專利名稱：人工膝關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(guān)節(jié)。尤其是，諸如關(guān)節(jié)炎或風濕病的情況會導(dǎo)致對膝關(guān)節(jié)的損壞，這可以通過用人工關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中通常提供一種包括兩個部件的膝關(guān)節(jié)。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(shè)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(guān)節(jié)需要脛骨與股骨可以相對彼此旋轉(zhuǎn)和彎曲，這通常是通過使股骨部件的外側(cè)具有彎曲表面而實現(xiàn)。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(guān)節(jié)發(fā)揮作用的同樣方式在脛骨部件的支承表面上旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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?shù)闹鶃韺崿F(xiàn)。通過將柱定位于該間隙中，允許股骨部件能夠在兩個設(shè)定的旋轉(zhuǎn)和彎曲止動器之間運動，因而可用于反映并復(fù)制膝部的正常運動。即，所述柱將股骨部件的運動限制在設(shè)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(zhuǎn)和彎曲的量。美國專利5，549, 686描述了一種置換膝關(guān)節(jié)，其中如上所述柱與間隙相互作用。 為了使膝關(guān)節(jié)能夠進行高度的彎曲，在股骨部件的最后部部分設(shè)置股骨凸輪。此股骨凸輪與所述柱的后部側(cè)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(zhuǎn)。在美國專利6，123，729中，也描述了一種類似以上現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)。該專利文件進一步討論了股骨部件內(nèi)的內(nèi)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(jié)構(gòu)允許股骨部件與脛骨部件之間能夠相對旋轉(zhuǎn)，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(xiàn)有技術(shù)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(guān)節(jié)中是特別明顯的。這將易于努力將膝關(guān)節(jié)的取向從完全對準拉出，使得在患者脛骨與股骨之間發(fā)生一定程度的扭曲，然后被轉(zhuǎn)移至膝關(guān)節(jié)。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(zhuǎn)和/或擺動(特別是受控制的相對旋轉(zhuǎn)/擺動)的膝關(guān)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本公開涉及一種置換或人工膝關(guān)節(jié)，該置換或人工膝關(guān)節(jié)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(yōu)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(cè)髁和內(nèi)側(cè)髁)在前部側(cè)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(cè)向凸輪將兩個髁的后部端部橋連并形成間隙的端部，側(cè)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(yōu)選地，本公開的股骨凸輪中設(shè)置了是環(huán)的一部分的結(jié)構(gòu)。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(yōu)選地易于延伸至略微高于各髁的上端。環(huán)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(huán)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(huán)的部分，股骨凸輪不必延伸至高于髁的高度。人工膝關(guān)節(jié)的脛骨部件包括旨在位于股骨部件的間隙內(nèi)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(guān)節(jié)的運動范圍。脛骨部件的此中心柱的任一側(cè)包括內(nèi)側(cè)和外側(cè)的支承表面，這兩個支承表面優(yōu)選地是對稱形成的。由于具有與脛骨部件的對稱結(jié)構(gòu)，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(nèi)側(cè)支承表面與外側(cè)支承表面也可以具有不對稱設(shè)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)可進一步具有設(shè)置在柱下后部端的支承表面。這個關(guān)節(jié)支承表面可構(gòu)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)表面或凹入中，因而將在這兩個部件之間提供適當?shù)闹С?。為了允許股骨部件與脛骨部件之間適當?shù)男D(zhuǎn)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?shù)男D(zhuǎn)和彎曲。優(yōu)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(cè)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(cè)向凸輪接觸高彎曲關(guān)節(jié)表面。更有利的是，設(shè)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(yù)期曲率、大致與髁的第一曲率半徑相同的預(yù)期曲率、或者實際上與髁的第一曲率半徑相同的預(yù)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(zhuǎn)和彎曲時， 側(cè)向凸輪(更具體地是其內(nèi)彎曲表面)將撞擊柱的后部側(cè)。在這個第一接觸點，優(yōu)選的是側(cè)向凸輪位于股骨部件內(nèi)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(cè)向凸輪與柱第一次接觸時，優(yōu)選地是側(cè)向凸輪不定位在凹入的高彎曲關(guān)節(jié)表面中。此外，優(yōu)選地髁應(yīng)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(yōu)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(jīng)進行的以到達側(cè)向凸輪與柱之間的第一接觸點的彎曲角度或者旋轉(zhuǎn)角度位于約55°至75°之間。更優(yōu)選地，其位于60°與70°之間、最優(yōu)選其為65°。這個旋轉(zhuǎn)和彎曲角度是基于零點的旋轉(zhuǎn)(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(zhuǎn)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(cè)向凸輪向下至柱的后部側(cè)并且與高彎曲關(guān)節(jié)表面匹配對準。即，提供髁的第二較小曲率半徑，將使側(cè)向凸輪向下至軸的后部側(cè)并且進入高彎曲關(guān)節(jié)表面的凹入。如果零點的旋轉(zhuǎn)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(guān)節(jié)表面的匹配對準的點將發(fā)生約95°與115°之間、優(yōu)選這發(fā)生在100° 與110°之間、最優(yōu)選在105°的旋轉(zhuǎn)和彎曲。通過使股骨部件進一步旋轉(zhuǎn)，側(cè)向凸輪的環(huán)狀結(jié)構(gòu)將易于相對于脛骨部件提升股骨部件。即，側(cè)向凸輪環(huán)狀部分的形狀導(dǎo)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(jīng)由側(cè)向凸輪和凹入的高彎曲關(guān)節(jié)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(cè)向凸輪與關(guān)節(jié)支承表面之間，所以將允許股骨部件擺動和旋轉(zhuǎn)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(huán)狀結(jié)構(gòu)對股骨凸輪的直接結(jié)果，并且可用以適應(yīng)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(yōu)選在約2°與5°之間的任何處。最優(yōu)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(gòu)造成使得它們可以相對于彼此擺動時，側(cè)向凸輪的外徑向表面或者其環(huán)狀部分具有不同于其所接觸的高彎曲關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)表面，并且因為股骨凸輪具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)所以可以圍繞高彎曲關(guān)節(jié)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(huán)狀股骨凸輪的外徑向表面可以略微不同于高彎曲關(guān)節(jié)表面的凹入，然后這也將允許股骨部件與脛骨部件之間發(fā)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(nèi)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(cè)發(fā)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(shè)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(zhuǎn)。優(yōu)選地，第一曲率半徑優(yōu)選在3mm至IOmm之間、 更優(yōu)選在3mm與6mm之間，甚至更優(yōu)選為約3. 5mm ；第二曲率半徑優(yōu)選為5mm至15mm之間、 更優(yōu)選為5mm與IOmm之間、甚至更優(yōu)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(guān)節(jié)表面。優(yōu)選地，這三個表面每個的最低點厚度均是相同的，更優(yōu)選地其在約4mm與25mm之間、更優(yōu)選在 6mm至15mm之間、甚至更優(yōu)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(cè)向凸輪提供其一部分的假想環(huán)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(zhuǎn)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)1的股骨10部件；圖2示出了可以并入脛骨部件30內(nèi)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(nèi)的脛骨柱的下部?？梢蕴峁┟劰遣考?0，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(shù)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(qū)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(nèi)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(guān)節(jié)1尤其是其股骨部件10能夠按照任何本領(lǐng)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(lǐng)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(shù)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(yōu)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(yōu)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(xù)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(cè)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(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12。顯然，股骨部件10將構(gòu)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?shù)貥?gòu)造使得其朝向股骨部件10的側(cè)向(lateral)側(cè)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(cè)髁11與內(nèi)側(cè)髁12被間隙15分開。這個間隙15旨在適當?shù)嘏c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(guān)節(jié)1在患者4體內(nèi)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(zhuǎn)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(cè)37，并且將阻止股骨部件10和脛骨部件30在此方向上繼續(xù)地相對旋轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)，間隙15的后部端19將撞擊柱33的后部側(cè)，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(zhuǎn)。然而，如以下所看到的，股骨部件10的特定結(jié)構(gòu)允許股骨部件10的額外旋轉(zhuǎn)以給予膝關(guān)節(jié)1的過度延伸。間隙15的前部端17被定位在外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)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(shè)置作為外側(cè)髁11與內(nèi)側(cè)髁12之間的橋連結(jié)構(gòu)。特別是，將看到股骨凸輪18 的上側(cè)可延伸至高于外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)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(cè)髁11與內(nèi)側(cè)髁12之間的橋連的股骨凸輪18以外，股骨凸輪18優(yōu)選地構(gòu)造成環(huán)的一部分。這將在圖3中所示環(huán)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(huán)示于圖中，股骨凸輪18被其一部分提供。特別是，將環(huán)的尺寸和位置設(shè)計為其部分將適當?shù)貙⑼鈧?cè)髁11與內(nèi)側(cè)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(cè)髁11的內(nèi)側(cè)髁12的端部。股骨凸輪18的面對股骨部件10的內(nèi)部凹槽的內(nèi)表面，可以設(shè)置成平坦表面，或者實際上為將順著大致環(huán)的形狀的彎曲表面，如圖 3中所示。股骨部件10的內(nèi)部部分通?？梢孕纬蔀橐幌盗械闹边吂ぜ?，以便給予股骨2適當?shù)慕Y(jié)合表面。同樣地，需要時可以給予股骨部件10的內(nèi)表面不同的結(jié)構(gòu)，從而適于結(jié)合到股骨2。例如，代替環(huán)20的該部分的內(nèi)部部分具有平坦的側(cè)，環(huán)20的該部分可以以彎曲的方式延伸入股骨部件10的內(nèi)部，從而形成圓環(huán)面的部分。如圖中所示，假想環(huán)可被設(shè)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(huán)大致示出為使得其從股骨凸輪18直線向下延伸。然而，環(huán)不必以這種方式延伸，并且如圖3中的線所示，假想環(huán)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(nèi)部部分移動。顯然，假想環(huán)可以遠離股骨部件10的下側(cè)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(nèi)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(yōu)選士 10°、最優(yōu)選士5° 之間的范圍內(nèi)。假想環(huán)的外半徑位于20mm與50mm之間；優(yōu)選外半徑位于25mm與45mm之間；更優(yōu)選外半徑位于30mm與40mm之間；最優(yōu)選地外半徑為大約35mm?？梢詫傧氕h(huán)的實際半徑進行修整以適應(yīng)移植物的尺寸。這種半徑變化也將導(dǎo)致高彎曲關(guān)節(jié)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(cè)髁11和內(nèi)側(cè)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(guān)節(jié)的高彎曲下將扭曲明確地引入膝關(guān)節(jié)1，以便偏移膝關(guān)節(jié)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(jīng)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(cè)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(cè)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(yōu)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(cè)向移動(包括不發(fā)生側(cè)向移動)，以適應(yīng)作用于膝關(guān)節(jié)1上的適當?shù)膽?yīng)力和應(yīng)變。如上所述，因為柱33的前部側(cè)37將接觸間隙15的前部側(cè)17以便阻止股骨部件 10與脛骨部件之間額外旋轉(zhuǎn)，柱33可優(yōu)選地在其基部形成的相當?shù)貙挕Ｔ谥?3的基部的額外厚度將明顯提高柱33和膝關(guān)節(jié)1的總體強度。假設(shè)膝關(guān)節(jié)1旨在僅在一個取向上從間隙15撞擊柱33的前部側(cè)37的點旋轉(zhuǎn)，重要的是給柱33的下部提供厚的寬度，以確保膝關(guān)節(jié)1的正確作用。柱33的兩側(cè)是外側(cè)關(guān)節(jié)支承表面31和內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)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(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12將歇靠在該表面上并移動。通常，由關(guān)節(jié)支承表面31、32所給出的表面將與由外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12所給出的表面匹配。 即，關(guān)節(jié)支承表面31、32的彎曲可以大于外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)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(guān)節(jié)1帶來穩(wěn)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(shè)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(shè)置在脛骨部件30的前部側(cè)，固定裝置30可以包括一系列的夾子狀的構(gòu)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(guān)節(jié)表面35。有利地，在這個高彎曲關(guān)節(jié)表面35上設(shè)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(guān)節(jié)表面35可構(gòu)造成接受股骨凸輪18，與環(huán)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(guān)節(jié)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(zhuǎn)，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(jié)段或部分的具有第二較小曲率半徑(即較大度數(shù)的曲率)的外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12的外表面的特定結(jié)果。這個較小的曲率半徑將易于使股骨凸輪18與高彎曲關(guān)節(jié)表面35接觸，因而在高彎曲角度提供支承表面。除了外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)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(nèi)表面，其示出為環(huán)22的內(nèi)徑，通?？删哂斜裙晒峭馆?8的最外的后部側(cè)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(jù)膝關(guān)節(jié)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(nèi)側(cè)的較小曲率半徑有利的使股骨凸輪18與高彎曲關(guān)節(jié)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(zhuǎn)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(cè)37接觸。膝關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)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(cè)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(guān)節(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)的取向，即膝部已經(jīng)歷了彎曲。在這個旋轉(zhuǎn)期間，外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12在關(guān)節(jié)支承表面31、32上滑動。如果髁11、12的外表面與關(guān)節(jié)支承表面31、32的表面匹配，那么這個旋轉(zhuǎn)被改進并且應(yīng)以平滑的方式進行。如附圖中清晰可見的，在某種旋轉(zhuǎn)水平下，股骨凸輪18撞擊柱33的后部側(cè)。 如圖6中所示，當與圖5中所示的零點相比，圖6中發(fā)生的旋轉(zhuǎn)的量位于大約55°與75°之間。更優(yōu)選地，這個水平的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)(膝關(guān)節(jié)1的彎曲)的最優(yōu)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(guān)節(jié)的完全延伸的零點測量該旋轉(zhuǎn)的水平。同樣重要的是注意到在圖6中所示的位置，外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12仍然與關(guān)節(jié)支承表面31、32有良好的接觸。即，優(yōu)選地股骨部件10與脛骨部件30之間的接觸點是在外側(cè)髁11與內(nèi)側(cè)髁12之間的，跨越關(guān)節(jié)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(yōu)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(jié)構(gòu)為使得股骨部件10相對于脛骨部件30額外旋轉(zhuǎn)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(cè)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(jié)束。隨著額外旋轉(zhuǎn)，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(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12提升至不與關(guān)節(jié)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(xù)旋轉(zhuǎn)(更大的膝部彎曲)，即，比如圖6 中所示的進一步前進，外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12的具有第二曲率半徑的表面優(yōu)選地與關(guān)節(jié)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(zhuǎn)繼續(xù)時，股骨凸輪 18與柱33的后部側(cè)之間的接觸將易于繼續(xù)。特別是，股骨凸輪18之間的接觸點將從柱33的后部側(cè)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(guān)節(jié)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(zhuǎn)，可以理解的是外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)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(xié)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?shù)谋砻媾c股骨凸輪18適當?shù)仄ヅ?，從而使股骨凸?8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(guān)節(jié)表面35完全相互接觸。當股骨凸輪18定位成與高彎曲關(guān)節(jié)表面35完全接觸時，外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12的后部分端仍然與關(guān)節(jié)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(zhuǎn)角度位于 95°與115°之間。優(yōu)選地，圖7中所示的旋轉(zhuǎn)角度位于自零點起100°與110°之間。最優(yōu)選地，股骨凸輪18的外表面與高彎曲關(guān)節(jié)表面35完全接觸的點和外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12 的最后部點仍然與關(guān)節(jié)支承表面31、32接觸，發(fā)生在自如圖5中所示旋轉(zhuǎn)的零點(其為膝部完全延伸)的105°。如果繼續(xù)從圖7中所示的點朝向膝關(guān)節(jié)1的深或高的彎曲點進一步旋轉(zhuǎn)，那么外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12將實際上被提升至不與關(guān)節(jié)支承表面31、32接觸。如上文中已經(jīng)討論的，將股骨凸輪18設(shè)置成環(huán)20的一部分，這易于將股骨凸輪18外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12提升至不與關(guān)節(jié)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(cè)髁11和內(nèi)側(cè)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)1高彎曲時相對于脛骨部件30而旋轉(zhuǎn)和擺動。特別是，股骨部件10的旋轉(zhuǎn)可圍繞脛骨3的縱向軸線而出現(xiàn)，并且脛骨部件30的旋轉(zhuǎn)圍繞股骨2的縱向軸線。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，患者4的腱和韌帶(特別是髕骨韌帶以及內(nèi)側(cè)韌帶和外側(cè)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(guān)節(jié)略微拉出對準。為了允許患者4膝關(guān)節(jié)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(zhuǎn)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(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，股骨部件10相對于脛骨部件30的微小旋轉(zhuǎn)和擺動將適應(yīng)患者4膝關(guān)節(jié)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(yīng)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(zhuǎn)的量， 使得外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12被進一步帶出關(guān)節(jié)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(shù)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(zhuǎn)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(huán)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)果。假設(shè)高于髁的外表面協(xié)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(guān)節(jié)表面35內(nèi)旋轉(zhuǎn)，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(jīng)由股骨凸輪18和高彎曲關(guān)節(jié)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(jù)單個膝關(guān)節(jié)1的要求是可調(diào)的。在外側(cè)髁11和內(nèi)側(cè)髁12與關(guān)節(jié)支承表面31、32之間提升發(fā)生的旋轉(zhuǎn)角度是在圖7中所示的旋轉(zhuǎn)點之后。即，取決于何時股骨凸輪18與高彎曲關(guān)節(jié)表面35完全接觸，進一步的旋轉(zhuǎn)將使髁11、12不與關(guān)節(jié)支承表面31、32接觸。如上所述，圖7中所示的特別優(yōu)選的旋轉(zhuǎn)角度為105°。如果該旋轉(zhuǎn)角度選擇為使股骨凸輪18與高彎曲關(guān)節(jié)表面35接觸的期望點，大于105°的旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致髁11、12被從關(guān)節(jié)支承表面31、32提升出。當然，也可以通過適當?shù)貥?gòu)造股骨凸輪18和高彎曲關(guān)節(jié)表面35，并且特別是股骨部件10與脛骨部件30 之間的旋轉(zhuǎn)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(nèi)容并非旨在包括特征的優(yōu)選或要求的組合。實際上，根據(jù)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(quán)利要求中給出了由本公開旨在的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種人工膝關(guān)節(jié)(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(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)髁(12)，并且其中，在外側(cè)髁(11)與內(nèi)側(cè)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(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)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(cè)髁(11)與內(nèi)側(cè)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(gòu)造成具有環(huán)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(cè)設(shè)置兩個大致對稱的關(guān)節(jié)支承表面(31、32)， 其中，關(guān)節(jié)支承表面(31、3幻是用于接收股骨部件(10)的外側(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)髁(12)，柱 (33)的形狀設(shè)計成使得其將適合于股骨間隙(1 中。
2.如權(quán)利要求1所述的人工膝關(guān)節(jié)(1)，其中，位于脛骨部件(30)上的高彎曲關(guān)節(jié)表面(3 設(shè)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(quán)利要求1或2中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)(1)，其中外側(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)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(quán)利要求中任一項特別是權(quán)利要求3所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中關(guān)節(jié)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(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)髁(12)的第一曲率半徑的曲率半徑。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項特別是權(quán)利要求3和4所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，股骨部件(10)和脛骨部件(30)構(gòu)造成使得當它們經(jīng)由外側(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)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(huán)02)的內(nèi)徑與柱(33)接觸，但是優(yōu)選不與高彎曲關(guān)節(jié)表面(3 接觸，具有第一曲率半徑的外側(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)髁(12)的彎曲表面與關(guān)節(jié)支承表面(31、3幻接觸。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項特別是權(quán)利要求5所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，股骨部件 (10)和脛骨部件(30)被構(gòu)造成使得如果股骨部件(10)進一步旋轉(zhuǎn)，股骨部件(10)與脛骨部件(30)的接觸將經(jīng)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(guān)節(jié)表面(3 接觸。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項特別是權(quán)利要求5或6所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，如果將零旋轉(zhuǎn)點定義成當外側(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)髁(1 與關(guān)節(jié)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(quán)利要求5所限定的點處股骨部件(10)經(jīng)歷的旋轉(zhuǎn)量發(fā)生在55°與75°之間、優(yōu)選在60°與70°之間、更優(yōu)選為65°。
8.如前述權(quán)利要求中的任一項特別是權(quán)利要求5至7所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，如果零旋轉(zhuǎn)點被定義成當外側(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)髁(1 與關(guān)節(jié)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(quán)利要求6所限定的在股骨凸輪(18)與高彎曲關(guān)節(jié)表面(35)接觸的點的股骨部件(10)經(jīng)歷的旋轉(zhuǎn)的量發(fā)生在95°與115°之間、優(yōu)選在100°與110° 之間、更優(yōu)選為105°。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項特別是權(quán)利要求5至8所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，如果零旋轉(zhuǎn)點被定義成當外側(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)髁(1 與關(guān)節(jié)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(jīng)歷大于90°、優(yōu)選大于100°、更優(yōu)選大于105°的旋轉(zhuǎn)時，則股骨部件(10)被構(gòu)造成使得與脛骨部件(30)接觸的唯一點經(jīng)由股骨凸輪(18) 和高彎曲關(guān)節(jié)表面(35)。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項特別是權(quán)利要求9所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，由于股骨凸輪(18)被構(gòu)造成環(huán)00)的一部分，當股骨部件(10)和脛骨部件(30)僅經(jīng)由股骨凸輪 (18)和高彎曲關(guān)節(jié)表面(3 而接觸時，股骨凸輪能夠在外側(cè)髁(11)或內(nèi)側(cè)髁(1 的后部端與相應(yīng)的關(guān)節(jié)支承表面(31、3幻接觸之前在外側(cè)及內(nèi)側(cè)方向上擺動。
11.如前述權(quán)利要求中的任一項特別是權(quán)利10所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，所述擺動量是在約1°與8°之間、優(yōu)選在約2°與5°之間、最優(yōu)選為約3°。
12.如前述權(quán)利要求中的任一項特別是權(quán)利要求10或11所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，股骨部件(10)能夠相對于脛骨部件(30)以高水平的旋轉(zhuǎn)而擺動，因為構(gòu)成股骨凸輪(18)的環(huán)00)的部分的外徑向表面具有與高彎曲關(guān)節(jié)表面(3 不同的曲率半徑。
13.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，股骨凸輪(18)在其厚度方向在后部部分和環(huán)的上部外徑具有第一較大值的半徑，在環(huán)(22)部分的下部內(nèi)徑具有小于第一半徑的第二半徑，其中優(yōu)選地，第一半徑優(yōu)選為5mm至15mm之間、更優(yōu)選為5mm 與IOmm之間、甚至更優(yōu)選為大約5. 5mm，所述第二半徑優(yōu)選為3mm至IOmm之間、更優(yōu)選為 3mm與6mm之間、甚至更優(yōu)選為大約3. 5mm。
14.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，脛骨部件(30)的關(guān)節(jié)支承表面(31、3幻和高彎曲關(guān)節(jié)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(yōu)選在6mm與15mm之間、甚至更優(yōu)選為6mm。
15.如前述權(quán)利要求中任一項所述的人工膝關(guān)節(jié)，其中，假想環(huán)可繪制為完成環(huán)00) 的形成股骨凸輪(18)的部分，并且這個假想環(huán)具有位于在20mm與50mm之間的外半徑、優(yōu)選該外半徑位于25mm與45mm之間、更優(yōu)選該外半徑位于30mm與40mm之間、最優(yōu)選為約 35mm;優(yōu)選地，所述假想環(huán)構(gòu)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(huán)位于自此參考直線士 15°之間、更優(yōu)選士 10°之間、甚至更優(yōu)選士5°之間、或者最優(yōu)選為 0°的范圍內(nèi)。
全文摘要
需要一種人工膝關(guān)節(jié)(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(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)髁(12)。股骨間隙(15)設(shè)置在外側(cè)髁(11)與內(nèi)側(cè)髁(12)之間，從股骨部件(10)的后部(13)向前部(14)延伸。外側(cè)髁(11)與內(nèi)側(cè)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(cè)髁(11)與內(nèi)側(cè)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(gòu)造成具有環(huán)(20)的部分的形狀。在脛骨部件(30)中在中心柱(33)的兩側(cè)設(shè)置有兩個大致對稱的關(guān)節(jié)支承表面(31、32)，其中關(guān)節(jié)支承表面(31、32)是用于接收股骨部件(10)的外側(cè)髁(11)和內(nèi)側(cè)髁(12)，將柱(33)的形狀設(shè)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(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者埃爾佐比 G., 賴因伯德 U. 申請人:史密夫和內(nèi)修整形外科股份公司