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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024008257
(43)【公開日】2024-01-19
(54)【発明の名称】人工膝関節インプラント
(51)【国際特許分類】
A61F 2/38 20060101AFI20240112BHJP
【ＦＩ】
A61F2/38
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022109974
(22)【出願日】2022-07-07
(71)【出願人】
【識別番号】521045184
【氏名又は名称】Ｋ＆Ｔコンサルティング合同会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 卓
【テーマコード（参考）】
4C097
【Ｆターム（参考）】
4C097AA07
4C097BB01
4C097CC01
4C097CC16
4C097CC17
4C097DD02
4C097EE02
(57)【要約】
【課題】メディアルピボット運動及びロールバック運動を再現できるとともに、高い安定性を担保できる人工膝関節インプラントを提供する。
【解決手段】人工膝関節インプラントは、大腿骨コンポーネントと、脛骨コンポーネントと、を備える。大腿骨コンポーネントの大腿骨内側顆部は、内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角（θＭ）以下の場合に脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径（Ｒ１１）で形成されるとともに、屈曲角が内側曲率変化角（θＭ）を超える場合に脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径（Ｒ１１）よりも小さい第２の内側曲率半径（Ｒ１２）で形成されており、屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が内側曲率変化角（θＭ）以下の場合と、内側曲率変化角を超える場合とで、脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ内側曲率半径（Ｒ１３、Ｒ１４）で形成されている。
【選択図】図１２
【解決手段】人工膝関節インプラントは、大腿骨コンポーネントと、脛骨コンポーネントと、を備える。大腿骨コンポーネントの大腿骨内側顆部は、内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角（θＭ）以下の場合に脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径（Ｒ１１）で形成されるとともに、屈曲角が内側曲率変化角（θＭ）を超える場合に脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径（Ｒ１１）よりも小さい第２の内側曲率半径（Ｒ１２）で形成されており、屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が内側曲率変化角（θＭ）以下の場合と、内側曲率変化角を超える場合とで、脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ内側曲率半径（Ｒ１３、Ｒ１４）で形成されている。
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部及び大腿骨外側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨内側顆部は、
内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角以下の場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記内側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の内側曲率半径よりも小さい第２の内側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記内側曲率変化角以下の場合と、前記内側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ内側曲率半径で形成されている、
人工膝関節インプラント。
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨内側顆部は、
内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角以下の場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記内側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の内側曲率半径よりも小さい第２の内側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記内側曲率変化角以下の場合と、前記内側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ内側曲率半径で形成されている、
人工膝関節インプラント。
【請求項2】
前記ＩＦＡ断面における前記大腿骨内側顆部の前記内側曲率半径は、第１の内側曲率半径と同じである、
請求項１に記載の人工膝関節インプラント。
請求項１に記載の人工膝関節インプラント。
【請求項3】
前記大腿骨外側顆部は、
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記外側曲率変化角以下の場合と、前記外側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ外側曲率半径で形成されている、
請求項１又は２に記載の人工膝関節インプラント。
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記外側曲率変化角以下の場合と、前記外側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ外側曲率半径で形成されている、
請求項１又は２に記載の人工膝関節インプラント。
【請求項4】
前記ＩＦＡ断面における前記大腿骨外側顆部の前記外側曲率半径は、前記大腿骨内側顆部の前記内側曲率半径以上である、
請求項３に記載の人工膝関節インプラント。
請求項３に記載の人工膝関節インプラント。
【請求項5】
前記外側曲率変化角は、前記内側曲率変化角よりも小さい、
請求項３に記載の人工膝関節インプラント。
請求項３に記載の人工膝関節インプラント。
【請求項6】
前記第１の外側曲率半径は、前記第１の内側曲率半径よりも小さい、
請求項３に記載の人工膝関節インプラント。
請求項３に記載の人工膝関節インプラント。
【請求項7】
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部及び大腿骨外側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨外側顆部は、
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記外側曲率変化角以下の場合と、前記外側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ外側曲率半径で形成されている、
人工膝関節インプラント。
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨外側顆部は、
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記外側曲率変化角以下の場合と、前記外側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ外側曲率半径で形成されている、
人工膝関節インプラント。
【請求項8】
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部及び大腿骨外側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨内側顆部は、
内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記内側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の内側曲率半径よりも小さい第２の内側曲率半径で形成されており、
前記大腿骨外側顆部は、
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
前記外側曲率変化角は、前記内側曲率変化角よりも小さい、
人工膝関節インプラント。
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨内側顆部は、
内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記内側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の内側曲率半径よりも小さい第２の内側曲率半径で形成されており、
前記大腿骨外側顆部は、
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
前記外側曲率変化角は、前記内側曲率変化角よりも小さい、
人工膝関節インプラント。
【請求項9】
大腿骨の遠位端に配置された大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨コンポーネントを受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨コンポーネントは、
矢状断面では、屈曲角が曲率変化角を越えると、曲率半径がより小さくなるよう形成される一方、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、前記曲率変化角前後で、曲率半径が同じになるように形成されている、
人工膝関節インプラント。
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨コンポーネントを受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨コンポーネントは、
矢状断面では、屈曲角が曲率変化角を越えると、曲率半径がより小さくなるよう形成される一方、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、前記曲率変化角前後で、曲率半径が同じになるように形成されている、
人工膝関節インプラント。
【請求項10】
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨外側顆部及び大腿骨内側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨コンポーネントを受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨外側顆部の外側曲率変化角は、前記大腿骨内側顆部の内側曲率変化角よりも小さく形成され、
屈曲角が大きくなると、屈伸軸の前記大腿骨外側顆部側が、前記大腿骨内側顆部側よりも先に、前記脛骨コンポーネントに近接し、前記大腿骨外側顆部と前記脛骨コンポーネントとの適合性が低下する、
人工膝関節インプラント。
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨コンポーネントを受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨外側顆部の外側曲率変化角は、前記大腿骨内側顆部の内側曲率変化角よりも小さく形成され、
屈曲角が大きくなると、屈伸軸の前記大腿骨外側顆部側が、前記大腿骨内側顆部側よりも先に、前記脛骨コンポーネントに近接し、前記大腿骨外側顆部と前記脛骨コンポーネントとの適合性が低下する、
人工膝関節インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、メディアルピボット型の人工膝関節インプラントに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、変形性膝関節症や関節リウマチなどにより変形した膝関節を、人工膝関節に置換する全人工膝関節置換術（ＴＫＡ：Total Knee Arthroplasty）が知られている。全人工膝関節置換術に用いられる人工膝関節インプラントは、大腿骨の遠位端に固定される大腿骨コンポーネントと、脛骨の近位端に固定される脛骨コンポーネントと、を備えている（例えば、特許文献１、２参照）。
【0003】
大腿骨コンポーネントは、大腿骨の遠位端側の関節面を形成し、脛骨コンポーネントは、脛骨の近位端側の関節面を形成する。大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントとが、摺動可能に当接することにより、膝関節としての機能が実現される。
【0004】
ところで、膝関節は、荷重関節であるにも関わらず、６自由度を有する関節であり、本来なら非常に不安定で適合性が悪い関節である。この不安定な関節を安定させるために、膝関節では、骨と骨をつなぐ靱帯が重要な役割を果たし、また、関節の適合性をよくするために半月板が発達している。
【0005】
具体的には、膝関節では、前十字靱帯（ＡＣＬ：Anterior Cruciate Ligament）、後十字靱帯（ＰＣＬ：Posterior Cruciate Ligament）、内側側副靱帯（ＭＣＬ：Medial Collateral Ligament）、及び外側側副靱帯（ＬＣＬ：Lateral Collateral Ligament）の４つの靱帯により、安定性が獲得されている。例えば、ＡＣＬ及びＰＣＬは、大腿骨に対して脛骨が前後にずれるのを制御している。また、ＰＣＬは、安定性の獲得だけでなく、屈曲に伴い緊張して大腿骨を後方に引っ張り、ロールバック運動（大腿骨が脛骨関節面を後方にすべりながら転がる運動）を誘発するという機能も有している。
【0006】
人工膝関節置換術では、ＡＣＬを切除して、温存したＰＣＬのみにより安定性を得るＣＲ（Cruciate Retaining）型の人工膝関節インプラント、又は、ＡＣＬ、ＰＣＬともに切除し、ポスト－カム機構等のインプラントデザインにより安定性を得るＰＳ（Posterior Stabilized）型の人工膝関節インプラントが選択されることが多い。
【0007】
ＣＲ型の人工膝関節インプラントは、温存したＰＣＬにより後方安定性が担保されるために、中間屈曲位以降におけるロールバック運動の誘発も期待できる。また、ポスト－カム機構を利用したＰＳ型の人工膝関節インプラントは、バランス調整の観点から手技が容易であり、機械的にロールバック運動を誘発するため深屈曲しやすいという利点がある（特許文献２参照）。
【0008】
しかしながら、ＣＲ型人工膝関節インプラントを用いた人工膝関節では、安定化機構であるＰＣＬが中間屈曲位以降でしか緊張しないため、屈曲運動に伴い大腿骨コンポーネントが前方に滑り、前後方向において不安定になる。同様に、ＰＳ型人工膝関節インプラントを用いた人工膝関節では、ポスト－カムが噛み合うまでは前後方向において不安定になる。
【0009】
一方で、ポスト－カム機構ではなく、関節面の形状により拘束性を高めることで、膝関節の安定性を獲得する人工膝関節インプラントの開発も進められている。例えば、大腿骨コンポーネントの内側顆部の関節面をボール形状に形成し、脛骨コンポーネントの内側顆部の関節面を球面ソケット形状に形成した人工膝関節インプラントが提案されている。大腿骨内側顆部のボール形状と脛骨内側顆部の球面ソケット形状を同等の曲率半径で形成することにより、大腿骨内側顆部は脛骨内側顆部に拘束されるので、高い安定性を得ることができる。この種の人工膝関節インプラントは、健常な膝関節における内側顆を中心とする回旋運動（以下、「メディアルピボット運動」と称する）を再現できるので、「ＭＰ（Medial Pivot）型」と称される。このように、ＭＰ型人工膝関節インプラントは、メディアルピボット運動を再現でき、また、浅屈曲位においても前後安定性を獲得できる点で、ＣＲ型やＰＳ型人工膝関節インプラントよりも優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開２０１６－７７７３２号公報
【特許文献2】特表２０１７－５０５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、従来のＭＰ型人工膝関節インプラントでは、屈曲運動における安定性を重視して、大腿骨コンポーネントにおける内側顆部の少なくとも屈曲０°（伸展０°）～屈曲９０°にわたる関節面が単一の曲率半径で形成されている（図１参照）。一般的には、大腿骨コンポーネントの内側顆部は、伸展４５°～屈曲９０°にわたって単一の曲率半径のボール形状を有している。そのため、健常な膝関節で生じるロールバック運動が再現されず、深屈曲における関節可動域が小さくなるため、深屈曲時の曲がりにくさに患者が違和感を覚える虞がある。
【0012】
ここで、「屈曲０°（伸展０°）」とは、大腿骨の機能軸と脛骨の機能軸が一致する直立状態であり、「屈曲９０°」とは、膝関節を９０°屈曲した状態である。同様に、本明細書では、膝関節を角度θだけ屈曲した状態を、「屈曲θ」と表記する。また、大腿骨コンポーネントの関節面における脛骨コンポーネントとの接触面の最下点を「コンタクトポイント」、屈曲時のコンタクトポイントの軌跡を「コンタクトライン」と称する。
【0013】
本発明の目的は、メディアルピボット運動及びロールバック運動を再現できるとともに、高い安定性を担保できる人工膝関節インプラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明に係る人工膝関節インプラントは、
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部及び大腿骨外側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨内側顆部は、
内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角以下の場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記内側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の内側曲率半径よりも小さい第２の内側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記内側曲率変化角以下の場合と、前記内側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ内側曲率半径で形成されている。
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部及び大腿骨外側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨内側顆部は、
内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角以下の場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記内側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の内側曲率半径よりも小さい第２の内側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記内側曲率変化角以下の場合と、前記内側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ内側曲率半径で形成されている。
【0015】
本発明に係る人工膝関節インプラントは、
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部及び大腿骨外側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨外側顆部は、
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記外側曲率変化角以下の場合と、前記外側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ外側曲率半径で形成されている。
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部及び大腿骨外側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨外側顆部は、
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が前記外側曲率変化角以下の場合と、前記外側曲率変化角を超える場合とで、前記脛骨コンポーネントと接触する領域が同じ外側曲率半径で形成されている。
【0016】
本発明に係る人工膝関節インプラントは、
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部及び大腿骨外側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨内側顆部は、
内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記内側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の内側曲率半径よりも小さい第２の内側曲率半径で形成されており、
前記大腿骨外側顆部は、
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
前記外側曲率変化角は、前記内側曲率変化角よりも小さい。
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部及び大腿骨外側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨内側顆部及び前記大腿骨外側顆部を受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨内側顆部は、
内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の内側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記内側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の内側曲率半径よりも小さい第２の内側曲率半径で形成されており、
前記大腿骨外側顆部は、
外側矢状断面では、前記屈曲角が外側曲率変化角以下である場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径で形成されるとともに、前記屈曲角が前記外側曲率変化角を超える場合に前記脛骨コンポーネントと接触する領域が前記第１の外側曲率半径よりも小さい第２の外側曲率半径で形成されており、
前記外側曲率変化角は、前記内側曲率変化角よりも小さい。
【0017】
本発明に係る人工膝関節インプラントは、
大腿骨の遠位端に配置された大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨コンポーネントを受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨コンポーネントは、
矢状断面では、屈曲角が曲率変化角を越えると、曲率半径がより小さくなるよう形成される一方、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、前記曲率変化角前後で、曲率半径が同じになるように形成されている。
大腿骨の遠位端に配置された大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨コンポーネントを受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨コンポーネントは、
矢状断面では、屈曲角が曲率変化角を越えると、曲率半径がより小さくなるよう形成される一方、
屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、前記曲率変化角前後で、曲率半径が同じになるように形成されている。
【0018】
本発明に係る人工膝関節インプラントは、
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨外側顆部及び大腿骨内側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨コンポーネントを受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨外側顆部の外側曲率変化角は、前記大腿骨内側顆部の内側曲率変化角よりも小さく形成され、
屈曲角が大きくなると、屈伸軸の前記大腿骨外側顆部側が、前記大腿骨内側顆部側よりも先に、前記脛骨コンポーネントに近接し、前記大腿骨外側顆部と前記脛骨コンポーネントとの適合性が低下する。
大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨外側顆部及び大腿骨内側顆部を含む大腿骨コンポーネントと、
脛骨の近位端に配置され、前記大腿骨コンポーネントを受容する脛骨コンポーネントと、を備え、
前記大腿骨外側顆部の外側曲率変化角は、前記大腿骨内側顆部の内側曲率変化角よりも小さく形成され、
屈曲角が大きくなると、屈伸軸の前記大腿骨外側顆部側が、前記大腿骨内側顆部側よりも先に、前記脛骨コンポーネントに近接し、前記大腿骨外側顆部と前記脛骨コンポーネントとの適合性が低下する。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、メディアルピボット運動及びロールバック運動を再現できるとともに、高い安定性を担保できる人工膝関節インプラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【0022】
［第１の実施の形態］
図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂは、実施の形態に係るＭＰ型の人工膝関節インプラント１を示す斜視図である。また、図４は、大腿骨コンポーネント１０の大腿骨内側顆部１１の関節面１１１、１１２を示す側面図である。人工膝関節インプラント１は、患者の左膝関節用の人工膝関節である。
図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂは、実施の形態に係るＭＰ型の人工膝関節インプラント１を示す斜視図である。また、図４は、大腿骨コンポーネント１０の大腿骨内側顆部１１の関節面１１１、１１２を示す側面図である。人工膝関節インプラント１は、患者の左膝関節用の人工膝関節である。
【0023】
図２Ａ、図２Ｂは、正面から見た斜視図であり、図３Ａ、図３Ｂは、背面から見た斜視図である。また、図２Ａ、図３Ａは、大腿骨コンポーネント１０と脛骨コンポーネント２０を当接させた状態（実際の使用状態）を示し、図２Ｂ、図３Ｂは、大腿骨コンポーネント１０と脛骨コンポーネント２０を分解した状態を示している。
【0024】
人工膝関節インプラント１は、変形性膝関節症や関節リウマチなどにより損傷した膝関節を、健常な膝関節と同等の機能が得られるように置換するための人工物であり、例えば、全人工膝関節置換術において用いられる。
【0025】
【0026】
大腿骨コンポーネント１０は、大腿骨の遠位端に固定され、脛骨コンポーネント２０は、脛骨の近位端に固定される。膝関節の屈伸運動に伴い、大腿骨コンポーネント１０と脛骨コンポーネント２０との間で、転がり運動及びすべり運動が行われることにより、大腿骨コンポーネント１０及び脛骨コンポーネント２０は、相対的に変位する。
【0027】
大腿骨コンポーネント１０は、生体親和性を有する硬質材料（例えば、コバルトクロム合金、チタン合金、又はセラミック）で形成される。大腿骨コンポーネント１０は、側面視において、全体として略Ｃ字形状に形成されている。大腿骨コンポーネント１０の関節面の形状（曲率半径等）は、上顆軸（ＳＥＡ：Surgical Epicondylar Axis）を基準として、健常な大腿骨の関節面形状を解析することにより設定される。
【0028】
大腿骨コンポーネント１０は、大腿骨の内側顆に取り付けられる大腿骨内側顆部１１と、外側顆に取り付けられる大腿骨外側顆部１２と、を有する。大腿骨内側顆部１１と大腿骨外側顆部１２は、内外方向に並んで配置されている。大腿骨内側顆部１１と大腿骨外側顆部１２の前側の部分は、接続部１３により滑らかに連結されている。大腿骨内側顆部１１と大腿骨外側顆部１２の後側の部分は、大腿骨の顆間窩が露出するように、互いに離間している。
【0029】
大腿骨内側顆部１１の表面１１ａ及び大腿骨外側顆部１２の表面１２ａが、それぞれ、脛骨コンポーネント２０と当接する大腿骨内側関節面及び大腿骨外側関節面を形成する。具体的には、大腿骨内側顆部１１の表面１１ａのうち、伸展０°～屈曲側最大角において脛骨コンポーネント２０と接触する部分が、大腿骨内側関節面となる。また、大腿骨外側顆部１２の表面１２ａのうち、伸展０°～屈曲側最大角において脛骨コンポーネント２０と接触する部分が、大腿骨外側関節面となる。
【0030】
大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２は、それぞれの関節面が、ボール形状の球面を呈するように形成されている。大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２は、ともに同一のインプラント屈伸軸（ＩＦＡ：Implant Flexion Axis)を有しており、それぞれの矢状断面において、ＩＦＡを中心軸とした円弧の一部で形成される単一半径領域を有している。大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２の矢状断面とは、伸展０°の姿勢にある大腿骨コンポーネント１０において、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２のコンタクトポイントを通る矢状面である。以下において、大腿骨内側顆部１１の矢状断面を「内側矢状断面」、大腿骨外側顆部１２の矢状断面を「外側矢状断面」と称する。
【0031】
大腿骨内側顆部１１のボール形状は、ＩＦＡを通る前後軸の周りに大腿骨内側関節面の単一半径領域を回転させることにより形成される。同様に、大腿骨外側顆部１２のボール形状は、ＩＦＡを通る前後軸の周りに大腿骨外側関節面の単一半径領域を回転させることにより形成される。つまり、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２の単一半径領域を規定する曲率円の中心は、ＩＦＡ上に位置する。
【0032】
大腿骨外側関節面の外側曲率半径Ｒ２は、大腿骨内側関節面の内側曲率半径Ｒ１よりも小さく設定されている。これにより、内傾したジョイントライン（大腿骨内側関節面のコンタクトポイントと大腿骨外側関節面のコンタクトポイントを結ぶ線）を再現することができる。
【0033】
大腿骨内側顆部１１の裏面１１ｂ及び大腿骨外側顆部１２の裏面１２ｂは、それぞれ、大腿骨の内側顆及び外側顆に取り付けられる大腿骨取付面を形成する。大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２の裏面１１ｂ、１２ｂは、例えば、直線的な折れ線形状に形成されており、それぞれの形状に応じて、大腿骨の骨切りが行われる。
【0034】
また、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２の裏面１１ｂ、１２ｂには、係合ピン１４が立設されている。大腿骨に大腿骨コンポーネント１０を取り付ける場合、係合ピン１４が、大腿骨の骨切り面に設けられた係合孔に挿入される。そして、骨セメント、又は生体活性材料を含むコーティング剤などを用いて固定される。
【0035】
脛骨コンポーネント２０は、脛骨インサート２０Ａと、脛骨ベースプレート（脛骨トレイ）２０Ｂと、を有する。脛骨インサート２０Ａは、ポリエチレン等の合成樹脂材料で形成される。脛骨ベースプレート２０Ｂは、大腿骨コンポーネント１０と同様に、生体親和性を有する硬質材料で形成される。
【0036】
脛骨インサート２０Ａは、平板形状を有する。脛骨インサート２０Ａの表面（大腿骨コンポーネント１０側の面）には、大腿骨コンポーネント１０の大腿骨内側顆部１１を受ける脛骨内側顆部２１と、大腿骨外側顆部１２を受ける脛骨外側顆部２２とが、球面状に凹んで形成されている。脛骨内側顆部２１及び脛骨外側顆部２２は、それぞれ、大腿骨コンポーネント１０と当接する脛骨内側関節面及び脛骨外側関節面である。
【0037】
脛骨内側顆部２１及び脛骨外側顆部２２は、例えば、大腿骨コンポーネント１０を屈伸軸周りに回動させたときの大腿骨内側関節面及び大腿骨外側関節面の三次元形状を元に形成される。
【0038】
脛骨内側顆部２１は、大腿骨内側関節面と同等の曲率半径で球面ソケット形状に形成される。具体的には、脛骨内側顆部２１は、大腿骨内側関節面のうち、第１の内側関節面１１１（図４参照）と同等の曲率半径を有している。これにより、大腿骨内側顆部１１は、脛骨内側顆部２１に拘束されるので、屈曲時の安定性が向上する。一方、脛骨外側顆部２２は、脛骨内側顆部２１よりも大きい曲率半径で略平坦に形成されている。これにより、大腿骨外側顆部１２の回旋及び前後移動が許容される。したがって、屈曲時に、大腿骨内側顆部１１を中心に、メディアルピボット運動が行われる。
【0039】
人工膝関節インプラント１は、大腿骨内側顆及び大腿骨外側顆からなる大腿骨顆部に存在する屈伸軸（例えば、ＳＥＡ）に、大腿骨コンポーネント１０のインプラント屈伸軸（ＩＦＡ）が一致するように設置される。
【0040】
さらに、本実施の形態では、大腿骨内側関節面は、第１の内側関節面１１１と第２の内側関節面１１２を有している（図４参照）。第１の内側関節面１１１は、第１の内側曲率半径Ｒ１１で形成され、第２の内側関節面１１２は、第１の内側曲率半径Ｒ１１よりも小さい第２の内側曲率半径Ｒ１２で形成されている。第１の内側関節面１１１から第２の内側関節面１１２には、屈曲θＭで切り変わる。具体的には、大腿骨内側関節面の内側曲率半径Ｒ１は、内側矢状断面において、屈曲角がθＭのときに最下点となる点を境にして、第１の内側曲率半径Ｒ１１から第２の内側曲率半径Ｒ１２に切り替わる。すなわち、大腿骨コンポーネント１０では、大腿骨後顆部に相当する部位が、より本来の解剖学的形状に近くなっている。
【0041】
ここで、大腿骨内側顆部１１の曲率半径が変化する屈曲角θＭ（以下、「内側曲率変化角θＭ」と称する）は、人工膝関節インプラント１を装着する患者の大腿骨の形状に応じて適宜設定することができる。内側曲率変化角θＭは、８０°未満であればよく、典型的には、４５～６０°である。以下の説明では、内側曲率変化角θＭ＝６０°とした場合について説明する。
【0042】
第２の内側曲率半径Ｒ１２が第１の内側曲率半径Ｒ１１よりも小さいため、屈曲角が内側曲率変化角θＭを超えると、膝関節の屈曲に伴いインプラント屈伸軸であるＩＦＡが脛骨に近づく。上述したように、大腿骨コンポーネント１０は、ＩＦＡとＳＥＡが一致するように設置されているので、屈曲θＭ以降で、ＳＥＡの内側端に付着している内側側副靱帯の緊張度は低下することになる。したがって、屈曲θＭ以降では、内側側副靱帯の緊張度の緩和と脛骨側のソケット形状に対する適合性の低下の相乗効果によって、大腿骨内側顆部１１の前後方向への可動性が向上し、ロールバック運動が行われやすくなる。
【0043】
なお、第２の内側曲率半径Ｒ１２は、単一半径でなくてもよい。本実施の形態では、第２の内側関節面１１２は、第１の内側関節面１１１から曲率半径が徐々に減少し、いわゆるアルキメデスカーブを描く領域１１２ａと、単一半径の領域１１２ｂを含んでいる。これにより、大腿骨内側関節面を滑らかに形成することができる。
【0044】
図５Ａ～図５Ｃは、実際の大腿骨内側顆及び大腿骨外側顆におけるコンタクトラインＣＬ１、ＣＬ２の解析結果（サンプル数：５０）を示す図である。図５Ａは、大腿骨後顆部におけるコンタクトラインＣＬ１、ＣＬ２を示す。図５Ｂは、屈曲０°～屈曲１４０°の範囲におけるコンタクトラインＣＬ１、ＣＬ２を、前額面に投影して示した図であり、縦軸は屈伸軸（ここでは、ＳＥＡ）を基準とする上下方向の位置を示し、横軸は大腿骨の正中矢状面を基準とする内外方向の位置を示している。また、図５Ｃは、伸展６０°（屈曲－６０°）～屈曲１４０°のコンタクトラインＣＬ１、ＣＬ２を、矢状面に投影した図であり、縦軸及び横軸は、それぞれ、屈伸軸を基準とする上下方向の位置及び前後方向の位置を示している。
【0045】
図５Ａ～図５Ｃに示すように、大腿骨外側顆のコンタクトラインＣＬ２は、大腿骨内側顆のコンタクトラインＣＬ１に比較して、屈曲角度が増大するに伴い大腿骨の正中側に変位しており、コンタクトラインＣＬ１，ＣＬ２は、全体として「ハ」字形状を有している。
【0046】
そこで、大腿骨コンポーネント１０及び脛骨コンポーネント２０は、大腿骨内側関節面及び大腿骨外側関節面におけるコンタクトラインが、全体として「ハ」字形状を有するように形成されることが好ましい。これにより、大腿骨コンポーネント１０及び脛骨コンポーネント２０の屈曲時の当接状態が、より本来の解剖学的状態に近くなるので、健常な膝関節と同様の挙動が得られやすくなる。
【0047】
図６Ａ～図６Ｈは、屈曲時における大腿骨内側顆部１１の動きを示す図である。図７Ａ～図７Ｈは、屈曲時における大腿骨外側顆部１２の動きを示す図である。図６Ａ～図６Ｈ及び図７Ａ～図７Ｈは、それぞれ、屈曲０°～屈曲１０５°までの状態を、１５°刻みで示している。
【0048】
図７Ａ～図７Ｈに示すように、大腿骨外側顆部１２は、屈曲運動に伴い、屈伸軸ＳＥＡが後側に変位している。また、図６Ａ～図６Ｈに示すように、大腿骨内側顆部１１は、屈曲６０°までは屈伸軸がほとんど変位せず（図６Ａ～図６Ｅ参照）、屈曲６０°以降において後側に変位している（図６Ｆ～図６Ｈ参照）。
【0049】
つまり、人工膝関節インプラント１においては、屈曲６０°くらいまでの中間屈曲位では、大腿骨内側顆部１１が脛骨内側顆部２１に拘束されてメディアルピボット運動が支配的となる。一方、屈曲６０°以降の深屈曲位では、大腿骨内側顆部１１の曲率半径が小さくなるので、脛骨内側顆部２１による拘束が緩和され、ロールバック運動が行われる。
【0050】
図８Ａ、図９Ａは、人工膝関節インプラント１を適用した人工膝関節の屈伸軸（ここでは、ＳＥＡ）の挙動をシミュレーションした結果を示す図である。比較例として、従来のＭＰ型の人工膝関節インプラントを適用した場合の屈伸軸の挙動を図８Ｂ及び図９Ｂに、健常膝の膝関節の屈伸軸の挙動を図８Ｃ及び図９Ｃに示す。図８Ａ～図８Ｃは、歩行時の屈曲５°、４０°、５５°、７５°、９０°、１００°における屈伸軸のシミュレーション結果であり、図９Ａ～図９Ｃは、スクワット時の屈曲０°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°における屈伸軸のシミュレーション結果である。
【0051】
図８Ａ～図８Ｃ及び図９Ａ～図９Ｃに示すように、人工膝関節インプラント１を適用した人工膝関節の屈伸軸（ＳＥＡ）は、健常な膝関節と同様の挙動を示すことが確認できる。特に、大腿骨内側関節面（第１の内側関節面１１１及び第２の内側関節面１１２）の曲率半径を制御することにより、屈伸軸の内側の挙動が、従来のＭＰ型の人工膝関節インプラントに比較して大幅に改善されていることがわかる。
【0052】
上述したように、第１の実施の形態に係る人工膝関節インプラント１は、以下の特徴事項を単独で、又は、適宜組み合わせて備えている。
【0053】
すなわち、人工膝関節インプラント１は、大腿骨の遠位端に固定される大腿骨コンポーネント１０と、脛骨の近位端に固定される脛骨コンポーネント２０と、を備えるメディアルピボット型の人工膝関節インプラントである。人工膝関節インプラント１において、大腿骨コンポーネント１０は、ボール形状の大腿骨内側関節面と、ボール形状の大腿骨外側関節面と、を有する。また、脛骨コンポーネント２０は、装着状態において、大腿骨内側関節面に対向する球面ソケット形状の脛骨内側顆部２１と、大腿骨外側関節面に対向する脛骨外側顆部２２と、を有する。大腿骨内側関節面は、脛骨内側顆部２１と同等の第１の内側曲率半径Ｒ１１で形成された第１の内側関節面１１１と、第１の内側関節面１１１よりも屈曲側に位置し、第１の内側曲率半径Ｒ１１よりも小さい第２の内側曲率半径Ｒ１２で形成された第２の内側関節面１１２と、を有する。
【0054】
人工膝関節インプラント１において、第１の内側関節面１１１から第２の内側関節面１１２に切り替わる内側曲率変化角θＭは、８０°未満である。
【0055】
人工膝関節インプラント１において、第２の内側関節面１１２は、第１の内側曲率半径Ｒ１１から曲率半径が徐々に減少する領域（アルキメデスカーブ）を含む。
【0056】
人工膝関節インプラント１において、大腿骨外側関節面の外側曲率半径Ｒ２は、第１の内側曲率半径Ｒ１１よりも小さい。
【0057】
人工膝関節インプラント１において、脛骨外側顆部２２は、大腿骨外側顆部１２の回旋及び前後移動を許容する形状を有する。
【0058】
人工膝関節インプラント１において、大腿骨外側顆部１２におけるコンタクトラインは、大腿骨内側顆部１１におけるコンタクトラインに比較して、屈曲角度が増大するに伴い大腿骨の正中側に変位する。
【0059】
また、人工膝関節インプラント１は、大腿骨の遠位端に配置され、ボール形状の大腿骨関節面を有する大腿骨コンポーネント１０と、脛骨の近位端に配置され、大腿骨関節面を受容する球面ソケット形状の脛骨関節面を有する脛骨コンポーネント２０と、を備え、大腿骨関節面は、脛骨コンポーネント２０に対する大腿骨コンポーネント１０のピボット運動を可能にする第１の内側関節面（第１の曲率の領域）と、脛骨コンポーネント２０に対する大腿骨コンポーネント２０のロールバック運動を可能にする第２の内側関節面１２（第２の曲率の領域）と、を有する。
【0060】
人工膝関節インプラント１において、大腿骨関節面は、膝関節の屈曲角が内側曲率変化角θＭを超える場合に、脛骨コンポーネント２０に対する大腿骨コンポーネント１０のロールバック運動を可能にする曲率の領域（第２の内側関節面１１２）を有する。
【0061】
人工膝関節インプラント１において、大腿骨関節面は、曲率が異なる第１の内側関節面１１１及び第２の内側関節面１１２を有し、膝関節の屈曲角が内側曲率変化角θＭ以下であるときの関節面となる第１の内側関節面１１１の曲率よりも、膝関節の屈曲角が内側曲率変化角θＭを超えるときの関節面となる第２の内側関節面１１２の曲率の方が大きい。
【0062】
人工膝関節インプラント１において、内側曲率変化角θＭは、８０°未満である。好ましくは、内側曲率変化角θＭは、４５°～６０°の範囲である。
【0063】
人工膝関節インプラント１において、大腿骨コンポーネント１０は、大腿骨内側関節面と大腿骨外側関節面とを有し、曲率が異なる第１の内側関節面１１１及び第２の内側関節面１１２は、大腿骨内側関節面上に存在する。
【0064】
人工膝関節インプラント１において、大腿骨外側関節面は、大腿骨内側関節面の曲率よりも大きい曲率で形成され、回旋及び前後移動可能である。
【0065】
人工膝関節インプラント１において、大腿骨コンポーネント１０は、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２を含み、脛骨コンポーネント２０は、脛骨内側顆部２１及び脛骨外側顆部２２を含み、大腿骨内側顆部１１及び脛骨内側顆部２１のコンタクトポイントと、大腿骨外側顆部１２と脛骨外側顆部２２のコンタクトポイントとの距離は、膝関節の屈曲角度が増大するに伴い大腿骨の正中側に変位して近接する。
【0066】
人工膝関節インプラント１において、第２の内側曲率半径Ｒ１２は、曲率が徐々に増大するアルキメデスカーブを描くよう設定される。
【0067】
人工膝関節インプラント１によれば、メディアルピボット運動及びロールバック運動を再現できるとともに、高い安定性を担保できる人工膝関節インプラントを提供することができる。具体的には、内側曲率変化角θＭ（θＭは８０°未満、典型的には４５°～６０°）程度までの第１の内側関節面１１１では、大腿骨内側顆部１１と脛骨内側顆部２１とがほぼ１００％一致するので、日常生活で最も不安定感が生じやすい伸展位から中間屈曲位において、前後安定性が確保される。また、内側曲率変化角θＭ以降の第２の内側関節面１１２では、曲率半径が減少していることで、内側側副靱帯の緊張度の緩和と脛骨側のソケット形状に対する適合性の低下の相乗効果によって、大腿骨内側顆部１１の前後方向への可動性が向上し、ロールバック運動が行われやすくなり、深屈曲に有利となる。なお、前後方向の不安定性は、脛骨内側顆部２１の球面ソケット形状により、患者が違和感を覚える程度に過度に大きくなることはない。
【0068】
［第２の実施の形態］
さて、第１の実施の形態では、ＭＰ型の人工膝関節インプラント１において、ロールバック運動を容易にする提案について説明した。具体的には、第１の実施の形態では、大腿骨コンポーネント１０の大腿骨内側顆部１１において、膝の屈曲角が内側曲率変化角θＭを超える場合に、脛骨コンポーネント２０と接触する領域の曲率半径を小さく（曲率を大きく）している。これにより、膝関節の屈曲運動が容易になるが、耐久性が高く、挙動容易なインプラントを得るためには、その他にも種々の検討を要する。
さて、第１の実施の形態では、ＭＰ型の人工膝関節インプラント１において、ロールバック運動を容易にする提案について説明した。具体的には、第１の実施の形態では、大腿骨コンポーネント１０の大腿骨内側顆部１１において、膝の屈曲角が内側曲率変化角θＭを超える場合に、脛骨コンポーネント２０と接触する領域の曲率半径を小さく（曲率を大きく）している。これにより、膝関節の屈曲運動が容易になるが、耐久性が高く、挙動容易なインプラントを得るためには、その他にも種々の検討を要する。
【0069】
実際の人体の膝関節における大腿骨及び脛骨の関節面は、それぞれ複雑な曲面形状を有しており、膝関節は、周囲の筋肉及び靱帯とも緊密に連動しつつ滑らかな屈曲を実現する。これに対して、人工のインプラントは、関節面の形状、筋肉・靱帯との相互作用のいずれにおいても、人体と同様に実現することは困難である。そこで、屈曲時に人体の膝関節と近似する挙動を示すように、インプラント自体の形状を定義しなければならない。
【0070】
図１０Ａ、図１０Ｂは、第２の実施の形態に係る人工膝関節インプラント２を示す図である。図１０Ａは、人工膝関節インプラント２を前側から見た正面図であり、図１０Ｂは、外側から見た側面図である。なお、図１０Ｂでは、脛骨コンポーネント２０を省略している。
【0071】
第２の実施の形態では、患者の右膝関節用の人工膝関節インプラント２を例に挙げて説明する。なお、人工膝関節インプラント２の基本構成は、第１の実施の形態で説明した人工膝関節インプラント１と同様であり、同一又は対応する構成要素については、同一の符号を用いて記載する。
【0072】
図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、大腿骨コンポーネント１０は、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２を有する。大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２は、ボール形状を有する。脛骨コンポーネント２０（脛骨インサート２０Ａ）は、脛骨内側顆部２１及び脛骨外側顆部２２を有する（図２Ｂ等参照）。
【0073】
脛骨内側顆部２１は、大腿骨内側顆部１１のボール形状と適合する球面ソケット形状を有する。脛骨外側顆部２２は、大腿骨外側顆部１２の転動を許容するほぼ平坦な曲面形状を有する。大腿骨コンポーネント１０の大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２は、それぞれ、脛骨インサート２０Ａの脛骨内側顆部２１及び脛骨外側顆部２２に、関節面が面接触する状態で収容される。
【0074】
【0075】
図１１Ａに示すように、大腿骨内側顆部１１の内側矢状断面において、屈曲角がθ０～内側曲率変化角θＭの場合に脛骨内側顆部２１と接触する第１の内側関節面１１１は、第１の内側曲率半径Ｒ１１で形成された単一半径領域である。屈曲角が内側曲率変化角θＭを超える場合に脛骨内側顆部２１と接触する第２の内側関節面１１２の第２の内側曲率半径Ｒ１２は、単一半径領域の第１の内側曲率半径Ｒ１１よりも小さい（Ｒ１２＜Ｒ１１）。内側曲率変化角θＭは、例えば、８０°以下である。θ０は、例えば、－４５°である。
【0076】
また、図１１Ｂに示すように、大腿骨外側顆部１２の外側矢状断面において、屈曲角が０°～外側曲率変化角θＬの場合に脛骨外側顆部２２と接触する第１の外側関節面１２１は、第１の外側曲率半径Ｒ２１で形成された単一半径領域である。屈曲角が外側曲率変化角θＬを超える場合に脛骨外側顆部２２と接触する第２の外側関節面１２２の第２の外側曲率半径Ｒ２２は、単一半径領域第１の第１の外側曲率半径Ｒ２１よりも小さい（Ｒ２２＜Ｒ２１）。
【0077】
脛骨内側顆部２１の曲率半径は、大腿骨内側顆部１１の第１の内側曲率半径Ｒ１１と同等である。したがって、屈曲角がθ０から内側曲率変化角θＭの場合は、脛骨内側顆部２１のソケット形状と大腿骨内側顆部１１のボール形状とが適合し、脛骨内側顆部２１は、大腿骨内側顆部１１を面接触して収容する。これにより、大きな接触面積を獲得することができ、脛骨内側顆部２１の摩耗を低減しつつ、膝関節の屈曲を滑らかに且つ安定的に行うことができる。
【0078】
一方、脛骨外側顆部２２の曲率半径は、大腿骨外側顆部１２の第１の外側関節面１２１の第１の曲率半径Ｒ２１よりも大きく、ほぼ平坦である。すなわち、大腿骨外側顆部１２及び脛骨外側顆部２２は、それぞれ、膝関節の屈曲運動に伴う大腿骨外側顆部１２の前後方向への大きな移動を許容する形状となっている。これにより、大腿骨コンポーネント１０と脛骨コンポーネント２０間における水平面上の相対的な回旋運動（メディアルピボット運動）が許容され、より大きな屈曲角度を獲得することができる。
【0079】
また、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２において、第１の外側曲率半径Ｒ２１は、第１の内側曲率半径Ｒ１１よりも小さく設定されており（Ｒ２１＜Ｒ１１）、第２の外側曲率半径Ｒ２２は、第１の外側曲率半径Ｒ２１よりも小さく設定されている（Ｒ２２＜Ｒ２１）。これにより、正常な膝運動で生じる、大きな屈曲角度を獲得するために必要な大腿骨外側顆部１２のロールバック運動を、容易に再現することができる。
【0080】
さらに、大腿骨外側顆部１２の外側矢状断面における外側曲率変化角θＬは、大腿骨内側顆部１１の内側矢状断面における内側曲率変化角θＭと異なる。具体的には、外側曲率変化角θＬは、内側曲率変化角θＭより小さく設定されている（θＬ＜θＭ）。例えば、内側曲率変化角θＭは、７８～８０°であり、外側曲率変化角θＬは、６５°である。
【0081】
この場合、大腿骨内側顆部１１では、膝関節が屈曲して屈曲角が外側曲率変化角θＬを超えても、しばらくは単一半径領域である第１の内側関節面１１１が脛骨内側顆部２１と接触する。そのため、大腿骨内側顆部１１と脛骨内側顆部２１との間でボールソケット結合が維持され、大腿骨内側顆部１１の前後方向への移動は起こりえない。
【0082】
一方、大腿骨外側顆部１２では、屈曲角が外側曲率変化角θＬを超えると、曲率半径が小さい第２の外側関節面１２２が脛骨外側顆部２２と接触する。そのため、第１の外側関節面１２１が接触しているときに比較して脛骨外側顆部２２との適合性が低下する。さらに、大腿骨コンポーネント１０は、ＩＦＡとＳＥＡが一致するように設置されているので、屈曲θＬ以降で、ＳＥＡの外側端に付着している外側側副靱帯の緊張度は低下することになる。したがって、屈曲θＬ以降では、外側側副靱帯の緊張度の緩和と脛骨側に対する適合性の低下の相乗効果によって、大腿骨外側顆部１２の前後方向の移動がし易くなる。
【0083】
すなわち、内側曲率変化角θＭ及び外側曲率変化角θＬの角度設定をθＭ＞θＬとすることにより、大腿骨外側顆部１２の水平面における回旋運動が生じやすくなり、大きな屈曲角度を獲得することができる。
【0084】
また、内側矢状断面における第１の内側関節面１１１の角度範囲（θ０～内側曲率変化角θＭ）は、外側矢状断面における第１の外側関節面１２１の角度範囲（０°～外側曲率変化角θＬ）よりも広く設定されている。具体的には、大腿骨内側顆部１１では、屈曲角が０°以下の場合に脛骨内側顆部２１と接触する伸展領域（図１１Ａのθ０～０°）においても、一定の第１の内側曲率半径Ｒ１１のボール形状となっている。これにより、伸展位（屈曲０°）から屈曲９０°付近まで、大腿骨内側顆部１１及び脛骨内側顆部２１は確実にボールソケット結合を形成し、充分な面接触を獲得することができ、安定性が向上する。一方、外側顆においてはボールソケット結合が不要であるため、外側矢状断面における第１の外側関節面１２１の角度範囲は小さくてよい。
【0085】
次いで、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２のＩＦＡ断面における関節面形状について説明する。ＩＦＡ断面とは、インプラント屈伸軸を含む平面で大腿骨コンポーネント１０を切断したときの断面であり、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２の関節面形状の細部は、屈曲角に応じて変化する。
【0086】
図１２Ａ、図１２Ｂは、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２のＩＦＡ断面を示す図である。図１２Ａは、屈曲角が０°のときのＩＦＡ断面（図１０ＢのＣ－Ｃ矢視断面）を示し、図１２Ｂは、屈曲角が内側曲率変化角θＭよりも大きいときのＩＦＡ断面（図１０ＢのＤ－Ｄ矢視断面）を示す。
【0087】
大腿骨内側顆部１１は、屈曲角が０°～内側曲率変化角θＭである場合に、第１の内側関節面１１１で脛骨内側顆部２１と接触する。また、大腿骨外側顆部１２は、屈曲角が０°～外側曲率変化角θＬ（＜θＭ）である場合に、第１の外側関節面１２１で脛骨外側顆部２２と接触する。したがって、図１２Ａに示すように、屈曲角が０°のときのＩＦＡ断面では、大腿骨内側顆部１１は、第１の内側関節面１１１で脛骨内側顆部２１と接触し、大腿骨外側顆部１２は、第１の外側関節面１２１で脛骨外側顆部２２と接触する。
【0088】
第１の内側関節面１１１は、ボール形状である必要があるため、ＩＦＡ断面における第３の内側曲率半径Ｒ１３は、内側矢状断面における第１の内側曲率半径Ｒ１１と同じである（Ｒ１３＝Ｒ１１）。
【0089】
一方、第１の外側関節面１２１は、ボール形状である必要はないので、ＩＦＡ断面における第３の外側曲率半径Ｒ２３は、外側矢状断面における第１の外側曲率半径Ｒ２１と同一でなくてもよい。本実施の形態では、第１の外側関節面１２１のＩＦＡ断面における第３の外側曲率半径Ｒ２３は、外側矢状断面における第２の曲率半径Ｒ２２より大きく（Ｒ２３＞Ｒ２２）、さらには、第１の内側関節面１１１のＩＦＡ断面における第３の内側曲率半径Ｒ１３以上に設定されている（Ｒ２３≧Ｒ１３（＝Ｒ１１））。これにより、大腿骨外側顆部１２と脛骨外側顆部２２との間で大きな接触面積を獲得することができ、安定性が向上するとともに、脛骨コンポーネント２０（脛骨インサート２０Ａ）に生じうる摩耗を抑制することができる。
【0090】
大腿骨内側顆部１１は、屈曲角が内側曲率変化角θＭを超えるである場合に、第２の内側関節面１１２で脛骨内側顆部２１と接触する。また、大腿骨外側顆部１２は、屈曲角が外側曲率変化角θＬ（＜θＭ）を超える場合に、第２の外側関節面１２２で脛骨内側顆部２１と接触する。したがって、図１２Ｂに示すように、屈曲角が内側曲率変化角θＭを超えるときのＩＦＡ断面では、大腿骨内側顆部１１は、第２の内側関節面１１２で脛骨内側顆部２１と接触し、大腿骨外側顆部１２は、第２の外側関節面１２２で脛骨外側顆部２２と接触する。
【0091】
第２の内側関節面１１２は、ボール形状である必要はないので、ＩＦＡ断面における第４の内側曲率半径Ｒ１４は、内側矢状断面における曲率半径Ｒ１２と同じでなくてもよい。本実施の形態では、第２の内側関節面１１２のＩＦＡ断面における第４の内側曲率半径Ｒ１４は、内側矢状断面における第２の内側曲率半径Ｒ１２より大きく、第１の内側関節面１１１のＩＦＡ断面における第３の曲率半径Ｒ１３と同じに設定されている（Ｒ１４＝Ｒ１３＞Ｒ１２）。つまり、ＩＦＡ断面では、屈曲角にかかわらず、第１の内側関節面１１１及び第２の内側関節面１１２は、一定の内側曲率半径Ｒ１３、Ｒ１４で形成されている。
【0092】
同様に、第２の外側関節面１２２は、ボール形状である必要はないので、ＩＦＡ断面における第４の外側曲率半径Ｒ２４は、外側矢状断面における第２の外側曲率半径Ｒ２２と同じでなくてもよい。本実施の形態では、第２の外側関節面１２２のＩＦＡ断面における第４の外側曲率半径Ｒ２４は、外側矢状断面における第２の外側曲率半径Ｒ２２より大きく、第１の外側関節面１２１のＩＦＡ断面における第３の外側曲率半径Ｒ２３と同じに設定されている（Ｒ２４＝Ｒ２３＞Ｒ２２）。つまり、ＩＦＡ断面では、屈曲角にかかわらず、第１の外側関節面１２１及び第２の外側関節面１２２は、一定の外側曲率半径Ｒ２３、Ｒ２４で形成されている。第１の外側関節面１２１のＩＦＡ断面における第３の外側曲率半径Ｒ２３は、第１の内側関節面１１１のＩＦＡ断面における第３の曲率半径Ｒ１３以上に設定されている（Ｒ２３≧Ｒ１３＝Ｒ２４）ので、第４の外側曲率半径Ｒ２４は、第４の内側曲率半径Ｒ１４以上となる（Ｒ２４≧Ｒ１４）となる。
【0093】
このように、大腿骨内側顆部１１は、内側矢状断面において、内側曲率変化角θＭを境に曲率半径が第１の内側曲率半径Ｒ１１から第２の内側曲率半径Ｒ１２（＜Ｒ１１）に変化する一方、ＩＦＡ断面においては、内側曲率変化角θＭの前後で曲率半径は変化しない（Ｒ１３＝Ｒ１４）。これにより、屈曲角が内側曲率変化角θＭを超えて、大腿骨内側顆部１１と脛骨内側顆部２１とのボールソケット結合が解除される場合でも、接触面積が著しく減少することはなく、大きな接触面積を獲得できる。したがって、安定性が向上するとともに、脛骨コンポーネント２０（脛骨インサート２０Ａ）に生じうる摩耗を抑制することができる。
【0094】
同様に、大腿骨外側顆部１２は、外側矢状断面において、外側曲率変化角θＬを境に曲率半径が第１の外側曲率半径Ｒ２１から第２の外側曲率半径Ｒ２２（＜Ｒ２１）に変化する一方、ＩＦＡ断面においては、外側曲率変化角θＬの前後で曲率半径は変化しない（Ｒ２３＝２４）。これにより、屈曲角に関わらず、大きな接触面積を獲得することができ、安定性が向上するとともに、脛骨コンポーネント２０（脛骨インサート２０Ａ）に生じうる摩耗を抑制することができる。
【0095】
上述したように、単一半径領域である第１の内側関節面１１１及び第１の外側関節面１２１における曲率半径Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２３の大小関係は、Ｒ２１＜Ｒ１１＝Ｒ１３≦Ｒ２３となっている。また、第２の内側関節面１１２及び第２の外側関節面１２２における曲率半径Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ２２、Ｒ２４の大小関係は、Ｒ２２＜Ｒ１２＜Ｒ１４≦Ｒ２４となっている。
【0096】
このような関係を満たすように大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２の形状を設定することにより、膝関節の屈曲角に関わらず、大腿骨コンポーネント１０と脛骨コンポーネント２０との間で所定以上の接触面積を獲得することができるので、膝関節の屈曲時に人工膝関節インプラント２は円滑に挙動する。
【0097】
上述したように、第２の実施の形態に係る人工膝関節インプラント２は、以下の特徴事項を単独で、又は、適宜組み合わせて備えている。
【0098】
すなわち、人工膝関節インプラント２は、大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２を含む大腿骨コンポーネント１０と、脛骨の近位端に配置され、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２を受容する脛骨コンポーネント２０と、を備える。大腿骨内側顆部１１は、内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角θＭ以下の場合に脛骨コンポーネント２０と接触する第１の内側関節面１１１が第１の内側曲率半径Ｒ１１で形成されるとともに、屈曲角が内側曲率変化角θＭを超える場合に脛骨コンポーネント２０と接触する第２の内側関節面１１２が第１の内側曲率半径Ｒ１１よりも小さい第２の内側曲率半径Ｒ１２で形成されている（図１１Ａ参照）。また、大腿骨内側顆部１１は、インプラント屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が内側曲率変化角θＭ以下の場合と、内側曲率変化角θＭを超える場合とで、脛骨コンポーネント２０と接触する領域が同じ内側曲率半径Ｒ１３、Ｒ１４で形成されている。つまり、大腿骨内側顆部１１のＩＦＡ断面における内側曲率半径Ｒ１３、Ｒ１４は、屈曲角にかかわらず、一定である。
【0099】
人工膝関節インプラント２において、ＩＦＡ断面における大腿骨内側顆部１１の第３の内側曲率半径Ｒ１３及び第４の内側曲率半径Ｒ１４は、第１の内側曲率半径Ｒ１１と同じである。
【0100】
人工膝関節インプラント２において、大腿骨外側顆部１２は、外側矢状断面では、屈曲角が外側曲率変化角θＬ以下である場合に脛骨コンポーネント２０と接触する第１の外側関節面１２１が曲率半径Ｒ２１で形成されるとともに、屈曲角が外側曲率変化角θＬを超える場合に脛骨コンポーネント２０と接触する第２の外側関節面１２２が曲率半径Ｒ２１よりも小さい曲率半径Ｒ２２で形成されている（図１１Ｂ参照）。また、大腿骨外側顆部１２は、インプラント屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が外側曲率変化角θＬ以下の場合と、外側曲率変化角θＬを超える場合とで、脛骨コンポーネント２０と接触する領域が同じ外側曲率半径Ｒ２３、Ｒ２４で形成されている。つまり、大腿骨外側顆部１２のＩＦＡ断面における外側曲率半径Ｒ２３、Ｒ２４は、屈曲角にかかわらず、一定である。
【0101】
人工膝関節インプラント２において、ＩＦＡ断面における大腿骨外側顆部１２の外側曲率半径Ｒ２３、Ｒ２４は、大腿骨内側顆部１１の内側曲率半径Ｒ１３、Ｒ１４以上である。
【0102】
人工膝関節インプラント２において、外側曲率変化角θＬは、内側曲率変化角θＭよりも小さい。
【0103】
人工膝関節インプラント２において、大腿骨外側顆部１２の第１の外側曲率半径Ｒ２１は、大腿骨内側顆部１１の第１の内側曲率半径Ｒ１１よりも小さい。
【0104】
人工膝関節インプラント２は、大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２を含む大腿骨コンポーネント１０と、脛骨の近位端に配置され、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２を受容する脛骨コンポーネント２０と、を備え、大腿骨外側顆部１２は、外側矢状断面では、屈曲角が外側曲率変化角θＬ以下である場合に脛骨コンポーネントと接触する領域が第１の外側曲率半径Ｒ２１で形成されるとともに、屈曲角が外側曲率変化角θＬを超える場合に脛骨コンポーネント２０と接触する領域が第１の外側曲率半径Ｒ２１よりも小さい第２の外側曲率半径Ｒ２２で形成されている。また、屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、屈曲角が外側曲率変化角θＬ以下の場合と、外側曲率変化角θＬを超える場合とで、脛骨コンポーネント２０と接触する領域が同じ外側曲率半径Ｒ２３、Ｒ２４で形成されている。
【0105】
人工膝関節インプラント２は、大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２を含む大腿骨コンポーネント１０と、脛骨の近位端に配置され、大腿骨内側顆部１１及び大腿骨外側顆部１２を受容する脛骨コンポーネント２０と、を備え、大腿骨内側顆部１１は、内側矢状断面では、屈曲角が内側曲率変化角θＭ以下である場合に脛骨コンポーネント２０と接触する領域が第１の内側曲率半径Ｒ１１で形成されるとともに、屈曲角が内側曲率変化角θＭを超える場合に脛骨コンポーネント２０と接触する領域が第１の内側曲率半径Ｒ１１よりも小さい第２の内側曲率半径Ｒ１２で形成されている。また、大腿骨外側顆部１２は、外側矢状断面では、屈曲角が外側曲率変化角θＬ以下である場合に脛骨コンポーネント２０と接触する領域が第１の外側曲率半径Ｒ２１で形成されるとともに、屈曲角が外側曲率変化角θＬを超える場合に脛骨コンポーネント２０と接触する領域が第１の外側曲率半径Ｒ２１よりも小さい第２の外側曲率半径Ｒ２２で形成されている。そして、外側曲率変化角θＬは、内側曲率変化角θＭよりも小さい。
【0106】
人工膝関節インプラント２は、大腿骨の遠位端に配置された大腿骨コンポーネント１０と、脛骨の近位端に配置され、大腿骨コンポーネント１０を受容する脛骨コンポーネント２０と、を備え、大腿骨コンポーネント１０は、矢状断面では、屈曲角が曲率変化角を越えると、曲率半径がより小さくなるよう形成される一方、屈伸軸を含むＩＦＡ断面では、曲率変化角θ前後で、曲率半径が同じになるよう形成されている。
【0107】
人工膝関節インプラント２は、大腿骨の遠位端に配置され、大腿骨外側顆部１１及び大腿骨内側顆部１２を含む大腿骨コンポーネント１０と、脛骨の近位端に配置され、大腿骨コンポーネント１０を受容する脛骨コンポーネント２０と、を備え、大腿骨外側顆部１２の外側曲率変化角θＬは、大腿骨内側顆部１１の内側曲率変化角θＭよりも小さく形成され、屈曲角が大きくなると、インプラント屈伸軸の大腿骨外側顆部１２側が、大腿骨内側顆部１１側よりも先に、脛骨コンポーネント２０に近接し、大腿骨外側顆部１２と脛骨コンポーネント２０との適合性が低下する。
【0108】
人工膝関節インプラント２によれば、メディアルピボット運動及びロールバック運動を再現できるとともに、高い安定性を担保することができる。
【0109】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【0110】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0111】
１、２ 人工膝関節インプラント
１０ 大腿骨コンポーネント
１１ 大腿骨内側顆部
１１１ 第１の内側関節面
１１２ 第２の内側関節面
１２ 大腿骨外側顆部
１２１ 第１の外側関節面
１２２ 第２の外側関節面
２０ 脛骨コンポーネント
２１ 脛骨内側顆部
２２ 脛骨外側顆部
Ｒ１１、Ｒ１２ 矢状断面における内側曲率半径
Ｒ１３、Ｒ１４ ＩＦＡ断面における内側曲率半径
Ｒ２１、Ｒ２２ 矢状断面における外側曲率半径
Ｒ２３、Ｒ２４ ＩＦＡ断面における外側曲率半径
１０ 大腿骨コンポーネント
１１ 大腿骨内側顆部
１１１ 第１の内側関節面
１１２ 第２の内側関節面
１２ 大腿骨外側顆部
１２１ 第１の外側関節面
１２２ 第２の外側関節面
２０ 脛骨コンポーネント
２１ 脛骨内側顆部
２２ 脛骨外側顆部
Ｒ１１、Ｒ１２ 矢状断面における内側曲率半径
Ｒ１３、Ｒ１４ ＩＦＡ断面における内側曲率半径
Ｒ２１、Ｒ２２ 矢状断面における外側曲率半径
Ｒ２３、Ｒ２４ ＩＦＡ断面における外側曲率半径
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
