KR20240119468A

KR20240119468A - 인공 무릎 관절 삽입물

Info

Publication number: KR20240119468A
Application number: KR1020230011554A
Authority: KR
Inventors: 고용곤; 강경탁; 남지훈
Original assignee: 주식회사 스카이브; 강경탁; 남지훈
Priority date: 2023-01-30
Filing date: 2023-01-30
Publication date: 2024-08-06
Anticipated expiration: 2043-01-30
Also published as: KR102786625B1; US20240252322A1

Abstract

인공 무릎 관절 삽입물이 개시된다. 본 발명에 따른 인공 무릎 관절 삽입물은, 경골의 골절제면에 직접 고정되며 상부 체결면으로부터 돌출되는 돌기부를 갖는 경골요소 및 대퇴골의 골절제면에 직접 고정되는 대퇴골요소와 경골요소 사이에 개재되며 하부 체결면에 상기 돌기부에 대응하여 수용부가 형성된 베어링요소를 포함하고, 돌기부는 경골요소의 제1 방향 기준선을 따라 서로 간 거리를 두고 이격 배치되는 두 개의 돌기로 구성되고, 수용부는 베어링요소의 제1 방향 기준선을 따라 서로 연속되는 구조로 형성되는 요홈들을 포함하며, 두 개의 돌기 중 어느 한 돌기의 제1 방향 최외면과 다른 한 돌기의 제1 방향 최외면 사이의 직선 거리(d1)가 요홈들 중 베어링요소 전방을 향하여 개구된 제1 요홈을 제외한 나머지 요홈의 제1 방향 길이(l1)와 같거나 제1 방향 길이(l1)보다 크게 형성되는 것을 요지로 한다.

Description

인공 무릎 관절 삽입물{Artificial knee joint replacement}

본 발명은 인공 무릎 관절 삽입물에 관한 것으로, 특히 대퇴골(Femur)과 경골(Tibia) 사이에 삽입되어 인공적인 관절 역할을 수행하는 인공 무릎 관절의 삽입물에 관한 것이다.

무릎 관절 또는 슬관절(Knee joint)은 무릎을 둘러싸는 3개의 뼈인 대퇴골(Femur, '넙다리뼈'라고도 함), 경골(Tibia, '정강뼈'라고도 함), 슬개골(Patella, '무릎뼈'라고도 함) 등이 인접해서 이루는 관절을 의미한다. 무릎 관절은 좌우 양측 다리에 존재하며, 고관절(coxa)과 함께 인체의 직립 보행을 가능하게 하는 가장 핵심적인 관절에 해당한다.

무릎 관절은 특성상 사용 빈도가 높아 손상이 발생될 여지가 많다. 특히 마모나 뼈 조직의 노화 등이 원인이 되어 기능이 저하되거나 상실될 수 있으며, 이로 인한 연골의 점진적인 손상이나 퇴행성 변화로 인한 뼈와 인대 등이 손상되어 염증과 통증이 발생할 수 있다. 이를 퇴행성 관절염이라 한다.

퇴행성 관절염의 치료를 위해 일반적으로, 생활습관 개선이나 약물치료, 물리치료와 같은 보존적 치료가 일반적으로 행해지고 있다. 그러나 이들 치료 방법은 퇴행성 관절염의 진행 속도를 늦추거나 일시적으로 통증을 완화시키는 것일 뿐 근본적인 해결책은 아니다. 특히 퇴행성 관절염이 극도로 악화되어 약물이나 물리 치료로는 더 이상 대응이 어려운 경우가 있다.

퇴행성 관절염이 극도로 악화되어 약물이나 물리 치료를 해도 통증이 계속되고 보행이 어려운 환자에게 수행되는 것이 슬관절 전치환술이다. 슬관절 전치환술은 심하게 닳은 관절의 관절면을 절제하고, 그 자리를 인공 무릎 관절로 대체하는 수술로서, 이때 사용되는 인공 무릎 관절은 일반적으로, 대퇴골요소와 경골요소 그리고, 베어링요소로 구성된다.

대퇴골요소는 심하게 닳은 대퇴골 관절의 관절면을 절제한 자리에 이식되며, 경골요소는 상기 대퇴골 관절과 인접하는 경골 상단의 관절면을 절제한 자리에 이식된다. 그리고 베어링요소는 상기 대퇴골요소와 경골요소 사이에 위치하여 관절면이 부드럽게 잘 움직일 수 있도록 일종의 연골 역할을 수행한다.

도 1의 (a)는 대상 환자의 슬관절 전치환술 수술 전과 수술 후의 슬관절을 나타낸 모식도이며, 도 1의 (b)는 슬관절 전치환술에 사용되는 종래 인공 무릎 관절을 도시한 도면 대용 사진이다.

도 1을 참조하면, 인공 무릎 관절(10)은 대퇴골에 직접 고정되는 대퇴골요소(11)와 경골에 직접 고정되는 경골요소(12), 그리고 대퇴골요소(11)와 경골요소(12) 사이에 개재되어 베어링으로서 기능하는 베어링요소(12)로 구성될 수 있다. 여기서 도 1에 도시된 베어링요소(12)는 경골요소(13)에 결합되어 고정되는 고정형 베어링에 해당한다.

고정형 베어링요소(12)는 다시, 경골요소(13)와의 체결 방식(Locking mechanism)에 따라 후크 타입, 핀 타입, 도브 테일 타입 등으로 구분될 수 있다. 후크 타입은 체결의 용이성이 다른 타입에 비해 좋고, 핀 타입은 분리의 용이성이 다른 타입에 유리하다. 그리고 도브테일 타입은 체결 안정성이 좋고 분리도 용이하다는 장점이 있다.

타입별 체결 방식에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보면, 후크 타입은 경골요소의 상부면 전방과 후방의 단부에 서로 대향되는 구조로 후크를 구성하고, 경골요소와 대면하는 베어링요소의 결합면에 상기 후크가 맞물려 결합 가능한 형태의 요홈부를 구성하여, 경골요소와 베어링요소를 결합시키는 방식이다.

이러한 후크 타입의 체결 방식은 경골요소와 베어링요소 간 체결은 용이한 편이지만, 전방과 후방의 후크가 결합된 상태에서는 후방 후크 부분을 빼내고자 할 때, 지렛대 원리로 전방 후크가 걸려 빼내기가 매우 힘이 든 단점이 있으며, 또한 결합된 상태에서 후방 후크 쪽의 체결 후 안정성이 떨어지는 문제가 있다.

핀 타입은 기본적으로 앞서 언급한 후크 타입과 유사하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 경골요소(13)의 상부면 전방의 단부에 형성된 후크(13-1)는 전방측으로 요홈부가 형성되어 베어링요소의 결합면 전방에 형성된 후크(12-1)가 안착된 상태에서 경골요소와 결합시키기 위해 빗장 기능을 행하는 별도의 핀(13-2)을 이용한다는 점에서 차이가 있다.

이러한 핀 타입은 핀을 이용하여 경골요소와 베어링요소가 분리되지 않게 결합시키는 방식이므로, 분리 시 핀을 제거하기만 하면 됨에 따라 후크 타입에 비해 베어링요소를 빼내기가 용이하다는 장점은 있으나, 측면 방향으로 삽입되는 핀이 추가로 필요하다는 구조적인 문제가 있다.

도브테일 타입은 도 3의 도시와 같이, 베어링요소(12)의 결합면(12-7)에 형성되는 도브테일 형상의 체결부(12-3)가 경골요소(13) 상단면(13-7)으로부터 일정 높이로 돌출되는 도브테일 형상의 수용부(13-3)에 끼워지는 구조로 이루어져, 도 4의 (a)나 (b)와 같이 경골요소의 상단면(13-7)에 베어링요소를 접촉시킨 상태로 전방에서 후방으로 밀어 넣어 슬라이딩 결합시킨 구성이다.

이와 같은 도브테일 타입은 전술한 후크 타입이나 핀 타입에 비해 체결 후 안정성이 높고, 분리용 홈(12-6)에 도구를 삽입하여 분리가 용이하다는 장점은 있으나, 도 4의 (c)와 같이 체결부(12-3)가 수용부(13-3)에 끼워지는 과정에서 결합면(12-7)이 이탈방지용 단턱부(13-5)에 닿은 채로 지정된 결합 위치까지 슬라이딩 되어야 하는 구조이므로, 체결에 큰 힘이 요구되는 단점이 있다.

이에 실제 수술 과정에서는 큰 힘을 가하기 위해 도 4의 (d)나 도 5의 (a)와 같은 임팩터(14)나 도 5의 (b)와 같은 방아쇠 방식의 전용 도구(15) 또는 망치를 사용하지만, 임팩터나 망치 등을 사용할 경우 그 충격으로 인해 환자의 뼈에 균열이 생길 수 있고, 방아쇠 방식의 도구는 작동에 큰 악력이 요구됨에 따라 사용상의 불편이 있다는 단점이 있다.

참고로, 위에 언급된 방향 용어 중 상기 '전방'은 슬개골에 인접한 방향을 의미하는 것으로 신체를 기준으로 하면 복부 쪽(Anterior) 방향을 가리키며, '후방'은 슬개골의 반대편 방향을 의미하는 것으로 신체를 기준으로 하면 등 쪽(Posterior) 방향을 가리킨다.

또한, 위와 같은 종래 여러 타입(후크 타입, 핀 타입, 도브 테일 타입)의 체결 방식 대부분은 수술 시 경골의 외곽선에 맞춰 체결을 구현하는 방식이기 때문에, 환자 맞춤형에 적용할 경우 계획된 외형(경골의 외형)에 맞춰 후크나 핀 홀, 체결부, 단턱부, 수용부 등의 위치가 조정되어야 하므로 가공 단가가 상승하는 문제가 있고, 외곽선을 이용하지 않는 방식은 별도의 핀이 필요하다는 단점이 있다.

더욱이, 보행 시 실제 인체의 무릎 관절에 가해지는 하중의 방향은 후방에서 전방임에도 불구하고, 앞서 살펴본 종래 대부분의 인공 무릎 관절은 반대로 전방에서 후방으로 가해지는 하중에 대항하는 위주로 설계되어 있어 자칫 후방에서 전방으로 설계 한도 이상의 큰 하중이 걸릴 경우 베어링요소가 경골요소로부터 분리 또는 이탈될 수 있다는 구조적인 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1769125호(등록일 2017.8.10.)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래 도브테일 타입 체결 방식의 장점(높은 체결 안정성)을 살리면서도, 종래 도브테일 타입 체결 구조의 단점(체결 및 분리 시 힘이 과도하게 요구되는 단점)은 보완할 수 있는 인공 무릎 관절 삽입물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 환자 맞춤형에 적합한 인공 무릎 관절 삽입물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 보행 시 실제 인체의 무릎 관절에 가해지는 하중에 대항하는 방향으로 강한 저항성이 발휘될 수 있는 인공 무릎 관절 삽입물을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

경골의 골절제면에 직접 고정되며 상부 체결면으로부터 돌출되는 돌기부를 갖는 경골요소를 포함하며,

상기 돌기부는 경골요소의 제1 방향 기준선을 따라 서로 간 거리를 두고 이격 배치되는 두 개의 돌기로 구성되고,

상기 두 개의 돌기는,

상기 경골요소의 후방 만입부에서 제1 거리만큼 떨어진 상기 상부 체결면으로부터 돌출되며 아래로 갈수록 폭 또는 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 제1 돌기와,

상기 경골요소의 전방 만곡점에서 제2 거리만큼 떨어진 상기 상부 체결면으로부터 돌출되며 상기 제1 돌기와 마주하는 면이 제1 돌기 방향으로 하향 경사진 제2 돌기로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물을 제공한다.

여기서, 상기 제1 돌기는 면적이 가장 큰 최상면의 평면 모양이 직사각 또는 정사각형이고 아래로 갈수록 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 돌기일 수 있으며, 제2 제2 돌기는 단면 모양이 상기 제1 돌기와 마주하는 면이 경사진 직각 삼각형이면서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 상기 제1 돌기의 폭(w1)보다 작은 폭(w2)으로 형성되는 돌기일 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

대퇴골의 골절제면에 직접 고정되는 대퇴골요소와 제1항에 기재된 경골요소 사이에 개재되며 하부 체결면에 상기 돌기부에 대응하여 수용부가 형성된 베어링요소;를 포함하며,

상기 수용부는 베어링요소의 제1 방향 기준선을 따라 서로 연속되는 구조로 형성되는 요홈들로 구성되고,

상기 요홈들은,

상기 베어링 요소 전방을 향하여 개구된 제1 요홈과,

상기 제1 요홈보다 깊게 상기 제1 요홈의 후방에 연이어 형성되는 제2 요홈으로 구성되되,

상기 제2 요홈은 결속레일을 구비한 결속영역과, 상기 경골요소에 형성된 특정 돌기가 상기 결속영역을 향하여 슬라이딩되어 결속되도록 안내하는 결속안내영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물을 제공한다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 또 다른 측면에 따르면,

경골의 골절제면에 직접 고정되며 상부 체결면으로부터 돌출되는 돌기부를 갖는 경골요소; 및

대퇴골의 골절제면에 직접 고정되는 대퇴골요소와 상기 경골요소 사이에 개재되며 하부 체결면에 상기 돌기부에 대응하여 수용부가 형성된 베어링요소;를 포함하며,

상기 수용부는 베어링요소의 제1 방향 기준선을 따라 서로 연속되는 구조로 형성되는 요홈들을 포함하며,

두 개의 돌기 중 어느 한 돌기의 제1 방향 최외면과 다른 한 돌기의 제1 방향 최외면 사이의 직선 거리(d1)가 상기 요홈들 중 베어링요소 전방을 향하여 개구된 제1 요홈을 제외한 나머지 요홈의 제1 방향 길이(l1)와 같거나 상기 제1 방향 길이(l1)보다 큰 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물을 제공한다.

여기서, 상기 두 개의 돌기는, 상기 경골요소의 후방 만입부에서 제1 거리만큼 떨어진 상기 상부 체결면으로부터 돌출되며 아래로 갈수록 폭 또는 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 제1 돌기와, 상기 경골요소의 전방 만곡점에서 제2 거리만큼 떨어진 상기 상부 체결면으로부터 돌출되며 상기 제1 돌기와 마주하는 면이 제1 돌기 방향으로 하향 경사진 제2 돌기로 구성될 수 있다.

그리고 상기 요홈들은, 상기 제2 돌기의 높이보다 낮은 깊이로 형성되는 상기 제1 요홈과, 상기 제1 요홈보다 깊게 상기 제1 요홈의 후방에 연이어 형성되는 제2 요홈으로 구성될 수 있다. 이때 상기 제2 요홈은 단면 구조가 도브테일 형상인 상기 제1 돌기의 외면 일부가 맞물려 고정되는 결속레일을 구비한 결속영역과, 상기 제1 돌기가 상기 결속영역을 향하여 슬라이딩되어 결속되도록 안내하는 결속안내영역으로 구분될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 돌기는 면적이 가장 큰 최상면의 평면 모양이 직사각 또는 정사각형이고 아래로 갈수록 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 돌기일 수 있다.

그리고 상기 제2 돌기는 바람직하게, 단면 모양이 상기 제1 돌기와 마주하는 면이 경사진 직각 삼각형이면서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 상기 제1 돌기의 폭(w1)보다 작은 폭(w2)으로 형성되는 돌기일 수 있다.

또한, 상기 결속안내영역을 따라 이동된 상기 제1 돌기가 상기 결속영역의 정해진 결속위치에 도달하는 순간 상기 제2 돌기가 상기 제1 요홈과 제2 요홈 간 경계부에 형성되는 단턱에 걸려 고정될 수 있다.

그리고 상기 베어링요소는, UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene), PEEK(Polyether, Ether, Ketone), Carbon fiber reinforced polymer, Glass fiber reinforced polymer 중 선택된 하나 또는 둘 이상을 조합시킨 복합체일 수 있다.

이때, 상기 UHMWPE는 CPE(conventional PE) 또는 HXLPE(highly crosslinked PE)가 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 UHMWPE에 비타민 E가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물에 의하면, 도브테일 체결 방식이면서도 체결 마지막 단계에서 제2 돌기와 제1 요홈 사이의 물리적인 접촉에 따른 잠깐의 저항이 있을 뿐, 종래의 기술과 같이 체결 과정 전반에 걸쳐 큰 저항이 발생하지 않는 구조라는 장점이 있다.

즉 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물에 의하면, 도브테일 타입 체결 방식의 장점(높은 체결 안정성)을 살리면서도, 종래 도브테일 타입 체결 구조의 단점(체결 및 분리 시 힘이 과도하게 요구되는 단점)은 보완할 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물은, 상호 체결되는 두 인공 관절 요소(경골요소와 베어링요소)에 체결을 위해 형성되는 돌기부나 수용부가 해당 요소의 최외면 가장자리로부터 일정 거리 떨어져 제1 방향 기준선 상에 위치함으로써 가공 여유(절삭 여유)분 충분히 확보한 구성이므로, 환자 맞춤형에 적합하다는 장점이 있다.

또한, 종래 도브테일 타입처럼 베어링요소가 경골 임플란트의 전방에서 후방으로 체결되어 보행 시 실제 인체의 무릎 관절에 가해지는 하중의 방향과 반대 방향으로 큰 저항력을 발생시키는 구성과는 달리, 보행 시 실제 인체의 무릎 관절에 가해지는 하중에 대항하는 방향으로 강한 저항성을 발휘할 수 있는 구조라는 장점이 있다.

도 1의 (a)는 대상 환자의 슬관절 전치환술 수술 전과 수술 후의 슬관절을 나타낸 모식도이며, 도 1의 (b)는 슬관절 전치환술에 사용되는 종래 인공 무릎 관절을 도시한 도면 대용 사진.
도 2는 베어링요소와 경골요소 간 종래 여러 형태의 체결 방식 중 핀 타입 체결 방식을 예시한 도면.
도 3은 베어링요소와 경골요소 간 종래 여러 형태의 체결 방식 중 도브테일 타입 체결 방식을 예시한 도면.
도 4는 종래 기술에 따른 도브테일 타입 체결 방식의 베어링요소와 경골요소 간 체결 과정을 도시한 도면.
도 5는 종래 기술에 따른 도브테일 타입 체결 방식으로 베어링요소를 경골요소에 체결시키는 과정에서 도구가 사용되는 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 분해 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 인공 무릎 관절 삽입물을 다른 각도에서 바라 본 사시도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 결합 단면도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물에 적용되는 경골요소에 관한 도면.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물에 적용되는 베어링요소에 관한 도면.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 체결 과정을 사시도 각도에서 본 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 체결 과정을 인공 무릎 관절 삽입물 우측에서 바라본 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어 이후 사용될 방향 용어에 대해서는 다음과 같이 정의하기로 한다.

이후 사용될 방향 용어 중 '제1 방향'은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 전후 방향이며, '제2 방향'은 상기 제1 방향과 직교하는 인공 무릎 관절 삽입물의 폭 방향으로 정의한다. 그리고 '전방'은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물로 무릎 관절을 대체하는 수술 시 상기 인공 무릎 관절 삽입물이 슬개골과 인접하는 쪽을 의미하는 것으로 신체를 기준으로 하면 복부 쪽(Anterior) 방향을 가리키며, '후방'은 상기 슬개골의 반대편 방향을 의미하는 것으로 신체를 기준으로 하면 등 쪽(Posterior) 방향을 가리키는 것으로 이해함이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 분해 사시도이며, 도 7은 도 6에 도시된 인공 무릎 관절 삽입물을 다른 각도에서 바라 본 사시도이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 결합 단면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물(30)은 경골요소(40) 및 베어링요소(50)를 포함한다. 경골요소(40)는 대퇴골 관절과 인접하는 경골 상단의 관절면을 절제한 자리에 이식될 수 있으며, 베어링요소(50)는 대퇴골요소(미도시)와 경골요소(40) 사이에서 관절면이 부드럽게 움직일 수 있도록 일종의 연골 역할을 수행한다

경골요소(40)는 경골 상단의 관절면을 절제한 자리(골절제면)에 일정 높이로 하향 돌출되는 심재(42)를 이용한 부분 인서트방식으로 견고하게 직접 고정될 수 있다. 이처럼 경골의 골절제면에 직접 고정되는 경골요소(40)는 상기 심재(42)를 단일 객체 형태로 구비하는 하부 결속면(41)과 상기 베어링요소(50)가 체결되는 상부 체결면(43)으로 구성될 수 있다.

베어링요소(50)는 앞서 언급한 바와 같이, 대퇴골의 골절제면에 직접 고정되는 대퇴골요소와 상기 경골요소(40) 사이에 개재되어 연골 역할을 수행한다. 이러한 베어링요소(50)는 상기 대퇴골요소가 굴절 가능하게 직접 접촉하는 한 쌍의 곡선상의 오목한 접촉부를 가지는 상부 지지면(51)과 상기 경골요소(40)와 결합하는 하부 체결면(53)으로 구성될 수 있다.

베어링요소(50)는 UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene), PEEK(Polyether, Ether, Ketone), Carbon fiber reinforced polymer, Glass fiber reinforced polymer 중 선택된 하나 또는 둘 이상을 조합시킨 복합체일 수 있다. 이때 상기 UHMWPE는 CPE(conventional PE) 또는 HXLPE(highly crosslinked PE)가 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 UHMWPE에 비타민 E가 더 포함될 수 있다.

참고로, 비타민 E는 항산화 작용을 하고, 관절염 치료에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 때문에 슬관절 전치환 수술 후 염증이 발생할 가능성을 감소시킬 수 있다.

경골요소(40)는 상부 체결면(43)으로부터 돌출되는 돌기부(44)를 포함할 수 있다. 그리고 베어링요소(50)는 하부 체결면(53)에 상기 돌기부(44)에 대응하여 수용부(54)가 형성된 구성일 수 있다. 돌기부(44)는 형상과 모양이 다른 두 개의 돌기(45, 46)로 구성될 수 있으며, 수용부(54)는 두 개의 돌기(45, 46)를 수용함과 동시에 해당 돌기와 결합하는 요홈들(55, 56)로 구성될 수 있다.

도 6 및 도 7에서 미설명 도면부호 52는 슬개골(무릎뼈)의 일부를 수용되는 슬개골 수용면을 가리키며, 47은 심재(42) 보강을 위한 리브를 가리킨다.

본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 구성을 구성요소별로 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물에 적용되는 경골요소(40)에 관한 도면으로서, 도 9의 (a), (b) (c)는 각각 경골요소의 사시도, 평면도, 우측면도이다. 이를 참조하여 경골요소의 구성부터 먼저 살펴보기로 한다.

도 9를 참조하면, 경골요소(40)는 일정 높이로 하향 돌출되는 심재(42)를 이용한 부분 인서트방식으로 경골 상단의 골절제면에 견고하게 직접 고정될 수 있다. 이처럼 경골의 골절제면에 직접 고정되는 경골요소(40)는 상기 심재(42)를 단일 객체 형태로 구비하는 하부 결속면(41)과 상기 베어링요소(50)와 체결이 이루어지는 상부 체결면(43)으로 구성될 수 있다.

경골요소(40)의 상기 상부 체결면(43)에는 이러한 상부 체결면(43)으로부터 특정 높이로 돌출되는 돌기부(44)가 형성될 수 있다. 돌기부(44)는 형상과 모양이 다른 두 개의 돌기(45, 46)로 구성될 수 있다. 돌기부(44)를 구성하는 두 개의 돌기(45, 46)는 각각의 중심이 경골요소(40)의 제1 방향 기준선(CL1) 상에 위치하면서 제1 방향으로 서로 간 거리를 두고 이격되는 형태로 배치될 수 있다.

두 개의 돌기(45, 46)는 바람직하게, 경골요소(40)의 후방 만입부(49)에서 제1 거리(d3)만큼 떨어진 상부 체결면(43)으로부터 돌출되며 아래로 갈수록 폭 또는 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 제1 돌기(45)와, 경골요소(40)의 전방 만곡점(48)에서 제2 거리(d4)만큼 떨어진 상부 체결면(43)으로부터 돌출되며 상기 제1 돌기(45)와 마주하는 면이 제1 돌기(45) 방향으로 하향 경사진 제2 돌기(46)로 구성될 수 있다.

여기서, 두 개의 돌기(45, 46) 중 어느 한 돌기(제1 돌기 또는 제2 돌기)의 제1 방향 최외면과 다른 한 돌기(제2 돌기 또는 제1 돌기)의 제1 방향 최외면 사이의 직선 거리(d1)는 앞서 언급한 요홈들(55, 56) 중 베어링요소(50) 전방을 향하여 개구된 제1 요홈(55)을 제외한 나머지 요홈의 제1 방향 길이(l1, 도 10 참조)와 같거나 상기 제1 방향 길이(l1)보다 다소 크게 형성될 수 있다.

그리고 제2 거리(d4)를 상기 제1 거리(d3)에 비해 적어도 크게 하면, 환자 맞춤형태로 적용할 경우 상대적으로 가공 빈도가 높은 만곡진 곡선상의 경골요소(40) 전방 면에 대한 가공 여유(절삭 여유)를 후방 면에 비해 상대적으로 크게 확보할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 경골요소(40)와 베어링요소(50) 간 체결 시 상기 제1 돌기(45)와 제2 돌기(46) 각각의 최외면이 상기 나머지 요홈(후술하게 될 제2 요홈(56))의 제1 방향 양 측벽에 정확히 맞물리는 형태로 결합하거나 억지 끼워 맞춤 결합 형태로 다소 빡빡하게 결합함으로써, 상호 간 임의 이탈 없는 견고한 체결 또는 결속이 이루어질 수 있다.

제1 돌기(45)는 바람직하게, 면적이 가장 큰 최상면의 평면 모양이 직사각 또는 도면의 예시와 같은 정사각형일 수 있으며, 평면 모양이 사각형인 최상면에서 아래로 갈수록, 즉 상부 체결면(43)에 가까워질수록 그 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 돌기일 수 있다. 여기서 도브테일 형상의 제1 돌기(45)의 외면 경사각(α, 도브테일 경사각)은 15 ~ 75도 사이가 바람직하다.

도브테일 경사각(α)이 75도를 초과하면, 후술하게 될 결속레일(58)과의 사이의 체결력이 충분히 확보되지 못해 체결 상태가 느슨하거나 제1 돌기(45)가 결속레일(58)을 위로 밀어내어 임의 이탈될 수 있으며, 도브테일 경사각(α)이 15도 미만이면 결속레일(58)과의 체결력은 증가하지만 증가되는 체결력만큼 체결에 큰 힘이 요구되기 때문이다.

한편, 경골요소(40)에 형성되는 상기 제2 돌기(46)는 단면 모양(횡단면 모양)이 위와 같은 구성의 제1 돌기(45)와 마주하는 면이 상기 제1 돌기(45) 방향으로 경사진 직각 삼각형이면서, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향(본 발명에 따른 인공 무릎 관절 삽입물(30)의 좌우 폭 방향)에 대해 상기 제1 돌기(45)의 폭(w1)보다는 작은 폭(w2)으로 형성되는 돌기일 수 있다.

다음 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예에 적용되는 베어링요소에 대해 살펴보기로 한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물에 적용되는 베어링요소에 관한 도면으로서, 도 10의 (a), (b) (c)는 각각 경골요소(40)의 저면 사시도, 저면도, 그리고 절단면도이다.

도 10을 참조하면, 베어링요소(50)는 대퇴골의 골절제면에 직접 고정되는 대퇴골요소(미도시)와 상기 경골요소(40) 사이에 개재되어 연골 역할을 수행한다. 베어링요소(50)는 상기 대퇴골요소가 굴절 가능하게 직접 접촉하는 한 쌍의 곡선상의 오목한 접촉부를 가지는 상부 지지면(51)과 상기 경골요소(40)와 결합하는 하부 체결면(53)을 포함할 수 있다.

하부 체결면(53)에는 경골요소(40)에 형성되는 상기 돌기부(44), 즉 두 개의 돌기(45, 46)에 대응하여 이들 돌기가 수용되는 구조로 결합되는 수용부(54)가 형성될 수 있다. 수용부(54)는 두 개의 돌기(45, 46)를 수용하면서 해당 돌기와 결합하는 요홈들(55, 56)로 구성될 수 있다.

이때 요홈들(55, 56)은 베어링요소(50)의 제1 방향 기준선(CL2)을 따라 일측에서 타측으로 서로 연속되는 구조로 형성될 수 있다.

요홈들(55, 56)은 구체적으로, 그 깊이(D1)가 경골요소(40)의 상기 제2 돌기(46)의 높이(h)보다 낮고 베어링요소(50) 전방을 향하여 개구된 제1 요홈(55)과, 제1 요홈(55)보다 깊게 상기 제1 요홈(55)의 후방으로 연이어 형성되는 제2 요홈(56)을 포함할 수 있으며, 제2 요홈(56)이 제1 요홈(55)보다 깊게 형성(D2>D1)됨으로써 제1 요홈(55)과 제2 요홈(56) 간 경계부에는 단턱(57)이 형성될 수 있다.

제2 요홈(56)은 다시, 결속영역(a1)과 결속안내영역(a2)으로 그 영역이 구분될 수 있다. 결속영역(a1)에는 그 가장자리를 따라 단면 구조가 도브테일 형상인 상기 제1 돌기(45)의 외면 일부가 맞물려 고정되는 결속레일(58)이 형성될 수 있으며, 결속안내영역(a2)의 제2 방향 폭(w3)은 제1 돌기(45)의 폭(w1)에 대응되거나 다소 큰 폭일 수 있고, 제1 방향 길이(l3)는 제1 돌기(45)의 길이(l4, 도 9 참조)의 2 ~ 2.5배로 형성될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 경골요소(40)와 베어링요소(50) 간 체결 시 제1 돌기(45)가 제2 요홈(56)의 결속안내영역(a2)에 삽입된 상태에서 제1 방향 외력에 의해 상기 결속영역(a1)을 향하여 슬라이딩되고, 결속영역(a1)에 진입하는 시점부터 상기 결속레일(58)에 맞물린 상태로 정확한 결속지점까지 이동됨으로써, 경골요소(40)와 베어링요소(50) 간 체결이 안정적으로 이루어질 수 있다.

이처럼 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 체결 과정을 본 발명의 작용, 효과와 연계하여 살펴보기로 한다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물의 체결 과정을 도시한 도면으로서, 도 11은 체결 과정을 사시도 각도에서 본 도면이며, 도 12는 체결 과정을 인공 무릎 관절 삽입물의 우측에서 바라본 도면이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 먼저 경골(T) 상단의 골절제면에 고정된 경골요소(40)의 직상부에 베어링요소(50)를 위치시킨다. 좀 더 구체적으로는, 베어링요소(50)의 제2 요홈(56)의 결속안내영역(a2)이 경골요소(40)의 제1 돌기(45)와 맞물릴 수 있는 위치의 경골요소(40) 직상부에 베어링요소(50)를 위치시킨다(도 11 및 도 12의 (a) 참조).

그 상태(도 11 및 도 12의 (a)와 같은 상태)에서 베어링요소(50)를 아래로 내려 경골요소(40)의 상부 체결면(43)에 상기 베어링요소(50)를 밀착시켜(도 11 및 도 12의 (b) 참조) 제2 요홈(56)의 결속안내영역(a2)에 경골요소(40)의 제1 돌기(45)가 위치시키고, 이 상태에서 베어링요소(50)를 전방으로 밀면, 제1 돌기(45)가 결속안내영역(a2)을 따라 제2 요홈(56)의 결속영역(a1) 방향으로 상대운동을 하게 된다.

이후 제1 돌기(45)가 상기 결속영역(a1)에 진입하는 시점부터 도브테일 구조의 상기 제1 돌기(45)의 외면부가 상기 결속영역(a1)의 결속레일(58, 도 10 참조)에 맞물린 상태로 지정된 결속위치를 향하여 슬라이딩됨으로써 임의 이탈되지 않으며, 베어링요소(50)에 형성된 제1 요홈(55)의 전방 개구 측에 경골요소(40)의 제2 돌기(46)의 일부가 삽입되는 시점에 베어링요소(50)에 좀 더 힘을 가한다.

그러면 베어링요소(50)에 형성된 상기 제1 요홈(55)이 제2 돌기(46)의 경사면(460)에 밀착된 상태로 이동을 하게 되는데, 제1 요홈(55)의 깊이(D1)에 비해 제2 돌기(46)의 높이(h)가 높게 형성(도 9 및 도 10 참조)됨으로써 그 과정에서 베어링요소(50)의 전단이 살짝 위로 들리는 탄성 변형이 일어나고, 제1 돌기(45)가 결속영역(a1)의 정해진 결속위치에 도달하는 순간 베어링요소(50)의 전단은 탄성 복원되고 제2 돌기(46)는 단턱(57)에 걸리게 된다.

제1 돌기(45)와 제2 돌기(46)의 제1 방향 최외면 사이의 거리(d1, 도 9 참조) 사이의 직선 거리(d1)가 제2 요홈(56)의 제1 방향 길이(l1, 도 10 참조)와 같거나 상기 제1 방향 길이(l1)보다 다소 크게 형성됨으로써, 제2 돌기(46)는 단턱(57)에 정확히 맞물리거나 억지 끼워 맞춤 결합 형태로 다소 빡빡하게 결합될 수 있으며, 따라서 두 요소 사이에 견고한 체결 또는 결속이 이루어질 수 있다.

한편, 재수술을 위하여 베어링요소(50)를 분리시킴에 있어서는 앞서 설명한 체결 과정의 역순으로 베어링요소(50)를 분리시킬 수 있다. 다만, 분리를 위해서는 처음에 제1 요홈(55)의 개구에 막대형 분리 도구를 넣어 지렛대 원리로 베어링요소(50)의 전단을 살짝 위로 들어올려 제2 돌기(46)를 단턱(57)으로부터 이탈시킨 상태에서 베어링요소(50)를 후방으로 당기거나 밀어 분리시킬 수 있다.

종래 기술의 도브테일 타입은 다른 타입(후크 타입이나 핀 타입)에 비해 체결 후 안정성이 높고, 분리 시 도구를 이용하여 분리시킬 수 있다는 장점은 있으나, 앞서 살펴본 도 4의 (c)와 같이 체결부(12-3)가 수용부(13-3)에 끼워지는 과정에서 결합면(12-7)이 이탈방지용 단턱부(13-5)에 닿은 채로 지정된 결합 위치까지 슬라이딩 되어야 하는 구조이므로 체결에 큰 힘이 요구된다.

이에 실제 수술 과정에서는 큰 힘을 가하기 위해 도 4의 (d)나 도 5의 (a)와 같은 임팩터(14)나 도 5의 (b)와 같은 방아쇠 방식의 전용 도구(15) 또는 망치를 사용하지만, 임팩터나 망치 등을 사용할 경우 그 충격으로 인해 환자의 뼈에 균열이 생길 수 있고, 방아쇠 방식의 도구는 작동에 큰 악력이 요구됨에 따라 사용상의 불편이 수반될 수밖에 없었다.

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 인공 무릎 관절 삽입물에 의하면, 도브테일 체결 방식이면서도 체결 마지막 단계에서 제2 돌기와 제1 요홈 사이의 물리적인 접촉에 따른 잠깐의 저항이 있을 뿐, 종래의 기술과 같이 체결 과정 전반에 걸쳐 큰 저항이 발생하지 않는 구조라는 장점이 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

30 : 인공 무릎 관절 삽입물
40 : 경골요소
41 : 하부 결속면
42 : 심재
43 : 상부 체결면
44 : 돌기부
45 : 제1 돌기
46 : 제2 돌기
48 : 전방 만곡점
49 : 후방 만입부
50 : 베어링요소
51 : 상부 지지면
53 : 하부 체결면
54 : 수용부
55 : 제1 요홈
56 : 제2 요홈
57 : 단턱
58 : 결속레일

Claims

경골의 골절제면에 직접 고정되며 상부 체결면으로부터 돌출되는 돌기부를 갖는 경골요소를 포함하며,
상기 돌기부는 경골요소의 제1 방향 기준선을 따라 서로 간 거리를 두고 이격 배치되는 두 개의 돌기로 구성되고,
상기 두 개의 돌기는,
상기 경골요소의 후방 만입부에서 제1 거리만큼 떨어진 상기 상부 체결면으로부터 돌출되며 아래로 갈수록 폭 또는 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 제1 돌기와,
상기 경골요소의 전방 만곡점에서 제2 거리만큼 떨어진 상기 상부 체결면으로부터 돌출되며 상기 제1 돌기와 마주하는 면이 제1 돌기 방향으로 하향 경사진 제2 돌기로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 돌기는 면적이 가장 큰 최상면의 평면 모양이 직사각 또는 정사각형이고 아래로 갈수록 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 돌기인 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 돌기는 단면 모양이 상기 제1 돌기와 마주하는 면이 경사진 직각 삼각형이면서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 상기 제1 돌기의 폭(w1)보다 작은 폭(w2)으로 형성되는 돌기인 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
대퇴골의 골절제면에 직접 고정되는 대퇴골요소와 제1항에 기재된 경골요소 사이에 개재되며 하부 체결면에 상기 돌기부에 대응하여 수용부가 형성된 베어링요소;를 포함하며,
상기 수용부는 베어링요소의 제1 방향 기준선을 따라 서로 연속되는 구조로 형성되는 요홈들로 구성되고,
상기 요홈들은,
상기 베어링 요소 전방을 향하여 개구된 제1 요홈과,
상기 제1 요홈보다 깊게 상기 제1 요홈의 후방에 연이어 형성되는 제2 요홈으로 구성되되,
상기 제2 요홈은 결속레일을 구비한 결속영역과, 상기 경골요소에 형성된 특정 돌기가 상기 결속영역을 향하여 슬라이딩되어 결속되도록 안내하는 결속안내영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
경골의 골절제면에 직접 고정되며 상부 체결면으로부터 돌출되는 돌기부를 갖는 경골요소; 및
대퇴골의 골절제면에 직접 고정되는 대퇴골요소와 상기 경골요소 사이에 개재되며 하부 체결면에 상기 돌기부에 대응하여 수용부가 형성된 베어링요소;를 포함하며,
상기 돌기부는 경골요소의 제1 방향 기준선을 따라 서로 간 거리를 두고 이격 배치되는 두 개의 돌기로 구성되고,
상기 수용부는 베어링요소의 제1 방향 기준선을 따라 서로 연속되는 구조로 형성되는 요홈들을 포함하며,
두 개의 돌기 중 어느 한 돌기의 제1 방향 최외면과 다른 한 돌기의 제1 방향 최외면 사이의 직선 거리(d1)가 상기 요홈들 중 베어링요소 전방을 향하여 개구된 제1 요홈을 제외한 나머지 요홈의 제1 방향 길이(l1)와 같거나 상기 제1 방향 길이(l1)보다 큰 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 5 항에 있어서,
상기 두 개의 돌기는,
상기 경골요소의 후방 만입부에서 제1 거리만큼 떨어진 상기 상부 체결면으로부터 돌출되며 아래로 갈수록 폭 또는 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 제1 돌기와,
상기 경골요소의 전방 만곡점에서 제2 거리만큼 떨어진 상기 상부 체결면으로부터 돌출되며 상기 제1 돌기와 마주하는 면이 제1 돌기 방향으로 하향 경사진 제2 돌기로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 6 항에 있어서,
상기 요홈들은,
상기 제2 돌기의 높이보다 낮은 깊이로 형성되는 상기 제1 요홈과,
상기 제1 요홈보다 깊게 상기 제1 요홈의 후방에 연이어 형성되는 제2 요홈으로 구성되되,
상기 제2 요홈은,
단면 구조가 도브테일 형상인 상기 제1 돌기의 외면 일부가 맞물려 고정되는 결속레일을 구비한 결속영역과,
상기 제1 돌기가 상기 결속영역을 향하여 슬라이딩되어 결속되도록 안내하는 결속안내영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제1 돌기는 면적이 가장 큰 최상면의 평면 모양이 직사각 또는 정사각형이고 아래로 갈수록 단면적이 점차 줄어드는 도브테일 형상의 단면 구조를 갖는 돌기인 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제2 돌기는 단면 모양이 상기 제1 돌기와 마주하는 면이 경사진 직각 삼각형이면서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 상기 제1 돌기의 폭(w1)보다 작은 폭(w2)으로 형성되는 돌기인 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 7 항에 있어서,
상기 결속안내영역을 따라 이동된 상기 제1 돌기가 상기 결속영역의 정해진 결속위치에 도달하는 순간 상기 제2 돌기가 상기 제1 요홈과 제2 요홈 간 경계부에 형성되는 단턱에 걸려 고정되는 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 5 항에 있어서,
상기 베어링요소는,
UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene), PEEK(Polyether, Ether, Ketone), Carbon fiber reinforced polymer, Glass fiber reinforced polymer 중 선택된 하나 또는 둘 이상을 조합시킨 복합체인 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 11 항에 있어서,
상기 UHMWPE는 CPE(conventional PE) 또는 HXLPE(highly crosslinked PE)가 사용되는 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.
제 11 항에 있어서,
상기 UHMWPE에 비타민 E가 포함되는 것을 특징으로 하는 인공 무릎 관절 삽입물.