JP4095919B2 - 人工膝関節全置換手術用計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は人工膝関節全置換術において、大腿骨と脛骨との間の間隔及び平衡度を計測するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人工膝関節として、大腿骨遠位端の骨切面に固定される金属製のフェモラルコンポーネントと、脛骨近位端の骨切面に固定される金属製のテビィアプレートと、テビィアプレートとフェモラルコンポーネントとの間に配置されるポリエチレン製サーフェスコンポーネントとからなるものが知られている。この種の人工膝関節においては、１５０度といった広い角度範囲での屈伸を可能とするため、フェモラルコンポーネントの外面は大腿骨遠位端の骨切面上を前面から後面まで被覆するように滑らかな曲線状に設けられ、他方脛骨近位端における骨切面上のテビィアプレート上に配置されるポリエチレン製サーフェスコンポーネントは全移動範囲においてフェモラルコンポーネントの外形と適合する形状に設定されている。
【０００３】
この種の人工膝関節全置換手術に際しては人工膝関節を構成する各コンポーネントが正しく装置されていることが必要である。そのためには、人工膝関節を取付ける大腿骨遠位端及び脛骨近位端の骨切面の間隔（ギャップ）及び骨切面間の平衡度が適切に管理されていることが必要である。そこで、人工膝関節全置換手術中においては、大腿骨と脛骨とを連結する内外側副靭帯及び膝蓋腱に一定荷重を加えつつ間隔及び平衡度の値の計測を行い、所定の間隔及び平衡度が得られていない場合は大腿骨と脛骨に付着する内外側副靭帯（軟部組織）を適宜弛緩（解離）せしめることにより調節する。そして、このような間隔及び平衡度の計測及び調節は通常膝の伸展状態及び屈曲状態で行われている。
【０００４】
大腿骨及び脛骨の骨切面間の間隔及び平衡度の計測技術として、特許文献１には脛骨の骨切面に係合する係合面を備えたベースと、ベースに対して上下可動な可動ヘッド上に設けられ、大腿骨の骨切面に係合する係合面とを備えた計測装置が公知である。ベースと可動ヘッドとはラチェット機構を介して連結され、ラチェット機構を介して脛骨と大腿骨間に所定の荷重を印加しつつ間隔を計測し、その計測値が表示される。そして、大腿骨係合面は骨切面に対して平行な軸線の周りに回動自在に設けられ、アンバランスがあるとその分傾斜する。この傾斜角度は目盛によって直読することができるようになっている。
【０００５】
計測装置はベース及び可動ヘッドから脛骨側及び大腿骨側の双方の係合面が前方に真直ぐ延びており、他方、膝の前面には膝蓋骨が位置しているため、そのままでは装着及び計測ができないため、装着に際しては膝蓋骨を内側傍膝蓋の皮切個所から外側に飜転させることにより、装着のスペースを生成し、かつ膝蓋骨のこの飜転状態は間隔及び平衡度の計測中において維持する必要があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１３７２７３号公報
【発明が解決しようとする課題】
従来の間隔及び平衡度の計測においては、計測中は膝蓋骨の飜転は継続させていた。即ち、前述のように上下の係合面は可動板及びベースから真直ぐ前方に延びるように位置しており、そのままでは可動板及びベースが膝蓋骨と干渉するため、装着及び計測の邪魔にならないように膝蓋骨を飜転させ退避させておく必要があったのである。そのため、従来の計測法は術後の生理的な膝の状態を反映した計測が行われていないという問題があったのである。
【０００７】
また、従来の計測装置では上下の係合面は大腿骨、脛骨の平坦骨切面に直接係合されていた。そして、この両者の係合面が平行となる位置における間隔をもって伸展並びに屈曲間隔としていた。ところが、大腿骨遠位端については骨軸と直交して切除されているが、脛骨近位端についてはティビアコンポーネントの形状に合わせ、幾分傾斜されることがあり、伸展状態での計測が大腿骨と脛骨の対向骨切面の状態に依存されてしまう問題点があった。また、従来方式では伸展状態と屈曲状態のみ計測可能で任意の膝屈曲角度での計測はなしえなかった。
【０００８】
この発明は以上の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、膝蓋骨の飜転を行うことなく大腿骨及び脛骨の骨切面間の間隔及び平衡度の計測を可能するようにすると共に任意の膝屈曲角度における計測を行いうるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、ベースと、ベースに設けられ、脛骨近位端の骨切面との係合のため設けられた第１の係合部材と、移動本体と、移動本体に設けられ、大腿骨遠位端の骨切面との係合のため設けられ、大腿骨遠位端の前記骨切面と平行な中心線の周りを回動自在な第２の係合部材と、第１の係合部材と第２の係合部材とが相互に接近若しくは離間するようにベースと移動本体とを摺動自在に案内する案内手段と、第１の係合部材と第２の係合部材とを接近方向への移動は阻止しつつ離間方向に移動せしめる駆動手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の間隔に応じた値を表示する第１の表示手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の相対角度に応じた値を表示する第２の表示手段と、を具備しており、第１及び第２の係合部材は、それぞれ、ベース及び移動本体の片側にオフセットしていることを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００１０】
請求項１の発明の作用・効果を説明すると、この発明の装置の装着時、膝蓋骨は皮切個所の外側に飜転されており、第１及び第２の係合部材は脛骨近位端及び大腿骨遠位端における骨切面間に導入され、第１の係合部材は脛骨近位端の骨切面に係合され、第２の係合部材は他方大腿骨遠位端の骨切面に係合される。このように脛骨側骨切面と大腿骨側骨切面との間に第１及び第２の係合部材を導入・係合させた状態において膝蓋骨の飜転状態が解除され、膝蓋骨は生理的な位置に戻される。膝蓋骨は本来の位置に復帰した場合において、第１及び第２の係合部材はベース、移動本体に対しオフセットしているためベース及び移動本体を膝の内側における膝蓋骨と緩衝しない位置に位置させることができる。この状態において、トルクレンチなどの所定の工具によって駆動手段を操作し、第１及び第２の係合部材間の間隔を増してゆく。その際に、第２の係合部材は膝周囲軟部組織に張力が加わることで第１の係合部材に対して相対的に回動する。所定の荷重が第１及び第２の係合部材間に加わった状態で駆動手段はその位置にロックされる。そして、この状態において第１の目盛によって大腿骨及び脛骨の骨切面間の間隔を計測し、第２の目盛によって骨切面間の傾斜角度に応じた平衡度を計測する。請求項１の発明によれば、第１及び第２の係合部材の、それを支持するベース及び移動本体に対するオフセット配置により間隔及び平衡度の計測の際に膝蓋骨を飜転させることなく本来の前向きに位置させても移動本体及びベースと干渉することなく膝の内側に位置させることができ間隔及び平衡度の計測が可能である。そのため、膝蓋骨の飜転にともなう影響を受けることなく計測を行うことができる。即ち、生理的な本来の膝に則した状態での計測を実施することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、ベースと、ベースに設けられ、脛骨近位端の骨切面との係合のため設けられた第１の係合部材と、移動本体と、移動本体に設けられ、大腿骨遠位端への装着のためのフェモラルコンポーネントが任意角度での膝の屈伸を可能とするように係合され、大腿骨遠位端の前記骨切面と平行な中心線の周りを回動自在な第２の係合部材と、第１の係合部材と第２の係合部材とが相互に接近若しくは離間するようにベースと移動本体とを摺動自在に案内する案内手段と、第１の係合部材と第２の係合部材とを接近方向への移動は阻止しつつ離間方向に移動せしめる駆動手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の間隔に応じた値を表示する第１の表示手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の相対角度に応じた値を表示する第２の表示手段とを具備し、前記第２の係合部材はその上面に嵌着部を備え、前記嵌着部に嵌着される補助案内ピースを介して第２の係合部材上にフェモラルコンポーネントを載置したことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供されるが提供される。
【００１２】
請求項２の発明の作用・効果を説明すると、第１及び第２の係合部材は脛骨近位端における骨切面と大腿骨遠位端における骨切面間に導入され、第１の係合部材は脛骨近位端の骨切面に係合される。他方、大腿骨遠位端の骨切面にはその患者のためのフェモラルコンポーネントが装着されており、第２の係合部材上にフェモラルコンポーネントが係合されるようにする。このように脛骨側の骨切面と大腿骨側の骨切面に装着されたフェモラルコンポーネントとの間に第１及び第２の係合部材を導入・係合させた状態において、トルクレンチなどの所定の工具によって駆動手段を操作し、第１及び第２の係合部材間の間隔を増してゆく。その際に、第２の係合部材は前記膝周囲軟部組織の張力に追従して第１の係合部材に対して相対的に回動する。所定の荷重が第１及び第２の係合部材間に加わった状態で駆動手段がその位置にロックされる。そして、この状態において第１の目盛によって大腿骨及び脛骨の骨切面間の間隔を計測し、第２の目盛によって骨切面間の傾斜角度に応じた平衡度を計測する。請求項２の発明によれば、大腿骨にフェモラルコンポーネントを装着し、このフェモラルコンポーネントを第２の係合部材に係合させた状態で計測を行う。フェモラルコンポーネントは大腿骨と脛骨との任意角度での屈伸を可能とし、そのため、骨切面の角度に依存することなく任意の角度における計測が可能となる。
第２の係合部材上の嵌着部（突起若しくは溝など）に嵌着される補助案内ピースを介してフェモラルコンポーネントを装着しているため、大腿骨と脛骨との屈伸（伸展・屈曲）において補助案内ピースがフェモラルコンポーネントの案内となり所期の角度範囲内での円滑な屈伸を可能としつつ計測を行うことができる。そして、サイズの異なるフェモラルコンポーネント毎に補助案内ピースを準備しておくことにより、各サイズのフェモラルコンポーネントに対して補助案内ピースを変更するだけで共通の計測装置による計測が可能となり、その分コスト減を実現することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明において、第２の係合部材の嵌着部と補助案内ピースとの嵌着をスナップ式に行わしめる手段を備えたことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００１６】
請求項３の発明の作用・効果を説明すると、第２の係合部材の嵌着部と補助案内ピースとの嵌着をスナップ式に行わせることにより計測装置による計測時における補助案内ピースの保持を確実に行うことができ、かつ計測後の補助案内ピースの離脱は容易である。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記駆動手段は移動本体に設けたラック歯と、ベースに設けられ、前記ラック歯に噛合する歯車と、第１及び第２の係合部材を離間させる歯車の一方向への回転は許容するが第１及び第２の係合部材を接近させる他方向への回転は阻止するラチェット機構とから構成されたことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００１８】
請求項４の発明の作用・効果を説明すると、ラック歯と、ラック歯に噛合う歯車と、歯車に設けたラチェット機構とにより、第１及び第２の係合部材を離間方向に移動させるベースに対する移動本体の移動は可能とし、他方第１及び第２の係合部材を接近方向に移動させるベースに対する移動本体の移動は阻止することができる。そのため、トルクレンチなどの手段により第１の係合部材に係合する脛骨と第２の係合部材に係合する大腿骨との間に所定の荷重を付与して間隔及び平衡度の計測が可能となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記第１の表示手段は移動本体をベースに連結する軸体上に設けられた目盛であることを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００２０】
請求項５の発明の作用・効果を説明すると、移動本体をベースに連結する軸体上に設けられた目盛により間隔を直読することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記第２の表示手段は本体における外側に固定された目盛板と、第２の係合部材の片側から目盛板に向かって延設され、先端が目盛板に沿って位置する指針とから構成されたことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００２２】
請求項６の発明の作用・効果を説明すると、本体に固定された目盛板と、第２の係合部材からの指針によって平衡度を直読することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施形態における人工膝関節全置換手術用計測装置について説明すると、図１において、１０はベースであり、ベース１０の上面からアーム１２が延びており、アームの端部に係止板１４（この発明の第１の係合部材）が一体に形成される。係止板１４の下面に適当な個数の止着釘１６が下向きに植設されており、止着釘１６は脛骨近位端における骨切面に穿刺固定される（図７及び図８参照）。図１において、人工膝関節全置換手術用計測装置は左関節への装着用であり、係止板１４とベース１０との位置関係は装着時にベースが皮切が行われる膝蓋骨の内側に位置するようにオフセットしている。係止板１４とベース１０とのオフセットした位置関係は図６に最も明確に表されている。
【００２４】
図１において、１８は移動本体であり、移動本体１８からアーム２０が延びており、アーム２０の端部に支持板２２（この発明の第２の係合部材）が大腿骨遠位端の骨切面に平行な軸線の回りを回動自在に配置される。この回動自在支持構造について説明すると、アーム２０はその端部に離間した一対の支持筒部20-1, 20-2を備え、この一対の支持筒部20-1, 20-2のピン２４（図７）に回転自在に軸支される。他方、図１及び図７に示すように支持板２２はその中間がボス部22-1を形成し、このボス部22-1はアーム２０の端部における前記した一対の支持筒部20-1, 20-2間に位置していると共に、支持筒部20-1, 20-2間に軸支されるピン２４はボス部22-1の中心孔に挿通されている。そのため、支持板２２はピン２４の軸線（図９の紙面に直交する）の回りを回動自在にされる。即ち、支持板２２は図９に示す水平位置から図１０に示す如き傾斜位置に向けて図９の紙面に直交する軸線の回りを回動可能である。支持板２２と移動本体１８の位置関係も係止板１４とベース１０のそれに準じて、展開が行われる膝蓋骨の内側に位置するようにオフセットしている（図６参照）。
【００２５】
図１において、移動本体１８をベース１０に対して上下方向に移動に案内する案内手段を備え、この案内手段は支持軸２６を備え、支持軸２６は移動本体１８の上下方向に形成され開口に案内され、そして移動本体１８はその壁面に上下方向（図３の紙面に直交する方向）にガイドキー２８を備え、このガイドキー２８は支持軸２６の長手方向（同じく図３の紙面に直交する方向）に形成されるガイドスロット３０に係合している。そのため、支持軸２６、換言すれば、移動本体１８はベース１０に対して上下方向に移動可能に案内されている。そして、支持軸２６を昇降させることによりベース１０の側の係止板１４と移動本体１８の側の支持板２２とを相互に接近方向若しくは離間方向に駆動する駆動手段が設けられる。この駆動手段は図３に示す歯車３２と、この歯車３２に噛合うように支持軸２６の片面に一体形成されたラック３４と、歯車３２を移動本体１８の対向壁面に軸支する回転軸３５とから構成される。前述のように支持軸２６はベース１０の側の案内キー２８は支持軸２６の側のガイドスロット３０との係合構造され、上下方向にのみ摺動可能で回転方向には回り止めされているため、回転軸３５の回転による歯車３２の回転は、これに噛合するラック３４と一体な支持軸２６を図３の紙面に直交する方向（上下方向）に昇降せしめることになる。この発明によれば、駆動手段は、ベース１０に対する下降方向への移動本体１８の移動を拘束する手段が具備されており、その手段はラチェット機構により構成される。このラチェット機構は図２に示すようにラチェットホイール３６とラチェットレバー３８とから構成され、ラチェットホイール３６はベース１０の外部において支持軸２６の一端に固定され、ラチェットレバー３８は図２に示すようにベース１０の側壁にピン４０にて回転自在に取付けられる。ラチェットレバー３８はその一端の爪部38-1がラチェットホイール３６の歯に係合するように設けられ、他端38-2はベース１０の側壁から一体に延びる棚部10-1と幾分離間して対向するように設けられ、ラチェットレバー３８とベース１０とのこの対向面38-1,10-1間にスプリング４２が配置される。スプリング４２はラチェットレバー３８を図２の反時計方向に回動するように付勢しており、そのため、ラチェットレバー３８の先端爪部38-1はラチェットホイール３６の歯36-1に係合し、ラチェットレバー３８は常態ではその回転を阻止される。そのため、歯車３２の回転、支持軸２６の昇降、換言すれば、移動本体１８の上下移動は阻止される。図２に示すようにラチェットホイール３６の歯36-1は時計方向（矢印f1）の前面は比較的緩く傾斜し、反時計方向（矢印f2）の前面は急峻（直立方向）である。そのため、反時計方向（矢印f2）の回転に際しては、ラチェットホイール３６はラチェットレバー３８の先端爪部38-1を直立面のため乗り越えることができないが、時計方向（矢印f1）の回転に際しては、ラチェットホイール３６はラチェットレバー３８の先端爪部38-1を傾斜面のため乗り越えることができ、ラチェットホイール３６の矢印f1方向の回転により歯車３２はラック３４を上昇方向（図３の紙面に直交方向）に駆動することができる。そして、図１に示すようにラチェットホイール３６はその側面に断面六角形状の工具係合孔４４を備え、この工具係合孔４４に六角形状のトルクレンチ４６の先端を装着することにより移動本体１８を上昇移動させるためのラチェットホイール３６の図２の時計方向f1の回転を惹起せしめることができる。トルクレンチ４６は周知の回転トルクの制限機構を備えており、所定の回転トルク値に至るまではラチェットホイール３６の時計方向f1の回転による移動本体１８の上昇（脛骨側の係止板１４と大体骨側の支持板２２との間の間隔の増大）を行うことができる。また、ラチェットレバー３８の端部38-2をスプリング４２に抗して押し下げることによりラチェットレバー３８をピン４０の回りで時計方向に少し回動させることにより、ラチェットレバー３８の先端爪部38-1はラチェットホイール３６の歯36-1から外れ、歯車３２はフリーに回転し、支持軸２６換言すれば移動本体１８をフリーに昇降させることができる。
【００２６】
図１に示すように支持板２２のボス部22-1の上面に突起４８（この発明の嵌着部）が一体に形成され、この突起４８に補助案内ピース５０（フェモラルコンポーネント５２を膝の屈伸角度な範囲内で回動せしめる案内部材ととして機能する）を介してフェモラルコンポーネント５２が装着されるようにされる。但し、後述の間隔計測時に装着されるフェモラルコンポーネントは、計測により入り得る損傷を回避するため、その患者への装着用のものではなく、全く同一形状の試行品（所要トライヤル）である。フェモラルコンポーネント５２は、大略図７に示す断面形状をなし、所期の膝の伸展・屈曲の角度範囲をカバーするため大腿骨遠位端における端面を挟み前面から後面にかけての領域を包囲する形態をなしている。そして、テビィアプレート（図示しない）上のポリエチレン製サーフェスコンポーネントと接触する外周面は滑らかな曲線形状に形成されている。そして、フェモラルコンポーネント５２は大腿骨Ｆと接触する内周側では、先端骨切面FAに対向した第１面５２Ａと、後ろ側骨切面FBに対向した第２面５２Ｂと、前側骨切面FCに対向した第３面５２Ｃと、前側面取り面FDに対向した第４面５２Ｄとを備えている。そして、フェモラルコンポーネント５２の底面に大腿骨の底面から後面に向けて細長く延びる案内溝５４が形成され、この案内溝５４は人工膝関節の装着状態では脛骨上のテビィアプレート上のポリエチレン製サーフェスコンポーネントのスタビライザを受け入れるものである。即ち、この発明において案内溝５４に支持板２２上の補助案内ピース５０が係合していることから、補助案内ピース５０はあたかもテビィアプレート上のスタビライザの如き案内作用を達成し、計測中において膝の伸展状態（図７）と屈曲状態（図８）との間でのスムースな屈伸運動を実現する。
【００２７】
支持板２２の上面の突起４８に装着される補助案内ピース５０は図５に示すように前面５０Ａは丸みを帯び後端は平坦面５０Ｂを形成し、上下に矩形断面の貫通スロット５３を形成している。このスロット５３は支持板２２のボス部22-1から一体に延びてくる突起４８がガタ無くしかも円滑に嵌挿される寸法を呈しており、その結果、補助案内ピース５０を安定に装着することができる。そして、補助案内ピース５０はスロット５３の内面に直交して開口する有底孔５５を備え、この有底孔５５に球体５６がスロット５３に幾分先端が突出しうるように配置される。しかしながら、有底孔５５の開口部は少し絞られ、有底孔５５からスロット５３の側には脱落しないように保持されている。補助案内ピース５０を支持板２２の上面の突起４８に図４の矢印ｇのように装着するときに、球体５６が突起４８に当接すると、球体５６はスプリング５８に抗して有底孔５５の底面に向けて押圧移動される。突起４８は、図１に示すように、支持板２２のボス部22-1から一体に突出する基部48-1から幾分幅を狭めて突出形成されている。従って、最終的な装着状態においては、補助案内ピース５０はその底面において基部48-1の上面に面対面にて当接し、補助案内ピース５０の安定な装着姿勢を得ることができる。そして、図４に示すように突起４８の後面に窪み４８Ａを形成しており、球体５６がこの窪み４８Ａにスナップ式に嵌着され、補助案内ピース５０を前記の安定な装着姿勢に確実に拘束することができる。そして、補助案内ピース５０の離脱時は補助案内ピース５０を持ち上げ球体５６をスロット５５内においてスプリング５８に抗して幾分後退させることにより容易に離脱させることができる。
【００２８】
補助案内ピース５０の寸法及び外周形状は支持板２２に装着すべきフェモラルコンポーネント５２の案内溝５４に応じた形状を持っている。即ち、患者によってフェモラルコンポーネント５２のサイズは異なっており、補助案内ピース５０が嵌挿されるフェモラルコンポーネントの底面に大腿骨の底面から後面に向けて細長く延びる案内溝５４の寸法、特に幅もフェモラルコンポーネントのサイズ如何によって変化する。各種のフェモラルコンポーネント５２に応じてその案内溝５４に適合するように各種の補助案内ピース５０を準備しておくことにより、スロット５３の寸法（長さ、幅、深さ）さえ各補助案内ピース５０間で共通化しておけば、各種のフェモラルコンポーネント間で同一の計測装置によって間隔計測を実施することができる。
【００２９】
次に、この発明の計測装置における間隔及び平衡度の計測部分を説明すると、図１において移動本体１８への支持軸２６接続部分から下方には間隔表示用の目盛６６（本発明の第１の目盛）が刻印されており、目盛６６におけるベース１０の面と面一の面上での数値により大腿骨と脛骨との骨切面間の間隔を直接読み取ることができる。また、移動本体１８の外側に上下方向に延びる目盛板６８が移動本体１８と一体に設けられ、目盛板６８に弓状のスロット７０（スロット７０の形状については図９参照）が形成され、スロット７０に沿って目盛板６８の外面上に目盛７１（本発明の第２の目盛）が刻印される。他方、図１に示すように支持板２２の外側からアーム７２がアーム２０と略平行に延びており、アーム７２の先端部72-1は９０°前方に曲折され、端面に指針７４が固着され、指針７４はスロット７０まで延びている。そして、支持板２２がその中心軸（図９及び図１０のピン２４の中心）の回りで回動するに従って、指針７４はスロット７０内を目盛７１に沿って図９から図１０のように移動する。従って、指針７４の位置は係止板１４に対する支持板２２の回動角度に対応しており、指針７４が指す目盛７１の表示より係止板１４に対する支持板２２の回動角度（＝大腿骨と脛骨との対向面の平行状態からの外れに相当）の直接読み取りを行うことができる。
【００３０】
以下、この発明の計測装置による間隔及び平衡度の計測について説明すると、図９は前から見たときの膝関節の構造を模式的に示しており、想像線にて示す膝蓋骨Ｐは大腿骨Ｆ及び脛骨Ｔの手前に位置しており、膝蓋骨Ｐは上部では大腿四頭筋腱Ｑにて大腿骨に接続され、下部においては膝蓋腱Ｌによって脛骨Ｔに接続される。図９においてEA, EBは内側、外側の側副靭帯（軟部組織）を模式的に示しており、それぞれ、膝の内側、外側に位置しており、大腿骨Ｆと脛骨Ｔとを接続している。図９の場合は患者左膝関節全置換手術の例を示しており、手術開始の際の皮切は破線７６によって示すように膝蓋骨の幾分内側において上下に行われる。皮切後に人工関節置換における通常の術式に従って関節包の切開が行われ、膝蓋骨Ｐはそれに接続される大腿四頭筋腱Ｑ及び膝蓋腱Ｌと共に、外側に向けて飜転される。図９において、P', Q', L'は外側に飜転した状態における膝蓋骨、大腿四頭筋腱、膝蓋腱をそれぞれ模式的に示す。
【００３１】
図７に示すように大腿骨Ｆは人工関節置換における通常の術式に従って、その遠位端において端面FA、後面FB、前面FC及び端面から前面に向けての斜面FDがカットされ、他方、脛骨Ｔの近位端は端面TAが平坦に切除される。そして患者に実際に装着されるフェモラルコンポーネントと完全同一形状のトライヤルが準備され、患者の大腿骨Ｆに面対面52A-FA, 52B-FB, 52C-FC, 52D-FDで当接するように装着される。前述のように膝蓋骨Ｐは皮切個所７６より外側にＰ´のように飜転されおり、大腿骨Ｆと脛骨Ｔの対抗面間は外部に開かれた状態にあり、この状態においてこの発明の計測装置の装着が行われる。図７及び図９に示すようにベース１０からアーム１２を介して延びてくる係止板１４が大腿骨Ｆと脛骨Ｔの対抗骨切面間に導入され、係止板１４は下面に下向きに植設された止着釘１６を脛骨Ｔの上面ＴＡから打ち込むことにより脛骨Ｔへ固定される。他方、可動本体１８から延びてくるアーム２０の先端の支持板２２も同様に大腿骨Ｆと脛骨Ｔの対抗骨切面間に導入され、その際、支持板２２の上面の突起４８には前記したトライヤル用のフェモラルコンポーネント５２に合致した補助案内ピース５０を装着しており、補助案内ピース５０がフェモラルコンポーネント５２の案内溝５４に位置するように支持板２２の導入が行われる。このようにして、大腿骨Ｆと脛骨Ｔの対抗面間に係止板１４及び支持板２２を導入後に、それまで図９のＰ´のように外側に飜転されていた膝蓋骨はＰのように前面を向いた本来の位置に戻る。この発明においては、係止板１４及び支持板２２は夫々ベース１０及び移動本体１８に対してオフセットした位置関係（オフセット位置関係については図６参照）にある。即ち、図９に示すように、係止板１４及び支持板２２を脛骨及び大腿骨に対して装着した状態で、ベース１０及び移動本体１８は膝の内側に位置している。そのため、皮切個所７６より外側に飜転されていた膝蓋骨Ｐを本来の正面を向く位置に戻すことに何ら支障はなく、膝蓋骨Ｐの飜転が無い膝の本来の生理的な状態に即した計測を実施することができる。
【００３２】
このように膝蓋骨Ｐが本来の正面を向く位置に戻された状態で間隔及び平衡度の計測が行われる。即ち、図１においてトルクレンチ４６の六角径の断面形状の先端をラチェットホイール３６の端面の工具係合孔４４に挿入し、ラチェットホイール３６に図１及び図２の矢印ｆ１方向のトルクを印加する。ラチェットホイール３６の歯36-1がラチェットレバー３８の先端の爪38-1を乗り越えるに従ってラチェットホイール３６は段階的に回転し、この回転は歯車３２及びラック３４を介して支持軸２６を図９の矢印ｈの方向に段階的に上昇せしめる。図７において、支持軸２６の上昇により、支持軸２６の上端から延びるアーム２０の先端の支持板２２とベース１０から延びるアーム１２の先端の係止板１４との間隔は増大し、その結果、支持板２２の側の大腿骨Ｆと係止板１４の側の脛骨Ｔとは離間され、大腿骨Ｆと脛骨Ｔとを連結する内側及び外側の側副靭帯EA, EB並びに大腿四頭筋腱Ｑ、膝蓋腱Ｌが緊張を受ける。この緊張力に対応するトルク値が所定値に達すると図１のトルクレンチ４６は空転し、図２において、それ以上ラチェットホイール３６は回ることができず、他方、ラチェットホイール３６は矢印ｆ２方向ではその歯38-1がラチェットレバー３８の爪38-1に係合するため逆転も阻止され、係止板１４と支持板２２とは所定トルクに応じた荷重が加わった状態に保持される。この状態で目盛６６において、図１のベース１０の上面と面一の面が指す目盛６６の読み取り値が図７に示す膝の伸展状態における大腿骨Ｆの端面ＦＡと脛骨Ｔの端面ＴＡとの間の間隔値となる。また、大腿骨Ｆの端面ＦＡと脛骨Ｔの端面ＴＡとの間の傾斜は目盛７１により読み取ることができる。即ち、膝の伸展状態において平衡がとれている場合においては、面FA, TAが平行であるため、図９に示すように支持板２２は係止板１４と平行であり、支持板２２から延びるアーム７２の先端の指針７４は目盛７１の中心を指す。これに対して、平衡が取れていない場合は、図１０に示すように支持板２２は係止板１４に対してその不平衡分いずれかの方向に傾斜し、指針７４が指す目盛７１の値より不平衡度を即座に把握することができる。尚、間隔及び平衡度の調節のため関節置換における通常の術式に従って内側及び外側の側靭帯（軟部組織）EA, EBの切除（弛緩）が実施される。
【００３３】
図８は脛骨Ｔに対して大腿骨Ｆを、平坦骨切面ＦＢが脛骨Ｔの骨切面ＴＡと平行するまでの屈曲させた状態でのこの発明の計測装置による計測を示している。即ち、支持板２２上のフェモラルコンポーネント５２はその底面の案内溝５４が支持板２２に固定された突起４８に嵌着された補助案内ピース５０を受け入れている。そのため、支持板２２上の補助案内ピース５０による案内を受けることで大腿骨Ｆの脛骨Ｔに対する屈曲が可能となる。即ち、図８の屈曲状態において、計測装置により大腿骨後面における平坦骨切面ＦＢと脛骨端面の骨切面ＴＡとの間の間隔及びこれらの面FB, TA間の傾斜（平衡度）の計測を実施することができる。
【００３４】
この発明では大腿骨にフェモラルコンポーネント５２を装着し、このフェモラルコンポーネント５２を支持板２２に案内部材としての補助案内ピース５０を介して支持した状態で、支持板２２の、係止板１４に対する角度を計測しており、そのため、任意の膝角度での計測が可能とする。即ち、支持板２２の突起４８上の補助案内ピース５０はフェモラルコンポーネント５２の案内溝５４に突出しており、フェモラルコンポーネント５２は補助案内ピース５０の案内により所期の角度範囲内での屈伸（伸展・屈曲）を許容する。そのため、任意の膝屈曲角度で係止板１４と支持板２２との間隔及び平衡度の計測が可能である。そのため、特許文献１に記載の従来技術では不可能であった骨切面の状態に対する依存性のない伸展間隔の計測が可能となる。即ち、特許文献１に記載の技術では脛骨の骨切面及び大腿骨の骨切面に計測装置の係合面を直接係合させることによって計測を実施していた。ところが、大腿骨の骨切面ＦＡは骨軸に直交しているが、脛骨の骨切面ＴＡはフェモラルコンポーネントの構造上骨軸に正確には直交しておらず幾分傾斜している。そのため、大腿骨と脛骨との対向骨切面の状態に依存した伸展状態の計測しか行い得なかった。これに対してこの発明では大腿骨にフェモラルコンポーネント５２を装着し、このフェモラルコンポーネント５２を支持板２２上に支持した状態で計測が行われる。そのため、伸展状態の計測を大腿骨と脛骨との対向骨切面の状態に依存することなく行うことができるようになる。
【００３５】
また、特許文献１の技術では係合面は大腿骨側の平坦骨切面に装着していることから、脛骨の平坦骨切面が大腿骨の端部の平坦骨切面に平衡する状態と大腿骨の後ろ側の平坦骨切面が脛骨の平坦骨切面に平衡する曲折状態の２つの位置においてしか計測ができなかった。しかしながら、この発明では大腿骨端のフェモラルコンポーネントを計測装置の支持板２２に装着することにより任意の膝角度での計測が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の全体概略斜視図である。
【図２】図２は図１のII−II線に沿って表される矢視図であり、ラチェット機構の構成を示す。
【図３】図３は図１のIII−III線に沿って表される断面図であり、ラック−歯車機構の構成を示す。
【図４】図４は図１のIV−IV線に沿って表される断面図であり、補助案内ピースの構成を示す。
【図５】図５は図４のＶ方向の矢視図である。
【図６】図６はベース及び移動本体に対する係止板及び支持板のオフセット配置を示す概略的上面図である。
【図７】図７は伸展間隔計測時における図１のVII−VII線に沿って表される計測装置の側面図である。
【図８】図８は図７と同様であるが、屈曲間隔計測時を示している。
【図９】図９は平衡度計測時におけるる計測装置の正面図である。
【図１０】図１０は図９と同様であるが、不平衡状態における計測装置の正面図である。
【符号の説明】
１０...ベース
１２...アーム
１４...係止板１４（第１の係合部材）
１８...移動本体
２０...アーム
２２...支持板２２（第２の係合部材）
２４...ピン
２６...支持軸（案内手段）
２８...ガイドキー
３０...ガイドスロット
３４...ラック
３５...回転軸
３６...ラチェットホイール
３８...ラチェットレバー
４４...工具係合孔
４６...トルクレンチ
４８...突起（嵌着部）
５０...補助案内ピース５０
５２...フェモラルコンポーネント
５４...案内溝
【発明の属する技術分野】
この発明は人工膝関節全置換術において、大腿骨と脛骨との間の間隔及び平衡度を計測するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人工膝関節として、大腿骨遠位端の骨切面に固定される金属製のフェモラルコンポーネントと、脛骨近位端の骨切面に固定される金属製のテビィアプレートと、テビィアプレートとフェモラルコンポーネントとの間に配置されるポリエチレン製サーフェスコンポーネントとからなるものが知られている。この種の人工膝関節においては、１５０度といった広い角度範囲での屈伸を可能とするため、フェモラルコンポーネントの外面は大腿骨遠位端の骨切面上を前面から後面まで被覆するように滑らかな曲線状に設けられ、他方脛骨近位端における骨切面上のテビィアプレート上に配置されるポリエチレン製サーフェスコンポーネントは全移動範囲においてフェモラルコンポーネントの外形と適合する形状に設定されている。
【０００３】
この種の人工膝関節全置換手術に際しては人工膝関節を構成する各コンポーネントが正しく装置されていることが必要である。そのためには、人工膝関節を取付ける大腿骨遠位端及び脛骨近位端の骨切面の間隔（ギャップ）及び骨切面間の平衡度が適切に管理されていることが必要である。そこで、人工膝関節全置換手術中においては、大腿骨と脛骨とを連結する内外側副靭帯及び膝蓋腱に一定荷重を加えつつ間隔及び平衡度の値の計測を行い、所定の間隔及び平衡度が得られていない場合は大腿骨と脛骨に付着する内外側副靭帯（軟部組織）を適宜弛緩（解離）せしめることにより調節する。そして、このような間隔及び平衡度の計測及び調節は通常膝の伸展状態及び屈曲状態で行われている。
【０００４】
大腿骨及び脛骨の骨切面間の間隔及び平衡度の計測技術として、特許文献１には脛骨の骨切面に係合する係合面を備えたベースと、ベースに対して上下可動な可動ヘッド上に設けられ、大腿骨の骨切面に係合する係合面とを備えた計測装置が公知である。ベースと可動ヘッドとはラチェット機構を介して連結され、ラチェット機構を介して脛骨と大腿骨間に所定の荷重を印加しつつ間隔を計測し、その計測値が表示される。そして、大腿骨係合面は骨切面に対して平行な軸線の周りに回動自在に設けられ、アンバランスがあるとその分傾斜する。この傾斜角度は目盛によって直読することができるようになっている。
【０００５】
計測装置はベース及び可動ヘッドから脛骨側及び大腿骨側の双方の係合面が前方に真直ぐ延びており、他方、膝の前面には膝蓋骨が位置しているため、そのままでは装着及び計測ができないため、装着に際しては膝蓋骨を内側傍膝蓋の皮切個所から外側に飜転させることにより、装着のスペースを生成し、かつ膝蓋骨のこの飜転状態は間隔及び平衡度の計測中において維持する必要があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１３７２７３号公報
【発明が解決しようとする課題】
従来の間隔及び平衡度の計測においては、計測中は膝蓋骨の飜転は継続させていた。即ち、前述のように上下の係合面は可動板及びベースから真直ぐ前方に延びるように位置しており、そのままでは可動板及びベースが膝蓋骨と干渉するため、装着及び計測の邪魔にならないように膝蓋骨を飜転させ退避させておく必要があったのである。そのため、従来の計測法は術後の生理的な膝の状態を反映した計測が行われていないという問題があったのである。
【０００７】
また、従来の計測装置では上下の係合面は大腿骨、脛骨の平坦骨切面に直接係合されていた。そして、この両者の係合面が平行となる位置における間隔をもって伸展並びに屈曲間隔としていた。ところが、大腿骨遠位端については骨軸と直交して切除されているが、脛骨近位端についてはティビアコンポーネントの形状に合わせ、幾分傾斜されることがあり、伸展状態での計測が大腿骨と脛骨の対向骨切面の状態に依存されてしまう問題点があった。また、従来方式では伸展状態と屈曲状態のみ計測可能で任意の膝屈曲角度での計測はなしえなかった。
【０００８】
この発明は以上の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、膝蓋骨の飜転を行うことなく大腿骨及び脛骨の骨切面間の間隔及び平衡度の計測を可能するようにすると共に任意の膝屈曲角度における計測を行いうるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、ベースと、ベースに設けられ、脛骨近位端の骨切面との係合のため設けられた第１の係合部材と、移動本体と、移動本体に設けられ、大腿骨遠位端の骨切面との係合のため設けられ、大腿骨遠位端の前記骨切面と平行な中心線の周りを回動自在な第２の係合部材と、第１の係合部材と第２の係合部材とが相互に接近若しくは離間するようにベースと移動本体とを摺動自在に案内する案内手段と、第１の係合部材と第２の係合部材とを接近方向への移動は阻止しつつ離間方向に移動せしめる駆動手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の間隔に応じた値を表示する第１の表示手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の相対角度に応じた値を表示する第２の表示手段と、を具備しており、第１及び第２の係合部材は、それぞれ、ベース及び移動本体の片側にオフセットしていることを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００１０】
請求項１の発明の作用・効果を説明すると、この発明の装置の装着時、膝蓋骨は皮切個所の外側に飜転されており、第１及び第２の係合部材は脛骨近位端及び大腿骨遠位端における骨切面間に導入され、第１の係合部材は脛骨近位端の骨切面に係合され、第２の係合部材は他方大腿骨遠位端の骨切面に係合される。このように脛骨側骨切面と大腿骨側骨切面との間に第１及び第２の係合部材を導入・係合させた状態において膝蓋骨の飜転状態が解除され、膝蓋骨は生理的な位置に戻される。膝蓋骨は本来の位置に復帰した場合において、第１及び第２の係合部材はベース、移動本体に対しオフセットしているためベース及び移動本体を膝の内側における膝蓋骨と緩衝しない位置に位置させることができる。この状態において、トルクレンチなどの所定の工具によって駆動手段を操作し、第１及び第２の係合部材間の間隔を増してゆく。その際に、第２の係合部材は膝周囲軟部組織に張力が加わることで第１の係合部材に対して相対的に回動する。所定の荷重が第１及び第２の係合部材間に加わった状態で駆動手段はその位置にロックされる。そして、この状態において第１の目盛によって大腿骨及び脛骨の骨切面間の間隔を計測し、第２の目盛によって骨切面間の傾斜角度に応じた平衡度を計測する。請求項１の発明によれば、第１及び第２の係合部材の、それを支持するベース及び移動本体に対するオフセット配置により間隔及び平衡度の計測の際に膝蓋骨を飜転させることなく本来の前向きに位置させても移動本体及びベースと干渉することなく膝の内側に位置させることができ間隔及び平衡度の計測が可能である。そのため、膝蓋骨の飜転にともなう影響を受けることなく計測を行うことができる。即ち、生理的な本来の膝に則した状態での計測を実施することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、ベースと、ベースに設けられ、脛骨近位端の骨切面との係合のため設けられた第１の係合部材と、移動本体と、移動本体に設けられ、大腿骨遠位端への装着のためのフェモラルコンポーネントが任意角度での膝の屈伸を可能とするように係合され、大腿骨遠位端の前記骨切面と平行な中心線の周りを回動自在な第２の係合部材と、第１の係合部材と第２の係合部材とが相互に接近若しくは離間するようにベースと移動本体とを摺動自在に案内する案内手段と、第１の係合部材と第２の係合部材とを接近方向への移動は阻止しつつ離間方向に移動せしめる駆動手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の間隔に応じた値を表示する第１の表示手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の相対角度に応じた値を表示する第２の表示手段とを具備し、前記第２の係合部材はその上面に嵌着部を備え、前記嵌着部に嵌着される補助案内ピースを介して第２の係合部材上にフェモラルコンポーネントを載置したことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供されるが提供される。
【００１２】
請求項２の発明の作用・効果を説明すると、第１及び第２の係合部材は脛骨近位端における骨切面と大腿骨遠位端における骨切面間に導入され、第１の係合部材は脛骨近位端の骨切面に係合される。他方、大腿骨遠位端の骨切面にはその患者のためのフェモラルコンポーネントが装着されており、第２の係合部材上にフェモラルコンポーネントが係合されるようにする。このように脛骨側の骨切面と大腿骨側の骨切面に装着されたフェモラルコンポーネントとの間に第１及び第２の係合部材を導入・係合させた状態において、トルクレンチなどの所定の工具によって駆動手段を操作し、第１及び第２の係合部材間の間隔を増してゆく。その際に、第２の係合部材は前記膝周囲軟部組織の張力に追従して第１の係合部材に対して相対的に回動する。所定の荷重が第１及び第２の係合部材間に加わった状態で駆動手段がその位置にロックされる。そして、この状態において第１の目盛によって大腿骨及び脛骨の骨切面間の間隔を計測し、第２の目盛によって骨切面間の傾斜角度に応じた平衡度を計測する。請求項２の発明によれば、大腿骨にフェモラルコンポーネントを装着し、このフェモラルコンポーネントを第２の係合部材に係合させた状態で計測を行う。フェモラルコンポーネントは大腿骨と脛骨との任意角度での屈伸を可能とし、そのため、骨切面の角度に依存することなく任意の角度における計測が可能となる。
第２の係合部材上の嵌着部（突起若しくは溝など）に嵌着される補助案内ピースを介してフェモラルコンポーネントを装着しているため、大腿骨と脛骨との屈伸（伸展・屈曲）において補助案内ピースがフェモラルコンポーネントの案内となり所期の角度範囲内での円滑な屈伸を可能としつつ計測を行うことができる。そして、サイズの異なるフェモラルコンポーネント毎に補助案内ピースを準備しておくことにより、各サイズのフェモラルコンポーネントに対して補助案内ピースを変更するだけで共通の計測装置による計測が可能となり、その分コスト減を実現することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明において、第２の係合部材の嵌着部と補助案内ピースとの嵌着をスナップ式に行わしめる手段を備えたことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００１６】
請求項３の発明の作用・効果を説明すると、第２の係合部材の嵌着部と補助案内ピースとの嵌着をスナップ式に行わせることにより計測装置による計測時における補助案内ピースの保持を確実に行うことができ、かつ計測後の補助案内ピースの離脱は容易である。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記駆動手段は移動本体に設けたラック歯と、ベースに設けられ、前記ラック歯に噛合する歯車と、第１及び第２の係合部材を離間させる歯車の一方向への回転は許容するが第１及び第２の係合部材を接近させる他方向への回転は阻止するラチェット機構とから構成されたことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００１８】
請求項４の発明の作用・効果を説明すると、ラック歯と、ラック歯に噛合う歯車と、歯車に設けたラチェット機構とにより、第１及び第２の係合部材を離間方向に移動させるベースに対する移動本体の移動は可能とし、他方第１及び第２の係合部材を接近方向に移動させるベースに対する移動本体の移動は阻止することができる。そのため、トルクレンチなどの手段により第１の係合部材に係合する脛骨と第２の係合部材に係合する大腿骨との間に所定の荷重を付与して間隔及び平衡度の計測が可能となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記第１の表示手段は移動本体をベースに連結する軸体上に設けられた目盛であることを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００２０】
請求項５の発明の作用・効果を説明すると、移動本体をベースに連結する軸体上に設けられた目盛により間隔を直読することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記第２の表示手段は本体における外側に固定された目盛板と、第２の係合部材の片側から目盛板に向かって延設され、先端が目盛板に沿って位置する指針とから構成されたことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置が提供される。
【００２２】
請求項６の発明の作用・効果を説明すると、本体に固定された目盛板と、第２の係合部材からの指針によって平衡度を直読することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施形態における人工膝関節全置換手術用計測装置について説明すると、図１において、１０はベースであり、ベース１０の上面からアーム１２が延びており、アームの端部に係止板１４（この発明の第１の係合部材）が一体に形成される。係止板１４の下面に適当な個数の止着釘１６が下向きに植設されており、止着釘１６は脛骨近位端における骨切面に穿刺固定される（図７及び図８参照）。図１において、人工膝関節全置換手術用計測装置は左関節への装着用であり、係止板１４とベース１０との位置関係は装着時にベースが皮切が行われる膝蓋骨の内側に位置するようにオフセットしている。係止板１４とベース１０とのオフセットした位置関係は図６に最も明確に表されている。
【００２４】
図１において、１８は移動本体であり、移動本体１８からアーム２０が延びており、アーム２０の端部に支持板２２（この発明の第２の係合部材）が大腿骨遠位端の骨切面に平行な軸線の回りを回動自在に配置される。この回動自在支持構造について説明すると、アーム２０はその端部に離間した一対の支持筒部20-1, 20-2を備え、この一対の支持筒部20-1, 20-2のピン２４（図７）に回転自在に軸支される。他方、図１及び図７に示すように支持板２２はその中間がボス部22-1を形成し、このボス部22-1はアーム２０の端部における前記した一対の支持筒部20-1, 20-2間に位置していると共に、支持筒部20-1, 20-2間に軸支されるピン２４はボス部22-1の中心孔に挿通されている。そのため、支持板２２はピン２４の軸線（図９の紙面に直交する）の回りを回動自在にされる。即ち、支持板２２は図９に示す水平位置から図１０に示す如き傾斜位置に向けて図９の紙面に直交する軸線の回りを回動可能である。支持板２２と移動本体１８の位置関係も係止板１４とベース１０のそれに準じて、展開が行われる膝蓋骨の内側に位置するようにオフセットしている（図６参照）。
【００２５】
図１において、移動本体１８をベース１０に対して上下方向に移動に案内する案内手段を備え、この案内手段は支持軸２６を備え、支持軸２６は移動本体１８の上下方向に形成され開口に案内され、そして移動本体１８はその壁面に上下方向（図３の紙面に直交する方向）にガイドキー２８を備え、このガイドキー２８は支持軸２６の長手方向（同じく図３の紙面に直交する方向）に形成されるガイドスロット３０に係合している。そのため、支持軸２６、換言すれば、移動本体１８はベース１０に対して上下方向に移動可能に案内されている。そして、支持軸２６を昇降させることによりベース１０の側の係止板１４と移動本体１８の側の支持板２２とを相互に接近方向若しくは離間方向に駆動する駆動手段が設けられる。この駆動手段は図３に示す歯車３２と、この歯車３２に噛合うように支持軸２６の片面に一体形成されたラック３４と、歯車３２を移動本体１８の対向壁面に軸支する回転軸３５とから構成される。前述のように支持軸２６はベース１０の側の案内キー２８は支持軸２６の側のガイドスロット３０との係合構造され、上下方向にのみ摺動可能で回転方向には回り止めされているため、回転軸３５の回転による歯車３２の回転は、これに噛合するラック３４と一体な支持軸２６を図３の紙面に直交する方向（上下方向）に昇降せしめることになる。この発明によれば、駆動手段は、ベース１０に対する下降方向への移動本体１８の移動を拘束する手段が具備されており、その手段はラチェット機構により構成される。このラチェット機構は図２に示すようにラチェットホイール３６とラチェットレバー３８とから構成され、ラチェットホイール３６はベース１０の外部において支持軸２６の一端に固定され、ラチェットレバー３８は図２に示すようにベース１０の側壁にピン４０にて回転自在に取付けられる。ラチェットレバー３８はその一端の爪部38-1がラチェットホイール３６の歯に係合するように設けられ、他端38-2はベース１０の側壁から一体に延びる棚部10-1と幾分離間して対向するように設けられ、ラチェットレバー３８とベース１０とのこの対向面38-1,10-1間にスプリング４２が配置される。スプリング４２はラチェットレバー３８を図２の反時計方向に回動するように付勢しており、そのため、ラチェットレバー３８の先端爪部38-1はラチェットホイール３６の歯36-1に係合し、ラチェットレバー３８は常態ではその回転を阻止される。そのため、歯車３２の回転、支持軸２６の昇降、換言すれば、移動本体１８の上下移動は阻止される。図２に示すようにラチェットホイール３６の歯36-1は時計方向（矢印f1）の前面は比較的緩く傾斜し、反時計方向（矢印f2）の前面は急峻（直立方向）である。そのため、反時計方向（矢印f2）の回転に際しては、ラチェットホイール３６はラチェットレバー３８の先端爪部38-1を直立面のため乗り越えることができないが、時計方向（矢印f1）の回転に際しては、ラチェットホイール３６はラチェットレバー３８の先端爪部38-1を傾斜面のため乗り越えることができ、ラチェットホイール３６の矢印f1方向の回転により歯車３２はラック３４を上昇方向（図３の紙面に直交方向）に駆動することができる。そして、図１に示すようにラチェットホイール３６はその側面に断面六角形状の工具係合孔４４を備え、この工具係合孔４４に六角形状のトルクレンチ４６の先端を装着することにより移動本体１８を上昇移動させるためのラチェットホイール３６の図２の時計方向f1の回転を惹起せしめることができる。トルクレンチ４６は周知の回転トルクの制限機構を備えており、所定の回転トルク値に至るまではラチェットホイール３６の時計方向f1の回転による移動本体１８の上昇（脛骨側の係止板１４と大体骨側の支持板２２との間の間隔の増大）を行うことができる。また、ラチェットレバー３８の端部38-2をスプリング４２に抗して押し下げることによりラチェットレバー３８をピン４０の回りで時計方向に少し回動させることにより、ラチェットレバー３８の先端爪部38-1はラチェットホイール３６の歯36-1から外れ、歯車３２はフリーに回転し、支持軸２６換言すれば移動本体１８をフリーに昇降させることができる。
【００２６】
図１に示すように支持板２２のボス部22-1の上面に突起４８（この発明の嵌着部）が一体に形成され、この突起４８に補助案内ピース５０（フェモラルコンポーネント５２を膝の屈伸角度な範囲内で回動せしめる案内部材ととして機能する）を介してフェモラルコンポーネント５２が装着されるようにされる。但し、後述の間隔計測時に装着されるフェモラルコンポーネントは、計測により入り得る損傷を回避するため、その患者への装着用のものではなく、全く同一形状の試行品（所要トライヤル）である。フェモラルコンポーネント５２は、大略図７に示す断面形状をなし、所期の膝の伸展・屈曲の角度範囲をカバーするため大腿骨遠位端における端面を挟み前面から後面にかけての領域を包囲する形態をなしている。そして、テビィアプレート（図示しない）上のポリエチレン製サーフェスコンポーネントと接触する外周面は滑らかな曲線形状に形成されている。そして、フェモラルコンポーネント５２は大腿骨Ｆと接触する内周側では、先端骨切面FAに対向した第１面５２Ａと、後ろ側骨切面FBに対向した第２面５２Ｂと、前側骨切面FCに対向した第３面５２Ｃと、前側面取り面FDに対向した第４面５２Ｄとを備えている。そして、フェモラルコンポーネント５２の底面に大腿骨の底面から後面に向けて細長く延びる案内溝５４が形成され、この案内溝５４は人工膝関節の装着状態では脛骨上のテビィアプレート上のポリエチレン製サーフェスコンポーネントのスタビライザを受け入れるものである。即ち、この発明において案内溝５４に支持板２２上の補助案内ピース５０が係合していることから、補助案内ピース５０はあたかもテビィアプレート上のスタビライザの如き案内作用を達成し、計測中において膝の伸展状態（図７）と屈曲状態（図８）との間でのスムースな屈伸運動を実現する。
【００２７】
支持板２２の上面の突起４８に装着される補助案内ピース５０は図５に示すように前面５０Ａは丸みを帯び後端は平坦面５０Ｂを形成し、上下に矩形断面の貫通スロット５３を形成している。このスロット５３は支持板２２のボス部22-1から一体に延びてくる突起４８がガタ無くしかも円滑に嵌挿される寸法を呈しており、その結果、補助案内ピース５０を安定に装着することができる。そして、補助案内ピース５０はスロット５３の内面に直交して開口する有底孔５５を備え、この有底孔５５に球体５６がスロット５３に幾分先端が突出しうるように配置される。しかしながら、有底孔５５の開口部は少し絞られ、有底孔５５からスロット５３の側には脱落しないように保持されている。補助案内ピース５０を支持板２２の上面の突起４８に図４の矢印ｇのように装着するときに、球体５６が突起４８に当接すると、球体５６はスプリング５８に抗して有底孔５５の底面に向けて押圧移動される。突起４８は、図１に示すように、支持板２２のボス部22-1から一体に突出する基部48-1から幾分幅を狭めて突出形成されている。従って、最終的な装着状態においては、補助案内ピース５０はその底面において基部48-1の上面に面対面にて当接し、補助案内ピース５０の安定な装着姿勢を得ることができる。そして、図４に示すように突起４８の後面に窪み４８Ａを形成しており、球体５６がこの窪み４８Ａにスナップ式に嵌着され、補助案内ピース５０を前記の安定な装着姿勢に確実に拘束することができる。そして、補助案内ピース５０の離脱時は補助案内ピース５０を持ち上げ球体５６をスロット５５内においてスプリング５８に抗して幾分後退させることにより容易に離脱させることができる。
【００２８】
補助案内ピース５０の寸法及び外周形状は支持板２２に装着すべきフェモラルコンポーネント５２の案内溝５４に応じた形状を持っている。即ち、患者によってフェモラルコンポーネント５２のサイズは異なっており、補助案内ピース５０が嵌挿されるフェモラルコンポーネントの底面に大腿骨の底面から後面に向けて細長く延びる案内溝５４の寸法、特に幅もフェモラルコンポーネントのサイズ如何によって変化する。各種のフェモラルコンポーネント５２に応じてその案内溝５４に適合するように各種の補助案内ピース５０を準備しておくことにより、スロット５３の寸法（長さ、幅、深さ）さえ各補助案内ピース５０間で共通化しておけば、各種のフェモラルコンポーネント間で同一の計測装置によって間隔計測を実施することができる。
【００２９】
次に、この発明の計測装置における間隔及び平衡度の計測部分を説明すると、図１において移動本体１８への支持軸２６接続部分から下方には間隔表示用の目盛６６（本発明の第１の目盛）が刻印されており、目盛６６におけるベース１０の面と面一の面上での数値により大腿骨と脛骨との骨切面間の間隔を直接読み取ることができる。また、移動本体１８の外側に上下方向に延びる目盛板６８が移動本体１８と一体に設けられ、目盛板６８に弓状のスロット７０（スロット７０の形状については図９参照）が形成され、スロット７０に沿って目盛板６８の外面上に目盛７１（本発明の第２の目盛）が刻印される。他方、図１に示すように支持板２２の外側からアーム７２がアーム２０と略平行に延びており、アーム７２の先端部72-1は９０°前方に曲折され、端面に指針７４が固着され、指針７４はスロット７０まで延びている。そして、支持板２２がその中心軸（図９及び図１０のピン２４の中心）の回りで回動するに従って、指針７４はスロット７０内を目盛７１に沿って図９から図１０のように移動する。従って、指針７４の位置は係止板１４に対する支持板２２の回動角度に対応しており、指針７４が指す目盛７１の表示より係止板１４に対する支持板２２の回動角度（＝大腿骨と脛骨との対向面の平行状態からの外れに相当）の直接読み取りを行うことができる。
【００３０】
以下、この発明の計測装置による間隔及び平衡度の計測について説明すると、図９は前から見たときの膝関節の構造を模式的に示しており、想像線にて示す膝蓋骨Ｐは大腿骨Ｆ及び脛骨Ｔの手前に位置しており、膝蓋骨Ｐは上部では大腿四頭筋腱Ｑにて大腿骨に接続され、下部においては膝蓋腱Ｌによって脛骨Ｔに接続される。図９においてEA, EBは内側、外側の側副靭帯（軟部組織）を模式的に示しており、それぞれ、膝の内側、外側に位置しており、大腿骨Ｆと脛骨Ｔとを接続している。図９の場合は患者左膝関節全置換手術の例を示しており、手術開始の際の皮切は破線７６によって示すように膝蓋骨の幾分内側において上下に行われる。皮切後に人工関節置換における通常の術式に従って関節包の切開が行われ、膝蓋骨Ｐはそれに接続される大腿四頭筋腱Ｑ及び膝蓋腱Ｌと共に、外側に向けて飜転される。図９において、P', Q', L'は外側に飜転した状態における膝蓋骨、大腿四頭筋腱、膝蓋腱をそれぞれ模式的に示す。
【００３１】
図７に示すように大腿骨Ｆは人工関節置換における通常の術式に従って、その遠位端において端面FA、後面FB、前面FC及び端面から前面に向けての斜面FDがカットされ、他方、脛骨Ｔの近位端は端面TAが平坦に切除される。そして患者に実際に装着されるフェモラルコンポーネントと完全同一形状のトライヤルが準備され、患者の大腿骨Ｆに面対面52A-FA, 52B-FB, 52C-FC, 52D-FDで当接するように装着される。前述のように膝蓋骨Ｐは皮切個所７６より外側にＰ´のように飜転されおり、大腿骨Ｆと脛骨Ｔの対抗面間は外部に開かれた状態にあり、この状態においてこの発明の計測装置の装着が行われる。図７及び図９に示すようにベース１０からアーム１２を介して延びてくる係止板１４が大腿骨Ｆと脛骨Ｔの対抗骨切面間に導入され、係止板１４は下面に下向きに植設された止着釘１６を脛骨Ｔの上面ＴＡから打ち込むことにより脛骨Ｔへ固定される。他方、可動本体１８から延びてくるアーム２０の先端の支持板２２も同様に大腿骨Ｆと脛骨Ｔの対抗骨切面間に導入され、その際、支持板２２の上面の突起４８には前記したトライヤル用のフェモラルコンポーネント５２に合致した補助案内ピース５０を装着しており、補助案内ピース５０がフェモラルコンポーネント５２の案内溝５４に位置するように支持板２２の導入が行われる。このようにして、大腿骨Ｆと脛骨Ｔの対抗面間に係止板１４及び支持板２２を導入後に、それまで図９のＰ´のように外側に飜転されていた膝蓋骨はＰのように前面を向いた本来の位置に戻る。この発明においては、係止板１４及び支持板２２は夫々ベース１０及び移動本体１８に対してオフセットした位置関係（オフセット位置関係については図６参照）にある。即ち、図９に示すように、係止板１４及び支持板２２を脛骨及び大腿骨に対して装着した状態で、ベース１０及び移動本体１８は膝の内側に位置している。そのため、皮切個所７６より外側に飜転されていた膝蓋骨Ｐを本来の正面を向く位置に戻すことに何ら支障はなく、膝蓋骨Ｐの飜転が無い膝の本来の生理的な状態に即した計測を実施することができる。
【００３２】
このように膝蓋骨Ｐが本来の正面を向く位置に戻された状態で間隔及び平衡度の計測が行われる。即ち、図１においてトルクレンチ４６の六角径の断面形状の先端をラチェットホイール３６の端面の工具係合孔４４に挿入し、ラチェットホイール３６に図１及び図２の矢印ｆ１方向のトルクを印加する。ラチェットホイール３６の歯36-1がラチェットレバー３８の先端の爪38-1を乗り越えるに従ってラチェットホイール３６は段階的に回転し、この回転は歯車３２及びラック３４を介して支持軸２６を図９の矢印ｈの方向に段階的に上昇せしめる。図７において、支持軸２６の上昇により、支持軸２６の上端から延びるアーム２０の先端の支持板２２とベース１０から延びるアーム１２の先端の係止板１４との間隔は増大し、その結果、支持板２２の側の大腿骨Ｆと係止板１４の側の脛骨Ｔとは離間され、大腿骨Ｆと脛骨Ｔとを連結する内側及び外側の側副靭帯EA, EB並びに大腿四頭筋腱Ｑ、膝蓋腱Ｌが緊張を受ける。この緊張力に対応するトルク値が所定値に達すると図１のトルクレンチ４６は空転し、図２において、それ以上ラチェットホイール３６は回ることができず、他方、ラチェットホイール３６は矢印ｆ２方向ではその歯38-1がラチェットレバー３８の爪38-1に係合するため逆転も阻止され、係止板１４と支持板２２とは所定トルクに応じた荷重が加わった状態に保持される。この状態で目盛６６において、図１のベース１０の上面と面一の面が指す目盛６６の読み取り値が図７に示す膝の伸展状態における大腿骨Ｆの端面ＦＡと脛骨Ｔの端面ＴＡとの間の間隔値となる。また、大腿骨Ｆの端面ＦＡと脛骨Ｔの端面ＴＡとの間の傾斜は目盛７１により読み取ることができる。即ち、膝の伸展状態において平衡がとれている場合においては、面FA, TAが平行であるため、図９に示すように支持板２２は係止板１４と平行であり、支持板２２から延びるアーム７２の先端の指針７４は目盛７１の中心を指す。これに対して、平衡が取れていない場合は、図１０に示すように支持板２２は係止板１４に対してその不平衡分いずれかの方向に傾斜し、指針７４が指す目盛７１の値より不平衡度を即座に把握することができる。尚、間隔及び平衡度の調節のため関節置換における通常の術式に従って内側及び外側の側靭帯（軟部組織）EA, EBの切除（弛緩）が実施される。
【００３３】
図８は脛骨Ｔに対して大腿骨Ｆを、平坦骨切面ＦＢが脛骨Ｔの骨切面ＴＡと平行するまでの屈曲させた状態でのこの発明の計測装置による計測を示している。即ち、支持板２２上のフェモラルコンポーネント５２はその底面の案内溝５４が支持板２２に固定された突起４８に嵌着された補助案内ピース５０を受け入れている。そのため、支持板２２上の補助案内ピース５０による案内を受けることで大腿骨Ｆの脛骨Ｔに対する屈曲が可能となる。即ち、図８の屈曲状態において、計測装置により大腿骨後面における平坦骨切面ＦＢと脛骨端面の骨切面ＴＡとの間の間隔及びこれらの面FB, TA間の傾斜（平衡度）の計測を実施することができる。
【００３４】
この発明では大腿骨にフェモラルコンポーネント５２を装着し、このフェモラルコンポーネント５２を支持板２２に案内部材としての補助案内ピース５０を介して支持した状態で、支持板２２の、係止板１４に対する角度を計測しており、そのため、任意の膝角度での計測が可能とする。即ち、支持板２２の突起４８上の補助案内ピース５０はフェモラルコンポーネント５２の案内溝５４に突出しており、フェモラルコンポーネント５２は補助案内ピース５０の案内により所期の角度範囲内での屈伸（伸展・屈曲）を許容する。そのため、任意の膝屈曲角度で係止板１４と支持板２２との間隔及び平衡度の計測が可能である。そのため、特許文献１に記載の従来技術では不可能であった骨切面の状態に対する依存性のない伸展間隔の計測が可能となる。即ち、特許文献１に記載の技術では脛骨の骨切面及び大腿骨の骨切面に計測装置の係合面を直接係合させることによって計測を実施していた。ところが、大腿骨の骨切面ＦＡは骨軸に直交しているが、脛骨の骨切面ＴＡはフェモラルコンポーネントの構造上骨軸に正確には直交しておらず幾分傾斜している。そのため、大腿骨と脛骨との対向骨切面の状態に依存した伸展状態の計測しか行い得なかった。これに対してこの発明では大腿骨にフェモラルコンポーネント５２を装着し、このフェモラルコンポーネント５２を支持板２２上に支持した状態で計測が行われる。そのため、伸展状態の計測を大腿骨と脛骨との対向骨切面の状態に依存することなく行うことができるようになる。
【００３５】
また、特許文献１の技術では係合面は大腿骨側の平坦骨切面に装着していることから、脛骨の平坦骨切面が大腿骨の端部の平坦骨切面に平衡する状態と大腿骨の後ろ側の平坦骨切面が脛骨の平坦骨切面に平衡する曲折状態の２つの位置においてしか計測ができなかった。しかしながら、この発明では大腿骨端のフェモラルコンポーネントを計測装置の支持板２２に装着することにより任意の膝角度での計測が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の全体概略斜視図である。
【図２】図２は図１のII−II線に沿って表される矢視図であり、ラチェット機構の構成を示す。
【図３】図３は図１のIII−III線に沿って表される断面図であり、ラック−歯車機構の構成を示す。
【図４】図４は図１のIV−IV線に沿って表される断面図であり、補助案内ピースの構成を示す。
【図５】図５は図４のＶ方向の矢視図である。
【図６】図６はベース及び移動本体に対する係止板及び支持板のオフセット配置を示す概略的上面図である。
【図７】図７は伸展間隔計測時における図１のVII−VII線に沿って表される計測装置の側面図である。
【図８】図８は図７と同様であるが、屈曲間隔計測時を示している。
【図９】図９は平衡度計測時におけるる計測装置の正面図である。
【図１０】図１０は図９と同様であるが、不平衡状態における計測装置の正面図である。
【符号の説明】
１０...ベース
１２...アーム
１４...係止板１４（第１の係合部材）
１８...移動本体
２０...アーム
２２...支持板２２（第２の係合部材）
２４...ピン
２６...支持軸（案内手段）
２８...ガイドキー
３０...ガイドスロット
３４...ラック
３５...回転軸
３６...ラチェットホイール
３８...ラチェットレバー
４４...工具係合孔
４６...トルクレンチ
４８...突起（嵌着部）
５０...補助案内ピース５０
５２...フェモラルコンポーネント
５４...案内溝
Claims (6)
- ベースと、ベースに設けられ、脛骨近位端の骨切面との係合のため設けられた第１の係合部材と、移動本体と、移動本体に設けられ、大腿骨遠位端の骨切面との係合のため設けられ、大腿骨遠位端の前記骨切面と平行な中心線の周りを回動自在な第２の係合部材と、第１の係合部材と第２の係合部材とが相互に接近若しくは離間するようにベースと移動本体とを摺動自在に案内する案内手段と、第１の係合部材と第２の係合部材とを接近方向への移動は阻止しつつ離間方向に移動せしめる駆動手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の間隔に応じた値を表示する第１の表示手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の相対角度に応じた値を表示する第２の表示手段と、を具備しており、第１及び第２の係合部材は、それぞれ、ベース及び移動本体の片側にオフセットしていることを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置。
- ベースと、ベースに設けられ、脛骨近位端の骨切面との係合のため設けられた第１の係合部材と、移動本体と、移動本体に設けられ、大腿骨遠位端への装着のためのフェモラルコンポーネントが係合され、大腿骨遠位端の前記骨切面と平行な中心線の周りを回動自在な第２の係合部材と、第１の係合部材と第２の係合部材とが相互に接近若しくは離間するようにベースと移動本体とを摺動自在に案内する案内手段と、第１の係合部材と第２の係合部材とを接近方向への移動は阻止しつつ離間方向に移動せしめる駆動手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の間隔に応じた値を表示する第１の表示手段と、第１の係合部材と第２の係合部材との間の相対角度に応じた値を表示する第２の表示手段とを具備し、前記第２の係合部材はその上面に嵌着部を備え、前記嵌着部に嵌着される補助案内ピースを介して第２の係合部材上にフェモラルコンポーネントを載置したことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置。
- 請求項２に記載の発明において、第２の係合部材の嵌着部と補助案内ピースとの嵌着をスナップ式に行わしめる手段を備えたことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置。
- 請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記駆動手段は移動本体に設けたラック歯と、ベースに設けられ、前記ラック歯に噛合する歯車と、第１及び第２の係合部材を離間させる歯車の一方向への回転は許容するが第１及び第２の係合部材を接近させる他方向への回転は阻止するラチェット機構とから構成されたことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置。
- 請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記第１の表示手段は移動本体をベースに連結する軸体上に設けられた目盛であることを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置。
- 請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記第２の表示手段は本体における外側に固定された目盛板と、第２の係合部材の片側から目盛板に向かって延設され、先端が目盛板に沿って位置する指針とから構成されたことを特徴とする人工膝関節全置換手術用計測装置。
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