(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体形成された一対の顆を有する大腿骨部品；頸骨部品；前記大腿骨部品と頸骨部品との間に挿入される半月部品；からなる膝プロテーゼであって、
前記大腿骨部品は、両顆のそれぞれの前面の間であってこれと合流するように形成された正中面の所定幅の膝蓋骨支持面、及び、両顆のそれぞれの前面下部に形成された切欠きを有し、前記半月部品は、両顆面のそれぞれに適合する凹面状に形成されて該顆を支承する頸骨支持面、及び、両頸骨支持面の間に形成された中間領域を有し、両頸骨支持面のそれぞれの前方部分には、膝プロテーゼの伸長状態に於いて上記切欠きに適合する接触面を与える凸状隆起が設けられ、半月部品の前方部分では、中間領域面が、頸骨支持面の凸状隆起から凹む形状で該頸骨支持面と合流するよう形成され、一方、同後方部分では、中間領域面が、頸骨支持面と不連続面無しで合流するように形成されており、これによりプロテーゼの屈曲中に良好な支持が担保できるようにしたことを特徴とする膝プロテーゼ。
【請求項２】
前記半月部品の中間領域面が、プロテーゼの伸長状態から全屈曲状態まで、大腿骨部品の表面との間に間隙を有するように形成される請求項１記載の膝プロテーゼ。
【請求項３】
前記大腿骨部品の膝蓋骨支持面には、プロテーゼを前方から見たときに、トラックが前記大腿骨部品の中心から外側にずらされて形成され、膝蓋骨が該トラックの外側端からオーバーハングするのを阻止する請求項１又は２記載の膝プロテーゼ。
【請求項４】
前記大腿骨部品の顆が複数のセグメントに分けられ、各セグメントの曲率がそれぞれ異なる請求項１乃至３の何れかに記載の膝プロテーゼ。
【請求項５】
前記顆の最後方セグメントの後方端部が前記半月部品の頸骨支持面に突き当たり傷つけるのを回避するために、前記最後方セグメントの曲率半径が最も小さくなっている請求項４記載の膝プロテーゼ。
【発明の詳細な説明】
本発明は、膝交換用プロテーゼ（人工装具）に関する。病気または変形した膝関節を交換する際は、関節炎またはその他の損傷を受けた関節表面を切除し、人工金属表面およびプラスチック表面と置換する。現在のデザインは３つの部品、すなわち自然の膝関節の顆表面を交換し、自然または置換用膝蓋骨を案内するための手段を有する大腿骨部品と、切除された脛骨に固定されたほぼ水平の支持プレートを有する脛骨部品と、脛骨部品に取り付けられ大腿骨部品の顆部分のための支持表面となるような形状の、通常プラスチック材料から成る半月部品とを有するプロテーゼが中心となっている。
現在の商業的なデザインでは、使用中に人工関節内で限られた運動の自由が可能となるように、大腿骨部品と半月部品との間に、ある程度の弛緩性を与えている。このことは、屈曲中に水平面における回転のみならず、ある程度の前方および後方への相対的運動を含む関節の自然の運動を、ある程度模倣するのに必要である。
大腿骨部品の支持表面と脛骨部品の支持表面との間の、ある程度の弛緩性を認めることの欠点の一つは、これにより支持表面に大きな接触圧力および応力がかかることである。すなわちその理由は、従来は相互支持表面の間の形状一致性を低くすることによって弛緩性を得ていたからである。
本発明の主たる目的は、大腿骨と脛骨との形状一致性が高く、同時に屈曲中にある程度の前方−後方運動および回転運動が可能である膝プロテーゼを提供することにある。
本発明の一態様によれば、一体形成された一対の顆を有する大腿骨部品；頸骨部品；前記大腿骨部品と頸骨部品との間に挿入される半月部品；からなる膝プロテーゼであって、前記大腿骨部品は、両顆のそれぞれの前面の間であってこれと合流するように形成された正中面の所定幅の膝蓋骨支持面、及び、両顆のそれぞれの前面下部に形成された切欠きを有し、前記半月部品は、両顆面のそれぞれに適合する凹面状に形成されて該顆を支承する頸骨支持面、及び、両頸骨支持面の間に形成された中間領域を有し、両頸骨支持面のそれぞれの前方部分には、膝プロテーゼの伸長状態に於いて上記切欠きに適合する接触面を与える凸状隆起が設けられ、半月部品の前方部分では、中間領域面が、頸骨支持面の凸状隆起から凹む形状で該頸骨支持面と合流するよう形成され、一方、同後方部分では、中間領域面が、頸骨支持面と不連続面無しで合流するように形成されており、これによりプロテーゼの屈曲中に良好な支持が担保できるようにしたことを特徴とする膝プロテーゼが提供される。通常の屈抽の全幅とは、０°〜約１２０°、好ましくは１３０°または１３５°を意味する。
添付図面より、本発明の特徴および利点が明らかとなろう。
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、自然の関節の運動を模倣するプロテーゼを提供する上での問題に対する、従来の技術を示す。
図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、従来技術で示された問題に対する解決案を示す。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、本発明に係わる一実施例の種々の略図を示す。
図４（ａ）、４（ｂ）および４（ｃ）は、図３（ａ）から３（ｄ）の実施例の３つの詳細図を示す。
図５は、本発明に係わるプロテーゼの半月部品の斜視図である。
図６は、実線で示された従来の人工膝蓋骨と好ましい形状のプラスチック製膝蓋骨（破線で示す）の形状を示すサジタル（矢状縫合の）図である。
図７は、半月部品および脛骨ベースプレートを通る側方内側断面図である。
図１を参照すると、図１（ａ）は、自然の膝関節を通る断面を示し、この図より大腿骨顆（１）と脛骨（２）との間での適合性が欠如していることが理解できる。自然の膝では、軟骨から成り、ゴムのような硬さを有する半月板（３）が大腿骨と脛骨との間の間際を満たしている。これら半月板は、関節表面と共に移動し、関節を通って伝えられる負荷を、屈曲度に関わらず、この半月板がない場合接触するはずの骨の共通面積よりも広い面積にわたって広げる。
膝プロテーゼの設計者は、一つの基本的なジレンマに直面している。すなわち、大腿骨プロテーゼは解剖学的形状に近い形状となっていることが好ましいが、屈曲運動全体にわたってかかる関節の形状一致性を得ることはできない。図１（ｂ）および図１（ｃ）にはこのことが示されている。図１（ｂ）では、伸長状態に示されており、この状態では高い形状一致性を得ることは極めて容易である。しかしながら図１（ｃ）に示されるように屈曲運動時に形状一致性が失われると、この結果、脛骨部品に大きな接触応力が加わり、これにより接触表面の摩耗および変形がかなり大きくなる。図１（ｄ）では、大腿骨のサジタル形状が示されており、この図から、このサジタル形状は末端の円弧および後方の円弧によって、かなり良好な精度で表示できることが理解できよう。図示するように後方の半径Ｒ１は末端部の径Ｒ２の約半分である。
図２を参照すると、この図は、大腿骨部品と脛骨部品との間の形状一致性をより良好とする上での問題を解決する一つの試みを示している。図２（ａ）に示すように、大腿骨顆の末端（２１）は、大腿骨部品の末端および後方の曲率半径Ｒ１が一定となるように切り欠かれている。図２（ｂ）および２（ｃ）に示すように、このようにすることにより、全屈曲角にわたって大腿骨部品と脛骨部品との間の形状一致性を完全にすることができる。しかしながら、この解決案では４つの重大な欠点が生じる。まず第１は、２つの部品の間と、更に部品と骨との境界部にせん断力およびトルク力のすべてが伝えられることである。第２は、通常の機能を発揮させ、靱帯の張力をバランスさせるのに必要な運動の自由が得られないことである。第３は、大腿骨の末端前方部で過度に骨を切除することが必要であることである。第４は、膝蓋骨のレバーアームが屈曲の中間点で短い長さ（２３）に縮小されることである。このことは正常なレバーアーム（２２）の場合と比較して図２（ｃ）に示されている。
図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）および３（ｄ）には、本発明に係わるプロテーゼの一実施例が図示されており、そのうち図３（ａ）は大腿骨部品の斜視図であり、図３（ｂ）は、対応する半月部品の斜視図であり、図３（ｃ）および３（ｄ）はそれぞれ大腿骨部品と脛骨部品とが相互作用する態様を示す側面（サジタル）図と、正面（前方）図である。図３（ａ）および３（ｂ）は、図３（ｄ）と同じように、分離された大腿骨部品および半月部品を示す。
図３（ａ）を参照すると、大腿骨部品４１は顆４６が膝蓋骨支持表面４４と一体的に形成された、一体的構造となっていることが理解できよう。大腿骨部品の顆４６は、半月部品４２の脛骨支持表面４７の半径Ｒ４にほぼ対応する半径Ｒ３を有している。この半径Ｒ３は、図示するように膝蓋骨支持表面４４に影響することなく、顆領域４３内の材料を切り欠くように前方に続いている。半月部品４２の中心領域４５は、脛骨表面４７よりも浅く、膝蓋骨表面に対して前方で間隙を形成すると共に、後方で更なる屈曲時の当接を防止するようになっている。膝蓋骨支持表面４４は、顆表面の前方４３での切り欠きには影響されないので膝蓋骨のレバーアームは図２に示される従来の配列の場合のように短くなることはない。顆部分と半月部品の対応する脛骨表面との間の形状一致性は高いので、大腿骨部品を通して伝えられる負荷は、膝蓋骨レバーアームの喪失なしに、半月部品の広い表面にわたって均一に広がる。大腿骨部品の顆部分の切り欠き領域は、更に切除する必要はない。この理由は、これらの切り欠き領域はプロテーゼの材料のみ切り欠かれているからである。ベースプレート７２に摺動運動自在に半月部品４２を取り付けることにより、関節内での必要な弛緩性が得られてる（図７）。このベースプレートは従来の方法で、例えば支柱７４および位置決めピン７６により切除された脛骨４６に取り付けられている。材料はワークピースを機械加工することにより除き、大腿骨顆の切り欠き部品を形成するか、または機械加工を行わない方法、例えば鍛造、成形または鋳造により、所望の切り欠き形状を形成することができる。
図４（ａ）、４（ｂ）および４（ｃ）は、図３（ａ）〜３（ｄ）に示されたプロテーゼの別の詳細図を示す。図４（ａ）に示す前方図では、顆４６の外側および内側ノッチ４３が示されている。図４（ａ）で明らかなように、これら顆には外側−内側平面で湾曲した支持表面５１が形成されており、これら支持表面５１は膝蓋骨５４のためのトラック５２によって分離されている（図４（ｃ）を参照のこと）。図６には人工膝蓋骨５４のサジタル形状が点線で示されている。図示するように、サジタル図において連続した凹形状を有する代わりに平らな内側面６１および外側に伸びる表面５５を有し（図４（ｃ））、膝蓋骨溝の側面との形状一致性を高めている。かかる形状一致性が高まることにより、接触応力が大幅に低下している。
膝蓋骨溝、すなわちトラック５２は、大腿骨部品上では対称的に位置する必要はない。むしろ外側５８に向かってずれるか、幅広になっていることが好ましい。このような膝の形状により、外側にかかる膝蓋骨の力はより大きくなっている。膝蓋骨のトラックを外側に幅広にするかまたはずらすことにより、トラックの外側エッジを規定する畝上に、プラスチックまたは自然の膝蓋骨が、好ましくない摩耗または炎症の原因となるオーバーハング状態になることを防止している。トラックを幅広にすることにより、顆と、対応する脛骨支持表面との間の利用可能な支持面積を小さくするという効果があるので、トラックを内側で幅広にすることは一般的に好ましいことではない。幸運なことに、自然の膝関節負荷力は内側よりも外側のほうがかなり小さくなっている。従って、膝蓋骨のトラックを外側にずらすことはうまい妥協法である。
図４（ｂ）にはプロテーゼのサジタル図が示されている。膝蓋骨が載る表面４４は、ノッチ４３の間で後方方向に伸びている。顆の先端はノッチ４３から端部の上方領域７０まで延びている。図４（ｂ）では、この領域７０からノッチ４３までの全支持表面上の顆の曲率は、ほぼ均一なサジタル半径Ｒとなっている。しかしながらこの径は、異なるセグメントごとに限られた範囲で変わり得る。これらセグメントは、図４（ｂ）ではＡ−Ｂ、Ｂ−ＣおよびＣ−Ｄとして示されている。例えば図４（ｃ）のＸ−Ｙを通るサジタル平面に対するセグメントＡ−Ｂの半径は１９ｍｍにでき、対応する径Ｂ−ＣおよびＣ−Ｄのいずれも外側および内側ノッチ内に約２２ｍｍにでき、そのくぼみはＤと表示されている。セグメントＡ−Ｂの径を若干小さく、または少なくとも先端７０に向けて若干小さくすることにより、最大屈曲時に上方先端７０が半月部品の脛骨表面内に当接または嵌入する傾向がなくなる。
図３（ａ）〜（ｄ）は、簡潔にするため、長方形に描かれた半月部品４２を示している。実際には半月部品は平面図で見てほぼ楕円形または腎臓のような形状となっている。また、図３（ｂ）における半月部品の斜視図は、前方から後方への全距離にわたって脛骨支持表面４７が、より浅い中間表面４５から分離していることを示唆している点で、若干誤解を生じさせている。前方領域８０において、脛骨表面４７は直立壁すなわち不連続部８１により、中間領域４５から分離されている。しかしながらこれは必ずしも後方領域８２には当てはまらない。後方領域では中間部分４５は脛骨支持表面にスムーズに合流することが好ましい。これにより屈曲中に良好な支持がなされ、このことは図５および７に示されている。図３（ｂ）における点Ｃにほぼ対応し、脛骨表面４７内の最も深い点にあるラインに沿う半月部品および脛骨ベースプレートの外側−内側断面図となっている図５では、脛骨表面４７は中間領域４５にスムーズに合流していることが判る。図５には、大腿骨部品と協働する半月部品の全体の支持表面の形状が示されている。図５は前方側から見た半月部品の斜視図であり、膝蓋骨支持表面４４が領域４５に当接することなく、０°から全屈曲度まで枢動できるように、前方の脛骨表面４７よりも浅くなっている中間領域４５を示している。脛骨表面４７は後方に延びているので、この表面は曲率がスムーズな領域に合流し、後方および外側−中間方向への不連続性をなくしている。
図７も脛骨ベースプレート７２上に支持された半月部品４２を示す。脛骨ベースプレート７２は切除された脛骨４６に取り付けるための支柱７４（図４（ｃ）を参照）と、安定化用突起７６とを有している。切除された大腿骨には位置決めペグ８２および骨セメントにより、大腿骨部品４１が取り付けられている。ベースプレートの平面上で限度内に回転自在になるよう、脛骨ベースプレートに半月部品が取り付けられている。頸骨ベースプレートと半月部品は、欧州特許出願第92300878.3（公開第0498586号）に記載の方法で製造することが好ましい。脛骨ベースプレートは半月部品の下面におけるスロット８４（図５参照）と係合する直立ポストまたはレールを有していることが好ましい。
半月部品４２は脛骨部品の前方および後方に移動すると共に、上記のような運動回転自由度を与えるようにガイドされている。脛骨ベースプレート上で半月部品をガイドする方法を記載した他の文献としては、米国特許第4,340,978号および英国特許第2,219,942号がある。
【図１（ａ）】
0004047373.tif 000002
【図１（ｂ）】
0004047373.tif 000003
【図１（ｃ）】
0004047373.tif 000004
【図１（ｄ）】
0004047373.tif 000005
【図２（ａ）】
0004047373.tif 000006
【図２（ｂ）】
0004047373.tif 000007
【図２（ｃ）】
0004047373.tif 000008
【図３（ａ）】
0004047373.tif 000009
【図３（ｂ）】
0004047373.tif 000010
【図３（ｃ）】
0004047373.tif 000011
【図３（ｄ）】
0004047373.tif 000012
【図４（ａ）】
0004047373.tif 000013
【図４（ｂ）】
0004047373.tif 000014
【図４（ｃ）】
0004047373.tif 000015
【図５】
0004047373.tif 000016
【図６】
0004047373.tif 000017
【図７】
0004047373.tif 000018