JP2938465B2 - 成形関節構成要素、工具及び方法 - Google Patents

成形関節構成要素、工具及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、膝関節において大腿骨に関して特に用いら
れる整形関節構成要素、工具及び方法に関する。事実、
本発明は、当初は、英国特許第1534263号による補綴に
おける所謂単区画形態の大腿骨構成要素として或いはそ
れ用に考えられた。従って、本発明をかかる適用に関し
て説明することが適当であるが、本発明は他の補綴形態
に広く適用できることは理解されなければならない。
本文において、「単区画」は、面取換え関節面を提供
するために大腿骨の顆に別々に適用できる構成要素を意
味する。このような構成要素を２個関節の関連した顆に
使用することができるけれども、これは、単一の一体の
大腿骨構成要素が橋渡し部分によって連結された一対の
顆部分を有する二区画構成要素と区別され、且つまた橋
渡し部分が膝蓋骨の関節面を構成する三区画構成要素と
も区別される。
本文において、以下に用いられる「面面取換え」は主
として、シェル形態の本体を有し、一方の面が面取換え
関節面として用いられ、他方の面が、関連する骨と境界
を接するようになった、背中合わせの２つの主要面を構
成する構成要素の設置を意味する。この場合、骨は、勿
論、膝における大腿骨であり、それそれの主要面は、普
通大ざっぱにいって凸面および凹面である。
現在使用中の単区画構成要素は２つの主要なタイプを
含む。各々のタイプにおいて、関節面は通常は、多半径
形状のものであり、即ち、関節面は故意に非球形であ
る。この形状は、自然の状況では、大腿骨と脛骨との間
の回転中心が屈伸運動中変わるといゅうことと直接関係
して関節面の曲率中心を変える必要を想定した混乱した
考えを反映しているように思える。保持した靭帯の作用
を含む自然の関節機能をそれ自体厳密に真似るのであれ
ば、この回転中心の変化を適当な手術によって生じさせ
るが、本発明の展開における検討では、関連した多半径
湾曲の必要がないことがわかる。
しかしながら、構成要素と骨との固着と関連して用い
られる境界面形状の形態において、普通用いられるタイ
プは異なる。或るタイプでは、境界面は、顆に削って形
成された面に骨用セメントで又はこれを用いずに固着さ
れるようにった複数の平らな切子面からなる。他のタイ
プは面面取換え形態のものであり、相応する境界面は関
節面の多半径形状に厳密に追従する。このタイプはセメ
ントで固着されるようになっており、顆は合わせに関し
て比較的粗く準備され、セメントは合わないことから生
ずるギャップを埋めるようにのばされる。
両タイプについて難しさと欠点がある。一方のタイプ
では、関連した骨の準備は、複数の切子面を、構成要素
に合う所定関係に削る必要があるため複雑である。その
上、この困難さは、骨の形状が、構成要素にとって良好
な最終位置を達成するために再配置を要求する場合に必
要である繰り返しによって妥協される。また、構成要素
と骨との境界は、必ず、骨の柱状組織に対して凸凹にな
り、その結果、その後患者による関節の使用中非圧縮力
が界面に伝わり、この力は構成要素を緩ませることがあ
る。他方のタイプでは、構成要素の最終位置は任意効果
的な方法で決定され、これは、正常な靭帯作用、従って
関節機能の維持と信頼的に両立し得ない。
本発明の目的は、これらの困難さ及び欠点を減ずるこ
とにある。
このために、本発明は、１つの観点では、背中合わせ
の２つの主要面間に構成された本体を有し、２つの主要
面のうちの一方は、顆の関節機能を行う三次元的に湾曲
した凸面形状のものであり、他方の主要面は、ほぼ凹面
であり、かつ一方の主要面の領域とともにシェルを形成
するように本質的に回転面として形作られた少なくとも
主要領域を有し、前記領域の回転軸線を大腿骨のシャフ
トの長手方向軸線と平行にして前記他方の主要面を介し
て大腿骨に係合するようになった、膝関節用補綴大腿骨
構成要素を提供する。
この構成要素は、単区画面面取換え形態のものである
のが好ましい。
好ましくは、一方の主要面及び又は他方の主要面の主
要領域は球形に形作られ、両方ともそのように形作られ
た時には、それら主要面及び主要領域は同心じあるのが
好ましい。
前記他方の面の前記領域からの残部は平らな切子面で
あるのが都合良い。
他の観点では、本発明は、本発明による構成要素用と
して、大腿骨の顆を成形するための外科用工具を提供す
る。この工具は、前記構成要素の主要領域と実質的に補
足し合う回転面を描くため軸線を中心に回転する凹形切
削手段を有し、かつ前記切削手段の面内で同軸的に突出
するガイド部材を有する。
好ましくは、このような工具では、切削手段及びガイ
ド部材は、切削手段内でガイド部材の軸線方向の有効長
さをかえるために相対的に調節できる。
さらにもう１つの観点では、本発明は、本発明による
構成要素用として、大腿骨の顆を露出させ、大腿骨の顆
を、その後部分を脛骨の直ぐそばにして屈曲位置に位置
決めし、大腿骨の長手方向軸線と軸方向に平行であり、
前記屈曲位置で脛骨から軸線方向に所定間隔に位置決め
された穴を顆の下位部分に形成し、前記顆を、前記穴と
同軸に位置する、前記回転面の補足形状まで、また完全
に伸びた状態で脛骨から所定間隔まで形成するように顆
を成形することからなる、大腿骨の顆の準備方法を提供
する。
好ましくは、この方法の所定間隔は実質的に等しい。
本発明のこれらの観点をその好ましい形態及び他の形
態とともに、例示として、添付図面を参照してなされる
以下の詳細な説明から明瞭になるであろう。
（実施例） 第１図は、上述の第１の種類の単区画大腿骨構成要素
を側面図で概略的に示す。この構成要素は、図示するよ
うに、細長い形態の主本体を有し、関節面11と境界面12
とを構成する。関節面11は、曲率が後に置かれるべき一
方の端に向かって漸次増大する、多半径で長手方向に湾
曲し、関節面11はまた横方向にも湾曲している。境界面
12は、３つの平らな面から成るが、固着のために、骨に
差し込むための、一般に１又はそれ以上の通常ピン及び
／又はブレード形態の突出要素を備えることになる。
第２図は、上述の第２の種類の単区画大腿骨構成要素
を斜視図で概略的に示す。この構成要素は、図示するよ
うに、面取換え形態のものであり、細長い形態のシェル
本体を有し、第１図の関節面11と同様な多半径関節面21
と、関節面21に凹形に厳格に近似する境界面22を構成す
る。境界面22にも一般に、骨との固着を補助する１又は
それ以上の要素が設けられることになるが、このことは
通常、セメントでキーを形成するためには好ましくな
い。
第３図は、滑車溝の溝を通る、概略断面で、膝関節に
おける大腿骨の自然な形状を示す。顆の長手方向、すな
わち前後の輪郭は、31でわかる。本発明の開発は、一部
は、この前後の輪郭と顆のこれに関連した横方向に延び
る領域を、円形外形線32で指示すように球形面によって
非常に厳密に表すことができるという配慮に基づいてい
る。その上、かかる球は、成人人口の大部分に亘ってほ
ぼ一定の半径であると思われる。この「大部分」という
のは、英国国家的規模又はそれより大きい規模に及んで
いる。勿論この考慮は、現代の考えや大腿骨構成要素の
設計に反する。
また、顆面は膝蓋骨関節運動する滑車溝の面と連続す
るが、脛骨と膝蓋骨に夫々関連して、実際上、重要な関
節機能を果たすこれらの面の領域は全く別々と思われ
る。問題の滑車溝領域を33で示す。これも現代の考えと
矛盾するので、大腿骨構成要素は、これが３区画形態の
ものでないときでも、通常、膝蓋骨の関節運動に順応す
るように設計された特徴を有する。
本発明の開発におけるこれらの考察と発見から、理想
的な大腿骨構成要素が球状関節形状をもつことができる
という考えに達した。この構成要素は、好ましくは、単
一区画であって、あらゆる状態での膝蓋骨の機能に順応
するのに必要な拘束を課することなく、異なる関節状態
に関して使用の融通性を与える。好ましくは、この構成
要素は、球形であり、関節面と同心である境界面をもっ
た面取換え形態である。このことは、この構成要素の製
造を単純化し、骨の切除の必要性を最小にし、そして、
境界面が隣接した肉柱組織を横切って垂直に、ほぼ通常
の方法で位置決めされることになるので、非圧縮力が骨
に伝達されるのを最小にする。
本発明の実用的な開発は、今日第４図の単一区画構成
要素40によって、理想に非常に近づいた。この構成要素
は、一体構造のものであり、顆の前部に使用するための
シェル本体部分41と、顆の後部に使用するための第２連
続本体部分42とからなる主本体を有する細長い形状であ
る。この構成要素は、両本体部分に亘って連続的に延び
る凸形球形関節面43を構成する。他方、シェル本体部分
は、関節面43とほぼ同心の凹形球形の主要境界面領域44
を構成し、第２本体部分は、面43に対して弦方向に延び
るほぼ平らな形状の小境界面領域45を構成する。この構
成要素は、更に、面44から半径方向内方に突出するピン
46を有し、その軸線は面45と平行且つ対称な関係にあ
る、面44から半径方向内方に突出するピン46を追加的に
有する。
第４図の構成要素は、今日までの関連した固着技術の
実用的な開発に適合する上記理想と相違する。
これらの技術は、第５図に示す形状の切削工具を含
む。この工具は、スピゴット付き凹形球形底フライスと
名付けることがある。この工具は、その自由端が適切な
回転動力源に作動係合するためのシャフト51を有する。
シャフトは、その他端で底刃カッタ52を支持し、カッタ
52の凹形球形切削面は、シャフトと同軸であり、関連し
た構成要素の関節面領域44に補足し合うに形作られてい
る。スピゴット53は、シャフトから同軸的に切削面の半
径方向内方に突出する。カッタとスピゴットの相対位置
は、ねじ、その他の機構によって連続的或いは不連続的
な増分でスピゴットの軸線方向に調節できる。この調節
は、好ましくは、関連した構成要素の関節球形半径と等
しいスピゴットの基準長さほどのわずかな移動範囲に亘
るのが良い。
本開発技術の次の段階を残りの図面に示す。
この技術では、膝関節を適当に露出させ、関連した区
画の脛骨高原部に平らな切子面を削る。切子面は、本大
腿骨構成要素と関連する脛骨構成要素の固着用ベースと
して役立ち、英国特許第1534263号の教示に従うなら
ば、大腿骨構成要素と脛骨構成要素は、更に、これらの
間の半月構成要素と関連する。
関節を、第６図に示すような約90゜の屈曲位置にし
て、基本的に３部品形態のジグ60を使用して、シュー部
品61をすでに切削された平らな切子面と関係した大腿骨
の顆の今面している後部分との間に設置し、ドリルガイ
ド部分62は顆の下方部分に位置し、整列部品63は大腿シ
ャフトの長手方向軸線と平行に延びる。シュー部品61
は、顆に向かって凹形に横方向に湾曲した細長い面を有
する。ガイド部品62は、整列品63と共通な平面でこれと
軸線方向に平行な、小さな穴64と大きな穴65とを有す
る。整列品63を大腿骨の外部に延びるように示されてい
るが、変形例では、髄内釘として内部に延ばすことがで
きる。
ジグ60は、図示するように、シュー部品61と脛骨の平
らな切子面との間のスペーサー70と関連して位置決めさ
れ、このスペーサーは、関連した半月構成要素に加え
て、かかる切子面に取付けるべき関連した脛骨構成要素
の厚さを表すのに役立つ。特に、この配置は、ガイド部
品の穴65を、顆の隣接箇所で、スペーサー70より上の間
隔で使用される意図する構成要素の関節面43の球の半径
Ｒに相当する、標準的な球の半径とほぼ整合した状態に
位置決めするような配置である。
半径Ｒは、勿論、付けるべき顆の半径に実質的に合う
ように、先のＸ線或いは他のあらかじめ行われる外科検
査、及び／又は関節の露出の後で行う測定に基づいて定
められる。
このジグの位置決めにより、靭帯作用を屈曲時に通常
の方法で、維持することができるようになる。補綴によ
って回避すべき状態の進行中後で関節による損傷が起こ
る場合には、かかる位置決めは、一部は、顆の後部分と
関連して決定されることに注意すべきである。かくし
て、構成要素の位置決めは、患者の正常さを指示する際
に通常変化する関節の幾何学的寸法形状と関連して決定
される。
いずれにせよ、このように位置決めを行うときには、
ガイド部品の穴64を通して大腿骨に穴をあけ、ピン66を
係合させてジグの位置を安定化する。次いで、ガイド部
品の穴65を通して大腿骨に深さＲまで穴をあける。
ジグ60の使用に続く次の段階では、ソーブロック80を
顆に使用し、これによって、第７図に示すように、後部
分を削りとって、平らな切子面にする。このソーブロッ
クは、大腿骨の穴に係合してこのソーブロックを安定な
仕方で位置決めするピン81及び82を有する。
しかる後、工具50を使用して、工具50のスピゴットを
顆の穴に係合する。工具の作動で、顆の下位部分を削
り、球形凸面にする。この面は、ソー或いはその他の工
具による面よりも著しく高い品質をもつ。
関節を伸ばした状態での靭帯作用に関する位置決めを
試験するため、スピゴットで骨への切り込み深さを制限
しながら工具50を作動させ、また構成要素又はその試作
品を合間に使用しながら、スピゴットの長さを漸次短く
することによって調節を行うことができるということに
注意すべきである。
まず最初に、少しずつ約0.5mmずつ連続的に短くする
ことによってスピゴットの長さをＲにする。すなわち、
90゜に曲げた場合でも、完全に伸ばした場合でも構成要
素が脛骨から半月構成要素の厚さにこれと関連した傾向
構成要素の厚さを加えた厚さだけ間隔を等間隔に隔てら
れるということが試験によってわかるまでスピゴットの
長さを短くし続ける。予め大腿骨を切削して調節方向と
平行に延びる平らな切子面を作り、これによって、大腿
骨の切断領域全体が工具50の使用中のいずれの段階でも
形状が変化しないようにし、これによって、所望の結果
を得るまでスピゴットの長さを徐々に調節する工程が簡
略化されるのがわかる。調節方向と平行な三角柱形状の
又は他の切子面形状を使用しても同様の簡略化を行うこ
とができる。
第８図に示すように、このようにしてできた大腿骨の
形状が第４図の構成要素を受け入れることがわかる。
第４図の構成要素に関連して注意すべき残りの点は、
境界面44と45は、図示の球状及び平面形状と非常に近い
形態をとるということであるが、実際には、固着の目的
で細部を変更しても良い。例えば、セメントを使用して
固着を行う場合には、示した全体形状を有しつつ、これ
らの境界面を荒仕上げで形成してキーを得るのが良い。
変形例として、すなわち更に、これらの面をわずかに起
伏をつけて下部周囲リム内に同じ全体形状を提供し、そ
れによって、固着中にセメントの均一の薄い層を構成要
素と骨との間にに設けても良い。同様に、骨の成長を含
む取付けを行う場合には、示した全体形状を今まで通り
に備えた状態で、関連した構成要素の表面に既に確立し
た技術によって細孔或いはこれらの細孔と同様な凹凸を
形成するのが良い。この場合には、前に述べたように構
成要素の面に例えば起伏をつけても良く、又この構成要
素の面をヒドロキシアパタイト若しくは他の材料で所望
の形状に埋め戻しても良い。
本発明を添付図面を参照してより詳細に説明したが、
より広範に適用しうることは先の説明中にに述べてあ
る。
他の単一区画構成要素も、本慣用構成要素に対して有
用である。例えば、上述の境界面に関連した利点を得る
ために、この境界面を使用しながら、球状関節面ではな
く多半径関節面を使用しても良い。逆に言えば、すなわ
ち加えれば、固着過程を単純化することによる利点を得
ながら、球形境界面領域を非球状回転形としても良い。
もう一度いうと、更に開発した取付け方法と関連して使
用するため、図示の形状を改良して、完全な球状或いは
他の回転構成された境界面を持たせても良い。
本発明の効果を大腿骨の顆の処理に絞ったが、勿論本
発明は、２区画構成要素及び３区画の構成要素に使用で
きる。
同様に、本発明は、３部に分かれた大腿骨構成要素、
脛骨構成要素、介在する半月構成要素を含む補綴具の使
用について想定されているけれども、本発明は、大腿骨
構成要素と脛骨構成要素とを直接係合させる補綴具にも
同様に使用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は夫々、先行技術の２種類の単区画大
腿部構成要素を概略的に示し、 第３図は、膝関節における大腿骨の自然な形状を示し、 第４図は、本発明による１実施例の構成要素を側面図
（ａ）及び平面図（ｂ）で示し、 同様に第５図は、第４図の構成要素を使用するための関
連外科用器具を示し、 第６図乃至第８図は、第４図の構成要素を使用するため
の順序を連続場面で概略的に示す。 11、21……関節面 12、22……境界面 43……凸形球形関節面 44……主要境界領域 45……小境界領域 46……ピン 52……底刃カッタ 53……スピゴット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−83343（ＪＰ，Ａ) 米国特許4284080（ＵＳ，Ａ) 仏国公開2554709（ＦＲ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61F 2/28 - 2/46

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】背中合わせの２つの主要面間に構成された
    本体を有し、かかる主要面のうちの一方の主要面が顆の
    関節機能を行う三次元的に湾曲した凸面形状のものであ
    り、他方の主要面が、大腿骨と固着できるように全体的
    に凹面であり、前記他方の主要面が、少なくとも、一方
    の主要面の対応する領域と共にシェルを形成する湾曲形
    状の主要領域と、本質的に平坦な形状の小領域とを有す
    る、膝関節用補綴大腿骨構成要素において、前記湾曲形
    状が、本質的に、その軸線を中心に回転する面のもので
    あり、前記平坦な形状が前記軸線と平行であることを特
    徴とする膝関節用補綴大腿骨構成要素。
  2. 【請求項２】前記一方の主要面及び前記主要領域のうち
    の少なくとも一方が、球状に形作られている、請求項１
    による構成要素。
  3. 【請求項３】前記一方の主要面及び前記主要領域の両方
    が相互に同心的な仕方で球状に形作られている、請求項
    ２による構成要素。
  4. 【請求項４】前記２つの主要面の各々が細長い形態のも
    のであり、前記主要領域及び小領域が、夫々別々に異な
    る互いに隣接した部分に亘って延びる、請求項１乃至請
    求項３のいずれか一項記載の構成要素。
  5. 【請求項５】前記本体が、前記主要領域から回転軸線に
    沿って突出する細長い部材を有する、請求項１乃至請求
    項４のいずれか一項ににる構成要素。
  6. 【請求項６】前記部材がピン形態のものである、請求項
    ５による構成要素。
  7. 【請求項７】前記部材が、前記主要領域から前記軸線に
    沿って前記本体の残部よりも延びずに突出する、請求項
    ５、又は、請求項６による構成要素。
  8. 【請求項８】単区画形式である、請求項１乃至請求項７
    のいずれか一項による構成要素。
JP1027336A 1988-02-05 1989-02-06 成形関節構成要素、工具及び方法 Expired - Lifetime JP2938465B2 (ja)

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GB8802671 1988-02-05
GB888802671A GB8802671D0 (en) 1988-02-05 1988-02-05 Orthopaedic joint components tools & methods

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