JPS62501960A - ジョイント エンド・プロテ−ゼのためのセルフ・ロッキング式ステム要素 - Google Patents
ジョイント エンド・プロテ−ゼのためのセルフ・ロッキング式ステム要素Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ジヨイント エンド・プロテーゼのためのセルフ・ロッキング式ステム素
本発明はジヨイントエンド・プロテーゼのためのセルフ・ロッキング式ステム要
素、特にヒップ関節プロテーゼの大腿部要素のためのセルフ・ロッキング式ステ
ム要素に係るものである。
東匪旦直遣
ヒップ関節プロテーゼ(人工内装装具)の設計において20年以上も活発な研究
開発がなされてきたが、ステムがゆるんでしまうという問題に対して十分満足な
解決を見るに至っていない。それはいまだに長期にわたっての主要な難関である
。骨の集成に現在傾いていることはプロテーゼと骨との相互作用の唯一の、多分
小さい問題を提示している。
人工のヒップ関節のための大腿部の要素はドイツ特許3113898に開示され
ており、そこではステムは幾つかの係留ロッドにより形成され、それらのロッド
はカラーと一緒に1つの鋳造からつくられている。これらのロッドは骨の内側に
プラグにより押付けられ、それよりロックしている。この種の固定方式は挿入に
時間もかかり、困難であるばかりでなくジヨイント エンド・プロテーゼのステ
ム要素から骨の荷重転移を調整できない、不均衡なものとし、ステムの端で荷重
密度は高くなっている。
久1と4泊
特許を請求している発明は上記の問題点に解決を提供しているものである。容&
に挿入することができ、そして必要ならば容易に取外すことができ、ステムから
管状骨の髄管の内部皮質への荷重転移が制御された仕方で均一に分布させられる
ようにした、真のセルフ・ロッキング式ステム要素をどのように設計するかとい
う問題を本発明が解決している。
本発明によるジヨイント エンド・プロテーゼのためのセルフ・ロッキングステ
ム要素のステムの厚みは、生理的荷重がステムの要素にかかると、増大する。
本発明によるセルフ・ロッキングステム要素は、管状骨の髄管へ最適に適合する
ことと、皮質とステムとの間の界面における圧縮力と引張力とを、独立して、制
御された仕方でそして望まれているように徐々に、均一にステムが転移させてい
けることと、ステムを容易に取出せることとによって既知の構造とは異なってい
る。荷重転移の制御にとって主たる障害であるステムの屈曲スチフネスは本発明
によるステムの形状により何分の1にも減少している。
セルフ・ロッキングステムの要素は、圧縮荷重を転移する1つのローブと、引張
り荷重を転移する1つのローブとから成るのが好ましい。これら2つのローブは
管状骨の髄管の内壁に、2つのローブの相互接続構成体の作用によって、押付け
られるようになっており、その髄管内壁への押付けはセルフ・ロッキングステム
要素の屈曲時に生じる2つのローブの間の相対的な軸方向の変位が2つのローブ
間の距離を増大するようにして生ぜしぬられる。2つのローブを正しい位置に保
持する圧力を生じている接続構成体は、ステム要素に荷重が加えられ、そして2
つのローブが軸方向の位置において相互にずらされていくときにくさびとして作
用する。
図面の簡単な説明
添付図において、
第1図は従来技術のステム断面の略図である。
第2図は本発明によるステムの略図である。
第3図は本発明によるセルフ・ロッキング式ステム要素とジヨイント ヘッドと
からなるヒップ関節プロテーゼのための大腿部の断面図である。
第4図は内装した、従来のヒップ関節プロテーゼの大腿部要素の断面図である。
第5図は本発明による内装した大腿部要素の断面図と、線I−Iに沿うステムの
横断面図とである。
第6図は第5図の大腿部要素の拡大断面図であり、挿入の効果を示している。
第7図は自然の大腿部の曲率よりも大きい曲率の大腿部要素の断面図である。
第8図はハンマー具を装着した本発明による内装したステム要素の断面図である
。
第9図は本発明によるステム要素の断面図であり、そして中間ローブと横ローブ
との間の軸方向の動きの効果を説明している。
第10図はステムの中間ローブと横ローブとの間の相対的な軸方向の動餘を調整
する手段の斜視図である。
人工のヒップ関節の大腿部のステム要素としての好ましい用途について本発明を
更に詳しく説明する。勿論、この実施例は他の人工関節プロテーゼのステム要素
に容易に適用できる。
詳細な説明
第1(a)図はセルフ・ロッキング式ステムの要件をセットしている一般的なス
テムの設計を示している。
片持ち梁として壁20ヘステムを固定し、そして例えば曲げモーメント2による
荷重を加えたとする。曲げモーメント2による回転に抗するためステム1内に応
力が発生し、ステム1の下側4は圧縮され、上側5は引張られる。上側5と下側
4との間には中心軸3がある。上側と下側とは接続構成体6により相互に接続さ
れている。点A、B、Cは中心軸3に垂直に並んでいるとする。Hはステム1の
(負荷2の面における)厚みである。
さて、第1図(b)図に示す変形−したステムの形を考えてみる。中心軸3はい
わゆる弾性ラインを決める。
荷重がかかっているステムの厚みH3を弾性ライン3に垂直に測定する。動作荷
重(例えば曲げモーメント2)の下でステムの厚みを増大する、すなわちHlが
Hよりも大きくなるステムをセルフ・ロッキング式ステムと定義しておく。この
ことは簡単なビームによって満足されることはない。もしステム1が簡単なビー
ムであったらば、点AはA2へ、そして点BはB2へ動く。距離(A2.B2)
は距11i!i(A、B)に等しいままである。すなわち、ビームの厚みHは荷
重があっても変化しない。しかし、直ぐに判るように接続領域6は動作荷重がか
かるとステムの厚みを増大することとなるようにつくられている。点A、B、C
はそれぞれ位置AI、Bl、CIへ穆る。位置A1とB1との間の差と、もしス
テム1が簡単なビームであったら生じたであろう差、すなわちA2とB2との間
の差を利用して厚みHな増大する。
セルフ・ロッキングの、本文で確立した基準を満足する接続構成体6の好ましい
実施例を第2(a)図に示す。ステム1は管状骨10に挿入されたものとして示
されている。ステム1の荷重をうける端7に力8がかけられている。ステム1の
引張り側5と圧縮側4とを多数の支柱6が接続している。これらの支柱はステム
1の中心軸3に対して90度より小さい角度16だけ傾斜している。
第2(b)図は荷重8の下でのステム1と骨10との変形を示す。ステム1の引
張り側5は骨10から、矢13に示すように、引出そうとし、他方圧縮側4は、
矢14により示すように骨10の中へ入り込もうとする。こうなると矢9で示す
方向に支柱6を回転しようとし、矢15により示すように、骨10に半径方向の
押圧力を生じる。動作荷重による骨とステムとの間のこれらの接触応力はステム
係止の安定性を増大する。荷重はステム1から骨lOへその界面においてずれに
より伝えられる。すなわち、ステム1の側5から張力はその界面17において骨
lOの引張り側11へ伝えられ、圧縮はステム1の側4から骨10の圧縮側12
へ界面18において伝えられる。界面17と18における摩擦係数を高めるため
ステム1の該当面を特殊処理する、例えば砂吹きもしくはプラズマ噴射により粗
くする。
第3図はヒップの関節を取換える際の大腿部の側方要素の機能ステム1を示して
いる。プロテーゼヘッド21をプロテーゼネック22を介してステム1の近位の
、すなわち、身体の中心に近い方の部分7へ接続している。多数の支柱6により
ステム1の引張り側5へ圧縮側4を接続する。これらの支柱6はステムの中心線
3と角度16をなしている。この角度16は90度よりも小さい、角度は、半径
方向の応力15(第2(b)図)を最適なものとするため、ステム軸3に沿って
変化してもよい。ステム1の厚みHもステムの軸に沿って変化して大腿部の骨管
の自然な形に適合するようにしてもよい(第5図)。支柱6の間に孔24をステ
ムの厚みを通してあける。これらの孔24のすべて、又はあるものをシリコーン
ゴムのような弾性体で埋めて骨の内方成長(もしこれが生じると、必要な場合プ
ロテーゼを取除くのが非常に困難となる)を阻止する。のみを使えば身体の中心
により近い孔に到達できるが、もし望むならば、それらは骨が内方成長するよう
開いたままとしておくことができる。
第4図はヒッププロテーゼの従来の大腿部の要素を示している。ステム25は中
実断面である。それは種々の表面状態を呈しており、例えば溝をつけられていた
り、又は骨の内方成長のため多孔被膜を施していたりする。これらのステムの屈
曲スチフネスは骨lOの屈曲スチフネスに比して非常に高く、そしてプロテーゼ
から骨への荷重の転穆は十分ではなく、ステム25の近位(身体の中心へ近い)
部分26と遠位(身体の中心から遠い)部分27の周りに集中する。プロテーゼ
のヘッド21へ加えられる大きい動的荷重8はステム25と骨lOとの間に小さ
い運動を生じさせ、骨10の髄管23内での骨吸収を開始させる。
そして更に、プロテーゼステムの高い屈曲スチフネスは骨の「ストレス・シール
ド」となる。これは骨損失を生じ、そして関節取換えの長期予後に悪い働きをす
る。
第5図は近位の大腿骨lOに挿入した本発明の大腿部要素のステム1を示す。第
2(a)図の状態と一致していることに注意されたい、支柱6が接続している2
っのローブ(引張り5と圧縮4)から成るステム1の屈曲スチフネスは中実ステ
ムの屈曲スチフネスよりはるかに小さい。そのためこのステムは骨lOのストレ
スシールドを殆ど生じない、荷重転移は一様であり、そしてローブ4と5のそれ
ぞれの横断面28と29により調整できる。ヘッド21にかかる荷重8は圧縮成
分と引張り成分とに分けられ、そしてそれぞれ骨の適当な場所にかかる。半径方
向の応力15は動作荷重に関係しており、設計(ステム軸3に対する支柱の傾斜
16)により調整されることができる。筋力30が大きな大腿骨の***31へか
かる。この力は、関節力の大きさと方向とを決める主要因である。近位大腿部の
大部分は多孔質の骨32で埋められている。既に提案しているように、ステム1
の2.3のもしくはそれ以上の身体の中心に近い近位の孔24を開いたままにし
ておいてキャンセルする骨の内方成長33を許している。髄管23を裏打ちして
いるキャンセルする骨34の層がある。これはプロテーゼローブが骨10に接触
する所で取除かれるべきであり、すなわち界面17.18は皮質の骨の上にある
のが好ましい。断面1−Iで示されているように、骨34のある部分は残ってい
て、大腿部のその区域への手術後の給血を容易にしている。身体の中心から違い
遠位の孔24にはエラストマ35を充填して骨の内方成長を阻止する。
第6図は挿入したステムの拡大断面を示す。この挿入により界面17.18にあ
らかじめ負荷することとなる。これは、生理学上のとは反対の荷重がかけられる
ときステムの厚みが減少するという事実を利用することにより、可能となる。こ
のため屈曲モーメント37により支柱6を第6(b)図に示すように変形させる
。回転19によりステムの厚みは減少してH6となり、そして軸方向の力36を
かけると骨lOの中へ38で示す量だけ深くステムは入る。挿入負荷を取去ると
、界面17と18とに半径方向の予負荷15がつくられる。
第7図は、大腿部の対応区分よりもいくらかわん曲した本発明のステムを示す、
すなわち、ステムの中心線3の曲率半径は大腿部の中心線39よりも小さい、こ
のステムを管状骨の髄管に押し込むと、それは生理学的荷重により反対方向に屈
曲する。挿入は既に説明したように予負荷をつくる。圧縮ローブ4が張力により
予負荷され、そして張力ローブ5が圧縮により予負荷されていることに注意され
たい。これはステムの強度負荷は生理学的負荷と同じ符号であって、予負荷をそ
のように設計するのは注意深く行なわれなければならない。
ステム長の一部分だけにわたって曲率を異なるようにすれば足りる。特に、中間
側界面18aの近位部分の曲率が対応骨部分18bの曲率よりも大きければ、第
6図に示すようにプロテーゼを挿入して、その挿入に続くすべての界面において
良好な適合を得る。第8図に示すように幾らか横にしてハンマー打ちしてプロテ
ーゼを用意した孔に打ち込むと第6図に示す効果を生ずる。挿入具50を使って
ハンマー打ちの力52の横位置51を広げ、そして決めていく。プロテーゼヘッ
ド21を正しく受けるプロテーゼのコーナス53へ挿入具50を取付ける。挿入
具50の延長部54を通してプロテーゼへハンマー打ちの力が伝えられる。延長
部54はプロテーゼのステムの近位部分7にのる。
第9図は挿入と固定を容易とする別の設計の特徴を示す。ステムの部分7を横切
ってスロット40をつくる。このスロットにより中間ローブ4に対して横ローブ
5を軸方向に滑動させれる。挿入時に、矢41の方向に動かすとステム1の厚み
Hを減少する。矢42の方向に動かすことにより固定される。
第10図は動き41と42とを調整する手段の1つの設計を示す。近位ステムの
部分7の受孔47にブリッジ43を挿入する。この構成により、スロット40を
開かないようにしながらスロット40における平行運動をできるようにする。受
孔47内でのブリッジの垂直位置は、受は孔47の内筒部49のねじつき部分4
8にねじ込める4つのセットねじ44により調整される。ブリッジ43の円筒部
□ は透孔46を有しているので上から全部で4つのねじのキ一孔45にキーを
挿入できる。実際に、動き41.42を生じさせるため一方の側で上と下の両方
のセットねじを通してキーを挿入し、そしてそれらを−緒に回転してブリッジを
孔47内で上下させる。所望位置に達すると、上のねじをブリッジ43にしめつ
けて、それの位置を固定する。
(α)
FIGLJRE 1
(a)
(b)
FIGURE 2
FIGURE 3
FIGURE 5
FIGtJRE 7
FIGURE 8
FIGtJRE 9
FIGURE 10
国際調査報告
紬+、、lmm−^、、−−に、、PCT/EP 85100251ANNEX
To T::E INTERNATIONAL 5EARCHRE?ORT
ON
Claims (13)
- 1.生理学的荷重をステム要素1にかけるとステムの厚みが増大することを特徴 としたジョイントエンド・プロテーゼのためのセルフ・ロッキング式ステム要素 1。
- 2.管状骨10の髄管23の内側皮質に押しつけられるように予定されている中 間ローブ4と横ローブ5とをステムが有し、この中間ローブ4と横ローブ5とは 接続構成体6により相互接続されていて、ステム要素1の屈曲時に生じる2つの ローブ4、5問の相対的な軸方向の変位がこれら2つのローブ4、5の間の側面 中間距離を増大することを特徴とした請求の範囲1に記載のセルフ・ロッキング 式ステム要素1。
- 3.接続構成体6は、ステム要素に生理学的状態で荷重されたとき曲らないよう に設計されていることを特徴とした請求の範囲1又は2に記載のセルフ・ロッキ ング式ステム要素1。
- 4.接続構成体6の間の孔24に、少なくとも幾つかは、エラストマ35を充填 して骨の内方成長33を阻止するようにしたことを特徴とした請求の範囲1ない し3のいずれかに記載のセルフ・ロッキング式ステム要素1。
- 5.2つのローブ4、5の横断面は近位から遠位へ減少していくことを特徴とし た請求の範囲1ないし4のいずれかに記載のセルフ・ロッキング式ステム。
- 6.ステムの曲率が受けの管状骨10の曲率と少なくとも部分的に、一致してお らず、管状骨10の髄管23へのステム要素1の挿入時に内面に負荷をつくるよ うにしたことを特徴とした請求の範囲1ないし5のいずれかに記載のセルフ・ロ ッキング式ステム。
- 7.ステムの曲率が管状骨10の自然の髄管23の曲率よりも、好ましくは中間 ローブ4の中間側界面18aの近位部分においてのみ、大きいことを特徴とした セルフ・ロッキングステム要素1。
- 8.中間ローブ4と横ローブ5との間での調整された相対的な軸方向の変位の手 段40を段けたことを特徴とした請求の範囲1ないし7に記載のセルフ・ロッキ ング式ステム要素1。
- 9.ステム要素1の骨接触面を処理して、好ましくは砂吹き、多孔質層による被 覆又はプラズマ噴射により骨に対する界面のずれ抵抗を増大したことを特徴とす る請求の範囲1ないし8のいずれかに記載のセルフロッキング式ステム要素1。
- 10.接続構成体6を形成している複数の支柱がステムの中心軸3に対し90度 以下、好ましくは約75度の角度をなしており、好ましくは中心軸3に沿ってそ の角度は変化して半径方向の応力15を最適化することを特徴とした請求の範囲 1ないし9のいずれかに記載のセルフ・ロッキング式ステム要素1。
- 11.ステムが二またになっていて、一方のローブ4は圧縮荷重を転移し、そし て他方のローブ5は引張り荷重を転移するようにしたことを特徴とする請求の範 囲1ないし10のいずれかに記載のセルフ・ロッキング式ステム要素1。
- 12.管状骨10の髄管23に請求の範囲1ないし11のいずれかに記載のセル フ・ロッキング式ステム要素1を挿入するためのハンマー具50においてそれが ハンマー打ちの力52の横位置を決めることを特徴としたハンマー具50。
- 13.ヒップ関節プロテーゼの大腿部要素として請求の範囲1ないし11いずれ かに記載のセルフ・ロッキング式ステム要素1の使用。
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
PCT/EP1985/000251 WO1986006954A1 (en) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | Self-locking stemmed component for a joint endo-prosthesis |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62501960A true JPS62501960A (ja) | 1987-08-06 |
JPH043224B2 JPH043224B2 (ja) | 1992-01-22 |
Family
ID=8165039
Family Applications (1)
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