JP2000093440A - 骨係合リブを有する移植可能なプロテ―ゼ - Google Patents

骨係合リブを有する移植可能なプロテ―ゼ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 移植可能なプロテーゼ構成部品を提供する。 【解決手段】 上記プロテーゼ構成部品は大腿骨ステム
１０を含み、複数の骨係合リブ１２ａ乃至骨係合リブ１
２ｅを備えている。これらの複数のリブは移植の際に緻
密な網状組織の骨と係合できるような形状に形成されて
いる。さらに、これらのリブは所定の緻密な網状組織の
骨に係合することによって大腿骨の骨髄管内における最
適な固定を実現するための形状および間隔を有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は関節プロテーゼに関
し、特に、骨の骨髄管内に挿入可能な関節プロテーゼに
関する。
【０００２】
【従来の技術】関節形成は既知の外科手術処理であっ
て、当該処理によって病気および／または破損した自然
の関節がプロテーゼ関節に置き換えられる。関節形成は
一般に股、膝、肘等の関節において行われている。置換
される自然の関節の健康状態等の条件によって移植に必
要とされるプロテーゼの種類が決まる。股関節形成と
は、自然の大腿骨が切除されて大腿骨構成部品が骨髄管
の中に移植される外科手術処理をいう。全股関節形成に
おいては、自然の股臼が股臼構成部品に置換されて、こ
の股臼構成部品が大腿骨構成部品の頭部に関節面を与え
る。
【０００３】大腿骨構成部品の効果的な移植はプロテー
ゼ構成部品の適正な初期的固定と長期の安定性を必要と
する。骨髄管の中に大腿骨構成部品を固定する技法の一
例として、骨セメント材を使用する方法がある。しかし
ながら、既知の骨セメント材には幾つかの欠陥があるこ
とが知られている。例えば、移植したプロテーゼが経時
的に弛んで、結局、移植の外科手術的な修正が必要とな
る。
【０００４】圧入プロテーゼ構成部品の骨髄管内への固
定効果を高めるための別の試みとして、不均一に離間し
た段部のような移植部品上に形成した種々の表面形状部
の使用がある。このような表面形状部は骨に対する特定
の固定作用を有するが、プロテーゼ移植部品の全体的な
形状を有効で緻密な網状組織の（cancellous）骨に対し
て最適化することが困難である。例えば、大腿骨の基端
部における最も緻密な網状組織の骨は大腿骨の前側方部
および後側方部に概ね位置していることが知られてい
る。しかしながら、均一に離間するリブを有する移植部
品は網状組織の骨における骨の密度勾配を考慮していな
いので、初期的な移植固定を最適化することが難しい。
初期的な移植固定は骨と移植部品との間の動きを最小に
するために重要であり、これによって、骨が移植部品の
表面上に内部成長して長期の移植部品固定の可能性が高
まる。
【０００５】さらに、一部の大腿骨構成部品の外形形状
は、品質の高い緻密な網状組織の骨を移植部品に適合す
るために除去する必要がある。このことは除去される骨
よりも密度の低い網状組織の骨中に移植される表面形状
部にも起こり得る。加えて、一部の移植部品は皮質の骨
に一致するように形成されているので、あらゆる表面形
状部が網状組織の骨の密度に関係なく配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、骨の骨髄管
内に移植する際に緻密な網状組織の骨の中への最適な固
定を行なうための形状を備える骨係合リブの形態の表面
形状部を有するプロテーゼ構成部品を提供することが望
まれている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は固定特性を最適
化する全体的輪郭および表面形状を有する関節プロテー
ゼを提供する。なお、本発明を股プロテーゼの大腿骨構
成部品として主に図示しかつ説明するが、本発明が膝、
肘等の別の関節プロテーゼにも適用可能であることが理
解される。
【０００８】実施形態の一例において、大腿骨の骨髄管
内に移植するための人工の股大腿骨構成部品は大腿骨ス
テムの前方側および後方側に形成した複数の長手方向の
骨係合リブを備えている。これらのリブは所定密度の網
状組織の骨の中に最適に固定するように寸法決めおよび
離間されている。なお、リブの所望の形状、間隔および
数は網状組織の骨の密度プロファイルおよび移植寸法の
ような種々のファクターによって決めることができる。
実施形態の一例においては、少なくとも３個の長手方向
のリブがステムの表面状に形成されていて、これらの隣
接リブ間の間隔が一方向に増加している。これらのリブ
は初期的な移植固定を確実に行ない、移植部品の微小運
動を最小にして、移植部品から骨に対する負荷転移を助
長する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、以下の図面に基づく詳
細な説明によってより完全に理解される。なお、以下に
示す図面は本明細書において開示する概念を例示するも
のであって、本発明の理解を容易にするためのものと解
するべきである。さらに、これらの図面は寸法を特に設
定する必要はなく、本発明の範囲は、本明細書に図示し
かつ記載する実施形態における種々の構成部分における
相対的な寸法により限定されるものではない。
【００１０】図１は複数の骨係合リブ１２を有する股プ
ロテーゼ大腿骨構成部品またはステム１０の例示的な実
施形態を示している図である。この大腿骨構成部品１０
は患者の大腿骨の骨髄管の中に移植するのに適してい
る。以下に説明するように、リブ１２は大腿骨の骨髄管
の中の緻密な網状組織の骨の中における固定を最適にす
るように離間されかつ寸法付けられている。大腿骨構成
部品１０の全体形状は所定位置のリブ１２と緻密な網状
組織の骨との間の接触を最適化する。
【００１１】本明細書において使用する、「中央（medi
al）」、「側方（lateral）」、「前方（anterior）」
および「後方（posterior）」の相対的な位置および方
向は人体を基準にしている。さらに、股プロテーゼ大腿
骨構成部品との組合せにおいて使用する場合は、これら
の用語は患者に移植後の構成部品の方向について一般的
に言っている。しかしながら、これらの用語は相対的で
あり、本明細書に記載する股プロテーゼ大腿骨構成部品
以外のプロテーゼ構成部品の場合には異なることがあり
得る。
【００１２】大腿骨構成部品１０は上方または基端側部
分１４および下方または先端側部分１６を有している。
第１の平面１８（図１参照）は大腿骨構成部品１０を中
央部（中央側）２０および側方部（側方側）２２に分割
しており、第２の平面２４（図２および図３参照）はス
テム１０を前方部分（前方側）２６および後方部分（後
方側）２８に分割している。
【００１３】ネック部３０は大腿骨構成部品１０の基端
部１４から延出していて、ヘッドまたはボールジョイン
ト（図示せず）に係合するように構成されている。この
ヘッドジョイントは自然の股臼空孔部またはプロテーゼ
股臼構成部品の中に接合する。
【００１４】リブ１２はステム１０の前方部分２６およ
び後方部分２８の両方において当該大腿骨構成部品１０
の基端部１４に概ね位置するように示されている。しか
しながら、リブ１２は前方部分２６および後方部分２８
のいずれかまたは両方において形成することができるこ
とが理解できる。さらに、これらのリブ１２は大腿骨構
成部品１０の中央部２０および／または側方部２２に形
成できることが分かる。加えて、１個以上のリブ１２が
ステムのほぼ全長に渡って、あるいは、比較的短い距離
だけ延在することができる。
【００１５】一般に、リブ１２は大腿骨構成部品１０の
表面上に長手方向に延在して大腿骨の中の骨髄管内の最
も緻密な網状組織の骨の位置に相応する必要がある。患
者の大腿骨の中の最も緻密な網状組織の骨の位置はコン
ピュータ断層撮影（ＣＴ）または当該技術分野における
通常の熟練者により知られる他のシステムの補助によっ
て決定できる。このような情報は任意の患者に対応して
特化したプロテーゼをあつらえるために使用できる。
【００１６】従って、リブ１２の形状および間隔は、緻
密な網状組織の骨の中での固定を最適化するように変更
でき、骨への有効な負荷転移を可能にし、さらに、移植
部品の骨に対する微小運動を最小にする。リブ１２は、
骨係合端部(edge)１３を備えていれば、三角形、四辺形
および一般的な凸状形態を含む種々の断面形状を有し得
る。加えて、隣接するリブ同士は概ね平行にすることが
でき、また、僅かな、すなわち、１０°以下の角度を形
成するように方向付けることもできる。端部１３は連続
的であってもよく、また、別々の部分により形成するこ
ともできる。さらに、端部１３は一定の高さにすること
ができ、あるいは、一定のパターンまたは不規則にテー
パー状または波打ち状にすることもできる。なお、用語
の端部（edge）は、本明細書に使用する場合に、単一の
頂上部および多数個の頂上部を含むものをいう。図１乃
至図８、特に、図４乃至図６に示す実施形態において
は、リブ１２は三角形の断面を有していて、端部の高さ
は先端側に減少している。
【００１７】図８に示すように、各リブ１２は中央側面
部３４および側方側面部３６を有しており、これらは交
叉して端部または頂上部１３を形成しており、隣接する
リブ１２は溝３８によって分離されている。リブ１２の
端部１３は緻密な網状組織の骨に係合して骨髄管の中に
大腿骨構成部品を固定するのに有効に作用する。なお、
上記の中央側面部３４、側方側面部３６または溝３８の
部分を表面模様付き（textured）にすれば、骨の内部成
長を助長できることが理解できる。
【００１８】当該技術分野における通常の熟練者であれ
ば、リブ１２が種々のパラメータにより決められること
が分かる。例えば、中央側面部３４と側方側面部３６と
によって形成される角度Ａは約５°乃至約９０°の範囲
で変えることができる。この角度Ａは移植部品と骨との
間の運動を最小にするように最適化できる。実施形態の
一例においては、角度Ａは約６０°である。
【００１９】また、リブ１２の高さＨは約１ミリメート
ル乃至約６ミリメートルの範囲にすることができる。こ
の高さは皮質の骨の中に侵入することなく移植部品の移
動を最小にするように最適化できる。実施形態の一例に
おいては、このリブ１２の高さＨをステム１０の長さに
沿って変えて、緻密な網状組織の骨との最良の固定また
は接触を実現するようにできる。さらに、高さ（Ｈ）を
隣接するリブの間で変えることができる。図１乃至図８
に示す実施形態においては、高さＨはステム１０の基端
１４ａの近くで最大で、先端方向に徐々に減少してい
る。
【００２０】また、ステム１０上に形成したリブ１２の
間隔および数もまた緻密な網状組織の骨の中での固定を
最適化するように変更できる。なお、本明細書で使用す
る用語の「間隔（spacing）」は隣接するリブ１２の端
部１３の間の距離をいう。実施形態の一例においては、
このリブ１２の間隔は中央側方向に増加している。すな
わち、中央のリブ１２ａおよび中央のリブ１２ｂの間隔
ＳＭは側方のリブ１２ｄおよび側方のリブ１２ｅの間の
間隔ＳＬよりも大きい（図７参照）。例示の実施形態に
おいては、これらのリブ１２の間隔は約２ミリメートル
乃至約７ミリメートルの範囲で変更できる。
【００２１】ステム表面上に形成したリブ１２の数は、
骨の密度、移植部品の寸法およびリブのピッチのような
多数のファクターによって変更可能である。このリブ１
２の数は３個のリブから比較的大きな大腿骨用の約７個
のリブまで変更可能である。図１乃至図８に示す実施形
態においては、大腿骨構成部品１０は５個のリブ１２a
乃至リブ１２ｅを有している。
【００２２】さらに、リブ１２の長さも変更可能であ
る。図１乃至図８に示す実施形態の一例においては、５
個のリブ１２ａ乃至リブ１２ｅがステム１０の前方部分
２６および後方部分２８のそれぞれに形成されている。
３個の中間リブ１２ｂ乃至中間リブ１２ｄはステム１０
の基端部１４ａからステム１０の中間部１５近くまで延
在しており、最も中央側のリブ１２ａおよび最も側方側
のリブ１２ｅは中間リブ１２ｂ乃至中間リブ１２ｄより
も短い距離で延在している。すなわち、最も中央側のリ
ブ１２ａ（図７参照）は基端１４ａからステム全長の約
４分の１の点まで延在しており、最も側方側のリブ１２
ｅはステム全長の約３分の１の長さで延在している。こ
の長さは、ステムが沈下または落ち込んだ場合に大腿骨
のクラッキングの可能性を最小にしてステムから骨への
捩れ負荷の転移を最大にするように最適化する必要があ
る。
【００２３】なお、ステム１０の前方部分２６に形成し
たリブ１２は後方部分２８に形成したリブ１２に対して
ほぼ対称にすることができ、また、これらを非対称にす
ることも可能であることが理解できると考える。この非
対称な前方／後方のリブ間隔は異なる骨の密度における
固定特性を最適化することに適している。すなわち、前
方部分２６に形成したリブは第１の密度を有する前方の
網状組織の骨に対して最適化でき、後方部分２８に形成
したリブは第２の密度を有する後方の網状組織の骨に対
して最適化できる。なお、図１乃至図８の実施形態にお
いては、これらの前方のリブおよび後方のリブは概ね対
称である。
【００２４】患者の骨髄管の中に大腿骨ステムを移植す
る前に、患者の大腿骨をＣＴ走査システムで調べて網状
組織の骨の密度プロファイルを確認する。例えば、骨の
密度は２ミリメートルのフレームで大腿骨の３分の１の
基端側において決定できる。大腿骨構成部品１０の外側
の輪郭およびリブ形状は所定の網状組織の骨の中におけ
る骨係合リブ１２の位置決めを容易にする。さらに、大
腿骨構成部品１０およびリブ１２を緻密な網状組織の骨
の中に移植することによって、最適な初期的固定、骨へ
の好適な負荷転移、および最小の微小運動が達成され
る。また、最適なリブ形状によって、軸方向または捩れ
の負荷が加えられる時に、骨と移植部品との間の境界部
分における微小運動が最小になる。なお、骨の内部成長
を助長するためには、この微小運動を約５０マイクロイ
ンチよりも小さくする必要がある。
【００２５】別の実施形態においては、プロテーゼ構成
部品システムは大腿骨ステムのような複数の構成部品を
備えており、各構成部品は特定の外形およびリブ形状を
有している。大腿骨構成部品の形状は多くの患者のプロ
ファイルにより蓄積された骨の密度に関する情報に基づ
いて形成できる。この情報により、種々の寸法の移植部
品が形成でき、これらの移植部品の１個を選択すること
によって大半の患者に最適な固定特性を提供することが
できるようになる。それゆえ、ＣＴ走査処理を行なって
患者の骨の密度プロファイルを得た後に、その骨の密度
情報および骨の寸法に基づいて適当な構成部品が選択さ
れる。大腿骨は選択された大腿骨ステムを受容するよう
に調整されて、当該ステムを所定密度の網状組織の骨の
中に移植して最適な固定特性を達成できるようにする。
【００２６】図１乃至図８に示す特定の実施形態の一例
においては、大腿骨構成部品１０に５個のリブ１２ａ乃
至リブ１２ｅが形成されている。ステム１０の全体の寸
法はネック部を含まない約１７０ミリメートルの長さを
含む。また、ステム１０の幅Ｗ（中央方向−側方方向、
図６参照）および深さＤ（前方方向−後方方向）は当該
ステム１０の先端側からその基端１４ａにかけて増加し
ている。なお、幅Ｗは先端部において約１０ミリメート
ルであり、切断線６−６において約１６ミリメートル、
切断線５−５において約２０ミリメートル、さらに切断
線４−４において約４２ミリメートルである。一方、深
さＤは先端部において約７ミリメートルであり、切断線
６−６において約９ミリメートル、切断線５−５におい
て約１１ミリメートル、さらに切断線４−４において約
１８ミリメートルである。
【００２７】５個のリブ１２は約８０ミリメートルの長
さの中間リブ１２ｂ乃至中間リブ１２ｄと、約４０ミリ
メートルの長さの最も中央側のリブ１２ａおよび約５５
ミリメートルの長さの最も側方側のリブ１２ｅを含む。
これらのリブ１２ａ乃至リブ１２ｅはステム１０の基端
部１４ａから延出している。
【００２８】これらのリブ１２ａ乃至リブ１２ｅは切断
線４−４の近傍において約２．０ミリメートルの幅Ｂ
（図８参照）を有している。また、この幅Ｂは徐々に減
少して切断線５−５においては約０．５ミリメートルに
なっている。このようにすることによって、基端側の負
荷における捩れ負荷の転移を最大にすることができ、こ
れによって、基端側の骨が吸収（resorption）される可
能性が少なくなって長期の移植固定の可能性が増加す
る。
【００２９】隣接するリブ１２の間隔は中央部に向って
増加しており、端部から端部の間で計測した場合に、隣
接リブの間隔は約５．１ミリメートル（１２ａ，１２
ｂ）、約４．８ミリメートル（１２ｂ，１２ｃ）、約
４．３ミリメートル（１２ｃ，１２ｄ）および約３．８
ミリメートル（１２ｄ，１２ｅ）である。また、リブ１
２の高さＨは約１．７ミリメートルである。
【００３０】当該技術分野における熟練者であれば、上
記の実施形態に基づいて本発明のさらに別の特徴および
利点を知得することが可能である。従って、本発明は、
特許請求の範囲における各請求項ならびに以下に記載す
る各実施態様を除いて、特定的に図示および記載したも
のによりその範囲が限定されるものではないと解するべ
きである。なお、本明細書において引用した全ての刊行
物および文献の内容全体を本明細書において参考文献と
して含むものとする。
【００３１】本発明の具体的な実施態様は以下の通りで
ある。 （１）前記第１のリブおよび第２のリブが互いに平行で
ある請求項１に記載のプロテーゼ構成部品。 （２）前記第１のリブおよび第２のリブの長さが異なる
請求項１に記載のプロテーゼ構成部品。 （３）前記プロテーゼ構成部品が股プロテーゼの大腿骨
構成部品である請求項１に記載のプロテーゼ構成部品。 （４）前記第２のリブが前記第１のリブよりも側方側に
ある実施態様（３）に記載のプロテーゼ構成部品。 （５）前記第１の間隔および第２の間隔が約４ミリメー
トル乃至約６ミリメートルの範囲で変化する請求項１に
記載のプロテーゼ構成部品。
【００３２】（６）前記複数のリブがそれぞれそのリブ
の頂上部により形成される骨係合端部を有している請求
項１に記載のプロテーゼ構成部品。 （７）前記骨係合端部がプロテーゼ構成部品の長さに沿
って増大する高さを有している実施態様（６）に記載の
プロテーゼ構成部品。 （８）前記高さがプロテーゼ構成部品の基端部から先端
部にかけて減少している実施態様（７）に記載のプロテ
ーゼ構成部品。 （９）前記複数のリブがそれぞれ約０．５ミリメートル
乃至約５．０ミリメートルの範囲の高さを有している請
求項１に記載のプロテーゼ構成部品。 （１０）前記第１のリブが前記第２のリブの高さとは異
なる高さを有している請求項１に記載のプロテーゼ構成
部品。
【００３３】（１１）前記複数のリブがそれぞれほぼ三
角形の断面を有している請求項１に記載のプロテーゼ構
成部品。 （１２）前記複数のリブがさらに第４のリブおよび第５
のリブを含み、第１のリブ、第２のリブ、第３のリブ、
第４のリブおよび第５のリブの少なくとも１個が前記本
体部の一端から当該本体部の全長の約２分の１の点まで
延在している実施態様（９）に記載のプロテーゼ構成部
品。 （１３）前記プロテーゼ構成部品が股プロテーゼの大腿
骨構成部品であり、前記リブが前記本体部の前方部分に
形成されている請求項１に記載のプロテーゼ構成部品。 （１４）さらに、リブが前記本体部の後方部分に形成さ
れている実施態様（１３）に記載のプロテーゼ構成部
品。 （１５）さらに、前記ステムの後方側に形成された第２
の複数のリブを備えており、当該第２の複数のリブが前
記ステムの長手軸にほぼ平行に延在している請求項２に
記載の大腿骨ステム構成部品。
【００３４】（１６）前記第２の複数のリブにおいて隣
接するリブが中央側方向に増大する間隔を有している実
施態様（１５）に記載の大腿骨ステム構成部品。 （１７）前記第１の複数のリブおよび第２の複数のリブ
が概ね対称である実施態様（１５）に記載の大腿骨ステ
ム構成部品。 （１８）前記第１の複数のリブおよび第２の複数のリブ
が概ね非対称である実施態様（１５）に記載の大腿骨ス
テム構成部品。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
骨髄管内に移植する際に緻密な網状組織の骨の中への最
適な固定を行なうための形状を備える骨係合リブの形態
の表面形状部を有するプロテーゼ構成部品が提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う股プロテーゼ大腿骨構成部品の前
面図である。
【図２】図１の大腿骨構成部品の側方側についての側面
図である。
【図３】図１の大腿骨構成部品の中央側についての側面
図である。
【図４】図１の大腿骨構成部品における線４−４に沿う
断面図である。
【図５】図１の大腿骨構成部品における線５−５に沿う
断面図である。
【図６】図１の大腿骨構成部品における線６−６に沿う
断面図である。
【図７】図１の大腿骨構成部品の上面図である。
【図８】図７の大腿骨構成部品の線８−８に沿う一部分
の詳細図である。
【符号の説明】
１０ 股プロテーゼ大腿骨構成部品（ステム） １２ 骨係合リブ
フロントページの続き (72)発明者 アルフレッド・エフ・デカーロ アメリカ合衆国、06903 コネチカット州、 スタンフォード、ノース・メドウズ・レー ン 61 (72)発明者 ブルース・カリリ アメリカ合衆国、02167 マサチューセッ ツ州、チェスナット・ヒル、ハモンド・ポ ンド・パークウェイ 26

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面および長手軸を有する細長い本体部
    と、 前記本体部の表面に形成されて前記本体部の長手軸にほ
    ぼ平行に延在する複数のリブとから成り、当該複数のリ
    ブが、 第１のリブと、 当該第１のリブに隣接する第２のリブと、 当該第２のリブに隣接する第３のリブを備えており、第
    １のリブおよび第２のリブの間の第１の間隔が第２のリ
    ブおよび第３のリブの間の第２の間隔よりも大きいこと
    を特徴とする移植可能なプロテーゼ構成部品。
  2. 【請求項２】 基端および先端、長手軸、および前方側
    および後方側を有するステムと、 前記ステムの長手軸にほぼ平行に前記ステムの前方側に
    おけるある長さの部分に沿って形成された第１の複数の
    ほぼ平行なリブとから成り、当該複数のリブにおいて隣
    接するリブの間の間隔が中央側方向に増加していること
    を特徴とする股プロテーゼ大腿骨ステム構成部品。
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