JP2736085B2 - 肘関節義肢 - Google Patents

肘関節義肢

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JP2736085B2 JP63320726A JP32072688A JP2736085B2 JP 2736085 B2 JP2736085 B2 JP 2736085B2 JP 63320726 A JP63320726 A JP 63320726A JP 32072688 A JP32072688 A JP 32072688A JP 2736085 B2 JP2736085 B2 JP 2736085B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、肘関節義肢に関するものである。
過去の数年間において、肘関節の表面のひどい傷によ
る痛みをなくして肘関節の機能を保持させるためには肘
の移植関節形成術がしばしば必要であるとの整形外科医
による認識が増大している。疾患した肘関節を移植関節
形成術により処置することを増加させるための重要な因
子は移植の失敗およびセメントと骨との接合の緩みを最
小にする精巧に製作された肘関節義肢が得られるか否か
である。初期の構造の肘関節義肢は大部分が窮屈なもの
で関節運動の範囲の限界において、義肢に大きな負荷が
かかり、その結果、内反−外反面における屈曲ができ
ず、また回外および回内運動における緩みがないという
問題がある。高負荷により移植の失敗および骨−セメン
ト保持の損失が高い頻度で発生している。
現在入手し得る肘関節義肢は回外運動、回内運動およ
び内反−外反屈曲運動中に僅かな緩みを許容し、これに
より、関節に関連する腱および筋が負荷のいくらかを吸
収し、したがって、運動限界において義肢にかかる負荷
を減少させ得るように設計されている。本願人によりザ
ホスピタル フォー スペシャル サージェリにおい
て開発され、極めて成功した「トリ−アキシャル」義肢
と呼称されている肘義肢は独創的な「スナップフィッ
ト」関節を採用しており、この関節においては、Ｕ字形
プラスチックブシュが小さなピンによって金属製上腕部
品に取付けられていて尺骨部品のボス部分上の側面およ
び中央面の突部がブシュの両脚の窪み内に入るよう構成
さている。上腕部品のブシュの窪み内で尺骨部品のボス
上の突部が動き得ることによってブシュと突部との相互
作用により義肢関節内に回転および内反−外反屈曲緩み
を設け、これによりエネルギーを吸収し、義肢にかかる
負荷を低減している。
「トリ−アキシャル」義肢は義肢が故障して動かなく
なる問題を殆どなくし、骨−セメント保持の損失の可能
性を著しく減少し得るという極めて大きな利点を有する
が、これらの利点とのかね合いとして関節が変位し易く
なり、すなわち、尺骨ボスが上腕ブシュから外れ易くな
ったという問題が生じている。
米国特許第3990117号（1976年11月９日）の明細書に
は、プラスチック製上腕部品と金属製尺骨部品とを具
え、これらの部品を軸およびブシュによって関節運動し
得るよう接手連結した肘関節義肢が記載されている。ブ
シュはこれを受ける部品の孔より小さく、これにより内
反−外反屈曲および回転運動を可能にしている。荷重は
上腕部品の二又状ヘッド上の球形凸面と尺骨部品のヘッ
ド上の球形凹面とに沿って伝達される。このように荷重
を伝達させる結果として、両部品のヒンジ連結に関連す
る連結用ボスと窪みを荷重支持表面がまたがるため、上
腕と尺骨の軸線がしばしば偏心する。さらにまた、負荷
がセメント−義肢−骨保持構造に関して大きなレバー比
で伝達され、これがため移植した義肢が緩む場合が非常
に多くなっている。
本発明の目的は、回外運動、回内運動および内反−外
反屈曲運動中に、その運動範囲全体にわたって適当な緩
みをもって良好に機能する運動範囲を有し、これにより
解剖学的肘関節の動きに近似の関節の動きを許容する肘
関節義肢を提供しようとするものである。本発明の他の
目的は、関節が外れる可能性をなくすことである。ま
た、本発明の他の目的は義肢部品間および上腕部品と上
腕との間の荷重の伝達を改善しようとすることである。
上述した目的および他の目的を達成するため、本発明
による肘関節義肢は、末端上腕骨の髄腔内の挿入し得る
ステム部分と内外上腕関節丘の中間の末端上腕の切除部
分に受け入れられるヘッド部分とを有し、これらの部分
間に末端で前後に開口する窪みを限定する側面フランジ
および中央フランジを有する金属製の上腕部品と；基部
尺骨の髄腔内に挿入し得るステム部分と、尺骨の肘頭の
切除部分に受け入れられるヘッド部分と、このヘッド部
分からほぼ前方に突出して上腕部品の窪み内に受け入れ
られるボス部分とを有する金属製の尺骨部品と；基部
と、義肢の運動範囲の全体を通じて尺骨部品のボスおよ
び上腕部品のヘッド部分間に選択的に掛合し得る一対の
脚部分を有して前記窪み内に受け入れられるプラスチッ
ク製の上腕インサート部品とを具える。
これがため、全般的に記載したように、本発明の義肢
は上述した既知の「トリ−アキシャル」義肢と、類似し
た点を有する。
本発明は、上腕部品のフランジ、インサート部品の脚
および尺骨部品のボス部分が側面から中央に向け同一線
上に延びる軸孔を有し、これらの軸孔に金属製軸が貫通
して上腕および尺骨部品を関節運動し得るよう連結し、
インサート部品の脚および尺骨部品のボスの軸孔とこれ
らの軸孔内に位置する軸の部分間にプラスチック製スリ
ーブが介挿され、尺骨部品のボスがインサート部品の壁
から間隙をおいて側方に離間し、スリーブと尺骨部品の
ボスの軸孔との間に間隙が存在していて腕の回内運動、
回外運動および内反−外反屈曲に際して緩みを設け、尺
骨部品のボスがその上面、前面および下面に沿って延び
る球形関節凸面を有し、インサート部品の基部が上腕部
品のヘッド部分の下面に当り、かつ圧縮荷重を伝達する
義肢の運動範囲を通じて尺骨の球形関節凸面に掛合し得
る補足形状の球形下向き関節凹面を有することを特徴と
する。
本発明の義肢は下記の好ましい特徴を単独で、または
種々の組合せで含むことができる。
（１） インサート部品の各脚部分が上腕部品の対応す
るフランジ部分の前後および末端面と掛合する外方に突
出する外周Ｕ字形リブを有し、尺骨部品のヘッド部分が
ほぼ後方に向く支持凹面を有し、ボス部分の１側面およ
び１中央面が腕の選択した内反−外反屈曲および回内−
回外回転に際してインサート部品のそれぞれのリブと選
択的に掛合するも、このような屈曲および回転のない場
合にリブとの間に間隙が介在するよう構成されている。
（２） リブの末端部分が軸の軸線と中心が一致する円
筒形凸面を有し、尺骨部品のヘッド部分の支持表面がリ
ブの円筒形凸面と補足形状を有し、この円筒形凸面に対
して僅かに傾斜した円筒形凹面である。
（３） 尺骨部品のボス部分の軸孔が円筒形中心部分と
この中心部分の両側における外方にテーパー付の側方部
分とを有し、スリーブとボス部分の軸孔との間に間隙を
設けてボス部分の軸孔と軸との間でスリーブが押し付け
により固定されることなしに前記関節の選択量の内反−
外反屈曲および回内−回外回転が行なわれるよう構成す
る。
（４） 窪みを限定するインサート部品の脚部分の表面
が脚末端近くに下方に拡開する部分を有し、尺骨のボス
部分が側面および中央面を有し、これらの面とインサー
ト部品の脚部の前記表面との間に常時間隙が存在して、
義肢関節が押しつけにより動きを固定されることなし
に、選択量の内反−外反屈曲および回内−回外回転運動
を行なうことを許容するも、拡開部分と掛合してこのよ
うな屈曲および回転運動を抑制するとともにエネルギー
を吸収するようする。
（５） 上腕部品のヘッド部分がその側面および中央面
に球根状突部を有して下端上腕の骨に上腕部品から圧縮
荷重が伝達されるようにする。
（６） 球根状突部が肘頭の窪みの端縁とほぼ整合する
よう形成されている。
本発明による義肢の緩みが解剖学的肘関節によるもの
と比肩し得る程度で上腕と前腕との間に回転および屈曲
運動を許容する。このような運動は腕の柔軟な組織によ
って抑制され、これにより義肢の設計上の正常運動限界
において義肢にかかる負荷を低減している。正常運動限
界を超えるいくらかの余分の回転および屈曲運動が、プ
ラスチック製インサート部品とスリーブとの弾性変形に
よって許容され、これらの弾性変形は自由運動の限界に
おける接触によるエネルギーを吸収し、クッション作用
を与える。このようなクッシック作用がない場合には、
急激な打撃または衝撃荷重が生じる惧れがあり、この結
果、骨−セメント−金属の結合構造に緩みが生じる。部
品間の全ての力の伝達は金属からプラスチックを経て金
属に伝達され、衝撃を吸収するばかりでなく、摩擦をも
低減している。圧縮荷重は尺骨部品のボスの球形関節凸
面とインサート部品の基部における補足形状の球形凹面
とに沿って伝達され、上腕と尺骨とが軸線方向に位置
し、移植した義肢の保持構造に加わる力のレバー比は最
小になっている。
次に、本発明の１実施例を図面につき説明する。
上腕部品20（第１〜７図参照）はTi-6Al-4Vのような
外科用金属で造られている。上腕部品20はステム部分22
を有し、このステム部分は末端上腕骨の髄腔の解剖学的
曲率に合わせて彎曲さている。ステム部分の側面および
中央面には上腕部品を上腕に固着するのに用いられるポ
リメチルメタクリレート（PMMA）セメントを確実に保持
するためのセメント保持条溝24および26が設けられてい
る。ステム部分は断面が矩形で、先細形状に形成され
（第５〜７図参照）、滑らかに彎曲した接合部において
全体としてＵ字形状のヘッド部分28に接合しており、こ
のヘッド部分の末端のフランジ30および32は窪み34を画
成し、この窪みは下方および前後に開口し、（後述す
る）軸を挿入する軸孔36および38を有する。上腕ヘッド
部分28の基部の球根状突部40および42は上腕の肘頭の凹
みの外側および中央縁にほぼ整合するよう形成されてい
る。
上腕骨滑車を切除し、この切除部分を整形して末端上
腕を切取り、上顆および滑車上部の内縁における強い網
状組織の骨を露出させて球根状突部に整合させる。した
がって、移植した上腕部品は痕跡末端上腕骨によって側
部、中央部および基部において十分支持される。したが
って、義肢関節上の圧縮荷重は上腕部品から上腕にヘッ
ド部分28の上側面に主として沿って伝達され、これによ
り髄腔内のセメント−骨接着剤の損失または骨吸収によ
って義肢が緩む可能性を減ずることができる。ただし、
側方および中央突部40および42は移植現場で強い骨に理
想的に嵌着するよう意図的に種々に形成される。前後方
向において、ヘッド部分28を細くして伸長および撓み時
における関節運動範囲を最大にする。尺骨部品50（第８
〜13図参照）もまたTi-6Al-4Vのような金属で造られ
る。断面が矩形の先細のステム部分52に強固に固定する
ためのセメント保持条溝を設け、ステム部分をヘッド部
分54に対して斜めに配向し、これにより、上腕と前腕と
の間の内反角度が解剖学的に正しいものとなるようにし
ている。ステム部分とヘッド部分との接合部は円滑に彎
曲され、厚くて幅広の板状本体が上方および後方に設け
られ、その前面形状は全体として前向きの２個の円筒形
凹面部分よりなっている。凹面56および58の軸線は互い
に僅かに傾斜している（第10図参照）。ボス60がヘッド
部分54の中心から前方に突出して設けられ、このボスは
上方にも僅かに突出し、ボス60は互に平行な平らな側面
を有し、円周面に球形突面62が下側、上側および前側に
帯状に延長して設けられている。円周面62の中心は横軸
孔64の軸線と一致し、この孔の中心部分66は円筒形状を
有し、端部68および69は円錐台形（外方に傾斜拡開）で
ある。尺骨部品は基部尺骨に移植され、この基部尺骨は
肘頭前処理工程においてヘッド部分54に切欠きを形成
し、ステム部分が基部尺骨の髄腔内に入り得るよう切欠
きの底に開口を形成して拡げることによって準備され
る。
インサート部品70（第14〜16図参照）は超高分子量ポ
リエチレン（UHMWPE）によって造られ、その前後および
側方−中央中心線の周りに対称形状を有し、これにより
両肘に用いることができる。インサート部品は全体とし
てＵ字形で、上腕部品20の底部28に設けられた受け孔74
（第４図参照）に嵌入し得る円筒形ピン72を有する。各
脚部76および78の外面には上腕部品のフランジ30および
32の外形に対応する窪みが設けられて、これらのフラン
ジをそれぞれ受け入れるようにし、各フランジ30および
32の下端縁、前端縁および後端縁に重なる接合用リブ76
a,78aが設けられている。（第14〜16図は第１〜３図よ
り拡大寸法で画かれ、第４図とは同じ拡大寸法で画かれ
ている。）各脚部76および78は軸孔80を有する。各脚部
76,78の脚端は軸孔80の軸線と同じ軸線を有する半円筒
形表面を有する。UHMWPE製の管状の円筒形スリーブ82
（第17および18図は第14〜16図よりさらに拡大して画か
れている。）はインサート部品70の脚部76および78の軸
孔80内に密接に嵌挿される。インサート部品の基部84の
下面には球形凹面86が設けられ、この凹面の中心は、軸
孔80の軸線とインサート部品70の側方−中央断面との交
点に位置する。
軸90（第19図参照）はTi-6Al-4Vのような金属で造ら
れ、組立てた義肢の全部品を接合し、当然のこととし
て、上腕および尺骨部品を移植してインサート部品およ
びスリーブを上腕部品の受け窪み内の所定位置に位置さ
せた後に軸90が取付けられる。軸90はスリーブ82の孔を
経て密接に嵌挿され、その内端は上腕部品のフランジ32
の小径軸孔36内に密接に嵌挿される。軸90のヘッド92は
弾性Ｃ形リング（図示せず）を受ける円周条溝94を有
し、Ｃ形リングはフランジ30の大径の軸孔38の内周条溝
38a（第４図参照）内に予め取付けられる。ヘッド92の
内側縁にはテーパー面96が設けられ、軸が押入される際
にＣ形リングをテーパー面96が押し開いてＣ形リングを
円周条溝94内に挿入して軸90を所定位置に固定するよう
構成されている。
下記のような部品間のいくつかの寸法的関係および形
状が回内運動、回外運動および内反−外反屈曲中に（義
肢により制限されることなしに）約10度の自由度を与え
る。
（１） 尺骨ボス60の側面−中央厚さＴ（第10図参照）
はインサート部品の両脚76および78間の受け穴の幅Ｗ
（第14図参照）より小であり； （２） スリーブ82の外径Ｄ（第17図参照）は尺骨ボス
60の軸孔64の円筒形中心部分66の直径ｄ（第13図参照）
より僅かに小さくて軸孔のテーパー付端部によって許容
される範囲に軸が軸孔64内で章動し得るようにし； （３） 尺骨ボス60の球形凸面62の半径R1（第13図参
照）がインサート部品70の球形凹面86の半径R2（第16図
参照）に等しく； （４） 尺骨部品のヘッド部分の円筒形表面56および58
の半径R3（第13図参照）がインサート部品70の脚のフラ
ンジ76および78の末端における円筒形表面の半径R4（第
16図参照）より大である。上述したように、半径R3およ
びR4は同じ中心を有する。したがって、尺骨部品はイン
サート部品の受け穴内で章動することができ； （５） インサート部品の脚76および78の内端を小さな
角度で斜切して尺骨ボスの両側面とインサート部品の両
脚との間に接触区域76b,78bを設ける。
腕の筋および腱は肘関節を緊密に保持し、尺骨ボス60
の球形凸面62とインサート部品の球形凹面86とを圧縮力
により圧接状態に維持する。インサート部品の受け穴内
にある尺骨ボスの中立位置において、尺骨ボスとインサ
ート部品の両側との間には側方間隙があり、スリーブ82
と尺骨ボス60の軸孔64との間には半径方向間隙がある。
圧縮荷重は尺骨ボスからインサート部品の基部84の球形
凹面86に伝達される。尺骨の表面56,58とインサート部
品のフランジ76,78の端縁との間には間隙が存在する。
上述した間隙により、上腕部品、インサート部品、ス
リーブおよび軸よりなる上腕アッセンブリに対して相対
的な尺骨部品の側面−中央の上反りおよび相対的軸線の
周りの回転を許容することによって義肢はその回外運
動、回内運動および内反−外内屈曲に自由度を与えてい
る。
全自由度の一部において、圧縮荷重は尺骨ボスの上端
においてインサート部品の凹面86に伝達される。義肢関
節の上反りおよび回転運動は柔軟な組織によって抑制さ
れるも自由に行なわれ、スリーブ82と尺骨部品のボス部
の軸孔64との間、尺骨部品のヘッドの表面56,58の一方
とインサート部品の対応するフランジ76,78の端との間
および尺骨部品のボス部の両側面の一方と対応する接触
表面76b,78bとの間の接触によって制限されるまで、義
肢関節部の上反りおよび回転運動は義肢によって制限を
受けることはない。
全ての動き（関節、回転および回動運動）に対して相
対的に動く表面間の全ての掛合は金属とプラスチックと
の接触を含み、これは２つの利点を有し、すなわち自由
な動きが低摩擦で行なわれ、動きの限界において生じる
衝撃荷重のエネルギーが吸収される。このエネルギーの
吸収によって緩みが生じる可能性が減少される。負荷を
受けるすべげのプラスチックの表面は金属によって裏側
から支持され、この金属はプラスチックの応力を受けた
区域を骨およびセメントから絶縁し、集中荷重が生ずる
のを防止する。上述したように、上腕部品のヘッド部の
膨突を注意深く整形することによって上腕の強い骨によ
る上腕支持力を強め、移植部分における骨が損なわれる
のを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は右肘上腕部品の側面図、 第２図は右肘上腕部品の背面図、 第３図は右肘上腕部品の底面図、 第４図は第１図の４−４線上の拡大部分断面図、 第５図は第１図の５−５線上の断面図、 第６図は第１図の６−６線上の断面図、 第７図は第１図の７−７線上の断面図、 第８図は尺骨部品の中央面図、 第９図は尺骨部品の正面図、 第10図は第８図の10−10線上の拡大断面図、 第11図は第８図の11−11線上の断面図、 第12図は第８図の12−12線上の断面図、 第13図は第８図の円13で示す部分の拡大詳細図、 第14図は上腕インサートの底面図、 第15図は上腕インサートの正面図、 第16図は上腕インサートの側面図、 第17図は軸スリーブの半分を断面で示す側面図、 第18図は軸スリーブの端面図、 第19図は軸の側面図、 第20図は上腕インサートを軸スリーブによって尺骨部品
に連結したアッセンブリの縦断面図である。 20……上腕部品、22……ステム部品 24,26……セメント保持条溝、28……ヘッド部分 30,32……フランジ、34……窪み 35,38……軸孔、40,42……球根状突部 50……尺骨部品、52……ステム部品 54……ヘッド部分、56,58……凹面 60……ボス、62……球形凸面 64……横軸孔、66……中心部分 68,69……端部、70……インサート部品 72……円筒形ピン、76,78……脚部 80……軸孔、82……スリーブ 84……基部、86……球形凹面 90……軸、92……ヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チトランジャン・エス・ラナワット アメリカ合衆国ニュージャージー州 07620 アルパイン パッキンガム ド ライブ ３ (72)発明者 アルバート・エッチ・バースタイン アメリカ合衆国コネチカット州 06902 スタンフォード ファーム ヒル ロ ード ７

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】末端上腕骨の髄腔内に挿入し得るステム部
    分と内外上腕関節丘の中間の末端上腕の切除部分に受け
    入れられるヘッド部分とを有し、これらの部分間に末端
    で前後に開口する窪みを限定する側面フランジおよび中
    央フランジを有する金属製の上腕部品と；基部尺骨の髄
    腔内に挿入し得るステム部分と、尺骨の肘頭の切除部分
    に受け入れられるヘッド部分と、このヘッド部分からほ
    ぼ前方に突出して上腕部品の窪み内に受け入れられるボ
    ス部分とを有する金属製の尺骨部品と；基部と、義肢の
    運動範囲の全体を通じて尺骨部品のボスおよび上腕部品
    のヘッド部分間に選択的に掛合し得る一対の脚部分を有
    して前記窪み内に受け入れられるプラスチック製の上腕
    インサート部品とを具える肘関節義肢において、上腕部
    品のフランジ、インサート部品の脚および上腕部品のボ
    ス部分が側面から中央に向け同一線上に延びる軸孔を有
    し、これらの軸孔に金属製軸が貫通して上腕および尺骨
    部品を関節運動し得るよう連結し、インサート部品の脚
    および尺骨部品のボスの軸孔とこれらの軸孔内に位置す
    る軸の部分間にプラスチック製スリーブが介挿され、尺
    骨部品のボスがインサート部品の壁から間隙をおいて側
    方に離間し、スリーブと尺骨部品のボスの軸孔との間に
    間隙が存在していて腕の回内運動、回外運動および内反
    −外反屈曲に際して緩みを設け、尺骨部品のボスがその
    上面、前面および下面に沿って延びる球形関節凸面を有
    し、インサート部品の基部が上腕部品のヘッド部分の下
    面に当り、かつ圧縮荷重を伝達する義肢の運動範囲を通
    じて尺骨の球形関節凸面に掛合し得る補足形状の球形下
    向き関節凹面を有することを特徴とする肘関節義肢。
  2. 【請求項２】インサート部品の各脚部分が上腕部品の対
    応するフランジ部分の前後および末端面と掛合する外方
    に突出する外周Ｕ字形リブを有し、尺骨部品のヘッド部
    分がほぼ後方に向く支持凹面を有し、ボス部分の１側面
    および１中央面が腕の選択した内反−外反屈曲および回
    内−回外回転に際してインサート部品のそれぞれのリブ
    と選択的に掛合するも、このような屈曲および回転のな
    い場合にリブとの間に間隙が介在するよう構成されてい
    ることを特徴とする請求項１による肘関節義肢。
  3. 【請求項３】リブの末端部分が軸の軸線と中心が一致す
    る円筒形凸面を有し、尺骨部品のヘッド部分の支持表面
    がリブの円筒形凸面と補足形状を有し、この円筒形凸面
    に対して僅かに傾斜した円筒形凹面であることを特徴と
    する請求項２による肘関節義肢。
  4. 【請求項４】尺骨部品のボス部分の軸孔が円筒形中心部
    分とこの中心部分の両側における外方にテーパー付の側
    方部分とを有し、スリーブとボス部分の軸孔との間に間
    隙を設けてボス部分の軸孔と軸との間でスリーブが押し
    付けにより固定されることなしに前記関節の選択量の内
    反−外反屈曲および回内−回外回転が行なわれるよう構
    成したことを特徴とする請求項３による肘関節義肢。
  5. 【請求項５】窪みを限定するインサート部品の脚部分の
    表面が脚末端近くに下方に拡開する部分を有し、尺骨の
    ボス部分が側面および中央面を有し、これらの面とイン
    サート部品の脚部の前記表面との間に常時間隙が存在し
    て、義肢関節が押しつけにより動きを固定されることな
    しに、選択量の内反−外反屈曲および回内−回外回転運
    動を行なうことを許容するも、拡開部分と掛合してこの
    ような屈曲および回転運動を抑制するとともにエネルギ
    ーを吸収するようにしたことを特徴とする請求項１によ
    る肘関節義肢。
  6. 【請求項６】上腕部品のヘッド部分がその側面および中
    央面に球根状突部を有して下端上腕の骨に上腕部品から
    圧縮荷重が伝達されるようにしたことを特徴とする請求
    項１による肘関節義肢。
  7. 【請求項７】球根状突部が肘頭の窪みの端縁とほぼ整合
    するよう形成されていることを特徴とする請求項６によ
    る肘関節義肢。
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