(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿骨に装着される大腿骨コンポーネントと、脛骨に装着される脛骨コンポーネントとからなる人工膝関節において、大腿骨コンポーネントの内側顆の肉厚を外側顆の肉厚よりも厚くするとともに、内側顆を支持する脛骨コンポーネントの内側関節面の肉厚を外側顆を支持する外側関節面の肉厚よりも薄くし、内外方向の垂直断面における内外顆と内外関節面との接触面の最下位点を結ぶジョイントラインを屈伸角度全域に亘ってほぼ等しい角度で内傾させ、かつ、内側顆の内外方向における最大肉厚点を前後に連ねた最大肉厚ラインを前方に行くほど外向させるとともに、内側関節面の後部に内側顆を嵌まり込ませて内側顆のそれ以上の後方移動を規制するピボットベースを形成する他、外側関節面の内外方向における最低点を前後に連ねた最低点ラインの後部をピボットベースの中心に設定されたピボットポイントを中心に内向させた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】
本発明は、膝関節に置換される人工膝関節に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
膝関節が変形性膝関節症、慢性関節リウマチ、骨腫瘍を罹患したり、外傷等を負った場合、人工膝関節に置き換えることが行われている。この人工膝関節は、内外二つの顆を有する大腿骨コンポーネントと、この二つの顆をそれぞれ支持する内外二つの関節面を有する脛骨コンポーネントとの組み合わせからなるが、これらの顆や関節面は、生体膝関節と同等な動きをする必要がある。
【０００３】
具体的には、人工膝関節を装着した場合、大腿骨と脛骨との間に亘って存在する靱帯、特に、側副靱帯の緊張、弛緩のバランスを崩さず、しかも、内外顆とこれを摺動自在に支持する内外関節面の接触面の最下位点を結ぶ線（以下、これをジョイントラインと呼ぶ）が屈伸角度全域に亘って内側方向に３°前後下がって（内傾して）いることである。靱帯バランスが崩れると、屈伸運動が阻害されるし、内傾が維持できていないと、伸展時に足首が外側に向き（外旋）、屈曲時に内側側に向く（内旋）、内外旋運動が起こらず、生体膝関節と同等な動きができない。
【０００４】
ところで、従来における人工膝関節には、図８（ａ）におけるようなものが一般的であった。この図は、右膝を９０°屈曲したとき（屈曲位）に正面から見たものであるが、大腿骨の骨切りラインＢＣを内外顆でＳＥＡ（屈伸中心軸）から等距離にし、コンポーネントの肉厚も内外顆で同じにしたものである。大腿骨コンポーネントを単純に機械化することで、この顆の部分を左右の膝で兼用できるから、製作が容易で、コストが易い利点があるし、手術における骨切りも容易である利点がある。しかし、ジョイントラインＪＬは水平になるから、屈伸時に内外旋運動が誘発されず、深屈曲ができないといった欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、図８（ｂ）に見られるように、大腿骨の骨切りに際してその骨切りラインＢＣをＳＥＡからの長さを内側顆の方を外側顆よりも長くしてジョイントラインＪＬを生体膝関節と同様に内傾させたものがある。しかし、脛骨コンポーネントの支持面は、内外で同じ高さに設定されていることから、内側顆の方が上昇してこちら側の内側側副靱帯が延びて過緊張を起こし、スムーズな屈伸ができなくなる。このため、靱帯の一部を切断したりすることもあるが、こうすると、屈伸時に靱帯の制御機能を受けられず、屈伸運動がぎごちなくなる上に、出血を伴って手術時間が長くなり、患者の負担が増える。
【０００６】
図８（ｃ）はこれを是正するためのもので、特表平１１−５０４２２６号公報に見られるものであるが、大腿骨コンポーネントの内側顆の肉厚を外側顆よりも薄くし、内側顆を下げて靱帯の過緊張を矯正したものである。しかし、靱帯バランスは正常に戻るものの、一方で、ジョイントラインＪＬの内傾度が減少するから、屈伸時の内外旋運動が起こらず、深屈曲ができない。尚、この先行例には、内側顆の後部の肉厚を薄くし、屈伸終期に内旋が誘発されるものが示されているが、ジョイントラインＪＬの内傾は屈伸の全体に亘って確保される必要があるから、特に、伸展時の内旋運動が起こらず、スムーズな屈伸が妨げられる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、大腿骨に装着される大腿骨コンポーネントと、脛骨に装着される脛骨コンポーネントとからなる人工膝関節において、大腿骨コンポーネントの内側顆の肉厚を外側顆の肉厚よりも厚くするとともに、内側顆を支持する脛骨コンポーネントの内側関節面の肉厚を外側顆を支持する外側関節面の肉厚よりも薄くし、内外方向の垂直断面における内外顆と内外関節面との接触面の最下位点を結ぶジョイントラインを屈伸角度全域に亘ってほぼ等しい角度で内傾させ、かつ、内側顆の内外方向における最大肉厚点を前後に連ねた最大肉厚ラインを前方に行くほど外向させるとともに、内側関節面の後部に内側顆を嵌まり込ませて内側顆のそれ以上の後方移動を規制するピボットベースを形成する他、外側関節面の内外方向における最低点を前後に連ねた最低点ラインの後部をピボットベースの中心に設定されたピボットポイントを中心に内向させたことを特徴とする人工膝関節を提供する。
【０００８】
本発明に係る人工膝関節は、大腿骨コンポーネントの内側顆の肉厚を外側顆のそれよりも厚くし、脛骨コンポーネントの外側関節面の肉厚を内側関節面のそれよりも薄くしたものであるから、ＳＥＡから摺動面までの長さ、即ち、モーメントアームの長さは変わらないものとなり、靱帯、特に、内側側副靱帯の緊張、弛緩のバランスの獲得が容易になり、スムーズな屈伸が可能になる。加えて、ジョイントラインの内傾により、内外旋運動も誘発されることになり、深屈曲も可能になる。これらのことから、生体膝関節に近い動きをとることができる。尚、この場合におけるジョイントラインの傾きは、生体膝関節と同じ程度の１〜１０°、好ましくは２〜５°が適する。
【０００９】
又、内側顆の内外方向における最大肉厚点を前後に連ねた最大肉厚ラインを前方に行くほど外向させたものであるから、上記したジョイントラインの内傾と相まって、屈曲時における膝関節の内旋運動を更に誘発し、屈伸動作も滑らかになる。さらに、内側関節面の後部に内側顆を嵌まり込ませて内側顆のそれ以上の後方移動を規制するピボットベースを形成するとともに、外側関節面の内外方向における最低点を前後に連ねた最低点ラインの後部をピボットベースの中心に設定されたピボットポイントを中心に内向させたものであるから、内旋運動の更なる助長と、深屈曲を可能にする。
【００１０】
以上の人工膝関節の置換には、大腿骨、脛骨共に所定の骨切りを必要とするが、その場合は、大腿骨はＳＥＡに平行に骨切りすればよいし、脛骨は機械軸に直角に骨切りすればよいから、手術が容易である利点もある。尚、ここでＳＥＡ及び機械軸とは、ＳＥＡは大腿骨が屈伸するときの回転中心となる軸のことであり、立位のときには、足首と股関節の中心を結んだ機械軸と直角になっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、図１は本発明の一例を示す人工膝関節を構成する大腿骨コンポーネントの斜視図、図２は同じく底面図、図３は脛骨コンポーネントの斜視図、図４は同じく平面図、図５は以上の大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントを装着した膝関節の側面図、図６は伸展時の背面図、図７は９０°屈曲時の背面図である。
【００１２】
人工膝関節は、大腿骨コンポーネント１と脛骨コンポーネント２との組み合わせからなるが、このうち、大腿骨コンポーネント１は、チタン合金等の生体適合金属で構成され、中央後部に入江状の欠落部を設けて内側顆３と外側顆４とを側面視で略円形、即ち、略Ｃ形に形成したものであり、大腿骨５の遠位端に装着される。尚、欠落部の部分をボックスで覆って相手方部材の特定の動きを規制するＰＳ型と称されるタイプもあるが、機能的には同じである。この場合、内側顆３と外側顆４を前後方向から見ると、その外郭は凸面形をしており、この凸面形が前後に筋条に続いているものである。
【００１３】
これに対して、脛骨コンポーネント２は、生体適合金属のベースの上に超高分子ポリエチレン等の医療用樹脂材のインサート７を形成したものであり、脛骨６の近位端に装着される。インサート７の上面には、前記した大腿骨コンポーネント１の内側顆３と外側顆４とをそれぞれ支持する内側関節面８と外側関節面９とが間に低い隆起部１０を隔てて形成されている。これら両関節面８、９共に内側顆３と外側顆４との外郭形状に略沿った凹面形に形成されており、この凹面形が前後に展開されている。この場合、内外顆３、４と内外関節面８、９の上下の投影面はほぼ同じに設定されている。
【００１４】
ところで、大腿骨５と脛骨６とは膝の屈伸に伴って相対的に屈曲、伸展する必要があるが、以上の人工膝関節では、この動きを内外顆３、４が内外関節面８、９上を転がりと滑りを伴って滑動することで可能にしている。屈伸する角度は−１０〜１３０°であり、その初期には転がりが主体となり、後期には滑りが主体となるが、いずれの動きも十字靱帯や側副靱帯といった靱帯群が制御しており、内外顆３、４が内外関節面８、９から脱落（脱臼）することはない。
【００１５】
本発明は、大腿骨コンポーネント１における内側顆３と外側顆４の肉厚を内側顆３の方を厚くしたものである。そして、これに伴って脛骨コンポーネント２のインサート７における内側関節面８と外側関節面９の肉厚を内側関節面８の方を薄くしたものである。即ち、内側顆３と外側顆４及び内側関節面８と外側関節面８の外周面にそれぞれ側副靱帯の緊張、弛緩のバランスを崩すことがないように段差を設けたもので、内外方向の垂直断面において、それぞれの顆３、４とこれを受ける関節面８、９の接触面のうちの最下位点を結ぶジョイントラインＪＬを内側方向を低く、即ち、内傾させたものである。尚、これらの段差は、コンポーネントの製作時に可能であるから、それほど難しくはない。以上において、大腿骨の骨切ラインＢＣはＳＥＡに平行に設定し、脛骨の骨切りは機械軸に直角に行うことになる。
【００１６】
このようにする理由は、生体膝関節がこのようになっているからであり、これと同じにすることで、側副靱帯の緊張、弛緩のバランスを崩すことがないようにして置換後の膝（屈伸）機能を低下させないようにしたものである。尚、この場合のジョイントラインＪＬの内傾角度αは、生体膝関節と同じ１〜１０°、好ましくは２〜５°にするのが適する。この他、本例では、内側顆３の凸面の曲率半径を外側顆４のそれよりは小さくしており、これに伴って内側関節面８の凹面の曲率半径も外側関節面９のそれより小さくしている。
【００１７】
又、本例では、内側顆３の最大肉厚点を前後に連ねた最大肉厚ラインＭを前方に行くほど外向させて外側顆４の最大肉厚点を前後に連ねた最大径ラインＭ′との間隔を狭めて（これに伴って内外関節面８、９にもこれに対応するラインＬ、Ｌ′が形成される）、所謂、トーインにしている。こうすると、屈曲時における脛骨６側の内旋運動が更に誘発されるからである。
【００１８】
更に、本例では、内側関節面８の後部に内側顆３を嵌まり込ませて内側顆のそれ以上の後方移動を規制するピボットベース１１を形成している。即ち、内側関節面８は、側面視で半径Ｒ1 による凹面形に形成されているが、この凹面形の後部に半径Ｒ2 （＜Ｒ1 ）の凹面形を形成してこれをピボットベース１１としたものである。この場合において、ピボットベース１１の最低面は、内側関節面８の最低面と同じかやや低く設定してある。
【００１９】
一方、ピボットベース１１の後方には、半径Ｒ1 による凹面形を若干残しておくのが好ましい。立位（伸展時）のときには、この部分が作用することになるから、これが存在することでその姿勢が安定するからである。屈曲後期において、内側顆３がピボットベース１１に嵌まり込むと、内側顆３はそれ以上の後方移動は規制されて滑りのみの相対運動となる。従って、内旋運動が助長されて屈曲が滑らかになるとともに、深屈曲を可能にするが、このとき、外側関節面９の最低点を前後に連ねた最低点ラインＬ′の後部をピボットベース１１の中心に設定されたピボットポイント１２を中心に内向させることで、この内旋運動がより一層誘発され、大きな屈曲角度を得ることができる。
【００２０】
以上の人工膝関節を装着すると、ジョイントラインＪＬが内側の方が低くなるように傾斜していることによって、膝の屈曲、伸展の際の挙動は当然に生体膝関節に近いものとなり、靱帯、特に、側副靱帯の緊張、弛緩のバランスを崩すようなことはない。従って、手術時にこれを一部剥離したりしなくても機能低下は来さず、患者の負担を軽減させる。又、このときに内外顆の最大径ラインＭ、Ｍ′の間隔をトーインさせることで、屈伸時における内外旋運動を誘導し、屈伸動作も滑らかになる。ところで、この人工膝関節の装着時、大腿骨５と脛骨６の骨端を骨切りしなければならないが、本発明では、上記したように、大腿骨の骨切りはＳＥＡに平行に、脛骨の骨切りは機械軸に直角に行えばよいから、手術の容易さも図られる。
【００２１】
【発明の効果】
以上、本発明の人工膝関節によれば、装着時における側副靱帯の緊張、弛緩のバランスが獲得できて屈伸がスムーズであるともに、伸展時の外旋運動及び屈伸終期の内旋運動も誘発され、滑らかな動きができて深屈曲も可能になる。この点で、生体膝関節と同様な動きが具現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す大腿骨コンポーネントの斜視図である。
【図２】本発明の一例を示す大腿骨コンポーネントの底面図である。
【図３】本発明の一例を示す脛骨コンポーネントの斜視図である。
【図４】本発明の一例を示す脛骨コンポーネントの平面図である。
【図５】本発明の一例を示す大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントを装着した膝関節の側面図である。
【図６】本発明の一例を示す大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントを装着した膝関節の伸展時の背面図である。
【図７】本発明の一例を示す大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントを装着した膝関節の９０°屈曲時の背面図である。
【図８】従来例における右膝を９０°屈曲したときに正面から見た説明図である。
【符号の説明】
１    大腿骨コンポーネント
２    脛骨コンポーネント
３    内側顆
４    外側顆
５    大腿骨
６    脛骨
８    内側関節面
９    外側関節面
１１  ピボットベース
１２  ピボットポイント
Ｊ    ジョイントライン
Ｍ    最大肉厚ライン
Ｍ′  最大肉厚ライン
Ｌ    最低点ライン
Ｌ′  最低点ライン
【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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