JP2007275273A - 人工指関節 - Google Patents

Abstract

【課題】ダメージを受けた指関節に置換される人工指関節であり、生体指関節に近い動きをさせながらも、患者特有の動きによってスムーズに屈伸できるようにする。
【解決手段】中手骨１に挿入されるステム５の先端にヘッド６を形成した中手骨部材２と、基節骨３に挿入されるステム８の先端にヘッドを上下に回動可能に収受するソケット９を形成した基節骨部材４とからなる人工指関節において、ソケットをヘッド側が開口した弱半筒体にする他、ヘッドの後方に上下に貫通する窓７を形成し、ソケットの上下にヘッドの外周に添い、かつ、屈曲時に窓に挿入して屈曲を増すに従って窓との間隙が漸小して零になる角１０を形成したことを特徴とする人工指関節。
【選択図】図１

Description

本発明は、中手骨と基節骨との間に形成される中手指節間関節（ＭＰ関節）に代表される指関節に置換される人工指関節に関するものである。

リウマチや外傷等によって指関節機能が失われると、人工指関節に置換することが行なわれている。生体指関節の屈伸は、掌側に存在する掌側板、甲側に存在する伸筋腱、両側方に存在する側副靱帯といった靱帯や腱からなる軟部組織で制御される。この生体指関節の動きを見てみると、中手骨と基節骨とを伸展させたとき（伸展位）、後者が前者に対して左右方向に屈曲ができることで、側方動揺性と称されるものである。伸展位のときには、掌側板、伸筋腱、側副靱帯がバランスされており、これによって側方動揺性が派生するとされている。

そして、基節骨を中手骨に対して屈曲させたとき（屈曲位）には、側方動揺性は規制されるようになっている。これは、中手骨の骨頭は、屈曲位側で曲率半径が大きくなっており、屈曲位をとったときには、この曲率半径の違いによって側副靭帯が緊張し、その結果、側方揺動性が規制されるとされている。したがって、人工指関節も、この生体指関節と同じ動きをするものが好ましいということになる。

ところが、人工指関節に置換せざるを得ないリウマチ患者等では、関節を構成する骨頭や関節面及び軟部組織がダメージを受けており、上記した生体指関節の動きができない場合が多い。多くは、完全な伸展位にはならない上に屈曲位にしたときには、関節面がずり下がる掌側変位によって亜脱臼を起こしていると言われている。この動きは、関節や軟部組織の永年の馴染みによって起こるものであり、人工指関節に置換したからといって正常な指関節の動きに整復するのは非常に困難である。

従来からも、種々の、例えば、下記特許文献１に見られるような人工指関節が提案されているが、これらは、側方動揺性は確保されているものの、屈曲位における掌側変位を考慮したものではなかった。このため、単に関節機能を獲得したものに過ぎず、生体指関節の動きとは程遠いことから、患者の満足度は低かった。
特開平０９−０３８１２２号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記したリウマチ患者等特有の軟部組織の動きによって屈伸が可能な人工指関節、すなわち、伸展位における側方動揺性の確保及び屈曲位における側方動揺性の制限を図るとともに、加えて、屈曲する場合には、脱臼を阻止しつつ、ある程度の掌側変位も許容できるようにしたものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、中手骨に挿入されるステムの先端にヘッドを形成した中手骨部材と、基節骨に挿入されるステムの先端にヘッドを伸展位から屈曲位に亘って回動可能に収受するソケットを形成した基節骨部材とからなる人工指関節において、ソケットをヘッド側が開口した弱半筒体にする他、ヘッドの後方に上下に貫通する窓を形成し、ソケットの上下にヘッドの外周に添い、かつ、屈曲時に窓に挿入して屈曲を増すに従って窓との間隙が漸小して零になる角を形成したことを特徴とする人工指関節を提供したものである。

また、本発明は、以上の人工指関節において、請求項２に記載した、ヘッドとソケットの嵌合をある程度ガタのあるものにした手段、請求項３に記載した、ヘッドが軸芯を左右方向に延ばすラグビーボール状をした円柱体であり、ソケット及び角がこれを収受する側面視Ｃ形をした強半筒体である手段、請求項４に記載した、角の左右幅が先端に行くほど細くなるテーパに形成された手段を提供する。

請求項１の発明によると、ソケットをヘッド側が開口した弱半筒体にしたことによって側方動揺性は確保される。そして、屈曲するときには、角が窓に入り込むとともに、角と窓との間隙の漸小及び零により、屈曲角が増すに従って次第に制限され、屈曲位で規制される。また、角は、ヘッドの外周に添っているものであるから、ソケットによるヘッドの保持性が高く、スムーズな回動を可能にする。もちろん、屈曲するときには、角は窓に入り込むから、脱臼も起こらない。

さらに、請求項２の手段によると、ヘッドとソケットの回動にはある程度のガタがあるから、リウマチ患者等の軟部組織特有の動きによる掌側変位を可能にしつつも、脱臼までには至らせない。また、請求項３の手段をとることにより、接触面積が増して圧力が減じ、耐久性が増すものになるし、ソケットに対するヘッドのすりこぎ運動が許容され、側方動揺性も高まる。この他、請求項４の手段をとることにより、角と窓の間隙の上記した関係を容易に具現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の人工指関節を適用して掌側を下に向けた掌の平面図、図２は人工指関節の一部断面平面図、図３は断面側面図であるが、この人工指関節は、中手骨１の遠位端に装着される中手骨部材２と、基節骨３の近位端に装着される基節骨部材４とからなる。なお、本例では、簡単のために中指の指関節に人工指関節を適用したものを示したが、他の示指、環指、小指の関節のいずれか又は全部に適用されることがあるのはいうまでもない。

なお、以下の説明で、中手骨部材２や基節骨部材４の方向、位置、角度を指称することがあるが、これらは、基節骨３を中手骨１に対して伸展させた状態で、掌側を下にして地面と平行に向けた状態を基準にする。したがって、甲側が上、掌側が下であり、左右又は側方とは水平方向であり、中手骨１と基節骨３の屈伸は上下方向に行われることになる。また、前後部、先後方、頭部といった表現をすることもあるが、これは、相手側部材（例えば、中手骨部材２であれば基節骨部材４）に向かってのことである。

中手骨部材２は、Co-Cr-Mo合金等の生体適合金属で製作され、尾部に中手骨１の遠位端の髄腔内に挿入されるステム５が形成され、頭部（先端）にヘッド６が形成されたものである。本例のヘッド６は、軸芯が左右方向に延びるラグビーボール状をした円筒体であるが、直円筒体であってもよい。また、ステム５は、中手骨１の髄腔の形状に沿って上方が反った湾曲に形成されている。さらに、ヘッド６の後方のステム５には、上下に貫通する窓７が形成されている。なお、この窓７が形成される部分のステム５の上下の肉厚は他の部分に比べて薄肉に形成されている。

基節骨部材４は、医療用の超高分子ポリエチレン等で製作され、尾部に基節骨３の近位端の髄腔内に挿入されるステム８が形成され、頭部にヘッド６を上下に回動可能に収受するソケット９が形成されたものである。したがって、ソケット９は、ヘッド６の外郭形状に沿った形状をとることになるが、ヘッド６は、伸展位から屈曲位に亘って屈伸するから、この間、ステム５が干渉しないように先方が欠落（開口）している弱半筒体になっている。なお、ここでの弱半筒体とは、ソケット９のヘッド６に対する周側の張出がヘッド６の最大外径を超えていないという意味であり、側方動揺性を確保するためである。さらに、ステム８も、基節骨３の髄腔の形状に沿って上方が反る湾曲に形成されている。

そして、ソケット９の上下には、先方（ヘッド６側）に向かって突出する角１０が形成されている。この角１０は、ソケット９の左右幅よりは小さい幅を有するものであるが、ヘッド６の外周に添い、先端に行くほど上下間隔が狭まったものになっている。したがって、ソケット９は、側面視略Ｃ形をした強半筒体になっている。なお、ここでの強半筒体とは、角１０のヘッド６に対する周側の張出がヘッド６の最大外径を超えているという意味であり、ある程度強い保持力を確保するためである。

この角１０は、ヘッド６とソケット９とが伸展位にあるときには窓７に挿入していないが、屈曲を始めると窓７に挿入するものであり、このときのヘッド６の左右幅は、窓７の左右間隔より小さく設定されていて両者の間に間隙を有するものになっている。ただし、この間隙は、屈曲角が大きくなるほど小さくなるように設定されており、これに即して、角１０は、先端ほど細いテーパ状に形成されている。

加えて、ヘッド６とソケット９の嵌合にはある程度のガタをもたせている。このガタは、ヘッド６の外径をソケット９の内径よりも小さくすることで達成しており、本例では、この径差を０．５〜１．０ｍｍ程度にしている。このガタは、ソケット９が弱半筒体をしていることに加えて、伸展位におけるヘッド６とソケット９の側方動揺性を確保するものであるが、屈曲の場合には、リウマチ患者等の特有の指関節の動きである掌側変位をある程度許容しつつも、脱臼までには至らせない効果を奏するものである。なお、ヘッド６がラグビーボール状をしていると、揺動運動が可能になって側方動揺性は一層高くなる。

ところで、ヘッド６とソケット９との嵌合は、ソケット９に対してヘッド６を横方向から挿入させることで可能になる。このとき、角１０の上下間隔は、ヘッド６の径よりも小さくなっているが、窓７が形成される部分のステム７の肉厚をこれよりも薄くしておくことで、挿入は容易になる。また、ヘッド６をソケット９の前面から挿入してもよい。このとき、角１０の先端は上下に開かなければならないが、角１０が樹脂で形成されていることにより、容易に変形してこの挿入が可能になる。このように、複数の嵌合方法があることは、手術において自由度が高いことを意味する。

以上の構成によると、ヘッド６とソケット９の嵌合において、屈曲時にも、側方動揺性が確保されるが、この側方動揺性は、角１０と窓７との間隙によって一定に制限されることになる。具体的には、ヘッド６とソケット９が１８０°伸展した伸展位のときに最大であり（±３０°程度）、９０°屈曲した屈曲位のときに零になることである。図４はヘッド６とソケット９との間隙を示す展開図であるが、窓７の左右間隔はＤで一定であるが、角１０の左右幅ｄは、屈曲角が増すほど（根元ほど）大きくしてあり、屈曲位になると、左右幅ｄと左右間隔Ｄとは同じになるようにしてある。

次に、以上の人工指関節を指関節に置換する手術について説明する。指関節のほぼ直上において皮膚を横切開した後、伸筋腱を横にずらせて関節包を縦切開して関節を露呈させる。そして、中手骨１と基節骨３を９０°屈曲させて各々の骨端を切除した後に髄腔を骨軸方向に穴明けし、各々のステム５、８を挿入し、セメントで固定する。このときの切除の状態は、中手骨部材２ではヘッド６の底面が中手骨１の端面になるように、基節骨部材２では窓７の外方端が基節骨３の端面になるように設定する。

以上の処置が完了すると、ヘッド６とソケット９をやや伸展させながら強く押し付けると、両者は嵌合して連結される。次いで、伸筋腱を中手骨部材上面へ戻して関節包を縫合した後、皮膚を縫合すると、手術は完了する。また、ヘッド６とソケット９を予め嵌合させておき、この状態で患部へ挿入することも可能である。このように、手術が容易、簡単であることも、この人工指関節の特徴の一つである。なお、以上において、中手骨部材２のステム５にリブ１１を形成しておけば、中手骨１との固定が強化されるし、基節骨部材４のステム８の表面を金属１２で覆っておけば、樹脂の溶出による基節骨３への悪影響を防止できる。

以上の人工指関節で指関節を置換すると、基節骨３は、中手骨１に対して伸展位から屈曲位に亘って屈伸できるものとなるが、このとき、伸展位では、基節骨部材４は中手骨部材２に対して最大の側方動揺性が確保され、屈曲角が増すほど制限されるものになる。また、角１０が窓７に挿入することによって脱臼が防がれるものになる。一方、屈曲位では、側方動揺性は完全に規制されるし、これに加えて、ヘッド６とソケット９の回動にある程度のガタをもたせておけば、屈曲位において、リウマチ患者等の特有の動きである掌側変位もある程度許容されて（脱臼を起こすまでには至らない）永年馴れ親しんだ動きに即したものになり、今までの軟部組織の緊張力を活用してスムーズな屈伸ができる。したがって、生体指関節に近い動きが獲得でき、患者のクウォリティーライフを向上させる。

以上の人工関節は、四指の指関節に適用したものであるが、母指関節（ＭＰ関節、ＩＰ関節）にも同様に適用できる。また、指関節と同様の機能が求められる関節であれば、その関節にも適用できる。具体的には、近位指節間関節（ＰＩＰ関節）や遠位指節間関節（ＤＩＰ関節）がそうであるし、さらに、手関節にも適用できる。

本発明に係る人工指関節を適用した状態の一部断面平面図である。 本発明に係る人工指関節の一部断面平面図である。 本発明に係る人工指関節の一部断面側面図である。 本発明に係る人工指関節における角と窓との関係を示す展開図である。

符号の説明

１ 中手骨
２ 中手骨部材
３ 基節骨
４ 基節骨部材
５ 中手骨部材のステム
６ 〃 のヘッド
７ 〃 の窓
８ 基節骨部材のステム
９ 〃 のソケット
１０ 〃 の角
１１ 中手骨部材のリブ
１２ 基節骨部材の金属

Claims (4)

1. 中手骨に挿入されるステムの先端にヘッドを形成した中手骨部材と、基節骨に挿入されるステムの先端にヘッドを伸展位から屈曲位に亘って回動可能に収受するソケットを形成した基節骨部材とからなる人工指関節において、ソケットをヘッド側が開口した弱半筒体にする他、ヘッドの後方に上下に貫通する窓を形成し、ソケットの上下にヘッドの外周に添い、かつ、屈曲時に窓に挿入して屈曲を増すに従って窓との間隙が漸小して零になる角を形成したことを特徴とする人工指関節。
2. ヘッドとソケットの嵌合をある程度ガタのあるものにした請求項１の人工指関節。
3. ヘッドが軸芯を左右方向に延ばすラグビーボール状をした円柱体であり、ソケット及び角がこれを収受する側面視Ｃ形をした強半筒体である請求項１又は２の人工指関節。
4. 角の左右幅が先端に行くほど細くなるテーパに形成された請求項１〜３いずれかの人工指関節。