(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前部関節連結板と、該前部関節連結板の下部の両側に結合されて後方に向けられ相互に空間部をあけて設けられた外側遠位顆部および内側遠位顆部と、該外側遠位顆部および内側遠位顆部の後端に結合され上方に向けられた外側後方顆部および内側後方顆部とを有し、側面視における外形面がほぼ円弧状に形成されると共に、前記前部関節連結板の前面のほぼ中央に、膝蓋骨コンポーネントが接触する膝蓋骨溝が縦方向に前記空間部に連絡して設けられており、前記円弧状の外形面が脛骨コンポーネントに接触して膝関節の屈曲、伸展運動に応じて回動する人工膝関節の大腿骨コンポーネントにおいて、
前記外側遠位顆部の後部から外側後方顆部にわたってそれらの外周部の内側に沿い、横断面が内側を向く傾斜面となる切欠き部が形成されていることを特徴とする人工膝関節の大腿骨コンポーネント。
【請求項２】
前記切欠き部は、膝関節の屈曲位角度１００°〜１３５°の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の人工膝関節の大腿骨コンポーネント。
【請求項３】
前記切欠き部は、膝関節の屈曲位角度が大きくなるに従いその深さが増すように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の人工膝関節の大腿骨コンポーネント。
【請求項４】
前記切欠き部は、横断面が円弧状の凹面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の人工膝関節の大腿骨コンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脛骨コンポーネント等と共に人工膝関節を構成する人工膝関節の大腿骨コンポーネントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人工膝関節として図６〜図１０に示すものが知られている。この人工膝関節は大腿骨コンポーネント１とこれを支持する脛骨コンポーネント２とを主体とする。
大腿骨コンポーネント１は、正面視で山形状をした前部関節連結板３と、該前部関節連結板３の下部の両側に結合されて後方（図７、図８で右方）に向けられ相互に空間部４をあけて設けられた外側遠位顆部５および内側遠位顆部６と、該外側遠位顆部５および内側遠位顆部６の後端に結合され上方に向けられた外側後方顆部７および内側後方顆部８とを有し、側面視における外形面１ａがほぼ円弧状に形成されている。
【０００３】
また、前記前部関節連結板３の前面（図７，図８で左側の面）３ａのほぼ中央には、円盤状の膝蓋骨コンポーネント９が接触する横断面が円弧状の膝蓋骨溝１０が縦方向に前記空間部４に連絡して設けられている。前記膝蓋骨コンポーネント９の膝蓋骨溝１０との接触部側は、球面状に形成されている。
前記大腿骨コンポーネント１の側面視における内面形状は、前記前部関節連結板３の後面（図７，図８で右側の面）３ｂと、外側後方顆部７および内側後方顆部８の前面（図７，図８で左側の面）７ａ，８ａと、外側遠位顆部５および内側遠位顆部６の上面５ａ，６ａと、該上面５ａ，６ａと前記後面３ｂとを結ぶ前方斜面３ｃと、前記上面５ａ，６ａと前記前面７ａ，８ａとを結ぶ後方傾斜面５ｂ，６ｂとによって多角形状に形成され、上面５ａ，６ａのほぼ中央に結合突起１ｂが設けられている。
【０００４】
前記大腿骨コンポーネント１は、その内面の空間Ｓの形状に合わせて予め切断された大腿骨Ａの切断部に、前部関節連結板３を前側（直立状態の大腿骨を示す図６で手前側）に位置させて嵌着されると共に結合突起１ｇを打ち込まれて大腿骨Ａに取り付けられる。前記膝蓋骨コンポーネント９は結合突起９ａを膝蓋骨に打ち込まれて該膝蓋骨に取り付けられる。
【０００５】
前記脛骨コンポーネント２は、ベースプレート２ａとポリエチレン製のプレート２ｂとからなる。前記ベースプレート２ａは脛骨Ｂにねじ等によって直接取り付けられ、また、前記プレート２ｂはベースプレート２ａの上面にねじ等によって取り付けられている。
なお、大腿骨コンポーネント１とベースプレート２ａとはチタン合金等の金属で製作されている。
【０００６】
前記大腿骨コンポーネント１は、人工膝関節の組み付け状態において、円弧状の外形面１ａが脛骨コンポーネント２に接触して膝関節の屈曲、伸展運動に応じて前後に回動するようになっている。
そして、膝関節の屈曲位角度が９０°以上になると、前記膝蓋骨コンポーネント９は、前記膝蓋骨溝１０から脱して外側遠位顆部５および内側遠位顆部６の内側の外周部に接触し、さらに、外側後方顆部７および内側後方顆部８の内側の外周部に接触するようになる。
ところで、従来の外側遠位顆部５および内側遠位顆部６の内側の外周部と、外側後方顆部７および内側後方顆部８の内側の外周部は、大腿骨コンポーネント１の外形面１ａにほぼ沿った形状になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の従来の大腿骨コンポーネント１においては、前記膝蓋骨コンポーネント９が、膝関節の深屈曲位時に、外側遠位顆部５および内側遠位顆部６の内側の外周部と外側後方顆部７および内側後方顆部８の内側の外周部との接触により、単純に大腿骨コンポーネント１の外形面１ａにほぼ沿った移動軌跡で、大腿骨コンポーネント１に対して相対移動する。この相対移動は、人体の実際の膝関節における膝蓋骨の大腿骨に対する複雑な相対移動とはかなり相違するものであって、膝蓋靱帯に作用する力が不均衡になると共に、膝蓋骨の大腿骨に対する相対移動が円滑に行えない不満がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、膝関節における膝蓋骨の大腿骨に対する移動を円滑に行えると共に、膝蓋靱帯に作用する力を均衡させることが可能な人工膝関節の大腿骨コンポーネントを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係る人工膝関節の大腿骨コンポーネントは、前部関節連結板と、該前部関節連結板の下部の両側に結合されて後方に向けられ相互に空間部をあけて設けられた外側遠位顆部および内側遠位顆部と、該外側遠位顆部および内側遠位顆部の後端に結合され上方に向けられた外側後方顆部および内側後方顆部とを有し、側面視における外形面がほぼ円弧状に形成されると共に、前記前部関節連結板の前面のほぼ中央に、膝蓋骨コンポーネントが接触する膝蓋骨溝が縦方向に前記空間部に連絡して設けられており、前記円弧状の外形面が脛骨コンポーネントに接触して膝関節の屈曲、伸展運動に応じて回動する人工膝関節の大腿骨コンポーネントにおいて、
前記外側遠位顆部の後部から外側後方顆部にわたってそれらの外周部の内側に沿い、横断面が内側を向く傾斜面となる切欠き部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記人工関節の大腿骨コンポーネントにおいては、大腿骨コンポーネントが大腿骨に固定され、その円弧状の外形面が頸骨に固定した脛骨コンポーネントの上面に接触されると共に、膝蓋骨に固定した膝蓋骨コンポーネントが大腿骨コンポーネントの膝蓋骨溝に接触されて人工膝関節が構成される。この人工膝関節においては、人体の直立状態の伸展位から屈曲されるに従い、大腿骨コンポーネントが頸骨コンポーネントの上面に接触しながら後方へ回動する。このとき、膝蓋骨コンポーネントは、大腿骨コンポーネントの膝蓋骨溝に沿って大腿骨コンポーネントに接触しながら相対移動して、膝蓋骨溝から外側遠位顆部と内側遠位顆部との空間部に移り、該外側遠位顆部と内側遠位顆部に接触し、さらに、外側後方顆部と内側後方顆部に接触するに至る。
前記過程で、人体の屈曲位角度が一定角度９０°以上になって、前記膝蓋骨コンポーネントが外側遠位顆部と内側遠位顆部の後部から外側後方顆部と内側後方顆部にわたって接触する際には、外側遠位顆部と外側後方顆部の外周部の内側に形成した切欠き部によって、前記膝蓋骨コンポーネントは膝関節の外側と後方へ変位すると共に、内傾される。
【００１１】
この人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、膝蓋骨コンポーネントが大腿骨コンポーネントの膝蓋骨溝から脱して外側遠位顆部と内側遠位顆部との空間部に移動して外側遠位顆部と内側遠位顆部に接触する以後における膝関節の深屈曲位の範囲では、前記切欠き部によって膝蓋骨コンポーネントが、前記空間部に深くに入って接触することにより、外側と後方へ変位すると共に内傾し、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨コンポーネントとが広く接触するので、接触圧が減少し膝関節の屈伸運動時における大腿骨に対する膝蓋骨の移動が円滑に行えると共に、膝蓋靱帯に作用する力が均衡する。
【００１２】
請求項２に係る人工関節の大腿骨コンポーネントは、請求項１に記載の人工関節の大腿骨コンポーネントにおいて、切欠き部は、膝関節の屈曲位角度１００°〜１３５°の範囲に形成されていることを特徴とする。
この人工関節の大腿骨コンポーネントでは、大腿骨コンポーネントに対する膝蓋骨コンポーネントの移動が、人体の実際の膝関節における大腿骨に対する膝蓋骨の移動に近い状態で実現される。
【００１３】
請求項３に係る人工関節の大腿骨コンポーネントは、請求項２に記載の人工関節の大腿骨コンポーネントにおいて、切欠き部は、膝関節の屈曲位角度が大きくなるに従いその深さが増すように形成されていることを特徴とする。
この人工関節の大腿骨コンポーネントでは、膝関節の屈曲、伸展運動時の大腿骨コンポーネントに対する膝蓋骨コンポーネントの移動に伴う膝蓋骨の変位が常に円滑に行われる。
【００１４】
請求項４に係る人工関節の大腿骨コンポーネントは、請求項１〜３のいずれかに記載の人工関節の大腿骨コンポーネントにおいて、切欠き部は、横断面が円弧状の凹面に形成されていることを特徴とする。
この人工関節の大腿骨コンポーネントでは、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨コンポーネントとの接触を広い範囲で行わせられるので、接触面圧が小さくなって各コンポーネントの摩耗が減少されてそれらの耐久性が向上される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１〜図５は、本発明に係る人工膝関節の大腿骨コンポーネント一実施の形態を示す。この実施の形態の人工関節の大腿骨コンポーネント１Ａにおいては、外側遠位顆部５と外側後方顆部７の外周部の内側に切欠き部１１が設けられている。
その他の構成は、前記従来の人工膝関節の大腿骨コンポーネント１と同一であるので、同一の構成部分には同一の符号を付してその詳細説明は省略する。
【００１６】
前記切欠き部１１について更に具体的に説明すると、切欠き部１１は、図１に示す人体の直立状態における膝関節の伸展位（屈曲位角度０°）Ｐ１から図５に示す最深屈曲位（屈曲位角度１３５°）Ｐ２までの屈曲位角度範囲のうち、屈曲位角度αが１００°〜１３５°において膝蓋骨コンポーネント９が大腿骨コンポーネント１Ａに接触する範囲にわたって設けられている。
前記切欠き部１１を設ける範囲は、膝蓋骨コンポーネント９の中心が移動する範囲に対応するものであるが、実際には、膝蓋骨コンポーネント９の大きさを考慮して、前記屈曲位角度の範囲の前後に及ぶ広い範囲にわたって形成される。
前記切欠き部１１を設ける屈曲位角度範囲１００°〜１３５°は、複数人の人体をＭＲＩ（磁気共鳴画像診断装置）等によって、実際に膝関節の屈曲、伸展運動を行った際の大腿骨と膝蓋骨との相対移動を観察し、大腿骨に対する膝蓋骨の外側、後方への変位および内側への傾斜が現れる屈曲位角度を測定して設定されている。
【００１７】
そして、切欠き部１１は、図４に示すように、外側遠位顆部５と外側後方顆部７の外周部の内側（図４で左側）の部分ｅを切り欠いて、平面状の傾斜面１１ａが内側を向くように傾斜して形成されている。さらに、切欠き部１１は、傾斜面１１ａの傾斜角度θが一定のまま、屈曲位角度が増すに従って、その矢印ニ方向への切欠き量（深さ）が増すように形成されている。
【００１８】
前記構成の大腿骨コンポーネント１Ａにおいては、大腿骨コンポーネント１Ａが脛骨コンポーネント２に接触して回動して、図１に示す人体の直立状態における膝関節の伸展位（屈曲位角度０°）Ｐ１から徐々に屈曲されると、大腿骨コンポーネント１Ａが脛骨コンポーネント２の上面に接触しながら後方へ回動（図１で前部関節連結板３の上端側が時計方向へ回動）するに従い、膝蓋骨コンポーネント９が、大腿骨コンポーネント１Ａの膝蓋骨溝１０内を相対的に滑り動いて行き、膝蓋骨溝１０を脱した後に外側遠位顆部５と内側遠位顆部６との空間部４に移り、外側遠位顆部５と内側遠位顆部６の内側の外周部５ｃ，６ｃと接触するに至る。さらに、外側後方顆部７と内側後方顆部８の内側の外周部７ｃ，８ｃと接触するに至って、最終的には最深屈曲位Ｐ２の屈曲角度が１３５°となる図４に示す状態に至る。
【００１９】
前記過程で、人体の屈曲位角度が１００°となる屈曲位Ｐ３以上になって、前記膝蓋骨コンポーネント９が外側遠位顆部５と内側遠位顆部６の後部から外側後方顆部７と内側後方顆部８にわたって接触する際には、膝蓋骨コンポーネント９の外側の部分９ｃが外側遠位顆部５と外側後方顆部７の内側に形成した切欠き部１１の傾斜面１１ａに接触することによって、膝蓋骨コンポーネント９は、膝関節の外側と後方（図４でハ矢方とニ矢方）へ変位すると共に内傾（図４に矢印ホで示す右上がりに傾斜）され、前記空間部４内に深く沈み込んだ状態となる。前記膝蓋骨コンポーネント９の大腿骨コンポーネント１Ａに対する前記各変位は、いずれも、膝関節の屈曲位角度が増すに従って大きくなる。
【００２０】
前記人工関節の大腿骨コンポーネント１Ａによれば、膝蓋骨コンポーネント９が大腿骨コンポーネント１Ａの膝蓋骨溝１０から脱して外側遠位顆部５と内側遠位顆部６との空間部４に移動して外側遠位顆部５と内側遠位顆部６に接触する以後における膝関節の深屈曲位における屈曲位角度範囲１００°〜１３５°では、前記切欠き部１１によって膝蓋骨コンポーネント９が、膝関節の外側と後方へ変位すると共に内傾し、前記空間部４に深くに沈み込んで接触することにより、大腿骨コンポーネント１Ａと膝蓋骨コンポーネント９とが広く接触する。このため、大腿骨コンポーネント１Ａと膝蓋骨コンポーネント９との接触圧が減少して膝関節の屈伸運動時における大腿骨に対する膝蓋骨の移動を、人体の実際の膝関節における移動に近い状態で円滑に行わせることができると共に、膝蓋靱帯に作用する力が均衡し、屈曲時の膝蓋骨の移動距離が減り（近道をする）、可動域が増加することが期待できる。
【００２１】
なお、前記実施の形態では、前記切欠き部１１を平面状の傾斜面１１ａに形成したが、これに限らず、凸面状にしてもよく、さらに、前記膝蓋骨コンポーネント９の球面状部分９ｂの曲率半径より大きな曲率半径を有する凹面状に形成してもよい。上記凹面状にすると、球面状部分９ｂと切欠き部１１との接触時の弾性変形によって、それらの間の接触面が広くなって接触圧が低下され、接触部の摩耗等が少なく抑えられ各コンポーネントの耐久性を向上させることができる。
【００２２】
また、前記実施の形態では、膝関節の屈曲位角度範囲１００°〜１３５°で、屈曲位角度が増すに従って前記切欠き部１１の深さを、傾斜面１１ａの傾斜角度θを変えずに増すようにしたが、前記切欠き部１１の深さは、屈曲位角度が増すに従って傾斜面１１ａの傾斜角度θが大きくなるようにして増してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係る人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、膝蓋骨コンポーネントが大腿骨コンポーネントの膝蓋骨溝から脱して外側遠位顆部と内側遠位顆部との空間部に移動して外側遠位顆部と内側遠位顆部に接触する以後における膝関節の深屈曲位の範囲では、前記外側遠位顆部と外側後方顆部の内側に設けた切欠き部によって膝蓋骨コンポーネントを、前記空間部に深くに入って接触させることにより、外側と後方へ変位させると共に内傾させ、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨コンポーネントとを広く接触させることができるので、その接触圧を減少して膝関節の屈伸運動時における大腿骨に対する膝蓋骨の移動を円滑に行わせることができると共に、膝蓋靱帯に作用する力を均衡させることができる。
【００２４】
請求項２に係る人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、大腿骨コンポーネントに対する膝蓋骨コンポーネントの移動を、人体の実際の膝関節における大腿骨に対する膝蓋骨の移動に近い状態で実現させることができる。
請求項３に係る人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、膝関節の屈曲、伸展運動時の大腿骨コンポーネントに対する膝蓋骨コンポーネントの移動に伴う膝蓋骨の変位を常に円滑に行わせることができる。
【００２５】
請求項４に係る人工関節の大腿骨コンポーネントによれば、大腿骨コンポーネントと膝蓋骨コンポーネントとの接触をより広い範囲で行わせることができるので、接触面圧を可及的に小さくすることができて各コンポーネントの摩耗を減少させてそれらの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る人工関節の大腿骨コンポーネントの一実施の形態を示す側面図である。
【図２】  同じく平面図である。
【図３】  図１のイ矢視図である。
【図４】  図３のＸ−Ｘ断面図である。
【図５】  図１の大腿骨コンポーネントの最深屈曲位状態を示す側面図である。
【図６】  従来の人工膝関節の正面図である。
【図７】  図６の人工膝関節の側面図である。
【図８】  図６の大腿骨コンポーネントの平面図である。
【図９】  図６の大腿骨コンポーネントの正面図である。
【図１０】  図７のロ矢視図である。
【符号の説明】
１，１Ａ  大腿骨コンポーネント
１ａ  外形面
２  脛骨コンポーネント
３  前部関節連結板
４  空間部
５  外側遠位顆部
６  内側遠位顆部
７  外側後方顆部
８  内側後方顆部
９  膝蓋骨コンポーネント
１０  膝蓋骨溝
１１  切欠き部
１１ａ  傾斜面
α  屈曲位角度
θ  傾斜角度
【図１】
0004319337.tif 000002
【図２】
0004319337.tif 000003
【図３】
0004319337.tif 000004
【図４】
0004319337.tif 000005
【図５】
0004319337.tif 000006
【図６】
0004319337.tif 000007
【図７】
0004319337.tif 000008
【図８】
0004319337.tif 000009
【図９】
0004319337.tif 000010
【図１０】
0004319337.tif 000011