JP2535197B2 - Dynamic self-locking stem for hip prostheses - Google Patents

Dynamic self-locking stem for hip prostheses

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JP2535197B2
JP2535197B2 JP62505140A JP50514087A JP2535197B2 JP 2535197 B2 JP2535197 B2 JP 2535197B2 JP 62505140 A JP62505140 A JP 62505140A JP 50514087 A JP50514087 A JP 50514087A JP 2535197 B2 JP2535197 B2 JP 2535197B2
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/32Joints for the hip
    • A61F2/36Femoral heads ; Femoral endoprostheses

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Cardiology (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は関節プロテーゼ(人工器官)のためのステム
(stem)、特にヒップ プロテーゼのためのステムに関
し、該ステムは近位(身体の中心に近い)ネック部、側
位テンション部、中位コンプレッション部および該側位
部と該中位部との間に位置する中心部を有するものであ
る。
The present invention relates to a stem for a joint prosthesis, in particular for a hip prosthesis, which stem comprises a proximal (near the center of the body) neck, lateral position. It has a tension part, a middle compression part, and a central part located between the side part and the middle part.

プロテーゼがゆるむことは、依然、関節の取換えにお
ける主要な困難な要素であり、荷重を支える植込片を生
きた骨に調和させる問題が今なお未解決であることを証
明している。関節プロテーゼの確実な長期に亘るアンカ
ー固定(anchorage)のために必要な条件は、 −プロテーゼと骨との間の適切な荷重移行、および −プロテーゼと骨との間の動きのない界面 である。
Loosening of the prosthesis remains a major and difficult factor in joint replacement, proving that the problem of matching load-bearing implants to living bone remains unsolved. The prerequisites for a reliable long-term anchorage of the joint prosthesis are: proper load transfer between the prosthesis and the bone, and a non-moving interface between the prosthesis and the bone.

生きている組織としての骨は、プロテーゼ器具を設計
する際に考慮されなくてはならないこれらの条件を課す
るのである。
Bone as a living tissue imposes these conditions that must be considered when designing a prosthetic device.

ヒップ関節取替え品(プロテーゼ)に大腿部成分をス
テムによってアンカー固定するのは、該取替え品がどん
な他のプロテーゼ成分よりも一般に優れた性能を今日ま
で示してきたせいであろう。ステムによるアンカー固定
に骨セメントを使用しないことは、上記要件をこのむし
ろシンプルなロッド−イン チューブ配置においてさえ
実現することをなおいっそう不確実にかつより困難にさ
せる。
The stem anchoring of the femoral component to the hip joint replacement (prosthesis) may be due to the fact that the replacement has to date generally outperformed any other prosthesis component. The absence of bone cement for stem anchoring makes it even more uncertain and difficult to achieve the above requirements even in this rather simple rod-in-tube arrangement.

発明の概要 特許を請求している本発明は、周囲の骨組織の剛性に
対して関節プロテーゼの剛性を適合させ得る該プロテー
ゼ用動的セルフ−ロッキング式ステムの設計方法の課題
を解決するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The claimed invention solves the problem of a method of designing a dynamic self-locking stem for a prosthesis that allows the stiffness of the joint prosthesis to be matched to the stiffness of the surrounding bone tissue. is there.

本発明のステムは、 −該ステムがプロテーゼから骨への荷重移行を容易にす
る構造を有すること、 −該ステムが骨に対して動きのない界面を確保するメカ
ニズムを有すること、 −該ステムは新しい機械的環境に対して適応性がありか
つ不可避の骨反応を該環境に対し順応させるものである
こと、 という点で独特である。
The stem of the present invention includes: -the stem has a structure that facilitates load transfer from the prosthesis to the bone; -the stem has a mechanism that secures a non-moving interface with the bone; It is unique in that it is adaptable to the new mechanical environment and adapts the unavoidable bone response to that environment.

本発明によって提供される有利な点は、人工プロテー
ゼのたいていの状態の変化が従来はステム上に見られる
のと対照的に、ステム内におけるデザイン変化の成果で
ある。該中位部および側位部各々は、その機能に対応す
るよう適切に形造りかつ大きさとすることができ、それ
で骨に対し漸次荷重を移行することが可能となる、すな
わち該中位部および側位部のコンプライアンスが骨皮質
のそれに充分に調和可能となるようにすることができ
る。これは構造設計のための基準を提供するが、一方該
側位部と中位部との間のセグメントは界面応力を制御す
るために用いられる。該中位/側位部と該セグメントと
の間の接合は、蝶番として作用する極薄のフレキシブル
なブリッジから成る。ステム軸に対する前記セグメント
の傾斜は、荷重がかかることに伴って生じるステムの広
がり量を決定する。生理的に荷重がかかることに伴っ
て、前記中位部が遠位的に(末端の方に)動くのに従っ
て前記側位部が近位的に(身体の中心に近い方に)動く
傾向にあり、かつ前記セグメントが該中位/側位部の分
離が増大するように変形する。最適な設計基準として
は、剪断応力によるいかなる動きをも防止するのに充分
な垂直界面応力を生じるすべてのレベルにおいてステム
が広がることを要求する。これは骨−プロテーゼ界面に
おける絶対的な動的安定性を保証する。
The advantages provided by the present invention are the result of design changes within the stem, as opposed to most changes in state of the prosthesis traditionally found on the stem. Each of the medial and lateral portions can be appropriately shaped and sized to accommodate its function, thereby allowing gradual load transfer to the bone, i.e., the medial and lateral portions. The lateral compliance can be well matched to that of the bone cortex. This provides a basis for structural design, while the segment between the lateral and medial portions is used to control interfacial stress. The joint between the mid / side and the segment consists of a very thin flexible bridge that acts as a hinge. The inclination of the segment with respect to the stem axis determines the amount of stem spread that results from the loading. With physiological loading, the lateral portion tends to move proximally (closer to the center of the body) as the middle portion moves distally (towards the distal end). Yes, and the segment deforms to increase the medial / lateral separation. Optimal design criteria require the stem to widen at all levels producing sufficient vertical interface stress to prevent any movement due to shear stress. This guarantees absolute dynamic stability at the bone-prosthesis interface.

ステムの曲げ剛性は、該ステムの中位部および側位部
に対し骨によって与えられる剪断カップリングの量に依
存する。安定な骨−プロテーゼ界面を仮定すると、ステ
ムの剛性は周囲の骨の剛性の増加に伴って増加するもの
である。骨剛性によるステム剛性の調節は、ステム挿入
の後に骨が平衡状態に達するのに重要な役割を果たす。
The flexural rigidity of the stem depends on the amount of shear coupling provided by the bone to the medial and lateral sides of the stem. Assuming a stable bone-prosthesis interface, stem stiffness increases with increasing stiffness of the surrounding bone. Regulation of stem stiffness by bone stiffness plays an important role in reaching equilibrium for bone after stem insertion.

いかなるステムも荷重移行ゾーン内で何らかの骨を
“応力保護”するものである。一般に、ステム剛性/骨
剛性の比が高いほど、より大きな応力保護をもたらす。
これが骨剛性の減少をもたらし、応力保護効果を増大さ
せる。この正フィードバック プロセスの結果は、影響
を受けた骨の全体的な応力保護となるものである。骨に
よるステム剛性の調節は、応力保護によってもたらされ
る骨剛性の減少が前記ステムをも柔軟にするので、上記
の効果を避ける。
Any stem "stresses" some bone within the load transfer zone. In general, a higher stem stiffness / bone stiffness ratio provides greater stress protection.
This results in a decrease in bone stiffness and increases the stress protection effect. The result of this positive feedback process is overall stress protection of the affected bone. Regulation of stem stiffness by the bone avoids the above effects because the reduction in bone stiffness provided by stress protection also renders the stem flexible.

上で論じられた独特の特徴に加えて、本発明のステム
は即時安定という重要な実用的利点を提供する。挿入
時、前記ステムは、挿入力を側位−遠位方向に向けアン
ビルにより、たたいて挿入される。この結果、前記ステ
ムは幅を減少させかつ界面を骨で弾性的に前負荷する。
この前負荷は、骨改造(リモデリング)により最終的に
解消され、また永続的な安定を提供するものではない。
この前負荷は、前記ステムに対する骨の付着成長を可能
とし、従って適合性を向上させる。前記のステムと骨と
の間の良好な適合は、前記ロッキング メカニズムが上
記の様に作用するために必要である。
In addition to the unique features discussed above, the stems of the present invention provide the important practical advantage of immediate stability. At the time of insertion, the stem is inserted by striking the insertion force in the lateral-distal direction with the anvil. As a result, the stem reduces in width and elastically preloads the interface with bone.
This preload is eventually eliminated by bone remodeling and does not provide permanent stability.
This preload allows for bone ingrowth to the stem and thus improves conformability. A good fit between the stem and bone is necessary for the locking mechanism to work as described above.

本発明の特徴づける新規性のさまざまな特徴は、本明
細書に添付されかつ本明細書の一部を形成する特許請求
の範囲に詳細に指摘されている。
The various features of novelty which characterize the invention are pointed out with particularity in the claims annexed to and forming a part of this specification.

本発明、本発明の作用利点および本発明の利用によっ
て達成される特定目的をより良く理解するために、本発
明の好ましい実施態様が図解および記載されている添付
図面および記載内容を参照されたい。
For a better understanding of the present invention, the operational advantages of the present invention and the specific objects achieved by utilizing the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and descriptive matter in which preferred embodiments of the invention are illustrated and described.

[図面の簡単な説明] 第1図は、本発明によるステムの前後面図であり、 第2図は、第1図によるステムの中心セグメントの拡
大断面図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front and rear view of a stem according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a central segment of the stem according to FIG.

[好ましい実施態様の説明] 第1図は、本発明によるステムを表わす。前記ステム
の側位部2は、前記ステムの中心部4を近位部1から遠
位部6までつらなる多数の全厚のカット5によって、中
位部3から分離されている。カット5は、好ましくは、
放電加工ワイヤー カッティングによって作られる。
DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 represents a stem according to the present invention. The lateral portion 2 of the stem is separated from the intermediate portion 3 by a number of full thickness cuts 5 that span the central portion 4 of the stem from the proximal portion 1 to the distal portion 6. Cut 5 is preferably
Made by EDM wire cutting.

第2図は、第1図による前記ステムの拡大された中心
セグメントを表わす。テンション移行側位トラス(組
桁)2およびコンプレッション移行中位トラス3は、ラ
イン8および9のそれぞれに沿って走る前記の各カット
5のセクションによって、中心部4から分離されてい
る。薄いフレキシブルな蝶番7は、セグメント10を前記
トラス2および3へ連結している。1つのセグメントの
各蝶番を結ぶ線は、横軸に対して角度αだけ傾斜してお
り、前記角度は20゜〜40゜、好ましくは25゜〜35゜であ
る。カッティング ワイヤーがホール11を通して挿入さ
れ、カッティングのためにZ形トラジェクトリー5に沿
って導かれる。
FIG. 2 represents an enlarged central segment of the stem according to FIG. The tension transition side truss (bracket) 2 and the compression transition mid truss 3 are separated from the center 4 by a section of each said cut 5 running along each of the lines 8 and 9. A thin flexible hinge 7 connects the segment 10 to the trusses 2 and 3. The line connecting the hinges of one segment is inclined by an angle α with respect to the horizontal axis, said angle being between 20 ° and 40 °, preferably between 25 ° and 35 °. A cutting wire is inserted through the hole 11 and guided along the Z-shaped trajectory 5 for cutting.

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】近位ネック部(1)、側位テンション部
(2)、中位コンプレッション部(3)、および前記側
位部(2)と中位部(3)との間に位置する中心部
(4)を有する関節プロテーゼ、特にヒップ プロテー
ゼ用のステムにおいて、 前記中心部(4)が、曲がりくねった前後カット(5)
の規則正しいパターンを備えて、前記カットはそれぞれ
2つの別個の端部を有しており、前記カットのパターン
はステムの前記近位部(1)から遠位端(6)まで延び
て、ステム剛性を受け入れ用骨キャビティの剛性に適応
可能とし、一連のフレキシブルな蝶番(7)が側位部
(2)および中位部(3)の境界(8)、(9)に沿っ
て形成されるように前記カット(5)が配置され、同時
に前記ステムの中心部(4)が前記カット(5)によっ
て形成された中側位セグメント(10)の動きを可能とす
ることを特徴とする前記ステム。
1. A proximal neck portion (1), a lateral tension portion (2), a middle compression portion (3), and a portion between the lateral portion (2) and the middle portion (3). In a stem for a joint prosthesis having a central part (4), in particular a hip prosthesis, said central part (4) having a serpentine front and rear cut (5)
With a regular pattern of cuts each having two distinct ends, the pattern of cuts extending from the proximal portion (1) of the stem to the distal end (6), To accommodate the stiffness of the receiving bone cavity so that a series of flexible hinges (7) are formed along the boundaries (8), (9) of the lateral (2) and medial (3) sections. The stem (5) is located in the stem, and at the same time the central portion (4) of the stem allows movement of the medial segment (10) formed by the cut (5).
【請求項2】前記カット(5)がZ形状であることを特
徴とする、請求項1に記載のステム。
2. Stem according to claim 1, characterized in that the cut (5) is Z-shaped.
【請求項3】ひとつのセグメント(10)の各蝶番(7)
を結ぶ線と前記ステムの横軸とによって形成される角度
が、前記ステムと骨との界面における動きを防止するの
に充分なステム−骨間コンプレッションを前記ステムに
沿って生じるように変化することを特徴とする、請求項
2に記載のステム。
3. Hinges (7) of one segment (10)
The angle formed by the line connecting the stem and the transverse axis of the stem is varied to produce sufficient stem-bone compression along the stem to prevent movement at the stem-bone interface. The stem according to claim 2, characterized in that
【請求項4】前記角度が20゜〜40゜であることを特徴と
する請求項3に記載のステム。
4. The stem according to claim 3, wherein the angle is 20 ° to 40 °.
【請求項5】近遠位方向における前記蝶番(7)間の距
離が6〜10mmであることを特徴とする、請求項4に記載
のステム。
5. Stem according to claim 4, characterized in that the distance between the hinges (7) in the near-distal direction is between 6 and 10 mm.
【請求項6】前記角度が25゜〜35゜であることを特徴と
する、請求項4に記載のステム。
6. The stem according to claim 4, wherein the angle is 25 ° to 35 °.
【請求項7】前記距離が7〜9mmであることを特徴とす
る、請求項5に記載のステム。
7. The stem according to claim 5, wherein the distance is 7 to 9 mm.
【請求項8】ひとつのセグメント(10)の各蝶番(7)
を結ぶ線と前記ステムの横軸とによって形成される角度
が、前記ステムと骨との界面における動きを防止するの
に充分なステム−骨間コンプレッションを前記ステムに
沿って生じるように変化することを特徴とする、請求項
1に記載のステム。
8. Hinges (7) of one segment (10)
The angle formed by the line connecting the stem and the transverse axis of the stem is varied to produce sufficient stem-bone compression along the stem to prevent movement at the stem-bone interface. The stem according to claim 1, characterized in that
【請求項9】近位ネック部(1)、側位テンション部
(2)、中位コンプレッション部(3)、および前記側
位部(2)と中位部(3)との間に位置する中心部
(4)を有する関節プロテーゼ用のステムにおいて、 中心部(4)が、通常、曲がりくねって狭い反復的な一
連の前後カット(5)を備え、該カットはそれぞれ2つ
の別個の端部を有し、前記一連のカットはステムの近位
部(1)から遠位端(6)まで延びており、前記カット
は近位部(1)と遠位端(6)の間に複数の中側位セグ
メント(10)を位置させており、さらに前記カットは、
該中側位セグメントの向かい合う側を側位部と中位部の
境界(8)、(9)に沿って側位部および中位部と連結
する一連のフレキシブルな蝶番(7)を位置させ、ステ
ム剛性を受け入れ用骨キャビティの剛性に適応可能と
し、さらに前記フレキシブルな蝶番(7)が前記カット
(5)によって形成された中側位セグメント(10)の制
限された動きを可能とするように前記カットが配置され
ていることを特徴とする前記関節プロテーゼ用のステ
ム。
9. A proximal neck portion (1), a lateral tension portion (2), a middle compression portion (3), and between the lateral portion (2) and the middle portion (3). In a stem for a joint prosthesis having a central portion (4), the central portion (4) is usually provided with a series of serpentine and narrow repetitive anterior and posterior cuts (5), each of which has two distinct ends. Having a series of cuts extending from the proximal portion (1) of the stem to the distal end (6), the cuts having a plurality of cuts between the proximal portion (1) and the distal end (6). The lateral segment (10) is located, and the cut is
Positioning a series of flexible hinges (7) connecting the opposite sides of the medial segment along the medial to medial boundaries (8), (9), To allow the stem stiffness to adapt to the stiffness of the receiving bone cavity, and further to allow the flexible hinge (7) to provide limited movement of the medial segment (10) formed by the cut (5). A stem for the joint prosthesis, characterized in that the cut is arranged.
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