專利名稱：人工膝關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人工膝關(guān)節(jié)，特別涉及特征在于膝關(guān)節(jié)的淺屈曲時股骨部件的后滾量較小、深屈曲時后滾量較大的、具有自然的膝關(guān)節(jié)的屈曲動作的人工膝關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
在膝關(guān)節(jié)由于變形性膝關(guān)節(jié)癥、慢性關(guān)節(jié)風(fēng)濕癥等而高度變形的情況下，為了使膝關(guān)節(jié)恢復(fù)正常的功能，進(jìn)行置換為人工膝關(guān)節(jié)的置換手術(shù)。為了在置換為人工膝關(guān)節(jié)之后也能進(jìn)行接近自然的膝蓋的動作，對于人工膝關(guān)節(jié)進(jìn)行了各種研究。作為一例，公知有淺屈曲時不易脫位、深屈曲時能外旋的人工膝關(guān)節(jié)(例如專利文獻(xiàn)I)。在該人工膝關(guān)節(jié)中，固定于股骨遠(yuǎn)位端的股骨部件具備內(nèi)側(cè)髁、外側(cè)髁、內(nèi)側(cè)髁與外側(cè)髁之間的開口、橢圓球狀滑動部，該橢圓球狀滑動部連接內(nèi)側(cè)髁與外側(cè)髁的后端，在膝關(guān)節(jié)屈曲時相對于所述脛骨平臺滑動。另外，固定于脛骨近位端的脛骨平臺具備收容內(nèi)側(cè)髁的內(nèi)側(cè)窩、收容外側(cè)髁的外側(cè)窩、插入開口內(nèi)的脊、構(gòu)成脊的后表面并收容橢圓球狀滑動部且使其能滑動的凹狀滑動面。先行技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-188051號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題自然的膝蓋會產(chǎn)生與膝 蓋的屈曲角度相應(yīng)的后滾。特別是，自然的膝蓋具有后滾量在淺屈曲時小(例如Omm 約IOmm)、在深屈曲時大(例如約IOmm 30mm)這樣的第一特征和后滾率(相對于膝蓋的屈曲角度的后滾量)在淺屈曲時較低(例如約+0.1mm/度)、到達(dá)某角度以上的深屈曲時急劇變高(例如約+0.35mm/度)這樣的第二特征。但是，在專利文獻(xiàn)I的人工膝關(guān)節(jié)中，雖然根據(jù)膝蓋的屈曲產(chǎn)生后滾，但未產(chǎn)生與膝蓋的屈曲角度相應(yīng)的后滾率的變化。另外，若深屈曲的后滾量不足夠大，則可能導(dǎo)致深屈曲時股骨部件與脛骨接觸。因此，本發(fā)明的目的在于提供與自然的膝蓋相同地后滾量及后滾率在淺屈曲時小、在深屈曲時大的人工膝關(guān)節(jié)。用于解決技術(shù)問題的技術(shù)手段本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)具備:股骨部件，其固定于股骨遠(yuǎn)位部；脛骨托，其固定于脛骨近位部；脛骨平臺，其卡合于所述脛骨托上，所述人工膝關(guān)節(jié)的特征在于，所述股骨部件具備:內(nèi)側(cè)髁；外側(cè)髁；第一滑動面，其在所述內(nèi)側(cè)髁與所述外側(cè)髁之間留有開口部且將所述內(nèi)側(cè)髁與所述外側(cè)髁的后端連接起來；第二滑動面，其位于所述第一滑動面的上方，所述脛骨平臺具備:內(nèi)側(cè)窩，其收容所述內(nèi)側(cè)髁；外側(cè)窩，其收容所述外側(cè)髁；支柱部，其從所述內(nèi)側(cè)窩與所述外側(cè)窩之間向上方突出，插入所述開口部；第三滑動面，其形成于所述支柱部的后表面，所述第一滑動面以能夠旋轉(zhuǎn)滑動的方式與該第三滑動面接觸；第四滑動面，其形成于所述支柱部的后方，所述第二滑動面以能夠旋轉(zhuǎn)滑動的方式與該第四滑動面接觸，所述第一滑動面與所述第四滑動面是凸?fàn)畹那?，所述第四滑動面位于比所述第三滑動面靠后方的位置，根?jù)屈曲角度，具有所述第一滑動面與所述第三滑動面接觸的第一滑動狀態(tài)和所述第二滑動面與所述第四滑動面接觸的第二滑動狀態(tài)。在此，為了說明本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)的動作，對本說明書中使用的用語進(jìn)行定義?！昂篦痢笔侵腹晒遣考膬?nèi)側(cè)髁及外側(cè)髁中的位于后方的區(qū)域。在側(cè)視圖(圖17)中，后髁(圖中是外側(cè)髁的后髁22P)可以用圓C近似?！昂篦林行摹笔侵赣脠AC近似后髁22P時的圓的中心O?！肮晒遣考男D(zhuǎn)中心”是股骨部件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動作時成為中心的位置。旋轉(zhuǎn)中心的位置根據(jù)屈曲角度而移動。通常，旋轉(zhuǎn)中心位于股骨部件的區(qū)域內(nèi)。“股骨部件的旋轉(zhuǎn)半徑”是后髁中心0與股骨部件的旋轉(zhuǎn)中心之間的距離?！昂鬂L量”是以伸展時(屈曲角度0° )為基準(zhǔn)時的“后髁中心”向前后方向(A-P方向)的移動量?！昂鬂L率”是膝蓋的每1°屈曲角度的后滾量。以下，參照圖18說明本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)的基本動作。在本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)中，在伸展時(屈曲角度0° )，股骨部件20的內(nèi)側(cè)髁21及外側(cè)髁(未圖示)與脛骨平臺30的內(nèi)側(cè)窩31及外側(cè)窩(未圖示)接觸(圖18 (a))。將該狀態(tài)稱作“基準(zhǔn)滑動狀態(tài)”。然后，屈曲膝蓋，在例如屈曲角度60°時，股骨部件20的第一滑動面24與脛骨平臺30的第三滑動面34接觸而成為“第一滑動狀態(tài)”(圖18(b))。接著，在例如屈曲角度165°時，股骨部件20的第二滑動面25與脛骨平臺的第四滑動面35接觸而成為“第二滑動狀態(tài)”(圖18 (c))。首先，研究各滑動狀態(tài)的股骨部件20的后滾量。在基準(zhǔn)滑動狀態(tài)(圖18(a))中，股骨部件20實際上不后滾。第一滑動狀態(tài)(圖18(b))及第二滑動狀態(tài)(圖18(c))下的股骨部件20的后滾量較大地依賴于股骨部件20所接觸的脛骨平臺的接觸位置CP。第一滑動狀態(tài)下的股骨部件的后滾量依賴于位于第三滑動面34的接觸位置CP1。第二滑動狀態(tài)下的后滾量依賴于位于第四滑動面35的接觸位置CP2。本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)由于第四滑動面35位于比第三滑動面34靠后方的位置，因此，接觸位置CP2位于比接觸位置CPl靠后方的位置。其結(jié)果是，第二滑動狀態(tài)的后滾量大于第一滑動狀態(tài)的后滾量。S卩，根據(jù)本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)，通過第四滑動面35位于比第三滑動面34靠后方的位置，能夠在淺屈曲時減小后滾量、在深屈曲時增大后滾量。發(fā)明效果在本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)中，通過第四滑動面位于比第三滑動面靠后方的位置，后滾量在淺屈曲時小、在深屈曲時大，而且，通過將第一滑動面與第四滑動面形成為凸?fàn)畹那?，使后滾率在淺屈曲 時低、在深屈曲時高。因此，與以往的人工膝關(guān)節(jié)相比，本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)進(jìn)行的動作能更接近自然的膝蓋的動作。


圖1是實施方式的人工膝關(guān)節(jié)的屈曲角度0°的立體圖。圖2是圖1的X-X線的剖視圖。圖3是實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)的分解立體圖。圖4是實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)的屈曲角度90°的立體圖。圖5是圖4的Y-Y線的剖視圖。圖6是實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)的屈曲角度165°的立體圖。圖7是圖6的Z-Z線的剖視圖。圖8(a) (j)是實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)的各種屈曲角度的立體圖。圖9(a) (j)是實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)的各種屈曲角度的部分剖面立體圖。圖10(a) (j)是實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)的各種屈曲角度的剖視圖。圖11是實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)的屈曲角度165°、回旋角度25°的立體圖。圖12是實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)的屈曲角度30°的剖視圖。圖13是相對于屈曲角度繪制自然的膝蓋及人工膝關(guān)節(jié)的后髁的后滾量的曲線圖。圖13的(a)是自然的膝蓋的曲線，圖13的(b)是實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)的曲線，圖13的(C) (d)是以往的人工膝關(guān)節(jié)的曲線。

圖14是實施方式2的脛骨平臺的仰視圖。圖15是實施方式2的脛骨托的俯視圖。圖16是實施方式2的人工膝關(guān)節(jié)的剖視圖。圖17是表示用圓近似人工膝關(guān)節(jié)的股骨部件的后髁的方法的剖視圖。圖18(a) (C)是用于說明本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)的動作的剖視圖。
具體實施例方式以下，基于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。需要說明的是，在以下的說明中，根據(jù)需要使用表示特定的方向、位置的用語(例如“上”、“下”、“右”、“左”及包含這些用語的其它用語)。使用上述用語是為了參照附圖容易理解發(fā)明，本發(fā)明的技術(shù)范圍并不被上述用語的意義限定。另外，多個附圖中出現(xiàn)的相同符號的部分表示相同部分或構(gòu)件。<實施方式1>在本實施方式中，以左膝蓋用的人工膝關(guān)節(jié)為例進(jìn)行說明。圖1 圖3表示本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)1，包括固定于股骨遠(yuǎn)位部的股骨部件20、固定于脛骨近位部的脛骨托40和卡合于脛骨托40上的脛骨平臺30。股骨部件20具備內(nèi)側(cè)髁21、外側(cè)髁22、在內(nèi)側(cè)髁21與外側(cè)髁22之間留有開口部23且將內(nèi)側(cè)髁21與外側(cè)髁22的后端連接起來的第一滑動面24、位于第一滑動面24上方的第二滑動面。股骨部件20的第一滑動面24為凸?fàn)畹那?。脛骨平臺30具備:內(nèi)側(cè)窩31，其收容股骨部件20的內(nèi)側(cè)髁21 ;外側(cè)窩32，其收容股骨部件20的外側(cè)髁22 ;支柱部36，其從內(nèi)側(cè)窩31與外側(cè)窩32之間向上方突出，插入股骨部件20的開口部23 ;第三滑動面34，其形成于支柱部36的后表面，收容第一滑動面24，第一滑動面24以能夠旋轉(zhuǎn)滑動的方式與該第三滑動面34接觸；第四滑動面35，其形成于支柱部36的后方，第二滑動面25以能夠旋轉(zhuǎn)滑動的方式與該第四滑動面35接觸。第四滑動面35位于比第三滑動面34靠后方的位置。脛骨平臺30的第四滑動面35為凸?fàn)畹那?。圖2所示的第三滑動面34是大致沿鉛垂方向延伸的曲面。第三滑動面34與位于其后方的第四滑動面35之間通過曲面(凹狀的曲面)連續(xù)。由此，從第一滑動狀態(tài)向第二滑動狀態(tài)的過渡順利地進(jìn)行，能減輕膝關(guān)節(jié)的不適感。脛骨托40具備從下表面40b突出、插入脛骨的桿41。在脛骨托40的上表面40u載置有脛骨平臺30。本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I能形成3個卡合(第--^合3、第二卡合4及第三卡合5)。(I) “第一^^合3”包括由股骨部件20的內(nèi)側(cè)髁21與脛骨平臺30的內(nèi)側(cè)窩31進(jìn)行的內(nèi)側(cè)卡合3M和由股骨部件20的外側(cè)髁22與脛骨平臺30的外側(cè)窩32進(jìn)行的外側(cè)卡合3L(圖1、圖3)。第一卡合3通常在屈曲角度0 165° (根據(jù)情況不同是0° 180° )的范圍內(nèi)形成。根據(jù)屈曲角度，有僅形成第一卡合3的情況(例如屈曲角度0° 45° )和同時形成第—^合3及第二卡合4的情況(例如屈曲角度45° 150° )。另外，也有同時形成第—^合3及第三卡合5的情況(例如屈曲角度150° 180° )。(2) “第二卡合4”由股骨部件20的第一滑動面24與脛骨平臺30的第三滑動面34的接觸形成(圖4、圖5)。第二卡合4通常在屈曲角度45° 150°的范圍內(nèi)形成。如上所述，第二卡合4與第—^合3 —起形成。(3) “第三卡合5”由股骨部件20的第二滑動面25與脛骨平臺30的第四滑動面35的接觸形成(圖6、圖7)。第三卡合5通常在屈曲角度150° 180°的范圍內(nèi)形成。如上所述，第三卡合5與第—^合3 —起形成或僅形成第三卡合5。

本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I根據(jù)屈曲角度產(chǎn)生如圖4 圖5所示形成有第二卡合4的狀態(tài)(即第一滑動面24與第三滑動面34接觸的狀態(tài)，將該狀態(tài)稱作“第一滑動狀態(tài)”)和如圖6 圖7所示形成有第三卡合5的狀態(tài)(即第二滑動面25與第四滑動面35接觸的狀態(tài)，稱作“第二滑動狀態(tài)”)。當(dāng)屈曲角度增加時，從第一滑動狀態(tài)向第二滑動狀態(tài)過渡。接著，具體地說明本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)的基本動作。在基準(zhǔn)滑動狀態(tài)(例如屈曲角度0° 45° )下，股骨部件20的內(nèi)側(cè)髁21及外側(cè)髁22與脛骨平臺30的內(nèi)側(cè)窩31及外側(cè)窩32接觸(圖1 圖2)。在第一滑動狀態(tài)(例如屈曲角度45° 150° )下，股骨部件20的第一滑動面24與脛骨平臺30的第三滑動面34接觸(圖4 圖5)。而且，在第二滑動狀態(tài)(例如屈曲角度150° 180° )下，股骨部件20的第二滑動面25與脛骨平臺的第四滑動面35接觸(圖6 圖7)。在此，股骨部件20的后滾量在基準(zhǔn)滑動狀態(tài)、第一滑動狀態(tài)及第二滑動狀態(tài)下不同。在基準(zhǔn)滑動狀態(tài)(圖2)下，在股骨部件20與脛骨平臺30之間不存在限制股骨部件20的前后方向動作那樣的接觸。因此，股骨部件20相對于脛骨平臺30不在前后方向上移動(即，股骨部件20實際上不后滾)。在第一滑動狀態(tài)(圖5)下，股骨部件20 (第一滑動面24)在第三滑動面34的接觸位置CPl與脛骨平臺30接觸。從圖5可知，股骨部件20被脛骨平臺30 (第三滑動面34)限制向前方的移動。在第二滑動狀態(tài)(圖7)下，股骨部件20 (第二滑動面25)在第四滑動面35的接觸位置CP2與脛骨平臺30接觸。從圖7可知，股骨部件20被脛骨平臺30 (第四滑動面35)限制向前方的移動。在本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I中，第四滑動面35位于比第三滑動面34靠后方的位置，因此，接觸位置CP2位于比接觸位置CPl靠后方的位置(圖5、圖7)。接觸位置CP1、CP2是決定股骨部件20的后方位置的因素，因此，由接觸位置CP2限定的(第二滑動狀態(tài)的)股骨部件20的位置位于比由接觸位置CPl限定的(第一滑動狀態(tài)的)股骨部件20的位置靠后方。因此，第二滑動狀態(tài)的后滾量大于第一滑動狀態(tài)的后滾量。需要說明的是，如圖10(c) (h)所示，接觸位置CPl的位置隨著屈曲角度的增加而在第三滑動面34的面上向后方移動。圖10(c) (e)表不第一滑動狀態(tài)，圖10(f) (h)表示從第一滑動狀態(tài)向第二滑動狀態(tài)過渡的狀態(tài)，圖10 (i) (j)表示第二滑動狀態(tài)。在過渡狀態(tài)下，也是屈曲角度越大，后滾量越大。第三滑動面34與第四滑動面35之間通過曲面(凹狀的曲面)連續(xù)，因此，從第二卡合4向第三卡合5順利地過渡。需要說明的是，過渡狀態(tài)期望在股骨部件的屈曲角度為75° 155°的范圍內(nèi)產(chǎn)生。這樣，根據(jù)本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)1，第四滑動面35位于比第三滑動面34靠后方的位置，從而能在淺屈曲時減小后滾量、在深屈曲時增大后滾量。

另外，股骨部件20的后滾率在基準(zhǔn)滑動狀態(tài)、第一滑動狀態(tài)及第二滑動狀態(tài)下也不同。后滾率限定為(后滾量)/(屈曲角度)。規(guī)定角度的后滾量是以伸展時(屈曲角度0° )為基準(zhǔn)時的向規(guī)定角度的“后髁中心”的前后方向(A-P方向)的移動量。詳細(xì)研究股骨部件20的旋轉(zhuǎn)運動，可知以下情況。在基準(zhǔn)滑動狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)中心位于后髁中心0(01)附近(圖10(a)、(b))。在基準(zhǔn)滑動狀態(tài)下，股骨部件20在脛骨平臺30上滑動，不產(chǎn)生后滾。因此，結(jié)果是旋轉(zhuǎn)中心與后髁中心O(O1)大致一致。因此，股骨部件20的后滾量幾乎為O。另一方面，在第一滑動狀態(tài)及第二滑動狀態(tài)下，股骨部件20與脛骨平臺30在接觸位置CP1、CP2接觸，因此，股骨部件20被強(qiáng)行向后方移動。因此，股骨部件20后滾而向后方移動。在第一滑動狀態(tài)下，隨著股骨部件20屈曲，CPl在第三滑動面34上移動而后滾(圖10(c) (h))。在第二滑動狀態(tài)下，隨著股骨部件20的屈曲，CP2在第四滑動面35上移動，但由于CP2位于比CPl靠后方的位置，因此，股骨部件20的后滾量大于第一滑動狀態(tài)(圖10(h) (j))。在本說明書中，用(后滾率)=(后滾量)/(屈曲角度)進(jìn)行定義。在基準(zhǔn)滑動狀態(tài)下，后滾量幾乎為0，因此，后滾率也幾乎為O。研究第一滑動狀態(tài)中的圖10(d) (e)之間的后滾率，股骨部件20的屈曲角度的變化為30度，后滾量是圖10(d)的后髁中心O4與圖10(e)的后髁中心O5之間的距離。研究第二滑動狀態(tài)中的圖10(h) (i)之間的后滾率，股骨部件20的屈曲角度的變化是15度，后滾量是圖10(h)的后髁中心O8與圖10⑴的后髁中心O9之間的距離。由于第二滑動狀態(tài)的后滾量大于第一滑動狀態(tài)的后滾量，第二滑動狀態(tài)的角度的變化較小，因此，第二滑動狀態(tài)的后滾率大于第一滑動狀態(tài)的后滾率。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I，與自然的膝蓋相同地能獲得后滾量及后滾率能在淺屈曲時小、在深屈曲時大的效果。另外，也期待本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I具有抑制股骨部件20向前方(A方向)脫位的效果。
在本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I中，脛骨平臺30的支柱部36配置于股骨部件20的開口部23內(nèi)。該開口部23的后部由第一滑動面24封閉。因此，在使股骨部件20相對于脛骨平臺30平行地向前方(A方向)移動時，支柱部36的前端容易與第一滑動面24干涉。因此，能期待抑制股骨部件20向前方移動而從脛骨平臺30脫位的效果。另外，能期待本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I可降低對膝蓋背側(cè)的軟組織(血管、神經(jīng))的影響。為了控制膝關(guān)節(jié)深屈曲時的旋轉(zhuǎn)運動及回旋運動，對股骨部件20的后髁的形狀進(jìn)行各種研究。特別是在專利文獻(xiàn)I中，為了實現(xiàn)適當(dāng)?shù)幕匦\動，在股骨部件20的后髁的后方設(shè)置突出的球狀突起。在本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I中，代替在股骨部件20的后髁設(shè)置球狀曲面，而在脛骨平臺30設(shè)置凸?fàn)钋娴牡谒幕瑒用?5，從而能進(jìn)行深屈曲時的回旋運動。因此，股骨部件20的后方的突出較小，可期待能減小對膝蓋背側(cè)的軟組織的影響(特別是伸展時的影響)的效果。并且，本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I被期待提高第一卡合3的穩(wěn)定性。在脛骨平臺30上形成有第三滑動面34和第四滑動面35。第四滑動面35在第一滑動狀態(tài)(例如屈曲角度45° 150° )期間不發(fā)揮作用。因此，第四滑動面35的前后方向(A-P方向)尺寸(長度)和上下方向尺寸(高度)優(yōu)選為小尺寸，以使得在屈曲角度到達(dá)150°之前不接觸。因此，能確保形成脛骨平臺30的內(nèi)側(cè)窩31及外側(cè)窩32的面積較寬。因此，能期待提高第一卡合3的穩(wěn)定性的效果。在本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I中，與自然的膝關(guān)節(jié)相同，淺屈曲的后滾率低、深屈曲的后滾率高。特別是，在自然的膝關(guān)節(jié)中，從后滾率低的屈曲角度的范圍(區(qū)域I)向后滾率高的屈曲角度的范圍(區(qū)域2)過 渡的邊界通常處于75° 155°的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)也優(yōu)選從區(qū)域I向區(qū)域2過渡的邊界處于75° 155°的范圍內(nèi)。在繪制相對于屈曲角度的后滾量的曲線圖(例如圖13)中，后滾率相當(dāng)于曲線的斜率。因此，可以換言之，優(yōu)選股骨部件I的后滾量的增加量的斜率(后滾率)變化的屈曲角度處于75° 155°的范圍內(nèi)。“斜率變化的屈曲角度”能通過在曲線圖中分別用直線近似區(qū)域I和區(qū)域2、根據(jù)這些直線的交點的位置求出。脛骨平臺30的第三滑動面34優(yōu)選為與股骨部件20的第一滑動面24相對應(yīng)的形狀。具體而言，第一滑動面24為凸?fàn)钋?，因此，第三滑動?4為凹狀曲面。由此，在形成第二卡合4時，第一滑動面24與第三滑動面34的接觸面積增加，因此，能降低第一滑動面24與第三滑動面34(特別是第三滑動面34)的磨損。作為第一滑動面24及第三滑動面34的組合的例子，將股骨部件20的第一滑動面24形成為在內(nèi)側(cè)一外側(cè)方向(M-L方向)上具有軸的圓筒體，將第三滑動面34形成為能接收圓筒體那樣的曲面。在該例中，能限制形成有第二卡合4(例如屈曲角度45° 150° )期間的回旋運動，因此，適合于切除了膝蓋腱的患者、膝蓋腱較弱的高齡者那樣膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性不好的患者。需要說明的是，第一滑動面24及第三滑動面34的形狀不限定于此，只要能適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)第一滑動狀態(tài)，可以采用任意的形狀。
另外，股骨部件20的第二滑動面25優(yōu)選為與脛骨平臺30的第四滑動面35相對應(yīng)的形狀。具體而言，第四滑動面35為凸?fàn)钋?，因此，第二滑動?5為凹狀曲面。由此，在形成有第三卡合5時，第二滑動面25與第四滑動面35的接觸面積增加，因此，能降低第二滑動面25與第四滑動面35 (特別是第四滑動面35)的磨損。特別是，優(yōu)選股骨部件20的第二滑動面25具有球面狀的凹狀曲面，脛骨平臺30的第四滑動面35具有球面狀的凸?fàn)钋?。由此，在形成有第三卡?時，能使膝關(guān)節(jié)回旋。在此，“球面狀的凹狀曲面”是指在矢狀截面/水平截面任一截面中都成為凹狀的曲面，例如包含正圓球的內(nèi)表面、橢圓球的內(nèi)表面等各種曲面。另外，“球面狀的凸?fàn)钋妗笔侵甘笭罱孛?水平截面任一截面中都成為凸?fàn)畹那?，例如包含正圓球的外表面、橢圓球的外表面等各種曲面。接著，參照圖8 圖10詳細(xì)說明隨著屈曲角度的變化的人工膝關(guān)節(jié)I的變化。(I)伸展時 淺屈曲(屈曲角度0° 45°、圖8 圖10的(a) (C))形成有第一^^合3 (由股骨部件20的內(nèi)側(cè)髁21和脛骨平臺30的內(nèi)側(cè)窩31進(jìn)行的內(nèi)側(cè)卡合3M、由股骨部件20的外側(cè)髁22和脛骨平臺30的外側(cè)窩32進(jìn)行的外側(cè)卡合3L)。(2)第一狀態(tài)(屈曲角度45° 150°、圖8 圖10的(C) (h))
同時形成上述的第一卡合3和第二卡合4 (由股骨部件20的第一凸?fàn)钋娌?4和脛骨平臺30的第二凹狀曲面部34構(gòu)成)。在第二卡合4中，股骨部件20的第一凸?fàn)钋娌?4與脛骨平臺30的第二凹狀曲面部34接觸，因此，能抑制股骨部件20向前方A脫位。需要說明的是，當(dāng)在屈曲角度為45° 150°期間維持第一滑動狀態(tài)時，由于人工膝關(guān)節(jié)的動作能接近自然的膝關(guān)節(jié)，因此優(yōu)選。(3)第二狀態(tài)(屈曲角度150° 180°、圖8 圖10的(h) (j))從第二卡合4向第三卡合5 (由股骨部件20的第一凹狀曲面部25和脛骨平臺30的第二凸?fàn)钋娌?5構(gòu)成)過渡。另外，當(dāng)股骨部件20向后方P偏移時，第一卡合3也解除。但是，當(dāng)人工膝關(guān)節(jié)I回旋時，再次形成第一卡合3中的內(nèi)側(cè)卡合3M或外側(cè)卡合3L的
任一方。需要說明的是，當(dāng)在屈曲角度為150° 180°期間維持第二滑動狀態(tài)時，由于人工膝關(guān)節(jié)的動作能接近自然的膝關(guān)節(jié)，因此優(yōu)選。圖11表示屈曲角度165°、回旋角度25°的人工膝關(guān)節(jié)I。以脛骨平臺30為基準(zhǔn)，股骨部件20沿箭頭R外旋。由此，在第二狀態(tài)下，形成有內(nèi)側(cè)髁21與內(nèi)側(cè)窩31之間的內(nèi)側(cè)卡合3M。這樣，在第二狀態(tài)下，優(yōu)選利用股骨部件20的偏移和股骨部件20的回旋的協(xié)作效應(yīng)，內(nèi)側(cè)卡合3M(內(nèi)側(cè)髁21和內(nèi)側(cè)窩31的卡合)和外側(cè)卡合3L(外側(cè)髁22和外側(cè)窩32的卡合)的任一方成為接觸(另一方非接觸)。由此，既能維持第二狀態(tài)下的回旋自由度，又能使回旋后的膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定。為了再現(xiàn)自然的膝關(guān)節(jié)的動作，期望使支柱和凸輪在較淺的屈曲角度卡合，能控制后滾量。另外，歩行時膝關(guān)節(jié)受到負(fù)荷的屈曲角度為約30°左右，期望在30°附近脫位抵抗性高。如圖12所示，在屈曲角度30°，若第一凸?fàn)钋娌?4的下端24b位于比支柱部36的上端36t靠下側(cè)的位置，則在屈曲角度30°時能使跳躍距離JD為正。在此，“跳躍距離”是指股骨部件20向前方脫位時必須越過的障礙的“高度”。在本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I中，跳躍距離相當(dāng)于第一凸?fàn)钋娌?4的下端24b與支柱部36的上端36t的高度差。如圖12所示，在支柱部36的上端36t的位置比第一凸?fàn)钋娌?4的下端24b的位置高的情況下，存在股骨部件20脫位時必須越過的障礙。在有障礙的情況下，將跳躍距離JD設(shè)為正值(JD > 0)(將該值稱為“正的跳躍距離”)。因此，如圖12所示，通過使跳躍距離JP為正，能抑制30°時的股骨部件20的前方脫位。如上所述，在本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I中，脛骨平臺30的支柱部36配置于股骨部件20的開口部23內(nèi)，從而能期望抑制股骨部件20向前方移動而從脛骨平臺30脫位的效果。但是，從圖10也可知，在深屈曲時跳躍距離JP大，因此，脫位抑制效果大。另一方面，在淺屈曲(特別是屈曲角度0° )時跳躍距離JP小(或根據(jù)情況跳躍距離JP為負(fù))，因此，脫位抑制效果小(或沒有效果)。一般而言，在屈曲角度0°時，由于不對股骨部件20施加向前方活動的力，因此，若是通常的患者基本沒有問題。但是，在高齡者等膝關(guān)節(jié)周圍的肌肉較弱的患者的情況下，如圖1所示，在屈曲角度0°時，優(yōu)選第一凸?fàn)钋娌?4的下端24b位于比支柱部36的上端36t靠下側(cè)的位置。由此，在屈曲角度0°時，也能抑制股骨部件20向前方脫位?！磳嵤┓绞?>在實施方式1中，為了提高第三卡合5的膝關(guān)節(jié)的回旋自由度，使股骨部件20的第二滑動面25為球面狀的凹狀曲面，使脛骨平臺30的第四滑動面35為球面狀的凸?fàn)钋?br> 面?！ぴ趯嵤┓绞?中，利用其他方式提高膝關(guān)節(jié)的回旋自由度這一點與實施方式I不同。在實施方式2中，脛骨平臺30以能夠回旋的方式卡合于脛骨托40上。具體而言，如圖14所示，在脛骨平臺30的下表面30b形成有圓筒狀的凸部39，如圖15所示，在脛骨托40的上表面40u形成有收容凸部39的凹部49。將這樣的凸部39和凹部49的卡合稱為“回旋卡合6”。脛骨平臺30能相對于脛骨托40以凸部39的軸中心39C為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，位于脛骨平臺30上側(cè)的股骨部件20也能相對于脛骨托40旋轉(zhuǎn)。這樣，通過形成回旋卡合6，能使人工膝關(guān)節(jié)I回旋。需要說明的是，圓筒狀的凸部39也可以如圖16所示那樣形成為朝向下方縮徑的錐狀的凸部39。在人工膝關(guān)節(jié)I包括回旋卡合6的情況下，第三卡合5自身也可以不具有回旋能力。因此，能將脛骨平臺30的第二凸?fàn)钋娌?5形成為在內(nèi)側(cè)一外側(cè)方向(M-L方向)上具有軸的圓筒體，并能將股骨部件20的第一凹狀曲面部25形成為接收圓筒體那樣的曲面。回旋卡合6在第--^合3、第二卡合4及第三卡合5任--^合下都能夠回旋。但
是，優(yōu)選與自然的膝蓋同樣地在深屈曲(例如150° 180° )時的回旋性高。例如，通過將回旋結(jié)合部6形成于更后方，能提高深屈曲的回旋性。在回旋結(jié)合部6回旋時，脛骨平臺30的后方部分及股骨部件20的后方部分相對于脛骨托40向內(nèi)側(cè)方向移動。該向內(nèi)側(cè)方向的移動量過大時，膝關(guān)節(jié)的動作不自然，因此不優(yōu)選。回旋結(jié)合部6越形成于后方，該向內(nèi)側(cè)方向的移動量就越大?？紤]深屈曲時的回旋性和回旋時向內(nèi)側(cè)方向的移動量，回旋結(jié)合部6優(yōu)選位于將脛骨托在前后方向上3等分(圖14的前側(cè)區(qū)域30A、中央?yún)^(qū)域30C、后側(cè)區(qū)域30P)時的中央?yún)^(qū)域30C。更具體而言，優(yōu)選脛骨平臺30的凸部39的軸中心39C位于中央?yún)^(qū)域30C的范圍內(nèi)。需要說明的是，在中央?yún)^(qū)域30C的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)使軸中心39C的位置靠前時，能抑制回旋結(jié)合部6的回旋能力，股骨部件20相對于脛骨托40的回旋方向的動作穩(wěn)定。例如，在應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)周圍的筋肉較弱的患者(例如高齡者)的情況下，也能使軸中心39C的位置
A+-.N /.^ BH O實施例1圖13表示模擬自然的膝蓋及人工膝關(guān)節(jié)的后滾量并相對于膝蓋的屈曲角度而繪制上述后滾量的曲線圖。后滾量的符號在后髁中心0向后方移動的情況下為正(+)，向前方移動的情況下為負(fù)(_)。在增加了膝蓋的屈曲角度時，后滾量增加(即后髁中心0向后方移動)，此時的后滾率的符號為正(+)。相反，在增加了膝蓋的屈曲角度時，后滾量減少(即后髁中心0向前方移動)，此時的后滾率的符號為負(fù)(-)。在相對于屈曲角度繪制后滾量時，后滾率與曲線的切線的斜率一致。圖13的(a)是表示自然的膝蓋的后滾量的曲線，在30° 90°幾乎水平，在90° 120°稍微向正傾斜，在120° 180°大幅向正傾斜。根據(jù)該曲線估算出的區(qū)域I和區(qū)域2的邊界為110°。圖13的(b)是表示 實施方式I的人工膝關(guān)節(jié)I的后滾量的曲線。與自然的膝蓋的曲線(圖13的(a))很相似，在0° 90°幾乎水平，在90° 120°稍微向正傾斜，在120° 180°大幅向正傾斜。根據(jù)該曲線估算出的區(qū)域I和區(qū)域2的邊界與自然的膝蓋相同是110°。圖13的(C) ⑷是以往的人工膝關(guān)節(jié)的曲線。就圖13的(C)而言，在0° 70°平緩地向負(fù)傾斜，在70° 175°平緩地向正傾斜。曲線的拐點是70°。另一方面，就圖13的(d)而言，在0° 30°平緩地向負(fù)傾斜，在30° 180°平緩地向正傾斜。曲線的拐點是30°。從圖13可知，本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)(圖13的(b))與自然的膝關(guān)節(jié)(圖13的(a))在曲線的斜率、區(qū)域I和區(qū)域2的邊界角度等方面類似。因此可知，本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)I與以往的人工膝關(guān)節(jié)相比，能再現(xiàn)自然的膝關(guān)節(jié)的動作。符號說明
權(quán)利要求
1.一種人工膝關(guān)節(jié)，其具備: 股骨部件，其固定于股骨遠(yuǎn)位部； 脛骨托，其固定于脛骨近位部； 脛骨平臺，其卡合于所述脛骨托上， 所述人工膝關(guān)節(jié)的特征在于， 所述股骨部件具備: 內(nèi)側(cè)髁； 外側(cè)媒； 第一滑動面，其在所述內(nèi)側(cè)髁與所述外側(cè)髁之間留有開口部且將所述內(nèi)側(cè)髁與所述外側(cè)媒的后端連接起來； 第二滑動面，其位于所述第一滑動面的上方， 所述脛骨平臺具備: 內(nèi)側(cè)窩，其收容所述內(nèi)側(cè)髁； 外側(cè)窩，其收容所述外側(cè)髁； 支柱部，其從所述內(nèi)側(cè)窩與所述外側(cè)窩之間向上方突出，插入所述開口部； 第三滑動面，其形成于所述支柱 部的后表面，所述第一滑動面以能夠旋轉(zhuǎn)滑動的方式與該第三滑動面接觸； 第四滑動面，其形成于所述支柱部的后方，所述第二滑動面以能夠旋轉(zhuǎn)滑動的方式與該第四滑動面接觸， 所述第一滑動面與所述第四滑動面是凸?fàn)畹那妫? 所述第四滑動面位于比所述第三滑動面靠后方的位置， 根據(jù)屈曲角度，具有所述第一滑動面與所述第三滑動面接觸的第一滑動狀態(tài)和所述第二滑動面與所述第四滑動面接觸的第二滑動狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于， 從所述第一滑動狀態(tài)向所述第二滑動狀態(tài)過渡的屈曲角度處于75° 155°的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于， 所述第二滑動面是凹狀的曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于， 所述第二滑動面具有球面狀的凹狀曲面， 所述第四滑動面具有球面狀的凸?fàn)钋妗?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于， 所述第三滑動面是凹狀的曲面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于， 所述脛骨平臺以能夠回旋的方式卡合在所述脛骨托上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于， 屈曲角度為45° 150°時，處于所述第一滑動狀態(tài)， 屈曲角度為150° 180°時，處于所述第二滑動狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于，在所述第二狀態(tài)下，所述內(nèi)側(cè)髁與所述內(nèi)側(cè)窩之間及所述外側(cè)髁與所述外側(cè)窩之間為非接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于， 屈曲角度為30°時，所述第一滑動面的下端位于比所述支柱部的上端靠下側(cè)的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于， 屈曲角度為0°時，所述第一凸?fàn)钋娌康南露宋挥诒人鲋е康纳隙丝肯聜?cè)的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種后滾量及后滾率在淺屈曲時小、在深屈曲時大的人工膝關(guān)節(jié)。在本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)中，股骨部件(20)具備內(nèi)側(cè)髁(21)；外側(cè)髁(22)；第一滑動面(24)，其在內(nèi)側(cè)髁(21)與外側(cè)髁(22)之間留有開口部(23)且將內(nèi)側(cè)髁(21)與外側(cè)髁(22)的后端連接起來；第二滑動面(25)，其位于第一滑動面(24)的上方，脛骨平臺(30)具備內(nèi)側(cè)窩(31)；外側(cè)窩(32)；支柱部(36)，其從內(nèi)側(cè)窩(31)與外側(cè)窩(32)之間向上方突出，插入開口部(23)；第三滑動面(34)，其形成于支柱部(36)的后表面，第一滑動面(24)與第三滑動面(34)接觸；第四滑動面(35)，其形成于支柱部(36)的后方，第二滑動面(25)與第四滑動面(35)接觸。第一滑動面(24)、第四滑動面(35)是凸?fàn)钋妫谒幕瑒用?35)位于比第三滑動面(34)靠后方的位置，根據(jù)屈曲角度，具有第一滑動面(24)與第三滑動面(34)接觸的第一滑動狀態(tài)和第二滑動面(25)與第四滑動面(35)接觸的第二滑動狀態(tài)。
文檔編號A61F2/38GK103249378SQ20118005933
公開日2013年8月14日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者橋田昌彥 申請人:京瓷醫(yī)療株式會社