具有可控髁曲率的后稳定型整形外科膝关节假体

摘要

整形外科膝关节假体包括胫骨支承件和股骨部件，该股骨部件被配置成与该胫骨支承件铰接。股骨部件包括后凸轮和在矢状面中弯曲的髁表面，所述后凸轮被配置成接触胫骨支承件的隆凸。髁表面的曲率半径在早期屈曲和中期屈曲之间逐渐减小。另外，在一些实施例中，股骨部件的后凸轮可包括凹入式凸轮表面和凸出式凸轮表面。

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请根据35 U.S.C. § 119要求于2011年6月30日提交的名称为“Posterior Stabilized Orthopaedic Knee Prosthesis Having Controlled Condylar Curvature”的美国临时申请序列号61/503,343的优先权，所述专利申请各自全文通过引用并入本文。本专利申请是通过Joseph G. Wyss于2012年5月28日提交的名称为“Posterior Stabilized Orthopaedic Knee Prosthesis Having Controlled Condylar Curvature”的美国实用专利申请序列号13/481,943的部分继续申请，所述专利申请各自全文通过引用并入本文。

与相关美国专利申请的另外交叉引用

对下述专利申请作出交叉引用：通过Joseph G. Wyss等人于2008年6月30日提交的名称为“Posterior Stabilized Orthopaedic Knee Prosthesis Having Controlled Condylar Curvature”的美国申请序列号12/165,575，通过John L. Williams等人于2008年6月30日提交的名称为“Orthopaedic Femoral Component Having Controlled Condylar Curvature”的美国实用专利申请序列号12/165,579；通过Christel M. Wagner等人于2008年6月30日提交的名称为“Posterior Cruciate-Retaining Orthopaedic Knee Prosthesis Having Controlled Condylar Curvature”的美国实用专利申请序列号12/165,574；通过Joseph G. Wyss等人于2008年6月30日提交的名称为“Posterior Stabilized Orthopaedic Prosthesis”的美国实用专利申请序列号12/165,582；和通过Mark A. Heldreth等人于2009年6月19日提交的名称为“Orthopaedic Knee Prosthesis Having Controlled Condylar Curvature”的美国实用专利申请序列号12/488,107；所述专利申请各自全文通过引用并入本文。

技术领域

本公开一般涉及整形外科假体，并且具体涉及用于在膝关节置换手术中使用的整形外科假体。

背景技术

关节成形术是一种熟知的外科手术，其用假体关节置换患病和/或受损的自然关节。典型的人工膝关节假体包括胫骨托、股骨部件以及定位在胫骨托与股骨部件之间的聚合物插入件或支承件。根据患者关节损伤的严重性，可使用不同移动性的整形外科假体。例如，在其中希望限制膝关节假体的移动的情况下，例如当存在显著的软组织损伤或缺损时，膝关节假体可包括“固定的”胫骨支承件。作为另外一种选择，在其中期望更大的移动自由度的情况下，膝关节假体可包括“活动的”胫骨支承件。另外，膝关节假体可以是设计成置换患者股骨双髁的股骨-胫骨界面的全膝关节假体，或是设计成置换患者股骨单髁的股骨-胫骨界面的单室（或单髁）膝关节假体。

用于置换患者的自然膝关节的整形外科膝关节假体类型还可取决于患者的后十字韧带在手术过程中是被保留还是被牺牲（即被去除）。例如，如果患者的后十字韧带在手术过程中是受损的、患病的和/或另外去除的，则后稳定型膝关节假体可用于以更后的屈曲度来提供另外支撑和/或控制。作为另外一种选择，如果后十字韧带是完整的，则可使用十字保持型膝关节假体。

通常将典型的整形外科膝关节假体设计成复制患者关节的自然移动。当屈膝和伸展膝关节时，股骨和胫骨部件铰接并经受相对前后运动和相对内外转动的组合。然而，患者的周围软组织在贯穿关节的运动范围内也影响整形外科膝关节假体的运动学和稳定性。即，由患者的软组织对整形外科部件施加的力可引起整形外科膝关节假体不需要或不希望的运动。例如，当股骨部件在通过屈曲范围内移动时，整形外科膝关节假体可显示出不自然（反常）的前向平移量。

在典型的整形外科膝关节假体中，反常的前向平移可在几乎任意屈曲度处发生，但特别是在中期到后期屈曲度处发生。通常可将反常的前向平移定义为股骨部件在胫骨支承件上的异常相对运动，其中在股骨部件和胫骨支承件之间的接触“点”相对于该胫骨支承件向前“滑动”。反常的前向平移可导致关节稳定性丧失，加速磨损，异常的膝关节运动学，和/或引起患者在一些活动过程中经历不稳定感觉。

发明内容

根据一个方面，后稳定型整形外科膝关节假体包括股骨部件和胫骨支承件。股骨部件可包括一对间隔开的髁，所述一对间隔开的髁在其间限定髁内凹口。该对间隔开的髁中的至少一个可具有在矢状面中弯曲的髁表面。股骨部件还可包括定位在髁内凹口中的后凸轮。在一些实施例中，后凸轮可包括凹入式凸轮表面和凸出式凸轮表面，该凹入式凸轮表面和凸出式凸轮表面朝向股骨部件的后侧壁定位。胫骨支承件可包括平台和从该平台向上延伸的隆凸，该平台具有支承表面，该支承表面被配置成与股骨部件的髁表面铰接。

在一些实施例中，股骨部件的髁表面可在髁表面上的第一接触点处以第一屈曲度接触支承表面，在髁表面上的第二接触点处以第二屈曲度接触支承表面，以及在髁表面上的第三接触点处以第三屈曲度接触支承表面。另外，股骨部件的后凸轮可初始以介于第二屈曲度和第三屈曲度之间的屈曲度接触胫骨支承件的隆凸。例如，在一些实施例中，股骨部件可初始以70度至80度范围内的屈曲度接触胫骨支承件的隆凸。

第二屈曲度可大于第一屈曲度，并且在一些实施例中，可在约0度至约75度的范围内。例如，在一个实施例中，第一屈曲度为约0度，并且第二屈曲度为约70度。第三屈曲度可大于第二屈曲度并且小于约90度。例如，在一个实施例中，第三屈曲度不小于73度。

髁表面可具有在矢状面中处于第一接触点的第一曲率半径，处于第二接触点的第二曲率半径，和处于第三接触点的第三曲率半径。另外，髁表面可具有第一弯曲表面区段，该第一弯曲表面区段限定在第一接触点和第二接触点之间。第一弯曲表面区段可具有非恒定的曲率半径。在一些实施例中，第一曲率半径可大于第二曲率半径，并且第一弯曲表面区段可具有前后递减的非恒定的曲率半径。另外，在一些实施例中，第三曲率半径可不大于第二曲率半径。

在一些实施例中，股骨部件的髁表面还可在髁表面上的第四接触点处以第四屈曲度接触支承表面。第四屈曲度可大于第三屈曲度。在一个实施例中，第四屈曲度在90度至120度的范围内。髁表面还可包括在矢状面中处于第四接触点的第四曲率半径。在此类实施例中，第四曲率半径与第三曲率半径的比率可在0.7至1.15的范围内。

另外，在一些实施例中，股骨部件的髁表面还可在髁表面上的第五接触点处以第五屈曲度接触支承表面。第五屈曲度可大于第四屈曲度。在一个实施例中，第五屈曲度在140度至165度的范围内。髁表面还可包括在矢状面中处于第五接触点的第五曲率半径。在此类实施例中，第五曲率半径可小于第四曲率半径。

根据另一方面，后稳定型整形外科膝关节假体包括股骨部件和胫骨支承件。股骨部件可包括一对间隔开的髁，所述一对间隔开的髁在其间限定髁内凹口。该对间隔开的髁中的至少一个可具有在矢状面中弯曲的髁表面。股骨部件还可包括定位在髁内凹口中的后凸轮。在一些实施例中，后凸轮可包括凹入式凸轮表面和凸出式凸轮表面，该凹入式凸轮表面和凸出式凸轮表面朝向股骨部件的后侧壁定位。胫骨支承件可包括平台和从该平台向上延伸的隆凸，该平台具有支承表面，该支承表面被配置成与股骨部件的髁表面铰接。

在一些实施例中，股骨部件的髁表面可在髁表面上的第一接触点处以第一屈曲度接触支承表面，在髁表面上的第二接触点处以第二屈曲度接触支承表面，以及在髁表面上的第三接触点处以第三屈曲度接触支承表面。另外，股骨部件的后凸轮可初始以介于第二屈曲度和第三屈曲度之间的屈曲度接触胫骨支承件的隆凸。例如，在一些实施例中，股骨部件可初始以70度至80度范围内的屈曲度接触胫骨支承件的隆凸。

第一屈曲度可以为约0度。第二屈曲度可大于第一屈曲度，并且在一些实施例中，可在约60度至约75度的范围内。例如，在一个实施例中，第二屈曲度为约70度。第三屈曲度可大于第二屈曲度并且小于约90度。例如，在一个实施例中，第三屈曲度不小于73度。

当股骨部件从第一屈曲度移动到第二屈曲度时，股骨部件的髁表面还可在位于第一接触点和第二接触点之间的多个接触点处接触支承表面。在一些实施例中，多个接触点中的每个接触点可由从共同起点延伸到该多个接触点的相应接触点的射线限定，每条射线具有由下列多项式定义的长度：r_θ = (a + (b * θ) + (c * θ²) + (d * θ³))，其中r_θ为在θ屈曲度处限定接触点的射线的长度，a、b、c和d为系数值。例如，在一个实施例中，a为介于35和45之间的系数值，并且b为在选自下列的范围内的系数值：0.00 < b < 0.30和b = 0.015384615，其中当b在0 < b < 0.30的范围内时，(i) c为介于-0.010和0.00之间的系数值，并且(ii) d为介于-0.00015和0.00之间的系数值，并且其中当b等于0.015384615时，(i) c为等于约-0.00027024的系数值，并且(ii) d为等于约-0.0000212的系数值。

在一些实施例中，髁表面可具有在矢状面中处于第一接触点的第一曲率半径。第一曲率半径可具有起点，并且在第一曲率半径的起点和射线的共同起点之间的距离可在0至10毫米的范围内。另外，在一些实施例中，第一曲率半径可大于第二曲率半径，并且第一弯曲表面区段可具有前后递减的非恒定的曲率半径。

根据再一方面，后稳定型整形外科膝关节假体包括股骨部件和胫骨支承件。股骨部件可包括一对间隔开的髁，所述一对间隔开的髁在其间限定髁内凹口。该对间隔开的髁中的至少一个可具有在矢状面中弯曲的髁表面。股骨部件还可包括定位在髁内凹口中的后凸轮。在一些实施例中，后凸轮可包括凹入式凸轮表面和凸出式凸轮表面，该凹入式凸轮表面和凸出式凸轮表面朝向股骨部件的后侧壁定位。胫骨支承件可包括平台和从该平台向上延伸的隆凸，该平台具有支承表面，该支承表面被配置成与股骨部件的髁表面铰接。

在一些实施例中，股骨部件的髁表面可在髁表面上的第一接触点处以第一屈曲度接触支承表面，在髁表面上的第二接触点处以第二屈曲度接触支承表面，以及在髁表面上的第三接触点处以第三屈曲度接触支承表面。另外，股骨部件的后凸轮可初始以介于第二屈曲度和第三屈曲度之间的屈曲度接触胫骨支承件的隆凸。例如，在一些实施例中，股骨部件可初始以70度至80度范围内的屈曲度接触胫骨支承件的隆凸。

第二屈曲度可大于第一屈曲度，并且在一些实施例中，可在约60度至约75度的范围内。例如，在一个实施例中，第二屈曲度为约70度。第三屈曲度可大于第二屈曲度并且小于约90度。例如，在一个实施例中，第三屈曲度不小于73度。

髁表面可具有在矢状面中处于第一接触点的第一曲率半径，处于第二接触点的第二曲率半径，和处于第三接触点的第三曲率半径。另外，髁表面可具有第一弯曲表面区段，该第一弯曲表面区段限定在第一接触点和第二接触点之间。第一弯曲表面区段可具有递减的非恒定的曲率半径。髁表面还可具有第二弯曲表面区段，该第二弯曲表面区段限定在第二接触点和第三接触点之间。第二弯曲表面区段可具有等于第三曲率半径的基本上恒定的曲率半径。

在一些实施例中，当股骨部件从第一屈曲度移动到第二屈曲度时，股骨部件的髁表面还可在位于第一接触点和第二接触点之间的多个接触点处接触支承表面。在一些实施例中，多个接触点中的每个接触点可由从共同起点延伸到该多个接触点的相应接触点的射线限定，每条射线具有由下列多项式定义的长度：r_θ = (a + (b * θ) + (c * θ²) + (d * θ³))，其中r_θ为在θ屈曲度处限定接触点的射线的长度，a、b、c和d为系数值。例如，在一个实施例中，a为介于35和45之间的系数值，并且b为在选自下列的范围内的系数值：0.00 < b < 0.30和b = 0.015384615，其中当b在0 < b < 0.30的范围内时，(i) c为介于-0.010和0.00之间的系数值，并且(ii) d为介于-0.00015和0.00之间的系数值，并且其中当b等于0.015384615时，(i) c为等于约-0.00027024的系数值，并且(ii) d为等于约-0.0000212的系数值。

另外，在一些实施例中，一对间隔开的髁各自可包括髁表面。在此类实施例中，髁表面可以为基本对称的或可以为不对称的。

附图说明

尤其参考以下附图进行详细说明，其中：

图1为整形外科膝关节假体的一个实施例的分解透视图；

图2为图1的股骨部件和胫骨支承件大致沿剖面线2-2获得的剖视图，其中股骨部件铰接到第一屈曲度；

图3为图2的股骨部件和胫骨支承件的剖视图，其中股骨部件铰接到第二屈曲度；

图4为图2的股骨部件和胫骨支承件的剖视图，其中股骨部件铰接到第三屈曲度；

图5为图1的股骨部件的一个实施例的剖视图；

图6为图1的股骨部件的另一个实施例的剖视图；

图7为图1的股骨部件的另一个实施例的剖视图；

图8为图1的股骨部件的另一个实施例的剖视图；

图9为仿真股骨部件的前后向平移的曲线图，所述仿真股骨部件具有位于不同屈曲度处增加的曲率半径；

图10为另一仿真股骨部件的前后向平移的曲线图，所述仿真股骨部件具有位于不同屈曲度处增加的曲率半径；

图11为另一仿真股骨部件的前后向平移的曲线图，所述仿真股骨部件具有位于不同屈曲度处增加的曲率半径；

图12为另一仿真股骨部件的前后向平移的曲线图，所述仿真股骨部件具有位于不同屈曲度处增加的曲率半径；

图13为图1的股骨部件的另一个实施例的剖视图；

图14为针对一系列股骨部件尺寸限定图13的股骨部件曲率的多项式系数值的一个实施例的表格；

图15为针对一系列股骨部件尺寸的曲率半径值和比率的一个实施例的表格；

图16为图1的股骨部件的另一个实施例的另一髁的剖视图；

图17为图1的股骨部件的另一个实施例的透视图；

图18为图17的股骨部件的剖视图；

图19为针对一系列股骨部件尺寸限定图17和18的股骨部件曲率的多项式系数值的一个实施例的表格；

图20为针对图17和18的股骨部件的一系列股骨部件尺寸的曲率半径值和比率的一个实施例的表格；

图21为仿真股骨部件的前后向平移的曲线图，所述仿真股骨部件具有位于不同屈曲度处增加的曲率半径；和

图22为图17和18的股骨部件的另一个实施例的另一髁的剖视图。

具体实施方式

虽然本公开的概念易于具有各种修改形式和替代形式，但本发明的具体示例性实施例已在附图中以举例的方式示出，并且将在本文中详细说明。但是，应当理解，无意将本公开内容的概念限于公开的特定形式，而是相反，意图涵盖落入所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有改变、等效方案和替代方案。

在本公开中有关本文所述的整形植入物和患者的自然解剖部分均可以通篇使用表示解剖学参考的术语，例如前侧、后侧、内侧、外侧、上、下等。这些术语在解剖学和整形外科领域均具有公知的含义。除非另外指明，否则说明书和权利要求中使用的此类解剖参考术语旨在符合其公知的含义。

现在参见图1，在一个实施例中，后稳定型整形外科膝关节假体10包括股骨部件12、胫骨支承件14和胫骨托16。股骨部件12和胫骨托16示例性地由诸如钴-铬或钛的金属材料形成，但在其他实施例中，可由诸如陶瓷材料、聚合材料、生物工程材料或相似的其他材料形成。胫骨支承件14示例性地由诸如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的聚合材料形成，但在其他实施例中，可由诸如陶瓷材料、金属材料、生物工程材料或相似的其他材料形成。

如下文更详细地讨论的，股骨部件12被配置成与胫骨支承件14铰接，所述胫骨支承件14被配置成与胫骨托16联接。示例性的胫骨支承件14具体化为旋转的或活动的胫骨支承件，并被配置成在使用过程中相对于胫骨托16旋转。然而，在其他实施例中，胫骨支承件14可具体化为固定的胫骨支承件，该固定的胫骨支承件相对于胫骨托16的旋转可被限制或被约束。

胫骨托16被配置成固定到经外科准备的患者胫骨近端（未示出）。可将胫骨托16经由使用骨粘接剂或其他附接方式而固定到患者的胫骨。胫骨托16包括具有顶表面20和底表面22的平台18。示例性地，顶表面20是大致平坦的，并且在一些实施例中，可以是高度抛光的。胫骨托16还包括从平台18的底表面22向下延伸的杆24。腔或孔26限定在平台18的顶表面20中，并向下延伸到杆24内。如下文更详细地讨论的，孔26成形为容纳胫骨插件14的配合杆。

如上文讨论的，胫骨支承件14被配置成与胫骨托16联接。胫骨支承件14包括具有上支承表面32和底表面34的平台30。在其中将胫骨支承件14具体化为旋转或活动的胫骨支承件的示例性实施例中，支承件14包括从平台30的底表面34向下延伸的杆36。当将胫骨支承件14联接到胫骨托16时，杆36容纳在胫骨托16的孔26中。在使用中，胫骨支承件14被配置成围绕由杆36限定的轴线相对于胫骨托16旋转。在其中胫骨支承件14具体化为固定的胫骨支承件的实施例中，支承件14可包括或不包括杆36和/或可包括其他设备或特征，从而将胫骨支承件14以非旋转构型固定到胫骨托16。

胫骨支承件14的上支承表面32包括内侧支承表面42、外侧支承表面44和从平台18向上延伸的隆凸60。如下文更详细地讨论的，内侧和外侧支承表面42、44被配置成容纳或以其他方式接触股骨部件12的相应内侧和外侧髁52、54。像这样，支承表面42、44各自具有凹入式轮廓。隆凸60定位在支承表面42、44之间，并包括前侧壁62和后侧壁64，所述后侧壁64具有凸轮表面66。在示例性实施例中，凸轮表面66具有基本内凹的曲率。然而，包括具有其他几何形状的凸轮表面66的隆凸60可用于其他实施例中。例如，在其他实施例中可使用包括具有基本为“S”形横截面轮廓的隆凸的胫骨支承件，例如通过Joseph G. Wyss等人在名称为“Posterior Stabilized Orthopaedic Prosthesis”的美国专利申请序列号12/165,582中所述的胫骨支承件，所述专利申请在此通过引用并入。

股骨部件12被配置成与经外科准备的患者股骨远端表面（未示出）联接。可将股骨部件12经由使用骨粘接剂或其他附接方式而固定到患者的股骨。股骨部件12包括外部的铰接表面50，该铰接表面50具有一对内髁和外髁52、54。在使用中，髁52、54置换患者股骨的自然髁，并且被配置成在胫骨支承件14的平台30的对应支承表面42、44上铰接。

将髁52、54间隔开，以在其间限定髁内凹口或凹槽56。后凸轮80和前凸轮82（见图2）定位在髁内凹口56中。后凸轮80朝向股骨部件12的后侧壁定位并包括凸轮表面86，该凸轮表面86被配置成在屈曲过程中接合或以其他方式接触胫骨支承件14的隆凸60的凸轮表面66，这在下文关于图2-4更详细地示出且描述。

应当理解，示例性整形外科膝关节假体10被配置成置换患者的右膝关节，并且像这样，认为支承表面42和髁52是位于内侧，而认为支承表面44和髁54是位于外侧。然而，在其他实施例中，整形外科膝关节假体10可被配置成置换患者的左膝关节。在此类实施例中，应当理解，支承表面42和髁52可位于外侧，而支承表面44和髁54可位于内侧。无论如何，可将本文所述的特征和概念掺入被配置成置换患者任一膝关节的整形外科膝关节假体中。

现在参见图2-4，股骨部件12被配置成在使用过程中在胫骨支承件14上铰接。股骨部件12的每个髁52、54包括髁表面100，所述髁表面100在矢状面中凸出弯曲，并被配置成接触各自的支承表面42、44。另外，在预定的屈曲范围内，股骨部件12的后凸轮80接触胫骨支承件14的隆凸60。例如，在如图2所示的一个实施例中，当整形外科膝关节假体10处于伸展状态或不处于屈曲状态（如约0度屈曲）时，髁52的髁表面100在髁表面100上的一个或多个接触点102处接触支承表面42（或关于髁54的支承表面44）。另外，在该特定屈曲度处，后凸轮80不与隆凸60接触。然而，在更后的（即更大的）屈曲度处，后凸轮80被配置成接触隆凸60，从而对整形外科假体的运动学提供一定量的控制。

随着整形外科膝关节假体10通过中期屈曲度铰接，股骨部件12在髁表面100上的一个或多个接触点处接触胫骨支承件14。例如，在如图3所示的一个实施例中，当整形外科膝关节假体10以中期屈曲度（如在约45度处）铰接时，髁表面100在髁表面100上的一个或多个接触点104处接触支承表面42。如下文更详细地讨论的，取决于具体实施例，后凸轮80在该特定屈曲度处与隆凸60可能接触也可能不接触。无论如何，随着整形外科膝关节假体10以后期屈曲度（例如，在约70屈曲度处）铰接，如图4所示，髁表面100在髁表面100上的一个或多个接触点106处接触支承表面42。另外，后凸轮80现在与隆凸60接触。当然，应当理解，股骨部件12可在髁表面100上的多个接触点处以任意一个特定屈曲度接触胫骨支承件14。然而，为描述清楚起见，在图2-4中仅分别示出接触点102、104、106。

后凸轮80初始接触隆凸60的特定屈曲度基于股骨部件12的髁表面100的特定几何形状。例如，在图2-4的示例性实施例中，整形外科膝关节假体10被配置成使得后凸轮80初始在约70屈曲度处接触隆凸60。然而，在其他实施例中，如下文更详细地讨论的，后凸轮80可初始在其他屈曲度处接触隆凸60。

整形外科膝关节假体10被配置成使得股骨部件12相对于胫骨支承件14的反常前向平移量可减少或以其他方式延迟到更后的（即更大的）屈曲度。特别地，如下文更详细地讨论的，髁52、54之一或两者的髁表面100具有被配置成减少和/或延迟前向平移的特定几何形状或曲率，并且在一些实施例中，促进股骨部件12的“向后滚动”或后向平移。应当理解，通过将股骨部件12的反常前向平移的开始延迟到更大的屈曲度，在其中通常不获得深度屈曲的患者活动过程中可减少反常前向平移的整体发生。

在典型的整形外科膝关节假体中，每当膝关节假体以大于零度的屈曲度定位时，可发生反常的前向平移。当整形外科膝关节假体以更大的屈曲度特别是在中期屈曲度范围内铰接时，前向平移的可能性通常是增加的。在此类取向中，每当股骨部件和胫骨支承件之间的切向（牵引）力未能满足下列公式时，可发生股骨部件在胫骨支承件上的反常前向平移：

T < μN                                                      (1)

其中“T”为切向（牵引）力，“μ”为股骨部件和胫骨支承件的摩擦系数，并且“N”为股骨部件和胫骨支承件之间的法向力。作为普遍原则，股骨部件和胫骨支承件之间的切向（牵引）力可定义为

T = M / R                                                  (2)

其中“T”为股骨部件和胫骨支承件之间的切向（牵引）力，“M”为膝关节力矩，并且“R”为以特定屈曲度与胫骨支承件接触的位于髁表面的矢状面中的曲率半径。应当理解，公式(2)为支配实际情况公式的简化，其不考虑诸如惯性和加速度的此类其他因素。无论如何，公式(2)提供了下列见解：通过控制股骨部件的髁表面的曲率半径，可减少或延迟整形外科膝关节假体的反常前向平移。即，通过控制髁表面的曲率半径（例如增加或维持曲率半径），可减少公式(2)的右边，从而降低切向（牵引）力的值并满足公式(1)。如上文讨论的，通过确保切向（牵引）力满足公式(1)，股骨部件在胫骨支承件上的反常前向平移可减少或以其他方式延迟到更大的屈曲度。

基于上述分析，为了减少或延迟反常前向平移的发生，对股骨部件12的髁52、54之一或两者的髁表面100的几何形状进行控制。例如，在一些实施例中，对髁表面100的曲率半径进行控制，使得曲率半径在一定的屈曲度范围内保持恒定和/或在早期到中期屈曲度的范围内增加。相比而言，典型的股骨部件具有从远端曲率半径（即在约0屈曲度处）开始递减的曲率半径。然而，已确定的是，通过在早期到中期屈曲度的预定范围内维持相对恒定的曲率半径（即不降低曲率半径）和/或在屈曲度的预定范围内增加曲率半径，可减少或延迟股骨部件12的反常前向平移。

另外，在一些实施例中，髁表面100被配置成或设计成使得髁表面100的离散曲率半径之间的过渡是逐渐的。即，通过离散曲率半径之间的逐渐过渡而不是突然过渡，可减少或延迟股骨部件12的反常前向平移。此外，在一些实施例中，对髁表面在早期到中期屈曲度范围内（例如从约0度至约90度）的曲率半径中的变化率进行控制，使得该变化率小于预定阈值。即，已确定的是，如果髁表面100的曲率半径的变化率大于预定阈值，则可发生反常的前向平移。

相应地，在图5-8所示的一些实施例中，股骨部件12的髁表面100具有在早期到中期屈曲度中增加的曲率半径。如下文更详细地讨论的，通过增加曲率半径，反常的前向平移可减少或延迟到更后的屈曲度。特别地，反常的前向平移可延迟到一定屈曲度，在该屈曲度处或超过该屈曲度，股骨部件12的后凸轮80初始接触胫骨支承件14的隆凸60。一旦后凸轮80与隆凸60接触，反常的前向平移就受到后凸轮80与隆凸60的接合的控制。即，后凸轮80可被隆凸60限制不能前向移动。

曲率半径R2和曲率半径R3之间的增加量，以及在髁表面100上在该处发生此类增加的屈曲度，已确定为影响反常前向平移的发生。如名称为“Orthopaedic Femoral Component Having Controlled Condylar Curvature”的美国专利申请序列号12/165,579中更详细地讨论的，所述专利申请与本发明同时提交并在此通过引用并入，使用可从加利福利亚的圣克莱门特公司，LifeModeler (LifeModeler, Inc. of San Clemente, California)商购获得的LifeMOD/Knee Sim，版本1007.1.0 Beta 16软件程序，执行多种股骨部件设计的多重仿真，用来分析在早期和中期屈曲度中增加股骨部件的髁表面的曲率半径的效果。基于此类分析，已确定的是，通过使髁表面的曲率半径在约30屈曲度至约90屈曲度范围内的屈曲度处增加在约0.5毫米至约5毫米或更多范围内的量，可减少或以其他方式延迟股骨部件相对于胫骨支承件的反常前向平移。

例如，在图9所示的曲线图200呈现使用股骨部件的深弯曲膝关节仿真的结果，在所述股骨部件中，髁表面的曲率半径在30屈曲度、50屈曲度、70屈曲度和90屈曲度处增加0.5毫米（即，从25.0毫米至25.5毫米）。类似地，在图10所示的曲线图300呈现使用股骨部件的深弯曲膝关节仿真的结果，在所述股骨部件中，髁表面的曲率半径在30屈曲度、50屈曲度、70屈曲度和90屈曲度处增加1.0毫米（即，从25.0毫米至26.0毫米）。在图11所示的曲线图400呈现使用股骨部件的深弯曲膝关节仿真的结果，在所述股骨部件中，髁表面的曲率半径在30屈曲度、50屈曲度、70屈曲度和90屈曲度处增加2.0毫米（即，从25.0毫米至27.0毫米）。另外，在图12所示的曲线图500呈现使用股骨部件的深弯曲膝关节仿真的结果，在所述股骨部件中，髁表面的曲率半径在30屈曲度、50屈曲度、70屈曲度和90屈曲度处增加5.0毫米（即，从25.0毫米至26.0毫米）。

在曲线图200、300、400、500中，股骨部件的内髁(“med”)和外髁(“lat”)的髁最低点或最远点(CLP)图解为股骨部件对于胫骨支承件的相关定位的表示。像这样，向下倾斜的线表示股骨部件在胫骨支承件上的向后滚动，而向上倾斜的线表示股骨部件在胫骨支承件上的前向平移。

如曲线图200、300、400、500所示，在每个实施例中股骨部件的前向滑动延迟直到约100屈曲度之后；并且前向平移量限制于小于约1毫米。特别地，通过在更早屈曲度处髁表面的曲率半径中更大量的增加，促进股骨部件在胫骨支承件上的“向后滚动”。当然，曲率半径中的增加量和在该处引入此类增加的屈曲度受到诸如患者膝关节的解剖学关节空隙、胫骨支承件的尺寸等其他因素的限制。无论如何，基于图表200、300、400、500中报告的仿真，通过在早期到中期屈曲过程中增加股骨部件的髁表面的曲率半径，可减少或以其他方式延迟股骨部件在胫骨支承件上的反常前向平移。

相应地，重新参考图5-8，矢状面中的髁表面100部分由多个弯曲表面区段102、104、106、108形成，其中所述弯曲表面区段各自的矢状末端与髁表面100的任一相邻弯曲表面区段的矢状末端相切。每个弯曲表面区段102、104、106、108由曲率半径限定。特别地，弯曲表面区段102由曲率半径R2限定，弯曲表面区段104由曲率半径R3限定，弯曲表面区段106由曲率半径R4限定。

股骨部件12的髁表面100被配置成使得弯曲表面区段104的曲率半径R3大于弯曲表面区段102的曲率半径R2。在一个实施例中，曲率半径R3比曲率半径R2大0.5毫米或更多。在另一个实施例中，曲率半径R3比曲率半径R2大2毫米或更多。在另一个实施例中，曲率半径R3比曲率半径R2大2毫米或更多。在具体实施例中，曲率半径R3比曲率半径R2大至少5毫米或更多。然而，应当理解，在一些实施例中，R2和R3之间曲率半径的特定增加可基于股骨部件12的特定尺寸，或与股骨部件12的特定尺寸成比例。

弯曲表面区段102、104、106、108各自通过不同屈曲度范围接触胫骨支承件14的支承表面42（或44）。例如，弯曲表面区段102从更早的屈曲度θ1延伸到更后的屈曲度θ2。弯曲表面区段104从屈曲度θ2延伸到更后的屈曲度θ3。弯曲表面区段106从屈曲度θ3延伸到更后的屈曲度θ4。

例如，在一个实施例中，如图5所示，弯曲表面区段102从约0屈曲度的屈曲度θ1延伸到约50屈曲度的屈曲度θ2。弯曲表面区段104从约50屈曲度的屈曲度θ2延伸到约70屈曲度的屈曲度θ3。弯曲表面区段106从约70屈曲度的屈曲度θ3延伸到约120屈曲度的屈曲度θ4。在图5的示例性实施例中，股骨部件12的后凸轮80被配置成在约70屈曲度的屈曲度θC处接合或接触胫骨支承件14的隆凸60。然而，在其他实施例中，后凸轮80可被配置成在早于或晚于70度的屈曲度处接合隆凸60。通过确保后凸轮80在曲率半径从R3减小到R4之前或之后不久接合或接触隆凸60，对整形外科假体运动学的控制可从髁表面100的几何形状转变到后凸轮80与隆凸60的相互作用，这还可减少股骨部件12的前向平移量。例如，在一个具体实施例中，后凸轮80可被配置成在屈曲度θC处接合或接触隆凸60，所述屈曲度θC比屈曲度θ3大不超过10度，在所述屈曲度θ3处髁表面100的曲率半径从曲率半径R3减小到曲率半径R4。

在另一个实施例中，如图6所示，弯曲表面区段102从约0屈曲度的屈曲度θ1延伸到约10屈曲度的屈曲度θ2。弯曲表面区段104从约10屈曲度的屈曲度θ2延伸到约30屈曲度的屈曲度θ3。弯曲表面区段106从约30屈曲度的屈曲度θ3延伸到约120屈曲度的屈曲度θ4。在图6的示例性实施例中，股骨部件12的后凸轮80被配置成在约30屈曲度的屈曲度θC处接合或接触胫骨支承件14的隆凸60。然而，再次，在其他实施例中，后凸轮80可被配置成在早于30度（即，早于曲率半径中从R3到R4的减小）或晚于30度不久（例如，在0-10度内）的屈曲度处接合隆凸60。

在另一个实施例中，如图7所示，弯曲表面区段102从约0屈曲度的屈曲度θ1延伸到约30屈曲度的屈曲度θ2。弯曲表面区段104从约30屈曲度的屈曲度θ2延伸到约50屈曲度的屈曲度θ3。弯曲表面区段106从约50屈曲度的屈曲度θ3延伸到约120屈曲度的屈曲度θ4。在图7的示例性实施例中，股骨部件12的后凸轮80被配置成在约50屈曲度的屈曲度θC处接合或接触胫骨支承件14的隆凸60。然而，再次，在其他实施例中，后凸轮80可被配置成在早于50度（即，早于曲率半径中从R3到R4的减小）或晚于50度不久（例如，在0-10度内）的屈曲度处接合隆凸60。

在另一个实施例中，如图8所示，弯曲表面区段102从约0屈曲度的屈曲度θ1延伸到约70屈曲度的屈曲度θ2。弯曲表面区段104从约70屈曲度的屈曲度θ2延伸到约90屈曲度的屈曲度θ3。弯曲表面区段106从约90屈曲度的屈曲度θ3延伸到约120屈曲度的屈曲度θ4。在图8的示例性实施例中，股骨部件12的后凸轮80被配置成在约90屈曲度的屈曲度θC处接合或接触胫骨支承件14的隆凸60。然而，再次，在其他实施例中，后凸轮80可被配置成在早于90度（即，早于曲率半径中从R3到R4的减小）或晚于90度不久（例如，在0-10度内）的屈曲度处接合隆凸60。

应当理解，图5-8的实施例是示例性的实施例，并且在其他实施例中，弯曲表面区段102、104、106各自可从不同于上文就关于5-8显示且讨论的屈曲度延伸。例如，在图5-8的每一个实施例中，尽管弯曲表面区段102示出为在约0屈曲度处开始，但在其他实施例中，弯曲表面区段102可处于0屈曲度之前的屈曲度（即，一定程度的过度伸展）。

另外，应当理解，后凸轮80接触隆凸60的屈曲度θC可小于，基本等于，或略大于屈曲度θ3，曲率半径R3在所述屈曲度θ3处减小到曲率半径R4。在一些实施例中，屈曲度θC在屈曲度θ3的预定阈值内。例如，在一个具体实施例中，屈曲度θC在屈曲度θ3的约10度内。例如，曲率半径R3可在约为70度的屈曲度θ3处减小到曲率半径R4，并且后凸轮80可被配置成初始在约60至约80屈曲度的范围内的屈曲度θC处接触隆凸60。

现在参见图13-15，在一些实施例中，髁表面100包括在早期到中期屈曲范围内的离散曲率半径之间的逐渐过渡，使得髁表面在屈曲度范围内的曲率半径中的改变减小。例如，如图13所示，在一些实施例中，弯曲表面区段102设计成提供从第一曲率半径R1到第二曲率半径R2的逐渐过渡。为了实现这点，弯曲表面区段102由多条射线120而不是恒定的曲率半径限定，如上文关于图5-8示出且描述的。多条射线120中的每一条都源于共同起点O。另外，多条射线120中的每一条都在弯曲表面区段102上限定各自的接触点130。尽管为了描绘清晰起见，仅在图13中示出了三条射线120，但应当理解，可使用无限多条射线120来限定弯曲表面区段102。

共同限定弯曲表面区段102的每个接触点130的位置可基于在每个屈曲度处的每条射线120的长度而确定。特别地和意外地，已确定的是，通过依照下列多项式限定弯曲表面区段102，可减少或延迟股骨部件12在胫骨支承件14上的反常前向平移：

r_θ = (a + (b * θ) + (c * θ²) + (d * θ³)),                           (3)

其中“r_θ”为在“θ”屈曲度处限定弯曲表面区段104上的接触点130的射线120（以公制单位表示）的长度，“a”为介于20和50之间的标量值，并且“b”为这样选择的系数值，使得：

-0.30 < b < 0.00,                                   (4)

0.00 < b < 0.30或

b = 0

如果选择的系数“b”在-0.30 < b < 0.00的范围内，则系数“c”和“d”这样选择，使得：

0.00 <c < 0.012和                                (5)

-0.00015 < d < 0.00。

 

作为另外一种选择，如果选择的系数“b”在0.00 < b < 0.30的范围内，则系数“c”和“d”这样选择，使得：

-0.010 < c < 0.00和                             (6)

-0.00015 < d < 0.00。

 

此外，如果选择的系数“b”等于0，则系数“c”和“d”这样选择，使得：

-0.0020 < c < 0.00或                            (7)

0.00 < c < 0.0025和

-0.00015 < d < 0.00。

 

应当理解，标量“a”以及系数“b”、“c”和“d”的值范围已由关于多项式(3)的无限多个可能解答确定。即，已确定上文提供的特定范围集合，以生成一系列曲线（即，弯曲表面区段102），所述一系列曲线提供髁表面100从曲率半径R1到曲率半径R2的逐渐过渡，使得减少或延迟股骨部件12相对于胫骨支承件14的前向平移。另外，应当理解，上文每个系数“a”、“b”、“c”和“d”的值范围关于使用公制单位指定的实施例提供。然而，此类系数值范围可转换用于在使用诸如英制单位的其他单位系统的实施例中使用。

还通过多条射线120的共同起点O的设置来影响弯曲表面区段102的总体形状。通过限制多条射线120的共同起点O和远端曲率半径R1的起点122之间的距离124，可减少或延迟股骨部件12在胫骨支承件14上的反常前向滑动。另外，通过确保多条射线120的共同起点O在距离远端曲率半径R1的起点122的预定距离124内，可改善整形外科膝关节假体10的稳定性。像这样，在一个实施例中，多条射线120的共同起点O的位置选择成使得共同起点O和曲率半径R1的起点122之间的距离124小于约10毫米，从而减少或延迟股骨部件的前向平移和/或为整形外科膝关节假体10提供改善的稳定性。

应当理解，在一些实施例中，共同起点O和曲率半径R1的起点122之间的距离124以及特定的系数值可依赖于股骨部件12的特定尺寸。例如，如图14所示，表700示出了对于上文定义的多项式(3)的系数值，以及对于共同起点O和远端曲率半径R1的起点122之间限定的距离124的值的一个具体实施例。如表700所示，共同起点O和曲率半径R1的起点122之间的距离124以及标量“a”的值在整个股骨部件尺寸上改变。然而，在该具体实施例中，系数“b”、“c”和“d”的值在整个股骨部件尺寸上是恒定的。然而，应当理解，在其他实施例中，系数值“b”、“c”和“d”可在整个股骨部件尺寸上改变。

如上文讨论的，在一些实施例中，髁表面100还设计或被配置成使得髁表面100在早期和中期屈曲范围内的曲率半径中的变化不太大或不太突然（例如曲率半径的变化程度与屈曲度变化的比率过大）。即，如果曲率半径R1与曲率半径R2、R3或R4的比率过大，则可发生股骨部件12的反常前向平移。像这样，通过将股骨部件12的髁表面100设计成使得远端曲率半径R1与下述的比率都小于预定阈值：(i)弯曲表面区段102的曲率半径R2，(ii)弯曲表面区段104的曲率半径R3，以及(ii)后期屈曲的弯曲表面区段106的曲率半径R4，可意外地减少或以其他方式延迟反常的前向滑动。

相应地，在一个具体实施例中，股骨部件12的髁表面100设计成使得曲率半径R1与曲率半径R2的比率介于约1.10和约1.30之间，曲率半径R1与曲率半径R3的比率介于约1.001和约1.100之间，并且曲率半径R1与曲率半径R4的比率介于约1.25和约2.50之间。此外，在一些实施例中，曲率半径R2与曲率半径R3的比率介于约0.74和约0.85之间。

应当理解，股骨部件12的髁表面100的曲率半径R2到R3中的具体增加量和/或此类增加在髁表面100上的设置还可基于股骨部件12的尺寸，与股骨部件12的尺寸成比例，或另外受股骨部件12的尺寸影响。即，应当理解，与形成为较大尺寸的股骨部件相比，髁表面100的曲率半径R2到R3的0.5毫米增加在形成为小尺寸的股骨部件中是相对较大的增加。像这样，股骨部件12的髁表面100的曲率半径R2到R3中的增加幅度可在整个股骨部件尺寸上改变。然而，在一个实施例中，在整个一系列股骨部件尺寸上，曲率半径R1与曲率半径R2、R3和R4的比率维持在基本上恒定的值。

例如，如图15所示，表800限定对于一系列股骨部件尺寸1到10的每个曲率半径R1、R2、R3、R4的长度。如表850所示，股骨部件12的每个尺寸1-10的每个曲率半径R1、R2、R3、R4的长度可选择成使得R1/R2和R1/R3的比率在整个股骨部件的尺寸上基本恒定。在示例性实施例中，如先前讨论的，曲率半径R1与曲率半径R2的比率在整个股骨部件尺寸1到10上维持在约1.25至约1.27的值，并且曲率半径R1与曲率半径R3的比率在整个股骨部件尺寸1到10上维持在约1.005的值。

股骨部件12的髁表面100的总体形状和设计已在上文关于股骨部件12的单髁52、54进行描述。应当理解，在一些实施例中，股骨部件12的两个髁52、54可以是对称的并具有相似的髁表面100。然而，在其他实施例中，股骨部件12的髁52、54可以是不对称的。例如，如图16所示，股骨部件12可包括具有髁表面300的第二髁52、54，所述髁表面300部分由多个弯曲表面区段302、304、306限定。弯曲表面区段302从更早的屈曲度θ5延伸到更后的屈曲度θ6。弯曲表面区段304从屈曲度θ6延伸到更后的屈曲度θ7。弯曲表面区段306从屈曲度θ7延伸到更后的屈曲度θ8。髁表面300还包括远端半径R5，所述远端半径R5经由弯曲表面区段302逐渐过渡到曲率半径R6。另外，弯曲表面区段304由曲率半径R7限定，并且弯曲表面区段306由曲率半径R8限定。

像这样，在其中髁52、54对称的实施例中，屈曲度θ5基本等于屈曲度θ1，屈曲度θ6基本等于屈曲度θ2，屈曲度θ7基本等于屈曲度θ3，并且屈曲度θ8基本等于屈曲度θ4。另外，曲率半径R5基本等于曲率半径R1，曲率半径R6基本等于曲率半径R2，曲率半径R7基本等于曲率半径R3，并且曲率半径R8基本等于曲率半径R4。此外，上述公式(4)的系数值“a”、“b”、“c”和/或“d”的集合对于两个髁基本相似。

然而，在其他实施例中，髁52、54是不对称的。像这样，屈曲度θ5可不同于屈曲度θ1。另外，屈曲度θ6可不同于屈曲度θ2。即，曲率半径在R2和R3之间的增加可在髁52、54之间的不同屈曲度处发生。此外，屈曲度θ8可不同于屈曲度θ4。然而，应当理解，屈曲度θ7可基本等于屈曲度θ3，使得后凸轮80恰当地定位在髁内凹口56内。

另外，在其中髁52、54不对称的实施例中，曲率半径R5可不同于曲率半径R1，曲率半径R6可不同于曲率半径R2，曲率半径R7可不同于曲率半径R3，和/或曲率半径R8可不同于曲率半径R4。此外，上述公式(3)的系数值“a”、“b”、“c”和/或“d”的集合在髁表面100和300之间可以是不同的。

在另一个实施例中，整形外科膝关节假体10的股骨部件12可具体化为如图17-22所示的股骨部件1700，所述股骨部件1700类似于股骨部件12。股骨部件1700被配置成与经外科准备的患者股骨远端表面（未示出）联接。可将股骨部件1700经由使用骨粘接剂或其他附接方式而固定到患者的股骨。股骨部件1700包括外部的铰接表面1702，该铰接表面1702具有一对内髁和外髁1704、1706。在使用中，髁1704、1706置换患者股骨的自然髁，并且被配置成在胫骨支承件14的平台30的对应支承表面42、44上铰接。

将髁1704、1706间隔开，以在其间限定髁内凹口或凹槽1708。后凸轮1710和前凸轮1712（见图18）定位在髁内凹口1708中。后凸轮1710朝向股骨部件1700的后侧壁定位并包括凸轮表面1714，该凸轮表面1714被配置成在屈曲过程中接合或以其他方式接触胫骨支承件14的隆凸60的凸轮表面66。示例性地，在其他实施例中可使用凸轮表面1714，该凸轮表面1714作为基本“S形”矢状横截面，并包括凹入式凸轮表面1716和凸出式凸轮表面1718，该凸轮表面1714类似于通过Joseph G. Wyss等人在美国专利申请序列号12/165,582中描述且示出的后凸轮，所述专利申请名称为“Posterior Stabilized Orthopaedic Prosthesis”，在此通过引用并入。然而，在其他实施例中，凸轮表面1714可具有与图2所示的股骨部件12的凸出式凸轮表面几何形状相似的几何形状。

如上文关于股骨部件12讨论的，股骨部件1700被配置成在使用过程中在胫骨支承件14上铰接。股骨部件1700的每个髁1704、1706包括髁表面1720，所述髁表面1720在矢状面中凸出弯曲，并被配置成接触各自的支承表面42、44。另外，在预定的屈曲范围内，股骨部件1700的后凸轮1710接触胫骨支承件14的隆凸60。

如上文讨论的，整形外科膝关节假体10被配置成使得股骨部件1700相对于胫骨支承件14的反常前向平移量可减少或以其他方式延迟到更后的（即更大的）屈曲度。为了实现这点，髁1704、1706之一或两者的髁表面1720具有被配置成减少和/或延迟前向平移的特定几何形状或曲率，并且在一些实施例中，促进股骨部件1700的“向后滚动”或后向平移。应当理解，通过将股骨部件1700的反常前向平移的开始延迟到更大的屈曲度，在其中通常不获得深度屈曲的患者活动过程中可减少反常前向平移的整体发生。特别地，反常的前向平移可延迟到一定屈曲度，在该屈曲度处或超过该屈曲度，股骨部件1700的后凸轮1710初始接触胫骨支承件14的隆凸60。一旦后凸轮1710与隆凸60接触，反常的前向平移就受到后凸轮1710与隆凸60的接合的控制。即，后凸轮1710可被隆凸60限制不能前向移动。例如，在图21所示的曲线图2100呈现使用股骨部件的深弯曲膝关节仿真的结果，其中股骨部件1700的后凸轮1710接触胫骨支承件的隆凸60的初始屈曲度在30屈曲度处、50屈曲度处、70屈曲度处和90屈曲度处。

如图18所示，矢状面中的髁表面1720部分由多个弯曲表面区段1800、1802、1804、1806形成，其中所述弯曲表面区段各自的矢状末端与髁表面1720的任一相邻弯曲表面区段的矢状末端相切。弯曲表面区段1800、1802、1804、1806各自通过不同屈曲度范围接触胫骨支承件14的支承表面42（或44）。例如，弯曲表面区段1800从更早的屈曲度θ1延伸到更后的屈曲度θ2。弯曲表面区段1802从屈曲度θ2延伸到更后的屈曲度θ3。弯曲表面区段1804从屈曲度θ3延伸到更后的屈曲度θ4。弯曲表面区段1806从屈曲度θ4延伸到更后的屈曲度θ5。

例如，在一个实施例中，如图18所示，弯曲表面区段1800从约0屈曲度的屈曲度θ1延伸到约70屈曲度的屈曲度θ2。然而，在其他实施例中，屈曲度θ2的范围可以为略大于θ1到约75度。弯曲表面区段1802示例性地从约73屈曲度的屈曲度θ2延伸到约73屈曲度的屈曲度θ3。然而，在其他实施例中，屈曲度θ3的范围可以为约73度到约90度。弯曲表面区段1804示例性地从约73屈曲度的屈曲度θ3延伸到约120屈曲度的屈曲度θ4。然而，在其他实施例中，屈曲度θ4的范围可以为约90度到约120度。弯曲表面区段1806示例性地从约120屈曲度的屈曲度θ4延伸到约165屈曲度的屈曲度θ5。然而，在其他实施例中，屈曲度θ5的范围可以为约140度到约165度。

在图17的示例性实施例中，股骨部件1700的后凸轮1710被配置成在θ2和θ3的屈曲范围附近或其内的屈曲度θC处接合或接触胫骨支承件14的隆凸60。例如，后凸轮1710可初始在约70度至约80度的屈曲度θC处接合隆凸60。在一个具体实施例中，后凸轮1710被配置成初始在约73度的屈曲度θC处接合隆凸60。通过确保后凸轮1710在弯曲表面区段1800的后末端之前或之后不久接合或接触隆凸60，对整形外科假体运动学的控制可从髁表面1720的几何形状转变到后凸轮1710与隆凸60的相互作用，这还可减少股骨部件1700的前向平移量。

弯曲表面区段1802、1804、1806各自由基本上恒定的曲率半径限定，而弯曲表面区段1800由非恒定的曲率半径限定。即，弯曲表面区段1800具有曲率半径，所述曲率半径由在θ1处的R1开始，并且逐步减小到在θ2处的R2（即R1 < R2）。相反，弯曲表面区段1802由基本上恒定的曲率半径R3限定，弯曲表面区段1804由基本上恒定的曲率半径R4限定，并且弯曲表面区段1806由基本上恒定的曲率半径R5限定。在示例性实施例中，髁表面1720被配置成使得曲率半径R3小于或等于曲率半径R2。另外，在一些实施例中，曲率半径R4与曲率半径R3的比率被配置成在约0.7至约1.15的范围内。此外，曲率半径R5小于曲率半径R4。然而，应当理解，在一些实施例中，髁表面1720的曲率半径之间的特定关系可基于股骨部件12的特定尺寸而改变。

如上文讨论的，初始弯曲表面区段1800设计成提供从第一曲率半径R1到第二曲率半径R2的逐渐过渡。为了实现这点，弯曲表面区段1800由多条射线1850而不是恒定的曲率半径限定。多条射线1850中的每一条都源于共同起点O。另外，多条射线1850中的每一条都在弯曲表面区段1800上限定各自的接触点1852。尽管为了描绘清晰起见，仅在图18中示出了三条射线1850，但应当理解，可使用无限多条射线1850来限定弯曲表面区段1800。

共同限定弯曲表面区段1800的每个接触点1852的位置可基于在每个屈曲度处的每条射线1850的长度而确定。特别地和意外地，已确定的是，通过依照下列多项式限定弯曲表面区段1800，可减少或延迟股骨部件12在胫骨支承件14上的反常前向平移：

r_θ = (a + (b * θ) + (c * θ²) + (d * θ³)),       (8)

其中“r_θ”为在“θ”屈曲度处限定弯曲表面区段1800上的接触点1852的射线1850（以公制单位表示）的长度，“a”为介于35和45之间的标量值，并且“b”为这样选择的系数值，使得：

0.00 < b < 0.30或                            (9)

b = 0.015384615

如果选择的系数“b”在0.00 < b < 0.30的范围内，则系数“c”和“d”这样选择，使得：

-0.010 < c < 0.000和                        (10)

-0.00015 < d < 0.00。

 

作为另外一种选择，如果选择的系数“b”等于0.015384615，则系数“c”和“d”这样选择，使得：

c = -0.00027024和                           (11)

d = -0.0000212

应当理解，标量“a”以及系数“b”、“c”和“d”的值范围已由关于多项式(8)的无限多个可能解答确定。即，已确定上文提供的特定范围集合，以生成一系列曲线（即，弯曲表面区段1800），所述一系列曲线提供髁表面1720从曲率半径R1到曲率半径R2的逐渐过渡，使得减少或延迟股骨部件1700相对于胫骨支承件14的前向平移。另外，应当理解，上文每个系数“a”、“b”、“c”和“d”的值范围关于使用公制单位指定的实施例提供。然而，此类系数值范围可转换用于在使用诸如英制单位的其他单位系统的实施例中使用。

还通过多条射线1850的共同起点O的设置来影响弯曲表面区段1800的总体形状。通过限制多条射线1850的共同起点O和远端曲率半径R1的起点1856之间的距离1854，可减少或延迟股骨部件1700在胫骨支承件14上的反常前向滑动。另外，通过确保多条射线1850的共同起点O在距离远端曲率半径R1的起点1856的预定距离1854内，可改善整形外科膝关节假体10的稳定性。像这样，在一个实施例中，多条射线1850的共同起点O的位置选择成使得共同起点O和曲率半径R1的起点1856之间的距离1854小于约10毫米，从而减少或延迟股骨部件的前向平移和/或为整形外科膝关节假体10提供改善的稳定性。

应当理解，在一些实施例中，共同起点O和曲率半径R1的起点1856之间的距离1854以及特定的系数值可依赖于股骨部件1700的特定尺寸。例如，如图19所示，表1900示出了对于上文定义的多项式(8)的系数值，以及对于共同起点O和远端曲率半径R1的起点1856之间的距离1854的值的一个具体实施例。如表1900所示，共同起点O和曲率半径R1的起点1856之间的距离1854以及标量“a”的值在整个股骨部件尺寸上改变。然而，在该具体实施例中，系数“b”、“c”和“d”的值在整个股骨部件尺寸上是恒定的。然而，应当理解，在其他实施例中，系数值“b”、“c”和“d”可在整个股骨部件尺寸上改变。

在一些实施例中，髁表面1720还设计或被配置成使得髁表面1720在早期和中期屈曲范围内的曲率半径中的变化不太大或不太突然（例如曲率半径的变化程度与屈曲度变化的比率过大）。即，如果相邻弯曲表面区段1800、1802、1804、1806的曲率半径的比率过大，则可发生股骨部件1700的反常前向平移。像这样，通过将股骨部件1700的髁表面1720设计成使得下述比率都小于预定阈值：(i)远端曲率半径R1与弯曲表面区段1800的曲率半径R2的比率，(ii)曲率半径R2与弯曲表面区段1802的曲率半径R3的比率，(iii)曲率半径R3与弯曲表面区段1804的曲率半径R4的比率，以及(iv)曲率半径R4与弯曲表面区段1806的曲率半径R5的比率，可意外地减少或以其他方式延迟反常的前向滑动。

相应地，在一个具体实施例中，股骨部件1700的髁表面1720设计成使得曲率半径R2与曲率半径R1的比率介于约0.6和约0.7之间，曲率半径R3与曲率半径R2的比率介于约0.7和约1.0之间，曲率半径R4与曲率半径R3的比率介于约0.7和约1.15之间，并且曲率半径R5与曲率半径R4的比率介于约0.6和约0.9之间。例如，如图20所示，表2000限定对于一系列股骨部件尺寸1到10的每个曲率半径R1、R2、R3、R4、R5的长度。如表2000所示，股骨部件1700的每个尺寸1-10的每个曲率半径R1、R2、R3、R4、R5的长度可选择成使得曲率半径的比率落入预定边界。应当理解，在一些实施例中，曲率半径中的一些或全部在整个股骨部件尺寸1到10上可维持在基本上恒定的比值上。

股骨部件1700的髁表面1720的总体形状和设计已在上文关于股骨部件1700的单髁1704、1706进行描述。应当理解，在一些实施例中，股骨部件1700的两个髁1704、1706可以是对称的并具有相似的髁表面1720。然而，在其他实施例中，股骨部件1700的髁1704、1706可以是不对称的。例如，如图22所示，股骨部件1700可包括具有髁表面2150的第二髁1704、1706，所述髁表面2150部分由多个弯曲表面区段2200、2202、2204、2206限定。弯曲表面区段2200从更早的屈曲度θ6延伸到更后的屈曲度θ7。弯曲表面区段2202从屈曲度θ7延伸到更后的屈曲度θ8。弯曲表面区段2204从屈曲度θ8延伸到更后的屈曲度θ9。弯曲表面区段2206从屈曲度θ9延伸到更后的屈曲度θ10。髁表面2150还包括远端半径R6，所述远端半径R6经由弯曲表面区段2200逐渐过渡到曲率半径R7。另外，弯曲表面区段2202由曲率半径R8限定，弯曲表面区段2204由曲率半径R9限定，并且弯曲表面区段2206由曲率半径R10限定。

像这样，在其中髁1704、1706对称的实施例中，屈曲度θ6基本等于屈曲度θ1，屈曲度θ7基本等于屈曲度θ2，屈曲度θ8基本等于屈曲度θ3，屈曲度θ9基本等于屈曲度θ4，并且屈曲度θ10基本等于屈曲度θ5。另外，曲率半径R6基本等于曲率半径R1，曲率半径R7基本等于曲率半径R2，曲率半径R8基本等于曲率半径R3，曲率半径R9基本等于曲率半径R4，并且曲率半径R10基本等于曲率半径R5。此外，上述公式(4)的系数值“a”、“b”、“c”和/或“d”的集合对于两个髁基本相似。

然而，在其他实施例中，髁1704、1706是不对称的。像这样，屈曲度θ6可不同于屈曲度θ1。另外，屈曲度θ7可不同于屈曲度θ2，屈曲度θ8可不同于屈曲度θ3，屈曲度θ9可不同于屈曲度θ4，和/或屈曲度θ10可不同于屈曲度θ5。另外，在其中髁1704、1706不对称的实施例中，曲率半径R6可不同于曲率半径R1，曲率半径R7可不同于曲率半径R2，曲率半径R8可不同于曲率半径R3，曲率半径R9可不同于曲率半径R4，和/或曲率半径R10可不同于曲率半径R5。此外，上述公式(3)的系数值“a”、“b”、“c”和/或“d”的集合在髁表面1720和2150之间可以是不同的。

尽管在附图和上述说明中已详细地举例说明和描述了本公开，但此类图示和描述应视为示例性的而不是限制性的，应当理解的是，仅示出和描述了示例性的实施例，并且本发明精神范围内的所有改变和变型都应受到保护。

本公开的多个优点起于本文描述的设备和组件的多种特征。应当注意的是，本公开的设备和组件的可供选择的实施例可以不包括所有所述特征，但仍获益于此类特征的至少一些优点。本领域的普通技术人员可轻松设计出其自己的设备和组件的实施方式，所述设备和组件整合本发明特征中的一个或多个，并且落入如由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内。