(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脛骨の近位端部と大腿骨の遠位端部の一方と係合するための第１のパドル（２４）を備える第１の本体（１４）と、
前記脛骨の近位端部と前記大腿骨の遠位端部の他方と係合するための第２のパドル（５０）を備える第２の本体（１８）と、
前記第１の本体へ取り付けられ、かつ前記第１の本体に対して上下方向に移動自在であるラック（１６）と、
前記第１の本体に対する前記ラックの上下方向の移動を選択的に制約するように前記第１の本体と前記ラックに接続されているラチェット手段（２８）と、
を備え、
前記第２の本体が、前後方向に延びる軸線周りに回動するように前記ラックへ回動自在に取り付けられており、前記第２の本体が、前記ラックに係合しかつ前記ラックに対して、中立回動配向となるように前記第２の本体を付勢するばねロッド（４８）を備える膝関節平衡調整器械（１０）。
【請求項２】
前記第２のパドルは、前記大腿骨の前記遠位端部の内側顆と係合するための内側部分と、前記大腿骨の前記遠位端部の外側顆と係合するための外側部分とを備える、請求項１に記載の膝関節平衡調整器械。
【請求項３】
前記第１のパドルは、前記頸骨の近位端部の内側顆と係合するための内側部分と、前記頸骨の前記近位端部の外側顆と係合するための外側部分とを備える、請求項２に記載の膝関節平衡調整器械。
【請求項４】
前記第１の本体に接続されておりかつ前記第１の本体に対して上下方向に前記ラックを移動させるように前記ラックと係合するピニオン手段（４０）をさらに備える、請求項１に記載の膝関節平衡調整器械。
【請求項５】
前記ピニオン手段と着脱可能に係合自在なトルク駆動手段（１２）をさらに備える、請求項４に記載の膝関節平衡調整器械。
【請求項６】
膝関節の角変位を指示するために、前記第１の本体と前記第２の本体に接続される指示具手段（５４）をさらに備える、請求項５に記載の膝関節平衡調整器械。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、大別して、整形外科用関節人工補綴物を埋め込む際に使用される外科用器械、特に整形外科用膝関節人工補綴物の埋込みを容易にする器械に関する。
背景技術
埋込可能な整形外科用人工補綴物は、１つの形態として、端部用の人工置換部と、および骨格の骨の関節面部とから構成される。そのような人工補綴物は、疾患、外傷または先天的欠陥により異常に機能している関節骨格関節の全てまたは一部を修復または再建するために埋め込まれる。膝関節は、主要な耐重量関節として、異常の場合に比較的急速に悪化することが知られている。また膝関節は、走行と生活の質において重要な役割を果たすので、異常部分の外科的是正要求がかなり生じる。
埋込みを容易にするために、整形外科用関節人工補綴物は、特定の人工補綴物構造だけに有用な物、および種々の人工補綴物へより一般に有用な他の物を備える専用化された外科用器械の関連セットを有する。一般にそれらの器械は、大腿骨の遠位端部、脛骨の近位端部、およびある場合には膝蓋骨の後部側を切断し整形して、人工補綴関節面部を受容するようにこれらの骨に前処理を施すために提供される。上述の切断と整形外科手術を案内する器械と治具は、器械セットの他の重要な部分である。他の器械は、手術中に人工補綴物構成部材を保持し載置するのに使用される。器械のさらに他のグループは、整形外科用人工補綴物の最終埋込み前に、解剖組織上の特性を測定しかつ実施された外科手術の進行と精度を判定するために手術中に使用される。そのような外科用器械の使用は、以下に検討するように、膝関節の生体構造と主要な膝関節人工補綴物の構成部材との基本的理解により一層容易に把握することが可能である。
人間の膝関節には、大腿骨、脛骨および膝蓋骨の３つの骨が包含され、それぞれは、少なくとも１つの他の骨の隣接する関節面上で接合できるように配置される平滑な関節面を有する。大腿骨は、その遠位端部において、略前後方向に延びる顆間溝により後方で分離される凸状の内側顆及び外側顆を有し、その内側顆及び外側顆は大腿骨の遠位前部面において接合して、顆間溝の延長部として浅い垂直溝を有する膝蓋面を形成する。膝蓋骨は、その後部面上に、内側凸状小関節面と外側凸状小関節面を分離する垂直隆起部を有する関節面を備え、凸状小関節面は、膝関節の屈曲中に、大腿骨の膝蓋面と内側顆及び外側顆とに対して関節接合する一方、垂直隆起部は、顆間溝内に乗り、屈曲中の膝蓋骨の横方向変位を防止する。脛骨は、その近位端部において、大腿骨の内側顆と外側顆に対してそれぞれ関節接合する半月板内側顆及び半月板外側顆を有する関節面を備える。大腿骨と膝蓋骨の相互に係合する関節面は共に、機能的に、膝蓋骨−大腿骨間関節を形成し、また大腿骨と脛骨の相互に係合する関節面は共に、機能的に、脛骨−大腿骨間関節を形成し、これら２つの機能関節が１つになって解剖組織上の膝関節を形成する。
人間の膝関節を構成する大腿骨と脛骨は、関節をまたがりかつ関節の両側へ接続される軟質組織、すなわち非骨組織により、互いに適切な状態で保持される。本質的に、膝関節を制約しかつ安定化する軟質組織は靭帯であるが、関節の動きを誘発する筋肉とそれに関連する腱も関節の安定化で役割を果たす。大腿骨と脛骨との間で適切な状態と間隔を保持するために、人工関節面を生来の関節面とほぼ同一の箇所に設けることが重要である。そうでないと、膝関節を安定化する靭帯は、きつくなり過ぎるか、または緩くなり過ぎるか、もしくは関節の内側と外側との間で不平衡となり、膝関節の運動性に悪影響を与え、ついで人工補綴物の磨耗が加速されることになる恐れがある。
膝関節の１または２以上の関節面の全てまたは一部が、適切に機能できなくなり、欠陥のある生来の関節面を、埋込可能な人工補綴物により提供される人工関節面で置換する必要が生じることがある。膝関節の健全な部分を保存させながら、様々な範囲の欠陥部を受容するために、ある範囲のタイプの整形外科用人工膝関節インプラントを利用できる。その範囲は、大腿骨、脛骨および膝蓋骨それぞれの全体の関節面を置換する全膝関節補綴物システムから、脛骨−大腿骨の関節だけ、または脛骨−大腿骨関節の片側（内側または外側）だけ、または膝蓋骨−大腿骨の関節だけを置換する包括度の低いシステムまでにわたる。通常採用される整形外科用膝関節人工補綴物は、大腿骨構成部材、脛骨構成部材および膝蓋骨構成部材の３つの範疇の１つに入る構成部材を備える。所謂全膝関節人工補綴物は、これらの範疇のそれぞれからの構成部材を備える。大腿骨構成部材は、大腿骨の遠位端部、および顆関節面を置換し、また大腿骨の遠位端部において骨髄管内に受容される近位軸部を備えることができる。脛骨構成部材は、脛骨の遠位端部および半月板関節面を置換し、また脛骨の近位端部において骨髄管内に受容される遠位軸部を備えることができる。膝蓋骨構成部材は、膝蓋骨の後部側と生来の関節面を置換する。時には、膝蓋骨構成部材が使用されないことがあり、また膝蓋骨の生来の関節面が、大腿骨構成部材に対して関節接合させられることがある。
全膝関節人工補綴物の脛骨構成部材は、脛骨の近位端部上で受容され、かつ当該近位端部へ固定されるように構成される。脛骨は、ほぼ水平で平坦な骨隆起部を残すために、脛骨の近位端部の一部を切除して脛骨構成部材を受容するように前処置を施される。時には、脛骨の近位端部における露出された骨髄管も、脛骨構成部材の軸部を受容するようにリーマで拡げられることがある。脛骨構成部材は標準的には、大腿骨の近位端部において切除された骨隆起部に合致する下部の平坦な表面部を有する板部を備える。その板部は、前処置を施された脛骨骨髄管内で受容するために、垂れ下がる軸部または竜骨突起部を備えてもよいし、備えなくてもよい。通常、半月板支承インサートが、脛骨構成部材の板部上端に受容され、全股関節人工補綴物の大腿骨構成部材の顆面を受容するための人工半月板関節面を提供する。大腿骨の顆関節面は、脛骨半月板関節面に対して関節接合して、欠陥膝関節への動きを回復する。
１つの既知のタイプの脛骨構成部材には、チタンまたはチタン合金のような生体適合性金属から成る脛骨板、および超高分子量ポリエチレンのような生体適合性重合体から成る半月板支承インサートがある。脛骨板は、除去された近位脛骨の横断面周辺部に概ね合致する周辺部を有する平坦な板として全体の形状が決められる。脛骨板は、除去された近位脛骨と係合するための平坦な遠位または下部表面、および半月板支承インサートと係合し受容するための近位または上部表面を備える。支承インサートは、板部分の上部表面と係合する下部表面を有し、また相対的移動ができないように支承インサートを板部分へ固定するためのロックタブまたは他の手段を備えることができる。
全膝関節人工補綴物の大腿骨構成部材は、大腿骨の遠位端部上で受容され、かつ当該遠位端部へ固定されるように構成される。大腿骨は、生来の骨頭関節面を除去しかつ多角形の切除された骨面を残すために、大腿骨の遠位端部の一部を切除することにより、大腿骨構成部材を受容するように前処置を施される。切除された骨面は、通常、３〜５つの交差する平坦な表面を備え、それらの表面は共に概略凸状の小さい平坦な遠位表面を形成し、それらの遠位表面は、大腿骨構成部材の様な凸状の小さい平坦な近位表面を係合する。時には、大腿骨の遠位端部における露出された骨髄管も、大腿骨構成部材の軸部を受容するようにリーマで拡げられることがある。大腿骨構成部材は、通常、大腿骨の生来の顆部を置換する、一対の平滑に湾曲した高度に研磨された人工顆関節面を備える。顆関節面は、上述の半月板支承インサートの人工半月板関節面上で受容され、かつその関節面に対して関節接合される。典型的には、大腿骨構成部材は、チタン、チタン合金またはコバルトクロム合金のような生体適合性金属から成る。
大腿骨と脛骨との間の間隔が一定量の張力に対して確定できるように、大腿骨と脛骨との間に拡大力を加えることにより、手術中に膝関節の靭帯を引っ張る種々の器械構造が提案されている。通常、その間隔／張力状態は、関節の内側と外側の両方について独自に測定されて、内側と外側の軟質組織靭帯間に不平衡があれば検出される。関節の片側が、他の側よりもきつく制約されることが分かるならば、そのきつい方の側は、外科的に緩められて関節への平衡を回復する。従来技術の器械の１つの欠点は、不平衡の検出を可能にしながら、膝関節へ固定量の拡大力を加えかつ維持することが面倒な点である。この理由は、拡大力が関節の内側と外側へ独立して加えられるからである。関節の内側と外側との間に均一に力を自動的に分布させ、かつ膝関節に不平衡があれば容易に識別できるようにしながら、選択された量の拡大力を膝関節へ全体として加えることができる器械を提供することは好都合である。この利点と他の望ましい利点は、以下に述べる本発明により説明される。
発明の概要
本発明の１つの態様によれば、膝関節平衡調整器械は、脛骨の近位端部と大腿骨の遠位端部の一方と係合するための第１のパドルを備える第１の本体を有する。第２の本体は、脛骨の近位端部と大腿骨の遠位端部の他方と係合するための第２のパドルを備える。ラックは、第１の本体へ取り付けられ、かつ第１の本体に対して上下方向に移動自在である。第２の本体は、前後方向に延びる軸線周りに回動するようにラックへ回動自在に取り付けられている。ラチェット手段は、第１の本体に対するラックの上下方向の移動を選択的に制約するように第１の本体とラックに接続されている。
本発明の目的は、膝関節の引っ張り平衡を判定する、整形外科用膝関節人工補綴物の移植と連係して使用される器械を提供することにある。
本発明の他の目的と利点は、図面に図示される好ましい実施例の下記の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に従って製作される、整形外科用膝関節人工補綴物の埋込みと連係して有用な膝関節平衡調整器械と、およびトルク駆動装置の斜視図である。
図２は、第１の配向で示される、図１の膝関節平衡調整器械の右側立面図である。
図３は、第２の配向で示される、図１の膝関節平衡調整器械の右側立面図である。
図４は、平衡配向で示される、図１の膝関節平衡調整器械の背面図である。
図５は、第１の不平衡配向で示される、図１の膝関節平衡調整器械の背面図である。
図６は、第２の不平衡配向で示される、図１の膝関節平衡調整器械の背面図である。
図７は、延長部材と整合ロッドが示される、図１の膝関節平衡調整器械の斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
図１と２を参照すると、膝関節平衡調整器械１０が示される。付属器械のトルク駆動装置１２も図１に示される。使用中に膝関節平衡調整器械１０へ適用される周知の解剖組織上の方向に関して膝関節平衡調整器械１０の下記の説明を容易にする基準体系方向が図１に示される。前後方向は符号Ａ−Ｐにより示され、上下方向はＳ−Ｉにより示され、また内外方向の符号Ｍ−Ｌにより示される。図１に示されるように、ＭとＬにより示される内外方向はそれぞれ、左膝関節上での膝関節平衡調整器械１０の使用に対応する。
膝関節平衡調整器械１０は、主構成部材として、第１の本体１４、ラック１６および第２の本体１８を備える。第１の本体１４は、取付ブロック２０と、ブロック２０の下端部から略前方向に延びるハンドル２２と、ブロック２０の上端部から略後方向に延びる第１のパドル２４とを備える。好ましくは、取付ブロック２０、ハンドル２２および第１のパドル２４は一体で結合される。内腔２６が、取付ブロック２０を通って上下方向に延び、上端部と下端部において開口している。複数の取付ピン孔２７が、取付ピン（図示されない）をピン孔を通して受容するために、内腔２６の両側まで、取付ブロック２０を通って前後方向に延びている。取付ピンは、脛骨の前側に打ち込まれ、安定しているが一時的な方法で脛骨をブロック２０へ取り付けることが可能である。盲孔２９が、さらに以下で述べるように、延長部材および関連する整合ロッドを受容するために、取付ブロックの前面上に設けられ、かつ前後方向に延びている。ラック１６は、取付ブロック２０に対して上下方向に移動できるように、滑動可能な状態で内腔２６に配設される。ラチェット歯２８が、ラック１６の前側のほぼ全長に沿って設けられる。取付ブロック２０の前側で開口する通路３０は、内腔２６と連通し、かつラック１６のラチェット歯２８へのアクセスを提供する。第１の本体１４へ回動自在に取り付けられる爪３２が、通路３０を通って延び、ラチェット歯２８と係合しており、そのように係合されたときに、下方向に移動できないようにラック１６を制約する。ばね（図示されない）が、ラチェット歯２８と係合する方向に爪３２を押圧する。爪３２は解放レバー３４を備え、そのレバーがハンドル２２へ向けて下方向へ押されると、爪３２は回動しラチェット歯２８から離脱して、ラック１６が下方向へ動かされる。ラック１６は、ラック１６の右側上にラック１６のほぼ全長に沿って延びるラックギヤー歯３６を備える。取付ブロック２０の右側で開口する通路３８は、内腔２６と連通し、かつラック１６のラックギヤー歯３６へのアクセスを提供する。前後方向に延びる軸線Ａ周りに回転できるように第１の本体１４へ取り付けられるピニオンギヤー４０は、通路３８を通って延びかつラックギヤー歯３６と係合するピニオンギヤー歯４２を備える。ピニオンギヤー４０は、トルク駆動装置１２を回転駆動状態で受容する、第１の本体１４の前側に露出される駆動接続部材４４を備える。トルク駆動装置１２は、第１の本体１４に対して上下方向にラック１６を動かすために、ピニオンギヤー４０を適宜の方向に回転するのに使用される。第２の本体１８は、前後方向に延びる軸線Ｂ周りに回動できるように、回動ピン４６によりラック１６の上端部へ回動自在に取り付けられる。内外方向に延びかつ各端部において第２の本体１８へ取り付けられているばねロッド４８は、ラック１６の上端部と係合可能な中間部分を有する。第２の本体１８が回動ピン４６上で回動すると、ばねロッド４８の中間部分は、ラック１６の上端部と係合し、弾性的にたわむ。ばねロッド４８は、ラック１６に対して中立回動配向へ向けて第２の本体１８を付勢するように機能する。第２の本体１８と一体でありかつ略後方向に延びる第２のパドル５０は、第２の本体１８が中立回動配向にあるとき第１のパドル２４と平行に位置する。第２の本体１８へ取り付けられる角度基準板５２は、第２の本体１８が中立回動配向にあるとき上方向に延びる指標線５３を有する。ラック１６へ取り付けられる指示ピン５４は、角度基準板５２から前方向へオフセットされ、かつラック１６の長手方向軸線に平行に上方向に延びる。ラック１６の下端部へ取り付けられるラックハンドル５６は、第１の本体１４のハンドル２２に平行に略前方向に延びて、ラック１６が内腔２６から抜け出すのを防止し、かつ爪３２がラチェット歯２８から離脱するときに第１の本体１４に対するラック１６の手動移動を容易にする。
特に図２を参照すると、膝関節平衡調整器械１０が第１の配向で示され、そこにおいて第１のパドル２４と第２のパドル５０は、第１のパドル２４の下面５８と第２のパドル５０の上面６０との間の上下方向の間隔が最小になるように互いに引き寄せられている。好ましくは最小間隔は約９ｍｍである。
特に図３を参照すると、膝関節平衡調整器械１０が第２の配向で示され、そこにおいて第１のパドル２４と第２のパドル５０は、第１のパドル２４の下面５８と第２のパドル５０の上面６０との間の上下方向の間隔が最大になるように互いに離間している。好ましくは最大間隔は約８４ｍｍである。
図４、図５および図６を参照すると、第２のパドル５０は、それぞれ、中立配向状態、１０度ほど左と右へ回転した状態で示されている。特に図５と図６に示されるように、図４に示される中立配向に対する第２のパドル５０のずれは、指示ピン５４に対する角度基準板５２の指標線５３のずれを医師が観察することにより、識別できる。傾斜の方向は容易に観察できる。
好ましくは上述の膝関節平衡調整器械１０は、張力を受けている膝関節の平衡の状態を判断するのに使用される。膝関節平衡調整器械１０を使用して、選択された負荷が、膝関節の機械軸線に沿って膝関節へ加えられる。軟質組織制約の不平衡を検出できるように、第２のパドル５０の回動された取付けにより、膝関節を通して負荷が均一に分布される。これにより、膝関節の平衡の状態、および平衡を達成するために緩める必要がある軟質組織の状態が明確かつ正確に指示される。
脛骨が所要の平面まで一旦切除されると、膝関節は屈曲状態に置かれる。膝関節平衡調整器械１０は、第１のパドル２４の下面５８が近位脛骨の切除された骨隆起部上に載置されるように、膝関節に挿入される。１つの選択肢として、第１の本体１４は、取付ピン孔２７を通して受容されかつ脛骨に打ち込まれた取付ピンによって、脛骨上の所定位置に固定可能である。第２のパドル５０は、第２のパドル５０の上面６０が大腿骨の遠位顆と係合するまで、第１のパドル２４と第１の本体１４に対してラック１６に沿って上方向に動かされる。ついで、第２のパドル５０は、駆動接続部材４４に接続されるトルク駆動装置１２によって、上方向にさらに動かされる。第１のパドル２４と第２のパドル５０との間隔は、トルク駆動装置１２が測定したトルクにより示されるように所要量の張力が達成されるまで、増加されて、膝関節の軟質組織を伸展状態にする。ついで関節の隙間が測定され、指示ピン５４に対して角度基準板５２の指標線５３の配向を観察することにより、膝関節の平衡が判定される。角度基準板５２の指標線５３と指示ピン５４が整合するならば、膝関節の軟質組織が平衡のとれた状態になっている。角度基準板５２が指示ピン５４の左側または右側へある角度で変位されているならば、角度基準板５２が変位している側の軟質組織を外科的に弛緩させることが、膝関節への平衡を回復するために必要となる。外科的な弛緩は、指示ピン５４と整合する角度基準板５２の指標線５３により平衡が示されるまで、実施される。軟質組織の弛緩後に関節張力をトルク駆動装置１２で再び点検し、必要に応じて所要のレベルまで調製する必要がある。ついで関節の隙間を再び測定する必要がある。ついで張力を、爪ハンドル３４により解放し、爪３２をラチェット歯２８から離脱させ、第２のパドル５０とラック１６を第１のパドル２４と第１の本体１４へ向けて自由に動かさせる。ついで膝関節を伸展状態にし、関節の隙間と平衡を上述のステップに従って再び点検する必要がある。関節の隙間は、屈曲状態と伸展状態で同一である必要がある。関節の隙間と膝の平衡が妥当であると一旦判定されると、膝関節の整合を点検する必要がある。これは、延長部材６１が前後方向に延びるように、整合ブロック２０の前面へ延長部材６１を取り付けることにより達成される。図７に示されるように、整合ロッド６２が延長部材から上下方向に延びる。延長部材６１のピン６３は、整合ブロック２０の孔２９内に着脱自在に嵌合するように受容される。延長部材６１と整合ロッド６２がそのように取り付けられる間に、外科医はロッド６２が腰関節、膝関節および足首関節と整合しているかどうかを観察して、関節に適切な運動性をもたらすように、これらの３つの関節全てを整合させる必要がある。
本発明は、特に好ましい実施例に関して図示および説明されてきた。しかしながら、それにより本発明の範囲を限定しようとするものでないことが分かる。本発明の範囲は、添付される請求項により明示される。本発明の原理を組み込み説明された特定の実施例の変更態様は、当業者にとり実施でき、しかも添付される請求項の範囲内にあることも分かる。
【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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