめらかにされている。
大腿骨コンポーネント２の後端部２３には、２つの顆２２ａ、２２ｂの間に、楕円球状の接続部２１が形成されている。この例では、接続部２１は、大腿骨関節面２５から後方Ｐに突出したカム部２１として形成されている。しかしながら、接続部２１は、この形態に限定されず、円柱状、楕円柱状、球状等の摺動に適した外形を有しているものが利用できる。【００６０】
大腿骨コンポーネント２の内側は、大腿骨６に接触する大腿骨固定面２８である。大腿骨は、病変した関節部分の骨を切除し、且つ大腿骨コンポーネント２の大腿骨固定面２８の寸法形状に合わせて整形（骨切り）される。大腿骨６の後方Ｐ側は、大腿骨コンポーネント２の骨切り面７と呼ばれる平面に合わせて骨切りされており、その際に、大腿骨６の曲線と骨切り面７との交差部分に、残骨６１と呼ばれる突出部分が残存する。骨性インピンジは、この残骨６１と脛骨コンポーネント３との接触により生じることが多く、残骨６１の突出を減らすように大腿骨６を整形する技術もある。しかしながら、そのような整形処理は、高度な技術を要し、多くの場合は、図に示すような形状の残骨６１が残存する。【００６１】
大腿骨コンポーネント２の大腿骨固定面２８には、必要に応じてポール２９を設けることができる。ポール２９は、大腿骨に挿入して大腿骨コンポーネントの固定状態を安定させる機能を有する。大腿骨コンポーネント２は、必要に応じて骨セメントにより、大腿骨に固定される。大腿骨コンポーネント２は、チタン合金及びコバルト−クロム合金等の生体安全性の高い金属や、アルミナ及びジルコニア等のセラミックスから形成される。【００６２】
脛骨コンポーネント３のインサートプレート４は、大腿骨コンポーネント２を摺動させるための部材である。インサートプレート４には、前後に伸びる内側窩４２ａ及び外側窩４２ａの２つの窩が形成されており、大腿骨コンポーネント２の内側顆２２ａ及び外側顆２２ｂの２つの顆が摺動できる。内側顆２２ａ及び外側顆２２ｂの表面には、非常に滑らかな内側脛骨関節面４５ａ及び外側脛骨関節面４５ｂが形成されており、大腿骨コンポーネント２の内側大腿骨関節面２５ａ及び外側大腿骨関節面２５ｂとの間で、滑らかな摺動運動が可能である。【００６３】
インサートプレート４の中央付近にはスパイン４４が形成されており、大腿骨コンポーネント２の中央に形成された前後に伸びるスロット２７から突出している。スパイン４４の後方Ｐ側の表面には、接続部２１が摺動するように、後部曲面４１が形成されている。
スパイン４４の後部曲面４１は、大腿骨コンポーネント２の接続部２１を受容する形状に形成されている。後部曲面４１と接続部２１とは、人工膝関節１が所定角度以上、例えば９０°以上に屈曲した場合に接触するように設計されている。後部曲面４１と接続部２１の表面とは、共に滑らかにされており、滑らかな摺動運動が可能である。インサートプレート４４は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）から形成されている。【００６４】
脛骨コンポーネント３の脛骨トレイ３１は、下面を脛骨の近位部に固定され、上面にインサートプレート４を受容している。脛骨トレイ３１は、インサートプレート４が大腿骨コンポーネント２から受ける荷重を分散して、脛骨の一部に応力が集中するのを抑制する機能がある。脛骨トレイ３１の固定では、まず、脛骨近位部の病変した関節部分を切除し、次いで脛骨トレイ３１のステム３２を脛骨に挿入する。脛骨トレイの上面がほぼ水平になるように位置決めして、ネジや骨セメントにより、脛骨トレイ３１を脛骨に固定する。
脛骨トレイ３１は、チタン合金及びコバルト−クロム合金等の生体安全性の高い金属や、アルミナ及びジルコニア等のセラミックスから形成される。【００６５】
本発明の人工膝関節１は、主な接触面を構成する摺動状態が、屈曲角度９０°〜１６０°を境にして、第１の摺動状態から第３の摺動状態に移行する。この摺動状態の移行する角度も「オフセット角度」と呼んでいる。第１の摺動状態は、広い面積で接触するので、直立状態や歩行状態のように膝部に大きい荷重がかかる場合に適している。これに対して、第３の摺動状態は、第１の摺動状態に比べると、安定性が低く、膝部に大きな荷重がかると支えきれない。その代わりに、第３の摺動状態は、深屈曲できるという長所がある。そのため、オフセット角度は、膝部にかかる荷重の程度と、骨性インピンジの回避とのバランスを取りながら決定される。
オフセット角度は、９０°より小さいと、膝部にかかる荷重が大きいにも拘わらず、第３の摺動状態になってしまい、膝部の安定性が低くなるので好ましくなく、また、１６０°より大きいと、第１の摺動状態のまま骨性インピンジが生じてしまうので、好ましくない。【００６６】
本発明の人工膝関節は、図１３、図１４、図１７〜図２０に示すように、屈曲角度が０°から１８０°まで屈曲することが可能である。ここで、図１７〜図２０の（Ａ）が内側の端面図であり、（Ｂ）が外側の端面図である。この人工膝関節１は、オフセット角度が９０°である。
図１３（内側の側面図）及び図１４（外側の側面図）に示した屈曲角度０°（膝を伸展した状態）では、内側大腿骨関節面２５ａ及び外側大腿骨関節面２５ｂと、内側脛骨関節面４５ａ及び外側脛骨関節面４５ｂとがそれぞれ接触して、第１の摺動状態が形成されている。この状態は、例えば直立姿勢や歩行姿勢において発生するものであり、膝関節にかかる荷重が大きい。本発明の人工膝関節は、屈曲角度０°では、第１の摺動状態が形成されているので、膝関節にかかる大きい荷重を安定して支持できる。【００６７】
屈曲角度がオフセット角度の９０°になると、図１７（Ｂ）に示す外側の摺動状態が、第１の摺動状態から、大腿骨外側オフセット曲面５２と脛骨外側オフセット曲面８２とが当接する第３の摺動状態に移行し始める。これに対して、図１７（Ａ）に示す内側側の摺動状態は、変化していない。
これと同時に、接続部２１と後部曲面４１とが当接して、第４の摺動状態を形成する。【００６８】
膝関節の屈曲角度を人工膝関節のオフセット角度９０°よりも大きくしてゆくと、図１８（Ｂ）及び図１９（Ｂ）に示すように、外側の摺動は、まず大腿骨外側オフセット曲面５２が脛骨外側オフセット曲面８２に嵌って、さらにオフセット先端部５１が脛骨外側オフセット曲面８２の後方に引っかかるようにして、進行する。このとき、外側大腿骨関節面２５ｂは、オフセット先端部５１の厚さだけ後方Ｐ側にずれる。この外側のずれは、第４の摺動状態（図示していない接続部２１とスパイン４４後部の曲面４１との摺動状態）と協働して、図１８（Ａ）及び図１９（Ａ）に示すように、内側の大腿骨関節面２５ａを前方にずらす結果になる。大腿骨コンポーネント２の内側と外側とが異なる方向にずれることにより、大腿骨コンポーネント２の回旋を生じ、特に、内側が前方Ａに、外側が後方Ｐにずれると、大腿骨コンポーネント２の内旋を生じる。このように、本実施形態の人工膝関節１は、屈折角度が進むに従って、健康的な膝関節と同様の内旋を達成できる。【００６９】
図２０に示すように、膝関節を１８０°に屈曲すると、外側（図２０（Ｂ））は、オフセット先端部５１の厚みだけオフセットして、骨切り面７とインサートプレート４の後端部とが離間する。これに対して、内側（図２０（Ａ））は、外側に比べて前方Ａにずれているので、外側に比べるとオフセット量が少ない。内側が、屈曲角度１８０°以下で骨性インピンジが生じる恐れがある場合には、大腿骨コンポーネント２の後端部２３の厚みを厚くして、骨切り面７とインサートプレート４の後端縁部とを離すことができる。【００７０】
本実施形態の人工膝関節を用いて膝関節の置換術を行えば、膝関節の屈曲角度０°〜１８０°の範囲では、大腿骨６の残骨６１とインサートプレートとか接触しない、つまり骨性インピンジが生じないことを意味している。これにより、本発明の人工膝関節は、従来の人工膝関節では不可能であった屈折角度０〜１８０°の可動域を達成した。【００７１】
しかしながら、膝関節の周囲には、骨格以外の周辺組織が存在するので、人間の膝関節が実際に１８０°まで屈曲することはない。本発明が１８０°まで骨性インピンジを生じない人工膝関節であることは、１８０°までの屈曲が可能であるという直接的な作用効果以外に、膝関節の周囲にある軟部組織が残骨や人工膝関節に接触して損傷を受ける軟部組織インピンジを回避できるという間接的な作用効果がある。【００７２】
従来の人工膝関節では、骨性インピンジを回避することで十分とされているが、より自然な膝関節を再現し、不快感や痛みを伴わない人工膝関節を提供するには、軟部組織インピンジを回避することも重要である。本発明の人工膝関節では、最も深屈曲する正座の状態（屈曲角度が約１６５°）においても、屈曲角度に余裕があることから、軟部組織インピンジを抑制することができる。【００７３】
さらに、図１８〜図２０（Ａ）の第３の摺動状態から明らかなように、オフセット先端部５１は、インサートプレート４の後方に引っかかっている。これにより、スパイン４４の局所的な異常摩耗を抑制することができる。一般的に、膝関節の屈曲が深くなると、大腿骨コンポーネント２が前方Ａに移動しようとする応力がかかる。従来の人工膝関節では、その応力を全て接続部２１とスパイン４４後部の曲面４１とで受けていたので、後部曲面４１に異常摩耗が生じていた。これに対して、本実施形態の人工膝関節では、オフセット先端部５１も、大腿骨コンポーネントの前方Ａ方向への応力を受けるので、後部曲面４１にかかる応力が分散して、異常摩耗を抑制することができる。【００７４】
この実施形態の変形例としては、さらに、大腿骨コンポーネントが、内側大腿骨関節面の後端部に形成された凹状の大腿骨内側オフセット曲面（図示せず）を備え、且つ大腿骨内側オフセット曲面が摺動する脛骨内側オフセット曲面をインサートプレート４の後端縁部に備えており、９０°〜１６０°の屈曲角度において、第１の摺動状態の内側の関節面の当接が、大腿骨内側オフセット曲面が脛骨内側オフセット曲面に摺動可能に当接する第３の摺動状態に移行することを特徴とする人工膝関節がある。
すなわち、大腿骨コンポーネント２の外側のみならず、大腿骨コンポーネントの内側にもオフセット先端部５１を形成して、内側及び外側の両方がオフセットする人工膝関節にすることもできる。この変形例では、オフセット先端部５１とインサートプレート４の後端部との引っかかりが２箇所になるので、大腿骨コンポーネントが前方Ａに移動しようとする応力が、より分散できるので好ましい。内側及び外側のオフセット先端部は、同一の寸法形状にすることもできるが、異なる寸法形状にして、自然な内旋を達成するのが好ましい。【００７５】
大腿骨コンポーネント２の接続部２１は、大腿骨関節面２５から突出しない楕円球状もしくはほぼ円柱状であると、接続部２１を受容するスパイン４４後部の曲面４１の深さを浅くすることができる。これは、インサートプレート４の厚みの増加を抑えるので、脛骨の骨切り量を減らすことができる。【００７６】
これとは反対に、大腿骨コンポーネント２の接続部２１を、大腿骨関節面２５から突出した楕円球状もしくはほぼ円柱状のカム部２１とし、インサートプレート４のスパイン４４の後部曲面４１を、カム部２１を摺動させるカム摺動面４１とすることもできる。接続部２１をカム部にすると、第４の摺動状態における当接面の面積が増大するので、スパイン４４後部の異常摩耗が抑制され、長期間にわたって使用できる人工膝関節を得ることができる。【００７７】
本発明の人工膝関節は、従来の人工膝関節では不可能であった深屈曲を可能にし、理論的には１８０°まで屈曲可能な膝関節にすることにより、膝の骨性インピンジのみでなく、軟部組織インピンジをも回避することができる。さらに、本発明の人工膝関節は、健康な膝で自然に起きているのと同様に、大腿骨の内旋を実現することができる。これにより、膝関節の置換術を行った患者にとって、違和感の少ない人口膝関節を得ることができる。
また、本発明の人工膝関節は、部品の異常摩耗が起こりにくいので、長期間にわたって使用でき、再々にわたる置換手術を余儀なくされていた患者にとって、非常に好ましい人工膝関節といえる。また、様々な部分に骨切り量を抑える工夫がされているので、骨量が減少した患者にも好適である。
【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１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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