專利名稱：人工膝關節的制作方法
技術領域：
本公開涉及一種可用于置換損壞或磨損的膝部的人工膝關節。尤其是，諸如關節炎或風濕病的情況會導致對膝關節的損壞，這可以通過用人工關節進行置換來減輕。同樣， 顯然遭受意外事故的人也可以得益于這種置換關節。
背景技術：
在本領域中通常提供一種包括兩個部件的膝關節。第一個部件旨在附接到患者的股骨，第二部件附接到患者的脛骨。在這兩個部件之間設置支承表面，使得股骨部件的下部位于脛骨部件上部上并且可以在其上滑動。顯然，膝關節需要脛骨與股骨可以相對彼此旋轉和彎曲，這通常是通過使股骨部件的外側具有彎曲表面而實現。通過在股骨部件上提供這個彎曲的支承表面，允許股骨能夠與正常膝關節發揮作用的同樣方式在脛骨部件的支承表面上旋轉和彎曲。顯然，必須限制股骨部件與脛骨部件之間的可能的相對旋轉和彎曲的量，這常常是通過在股骨部件的一部分中提供溝槽和間隙并在脛骨部件上提供適當的柱來實現。通過將柱定位于該間隙中，允許股骨部件能夠在兩個設定的旋轉和彎曲止動器之間運動，因而可用于反映并復制膝部的正常運動。即，所述柱將股骨部件的運動限制在設置于股骨部件中的間隙的程度，因而能夠允許修整并適當限制這兩個部件之間相對旋轉和彎曲的量。美國專利5，549, 686描述了一種置換膝關節，其中如上所述柱與間隙相互作用。 為了使膝關節能夠進行高度的彎曲，在股骨部件的最后部部分設置股骨凸輪。此股骨凸輪與所述柱的后部側相互作用，因而可允許股骨部件與脛骨部件之間的高角度彎曲和旋轉。在美國專利6，123，729中，也描述了一種類似以上現有技術的結構。該專利文件進一步討論了股骨部件內的內部接受腔，用以與股骨的端部相互作用。此外，股骨部件的外表面的彎曲結構允許股骨部件與脛骨部件之間能夠相對旋轉，股骨凸輪提供用于與脛骨部件上的柱相互作用從而增加這兩個部件之間的高彎曲角度。未被上述現有技術置換膝部中的任意一個所描述的一個方面，是膝部中的許多腱與韌帶之間的一般的不對稱。通常情況是患者的腱與韌帶具有不同的強度和長度，這在高彎曲角度的膝關節中是特別明顯的。這將易于努力將膝關節的取向從完全對準拉出，使得在患者脛骨與股骨之間發生一定程度的扭曲，然后被轉移至膝關節。本公開涉及一種對此問題的解決方案，并且本公開提供一種適合于允許股骨部件和脛骨部件能夠以非常高的彎曲角度旋轉和/或擺動(特別是受控制的相對旋轉/擺動)的膝關節。
發明內容
為了解決上述問題，本公開涉及一種置換或人工膝關節，該置換或人工膝關節包括分別附接到患者脛骨和股骨的脛骨部件和股骨部件。特別是，這兩個部件是分開的，并且分別附接到患者的腿骨。優選地，股骨部件是由通常從部件前部延伸至部件后部的兩個髁所組成。這些髁(外側髁和內側髁)在前部側被連接到一起并形成髕骨板。在這兩個髁之間提供了間隙，該間隙在向前方向延伸至髕骨板，并且在后部方向延伸至髁的后面。側向凸輪將兩個髁的后部端部橋連并形成間隙的端部，側向凸輪用來控制股骨部件相對于脛骨部件的彎曲的范圍。優選地，本公開的股骨凸輪中設置了是環的一部分的結構。換句話說，將兩個髁的后部端部橋連的股骨凸輪具有把這兩個髁之間的間隙橋連的彎曲輪廓，該彎曲輪廓更優選地易于延伸至略微高于各髁的上端。環的這個部分通常將但不必與豎直面對準，當股骨部件附接到股骨上時豎直面順著股骨的中心軸線。換句話說，當從股骨部件的后面看時，股骨凸輪被看成是環的一部分，并且股骨凸輪從各髁的后部端部略向上延伸并且將兩個髁橋連。然而，只要輪廓是屬于環的部分，股骨凸輪不必延伸至高于髁的高度。人工膝關節的脛骨部件包括旨在位于股骨部件的間隙內的中心柱。這兩個部件中的柱與間隙之間的相互作用將提供并控制膝關節的運動范圍。脛骨部件的此中心柱的任一側包括內側和外側的支承表面，這兩個支承表面優選地是對稱形成的。由于具有與脛骨部件的對稱結構，因此對于左膝部置換和右膝部置換來說只需制作一個脛骨部件。然而，如有需要，內側支承表面與外側支承表面也可以具有不對稱設計。此外，這些支承表面可通過插入脛骨部件而提供。支承表面的作用是接收股骨部件的外髁，因而在膝關節的股骨部件與脛骨部件之間提供支承表面和延伸面(running surface)。人工膝關節可進一步具有設置在柱下后部端的支承表面。這個關節支承表面可構造成具有與股骨凸輪外表面匹配的凹入，使得股骨凸輪將緊密地適合這個凹入的關節表面。在股骨部件與脛骨部件之間的高水平彎曲處，股骨凸輪將被接收于這個高彎曲的關節表面或凹入中，因而將在這兩個部件之間提供適當的支承。為了允許股骨部件與脛骨部件之間適當的旋轉和彎曲，而使股骨部件的髁具有外彎曲表面。因此，這個彎曲表面將允許股骨部件與脛骨部件之間的適當的旋轉和彎曲。優選地，這兩個部件的彎曲表面具有兩種曲率半徑；從髕骨支承表面朝向股骨部件的后部延伸的第一較大曲率半徑。在相鄰于側向凸輪的髁附近，可提供第二較小曲率半徑，以允許這兩個部件之間的高角度的彎曲并進一步使側向凸輪接觸高彎曲關節表面。更有利的是，設置在脛骨部件上的支承表面具有大于髁的第一曲率半徑的預期曲率、大致與髁的第一曲率半徑相同的預期曲率、或者實際上與髁的第一曲率半徑相同的預期曲率。即，脛骨部件的支承表面的凹入具有與在股骨部件上的第一較大曲率半徑相匹配的曲率半徑。當股骨部件與脛骨部件借助于髁的第一曲率半徑部分與脛骨部件上的支承表面相互接觸時，這兩個部件將良好地匹配對準。在股骨部件相對于脛骨部件而旋轉和彎曲時， 側向凸輪(更具體地是其內彎曲表面)將撞擊柱的后部側。在這個第一接觸點，優選的是側向凸輪位于股骨部件內的位置是使撞擊柱的位置是在柱的上面，而不是在最底部。當側向凸輪與柱第一次接觸時，優選地是側向凸輪不定位在凹入的高彎曲關節表面中。此外，優選地髁應借助于它們的第一曲率半徑部分與脛骨部分的支承表面接觸。即，優選地，髁僅在第一曲率半徑的部分而不是在具有第二較小曲率半徑的部分與支承表面接觸。股骨部件與脛骨部件之間已經進行的以到達側向凸輪與柱之間的第一接觸點的彎曲角度或者旋轉角度位于約55°至75°之間。更優選地，其位于60°與70°之間、最優選其為65°。這個旋轉和彎曲角度是基于零點的旋轉(股骨部件與脛骨部件的對準，使得患者的腿可以是直立的)。即，將這兩個部件對準，使得患者腿的股骨與脛骨可以大致為線性對準，或者換句話說患者的腿將會處于完全延伸。
如果股骨部件相對于脛骨部件進行了進一步地旋轉和彎曲，接觸點將從具有第一較大曲率半徑的髁的部分前進至具有第二較小曲率半徑的部分。這個過程將易于使側向凸輪向下至柱的后部側并且與高彎曲關節表面匹配對準。即，提供髁的第二較小曲率半徑，將使側向凸輪向下至軸的后部側并且進入高彎曲關節表面的凹入。如果零點的旋轉和彎曲被再一次定義為患者腿的完全延伸，即直立的腿，則股骨凸輪與高彎曲關節表面的匹配對準的點將發生約95°與115°之間、優選這發生在100° 與110°之間、最優選在105°的旋轉和彎曲。通過使股骨部件進一步旋轉，側向凸輪的環狀結構將易于相對于脛骨部件提升股骨部件。即，側向凸輪環狀部分的形狀導致股骨部件提升出一定程度而不與脛骨部件接觸。 股骨部件將經由側向凸輪和凹入的高彎曲關節表面而保持與脛骨部件的接觸，但是髁將升高超過支承表面并且將不保持接觸。因為接觸點僅在側向凸輪與關節支承表面之間，所以將允許股骨部件擺動和旋轉從而使髁中的一個接觸支承表面。股骨部件與脛骨部件之間這種擺動是環狀結構對股骨凸輪的直接結果，并且可用以適應人膝部的腱和韌帶的不同的強度。擺動的量可以位于約1°與8°之間的任何處、更優選在約2°與5°之間的任何處。最優選地，股骨部件與脛骨部件之間的擺動量為3°。當股骨部件和脛骨部件被構造成使得它們可以相對于彼此擺動時，側向凸輪的外徑向表面或者其環狀部分具有不同于其所接觸的高彎曲關節表面的不同曲率半徑。換句話說，股骨部件與脛骨部件之間的接觸點僅僅在股骨凸輪和高彎曲關節表面，并且因為股骨凸輪具有環狀結構所以可以圍繞高彎曲關節表面的凹入部分滑動，這允許股骨部件與脛骨部件之間的擺動。另外，環狀股骨凸輪的外徑向表面可以略微不同于高彎曲關節表面的凹入，然后這也將允許股骨部件與脛骨部件之間發生擺動。也可以提供在截面的方向具有兩個曲率半徑的股骨凸輪。即，股骨凸輪的下內徑向部分具有第一較小曲率半徑，在這點上股骨凸輪與柱之間進行第一接觸。圍繞股骨凸輪的外表面在徑向上進行，曲率半徑在股骨凸輪的上側發生變化。在股骨凸輪上部的曲率半徑可以大于在下部的曲率半徑，并且將易于使股骨凸輪在這點上稍微較厚。因為在股骨凸輪的上端設置有第二較大曲率半徑，所以當股骨部件與脛骨部件在高彎曲角度對準時將允許股骨部件與脛骨部件之間的擺動和旋轉。優選地，第一曲率半徑優選在3mm至IOmm之間、 更優選在3mm與6mm之間，甚至更優選為約3. 5mm ；第二曲率半徑優選為5mm至15mm之間、 更優選為5mm與IOmm之間、甚至更優選為約5. 5mm。脛骨部件在其中具有三個凹入部分，即，兩個支承表面以及高彎曲關節表面。優選地，這三個表面每個的最低點厚度均是相同的，更優選地其在約4mm與25mm之間、更優選在 6mm至15mm之間、甚至更優選為6_。這與SN EN ISO 21536 —致。
圖1是顯示本公開的股骨部件的兩個視圖。
圖2是并入脛骨部件中的支承嵌體或插入物的透視圖。圖3是示出側向凸輪提供其一部分的假想環的股骨部件的視圖。圖4是示出了股骨凸輪的兩種曲率半徑的股骨部件的截面。圖5是在旋轉零點對準的股骨部件和脛骨部件。圖6是與股骨凸輪和柱之間的第一接觸點對準的股骨部件和脛骨部件。圖7是在股骨凸輪與高彎曲關節表面之間的第一接觸點的股骨部件和脛骨部件。圖8是示出了股骨部件相對于脛骨部件擺動的股骨部件和脛骨部件。圖9是對準的膝關節的股骨部件和脛骨部件。
具體實施例方式圖1示出了人工膝關節1的股骨10部件；圖2示出了可以并入脛骨部件30內的支承嵌體或插入物。如圖9中所示，整個脛骨部件30包括上支承嵌體或插入物(其提供支承表面，股骨部件10在此支承表面上運行)、以及包括插入患者4脛骨3內的脛骨柱的下部。可以提供脛骨部件30，如這種兩件式單元，其中下部可能由金屬制成，可能由聚乙烯形成的支承嵌體或插入物可以附接到下部。也可以進一步形成組合的脛骨部件30，包括支承表面與脛骨柱(作為單一單元)。在以下的討論中為了清楚起見，術語“脛骨部件30”旨在包括這兩個選擇，并且在支承嵌體或插入物(如圖2中所示)與組合的選擇之間沒有特別地做出區別。如圖5至圖8中一般性地示出，可以看出股骨部件10與脛骨部件30之間的相互作用。特別是，股骨部件10，如圖Ib中一般地示出，旨在歇靠在脛骨部件30的上表面。此外，下彎曲表面(如圖Ib中所示)將歇靠在脛骨部件30的上(一般是彎曲的)表面，如圖 2中所示。股骨部件10旨在附接到患者4股骨2的端部。如至少從圖Ia可清楚的，股骨部件10包括內部部分或凹槽，患者股骨3的下部被插入并固定在其中。股骨部件10到股骨2 端部的固定是眾所周知的，主張的是，本膝關節1尤其是其股骨部件10能夠按照任何本領域中所熟知的替代方式附接到股骨2。以與股骨部件10類似的方式，脛骨部件30 (如圖9中所示)旨在附接到患者4脛骨3的上部。此外，這種脛骨部件30到患者4的脛骨3的附接在本領域是眾所周知的，并且用于將這兩個物件附接到一起的任何可用技術對于本公開的脛骨部件30來說被認為是合適的。如圖1中最清晰地示出，本公開的股骨部件10優選地包括具有彎曲外表面的部件。這個彎曲外表面開始于髕骨跟蹤路徑或者形成于股骨部件10的前部14的支承表面 16，并且通常在后部方向朝股骨部件10的后部13延伸。如圖Ib中所示，股骨部件10的彎曲的外表面和下表面進一步優選地具有大致兩種不同曲率半徑的表面。特別是，從髕骨支承表面16延伸至股骨部件10的最后的點的股骨部件10的外表面具有第一曲率半徑。隨著股骨部件10的外表面繼續延伸，外表面通常易于在前部14方向向后彎曲，并且具有第二較小曲率半徑。即，股骨部件10的外表面具有在其最后或后部13側的更緊密的彎曲，其使股骨部件10的后部13端部端部向后或向上朝著股骨部件10的前部14彎曲。如圖Ia中所示，股骨部件10包括兩個髁。這兩個髁包括外側髁11和內側髁12。顯然，股骨部件10將構造成適合于患者4的左或右股骨3。特別是，髕骨支承表面16將被適當地構造使得其朝向股骨部件10的側向(lateral)側延伸，因為這將適合于附接到股骨 2。在本公開的股骨部件10中，外側髁11與內側髁12被間隙15分開。這個間隙15旨在適當地與脛骨部件30的柱33相互作用。在圖2中可以清楚地看到脛骨部件30的柱33。當膝關節1在患者4體內時，脛骨部件30的柱33與股骨部件10的間隙15之間的相互作用極其適用于限制股骨部件10與脛骨部件30的相對運動。如下面更詳細的討論的，在股骨部件10與脛骨部件30相對旋轉期 間，間隙15的端部將撞擊柱33。顯然，間隙 15的前部端17將在一個取向上撞擊柱33的前部側37，并且將阻止股骨部件10和脛骨部件30在此方向上繼續地相對旋轉。同樣地，因為股骨部件10與脛骨部件30在另一個方向上的相對旋轉，間隙15的后部端19將撞擊柱33的后部側，因而易于阻止股骨部件10相對于脛骨部件30的進一步旋轉。然而，如以下所看到的，股骨部件10的特定結構允許股骨部件10的額外旋轉以給予膝關節1的過度延伸。間隙15的前部端17被定位在外側髁11和內側髁12的前部端的髕骨支承表面16 所限定。間隙15的后部端19被股骨凸輪18所支撐(provide)。如從圖Ia可清楚的，將股骨凸輪18設置作為外側髁11與內側髁12之間的橋連結構。特別是，將看到股骨凸輪18 的上側可延伸至高于外側髁11和內側髁12的各端部的點，盡管這不是必須的。對此將相對于圖8中進行更詳細的討論。除了形成外側髁11與內側髁12之間的橋連的股骨凸輪18以外，股骨凸輪18優選地構造成環的一部分。這將在圖3中所示環的假想視圖中最佳地看到。如從圖3中最佳地看到的，完整的假想環示于圖中，股骨凸輪18被其一部分提供。特別是，將環的尺寸和位置設計為其部分將適當地將外側髁11與內側髁12進行橋連，并且也可以延伸高于、至相同的高度、或者低于外側髁11的內側髁12的端部。股骨凸輪18的面對股骨部件10的內部凹槽的內表面，可以設置成平坦表面，或者實際上為將順著大致環的形狀的彎曲表面，如圖 3中所示。股骨部件10的內部部分通常可以形成為一系列的直邊工件，以便給予股骨2適當的結合表面。同樣地，需要時可以給予股骨部件10的內表面不同的結構，從而適于結合到股骨2。例如，代替環20的該部分的內部部分具有平坦的側，環20的該部分可以以彎曲的方式延伸入股骨部件10的內部，從而形成圓環面的部分。如圖中所示，假想環可被設置成使得其與患者4的延伸的腿對準。如附圖中所示， 假想環大致示出為使得其從股骨凸輪18直線向下延伸。然而，環不必以這種方式延伸，并且如圖3中的線所示，假想環也可以大致在股骨部件10下延伸。這個角度傾向于意味著股骨凸輪18是彎曲的并且遠離股骨部件10的內部部分移動。顯然，假想環可以遠離股骨部件10的下側延伸，使得形成股骨凸輪18的上部部分將易于移入股骨部件10的內部部分。 如果直立向下被認為是0°點，從此處的偏移可位于士 15°、更優選士 10°、最優選士5° 之間的范圍內。假想環的外半徑位于20mm與50mm之間；優選外半徑位于25mm與45mm之間；更優選外半徑位于30mm與40mm之間；最優選地外半徑為大約35mm。可以對假想環的實際半徑進行修整以適應移植物的尺寸。這種半徑變化也將導致高彎曲關節表面35的適當變化，如下所述。圖中示出股骨凸輪18，因而假想圓可由此限定，與外側髁11和內側髁12每個的長軸成90°。即，當從股骨部件10的頂部看時，股骨凸輪18以最短的方式將間隙15橋連。 股骨凸輪18也可以將間隙15不同地橋連，使得股骨凸輪18的一端比其它端略微更向后。 即，股骨凸輪18的一端比另一端更遠離股骨部件10的中心，當從頂部向下看時更容易看到。這可以用于在膝關節的高彎曲下將扭曲明確地引入膝關節1，以便偏移膝關節1中的一些已知的不對準。參見圖2，我們看見脛骨部件30的透視圖。如已經在上文討論的，脛骨部件30可包括柱33，柱33是用于與股骨部件10的間隙15相互作用。有利地，柱33和間隙15具有大致相同的寬度，因此減小了股骨部件10脛骨部件30的側向運動。同樣地，同樣可以提供略寬于柱33的間隙15，因而允許股骨部件10與脛骨部件30之間的少許的側向運動。實際上，如果柱30的下部略微地向外錐細，并且間隙15的下部具有相等的錐度，則可以在股骨部件10與脛骨部件30之間獲得優選的安裝位置，同時也允許這兩個部件之間的期望水平的側向移動(包括不發生側向移動)，以適應作用于膝關節1上的適當的應力和應變。如上所述，因為柱33的前部側37將接觸間隙15的前部側17以便阻止股骨部件 10與脛骨部件之間額外旋轉，柱33可優選地在其基部形成的相當地寬。在柱33的基部的額外厚度將明顯提高柱33和膝關節1的總體強度。假設膝關節1旨在僅在一個取向上從間隙15撞擊柱33的前部側37的點旋轉，重要的是給柱33的下部提供厚的寬度，以確保膝關節1的正確作用。柱33的兩側是外側關節支承表面31和內側關節支承表面32。這兩個支承表面 31,32提供在脛骨部件30上的表面，外側髁11和內側髁12將歇靠在該表面上并移動。通常，由關節支承表面31、32所給出的表面將與由外側髁11和內側髁12所給出的表面匹配。 即，關節支承表面31、32的彎曲可以大于外側髁11和內側髁12上的曲面、或者大致相同或相同。這個表面的匹配將為膝關節1帶來穩定性，并且將減小任何不需要的股骨部件10和脛骨部件30之間的相對運動。如圖2中的38所示，可為脛骨部件30設置溝槽等，以便改善脛骨部件30與脛骨3 之間的固定。這些固定裝置38可以采取多種形式，并且通常允許脛骨部件30保持在脛骨 3的適當部分。也可以將額外固定裝置30設置在脛骨部件30的前部側，固定裝置30可以包括一系列的夾子狀的構件，以便幫助脛骨部件30與脛骨3之間的連接。如圖2中所示，在柱34的下后部端，脛骨部件30可包括高彎曲關節表面35。有利地，在這個高彎曲關節表面35上設置有大致凹入的形狀36，這將易于與股骨凸輪18的外表面21相匹配。即，高彎曲關節表面35可構造成接受股骨凸輪18，與環20的部分一起成形。再一次如下所述，在膝部高水平的彎曲時，股骨凸輪18將與高彎曲關節表面35的表面 (如果存在)接觸，這兩個將提供在股骨部件10與脛骨部件30之間特別大角度的旋轉，即高水平的膝部彎曲時其間的支承表面。這是在靠近股骨凸輪18的節段或部分的具有第二較小曲率半徑(即較大度數的曲率)的外側髁11和內側髁12的外表面的特定結果。這個較小的曲率半徑將易于使股骨凸輪18與高彎曲關節表面35接觸，因而在高彎曲角度提供支承表面。除了外側髁11和內側髁12有利地具有包括大致兩種曲率半徑的表面以外，股骨凸輪18也可以具有兩個這種曲率半徑。這可以清楚地在圖4中看見。如此圖中所示，股骨凸輪18的下內表面，其示出為環22的內徑，通常可具有比股骨凸輪18的最外的后部側更小的曲率半徑。雖然在圖4中示出了兩種曲率半徑，但是這些僅僅是示例性的，而不旨在限制本公開。實際上，可以根據膝關節1的尺寸，適當選擇股骨凸輪18的各部分的曲率半徑。 如下所述，股骨凸輪18的內側的較小曲率半徑有利的使股骨凸輪18與高彎曲關節表面35 接觸。參見圖5 至圖8，我們會看到股骨部件10與脛骨部件30之間的旋轉相互作用。特別是，在圖5中，我們看到患者4腿的股骨2與脛骨3的取向是對準的，即膝部是完全延伸的。在此取向上，如圖5中所示，間隙15的前部17并不徹底與柱33的前部側37接觸。膝關節1將需要允許股骨2和脛骨3在向后的方向上略微不對準，這基本上將膝關節鎖定在過度延伸的位置。即，正常的腿通過使股骨2和脛骨3大致向后定位使得膝關節被鎖定而鎖定是可能，因為這是膝部的過度延伸。圖5中所示的股骨部件10和脛骨部件30的取向是股骨2和脛骨3的完全對準，或者膝部完全延伸。正如將會理解的，間隙15的前部17與柱33的前部側37之間微小的間隙將允許對于標準的膝部以上述方式鎖緊膝關節1。股骨部件10相對于脛骨部件30的位置，使得股骨2與脛骨3是線性對準的并且膝部是完全延伸的，被認為是零度旋轉點，如圖5中所示。即，為了提供參考點，圖5中所示的股骨部件10 和脛骨部件30的取向為零旋轉點。返回至圖6，我們看到股骨部件10相對于脛骨部件30的旋轉的取向，即膝部已經歷了彎曲。在這個旋轉期間，外側髁11和內側髁12在關節支承表面31、32上滑動。如果髁11、12的外表面與關節支承表面31、32的表面匹配，那么這個旋轉被改進并且應以平滑的方式進行。如附圖中清晰可見的，在某種旋轉水平下，股骨凸輪18撞擊柱33的后部側。 如圖6中所示，當與圖5中所示的零點相比，圖6中發生的旋轉的量位于大約55°與75°之間。更優選地，這個水平的旋轉位于大約60°與70°之間。在使股骨凸輪18第一次撞擊柱33的點時股骨部件10相對于脛骨部件30旋轉(膝關節1的彎曲)的最優選量為65°。 可以再次相對于如圖5中所示患者4的脛骨3與股骨2的對準，或者膝關節的完全延伸的零點測量該旋轉的水平。同樣重要的是注意到在圖6中所示的位置，外側髁11和內側髁12仍然與關節支承表面31、32有良好的接觸。即，優選地股骨部件10與脛骨部件30之間的接觸點是在外側髁11與內側髁12之間的，跨越關節支承表面31、32的整個表面。借助于股骨部件10的彎曲外表面的第一較大曲率半徑，股骨部件10仍然保持與脛骨部件30接觸。在當股骨凸輪18撞擊柱33的點時，優選接觸仍然在第一較大曲率半徑下的股骨部件10的從頭到尾 (over)的整個外彎曲表面。然而，股骨部件10的結構為使得股骨部件10相對于脛骨部件30額外旋轉于是借助于具有第二更小曲率半徑的表面而進行。換句話說，股骨凸輪18撞擊柱33的后部側的點標志了借助于第一較大曲率半徑的彎曲的外表面的股骨部件10與脛骨部件30之間接觸的結束。隨著額外旋轉，股骨部件10的外表面將進入第二較小曲率半徑，這易于在第一較大曲率半徑附近將外側髁11和內側髁12提升至不與關節支承表面31、32接觸。隨著股骨部件10相對于脛骨部件30繼續旋轉(更大的膝部彎曲)，即，比如圖6 中所示的進一步前進，外側髁11和內側髁12的具有第二曲率半徑的表面優選地與關節支承表面31、32接觸。這如上所述。當利用第二較小曲率半徑表面使旋轉繼續時，股骨凸輪 18與柱33的后部側之間的接觸將易于繼續。特別是，股骨凸輪18之間的接觸點將從柱33的后部側的位置至少有一些向上，如圖6中所示，直到股骨凸輪18的整個外表面21定位在高彎曲關節表面35的凹入形狀36中。這正是如圖7中所示的取向。從圖6移至圖7，通過股骨部件10的旋轉，可以理解的是外側髁11和內側髁12的第二較小曲率半徑表面將易于在股骨凸輪18的較小曲率半徑表面的協助下使股骨凸輪18 與柱33之間的連接點降低。即，髁11、12的兩個適當的表面與股骨凸輪18適當地匹配，從而使股骨凸輪18能夠從最初的接觸點部分向下滑動至柱33的表面向上滑動至柱33，直至在高彎曲關節表面35完全相互接觸。當股骨凸輪18定位成與高彎曲關節表面35完全接觸時，外側髁11和內側髁12的后部分端仍然與關節支承表面31、32接觸。在此點，顯然仍然保持股骨部件10與脛骨部件30之間高水平的接觸。尤其相對于如圖5所示以及以上討論的零點，本公開圖7中所示的旋轉角度位于 95°與115°之間。優選地，圖7中所示的旋轉角度位于自零點起100°與110°之間。最優選地，股骨凸輪18的外表面與高彎曲關節表面35完全接觸的點和外側髁11和內側髁12 的最后部點仍然與關節支承表面31、32接觸，發生在自如圖5中所示旋轉的零點(其為膝部完全延伸)的105°。如果繼續從圖7中所示的點朝向膝關節1的深或高的彎曲點進一步旋轉，那么外側髁11和內側髁12將實際上被提升至不與關節支承表面31、32接觸。如上文中已經討論的，將股骨凸輪18設置成環20的一部分，這易于將股骨凸輪18外側髁11和內側髁12提升至不與關節支承表面31、32接觸。而且，如果股骨凸輪18的上表面延伸超過或者在外側髁11和內側髁12的端部的上面，這也將幫助接觸的打破，盡管這不是所要求的。這個髁 11、12與關節支承表面31、32之間的接觸的移除是尤其有利的，因為這允許股骨部件10能夠在膝關節1高彎曲時相對于脛骨部件30而旋轉和擺動。特別是，股骨部件10的旋轉可圍繞脛骨3的縱向軸線而出現，并且脛骨部件30的旋轉圍繞股骨2的縱向軸線。如本領域技術人員所熟知的，患者4的腱和韌帶(特別是髕骨韌帶以及內側韌帶和外側韌帶)在膝部后一般是不同的。即，腱和韌帶將易于在特別的高角度的彎曲下將膝關節略微拉出對準。為了允許患者4膝關節后的腱和韌帶的強度不同，股骨部件10與脛骨部件30之間的故意的旋轉和擺動是其原因。如下將更清楚地，考慮到如圖8中所示的關節的結構，股骨部件10相對于脛骨部件30的微小旋轉和擺動將適應患者4膝關節的腱和韌帶之間的任何強度的差異，并且將降低在這種腱和韌帶的應變。顯然，可以僅僅通過改變股骨凸輪18的外表面21來改變允許的擺動和旋轉的量， 使得外側髁11和內側髁12被進一步帶出關節支承表面31、32的接觸。然而，股骨部件10 與脛骨部件30之間擺動或傾斜的理想度數大約為+/-3°，如圖8a至圖8c之間所示。如以上所討論的，這個在非常高的旋轉度下的股骨部件10相對于脛骨部件30的提高是股骨凸輪18的環狀結構的結果。假設高于髁的外表面協助此擺動，但不是必要的。另外，因為股骨凸輪18將在高彎曲的關節表面35內旋轉，所以在股骨部件10與脛骨部件30之間保持良好程度的接觸，并且這是經由股骨凸輪18和高彎曲關節表面35的匹配面而進行的。此外，因為股骨凸輪18的上部較大曲率半徑表面具有平滑的以及大致恒定的曲率半徑，所以股骨部件10與脛骨部件30之間所獲得的提升量可以保持恒定，并且根據單個膝關節1的要求是可調的。在外側髁11和內側髁12與關節支承表面31、32之間提升發生的旋轉角度是在圖7中所示的旋轉點之后。即，取決于何時股骨凸輪18與高彎曲關節表面35完全接觸，進一步的旋轉將使髁11、12不與關節支承表面31、32接觸。如上所述，圖7中所示的特別優選的旋轉角度為105°。如果該旋轉角度選擇為使股骨凸輪18與高彎曲關節表面35接觸的期望點，大于105°的旋轉將導致髁11、12被從關節支承表面31、32提升出。當然，也可以通過適當地構造股骨凸輪18和高彎曲關節表面35，并且特別是股骨部件10與脛骨部件30 之間的旋轉量(其被用來進行帶來接觸)，來選擇接觸被打破的點。
以上公開內容并非旨在包括特征的優選或要求的組合。實際上，根據各部件(股骨10和脛骨30)的各方面旨在被視為選擇或者有利特征，但是不能采用其特定組合。在所附權利要求中給出了由本公開旨在的保護范圍。
權利要求
1.一種人工膝關節(1)，包括分別附接到患者的股骨( 和脛骨(3)的股骨部件 (10)和脛骨部件(30)；其中，股骨部件(10)包括從股骨部件(10)的后部(1 延伸至前部(14)的外側髁(11)和內側髁(12)，并且其中，在外側髁(11)與內側髁(12)之間提供從股骨部件(10)的后部(13) 朝向前部(14)延伸的股骨間隙(15)，其中進一步的，在股骨部件(10)的前部(13)將外側髁(11)和內側髁(1 連接從而形成髕骨跟蹤路徑或者支承表面(16)，支承表面(16)位于間隙(17)的前部端并且形成間隙(17)的前部端；股骨凸輪(18)提供成橋連外側髁(11)與內側髁(1 的后部端并且形成股骨間隙 (19)的后部端，其中，股骨凸輪(18)構造成具有環00)的一部分的形狀；其中進一步的，在脛骨部件(30)上在中心柱(3 的兩側設置兩個大致對稱的關節支承表面(31、32)， 其中，關節支承表面(31、3幻是用于接收股骨部件(10)的外側髁(11)和內側髁(12)，柱 (33)的形狀設計成使得其將適合于股骨間隙(1 中。
2.如權利要求1所述的人工膝關節(1)，其中，位于脛骨部件(30)上的高彎曲關節表面(3 設置在柱(3 的下后部端(34)并且具有凹入的形狀(36)，該形狀與股骨凸輪(18) 的外表面大致相同。
3.如權利要求1或2中任一項所述的人工膝關節(1)，其中外側髁(11)和內側髁(12) 的外表面具有彎曲表面，該彎曲表面具有第一曲率半徑，該曲率半徑從髕骨跟蹤路徑或支承表面(16)至股骨部件(10)的后部(1 是大致恒定的，在靠近股骨凸輪(18)的部分具有第二曲率半徑，其中所述第一曲率半徑大于所述第二曲率半徑。
4.如前述權利要求中任一項特別是權利要求3所述的人工膝關節，其中關節支承表面 (31,32)具有凹入的表面，該凹入的表面具有大于、大致等于、或者等于外側髁(11)和內側髁(12)的第一曲率半徑的曲率半徑。
5.如前述權利要求中的任一項特別是權利要求3和4所述的人工膝關節，其中，股骨部件(10)和脛骨部件(30)構造成使得當它們經由外側髁(11)和內側髁(1 而相互接觸時，柱(33)定位成穿過股骨間隙(15)，股骨凸輪(18)的環02)的內徑與柱(33)接觸，但是優選不與高彎曲關節表面(3 接觸，具有第一曲率半徑的外側髁(11)和內側髁(12)的彎曲表面與關節支承表面(31、3幻接觸。
6.如前述權利要求中的任一項特別是權利要求5所述的人工膝關節，其中，股骨部件 (10)和脛骨部件(30)被構造成使得如果股骨部件(10)進一步旋轉，股骨部件(10)與脛骨部件(30)的接觸將經由具有第二曲率半徑的表面而進行，從而作用成使股骨凸輪(18) 與高彎曲關節表面(3 接觸。
7.如前述權利要求中的任一項特別是權利要求5或6所述的人工膝關節，其中，如果將零旋轉點定義成當外側髁(11)和內側髁(1 與關節支承表面(31、3幻接觸并且股骨部件(10)和脛骨部件(30)被取向成為使得患者⑷的股骨(2)和脛骨(3)可以大致線性對準，使得膝部可以完全延伸，那么在如權利要求5所限定的點處股骨部件(10)經歷的旋轉量發生在55°與75°之間、優選在60°與70°之間、更優選為65°。
8.如前述權利要求中的任一項特別是權利要求5至7所述的人工膝關節，其中，如果零旋轉點被定義成當外側髁(11)和內側髁(1 與關節支承表面(31、3幻接觸并且股骨部件 (10)和脛骨部件(30)被取向成使得患者(4)的股骨( 和脛骨( 大致線性對準，使得膝部將會完全延伸，那么如權利要求6所限定的在股骨凸輪(18)與高彎曲關節表面(35)接觸的點的股骨部件(10)經歷的旋轉的量發生在95°與115°之間、優選在100°與110° 之間、更優選為105°。
9.如前述權利要求中的任一項特別是權利要求5至8所述的人工膝關節，其中，如果零旋轉點被定義成當外側髁(11)和內側髁(1 與關節支承表面(31、3幻接觸并且股骨部件(10)和脛骨部件(30)被取向成使得患者⑷的股骨(2)與脛骨(3)大致線性對準，使得膝部完全延伸，當股骨部件(10)已經歷大于90°、優選大于100°、更優選大于105°的旋轉時，則股骨部件(10)被構造成使得與脛骨部件(30)接觸的唯一點經由股骨凸輪(18) 和高彎曲關節表面(35)。
10.如前述權利要求中的任一項特別是權利要求9所述的人工膝關節，其中，由于股骨凸輪(18)被構造成環00)的一部分，當股骨部件(10)和脛骨部件(30)僅經由股骨凸輪 (18)和高彎曲關節表面(3 而接觸時，股骨凸輪能夠在外側髁(11)或內側髁(1 的后部端與相應的關節支承表面(31、3幻接觸之前在外側及內側方向上擺動。
11.如前述權利要求中的任一項特別是權利10所述的人工膝關節，其中，所述擺動量是在約1°與8°之間、優選在約2°與5°之間、最優選為約3°。
12.如前述權利要求中的任一項特別是權利要求10或11所述的人工膝關節，其中，股骨部件(10)能夠相對于脛骨部件(30)以高水平的旋轉而擺動，因為構成股骨凸輪(18)的環00)的部分的外徑向表面具有與高彎曲關節表面(3 不同的曲率半徑。
13.如前述權利要求中的任一項所述的人工膝關節，其中，股骨凸輪(18)在其厚度方向在后部部分和環的上部外徑具有第一較大值的半徑，在環(22)部分的下部內徑具有小于第一半徑的第二半徑，其中優選地，第一半徑優選為5mm至15mm之間、更優選為5mm 與IOmm之間、甚至更優選為大約5. 5mm，所述第二半徑優選為3mm至IOmm之間、更優選為 3mm與6mm之間、甚至更優選為大約3. 5mm。
14.如前述權利要求中的任一項所述的人工膝關節，其中，脛骨部件(30)的關節支承表面(31、3幻和高彎曲關節表面(3 的最小厚度大致相同，進一步的此厚度位于4mm與 25mm之間、更優選在6mm與15mm之間、甚至更優選為6mm。
15.如前述權利要求中任一項所述的人工膝關節，其中，假想環可繪制為完成環00) 的形成股骨凸輪(18)的部分，并且這個假想環具有位于在20mm與50mm之間的外半徑、優選該外半徑位于25mm與45mm之間、更優選該外半徑位于30mm與40mm之間、最優選為約 35mm;優選地，所述假想環構造成使得它從股骨間隙(19)的后部向下延伸使得它直接與患者的脛骨C3) —致，如果0°參照線被定義成與脛骨C3)精確地一致，那么所述假想環位于自此參考直線士 15°之間、更優選士 10°之間、甚至更優選士5°之間、或者最優選為 0°的范圍內。
全文摘要
需要一種人工膝關節(1)，其包括分別附接到患者(4)的股骨(2)和脛骨(3)的股骨部件(10)和脛骨部件(30)。股骨部件(10)包括從股骨部件(10)的后部(13)延伸至前部(14)的外側髁(11)和內側髁(12)。股骨間隙(15)設置在外側髁(11)與內側髁(12)之間，從股骨部件(10)的后部(13)向前部(14)延伸。外側髁(11)與內側髁(12)在股骨部件(10)的前部(13)連接而形成髕骨跟蹤路徑或者支承表面(16)，支承表面位于間隙(17)的前端并且形成間隙的前部端部。股骨凸輪(18)將外側髁(11)與內側髁(12)的后部端部進行橋連，并且形成間隙(19)的后部端部，其中股骨凸輪(18)構造成具有環(20)的部分的形狀。在脛骨部件(30)中在中心柱(33)的兩側設置有兩個大致對稱的關節支承表面(31、32)，其中關節支承表面(31、32)是用于接收股骨部件(10)的外側髁(11)和內側髁(12)，將柱(33)的形狀設計成使得柱(33)可適合股骨間隙(15)。
文檔編號A61F2/38GK102448405SQ200980159511
公開日2012年5月9日 申請日期2009年3月27日 優先權日2009年3月27日
發明者埃爾佐比 G., 賴因伯德 U. 申請人:史密夫和內修整形外科股份公司