(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）外側顆面と内側顆面からなる遠位および後部関節連結面部と内方向非関節連結面とを有する大腿骨部品と、
ｂ）使用中、大腿骨部品の関節連結面を収容する凹状関節連結面を有する脛骨部品とを備え、
大腿骨部品の内方向非関節連結面と外側顆部の関節連結面との距離が、内方向非関節連結面と内側顆部の関節連結面との距離より、大腿骨部品の関節連結面後部では大きく該関節連結面の遠位領域では大きくなく、それによって機構軸についての大腿骨回転の角度が膝の動作の正常な範囲で動作するとき変化する人工膝関節。
【請求項２】
前記非関節連結面が、少なくとも遠位面と後部面を含む複数の交わる面を繋げた面からなる請求項１記載の人工膝関節。
【請求項３】
前記後部非関節連結面は、繋がった一つの平面で形成される請求項２記載の人工膝関節。
【請求項４】
前記非関節連結面が、交わる平らな面を繋げた面からなる請求項１記載の人工膝関節。
【請求項５】
前部関節連結面をさらに備えてなる請求項１記載の人工膝関節。
【請求項６】
遠位非関節連結面と前部非関節連結面をさらに備え、この前部非関節連結面が、実質的に、平らであり、前記遠位非関節連結面と少なくとも９０°の角度を形成する請求項５記載の人工膝関節。
【請求項７】
前記後部非関節連結面が、実質的に上、平らであり、前記遠位非関節連結面と少なくとも９０°の角度を形成する請求項２記載の人工膝関節。
【請求項８】
前記機構軸についての大腿骨の回転の角度が、遠位（０°の屈曲）から約９０°の屈曲までの範囲の動きを受けるとき徐々に変化する請求項１記載の人工膝関節。
【請求項９】
前記機構軸についての大腿骨の回転の角度が、遠位（０°の屈曲）から約１３０°の屈曲までの範囲の動きを受けるとき徐々に変化する請求項１記載の人工膝関節。
【請求項１０】
前記機構軸についての大腿骨の回転の角度が、約−２０°の屈曲から約９０°の屈曲までの範囲の動きを受けるとき徐々に変化する請求項１記載の人工膝関節。
【請求項１１】
前記機構軸についての大腿骨の回転の角度が、約−２０°の屈曲から約１４０°の屈曲までの範囲の動きを受けるとき徐々に変化する請求項１記載の人工膝関節。
【請求項１２】
前記機構軸についての大腿骨回転の角度が、約２０°の屈曲から約８０°の屈曲までの範囲の動きを受けるとき徐々に変化する請求項１記載の人工膝関節。
【請求項１３】
前記機構軸についての大腿骨回転の角度が、約６０°の屈曲の範囲の動きを受けるとき徐々に変化する請求項１記載の人工膝関節。
【請求項１４】
前記機構軸についての大腿骨の回転の角度が、約８０°の屈曲の範囲の動きを受けるとき徐々に変化する請求項１記載の人工膝関節。
【請求項１５】
前記機構軸についての大腿骨の回転の角度が、約９０°の屈曲の範囲の動きを受けるとき徐々に変化する請求項１記載の人工膝関節。
【請求項１６】
ａ）内方向非関節連結面と前部関節連結面と遠位および後部外側および内側顆関節連結面を含む外方向関節連結面とを有する大腿骨部品であって、使用中に大腿骨部品の前部関節連結面が膝蓋骨部品または自然の膝蓋骨の関節連結面と関節連結する大腿骨部品と、
ｂ）大腿骨部品の遠位顆間の中心に定義される大腿骨部品の中心線とを備え、
ｃ）大腿骨部品が膝の標準的な関節動作中に前記膝蓋骨部品がたどる膝蓋骨溝を前部関節連結面内に有し、
ｄ）前記溝の縦軸が、大腿骨部品の前部関節連結面の上位部位における前記中心線に関して外側に配置され、前部関節連結面の遠位部位において内側方向に曲がる請求項１記載の人工膝関節。
【請求項１７】
膝蓋骨部品をさらに備えた請求項１６記載の人工膝関節。
【請求項１８】
前記溝の軸が、前部関節連結面の上位部位における前記中心線に対し、実質的に、平行である請求項１６または１７記載の人工膝関節。
【請求項１９】
前記溝の軸が、大腿骨部品の遠位部位において前記中心線に実質的に位置する請求項１６または１７記載の人工膝関節。
【請求項２０】
中心線の外側から内側方向への前記溝の縦軸の位置の変化が、漸進的である請求項１６〜１９のいずれか一つに記載の人工膝関節。
【請求項２１】
前記膝蓋骨溝が少なくとも長さの一部にわたり曲げられた請求項１６または１７記載の人工膝関節。
【請求項２２】
前記大腿骨部品が、所定形状の膝蓋骨付き膝蓋骨部品と関節連結するための前部関節連結面中に位置する膝蓋骨溝をさらに備え、前記溝が前部関節連結面の上位部位において大腿骨部品または膝蓋骨の縦中心線の外側に位置する、前部関節連結面の遠位部位の内側方向に曲がる縦軸を有する請求項５記載の人工膝関節。
【請求項２３】
前記溝の軸が、前部関節連結面の上位部位において前記中心線に対し、実質的に、平行である請求項２２記載の人工膝関節。
【請求項２４】
前記溝の軸が、大腿骨部品の前部関節連結面の遠位部位において実質的に前記中心線に位置する請求項２２記載の人工膝関節。
【請求項２５】
中心線の外側から内側方向への前記溝の縦軸の位置の変化が漸進的である請求項２２〜２４のいずれか１つに記載の人工膝関節。
【請求項２６】
前記膝蓋骨溝は少なくとも長さの一部にわたり曲げられた請求項２２記載の人工膝関節。
【請求項２７】
ａ）内方向非関節連結面を有する大腿骨部品と、
ｂ）使用中、大腿骨部品の関節連結表面を収容する凹状関節連結面を有する脛骨部品とを備え、
ｃ）大腿骨部品が前部、遠位及び後部の関節連結面部を有し、前部近位部が前部面の前にある弧の中心を有することによって、大腿骨部品が前部近位部位において外側から見て凹状である請求項１記載の人工膝関節。
【請求項２８】
前記大腿骨部品が、前部、遠位及び後部の関節連結面部を備え、前部近位部は前部面の前にある弧の中心を有することによって、大腿骨部品が前部近位部位において外側から見て凹状である請求項１、１６または１７記載の人工膝関節。
【発明の詳細な説明】
本発明は、医療用人工補綴具に関し、特に、整形外科用人工補綴具に関する。より詳しくは、本発明は、人工関節内側大腿骨顆がより薄い内側部顆とより厚い外側後部顆を含み、その結果屈曲時、膝とともに後部内側大腿骨連結線を上昇させる改良型非対称人工膝関節と外科用インプラントの方法に関する。本発明は、また凹状近位前部位を有する。
関節形成は人工関節を生成することである。全膝の関節形成において、正確な解剖学的構造を再現するには困難がある。脛骨は通常、額面の軸に対し９０°に切断されるが、脛骨高平台は約８７°である。この不一致は、８７°の切断を正確に再現する困難さに起因する。また、８７°の切削または内反（varus）の切断によって、脛骨部品が緩む傾向にあることが報告されている（膝学会の会報1985-1986，ラスキン（Laskin），内反膝変形（Varus Knee deformity））、（膝の手術，インサルなど（Insall et al），1993）。
９０°の切断によって、骨は脛骨の内側（ないそく）より外側（がいそく）でより多く取り除かれる。中立とは、無傷（摩損していない）の後部大腿骨顆に対する接線に平行と定義される。中立的大腿骨切断が行われ内側を外側で等しい厚さを有するイプラントが使用されると９０°の屈曲において外側側副靭帯に緩みがおきる。外側側副靭帯が屈曲中に緩む理由は、脛骨の切除と大腿骨の後部切除が平行でないのにインプラントされる人工関節が、脛骨部品および大腿骨部品の後部顆で等しい内側と外側の厚さを有することにある。これによって内側でより小さい空間、外側でより大きい空間をもたらし、不均衡靭帯をおこす。
この問題の現在の解決法は、より多くの骨が後部内側大腿骨顆から取り除かれるように切断ブロックを回転することである。これは外方向回転と呼ばれる。外方向に回転（遠位端から見て左膝について時計方向回転）させることにより、後部大腿骨切除は、９０°の脛骨切除に平行になる。この結果、側副靭帯は、人工関節がインプラントされたとき、伸展と屈曲において均衡になる。現在の業界基準は脛骨高平台の解剖学的角度８７°と脛骨切除の９０°間の３°の違いに相当する、外方向回転３°である。
この外科的処置の利点がこれまで記載されてきたがいくつかの欠点がある。大腿骨部品は、最大伸展時に脛骨部品ともはや整列（aligned）しなくなる。
大腿骨部品は、外側平面に平行に整列されると、脛骨に関して約３°で回転される。この不整列は、脛骨インサートに摩損を増加させるかもしれない。この不整列の可能な解決法は脛骨部品を外方向に回転させることかもしれないが、これは脛骨適用範囲を減らすことがあり、これは望ましくない。もう一つの解決法は、インサートをある角度に設計することかもしれないが、脛骨トレイ（tibial tray）を外方向に方向転換することも、それをインサート中に入れて設計することも屈曲時の不整列という問題をもつことになる。大腿骨部品を外方向に回転させることによって、脛骨トレイ又は脛骨インサートをまっすぐに整列させても外方向に回転させても、屈曲時もしくは伸展時に脛骨との不整列が起こる。
従来の外方向回転の第２の問題は外側前部大腿骨皮質を切痕（notching）する危険性である。
ノッチングは、中立切除より多くの骨が前部外側で取り除かれたときに起こり、切痕が大腿骨の前部皮質で生成される。
ノッチングは大腿骨骨折の危険性を大幅に増加させる。これに関連する問題は、前部内側のインプラント適用範囲の狭さまたはインプラントと骨のギャップでさえある。前部でのノッチングの危険性を減らすために、外側は皮質と揃えて位置させインプラントと骨間のギャップを前部内側で生じさせる。
従来の外方向回転のもう一つの問題は、装着時の増加した複雑さと困難さである。切断ブロックの配置は可変であるべきで、左膝と右膝に対して異なる設定がある。また、外科手術を行う際、３０°外方向回転を正確に判断することはおそらく難しい。
現在、対称と非対称相方の大腿骨部品がある。対称部品のすべては、部品の中心線に沿って位置する膝蓋骨大腿骨溝を有する。非対称部品は、通常、角度をなすが直線の膝蓋骨大腿骨溝を有する。スミス  アンド  ネヒュー  リチャード  インコーポレイテッドから入手可能なGENESIS膝は、この非対称大腿骨設計タイプの一例である。どちらの設計を有する大腿骨部品の問題点は、膝蓋骨が外側に亜脱臼する傾向があること、または外側方向への引張りである。これは、膝蓋骨が部品の中心線に位置し、これが、解剖学的な膝蓋骨溝が位置するところより内側であるからである。外側方向に角度をなす膝蓋骨でさえ、膝蓋骨は、通常とは異なり、離れた外側をたどることはない。殆どの従来の大腿骨部品はより厚い外側前部フランジを有する。これは、膝蓋骨を外側に引っ張る支帯（retinacular）に張力を発生する。現在の外科的解決法は、膝蓋骨が正しい軌道を描くように軟組織を解離させることである。
膝蓋骨軌道は外方向回転で変更される。記載されたように部品を回転させることにより、外側前部フランジは低下し、膝蓋骨溝は外側に移動する。これは外側支帯の張力を減らすのに役立ち、膝蓋骨溝をより解剖学的な外側部の場所に位置させるのを助ける。０°から９０°までの屈曲で、この屈曲範囲で膝蓋骨を外側に寄せることから利点が見つけられた。しかしながら、９０°の屈曲の以後、膝蓋骨は内側に寄せられ、膝蓋骨において外側への力と剪断力を増加することがある。これは、骨インプラント中立面により高い応力を導き、膝蓋骨上において膝蓋骨インプラントを擦り減らすことになる。
現在の人工大腿骨関節は、外側からみて、凸状近位前部位を有する。これによって膝蓋骨及び／または靭帯が前部に置換される。凹状前部位を有することにより、凹状部位の金属が少なくなるので、膝蓋骨と靭帯は、より少なく前部で置換される。これで、解剖学的な大腿骨により近似し、膝蓋骨の軌道を改良することを助ける。
本発明の目的は、屈曲空間と伸展空間との均衡をとり、脛骨との適切な整列を維持し、９０°脛骨切除と対称的な厚さの脛骨部品を用いた時前部大腿骨皮質を切痕しないことである。本発明のさらなる目的は、通常範囲の膝の動作中に膝蓋骨が正しく軌跡を描くのを可能にする、改良型人工大腿骨関節（人工大腿骨プロステーシス）を提供することである。
本発明は、全膝関節形成に使用するための改良型非対称人工大腿骨関節と、患者の遠位大腿骨に人工大腿骨関節をインプラントする改良方法を提供する。
本発明によれば、人工膝関節（人工膝プロステーシス）は、前部関節連結面と、外側顆面と内側顆面とを含む遠位および後部関節連結面部と内方向非関節連結面とを有する大腿骨部品と、使用中、大腿骨部品の関節連結面を収容する凹状関節連結面を有する脛骨部品からなり、内方向非関節連結面と外側顆部の関節連結面との距離が、少なくとも大腿骨部品の関節連結面の一部にわたって、内部非関節連結面と大腿骨部品の内側顆部の関節連結面との距離と、異なることにより、機構軸について大腿骨回転の角度が、通常範囲の膝の動作をうけて変化する。
好ましい実施例は、前部、遠位及び後部関節連結面を有する人工大腿骨関節を含む。後部関節連結面部は、前部非関節連結部または内方向面部から異なる距離に配置される一対の顆面を含む。後部外側関節面は、後部内側より前部非関節連結面から離れた距離にある。遠位部位における内側および外側関節面は、部品を横切る線から同じ距離である。
人工大腿骨関節は、切除された遠位大腿骨を収容するための複数の面を含む内方向非関節連結面を有する。好ましくは、非関節連結面は、一対の面取面と同様に、遠位、前部及び後部面を含む。付加的な切断面を備えてもよい。後部非関節連結面は、遠位大腿骨の同様の形に切除された表面にぴったり合う単一平面を形成することが好ましい。
脛骨部品は、使用中、大腿骨部品関節連結面を収容する凹状関節連結面を含む。
本発明の改良型人工大腿骨関節は、中立または外方向回転して整列された従来の大腿骨部品に伴う上述した問題を解決する。
本発明の人工大腿骨関節は、外方向に回転させた部品のように回転されないので、伸展時に脛骨を正しく整列する。この結果、大腿脛骨関節連結は改良され、厳しい摩損を減らす。
脛骨部品は外方向に回転されないので、屈曲時、大腿骨と脛骨部品間の回転に不適合がない。
ほぼ機構軸に対する大腿骨回転の角度は、大腿骨と脛骨の関節面の整列を維持しつつ、通常の範囲の動作で使う際、徐々に変化する。徐々の変化とは、関節の結合構造において、段差のあるまたは即時変化を生じない変化として定義される。患者が使用する通常な範囲の動きは、−１０°から１３０°に及ぶだろう。水平面で歩行するとき、人は通常０°から７０°の範囲である。歩行に関連する全体動作は歩様（gait）と呼ばれる。階段を上るために要求される動作範囲は、約０〜６０°であり、階段を下るには、約０〜９０°である。椅子からの立ち上がりは、０〜１３０°の範囲であり、深い膝の曲げは、０〜１３０°の範囲である。過伸展即ち負の屈曲は、約１０°で立っている時に起こるかもしれない。
前部外側皮質は、追加して骨が取り除かれないから切痕されないはずである。前部大腿骨を切痕しない中立的切断が、使われる。人工関節は回転させないので、前部内側骨の適用範囲が改良される（前部内側にギャップがない）。
新しい大腿骨部品を差し込むための機器は、左右の膝に対し同じ手法を用い、３°の切除を位置決めをする仕事が除かれるため使用するのが簡単である。
本発明において厚さは、単に額面で角をなす遠位切除または中立回転に対して角度をなす後部切除を行うことによって、遠位と後部の両方で変更することができる。もし、前部切除が中立で行われ、後部切除が回転されるなら、前部から後部までの断面図は、台形状になるであろう。
内側間接面および外側関節面の位置の違いは、箱構造および遠位又は後部顆の厚さの変化から独立している。遠位または後部の切断は、同じ設計目的を達成するが額の厚さを一定にするか、もしくは異ならせるためにある角度でもしくは異なる高さで行うことができる。これは、脛骨と正しく整列させることで、屈曲空間と伸展空間を釣り合わせるという同じ結果を生じ、かつ、この新しい人工大腿骨関節の記載中とは異なる厚さを有する。
大腿骨部品は、また多少外方向回転を組み込んで設計してもよい。より外方向の回転を設計して、遠位と後部大腿骨の付加的に中立切除することによって、好ましい実施例の後部顆の厚さにより大きな差をつけてもよい。内側後部顆は、９０°の屈曲において、大腿骨関節ラインが機構軸に沿って３°の回転角をなすように、大腿骨部品の外側後部顆より薄くする。約９０°の屈曲において約１°から１０°までの範囲で他の角度を大腿骨中に設計することができる。前記顆の関節結合構造は、大腿骨部品を横平面で脛骨インサートの配置に関して回転させる必要なく屈曲中および伸展中に大腿骨部品から脛骨部品と関節連結するように変化する。
不適当な膝蓋骨の軌道という問題を解決するために、本発明は、内方向非関節連結面と外方向関節連結面とを有する大腿骨部品を備えこの大腿骨部品は前部関節連結面と遠位および後部の外側および内側顆関節連結面を含み、大腿骨部品の中心線は部品の遠位顆間の中央に形成され、使用時に大腿骨部品の前部関節連結面と連結する関節連結面を有する膝蓋骨部品または自然の膝蓋骨を備え、前記大腿骨部品が前部関節連結面に、前記膝蓋骨が膝の標準的な関節連結時の動作中にたどることができる膝蓋骨溝を有し、溝の縦軸は、前部関節連結面の上位部位にある前記中心線に関して外側に位置され、大腿骨部品の前部関節連結面遠位部位で内側方向に曲がることからなる人工膝関節を提供する。
膝蓋骨溝は、膝蓋骨がより解剖的位置で動くように外側に移動させた。溝は前部部位の中心線の外側に位置し、その後、好ましくは部品の中心線と曲線を描く。膝蓋骨溝の外側への移動は、膝蓋骨が解剖学的位置で動くのを可能にし、膝蓋骨を外側に引く靭帯の張力を減らす。外側への移動は部品の幅によってのみ限定される。
新しい非対称大腿骨部品は、また外側から見て凹状の近位前部部位を有してもよい。この結果、この部位においてより薄い大腿骨部品になる。その利点は、インプラントの厚さが取り除かれた骨の厚さによりぴったりと合致することにある。余分な金属が大腿骨の前部皮質に追加されていないため、膝蓋骨と靭帯は、より解剖学的に機能する。凹状部位は部品の前方に位置する弧の中心を有するが、凸状部位は部品の前部面の後方に位置する弧の中心を有する。
本発明は患者の遠位大腿骨に人工大腿骨関節をインプラントする改良された方法を提供する。遠位大腿骨はまず、前部、後部、遠位及び一対の面取り切断を含む複数の５切断により切除される。人工大腿骨関節は患者の切除された遠位大腿骨に取り付けられる。人工大腿骨関節は、遠位大腿骨の前部、後部および遠位切断にぴったりと合う前部、後部、及び遠位非関節連結部を有する、改良型非対称人工関節である。
患者の脛骨の人工脛骨関節を収容するように切除される。大腿骨と脛骨切断は最大伸展時にほぼ平行になり、人工脛骨関節と人工大腿骨関節に関係し、ほぼ患者の機構軸についての脛骨に対する大腿骨回転の角度は、約−２０°の屈曲のから約１３０°の屈曲までの患者の標準的な範囲の膝の動きを受けて、大腿骨と脛骨関節面の整列を維持しつつ徐々に変化する。
大腿骨後部切除は、無傷の後部大腿骨顆の接線に平行して実行され、ほぼ同量の骨が各後部顆から取り除かれるが、人工関節は外側後部顆より薄い内側後部顆を有する。遠位の厚さは、好ましい実施例では、内側顆と外側顆間で一定である。この結果、従来の人工大腿骨関節を外方向に回転させるのと同様に屈曲空間と伸展空間の両方を釣り合わせる。
本発明の性質と目的をさらに理解するため、添付の図面を用いて、本発明を例示するだけの以下の詳述な記載を参照していたがきたい。図面において同じ部品は同じ番号を示している。
図１は内側後部顆と外側後部顆の厚さと凹状前部部位を示す本発明の好ましい実施例の外側図である。
図２は本発明の装置の好ましい実施例の正面図である。
図３は人の大腿骨、膝関節、及び脛骨と足機構軸を示す正面図である。
図４は９０°の脛骨切除と平行大腿骨切除とを示す人の膝関節の正面図である。
図５は８７°の脛骨の解剖学的角度と９０°の脛骨切除を図解する９０°屈曲時の人の膝関節の正面図である。
図６は９０°の脛骨切除を伴う大腿骨後部と前部の中立切除を図解９０°屈曲時の膝関節の正面図である。
図７は中立整列において対称的厚さの脛骨と人工大腿骨関節を示す９０°屈曲時の人の膝関節の正面図である。
図８は前部と後部の大腿骨上の外方向に回転した切除を図解し、前部外側大腿骨と後部内側大腿骨から多くの骨を取る切断を示す人の膝関節の正面図である。
図９は外方向に回転した対称的厚さの脛骨および人工大腿骨関節と釣り合った側副靭帯を有する９０°屈曲時の膝関節の正面図である。
図１０は従来技術の膝関節置換外科処置の一部として、前部皮質で切痕をうけた大腿骨を図解をする外側図である。
図１１は本発明の方法を用いた膝関節切除を図示し、並行な伸展空間を示す。
図１２は本発明の方法を用いた中立大腿骨切除を図示し、台形状をしている伸展空間を示す。
図１３は前部皮質と後部顆の中立大腿骨切除を示す９０°屈曲時の膝関節の正面図である。
図１４は後部外側より薄い後部内側顆および釣り合った側副靭帯を示す９０°屈曲時の膝関節の本発明の好ましい実施例の正面図である。
図１５は後部で異なる内側および外側曲線を示す本発明の非対称部品の好ましい実施例の外側図である。
図１６は中立大腿骨切除を示す本発明の方法と装置の別の実施例の９０°屈曲時の膝関節の正面図である。
図１７は内側部である薄い外側部を有する脛骨部品を備えた本発明の装置の別の実施例を示す９０°屈曲時の膝関節の正面図である。
図１８は遠位で異なる内側と外側曲線を示す本発明の非対称大腿骨部品の別の実施例の外側図である。
図１９は従来の凸状前部と凹状前部部位を示す大腿骨部品の外側図である。
図２０は中央に配置された膝蓋骨溝を示す従来技術の大腿骨部品の正面図である。
図２１は角度をなす膝蓋骨溝を示す従来技術の大腿骨部品の正面図である。
図２２は本発明の改良型大腿骨部品の正面図である。
図２３は膝蓋骨の位置を示す同様の図である。
図２４は膝蓋骨溝の位置を示す改良型大腿骨部品の遠位図である。
図２５は膝蓋骨溝を示す改良型大腿骨部品の内側図である。
図１と図２は数字１０で全体的に示す本発明の装置の好ましい実施例の概略を示す。非対称大腿骨部品１０は、前部関節連結面部１２、遠位関節連結面１５、及び後部顆面１３Ａを有する外側後部顆１３と、後部顆面１４Ａを有する内側後部面顆１４とを含む一対の顆面とからなる人工関節の関節連結面１１を含む。
非対称人工大腿骨関節１０の近位側は、複数の面１７−２１と適合させて、患者の遠位大腿骨を切除した後にその遠位大腿骨を収容する凹所１６を提供する。前部近位面１７は近位の前部面取部１８に交差する略平面である。前部面取部１８は、前部近位面１７と近位面１９の間にわたっている。近位後部面取部２０は、面１９と後部近位面２１とにわたっている。図２において、非対称人工大腿骨関節１０は外側遠位面２３と内側遠位面２４と間に中央凹所部２２を有する。
図１において、面１３Ａと面１４Ａの位置に差が見られる。外側後部顆１３の最後部に接し額面に略平行に引かれた接線が、線１３Ｂとして示されている。後部顆面１４Ａの最後部点に接して（額面に略平行に）引かれた接線が、線１４Ｂである。線１３Ｂと線１４Ｂ間の距離２５が、外側後部顆１３が内側後部顆１４より厚いことを示す。一方、顆１３と１４のそれぞれの内面２１が同じ平面２１であり、患者の遠位大腿骨の対応する切除面を受け入れる面を形成している。額面即ち前頭面は、線１２Ｃを通りページに垂直な面として図１に示される。それは身体を前半分と後半分に分割する面である。横平面は、通常ウエスト領域を通り、身体を上半身と下半身に分ける面である。便宜上、それは線１２Ｄを通りページに垂直な面として図１に示される。この平面は通常の横平面に平行であり、この記載では機能的に同じである。
大腿骨部品１０には、３°の外方向への回転が、本来組み込まれている。これは外科医が３°外方向へ回転させて大腿骨を切断する現行の手順と対照的である。本発明の大腿骨部品１０上では、機構軸３２にほぼ対する大腿骨回転の角度は、患者の膝の標準的な範囲を動作を通じて、通常約０°の屈曲度から約９０°〜１３０°の屈曲度まで徐々に変化する。患者が使用する動作の標準的な範囲は、−１０°から１３０°までの範囲であろう。人が水平な面を歩行するとき、通常０°から７０°の範囲である。歩行に関連する全動作は、歩様と呼ぶ。階段を上るために要求される動作範囲は、約０〜６０°であり、階段を下るのは、約０〜９０°である。椅子からの立ち上がりは、０〜９０°の範囲、深い膝の曲げは、０〜１３０°の範囲であろう。過伸展即ち負の屈曲は、約１０°で起立中に起こることもある。前記回転は、屈曲と伸展において外側平面に対し平行に大腿骨部品関節面を整列させるのと同様に大腿骨と脛骨部品間の屈曲ギャップを均衡にする。３°の外方向回転は概ね大腿骨の機構軸３２に沿ってである。
全膝の関節形成において、正確な解剖学的構造を再現するには困難がある。図４と図５に図解されているように、患者の脛骨は、通常、額面の軸に対し９０°に切断されるが、脛骨高平台は約８７°である。この不一致は、８７°の切断を正確に再現する困難さに起因する。また、８７°の切断または内反（varus）切断によって、脛骨部品が緩む傾向にあることが記載されている（膝学会の会報1985-1986，ラスキン(Laskin)，内反膝変形(Varus Knee deformity)）。
図３、図４及び図５に示されるように、９０°の切断によって、骨は脛骨の内側３４より外側３３の方が多く取り除かれる。図４には、脛骨切断は３５として指示されている。このため、９０°の屈曲において、等分に大腿骨の切断が行われる場合、脛骨の切除３５と大腿骨の後部切除３８、３９が平行でなくなる。これは、内側３４で空間が小さく、外側３３で空間が大きくなる結果を生じ、これによって内側と外側で対称的な厚さを有する、従来の脛骨と大腿骨部品が用いられた場合、靭帯４０、４１が不均衡になる（図７参照）。
この問題の現在の解決は、切断ブロックを回転させて後部内側大腿骨顆からより多くの骨が取り除くことである。これが、この技術で外方向回転と呼ばれる。外方向に回転（遠位端から見て左膝について時計方向回転）させることにより、後部大腿骨切除は、９０°の脛骨切除に平行になる（図８参照）。この結果、側副靭帯４０と４１は、図９に示されるように、人工関節がインプラントされたとき、伸展と屈曲において均衡になる。現在の業界基準は、３°の外方向回転である。
この従来の外方向回転の一つの問題は、図１０に従来技術の人工大腿骨関節Ｆと人工脛骨関節Ｔと共に図示されているように、外側前部大腿骨皮質を切痕する危険性である。図８は、図６に示される大腿骨の等分切除より多くの骨が前部外側と後部内側で取り除かれることを示す。図１０は、大腿骨が折れる危険性を大きく増す、ノッチ４３を伴う前部皮質４２を図解している。
好ましい実施例において、大腿骨後部切除は等分に行われ、各後部顆からほぼ同量の骨が取り除かれるが、人工関節は、図１４で示されるように、その外側後部顆１３より薄い内側後部顆１４を有する。遠位厚さは、図１５に示される好ましい実施例において、内側顆と外側顆間で同じである。これは、従来の人工大腿骨関節を外方向に回転することと同様に、屈曲空間と伸展空間の両方を均衡にする。図１１、図１２は、本発明の方法に適用した等分大腿骨切除を示す。遠位大腿骨切除は４４、脛骨切除は４５として示され、平行な伸展空間４６を形成している。前部切除は、図１１と図１２において４８として示されている。図１２において、後部大腿骨切除３８と３９は膝が屈曲状態であるとき現れ、台形状屈曲空間４７を形成する
もう一つの方法と装置が図１６〜１８に示される。本発明の方法と装置のこの別の実施例は、９０°の脛骨切除５１と、内側より外側の方が厚い脛骨部品５０を用いている。そこで、大腿骨部品６０は、内側遠位顆６２より薄い外側遠位顆６１を有するであろう。そこで、後部顆６３と６４は、この別の実施例において、屈曲時約９０°の同じ厚さを有するであろう。
本発明によれば、単に額正面で角をなす遠位切除、または等分回転に関して角をなす後部切除を行うことによって、厚さと遠位と後部の両方で、変えることができるだろう。もし、前部切除が等分に行われ、後部切除が角度をなすなら、前部から後部への断面が、横平面に台形状になる。
図１３〜１８に示される非対称人工大腿骨関節部品１０と６０は、内側と外側との違いが箱型構造とは無関係に、遠位顆の厚さがどのようにも変化することにあることを示す。遠位切断または後部切断は、同じ設計目的を達成するが一定の顆の厚さを維持する、または異なる顆の厚さを維持するために、ある角度、または異なる平面で行うことができる。これは、脛骨との適切な配列によって屈曲空間と伸展空間を均衡にするという同じ結果を生じ、この新しい人工大腿骨関節の記載とは異なる顆の厚さを有するだろう。
大腿骨部品は幾分かの外方向回転を組み込んで設計されることもできる。遠位と後部の大腿骨の従来の等分切除では、後部人工関節の顆の厚さの差が大きくなれば、より大きな外方向回転を生成する。
新しい大腿骨部品の設計は、９０°の脛骨切除を補正するように位置させることを意図している。額面で９０°で脛骨を切除し、内側と外側で同じ厚さを有する、人工関節脛骨部品を位置させることは、脛骨の内側部が高くなる結果になる。これを補正するため、本発明の大腿骨部品は、遠位と後部の大腿骨切除と共に、大腿骨に関する内側関節ラインを上げて脛骨に起こるこの上昇を補正する。
後部大腿骨については、これは、後部大腿骨顆関節ラインに対しほぼ平行に、後部大腿骨を切除することによって達成される。人工関節内側大腿骨顆は内側に起こる切除より薄い。このことによって、屈曲において膝と一緒に後部内側大腿骨関節ラインが上昇する結果になる。
大腿骨の遠位切除は大腿骨の内側顆と外側顆から非対称の量の骨を取り除くことにより達成される。遠位内側面と外側面は、そこで、同じ厚さの人工関節内側面と外側面に置き換えられる。
追加の骨が内側遠位大腿骨顆から取り除かれるので、これは、屈伸時の膝に内側遠位大腿骨関節ラインの上昇を引き起こす。これもまた、額面で９０°の脛骨切除により起こる脛骨の内側部の上昇に対し補正する。
図１９は大腿骨部品の外側図を示す。前部部品６５は、弧の中心が部品の前部に設定されている新大腿骨の凹状部位を示す。前部部位６６は、弧の中心が前部面に対し後部に設定されている従来の大腿骨部品の凸状部位を示す。図１９に示すように、この凹状前部は前部の金属を減らす結果になり、切除された骨を同量の金属でより密接に置き換える。
図２０と２１は、膝蓋骨溝６７が、大腿骨部品の中心線６８に関して中央に位置選定されているか（図２０）、または角度をなしている（図２１）従来技術の人工関節を示す。
一方、図２２の改良された大腿骨部品は、膝蓋骨溝を有する、部品の前部部位６５の中心線６８の外側でかつこの線にほぼ平行に位置選定され、次に、顆内ノッチ７０で中心線６８の方に曲げれている。溝６７の深さは、図２５に線７２で示される。膝蓋骨大腿骨溝を外側に置くことにより、靭帯はさらに均衡化され、膝蓋骨はより滑らかにより正確に膝蓋骨大腿骨溝をたどることができる。新設計は、前部部位でほぼ真っすぐにではあるが中心線の外側にずれて配置され、そして顆内ノッチ部位中に徐々に転移する膝蓋骨大腿骨溝である。このタイプの膝蓋骨大腿骨溝設計は、中心線または角度をなす膝蓋骨大腿骨溝設計に比較して、より高い屈曲度ではるかに外側に膝蓋骨を動かす。これは、軟組織の外側への解離の必要性を避けるべく膝蓋骨を適切に動かせるため、臨床上の利点になる。膝蓋骨は、図２４に示される顆内ノッチにおいて部品の中心線へと徐々に転移する前に、約４０〜５０°の屈曲まで外側を動くことができる。高度の屈曲において大腿骨部品と膝蓋骨とが十分に接触するため、顆内ノッチに転移する。
次に示す表に、この明細書および添付の図面に使用する部品番号と部品の説明をあげる。
部品表
部品番号    記載
10    非対称人工大腿骨関節（asymmetrical femoral prosthesis）
11    人工関節の関節連結面（prosthesis articulating surface）
12    前部関節連結面（anterior articulating surface）
12A   前部接線（anterior tangent line）
12B   前部凹状面（anterior concave surface）
12C   額面（frontal plane）
12D   横平面（transverse plane）
13    外側後部顆（lateral posterior condyle）
13A   後部顆面（posterior condyar surface）
13B   後部外側接線（posterolateral tangent line）
14    内側後部顆（medial posterior condyle）
14A   後部顆面（posterior condylar surface）
14B   内側接線（medial tangent line）
15    遠位面（distal surface）
16    近位窩（proximal recess）
17    前部近位面（anterior proximal surface）
18    近位前部面取部（proximal anterior chamfer）
19    近位面（proximal surface）
20    近位の後部面取部（proximal posterior chamfer）
21    後部近位面（posterior proximal surface）
22    窩（recess）
23    外側遠位面（lateral distal surface）
24    内側遠位面（medial distal surface）
25    オフセット距離（offset distance）
26    内側遠位面（medial distal surface）
27    外側遠位面（lateral distal surface）
28    角度（angle）
29    解剖的角度の脛骨（anatomical angle tibia）
30    大腿骨（femur）
31    脛骨（tibia）
32    機構軸（mecanical axis）
33    外側（lateral side）
34    内側（medial side）
35    90°の脛骨切除（ninety degree tibial resection）
36    遠位大腿骨切除（distal femoral resection）
37    伸展空間（extension space）
38    大腿骨切除−後部内側（femoral resection-posteromedial）
39    大腿骨切除−後部外側（femoral resection-posterolateral）
40    外側側副靭帯（lateral collateral ligament）
41    内側側副靭帯（medial collateral ligament）
42    前部大腿骨皮質（anterior femoral cortex）
43    切痕（notch）
44    遠位大腿骨切除（distal femoral resection）
45    脛骨切除（tibial resection）
46    伸展空間−平行（extension space-parallel）
47    屈曲空間−台形（flexion space-trapezoidal
48    前部切除（anterior resection）
49    角度（angle）
50    脛骨部品（tibial component）
51    脛骨切除（tibial resection）
F     人工大腿骨関節（femoral prosthesis）
T     人工脛骨関節（tibial prosthesis）
60    大腿骨部品（femoral component）
61    外側遠位顆（lateral distal condyle）
61A   外側遠位面（lateral distal surface）
62    内側遠位顆（medial distal condyle）
62A   内側遠位面（medial distal surface）
63    後部外側顆（posterolateral condyle）
64    後部内側顆（posteromedial condyle）
65    新非対称大腿骨の凹状前部部位
66    従来の大腿骨の凸状前部部位
67    膝蓋骨溝（patella groove）
68    大腿骨部品の中心線（centerline of femoral component）
69    膝蓋骨溝の縦軸（longitudinal axis of patella groove）
70    顆内切痕（intracondylar notch）
71    膝蓋骨部品（patella component）
72    膝蓋骨溝の深さを示す線
ここに教示される本発明の概念の範囲内で数多くの種々な異なる実施態様が可能で、法による記載要件に従ってここに詳述された実施例に多くの改変が可能であることから、ここに記載の詳細は例示のためのものであって発明を制限する意味ではないと解釈されるべきであることを理解すべきである。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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