(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の脛骨に固定される脛骨側部材と、人体の大腿骨に固定されて人体の膝の屈曲動作に合わせて前記脛骨側部材上を摺動する大腿骨側部材とからなり、この大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、前記溝孔に挿入される角柱状のポストを前記脛骨側部材に設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにした人工膝関節において、
前記大腿骨側部材は、膝の屈曲時に前記脛骨側部材上に移動する、溝孔の一方端部を備えており、
前記一方端部の表面うち、屈曲する際に前記ポストと接触する領域Ｃ−Ｃに曲率半径５０ｍｍ以下の懸垂面１３ａを設け、膝の最も深い屈曲時に前記脛骨側部材側に位置する領域に、溝孔の深さ方向Ｄおよび溝孔方向Ｅに垂直な方向と平行な面である非懸垂面１３ｂまたは曲率半径６０ｍｍ以上の懸垂面１３ｂを設け、
前記一方端部の表面のうち、溝孔の深さ方向Ｄの中間部Ｐ２が、溝孔の深さ方向Ｄ側の端部Ｐ３および前記深さ方向Ｄの反対方向Ｄ′側の端部Ｐ４よりも溝孔方向Ｅ側に位置し、膝の最も深い屈曲状態での接触部分Ｐ１が、前記端部Ｐ３よりも前記反対方向Ｄ′側で、かつ、溝孔方向Ｅ側に位置していることを特徴とする人工膝関節。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は正常な機能を失った膝関節表面を置換する人工膝関節に関し、特に大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、脛骨側部材を前記溝孔に挿入される角柱状のポストを設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにした後方安定型の人工膝関節に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
後方安定型の人工膝関節３０は、図６に示すような大腿骨側部材３１に溝孔３７を設けるとともに、脛骨側部材３３に前記溝孔３７に挿入される角柱状のポスト３４を設け、このポスト３４を前記溝孔３７内に挿入する。そして、前記ポスト３４と前記溝孔３４とで前記大腿骨側部材３１の摺動方向と摺動幅を規制する。特に、この人工膝関節３０は、膝の屈曲時に前記脛骨側部材３３上に移動する前記一方端部３２が前記ポスト３７と係合することにより、前記大腿骨側部材３１が解剖学的な方向でいう前方へ過度に移動することを防ぎ、安定性と可動性を確保している。
【０００３】
図７の中央断面図に示すように、前記従来の人工膝関節３０の大腿骨側部材３１では、前記一方端部３２は、最前端部分（図７中、左側）が前記溝孔３７側に突出している。
【０００４】
この従来の人工膝関節３０によれば、膝の屈曲時に前記ポスト３４が前記一方端部の最前端部分（図７中、左側）に最初に当たって、膝の屈曲が深くなるにつれて、前記一方端部３２における前記ポスト３４との接触部分が後上側（図７中、右上側）に移っていく。そして、最も深い屈曲状態での接触部分は、図７および図８中、Ｐ１のあたり、すなわち、前記一方端部３２が前記脛骨側部材３３上に移動したときの前記脛骨側部材側となる。そのため、前記ポスト３４との接触面積を増やし応力を分散し、前記大腿骨側部材３１の左右方向への過度の回動を防止するための懸垂面３２ｂ（曲率半径が４０ｍｍ程度）がこの部分に設けられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術の人工膝関節３０では、前記一方端部３２に前記懸垂面３２ｂの図７中の右上側まで設けていたので、前記一方端部の中央部が前側配置、図７中の左側配置となっていた。
【０００６】
そして、その結果、図７に示すように、前記一方端部３２のこの接触部分Ｐ１と、大腿骨側部材３１の後壁３６の脛骨側部材３３との接触部分Ｐ２との距離が比較的大きかった。
【０００７】
この距離Ｐ１−Ｐ２は、膝の最も深い屈曲状態において、ポスト３４における前記一方端部３２との当接高さに相当する。そして、この高さが比較的高かったため、従来の人工膝関節３０では、脱臼したり、或いは、ポスト３４が破断することがあった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、前記溝孔に挿入される角柱状のポストを前記脛骨側部材に設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにした人工膝関節において、膝の屈曲時に前記脛骨側部材上に移動する前記溝孔の一方端部と前記ポストとの接触部分と、前記大腿骨側部材の後壁の前記脛骨側部材との接触部分との距離を小さくし、これにより脱臼や前記ポストの破断を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の人工膝関節は、人体の脛骨に固定される脛骨側部材と、人体の大腿骨に固定されて人体の膝の屈曲動作に合わせて前記脛骨側部材上を摺動する大腿骨側部材とからなり、この大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、前記溝孔に挿入される角柱状のポストを前記脛骨側部材に設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにしたものであって、前記大腿骨側部材は、膝の屈曲時に前記脛骨側部材上に移動する、溝孔の一方端部を備えており、前記一方端部の表面うち、屈曲する際に前記ポストと接触する領域Ｃ−Ｃに曲率半径５０ｍｍ以下の懸垂面１３ａを設け、膝の最も深い屈曲時に前記脛骨側部材側に位置する領域に、溝孔の深さ方向Ｄおよび溝孔方向Ｅに垂直な方向と平行な面である非懸垂面１３ｂまたは曲率半径６０ｍｍ以上の懸垂面１３ｂを設け、前記一方端部の表面のうち、溝孔の深さ方向Ｄの中間部Ｐ２が、溝孔の深さ方向Ｄ側の端部Ｐ３および前記深さ方向Ｄの反対方向Ｄ′側の端部Ｐ４よりも溝孔方向Ｅ側に位置し、膝の最も深い屈曲状態での接触部分Ｐ１が、前記端部Ｐ３よりも前記反対方向Ｄ′側で、かつ、溝孔方向Ｅ側に位置していることを特徴とする。
上記のように屈曲する際にポストと接触する領域Ｃ−Ｃに曲率半径５０ｍｍ以下の懸垂面１３ａを設けたことで、脛骨側部材のポストとの接触面積を増やして応力を分散するとともに、大腿骨側部材の過度の回動を防止することができる。
また、膝の最も深い屈曲時に脛骨側部材側に位置する領域に溝孔の深さ方向Ｄおよび溝孔方向Ｅに垂直な方向と平行な面である非懸垂面１３ｂまたは曲率半径６０ｍｍ以上の懸垂面１３ｂを設けたことで、一方端部の中央部位を解剖学上の後配置とすることができ、その結果、膝の最も深い屈曲状態における一方端部のポストとの接触部分と大腿骨側部材の後壁の脛骨側部材との接触部分との距離が小さくなる。すなわち、ポストの一方端部との接触高さが低くなる。
【００１０】
さらに、前記一方端部の中央部の肉厚を大きくとることができる。
【００１１】
ところで、前記一方端部の非懸垂面或いは曲率半径６０ｍｍ以上の懸垂面（以下、併せて非懸垂面と略称する）が前記ポストと接触すると、局所に応力が集中したり、或いは、前記大腿骨側部材が左右方向へ過度に回動してしまう不具合があり、このような不具合は回避されなければならない。
【００１２】
そこで、一方端部の表面のうち、溝孔の深さ方向Ｄの中間部Ｐ２が、溝孔の深さ方向Ｄ側の端部Ｐ３および深さ方向Ｄの反対方向Ｄ′側の端部Ｐ４よりも溝孔方向Ｅ側に位置し、膝の最も深い屈曲状態での接触部分Ｐ１が、端部Ｐ３よりも反対方向Ｄ′側で、かつ、溝孔方向Ｅ側に位置していることで、膝の最も深い屈曲状態での一方端部とポストとの接触部分を、非懸垂面とした脛骨側部材側よりも溝孔の側とすることができる。これにより、非懸垂面とポストが当接して局所に応力が集中したり、或いは、大腿骨側部材が左右方向へ過度に回動してしまうことを回避することができる。逆に云えば、このような一方端部の形状により非懸垂面を設けることが現実的に可能となる。
【００１３】
このように、本発明の人工膝関節は、前記一方端部の前記ポストとの接触高さが低くなり、また、前記非懸垂面と前記ポストとが非接触であるようにしたことにより、脱臼したり、或いは、前記ポストが破断することがない。また、前記一方端部は中央部の肉厚が大きいので機械的強度が大きい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図を用いて説明する。なお、以下の説明において上下、前後の方向は解剖学的な方向に準拠する。
【００１５】
図１は本発明の人工膝関節１を示す。この人工膝関節１は脛骨側部材２と大腿骨側部材３とからなる。
【００１６】
前記脛骨側部材２は脛骨に固定する金属製のベース４と大腿骨側部材３と摺動する高分子材料製の摺動部５とから構成される。使用する金属としては生体適合性に優れたもの、例えばコバルトクロム合金等を用いる。また、前記高分子材料としては生体適合性および摺動特性に優れたポリエチレン等が好適である。前記ベース４は下方に突出するステム４ａを脛骨髄腔内に固定し、ステム４ａの反対側で前記摺動部５を嵌合保持する構造となっている。
【００１７】
前記摺動部５には前記大腿骨側部材３と係合する角柱状のポスト６が形成される。前記ポスト６は後述する前記大腿骨側部材３の溝孔１２に挿入され、このポスト６と前記溝孔１２とで前記大腿骨側部材３の摺動方向と摺動幅を規制する。
【００１８】
他方、前記ポスト６の左右の凹曲面５ａは前記大腿骨側部材３の外面３ｂと摺動するようになっている。
【００１９】
また、図２は前記脛骨側部材２を構成する摺動部５の後端側からの斜視図である。同図に示すように、摺動部５のポスト６の直後部位には切欠３ｃが形成されており、この摺動部５の上稜線において、前記切欠３ｃに隣接する部分に図中ハッチングで示すテーパー斜面３ｄが形成されている。
【００２０】
このテーパー斜面３ｄは、膝の深い屈曲状態において、前記溝孔１２の一方端部１３を前記ポスト６のより低い位置に当接させる作用を有するものである。
次に、前記大腿骨側部材３は、前記コバルトクロム合金等の生体為害性のない金属やジルコニアなどの高強度セラミックスからなる。
この大腿骨側部材３は、前壁７とその後方に連なる前方斜壁８とその後方に連なる底壁９とその後方に連なる後方斜壁１０とその後方に連なる後壁１１からなる。
また、前記大腿骨側部材３は、前記後壁１１、後方斜壁１０、底壁９を左右に分割しかつ前記脛骨側部材２に形成されたポスト６を受容するポスト挿入用の溝孔１２と該溝孔１２の後端に位置しかつ前記分割された二つの後壁１１を橋渡しするよう設けられた前記溝孔１２の一方端部（以下、一方端部と略称する）１３とを備える。この一方端部１３は、膝の屈曲時に前記脛骨側部材２上に移動する。
【００２１】
図３乃至図５に示すように、前記一方端部１３は、前記溝孔１２の深さ方向（図４、図５における方向Ｄ）中間部が前記溝孔１２側（図４、図５における方向Ｅ）に突出する。また、前記溝孔１２側には、曲率半径５０ｍｍ以下の懸垂面１３ａとした前記脛骨側部材２の前記ポスト６に当接する接触領域Ｃ―Ｃ（図４参照）を有する。ここで、前記懸垂面１３ａの曲率半径が５０ｍｍを越えると、前記ポスト６との接触面積を増やし応力を分散させること、並びに、大腿骨側部材３の左右方向への過度の回動を防止することが難しくなる。これに対して、前記一方端部１３が前記脛骨側部材上に移動したときの前記一方端部１３の前記脛骨側部材側（以下、前記一方端部１３の前記脛骨部材側と略称する）は非懸垂面或いは曲率半径６０ｍｍ以上の懸垂面（以下、非懸垂面１３ｂと略称する）である。ここで曲率半径６０ｍｍ以上の懸垂面は非懸垂面とほぼ同一のものであると見做すことができる。
【００２２】
このような前記人工膝関節１の構成によれば、前記一方端部１３の前記脛骨側部材側を非懸垂面１３ｂとすることで、前記一方端部１３の中央部位を解剖学上の後配置（図４、図５中の右側）とすることができ、その結果、膝の最も深い屈曲状態における前記一方端部１３のポスト６との接触部分Ｐ１と大腿骨側部材の後壁の脛骨側部材２との接触部分Ｐ２との距離Ｐ１−Ｐ２が小さくなる。すなわち、前記ポスト６の前記一方端部１３との接触高さが低くなる。さらに、上記人工膝関節１は、前記一方端部１３の前記脛骨側部材側を非懸垂面１３ｂとしたことにより、前記一方端部１３中央部での肉厚を大きくすることができ、この一方端部１３の機械的強度が向上する。
【００２３】
ただし、この非懸垂面１３ｂと前記ポスト６とが接触すると、局所に応力が集中したり、或いは、前記大腿骨側部材３が左右方向へ過度に回動してしまう不具合があり、このような不具合は回避されなければならない。
【００２４】
そこで、前記人工膝関節１は上記一方端部１３は、前記溝孔１２の深さ方向（図４、図５における方向Ｄ）中間部が前記溝孔１２側（図４、図５における方向Ｅ）に突出するようにし、この課題を克服する。
【００２５】
すなわち、膝の屈曲運動時に前記ポスト６が前記一方端部１３の図４中、前記懸垂面１３ａを設けた前記ポスト６との接触領域Ｃ−Ｃの最も左側の部分に最初に当たる。膝の屈曲が深くなるにつれて、前記一方端部１３における前記ポスト６との接触部分が図４における下右側に移り、最下点を経て、上右側に少しだけ移動する。そして、膝の最も深い屈曲状態で接触部分は、図４、図５中、前記一方端部１３の右下側のＰ１のあたりとなる。すなわち、このＰ１が前記非懸垂面１３ｂよりも前記溝孔１２側となるので、前記非懸垂面１３ｂと前記ポスト６とが接触しない。
【００２６】
したがって、上記人工膝関節１は、脱臼したり、或いは、前記ポスト６が破断することがない。また、前記一方端部の機械的強度が大きい。
また、前記大腿骨側部材３は、この一方端部１３に連続して前記大腿骨側部材３の内面３ａと前記溝孔１２との稜線部に、第一のリブ１４とこの第一のリブ１４に対し角度付で連続する第二のリブ１５とを備える。これらリブにより強度が補強されている。
【００２７】
以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明はこの実施例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ことは云うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、大腿骨側部材に溝孔を設けるとともに、前記溝孔に挿入される角柱状のポストを前記脛骨側部材に設け、このポストと前記溝孔とで前記大腿骨側部材の摺動方向と摺動幅を規制するようにした人工膝関節において、前記溝孔の一方端部が前記脛骨側部材上に移動したときのこの一方端部の前記脛骨側部材側を非懸垂面としたので、前記一方端部の中央部位を解剖学上の後配置とすることができ、その結果、膝の最も深い屈曲状態における前記一方端部の前記ポストとの接触部分と前記大腿骨側部材の後壁の前記脛骨側部材との接触部分との距離が小さくなる。すなわち、前記ポストの前記一方端部との接触高さが低くなる。さらに、前記一方端部の中央部の肉厚を大きくとることができるまた、これだけでは前記非懸垂面と前記ポストが接触して局所への応力集中や、前記大腿骨側部材の左右方向への過度の回動が起こることを回避できないので、本発明では、さらに前記一方端部の前記溝孔の深さ方向中間部を前記溝孔側に突出させる。これにより、膝の最も深い屈曲状態での前記一方端部と前記ポストとの接触部分を前記非懸垂面とした前記脛骨側部材側よりも前記溝孔の側とすることができる。これにより、前記非懸垂面と前記ポストが当接することを回避し、局所に応力が集中したり、或いは、前記大腿骨側部材が左右方向へ過度に回動してしまうことを回避することができる。
【００２９】
このように、本発明の人工膝関節は、前記一方端部の接触高さが低くなり、また、前記非懸垂面と前記ポストとが非接触であるようにしたことにより、脱臼したり、或いは、前記ポストが破断することがない。また、前記一方端部は中央部の肉厚が大きいので機械的強度が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施形態の人工膝関節の分解斜視図である。
【図２】図１の人工膝関節における脛骨側部材の摺動部の後ろからの斜視図である。
【図３】図１の人工膝関節における一方端部の表面を３次元的に示す斜視図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】従来の人工膝関節の分解斜視図である。
【図７】図６の人工膝関節における大腿骨側部材の中央断面図である。
【図８】図６の人工膝関節における一方端部の表面を３次元的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１    人工膝関節
２    脛骨側部材
３    大腿骨側部材
４    ベース
４ａ  ステム
５    摺動部
６    ポスト
７    前壁
８    前方斜壁
９    底壁
１０  後方斜壁
１１  後壁
１２  溝孔
１３  一方端部
１３ａ  懸垂面
１３ｂ  非懸垂面
１４  第１のリブ
１５  第２のリブ
【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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