ISO 22622:2019 手術用インプラント—足首関節全置換術の摩耗—荷重または変位制御を備えた摩耗試験機の荷重および変位パラメータ、および対応する試験環境条件 | ページ 5

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

3 用語と定義

この文書の目的上、次の用語と定義が適用されます。

ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。

3.1

距骨コンポーネント

距骨に取り付けられた総足関節プロテーゼコンポーネント

注記 1: ベアリングに対して関節運動するコンポーネント (図 1 を参照)

3.2

脛骨コンポーネント

脛骨に取り付けられた総足首関節プロテーゼコンポーネント

3.3

ベアリング

脛骨コンポーネントと距骨コンポーネントの両方の表面と関節運動することを目的とした総足首関節プロテーゼコンポーネント

注記 1:上位座面は脛骨の内旋/外旋をサポートし、下位座面は距骨の底屈/背屈をサポートします (図 1 を参照)

3.4

前額面

インプラントの内外方向にある平面

注記 1:図 1 の G を参照。

3.5

矢状面

前額面に垂直な面

注記 1:図 1 の H を参照。

3.6

距骨底屈/背屈の回転

内側/外側軸を中心とした人工足関節全体の距骨コンポーネントの角運動

注記 1:足底/背屈の回転は、人工足関節全体が 基準位置 (3.13) にある場合はゼロとみなされ、距骨コンポーネントが背屈 (+ve) にある場合は正、距骨コンポーネントが背屈している場合は負と見なされます。コンポーネントは底屈しています (図 1 を参照)

3.7

底屈/背屈テスト軸

脛骨コンポーネントに対する距骨コンポーネントの公称回転軸

注記 1:図 1 の 5 を参照。

注記 2:試験軸は、内側/外側軸に平行で、メーカーが提供する底屈/背屈距骨の設計軸と脛骨コンポーネントの内旋/外旋軸の両方と交差する線です (図 2 を参照) )。

注記 3:距骨底/背屈設計軸が水平の場合、この軸は底/背屈試験軸として使用されます。

図 1 —左人工足関節の場合に示された、力と動きの符号規則

Key

1距骨コンポーネント
2ベアリング
3脛骨コンポーネント
4脛骨コンポーネントの内外回転軸、軸力軸
5底屈/背屈テスト軸
6軸力(脛骨コンポーネントにかかる)
7脛骨コンポーネントによる AP の変位、脛骨コンポーネントにかかる AP 力
8脛骨コンポーネントの内外旋、脛骨回転トルク
9距骨底屈/背屈の回転
A後部
B内側
C横方向
D前部
E優れた
F劣った
G前額面
H矢状面

図 2 —底屈/背屈テスト軸

Key

1距骨コンポーネント
2脛骨コンポーネントの内外回転軸
3距骨底屈・背屈設計軸
4底屈/背屈テスト軸
A内側
B横方向
C劣った
D優れた

3.8

前方後方(AP)変位

軸力軸に垂直な矢状面における脛骨コンポーネントの変位

注記 1: AP は、Anterior Postterior の略語です。

注記 2: 変位は、人工足関節全体が 基準位置 (3.13) にあるときはゼロとみなされ、脛骨コンポーネントが前方位置に移動したときは正 (+ve) とみなされます (図を参照) 1)

3.9

前方後力 (AP)

軸力軸に垂直な矢状面内の脛骨コンポーネントに加えられる力

注記 1: AP は、Anterior Postterior の略語です。

注記 2:力は、人工足関節全体が 基準位置 (3.13) にあるときはゼロとみなされ、力が足関節の後方から前方向に作用するときは正 (+ve) とみなされる。脛骨コンポーネント (図 1 を参照)

3.10

脛骨の内外旋

軸力軸を中心とした全人工足関節の脛骨コンポーネントの回転

注記 1:脛骨の回転は、人工足関節全体が 基準位置 (3.13) にあるときにゼロとみなされ、脛骨コンポーネントが内旋するときに正 (+ve) とみなされます (図 1 を参照)

3.11

軸力

脛骨軸に平行な方向に人工足関節に加えられる垂直力

注記 1:脛骨コンポーネントが距骨コンポーネントに向かって荷重がかかる場合、軸力は正 (+ve) であると見なされます (図 1 を参照)

3.12

軸力軸

脛骨コンポーネントの内側-外側幅の中心にある、人工足関節の脛骨コンポーネント上の点を通過するために取られる軸力の垂直作用線

注記 1:図 1 の 4 を参照。

注記 2:軸力軸は脛骨コンポーネントの回転軸と一致します。

3.13

基準位置

距骨コンポーネントに対する脛骨コンポーネントの角度的および直線的な位置合わせ。これにより、軸力軸に沿って加えられる正の軸力によって距骨コンポーネントに負荷がかかったときに、距骨ベアリング上の最近位点で脛骨コンポーネントの静的平衡が得られます。脛骨支持面の最高点にある表面

注記 1:基準位置は、生体内での距骨底屈・背屈 0°の位置に相当します。

注記 2:基準位置を決定する目的では、脛骨コンポーネントと距骨コンポーネントの間の摩擦の影響は無視されます。

注記 3:基準位置は、脛骨面と距骨面の三次元形状に基づいて幾何学的計算により決定することができる。これらの計算の目的のために、脛骨および距骨の表面の形状は、設計データから、または未装着の全人工足関節の座標測定から取得できます。

注記 4:脛骨支承コンポーネントの適度に拘束された設計または平坦な設計では、脛骨支承面の最下点は、明確な最下点が存在しないように、前後位置の広い (平坦な) 範囲に及ぶ可能性があります。このような状況では、この基準位置の定義は適用できません。このような状況では、プロテーゼの製造業者に相談して、どの中立位置を設定すべきかを決定する必要があり、これを試験報告書に詳細に記載する必要があります。

3.14

脛骨軸

脛骨の公称長手方向軸。脛骨近位部の髄腔の中心軸に相当する。

3.15

脛骨コンポーネントの回転トルク

軸力軸の周りで人工足関節の脛骨コンポーネントに加えられるトルク

注記 1:脛骨コンポーネントの回転トルクは、脛骨コンポーネントが内部で回転する場合、正 (+ve) とみなされます (図 1 を参照)

3.16

逆位置

人工足関節全体の逆向き

注記 1: ISO 14243-1 および ISO 14243-3 に従って膝シミュレーターで全足関節プロテーゼのテストを可能にするには、インプラントの逆位置が必要です (図 3 を参照)

注記 2:図 2 に示されている符号規則は、情報提供を目的としています。

図 3 —左人工足関節 (反転位置) について示された、力と動きの符号規則

Key

1距骨コンポーネント
2ベアリング
3脛骨コンポーネント
4脛骨コンポーネントの回転軸、軸力軸
5底屈/背屈テスト軸
6軸力(脛骨コンポーネントにかかる)
7脛骨コンポーネントによる AP の変位、脛骨コンポーネントにかかる AP 力
8脛骨コンポーネントの内外旋、脛骨回転トルク
9距骨底屈/背屈の回転
A後部
B内側
C横方向
D前部
E劣った
F優れた
G前額面
H矢状面

参考文献

1Reinders J, von Stillfried F, Altan E, Sonntag R, Heitzmann DW, Kretzer JP, 足関節全置換術の力制御動的摩耗試験。アクタバイオメーター 2015 年 1 月;12:332−4
2Smyth A, Fisher J, Suñer S, Brockett C, 足関節全置換術の摩耗に対する運動学の影響。生体力学のジャーナル。 2017, 53:105−110
3Richard N.、Stauffer, Edward YS Chao, Robert C. Brewster: 正常な足首、疾患のある足首、および人工足首の力と運動の分析。臨床整形外科および関連研究 1977, 127: 189−196
4ISO 14243-1, 手術用インプラント — 人工膝関節補綴物の摩耗 — Part 1: 荷重制御を備えた摩耗試験機の荷重および変位パラメータ、および試験に対応する環境条件
5ISO 14243-3, 手術用インプラント — 人工膝関節人工装具の摩耗 — Part 3: 変位制御を備えた摩耗試験機の荷重および変位パラメータおよび対応する試験環境条件
6Carol J.、Bell, John Fisher: 人工足関節におけるポリエチレンの摩耗のシミュレーション。生物医学材料研究ジャーナルPart B: 応用生物材料 2007, 81(1): 162-167

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

3.1

talar component

total ankle-joint prosthesis component attached to the talus

Note 1 to entry: Component that articulates against the bearing (see Figure 1).

3.2

tibial component

total ankle-joint prosthesis component attached to the tibia

3.3

bearing

total ankle-joint prosthesis component intended for articulating with both tibial component and talar component surfaces

Note 1 to entry: The superior bearing surface supports the tibial internal/external rotation, and the inferior bearing surface supports the talar plantar/dorsiflexion (see Figure 1).

3.4

frontal plane

plane that lies in the medial-lateral direction of the implant

Note 1 to entry: See G in Figure 1.

3.5

sagittal plane

plane that lies perpendicular to the frontal plane

Note 1 to entry: See H in Figure 1.

3.6

talar plantar/dorsiflexion rotation

angular movement of the talar component of the total ankle joint-prosthesis about a medial/lateral axis

Note 1 to entry: The plantar/dorsiflexion rotation is considered to be zero when the total ankle-joint prosthesis is in the reference position (3.13) , is positive when the talar component is in dorsiflexion (+ve) and is negative when the talar component is in plantarflexion (see Figure 1).

3.7

plantar/dorsiflexion test axis

nominal axis of rotation of the talar component relative to the tibial component

Note 1 to entry: See 5 in Figure 1.

Note 2 to entry: The test axis is the line parallel to the medial/lateral axis, and intersecting with both the plantar/dorsiflexion talar design axis provided by the manufacturer and the axis of internal/external rotation of the tibial component (see Figure 2).

Note 3 to entry: When the talar plantar/dorsiflexion design axis is horizontal, this axis is used as plantar/dorsiflexion test axis.

Figure 1 — Sign convention for the forces and motions, shown for a left total ankle joint-prosthesis

Key

1talar component
2bearing
3tibial component
4axis of internal/external rotation for the tibial component, axial force axis
5plantar/dorsiflexion test axis
6axial force (on the tibial component)
7AP displacement by the tibial component, AP force on the tibial component
8tibial component internal/external rotation, tibial rotation torque
9talar plantar/dorsiflexion rotation
Aposterior
Bmedial
Clateral
Danterior
Esuperior
Finferior
Gfrontal plane
Hsagittal plane

Figure 2 — Plantar/dorsiflexion test axis

Key

1talar component
2axis of internal/external rotation for the tibial component
3talar plantar/dorsiflexion design axis
4plantar/dorsiflexion test axis
Amedial
Blateral
Cinferior
Dsuperior

3.8

anterior posterior (AP) displacement

displacement of the tibial component in the sagittal plane perpendicular to the axial force axis

Note 1 to entry: AP is an abbreviation for anterior posterior.

Note 2 to entry: The displacement is considered to be zero when the total ankle-joint prosthesis is in the reference position (3.13) and is considered to be positive (+ve) when the tibial component is moved to an anterior position (see Figure 1).

3.9

anterior posterior (AP) force

force applied to the tibial component in the sagittal plane perpendicular to the axial force axis

Note 1 to entry: AP is an abbreviation for anterior posterior.

Note 2 to entry: The force is considered to be zero when the total ankle joint-prosthesis is in the reference position (3.13) and is to be considered to be positive (+ve) when it acts from posterior to an anterior direction on the tibial component (see Figure 1).

3.10

tibial internal/external rotation

rotation of the tibial component of the total ankle-joint prosthesis about the axial force axis

Note 1 to entry: The tibial rotation is considered to be zero when the total ankle-joint prosthesis is in the reference position (3.13) and is considered to be positive (+ve) when the tibial component rotates internally (see Figure 1).

3.11

axial force

normal force applied to the ankle-joint prosthesis in a direction parallel to the tibial axis

Note 1 to entry: The axial force is considered to be positive (+ve) when the tibial component is loaded towards the talar component (see Figure 1).

3.12

axial force axis

vertical line of action of the axial force taken to pass through a point on the tibial component of the total ankle-joint prosthesis which is in the centre of the medial-lateral width of the tibial component

Note 1 to entry: See 4 in Figure 1.

Note 2 to entry: The axial force axis coincides with the axis of rotation for the tibial component.

3.13

reference position

angular and linear alignment of the tibial component relative to the talar component which gives static equilibrium of the tibial component when it is loaded against the talar component by a positive axial force applied along the axial force axis, with the most proximal points on the talar bearing surface resting on the highest points on the tibial bearing surface

Note 1 to entry: The reference position is equivalent to the position of 0° talar plantar/dorsiflexion in vivo.

Note 2 to entry: For the purpose of determining the reference position, the effect of friction between the tibial and talar components is ignored.

Note 3 to entry: The reference position can be determined by geometrical calculations based on the three dimensional form of the tibial and talar surfaces. For the purpose of these calculations, the form of the tibial and talar surfaces can be taken either from design data or from co-ordinate measurements of an unworn total ankle-joint prosthesis.

Note 4 to entry: In a moderately constrained or flat design of tibial bearing component the lowest points on the tibial bearing surface can span a large (flat) range of anterior-posterior positions, such that there is no distinct lowest point. In such a situation, this definition of reference position cannot apply. In such situations, the prosthesis manufacturer should be consulted to decide what neutral position should be set and this should be noted in detail in the test report.

3.14

tibial axis

nominal longitudinal axis of the tibia, corresponding to the central axis of the medullary cavity of the proximal tibia

3.15

tibial component rotational torque

torque applied to the tibial component of the total ankle-joint prosthesis around the axial force axis

Note 1 to entry: The tibial component rotational torque is considered to be positive (+ve) when it rotates the tibial component internally (see Figure 1).

3.16

inverted position

inverted orientation of the total ankle joint-prosthesis

Note 1 to entry: To enable testing of a total ankle joint-prosthesis in a knee simulator according to ISO 14243-1 and ISO 14243-3 an inverted position of the implant is required (see Figure 3).

Note 2 to entry: The sign convention shown in Figure 2 is for informative purpose.

Figure 3 — Sign convention for the forces and motions, shown for a left total ankle joint-prosthesis (inverted position)

Key

1talar component
2bearing
3tibial component
4axis of rotation for the tibial component, axial force axis
5plantar/dorsiflexion test axis
6axial force (on the tibial component)
7AP displacement by the tibial component, AP force on the tibial component
8tibial component internal/external rotation, tibial rotation torque
9talar plantar/dorsiflexion rotation
Aposterior
Bmedial
Clateral
Danterior
Einferior
Fsuperior
Gfrontal plane
Hsagittal plane

Bibliography

1Reinders J, von Stillfried F, Altan E, Sonntag R, Heitzmann DW, Kretzer JP, Force-controlled dynamic wear testing of total ankle replacements. Acta Biomater. 2015 Jan;12:332−40.
2Smyth A, Fisher J, Suñer S, Brockett C, Influence of Kinematics on the Wear of a Total Ankle Replacement. Journal of Biomechanics. 2017, 53:105−110
3Richard N., Stauffer, Edward Y. S. Chao and Robert C. Brewster: Force and Motion Analysis of the Normal, Diseased, and Prosthetic Ankle. Clinical Orthopaedics & Related Research. 1977, 127: 189−196
4ISO 14243-1, Implants for surgery — Wear of total knee-joint prostheses — Part 1: Loading and displacement parameters for wear-testing machines with load control and corresponding environmental conditions for test
5ISO 14243-3, Implants for surgery — Wear of total knee-joint prostheses — Part 3: Loading and displacement parameters for wear-testing machines with displacement control and corresponding environmental conditions for test
6Carol J., Bell, John Fisher: Simulation of Polyethylene Wear in Ankle Joint Prostheses. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. 2007, 81(1): 162-167