JP2014212797A - 脛骨コンポーネントおよびそれを備える人工膝関節 - Google Patents

脛骨コンポーネントおよびそれを備える人工膝関節 Download PDF

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Abstract

【課題】手術中に最適な回旋角度を設定できる脛骨コンポーネントおよびそれを備える人工膝関節を提供することである。
【解決手段】挿入孔22を有するトレー2と、トレー2に取り付けられるプレート3A,3Bと、挿入孔22に挿入される回旋軸部41、プレート3A,3Bの間に位置する肩部42、およびヘッド部43を順に有するローテーター4と、を備え、プレート3A,3Bの間の距離をL、肩部42の幅をWとしたとき、LおよびWは、L≧Wの関係を有し、肩部42は、その略中央部に貫通孔を有し、回旋軸部41およびヘッド部43は、少なくとも一方の一部を貫通孔に挿通した状態で互いに取り外し可能に接続され、肩部42は、回旋軸部41またはヘッド部43に嵌合する、脛骨コンポーネント1であり、これを備える人工膝関節である。
【選択図】図1

Description

本発明は、脛骨コンポーネントおよびそれを備える人工膝関節に関する。
本出願人は、先に特許文献1に記載の人工膝関節を開発した。この人工膝関節は、脛骨コンポーネントおよび大腿骨コンポーネントがヒンジ構造によって互いに連結され、屈伸運動に加え、脛骨コンポーネントが備えるローテーターによって回旋運動も可能に構成されているため、大腿骨腫瘍等の症例に適している。
このような人工膝関節では、残存している筋肉組織等の軟部組織の量に応じてローテーターの回旋角度を最適な値に設定する必要がある。例えば、軟部組織を多く切除し、残存している軟部組織の量が少ない場合において、ローテーターの回旋角度が最適な値に設定されていない場合には、歩行時、特に階段の昇降時等において人工膝関節の摺動面が固定されず、患者は不安定な感じを持つ。
ところで、軟部組織の切除量は、実際に手術をして初めてわかるため、ローテーターの最適な回旋角度は手術中に設定する必要がある。
しかし、特許文献1に記載の人工膝関節は、ローテーターの回旋角度が一定であるため、手術中に軟部組織の切除量に応じてローテーターの回旋角度を最適な値に設定することができなかった。
特開平8−173464号公報
本発明の課題は、手術中に最適な回旋角度を設定できる脛骨コンポーネントおよびそれを備える人工膝関節を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
(1)上面の略中央部に開口している回旋軸部挿入孔を有する、トレーと、前後方向に沿って延びている互いの内壁部同士を対向させ、その間から前記回旋軸部挿入孔が露出するように前記トレーに取り付けられている、第1プレートおよび第2プレートと、前記回旋軸部挿入孔に挿入されている回旋軸部、長手方向に沿う外周部が前記内壁部と対向するように前記第1プレートおよび前記第2プレートの間に位置している略矩形状の肩部、およびヒンジシャフト挿入孔を有するヘッド部を順に有する、ローテーターと、を備え、前記第1プレートおよび前記第2プレートの間の距離をL、前記肩部の幅をWとしたとき、前記Lおよび前記Wは、L≧Wの関係を有し、前記肩部は、その略中央部に位置している貫通孔を有し、前記回旋軸部および前記ヘッド部は、少なくとも一方の一部を前記貫通孔に挿通した状態で互いに取り外し可能に接続されているとともに、前記肩部は、前記回旋軸部または前記ヘッド部に嵌合している、脛骨コンポーネント。
(2)前記回旋軸部は、その上端部に開口しているネジ孔を有し、前記ヘッド部は、その下部から下方に延びており前記貫通孔に挿通される接続軸部と、前記接続軸部の外周部のうち下部に位置しており前記ネジ孔に螺合可能なネジ部とを有する、前記(1)に記載の脛骨コンポーネント。
(3)前記肩部は、その上面に位置している少なくとも1つの第1凸部または第1凹部を有し、前記ヘッド部は、その下部に位置しており前記少なくとも1つの第1凸部または第1凹部に凹凸嵌合可能な少なくとも1つの第2凹部または第2凸部を有する、前記(1)または(2)に記載の脛骨コンポーネント。
(4)前記肩部は、前記貫通孔を介して互いに離れて位置し且つ回旋軸に垂直な直線上に位置している2つの前記第1凹部を有し、前記ヘッド部は、2つの前記第2凸部を有する、前記(3)に記載の脛骨コンポーネント。
(5)前記2つの第1凹部はいずれも、前記貫通孔の内周面から前記外周部に至っている、前記(4)に記載の脛骨コンポーネント。
(6)前記肩部は、前記貫通孔の内周面に位置している第1テーパ面を有し、前記ヘッド部は、その下部から下方に延びており前記貫通孔に挿通される接続軸部と、前記接続軸部の外周部に位置しており前記第1テーパ面にテーパ嵌合可能な第2テーパ面とを有する、前記(1)または(2)に記載の脛骨コンポーネント。
(7)前記(1)〜(6)のいずれかに記載の脛骨コンポーネントと、前記ヒンジシャフト挿入孔を介したヒンジ構造によって前記脛骨コンポーネントに連結される大腿骨コンポーネントと、を備える、人工膝関節。
本発明によれば、手術中に軟部組織の切除量に応じてローテーターの回旋角度を最適な値に設定できるという効果がある。
本発明の一実施形態に係る脛骨コンポーネントを示す分解斜視図である。 図1に示す脛骨コンポーネントが備える第1プレートおよび第2プレートを拡大して示す図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図(上面図)、(c)は(b)のA矢視側面図である。 図1に示す脛骨コンポーネントが備えるローテーターを拡大して示す分解斜視図である。 図1に示す脛骨コンポーネントが備えるローテーターを拡大して示す分解側面図である。 図1に示す脛骨コンポーネントを示す図であり、(a)は側面図、(b)は(a)のB−B線拡大断面図である。 (a)および(b)は、図1に示す脛骨コンポーネントが備えるローテーターの肩部を示す概略説明図である。 (a)〜(c)は、図1に示す脛骨コンポーネントが備えるローテーターの肩部の変形例を示す概略説明図である。
以下、本発明の一実施形態に係る脛骨コンポーネントについて、図1〜図7を参照して詳細に説明する。なお、図中、矢印Xは、脛骨コンポーネントの前後方向を示しており、X1は前方、X2は後方をそれぞれ示している。
<脛骨コンポーネント>
図1に示すように、本実施形態の脛骨コンポーネント1は、右脚および左脚のいずれの膝関節にも使用可能であり、トレー2と、第1プレート3Aおよび第2プレート3Bと、ローテーター4と、を備えている。
(トレー)
本実施形態のトレー2は、上面21と、上面21の略中央部に開口している回旋軸部挿入孔22と、を有する。また、本実施形態のトレー2は、下面23と、下面23の略中央部から下方に延びている略棒状のステム24と、を有する。このようなトレー2の構成材料としては、例えばチタン合金等が挙げられる。なお、本実施形態の脛骨コンポーネント1は、上述したステム24を脛骨髄腔内に埋入することによって脛骨に設置される。
(第1プレートおよび第2プレート)
本実施形態の第1プレート3Aおよび第2プレート3Bは、図2に示すように、脛骨コンポーネント1が備える膝蓋骨受け部31によって互いに接続されている。また、本実施形態の第1プレート3Aは、上面3A1と、上面3A1に位置している凹部3A2と、を有する。同様に、本実施形態の第2プレート3Bは、上面3B1と、上面3B1に位置している凹部3B2と、を有する。本実施形態の凹部3A2,3B2はいずれも、図示しない大腿骨コンポーネントの顆部を収容し、大腿骨コンポーネントに対する摺動面として機能する部位である。
また、本実施形態の第1プレート3Aは、前後方向に沿って延びている内壁部3A3を有する。同様に、本実施形態の第2プレート3Bは、前後方向に沿って延びている内壁部3B3を有する。そして、本実施形態の第1プレート3Aおよび第2プレート3Bは、互いの内壁部3A3,3B3同士を対向させ、その間から上述した回旋軸部挿入孔22が露出するようにトレー2に取り付けられる。
このような第1プレート3Aおよび第2プレート3Bの構成材料としては、例えば超高分子量ポリエチレン樹脂等が挙げられる。超高分子量ポリエチレン樹脂は、重量平均分子量が100万以上のポリエチレン樹脂であり、例えば低圧の懸濁重合法によってエチレンモノマーを反応させつつ、反応時間を長くすることによって製造することができる。超高分子量ポリエチレン樹脂の重量平均分子量としては、通常、100万〜700万程度である。
(ローテーター)
本実施形態のローテーター4は、図3および図4に示すように、上述したトレー2の回旋軸部挿入孔22に挿入される回旋軸部41と、略矩形状の肩部42と、ヒンジシャフト挿入孔431を有するヘッド部43と、を順に有する。
ここで、本実施形態の肩部42は、図5に示すように、長手方向に沿う外周部421,421が、上述した内壁部3A3,3B3と対向するように第1プレート3Aおよび第2プレート3Bの間に位置している。そして、図6(a)に示すように、第1プレート3Aおよび第2プレート3Bの間の距離をL、肩部42の幅、すなわち長手方向に沿う外周部421,421の間の距離をWとしたとき、LおよびWは、L≧Wの関係を有する。本実施形態では、LおよびWが、L>Wの関係を有する。これらの構成によれば、図6(b)に示すように、ローテーター4が、その回旋軸Sを中心に回旋角度θで回旋することができる。言い換えれば、本実施形態のローテーター4は、肩部42のコーナ部422近傍が内壁部3A3,3B3に当接する範囲内で回旋することができる。なお、上述のとおり、本実施形態の肩部42は略矩形状であるが、略矩形状とは、矩形のみに限定されるものではなく、肩部42のコーナ部422近傍が内壁部3A3,3B3に当接することによって回旋角度θが制御可能な限り、矩形状ないし略楕円状をも含む概念である。
本実施形態の回旋角度θは、±5°であるが、これに限定されるものではない。すなわち、回旋角度θは、上述したLおよびWの関係を調整することによって所望の値に制御することができる。LおよびWの関係を調整する際には、調整の容易さおよび製造コストから、Wを調整するのが好ましい。具体的には、Wを小さくすると、回旋角度θを大きくすることができる。また、回旋角度θは、肩部42のコーナ部422における曲率半径を調整することによっても所望の値に制御することができる。具体的には、コーナ部422の曲率半径を大きくすると、回旋角度θを大きくすることができる。
肩部42の変形例としては、例えば図7(a)〜(c)に示す構成が挙げられる。図7(a)に示す肩部42aを採用すると、回旋角度θを±6°にできる。また、図7(b)に示す肩部42bを採用すると、回旋角度θを±8°にできる。図7(c)に示す肩部42cを採用すると、回旋角度θを±10°にできる。なお、肩部42a,42bはいずれも、Wが本実施形態の肩部42と同一であり、曲率半径が異なっている。具体的には、曲率半径が、肩部42、肩部42aおよび肩部42bの順に大きくなっている。また、肩部42cは、曲率半径が本実施形態の肩部42と同一であり、Wが異なっている。具体的には、肩部42cのWは、本実施形態の肩部42のWよりも小さい。
また、回旋角度θは、0°にすることもできる。すなわち、上述したLおよびWを、L=Wの関係にして回旋角度θを0°にし、ローテーター4を固定することもできる。
一方、本実施形態の肩部42は、図3に示すように、その略中央部に位置している貫通孔423を有する。より具体的に説明すると、本実施形態の肩部42は、上面424および下面425を有する。そして、本実施形態の貫通孔423は、上面424および下面425の間を貫通している。また、本実施形態では、回旋軸部41およびヘッド部43が、ヘッド部43の一部である後述の接続軸部433を貫通孔423に挿通した状態で、互いに取り外し可能に接続される。そして、本実施形態の肩部42は、ヘッド部43に嵌合する。これらの構成によれば、手術中に軟部組織の切除量に応じてローテーター4の回旋角度θを最適な値に設定することが可能となる。
具体的に説明すると、予めWおよび/または曲率半径が異なる複数の肩部42を準備すれば、手術中に軟部組織の切除量に応じて複数の肩部42からローテーター4の回旋角度θが最適な値となるような肩部42を選択することができる。そして、選択した肩部42を用いてローテーター4を組み立てれば、組み立てられたローテーター4は、上述のとおり、回旋軸部41およびヘッド部43が互いに接続されているとともに、肩部42がヘッド部43に嵌合されていることから、ヘッド部43のみが回旋するのを抑制することができ、結果として一体に成形されているローテーターと同様に機能する。したがって、上述した構成によれば、手術中に軟部組織の切除量に応じてローテーター4の回旋角度θを最適な値に設定することが可能となる。
また、上述した構成によれば、次のような効果も得られる。すなわち、ローテーター4は、複雑な形状を有する。本実施形態では、ローテーター4を回旋軸部41、肩部42およびヘッド部43に分解することができる。したがって、ローテーター4を構成する回旋軸部41、肩部42およびヘッド部43を別々に製造できることから、これらが一体に成形されているローテーターを製造する場合よりも製造が容易になるとともに、製造中に各部材に加わる負荷を小さくして不良部位が発生するのを抑制することができる。しかも、ローテーター4に不良部位が発生したとしても、ローテーター4のうち不良部位が発生した部材のみを作り直せばよいことから、一体に成形されているローテーター全体を作り直す場合よりも製造時間を短縮できる。そして、ローテーター4の回旋角度θを調整するにあたって、Wおよび/または曲率半径が異なる複数の肩部42を準備するとき、本実施形態では肩部42のみを複数製造すればよいことから、一体に成形されているローテーター全体を複数製造する場合よりも製造コストを削減できる。
また、本実施形態の回旋軸部41は、その上端部411に開口しているネジ孔412を有する。本実施形態のヘッド部43は、その下部432から下方に延びており貫通孔423に挿通される接続軸部433と、接続軸部433の外周部のうち下部に位置しており上述したネジ孔412に螺合可能なネジ部434と、を有する。本実施形態では、回旋軸部41の上端部411は、貫通孔423の内径よりも大きな外径を有する。また、本実施形態では、接続軸部433を貫通孔423に挿通したとき、ネジ部434が肩部42の下面425から露出する。これらの構成によれば、回旋軸部41およびヘッド部43を、接続軸部433を貫通孔423に挿通した状態で互いに取り外し可能に接続することができる。
本実施形態の肩部42は、その上面424に位置している2つの第1凹部426,426を有する。また、本実施形態のヘッド部43は、その下部432に位置しており上述した2つの第1凹部426,426に凹凸嵌合可能な2つの第2凸部435,435を有する。これらの構成によれば、肩部42をヘッド部43に凹凸嵌合させることができ、ヘッド部43のみが回旋するのを抑制することができる。
本実施形態では、2つの第1凹部426,426がいずれも、貫通孔423を介して互いに離れて位置しているとともに、回旋軸Sに垂直な直線M上に位置している。このような構成によれば、嵌合部に加わる負荷をバランスよく分散させることができる。この効果を向上させる観点から、本実施形態では、2つの第1凹部426,426がいずれも、貫通孔423の内周面から外周部421に至っている。
上述したローテーター4の構成材料としては、例えばCo−Cr−Mo合金、チタン合金等が挙げられる。チタン合金は、イオン注入処理(ion implantation)されているのが好ましい。イオン注入処理は、加速させたイオンを材料表面に照射することによって、材料表面を硬化させて摩耗特性を向上させる表面処理技術である。
(ローテーションスリーブ)
一方、図1に示すように、本実施形態の脛骨コンポーネント1は、ローテーションスリーブ5をさらに備えている。ローテーションスリーブ5は、ローテーター4の肩部42を保護するとともに、ローテーター4の軸受けとして機能する部材である。
本実施形態のローテーションスリーブ5は、ローテーター4の回旋軸部41の全面、肩部42の上面424および下面425、ならびにヘッド部43の下部432近傍を覆うように構成されている。本実施形態では、ローテーター4をローテーションスリーブ5に嵌め込んだ状態で、ローテーター4の回旋軸部41をトレー2の回旋軸部挿入孔22に挿入する。したがって、本実施形態では、回旋軸部41がローテーションスリーブ5を介して回旋軸部挿入孔22に挿入される。また、本実施形態のローテーションスリーブ5は、回旋軸部挿入孔22に圧入されるように構成されている。したがって、本実施形態では、ローテーションスリーブ5が回旋軸部挿入孔22内に保持されてローテーター4の軸受けとして機能し、ローテーター4のみが回旋する。
このようなローテーションスリーブ5の構成材料としては、例えば上述した第1プレート3Aおよび第2プレート3Bで例示したのと同じ超高分子量ポリエチレン樹脂等が挙げられる。
なお、上述した本実施形態のトレー2は、上面21に位置している一対の爪部25,25を有する。そして、本実施形態では、ローテーター4をローテーションスリーブ5に嵌め込んだ状態で回旋軸部41を回旋軸部挿入孔22に挿入したとき、一対の爪部25,25によってローテーションスリーブ5がトレー2に係止される。
(シャフトスリーブ)
また、本実施形態の脛骨コンポーネント1は、一対のシャフトスリーブ6,6をさらに備えている。一対のシャフトスリーブ6,6はいずれも、上述したヘッド部43のヒンジシャフト挿入孔431に取り付けられ、図示しないヒンジシャフトを支持する部材として機能する。このようなシャフトスリーブ6の構成材料としては、例えば上述した第1プレート3Aおよび第2プレート3Bで例示したのと同じ超高分子量ポリエチレン樹脂等が挙げられる。
上述した本実施形態の脛骨コンポーネント1は、例えば次のような手順で組み立てることができる。まず、手術中に軟部組織の切除量に応じて、予め準備したWおよび/または曲率半径が異なる複数の肩部42からローテーター4の回旋角度θが最適な値となるような肩部42を選択し、ローテーター4を組み立てる。次に、組み立てたローテーター4をローテーションスリーブ5に嵌め込み、ローテーションスリーブ5を介して回旋軸部41を回旋軸部挿入孔22に挿入する。そして、第1プレート3Aおよび第2プレート3Bをトレー2に取り付け、一対のシャフトスリーブ6,6をヘッド部43のヒンジシャフト挿入孔431に取り付ければよい。
<人工膝関節>
次に、本発明の一実施形態に係る人工膝関節について説明する。本実施形態の人工膝関節は、上述した脛骨コンポーネント1と、ヒンジシャフト挿入孔431を介したヒンジ構造によって脛骨コンポーネント1に連結される大腿骨コンポーネントと、を備えている。
本実施形態の人工膝関節は、例えば次のような手順で組み立てることができる。まず、大腿骨コンポーネントの顆部を、上述した第1プレート3Aおよび第2プレート3Bの凹部3A2,3B2に収容する。次に、ヒンジシャフトによって、脛骨コンポーネント1および大腿骨コンポーネントを互いに連結すればよい。
以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。
例えば、上述の実施形態においては、回旋軸部41およびヘッド部43が、ヘッド部43の一部を貫通孔423に挿通した状態で互いに取り外し可能に接続されているが、これに代えて、回旋軸部41およびヘッド部43を、回旋軸部41の一部を貫通孔423に挿通した状態で互いに取り外し可能に接続することができる。
また、上述の実施形態においては、肩部42をヘッド部43に嵌合させているが、これに代えて、肩部42を回旋軸部41に嵌合させることができる。
また、上述の実施形態においては、肩部42をヘッド部43に凹凸嵌合させているが、これに代えて、肩部42をヘッド部43にテーパ嵌合させることができる。この実施形態では、肩部42は、貫通孔423の内周面に位置している第1テーパ面を有し、ヘッド部43は、その下部432から下方に延びており貫通孔423に挿通される接続軸部433と、接続軸部433の外周部に位置しており第1テーパ面にテーパ嵌合可能な第2テーパ面と、を有する。このような構成によれば、肩部42をヘッド部43にテーパ嵌合させることができ、ヘッド部43のみが回旋するのを抑制することができる。
なお、上述の実施形態における脛骨コンポーネント1の構成は、人工肘関節にも適用することができる。
1 脛骨コンポーネント
2 トレー
21 上面
22 回旋軸部挿入孔
23 下面
24 ステム
25 爪部
3A 第1プレート
3A1 上面
3A2 凹部
3A3 内壁部
3B 第2プレート
3B1 上面
3B2 凹部
3B3 内壁部
31 膝蓋骨受け部
4 ローテーター
41 回旋軸部
411 上端部
412 ネジ孔
42 肩部
421 外周部
422 コーナ部
423 貫通孔
424 上面
425 下面
426 第1凹部
43 ヘッド部
431 ヒンジシャフト挿入孔
432 下部
433 接続軸部
434 ネジ部
435 第2凸部
5 ローテーションスリーブ
6 シャフトスリーブ

Claims (7)

  1. 上面の略中央部に開口している回旋軸部挿入孔を有する、トレーと、
    前後方向に沿って延びている互いの内壁部同士を対向させ、その間から前記回旋軸部挿入孔が露出するように前記トレーに取り付けられている、第1プレートおよび第2プレートと、
    前記回旋軸部挿入孔に挿入されている回旋軸部、長手方向に沿う外周部が前記内壁部と対向するように前記第1プレートおよび前記第2プレートの間に位置している略矩形状の肩部、およびヒンジシャフト挿入孔を有するヘッド部を順に有する、ローテーターと、を備え、
    前記第1プレートおよび前記第2プレートの間の距離をL、前記肩部の幅をWとしたとき、前記Lおよび前記Wは、L≧Wの関係を有し、
    前記肩部は、その略中央部に位置している貫通孔を有し、
    前記回旋軸部および前記ヘッド部は、少なくとも一方の一部を前記貫通孔に挿通した状態で互いに取り外し可能に接続されているとともに、前記肩部は、前記回旋軸部または前記ヘッド部に嵌合している、脛骨コンポーネント。
  2. 前記回旋軸部は、その上端部に開口しているネジ孔を有し、
    前記ヘッド部は、その下部から下方に延びており前記貫通孔に挿通される接続軸部と、前記接続軸部の外周部のうち下部に位置しており前記ネジ孔に螺合可能なネジ部とを有する、請求項1に記載の脛骨コンポーネント。
  3. 前記肩部は、その上面に位置している少なくとも1つの第1凸部または第1凹部を有し、
    前記ヘッド部は、その下部に位置しており前記少なくとも1つの第1凸部または第1凹部に凹凸嵌合可能な少なくとも1つの第2凹部または第2凸部を有する、請求項1または2に記載の脛骨コンポーネント。
  4. 前記肩部は、前記貫通孔を介して互いに離れて位置し且つ回旋軸に垂直な直線上に位置している2つの前記第1凹部を有し、
    前記ヘッド部は、2つの前記第2凸部を有する、請求項3に記載の脛骨コンポーネント。
  5. 前記2つの第1凹部はいずれも、前記貫通孔の内周面から前記外周部に至っている、請求項4に記載の脛骨コンポーネント。
  6. 前記肩部は、前記貫通孔の内周面に位置している第1テーパ面を有し、
    前記ヘッド部は、その下部から下方に延びており前記貫通孔に挿通される接続軸部と、前記接続軸部の外周部に位置しており前記第1テーパ面にテーパ嵌合可能な第2テーパ面とを有する、請求項1または2に記載の脛骨コンポーネント。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の脛骨コンポーネントと、
    前記ヒンジシャフト挿入孔を介したヒンジ構造によって前記脛骨コンポーネントに連結される大腿骨コンポーネントと、を備える、人工膝関節。
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