JP3676396B2 - 膝プロテーゼ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、膝関節交換用プロテーゼに関する。
【０００２】
【従来技術】
現在使用されている膝関節交換用装置の大半は、関節炎の関節表面を切除し、金属またはプラスチック表面と置換する、顆移植タイプのものである。このような構造では２つの相反する条件がある。すなわち、第１の条件は運動の自由度が求められるため、大腿骨表面と脛骨表面との間の形状対応性が比較的低いことが要求されるが、一方、プラスチック面に対する接触応力は小さいことが好ましいので、対応性が高いことが要求されることである。このような相反する条件は、膝蓋骨−大腿骨支持関節についても当てはまる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのようなジレンマを解決するいくつかの解決案を提供するものである。まず第１に、サジタル径を変更し、脛骨表面に対して、更に好ましくは膝蓋骨とも、連続接触表面を有する大腿骨部品を提供するのものである。第２に、本発明は、大腿骨支持表面に対するガイドトラックがサジタル平面内で湾曲し、必要な安定性のみならず前方および後方への並進運動の自由度が与えられるようなスライド支持タイプのプロテーゼ（人工関節）を提供するものである。
【０００４】
上記概念は、特定ケースの条件に応じて適宜プロテーゼに組み合わせて用いられてよい。
本発明は上記概念の変形例及び大腿骨部品の種々の構造も含むものである。
【０００５】
膝プロテーゼの設計上の別の問題は、歩行中の負荷および運動に耐えるのに頑丈さが不十分になったり、または不安定な関節とならないように、適度な運動の回転自由度をいかに与えるかにある。従って本発明は、別の態様では、この問題に対処した人工膝関節にも関するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
（ａ）一対の顆支持表面を有する大腿骨部品と、
（ｂ）脛骨プラットフォームを有する脛骨部品と、
（ｃ）大腿骨部品と脛骨部品との間に位置し、これら部品の間で負荷を伝えるようになっており、前記大腿骨部品の一対の顆支持面を受けるための凹状部を有し、前記脛骨プラットフォーム上でほぼ前方−後方方向に摺動運動できるようになっている半月部品と、
（ｄ）前記プラットフォームに連動し、前記凹状部の間で半月部品に係合する第一の突起からなるガイド手段とを備え、
それにより前記半月部品が前方−後方（ａ−ｐ）方向にスライド移動するようにガイドされ、且つ、その回転が脛骨プラットフォーム上の第２の突起によって限定される膝交換用プロテーゼにおいて、
前記第１の突起は、断面形状が実質的にＴ字形のポスト・キャップ型突起で、半月部品内に形成された対応形状のスロット内にスライド運動可能に係合し、これにより前記半月部品の脛骨プラットフォームからの脱離を抑止し、又、前記スロットは、前記ポスト・キャップ型突起を該スロットに嵌め込ませることが出来るように一方側が開放され、他方側は閉じられて前記半月部品の前方−後方（ａ−ｐ）方向のスライド移動を制限す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。
【０００７】
【作用】
本発明のプロテーゼは顆状移植タイプのものである。このタイプのプロテーゼでは、人工関節に安定性を与えるため、自然の側副靱帯および十字靱帯の一部またはすべてを残している。十字靱帯への損傷を与えることなく、自然の関節表面を切除することは困難であるので、少なくとも後方十字靱帯を切除することが一般的である。しかしながら側副靱帯は一般に残される。
【０００８】
通常、大腿骨部品の顆状表面は、屈曲角度の大部分にわたって半月部品内のへこみすなわち凹部に極めて密に対応した形になっており、応力の高い点を最小とするように大きく湾曲した形状になっている。かかる高い形状対応性は脛骨プラットフォーム上の半月部品の摺動自由度により補償されている。
【０００９】
脛骨支持表面は、一つ以上のサジタル断面で見た場合において、大腿骨部品の支持表面の径に実質的に一致する曲率半径を有することが好ましい。しかしながら後方部から前方部まで実質的に連続に接触した場合、サジタル断面の形状には差異が生じ得る。関節における必要な弛緩性を考慮することが好ましい。例えば大腿骨のサジタル断面の径は脛骨支持表面の対応する断面の径よりも若干小さくし、プロテーゼの２つの部品を手術で埋め込む際の差異を吸収するための十分な間隙を残し、更に通常の機能ができるように適当な弛緩性を与えることが好ましい。
【００１０】
プロテーゼの装着時に十字靱帯を残す場合、削除される顆を囲む大腿骨部品部分には、靱帯が通過できるようにするスロットを設けることができる。しかしながら外科医の多くは十字靱帯を切除することを好んでおり、この場合大腿骨部品は全幅にわたる遠位／後方領域すなわち横方向−中央方向に連続する。
【００１１】
サジタル平面における大腿骨部品の一定の径が最も遠位の点の付近に延びる範囲は、関節に所望の屈曲度を与えるのに十分な範囲の値である。
【００１２】
大腿骨部品の前方面には膝蓋骨溝が形成され、この溝は、すべての屈曲度にわたって膝蓋骨と溝とが接触するような形状になっている。
【００１３】
すべての屈曲段階での大腿骨および脛骨支持表面の形状一致性は、金属半月支持表面とプラスチック半月支持表面との接触面積を増加させ、これにより摩耗および変形が低減される。脛骨部品のサジタル湾曲は上側にへこんでいるので、この脛骨支持表面の前方および後方への曲がりは前方−後方、中心−側方および内部−外部の回転運動の安定性を増加させる。屈曲のすべての段階において、膝蓋骨（自然および人工のいずれであれ）と膝蓋骨の溝との密な接触も、関節の安定性を増すのに寄与している。
【００１４】
膝プロテーゼの脛骨部品は切除された脛骨に固定するようになっている金属プラットフォームを含み、このプラットフォーム上で摺動運動できるようにプラスチック半月支持部品が取り付けれらており、更にほぼａ−ｐ方向にガイドされる。プラスチック部品と金属プラットフォームとの間の嵌合表面は平らでもよいし、またこれと異なり側方−中心線に円筒軸が延びるほぼ円筒形でもよく、この円筒体の径は大腿骨部品と脛骨部品との間の支持表面の最大サジタル径よりも大きい。サジタル平面における大腿骨部品と脛骨部品との間の支持表面の湾曲は、プラスチック部品と金属プラットフォームとの間の円筒形嵌合表面の湾曲と同一方向である。
【００１５】
前方−後方への摺動運動が可能であることにより、プロテーゼは前方−後方の運動の自由度を有し、これにより部品と骨との境界におけるせん断応力を小さくしたまま、屈曲度を大きくできる。
【００１６】
サジタル平面から見てプラスチック部品と金属プラットフォームとの間に円筒形支持表面を設けたことにより、前方および後方への運動が拘束されるという利点が得られる。プラスチック支持部品が中心位置から離間するように変位する際の重力により、プラスチック部品と金属プラットフォームとの間の上方に曲がった境界で拘束力が増している。
【００１７】
しかしながら、凹状のプラットフォームは本質的なものではなく、平らな脛骨プラットフォームでは半月部品と脛骨プラットフォームとの間のある程度の相対的回転運動を行うことが容易となるという利点がある。
【００１８】
ある程度のａ−ｐ摺動運動の他に、脛骨プラットフォーム上での半月部品の回転運動を約±１５度、好ましくは約±１０度とすると有利であることが判っている。一般に、外部の回転角度は内部の回転角度よりも大きくするべきである。また、半月部品および大腿骨部品が脛骨プラットフォームの中心線をほぼ貫通するａ−ｐ軸の中央に変位した垂直軸を中心に回転するよう、かかる回転運動を誘導すると有利であることが判っている。内側顆およびそれに対応する脛骨弓状表面はより広く、自然の膝の回転運動は内側に変位した軸を中心とするので、これにより関節の安定性が増す傾向がある。
【００１９】
本発明の特徴によれば、この回転運動の誘導はプロテーゼの内側面における半月部品の運動を拘束する停止手段を設けることによって、極めて容易に行うことができる。当接部は後方側、かつ中心線の内側にて、脛骨プラットフォームより上方に突出するように位置決めすることが好ましい。
【００２０】
【発明の好適態様】
本発明の種々の特徴および利点は、下記の説明および添付図面からより明らかとなろう。
【００２１】
添付図面中の図１は、３０度ごとの異なった屈曲角０〜１２０度にある、自然の膝のサジタル図を示す。大腿骨２の遠位端１は、後部３よりも径が大きくなっていることがわかる。屈曲角が０度の場合、径の大きいほうの遠位端１は、脛骨４の頂部に接触するので、その結果、順応性はより大きく、接触面もより広くなっている。他の構造体、特に大腿骨顆と脛骨顆との間に介在された変形自在な円盤である半月は、この接触面積を増している。膝が曲がると、大腿骨と脛骨間の形状一致性が低下し、これにより接触面積が減少し、接触応力は大きくなる。しかしながら変形自在な半月が大腿骨表面と脛骨表面との間でその形状を変更し、負荷を分散する。ケガによりこの半月が除かれると、後年、変形性関節炎を被る確率が高くなる。
【００２２】
膝は弛緩性（これは運動自由度とも称すことができる）および安定性の双方の能力を有し、許容限度内に変位運動および回転運動を制御する。弛緩性には、互いに垂直な３本の座標軸のうちのいずれかの直線または回転並進運動を含むことができる。本発明の説明のため、弛緩性は前方および後方変位運動、中央横方向変位運動および内外回転運動のみと考えるが、これら運動は最も重要なものである。前方および後方の安定性は主に十字靱帯によって得られている。図１では、特に屈曲角の大きい図で前方十字靱帯５を見ることができる。回転方向の安定性は、十字靱帯と側副靱帯の組み合わせによって得られる。筋肉も安定性を与える上で重要な役割を果たしている。関節表面は表面が若干皿状となり、かつ関節状の軟骨が変形できるので、関節を横断するように力が加えられる際の安定性に寄与している。弛緩性は靱帯、関節表面およびこの関節を囲むその他軟質組織が弾性的に伸びることによるものである。
【００２３】
膝蓋骨が四頭筋および上方脛骨との間で力を伝える重要な骨となっている。広義に表現すれば、この膝蓋骨は大腿骨の前方で上下に摺動するプーリーとみなすことができる。この膝蓋骨は大腿骨の前方の溝内に密に嵌合しているので、その接触面は膝蓋骨の幅方向を横断する広い帯状となっている。屈曲角度が約９０度を越えると、接触部は膝蓋骨が内側顆状溝をまたぐような２つの部分に分かれる。
【００２４】
顆状置換体を導入する際は（図２）、大腿骨の端部に大腿骨部品２０を取り付け、脛骨の上方部分に脛骨部品２１を取り付ける。通常、大腿骨顆の端部は切除し、大腿骨部品を受け入れるように成形され、顆内に貫入する骨セメントおよび／またはペグを用いて、所定位置に保持される。側副靱帯および十字靱帯は、大腿骨部品内にスロット２２を設けることにより保持できるが、多くの構造では前方を切除するか、または双方の靱帯を切除している。膝蓋骨２３（自然の膝蓋骨または置換用人工膝蓋骨のいずれも）は、溝２４内に嵌合する。従来のプロテーゼを用いた場合に膝が曲げられると、大腿骨表面と脛骨表面との間の順応性は明らかにないので、その結果プラスチック面にかかる接触応力は高く、多くの場合プラスチック面が破壊されて故障に至ることが多い。
【００２５】
従来の構造では、多くの問題があった。例えば正常な膝におけるように、力を分散させるような半月はない。前方靱帯を切除した場合、理想的には補償のため、脛骨プラスチック表面の後方を上方に膨れ上げるようにすべきであり、前方靱帯も切除する場合は前方部を膨れ上げるようにすることが必要である。屈曲角が約９０度を越えると、膝蓋骨部品に２つの別個の接触点が生じ、これによって大きな応力および変形が生じ、時に噛み付き現象も生じることがある。
【００２６】
図３の（ａ）に、本発明に係わる代表的な大腿骨部品を示す。顆表面３１は、特にサジタル図における解剖図に似ており、十字靱帯の一方または双方に対し、切り欠きすなわちスロット３２がある。膝蓋骨溝３３は、下方の切り欠き３２まで連続しており、その後、溝は分かれている。図３の（ｂ）における大きいほうの大腿骨部品は、膝蓋骨溝を含む完全な連続表面を有するが、その他は同じである。かかる形状では、十字靱帯の双方を切除しなければならない。この大腿骨形状を用いて前方−後方変位および内部−外部回転運動における入力弛緩条件に基づき、脛骨表面３５をコンピュータで計算する。脛骨表面を求めるコンピュータを用いた方法は、米国特許第4,822,365号に記載されている。この新しい大腿骨形状には２つの利点がある。まず第１は、脛骨表面に対する接触部を脛骨表面の全幅方向に広げることができ、よって接触面積を増加できることである。第２は、脛骨は連続トラックを有し、大きく曲がった際でも接触部を分割することなく、全般にわたって接触面積を広く維持できることである。しかしながら、遠位大腿骨の曲率半径が前方部よりも大きくなり、このため、屈曲を開始するとより小径の大腿骨部分が脛骨に接触し、接触面積を小さくするという欠点もある。
【００２７】
図４は、この問題に対する一つの解決案を示すものである。大腿骨部品の前方部分４１の径は、遠位大腿骨４２に対して丸く支持されているが、ここでは脛骨表面４３に接触するよう、一定の径になっている。この部品と共にコンピュータに計算された表面は、これまでの部品よりも明らかにより皿状になっており、接触面積を全体に広げている。接触応力の低下もかなりの値になると計算されている。この新しい表面の別の利点は安定性が増すことである。図３の表面では、曲げられた大腿骨は比較的小さい抵抗で脛骨上を前方にスライドできることが想像できる。しかしながら図４では、前方脛骨表面の傾斜はより急になっているので、前方部のスライド運動はより制限されている。
【００２８】
図５では、標準的構造（ａ）および本発明に係わる構造（ｂ），（ｃ）を示し、この形状の所定の特性が示されている。遠位大腿骨径の差は明瞭である。この遠位径の変化により、３つの結果が得られる。部品設置には前方骨をより多く切除しなければならないが、このことは大きな問題ではない。第２の問題は、膝蓋骨の機構が変わることである。膝蓋骨の機能の重要なパラメータは、レバーアームである。その理由は、これが四辺リンクの効率を決定するのに役立っているからである。膝の屈曲角度がゼロである場合、レバーアームは同じであるが、中間の屈曲角度（約４５度）では右側におけるこの構造のレバーアームは短縮されることが理解できる。このことは深刻な問題ではなく、支持表面および膝蓋骨表面を別々に取り扱うという処置が可能である。この場合、膝蓋骨表面は通常時は支持表面間で突出することになる。かかる解決案は支持領域の幅を減少させ、全体としての利点を提供できない。最後の特徴は大腿骨−脛骨間の接触点が通常より前方に位置することである。これには、上記のように四辺リンクの効率が改善されるという利点があるが、脛骨部品の前方が上方に傾くことになる。必要であれば脛骨表面上の直立の底部位置を２〜３ｍｍだけ前方に移動すると、この問題を解消できる。
【００２９】
図５から、膝蓋骨−大腿骨間接触の改良が明らかである。オーバーヘッド図（図６）で見ると、通常のドーム状（図５の（ａ））では大きな形状一致性を有するが、サジタル図では小さな一致性を有している。いくつかの実験的および理論的研究によると、サジタル平面内で大腿骨部品に対し膝蓋骨が旋回する角度は、１０度以内（図５の（ｂ）および（ｃ））である。このことは運動の自由度を失うことなく、膝蓋骨に高度の順応性を持たせるように設計できることを意味している。図５の（ｂ）に膝蓋骨のサジタル形状を示す。これから判るように、このサジタル形状はサジタル図における連続した凸状形状を有するかわりに、平らな内側表面５１と、外側に突出した表面５２（図６）を有し、膝蓋骨溝５３の面との形状一致性を大きくしている。かかる一致性の増加により、接触応力が大幅に減少することになっている。かかる構造の結果、手術による設置が回転方向に不正確であった場合、運動が制限される。しかしながら湾曲度は適当な誤差のマージンを考慮して調節できる。
【００３０】
本発明に係わる上記構造は、前後の十字靱帯を切除した場合に最も適する。この場合、緊張した靱帯を制限することなく、前方−後方への弛緩度は十分（合計約５ｍｍ）であり、回転方向の弛緩度も十分（±１２度）となる。かかる弛緩度は、毎日の生活の活動に対しても十分である。この場合の欠点は、安定性は部品に依存しており、長時間使用すると骨に対する部品の固定について問題が生じ得るということである。更に靱帯を切除すると、膝の適正な応答性が低下し、その結果、これを補償するような歩行パターンとなると考えられる。更に別の欠点は、より活動度が高くなる際に生じる運動の限界点が制限されることであり、若年層すなわち活動的な患者には不利となり得る。この問題の解決法の一つは、いくつかの構造（特にＬＣＳニュージャージータイプ、オクスフォードタイプ、ミンズタイプおよびポリゾイドタイプがあり、これらについては米国特許第4,340,978号および4,085,466号を参照されたい)に既に具体化されている半月支持タイプの装置を用いることである。これら構造では、プラスチックの支持部品がトラックの前方および後方部でカプセル状の軟質組織に衝突することを除けば、前方−後方への並進運動および内部−外部回転運動は全く制限されない。しかしながらこの構造への重要な制限は前方および後方の十字靱帯の双方が必要であり、双方の靱帯を設けない場合、安定性が不十分であり、プラスチックのベアリングが変位し得る。
【００３１】
上記装置の設計者の少なくとも２人は、大腿骨部品の遠位−後方径部の問題について検討したことがある。これらの径が図３に示すように異なる場合、半月支持原理の主な利点、すなわち完全接触および低応力という利点が失われることになる。米国特許第4,340,978号の図１および図３には、半月支持方法が示されている。米国特許第4,085,466号にはオクスフォードタイプが示されている。単顆状大腿骨部品は、球形径部を有するが、膝蓋骨フランジを支持していない。ニュージャージータイプの構造は、遠位部よりも後方部を小さい径に選択しており（図２２）、図３３に、曲げた際に完全に順応性がなくなることを示している。
【００３２】
本発明によって得られる別の改善点は、十字靱帯と共に、またはこれを用いることなく人工関節を使用できるように十分な前方−後方部の安定性および回転方向の安定性を考慮すると共に、全屈曲レンジにわたって完全な大腿骨−脛骨の順応性を提供できることである。本質的に本発明はプラスチック支持部品またはサジタル図で見た際に凸状となっている部品を支持するための、研磨された金属プラットフォームを製造することにある。この効果は、中立位置から変位することに対して常に大きな抵抗力を提供することである。この点、安定性および弛緩性の特性は、通常の膝または通常タイプの顆プロテーゼの特性と同様にできる。略図（図７の（ａ））は、平面図で示した装置全体を示しており、脛骨に取り付けるための金属プレートすなわちプラットフォーム７１は、プレートの頂部に研磨された円筒形表面およびこの研磨された表面上でスライドするプラスチック支持部品７２を有している。大腿骨顆状表面はプラスチック表面に対して関節結合し、前方平面およびサジタル平面の双方において、脛骨表面に密に順応する領域内に一定のサジタル径部を有する。重要な特徴は、このプラスチック表面の径は円筒形表面の径よりも小さいということである。Ｒ² がＲ¹ よりも大である図７の（ｂ）に、支持表面の円筒形状が示されている。図７の（ｃ）は、中間横方向断面および中心固定ペグ７３およびプラットフォーム７１の脛骨上での回転を防止するための回転防止ペグ７４を示している。
【００３３】
図７に示すタイプの、一体的プラスチック部品の場合、円筒形表面に対する完全な接触を失うことなく、回転することはできない。しかしながら、前方−後方の変位は可能である。図８に一体的プラスチック脛骨支持部品から前方−後方運動を行う装置を示す。連続プラットフォーム８１はプラスチック支持部品８２を支持しており、プラスチック支持部品８２はプラットフォーム８１に固定または一体的にされたレール８３上で、前方−後方運動ができるようにガイドされている。このプラットフォームは図７の（ｂ）に示すようにサジタル平面内で湾曲していてもよいし、平面状でもよい。適当なストッパーを設けることにより、例えばプラットフォームに固定された直立ポスト８４と、支持パッド８２内に設けられた細長い孔８５により、限度内で前方−後方運動を抑制すると都合よい。従ってパッド８２は前方−後方に自由に移動し、ポスト８４は細長い孔の両端の一方に当接する。ストッパーを設ける別の方法が図８の（ａ）に点線で示されている。すなわちプラスチック半月部品８２の溝は、壁８６を有し、この壁にレール８３の端面が当接し、前方−後方運動の一方向への運動を制限するようになっている。
【００３４】
別個にしたプラスチックパッド９１、９２（図９）は共通金属プラットフォーム９３上に支持された別の装置となっている。パッドとレールとの間に小さな間隙を残したまま、金属レール９４により直線状のガイドを構成する。プラットフォームとパッドとの間の支持表面は湾曲していてもよいし、平面状でもよい。これら２つの別個のプラスチック部品の場合、前方−後方並進運動および内部−外部回転運動の双方が可能である。後者の回転運動をするには、支持表面が４８ｍｍ離間している場合、約±１５度の回転に合わせるのに、側面ごとに０.８ｍｍの内側への運動しか必要でない。
【００３５】
これとは異なり、脛骨のプラットフォームは平らにできる。この場合、回転運動と共に前方−後方摺動運動を行うためのより簡単な構造を含む所定の利点がある。平らな脛骨プラットフォームを用いる場合、高度に順応する大腿骨顆支持表面およびそれに対応する半月部品がプロテーゼを完成することが好ましい。半月部品から突出し、脛骨プラットフォーム内の対応する溝に係合するようガイド手段を設けることも可能であるが、プラットフォームから直立し、例えばレールまたはポスト上にあり、半月部品内のスロットまたは溝に係合するようなガイドを設計することが好ましい。ガイド手段はプラットフォームの中心線の領域に位置し、前方−後方摺動運動するよう、整合することが好ましい。
【００３６】
プラスチックリップを捕捉するようなプラスチック部品、例えばＴ字状金属レールに係合するような異なる方法を考えることができる。この方法は、図７の（ｃ）に類似した図である図１０に示されている。脛骨支持パッド１０１は、プラットフォーム１０３上で前方−後方に摺動運動できるように、脛骨支持パッド１０１が支持されている。パッド１０１はＴ字状断面を有するレール１０２により捕捉され、かつガイドされる。図１０は、別のまたは追加捕捉手段も示している。一つ以上の横方向ガイド１０４は、プラスチックパッド内のスロットに係合する内側に曲げられた突起１０５を有する。中心ガイドレールが好ましいのは、つまりを発生しにくいからである。
【００３７】
次に図１１の（ａ）および（ｂ）を参照する。これら図は、脛骨部品の金属ベースプレート２０１の平面図および正面図をそれぞれ示し、上部において半月部品２０３をガイドするために設けられたレール部材２０２を示している。図１１の（ａ）から判るように、レール部材は前方および後方にテーパがついているので、半月部品は角度Ａとして示すように、脛骨プレート上の限度内で回転が可能となっている。
【００３８】
図１１の（ｃ）および（ｄ）は、プラスチック半月部品の平面図および正面図をそれぞれ示し、半月部品は、平行溝２０４を含み、この溝は断面がＴ字状で、半月部品の前方および後方に延びている。溝またはスロットは両端（前方２０５および後方２０６）が空いているが後方が閉じている実施例もある。レールは半月部品内のＴ字状の溝またはスロット内で摺動する。Ｔ字断面のアーム部は、半月部品がベースプレートから上昇して外れないようにし、かつプロテーゼから変位しないようにしている。
【００３９】
図１１の（ｅ）は金属ベースプレート上に半月部品にを重ね合わせた図であり、半月部品は前方−後方の金属ベースプレートよりも全面積が狭くなっていることが判る。これにより、金属ベースプレートから支持がなくなることなく、前方−後方の運動が可能となっている。一般に、脛骨部品は押圧力により後方への摺動運動が行われ、通常の屈曲により関節が所望のロールバック運動ができるように設計されている。
【００４０】
半月部品内のＴ字状の溝またはスロットは、プラスチック半月部品が金属ベースプレート上で前方−後方に摺動でき、かつ図１１の（ａ）に示すように角度Ａだけ回転できるようにするものである。レールの幅は、完全に回転したときでも、常にプラスチック部品の上部スロット内に捕捉されるような値となっている。
【００４１】
図１２を参照すると、この図は、図１１に示した装置の変形例を示し、本発明の別の実施例を構成している。
【００４２】
図１２の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ金属ベースプレート３０１の平面図および正面図であり、この装置は図１１に示した装置とほぼ同様であるが、金属ガイドレールが半月部品内の対応するスロットに嵌合する楕円形のカップ部分３０２を有している点が異なる。半月部品３０３内のスロット３０４は、楕円形状のガイドレールの短軸よりも若干広いので、ベースプレート上の半月部品は各方向に角度Ａだけ回転できるようになっている。金属ベースプレートは後方の突起にストッパー３０５および３０６を含み、半月部品の所定以上の回転を防止するだけでなく後方への摺動運動を制限している。好ましい実施例では、プラットフォームの中心線Ｃ−Ｌから内側に変位した軸を中心とする回転運動をバイアスするように、中心側にのみ金属ストッパーが設けられる。
【００４３】
添付図面中の図１３の（ａ）および（ｂ）および１４には別の実施例が示されている。図１３の（ａ）および（ｂ）を参照すると、これら図はプラスチック半月部品４０３を示しており、この半月部品は前方−後方に延び、かつプラットフォーム４０１から直立するレール４０２上で運動できるようにガイドされている。図から判るように、図１３の（ａ）および（ｂ）におけるプラットフォーム上の半月部品の回転運動が可能となるように、レールにテーパをつける代わりに、レールは直線状であり、スロット４０４は回転自由度が制限されるように前方および後方に浮き上がっている。図１３の（ａ）および（ｂ）のスロットの形状は、約１０度の外部の回転運動および約５度の内部の回転運動を可能にしている。
【００４４】
図１３の（ｂ）に示した構造は、半月部品４０３内のスロット４０４は、一端が盲孔となっており、これにより部品の後方への変位を制限している点で、図１３の（ａ）に示した構造と異なる。更に中心ロールバック運動を制限し、内側に変位した軸を中心とする回転を誘導するように、脛骨プレートの中央後方面に直立当接部４０７が設けられる。
【００４５】
一般に、図１４に示す装置は図１３の（ｂ）に示される装置と同じであるが、レールがプラットフォームから直立するペグ４０８に置き換えられており、プラットフォーム上の半月部品を捕捉するよう、円形キャップ４０９が嵌合されている点が異なっている。プラットフォームは半月部品内のスロット４０４内でのペグの相対的摺動運動による前方−後方への運動ができるようにガイドされている。後方への変位は半月部品内のスロットにおける盲端４０６により制限されており、プラットフォーム上での部品の回転は単一後方内側当接部４０７により制限されている。
【００４６】
図１３の（ｂ）および１４の実施例では、プラットフォームの内側側面にのみストッパーが設けられているので、左右の脚に対して脛骨部品を扱う必要がある。この問題を解決する一つの可能な方法は、脛骨プレートおよび固定手段の中央側面および横方向側面に孔を設け、外科医またはそのアシスタントがプロテーゼ嵌合前にプレートの適当な側面に当接部を嵌合できるようにすることである。
【００４７】
次に図１５の（ａ）および（ｂ）を参照すると、この実施例では、ほぼ非対称の脛骨プラットフォームが示されており、この実施例は左右膝に対し製造方法を別々にしなくてもよいようにできる。これら図面に示された寸法（ｍｍ）は種々の部品の概略的な大きさを示している。プラットフォーム６０２の中心線には直立したキノコ状のスタッドが位置しているが、これは若干中央にずらしてもよい。プラットフォームの中央側面には後方当接部６０３が形成されており、中央側面における後方への摺動運動を制限するようになっている。図から判るように、この当接部は半月部品がその表面上をスムーズに移動するように丸くされている。
【００４８】
プラットフォームの前方エッジには、直立したレール６０４が形成されている。このレールの目的は延長部における回転を制限することにより、半月部品の安全性を高めることにある。このようにすると、プロテーゼに対する安全性が高まるので、このことは特に十字靱帯が切除されている時に好ましい。
【００４９】
図１４の実施例におけるように、半月部品にはスロット６０５が形成されている。しかしながら図１５の（ｃ）等の実施例ではスロットは後方６２０に開放されており、スロット６０６の盲端は脛骨プラットフォーム上での半月部品６０７の後方への摺動運動を制限するためのストッパーとなっている。図１５の（ｃ）から判るように、半月部品には平らな表面６１０を有する溝６０８が形成されており、プラットフォーム上のストッパー６０３の丸い表面と係合するようになっている。
【００５０】
ストッパー６０３および６０４、スタッド６０１およびスロット６０５の位置のために、半月部品をスタッドに嵌合するには、この半月部品を回転する必要がある。これとは異なり、スタッドをスロットにスナップ嵌合するようにスロットを設計してもよい。
【００５１】
図１５の（ｅ）および（ｆ）から判るように、スタッドは丸くされた頂部平面およびコーナー６０８と更にキャップ部分６１０に対する平らな表面６０９を有している。これにより、アンダーカット溝６１０の表面に更に接触できるようになっている。スタッドおよびスロットの寸法は、これらスタッドとスロットとの間に約０.１から０.３ｍｍのギャップが形成され、若干ルーズになり、かつ運動の自由度が得られるような値になっている。
【００５２】
図１２の（ａ）における脛骨ベースプレート３０１は、後方側面に切り欠き部分３１０を有する。この切り欠き部分は十字靱帯を保持するためのスペースとなっている。図１４および図１５に示す脛骨プレートにも同様な切り欠き部分が設けられている。
【００５３】
図１３、図１４および図１５に示す実施例では、半月部品は中心ラインＣ−Ｌに対して非対称である。このような形状により、半月部品が中央に変位した軸を中心に回転する際、脛骨ベースプレート内の後方切り欠き部分を貫通している靱帯が、半月部品とベースプレートとの間に捕捉されないようにできる。
【００５４】
上記構造体では、大腿骨部品および脛骨の金属プラットフォームは、人体への埋め込みに使用するのに許容されている金属から製造される。例えばコバルト−クロームおよびチタン合金とステンレススチールがある。人工膝蓋骨（存在している場合）および／またはプラスチック支持部品は、加えられる負荷に耐えることができ、研磨された金属表面に接触した際に適当な支持特性を呈すことができる、生体になじむ材料から製造することができる。プラスチック材料はこれら条件下で低い摩擦特性を示すものが好ましい。適当な材料の例としては超高分子重量のポリエチレンまたはアセタールコーポリマーがある。
【００５５】
大腿骨部品はＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ/ＧＢ94/01047に記載されているように変更できる。このＰＣＴ出願は大腿骨部品が半月部品に対して高度な順応性を有するような膝プロテーゼを開示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 屈曲角が０度、３０度、６０度、９０度及び１２０度の場合のそれぞれの正常な膝の斜視図である。
【図２】 屈曲角が０度及び約９０度の場合の本発明に係わる人工関節を嵌合した膝の斜視図である。
【図３】 （ａ）及び（ｂ）は本発明に係わる大腿骨部品、（ｃ）は（ｂ）の大腿骨部品と共に使用することになっている脛骨部品の斜視図である。
【図４】 本発明の別の実施例に係わる大腿骨部品の説明図である。
【図５】 （ａ）乃至（ｃ）は本発明に係わるプロテーゼの略サジタル図を示し、（ｄ）は従来の装置（実線）と比較された膝蓋骨交換部品（破線）の形状のサジタル図を示す。
【図６】 膝蓋骨溝と膝蓋骨との順応性を示す大腿骨部品の下面図である。
【図７】 本発明に係わる脛骨部品を示した説明図である。
【図８】 変形した脛骨部品を示した図である。
【図９】 脛骨部品の別の実施例を示した説明図である。
【図１０】 プラスチック部品の別のガイド法を示す変形された脛骨部品の断面図である。
【図１１】 脛骨部品の金属ベースプレート及びプラスチック半月部品をそれぞれ示す説明図である。
【図１２】 脛骨部品の金属ベースプレート及びプラスチック半月部品をそれぞれ示す他の実施例の説明図である。
【図１３】 脛骨プラットフォームに支持されたプラットフォーム半月部品を示す脛骨部品の更に別の実施例の平面図である。
【図１４】 ガイドレールをガイドスタッドと置換した別の変形例を示す平面図である。
【図１５】 脛骨プラットフォームの別の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 遠方端
２ 大腿骨
３ 後部
４ 脛骨
５ 前方十字靱帯
２０ 大腿骨部品
２１ 脛骨部品
２２ スロット
２３ 膝蓋骨
２４ 溝

Claims (12)

1. （ａ）一対の顆支持表面を有する大腿骨部品と、
   （ｂ）脛骨プラットフォームを有する脛骨部品と、
   （ｃ）大腿骨部品と脛骨部品との間に位置し、これら部品の間で負荷を伝えるようになっており、前記大腿骨部品の一対の顆支持面を受けるための凹状部を有し、前記脛骨プラットフォーム上でほぼ前方−後方方向に摺動運動できるようになっている半月部品と、
   （ｄ）前記プラットフォームに連動し、前記凹状部の間で半月部品に係合する第一の突起からなるガイド手段とを備え、
   それにより前記半月部品が前方−後方（ａ−ｐ）方向にスライド移動するようにガイドされ、且つ、その回転が脛骨プラットフォーム上の第２の突起によって限定される膝交換用プロテーゼにおいて、
   前記第１の突起は、断面形状が実質的にＴ字形のポスト・キャップ型突起で、半月部品内に形成された対応形状のスロット内にスライド運動可能に係合し、これにより前記半月部品の脛骨プラットフォームからの脱離を抑止し、又、前記スロットは、前記ポスト・キャップ型突起を該スロットに嵌め込ませることが出来るように一方側が開放され、他方側は閉じられて前記半月部品の前方−後方（ａ−ｐ）方向のスライド移動を制限するようにしたことを特徴とする膝プロテーゼ。
2. 前記第１突起のキャップが上面から見て実質的に円形である請求項１記載のプロテーゼ。
3. 前記第１突起のポストが、実質的に、前方−後方（ａ−ｐ）方向に延びるセンターライン上に位置する請求項１又は２記載のプロテーゼ。
4. 前記ガイド手段が前記スロット内にスナップ嵌込みにより係合される請求項１乃至３の何れかに記載のプロテーゼ。
5. 前記スロットがその一方側端で開放され、前記半月部材の前記ガイド手段への挿入係合を容易にしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のプロテーゼ。
6. 前記脛骨部品が、前記プラットフォーム上での前記半月部品の前方へのスライド移動を制限するための前方突起物を備えた請求項１乃至５の何れかに記載のプロテーゼ。
7. 前記脛骨部品が、前記プラットフォーム上での前記半月部品の後方へのスライド移動を制限するための後方突起物を備えた請求項１乃至６の何れかに記載のプロテーゼ。
8. 前記後方突起物が、前方−後方（ａ−ｐ）方向に延びるセンターラインの内側の脛骨プラットフォーム上に位置する請求項７記載のプロテーゼ。
9. 前記大腿骨部品の各顆支持表面は、前方部分、後方部分およびこれらの間の最遠位点を有し、各サジタル断面における支持表面の径は、後方から最遠位点よりも更に前方の点までほぼ一定であり、顆表面のそれぞれのサジタル断面における支持表面及び対応する半月の凹部は前方から後方までほぼ連続しており、よって全ての屈曲レンジで、実質上顆支持表面幅にわたって接触を維持できる請求項１乃至８の何れかに記載のプロテーゼ。。
10. 前記脛骨プラットフォーム及び半月部品のそれぞれの後方部は、十字靱帯挿入のため切欠きが設けられている請求項１乃至９の何れかに記載のプロテーゼ。
11. 前記大腿骨部品と脛骨プラットフォームが金属製であり、半月部材がプラスチック製である請求項１乃至１０の何れかに記載のプロテーゼ。
12. 前記プラスチックがポリエチレンである請求項１１記載のプロテーゼ。

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