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

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)

【特許請求の範囲】
1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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。