JP2016064183A - 人工膝関節 - Google Patents

Abstract

【課題】人工膝関節において、脛骨コンポーネントと脛骨の固着性を高める。
【解決手段】大腿骨１の遠位端に装着され、内顆と外顆とを内外に有する大腿骨コンポーネント５と、脛骨２の近位端に装着され、内顆と外顆とをそれぞれ回転及び摺動可能に受ける内関節面と外関節面とを有し、内関節面と外関節面との間に後端に開口するＵ字形カットが形成される脛骨コンポーネント６と、脛骨コンポーネントと脛骨の間に挿入され、脛骨コンポーネントのＵ字形カットに連続するＵ字形カットを形成したベース７とからなる人工膝関節において、ベースの下面に脛骨の前部に挿入される前壁と、前壁の両側から脛骨中を後方に延びる二枚の下垂壁とからなる断面コ字形のペグ８を形成し、脛骨の近位端中央部を未切除にしてペグの下垂壁の間からベースのＵ字形カットの中を通して脛骨コンポーネントのＵ字形カットの中に取り込む。
【選択図】図７

Description

本発明は、人工膝関節に関するものである。

膝関節が変形性膝関節症、関節リウマチ、骨腫瘍を罹患したり、外傷等を負った場合には、大腿骨と脛骨の関節部の損傷を受けた部分を切除し、この部分を人工膝関節（膝イン プラント）で置換することが行われている。この人工膝関節は、従来からあるように、大腿骨における内外二つの顆部に該当する顆を有する大腿骨側コンポーネントと、この二つの顆を回転及び摺動（以下、これを転動という）可能に受ける半月板に相当する関節面が形成された脛骨コンポーネントとからなる。この場合、膝関節を挟む大腿骨と脛骨には種々の靱帯がつながっており、膝関節の運動に関与している。

中でも、前十字靱帯と後十字靱帯とからなる十字靱帯は膝関節の中枢を通っていること から、手術時にこれを温存（未切除）すると、手術のときに邪魔になるし、膝の開き（屈曲）が悪くなって膝インプラントが挿入し難い。そこで、人工膝関節の置換手術を行うときには、少なくとも、より邪魔になる前十字靱帯については、例え、損傷度が低い場合であっても原則として切除する。

一方、後十字靱帯については、その損傷度と手術の難易を総合的に判断して切除するか温存するかを決定する。後十字靱帯の損傷度が大きい場合や手術の容易性を優先する場合は切除することが多いが、前十字靱帯と後十字靱帯を切除してしまうと、術後の膝の動きが悪くなるから、大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネントの後部に開口するＵ字形カットを形成し、後十字靱帯が健全であれば、このＵ字形カットの中に後十字靱帯が挿通できるようにして温存している（下記特許文献１）。

しかしながら、後十字靱帯についても、現実的には、手術の容易さを優先して切除することが多い。このような場合には、Ｕ字形カットは従来からの慣習的なものであり、あまり意味はない。一方で、前十字靱帯は脛骨の前寄りと大腿骨の後寄りを連結していることから、これを残すと、手術に難渋し、膝インプラントの挿入が難しいのは上記したとおりである。また、Ｕ字形カットの存在は、人工膝関節自体の形状性と強度性に制限を与えるから、実際には、ほとんどの場合で切除しているのも上記したとおりである。

特開２０００−２８１７０７号公報

本発明は、少なくとも、前十字靱帯については損傷度が低いものはこれを温存し、高いものは切除して人工前十字靱帯で代替して再建する人工膝関節に関するものである。この場合、脛骨コンポーネントの後部中央に形成されたＵ字形カットの形状をより適合したものにしてこのカットを使用することで前十字靱帯を有する生体膝関節に近い動きができるようにしたものである。加えて、脛骨コンポーネントと脛骨の固着性を高めて脛骨コンポーネントの安定性を向上させたものである。なお、前十字靱帯を温存や再建すると、手術が難しくなるが、これについては手術手技でカバーすることになる。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、大腿骨の遠位端に装着され、内顆と外顆とを内外に有する大腿骨コンポーネントと、脛骨の近位端に装着され、内顆と外顆とをそれぞれ回転及び摺動可能に受ける内関節面と外関節面とを有し、内関節面と外関節面との間に後端に開口するＵ字形カットが形成される脛骨コンポーネントと、脛骨コンポーネントと脛骨の間に挿入され、脛骨コンポーネントのＵ字形カットに連続するＵ字形カットを形成したベースとからなる人工膝関節において、ベースの下面に脛骨の前部に挿入される前壁と、前壁の両側から脛骨中を後方に延びる二枚の下垂壁とからなる断面コ字形のペグを形成し、脛骨の近位端中央部を未切除にしてペグの下垂壁の間からベースのＵ字形カットの中を通して脛骨コンポーネントのＵ字形カットの中に取り込んだことを特徴とする人工膝関節を提供したものである。

また、本発明は、請求項２に記載した、脛骨コンポーネントは生体適応金属で構成され、ベースは超高分子量ポリエチレンで構成される構成、請求項３に記載した、大腿骨コンポーネントの内顆と脛骨コンポーネントの内関節面の接触部及び外顆と外関節面の接触部のそれぞれ最下端を結ぶジョイントラインが水平面より内側を低くした構成、請求項４に記載した、内傾角度が1〜５°である構成を提供する。

請求項１の発明によれば、ペグの前壁と下垂壁との中に脛骨の未切除部分が取り込まれ、その上のベース及び脛骨コンポーネントにも一部取り込まれることになるから、脛骨コンポーネント及びベースともに姿勢が安定し、強く固定される。加えて、ベースの下面に断面コ字形のペグを形成したものであるから、ベースの断面係数を高めて力学的強度を高めることができる。請求項２の手段によれば転動にとって最適な素材にできる。

請求項３及び４の発明によれば、ジョイントラインを内傾させることになり、人工膝関節をより生体膝関節に近い動きにできるのである。

大腿骨コンポーネントの側面図である。 大腿骨コンポーネントの平面図である。 大腿骨コンポーネントの後面図である。 脛骨コンポーネント（温存型）の一部断面側面図である。 脛骨コンポーネント（温存型）の平面図である。 脛骨コンポーネント（温存型）の後面図である。 大腿骨インポーネントと脛骨コンポーネント（温存型）の屈伸の状況を示す側面図である。 大腿骨インポーネントと脛骨コンポーネント（温存型）の伸展の状況を示す後斜面図である。 脛骨コンポーネント（再建型）の断面側面図である。 脛骨コンポーネント（再建型）の平面図である。 脛骨コンポーネント（再建型）の後面図である。 大腿骨インポーネントと脛骨コンポーネント（再建型）の屈伸の状況を示す側面図である。 大腿骨インポーネントと脛骨コンポーネント（再建型）の伸展の状況を示す後面図である。 生体膝関節の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１４は生体の右膝を内側後方から見た斜視図であるが、上が大腿骨１で下が脛骨２である。大腿骨１の遠位端には左右に外周が凸面をした略円筒体の内側顆１ａと外側顆１ｂとが形成されている。脛骨２の近位端にはこれら内側顆１ａと外側顆１ｂとを転動可能に受ける凹面をした半月板である内側関節面２ａと外側関節面２ｂとが形成されている。なお、脛骨の内側関節面２ａと外側関節面２ｂとの間の前後中央部は顆間隆起としてやや盛り上がっている

これにおいて、両側関節面２ａ、２ｂは、両側顆１ａ、１ｂを受けるように前後に筋状に中央が窪んだ形状をしている。これら両側顆部１ａ、１ｂと両側関節面２ａ、２ｂとは十字靱帯で繋がっており、外側顆１ｂの内側と内側関節面２ａの前方内側の中央よりに繋がっているのが前十字靱帯（ＡＣＬ）３であり、内側顆１ａの内側と両側関節面２ａ、２ｂの後方中央に繋がっているのが後十字靱帯（ＰＣＬ）４である。これらＡＣＬ３とＰＣＬ４を背面からみると交叉して十字（Ｘ字）形をしており、これが十字靱帯と称される所以である。

人工膝関節は、大腿骨１の遠位端と脛骨２の近位端に装着されるものであり、それぞれ大腿骨コンポーネント５と脛骨コンポーネント６とで構成される。図１は大腿骨コンポーネント５の側面図、図２は平面図、図３は後面図であるが、大腿骨コンポーネント５は、大腿骨１の遠位端を側面視で５角形（これに限らない）に整形し、これに大腿骨コンポーネント５の内面をあてがって装着される。この状態のとき、その前壁５Ａと後壁５Ｂとはその内面が略平行で高く起立しており（前壁５Ａの方が高い）、大腿骨１の遠位端の広い範囲を覆って一体化を強化している。

大腿骨コンポーネント５の外周面は、左右両側に内側顆１ａと外側顆１ｂに模される内 顆５ａと外顆５ｂを有しているが、このときの一体化をより強めるために大腿骨コンポーネント５の内面に大腿骨１に挿入される単数又は複数のペグ（図示省略）が突設されることもある。なお、大腿骨コンポーネント５は、人体に適用しても無害なチタン合金やクロームモリブデン鋼の生体適合金属で構成されている。

図４はベースを含む脛骨コンポーネント６の断面側面図、図５は平面図、図６は後面図 であるが、脛骨コンポーネント６は、脛骨２の近位端を略水平に整形し、この上に載設するのであるが、多くの場合、ベース７を敷き、ベース７の上に載せられる皿状をしたものである。なお、ベース７の裏面には脛骨２の前部に挿入されて固定を強化する前壁８aとその両端から骨中を後延する下垂壁８bとからなるペグ８を突設したものもあるし、ベース７と脛骨コンポーネント６との合せ面は表面を粗にしたり、凹凸嵌合にして固定を強化しているのが通常である。脛骨コンポーネント６は、内側関節面２ａと外側関節面２ｂとに模される内関節面６ａと外関節面６ｂとを有している。

この場合の内関節面６ａと外関節面６ｂは、ともに内顆５ａと外顆５ｂの転動が容易で位置がずれないように中央が窪んで前後に筋状をしている。なお、ベース７は、上記した金属で構成され、脛骨コンポーネント６は、相手方の大腿骨インポーネント５を構成する金属と滑り相性がよくて摩耗の少ない超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等で構成されているのが通常である。

大腿骨コンポーネント５の内顆５ａと外顆５ｂとの間には後部に開口するＵ字形カット ９（以下、カット）が形成されている。機能上は特に必要ないが、脛骨２の顆間隆起やＡＣＬ３、ＰＣＬ４を通したり、後記する脛骨２にポストを起立させたりするのに都合がよいからである。また、脛骨コンポーネント６の内顆６ａと外顆６ｂとの間及びベース７にも同様にカット１０、１１が形成されている。これらカット９〜１１は、ＰＣＬ４の干渉を避けるものであるが、上記したように人工膝関節置換手術（ＴＫＡ）を行うときにはこれらＡＣＬ３及びＰＣＬ４を切除することが多いから、その場合は、これらカット９〜１１は多分に慣習的な面がある。

なお、図示は省略するが、脛骨コンポーネント６の内関節面６ａと外関節面６ｂとの間 のカット１１に代えてここにポストを起立させ、このポストを大腿骨コンポーネント５の内顆５ａと外顆５ｂとの間のカット９に挿入して大腿骨コンポーネント５が横にずれるのを規制しているものもある。

本発明は、ＴＫＡのときにＡＣＬ３を残すＡＣＬ温存型（以下、単に温存型という）とＡＣＬ３を人工前十字靱帯で代替するＡＣＬ再建型(以下、単に再建型という)の人工膝関節を提供するものである。なお、ＰＣＬ４についてはＡＣＬ３の温存型、再建型を問わず、温存又は再建して存在させるのが好ましい（これについては後述する）。ＡＣＬ３を存在させるぐらいであるから、それに伴って、手術時、その存在がＡＣＬ３ほど問題とならないＰＣＬ４も温存又は再建させて存在させるのが人工膝関節の良好な動きを確保する上で好ましいからである。

温存型の人工膝関節では、上記した脛骨コンポーネント６のカット１０、１１を更に深く前方に延ばすのである（一点鎖線は従来のカット１０〜１１の端のラインである）。温存型である限り、ＡＣＬが付着している脛骨２の前寄りの部分も未切除で残しておかなければならない。したがって、未切除の脛骨２が邪魔になるから、これをカット１０、１１の中に収容しておくのである。つまり、脛骨２の骨切りは、このカット１０、１１に合せて行われるのである。

図７はＰＣＬ３も温存した人工膝関節を装着した場合の屈伸の状態を示す側面図、図８は後斜面図であるが、脛骨コンポーネント６とベース７の略中央（大腿骨コンポーネント５のカット９と同じ位置）は前方のわずかな部分にしか存在していない（その両側は通常の形状をしている）。なお、未切除の脛骨２は顆間隆起もあって内外関節面６ａ，６ｂよりも若干高くなっているが、大腿骨コンポーネント５のカット９の中に納まっており、干渉等の問題はない。また、本例のベース７の裏面には前部にペグ８の前壁８aが脛骨２に刺入しており、側部に下垂壁８bが刺入していて固定の強化を図っている。

（人工）膝関節は、大腿骨１と脛骨２とが真っ直ぐな伸展位から相対的に９０°（それ以上のこともある）屈曲する屈曲位の範囲に亘って屈伸するが、このように、伸展位のときには、ＡＣＬ３が縮み、ＰＣＬ４が延びる。一方、屈曲位のときには、ＡＣＬ３が延び、ＰＣＬ４が縮む。この動きを温存又は再建したＡＣＬ３、ＰＣＬ４が助け、より生体に近い円滑な動きにするのである。なお、大腿骨コンポーネント５のカット９は、この人工膝関節を屈伸させるときにも、ＡＣＬ３、ＰＣＬ４が干渉しない程度の位置まで形成しておく。

これに伴い、脛骨コンポーネント６の強度が弱くなる虞があるが、本来、脛骨コンポーネント６は大腿骨コンポーネント５の内顆５ａと外顆５ｂの荷重を下向きに受けるだけのものであるから、カット１０、１１を少々深く（長く）したとしても、強度的には問題ない。加えて、素材の強度やカット１０〜１１の幅及びペグ８の存在で補うことも可能である。なお、ＴＫＡ時には、ＡＣＬ３を挿通させる施術が必要になるが、従来のＰＣＬ４を挿通させる手法をＡＣＬ３にも適用すればよい。

これに対して再建型の人工膝関節では、上記したカット１０〜１１は従来のままにしおき、脛骨コンポーネント６に人工的に製作した人工前十字靱帯ＡＣＬ３が挿通でき、かつ、屈伸に伴う変動に支障のない程度の大きさを有する孔１２をあける（ベース７も同様）。なお、ＰＣＬ４は、温存型でも再建型でも従来のカット１０〜１１で挿通できる。図９はこの場合の脛骨コンポーネント６の断面図、図１０は平面図、図１１は後面図であるが、この孔１２は当然にＡＣＬ３が挿通する方向に斜めに形成することになる。孔１２を形成するものによれば、カットを深くするものに比べて面積の減少を少なくでき、強度的に有利となる。

具体的には、側面視では、大腿骨コンポーネント５の後壁５Ｂから脛骨コンポーネント６（ベース７も含む。以下同じ）の前面に向かって、後面視では、大腿骨インポーネント５の外顆５ｂから脛骨コンポーネント６の内関節面６ａに向かうことになる。この方向に孔１２を形成すると、脛骨コンポーネント６の表面では、センターよりも外関節面６ｂ側に寄ることになる。なお、大腿骨コンポーネント５については、温存型、再建型を問わず通常のものでよい。

ＴＫＡは、周知の方法で行えばよいが、大腿骨コンポーネント５と脛骨コンポーネント６（膝インプラント）の装着が終了した後に予め製作しておいた人工のＡＣＬ３をこの孔１２に通し、その両端を固定する。この固定はどのような方法であってもよいが、大腿骨１、脛骨２とも、孔１２の延長を穿孔して貫通させ、その端を骨の表面に固定するのが固定が強化され、操作も容易であって好ましい。なお、人工のＡＣＬ３は強靭で柔軟性があり、かつ、人体な無害な樹脂材等で製作される。

図１２はＰＣＬ３を温存したＡＣＬ３再建型の人工膝関節の屈伸の状態を示す側面図、図１３は後面図であるが、屈伸時にＡＣＬ３とＰＣＬ４が相互に伸縮するのは上記したとおりである。本例のものは、ＰＣＬ４を温存しているが、損傷度が高いときには、これを切除して人工後十字靱帯４で代替して再建してもよい。この場合の素材や手術手技については、上記した人工前十字靱帯３と同じにすればよい。これによって人工膝関節がより生体の膝関節に近いスムーズな動きになるのも上記したとおりである。

ところで、内顆５ａと外顆５ｂとは凸面をしており、内関節面６ａと外関節面６ｂとは凹面をしていることは上記したが、この接触部の最下点を結ぶ線をジョイントラインＪＬと称している（図１３）。ジョイントラインＪＬは、内外顆５ａ、５ｂが内外関節面６ａ 、６ｂ上を回転するときにはほぼ同じ位置にあり、滑動するときは内外関節面６ａ、６ｂの形状に沿って平行移動するように上記した凸面と凹面に形成してある。なお、上方から見た場合、ジョイントラインＪＬは左右方向に向いていることになる。

本発明では、このジョイントラインＪＬを左右方向水平線ＳＥＡに対して内側の方を低 くして内傾させるのを好適な例とする。生体膝関節でそうなっているからであり、これで屈伸時の、特に、側副靱帯の緊張、弛緩のバランス及び屈曲時の足首の回旋の誘導が保たれる。すなわち、ジョイントラインＪＬを内傾させることで、人工膝関節をより生体膝関節に近い動きにできるのである。生体膝関節におけるジョイントラインＪＬの内傾角度は患者の大腿骨１や脛骨２の形状等による個人差もあるが、概ね１〜５°程度であり、平均で３°であることから、本発明でも３°が適する。

１ 大腿骨
１ａ 〃 の内側顆
１ｂ 〃 の外側顆
２ 脛骨
２ａ 〃の内側関節面
２ｂ 〃の外側関節面
３ 前十字靱帯
４ 後十字靱帯
５ 大腿骨コンポーネント
５ａ 〃 の内顆
５ｂ 〃 の外顆
５Ａ 〃 の前壁
５Ｂ 〃 の後壁
６ 脛骨コンポーネント
６ａ 〃 の内関節面
６ｂ 〃 の外関節面
７ ベース
７ａ アンカー
８ ペグ
９ 大腿骨コンポーネントのＵ字形カット
１０ 脛骨コンポーネントのＵ字形カット
１１ ベースのＵ字形カット
１２ 孔

Claims (4)

1. 大腿骨の遠位端に装着され、内顆と外顆とを内外に有する大腿骨コンポーネントと、脛骨の近位端に装着され、内顆と外顆とをそれぞれ回転及び摺動可能に受ける内関節面と外関節面とを有し、内関節面と外関節面との間に後端に開口するＵ字形カットが形成される脛骨コンポーネントと、脛骨コンポーネントと脛骨の間に挿入され、脛骨コンポーネントのＵ字形カットに連続するＵ字形カットを形成したベースとからなる人工膝関節において、ベースの下面に脛骨の前部に挿入される前壁と、前壁の両側から脛骨中を後方に延びる二枚の下垂壁とからなる断面コ字形のペグを形成し、脛骨の近位端中央部を未切除にしてペグの下垂壁の間からベースのＵ字形カットの中を通して脛骨コンポーネントのＵ字形カットの中に取り込んだことを特徴とする人工膝関節。
2. 脛骨コンポーネントは生体適応金属で構成され、ベースは超高分子量ポリエチレンで構成される請求項１の人工膝関節。
3. 大腿骨コンポーネントの内顆と脛骨コンポーネントの内関節面の接触部及び外顆と外関 節面の接触部のそれぞれ最下端を結ぶジョイントラインが水平面より内側を低くして内傾している請求項１又は２の人工膝関節。
4. 内傾角度が1〜５°である請求項３の人工膝関節。