JP3526583B6 - 人間の股関節のための人工関節頭 - Google Patents

Description

本発明は、曲率半径R₁及び曲率中心点M₁の横断面が凹状の断面輪郭を備える球状に形成された関節シェルを有する人間の股関節内で使用するための人工関節頭に関する。この関節頭は、少なくとも関節頭の関節シェル内で関節をなす領域において、股シェル内に組み込まれた状態にあって、股シェルの中心点M₁を経て延在する縦断面内では、中心点M₁と一致する中心点M_K1での半径R_K1＝R₁（R₁は股シェルの半径である）が形成されており、そして縦断面に対して垂直な中心点M_K1を経る横断面内では、中心点M_K2での半径R_K2＜R_K1が存在し、そしてこの横断面内では、中心点M_K1及びM_K2の関節軸軌道が半径Ｒ＝R_K1−R_K2を備えており、その際Ｒが正の値であるように構成された、安定な２部分から成る関節頭が形成されているように、球状に形成された関節面を備えている。
独国特許明細書第39 08 958号からは、人間の股関節の代用をするための人工関節が公知であり、この人工関節は、相対して運動する球状の機能面を有する少なくとも２つの人工関節部分から成り、その際、円形の断面輪郭を備えるこれらの機能面の曲面関係は、これらの機能面の回転中心M₁及びM₂が、凸状の機能面を有する関節部分の内部に位置し、かつ両方の機能面の間に圧力配分体が第３の人工関節部分として配設されているように、互いに凸状／凹状に形成されている。この人工関節の形態は、安定な構成が提供され、その際、加圧力が、両方の曲率中心点の接続線に沿って姿勢状態を安定させる。圧力配分体は、横に外れることができないように、両方の関節部分の間で位置調整される。この関節は、２つの関節軸を有する関節鎖のように構成されている。即ち、いわゆる２部分から成る関節鎖であり、その際、この特別な形態に基づいて、加圧に対して安定な２部分から成る関節鎖が与えられている。この公知の人工股関節は、５つの自由度の運動を、この股関節に連結された本体又は付属肢のために許容する。これは、関節頭の中心点と関節窩の中心点とが一致せず、これらが、その一定の間隔を経て、一体的に力を伝達する２部分から成る関節鎖を構成することによって得られる。付加的な圧力配分体を使用することにより、この関節の製造コストは、２つの関節部分だけから成る人工股関節に比べて高い。更に、３つの部分から成るこの股関節を人体に使用することは、２つの部分から成る股関節の場合よりも費用がかかる。
欧州特許公開公報第０ 590 241号からは、請求項１の上位概念の特徴を備える関節頭を有する人工肩関節が公知である。
本発明の基本にある課題は、付加的な圧力配分体を省略することはできるが、主機能面を旋回させた際に常に同じ大きさである、加圧に対して安定な重なり合った２部分から成る関節鎖を、主機能面内で実現することができる、人間の股関節の股頭のための人工関節を提供することにある。
本発明によれば、この課題は、この種の関節頭において、関節頭の機能面の半径R_K1が、全周囲にわたって一定であるように構成されていることにより達成される。
本発明によれば、この関節頭は、この関節頭の横断面が関節の主機能面と一致するように、人工股関節又は部分的に人工の股関節を構成する下に関節シェル内へと組み込まれている。この場合、本発明による関節頭の縦断面は、主機能面に対して垂直に位置する。その際、横断面が円形で凹状の機能面を有する球状の関節窩の半径と小さな半径R_K2との間の半径の相違は、主機能面内で、重なり合って安定な２部分から成る関節鎖を予め与え、その際、半径の相違は、本発明によれば有利なことに0.5〜10mmとすることができる。関節頭の本発明による形態に基づいて、関節シェル内の関節頭の全ての機能位置で、線状の接触を、関節頭と関節シェルの間で得ることができる。本発明による構造は、本発明による関節頭を装備した関節と結合されている付属肢にあっては、主機能面は旋回させることができ、その際、この主機能面内で、常に同じ大きさの２部分から成る関節鎖が存在することが保証されているということを可能にする。主機能面に対して垂直に、本発明の形態に基づいて、基本姿勢にあっては、２部分から成る関節鎖が何ら存在しないか、又は、最小の２部分から成る関節鎖（主機能面内に存在する２部分から成る関節鎖の最大1/10までの）しか存在しない。
本発明は、人工関節頭に関するばかりでなく、本発明による前記関節頭と、半径R₁及び中心点M₁の円形の断面輪郭を有する人工関節シェルとから成る人工関節にも関する。
別の有利な構成は従属請求項に含まれている。
添付の図面に図示された実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。
ここで、
図１は、本質的に水平な断面図に、組み込まれた関節頭を有する本発明による関節の関節シェルを上から見た図を、
図２は、図１における切断線II−IIに沿った断面図を、
図３は、図１における切断線III−IIIに沿った断面図を、
図４及び５は、本発明による関節頭の図３とは異なる位置での図１における切断線III−IIIに沿った断面図を、
図６は、部分的に断面にした本発明による関節の側面図を、
図７は、図６におけるＸによる詳細図を、
図８は、図７におけるＸ−Ｚ面内の断面図を、そして、
図９は、図７におけるＹ−Ｚ面に沿った断面図を、
示す。
図１〜９において、同じ部分には同じ参照符号が付けられている。
図１から認めることができるように、本発明による関節は、関節シェル１及び関節頭２から成る。この両方の人工関節部分は、公知の人工関節の材料から製造することができる。関節シェル１は、半径R₁及び中心点M₁の円形で凹状の断面輪郭を有する球状の機能面を有する。この関節シェル１内には、関節頭２が運動可能に組み込まれている。関節頭２は、球状で凸状の機能面を、少なくとも関節頭が関節シェル１の内部で関節をなす領域内に備えている。この球状の機能面は、関節シェル１内に組み込まれた状態にあって、関節頭２が、中心点M₁を経て延在する縦断面Ｘ−Ｘ内で、関節シェル１の半径R₁と等しいか、少なくともほぼ等しい半径R_K1を備えており、その際半径R_K1には、関節シェルの中心点M₁と一致する中心点M_K1が付属しているように構成されている。縦断面Ｘ−Ｘに垂直な中心点M_K1を経て延在する横断面Ｙ−Ｙ内では、関節頭２の凸状で球状の機能面が、半径R_K1より小さい半径R_K2を備えている。これにより、横断面内では、安定な２部分から成る重なり合った関節鎖が構成され、この関節鎖は、図３に示すように関節軌道半径Ｒを備え、その際、Ｒ＝R_K1−R_K2である。本発明による関節頭２の球状の機能面は、縦断面もしくは横断面内の半径R_K1とR_K2の間に構成されている。
本発明による関節頭の半径R_K1とR_K2の間の値の差は、特に１〜10mmである。本発明による関節頭２は、それぞれ、その横断面Ｙ−Ｙが、組み込まれる人工関節もしくは本発明による関節頭２で構成すべき股関節の主機能面と一致するように、関節シェル１内へと組み込まれている。図４及び５から分かるように、関節シェル１内での関節頭２のそれぞれの運動位置では、これら両者の間に、接点Ｋを経る接触面に沿った線状の接触部が存在する。その際、図４には、中心点M₁を中心とした関節頭２と関節シェル１の間の滑動運動が図示されており、図５には、中心点M₂を中心とした関節シェル１内での関節頭２の滑動運動が図示されている。図４及び５による両方の運動は、本発明による関節と接続されている付属肢を運動させる際に重なる。図２に図示されているような縦断面内では、中心点M₁を中心とした関節シェル１内での関節頭２の回転運動が行なわれる。
図６には、本発明による関節が図示されており、その際、人工関節頭２は、人工関節シェル１内へと組み込まれている。人工関節シェル１は、生来の腰骨３の内部に固定されている。関節頭２と関節シェル１の間には、これらの関節をなす面５及び６において、接触ライン７に沿った線状の接触部が構成される。この線状の接触部は、それぞれの運動位置で維持されている。図７〜９からは、関節頭２の球状の機能面（関節をなす面５）の形状を定めることができる幾何学的なデータもしくはパラメータが得られる。
図７では、接触ライン７によって基準座標系のＺ−Ｘ面が限定される。この座標系のＹ−Ｚ面は、本発明による関節の主機能面である。この面は、ほぼ樽状の本体を構成する関節頭２の２面対称の対称面である。
ここで、
Ｘ＝R₁・cosα
Ｙ＝［R₁・sinα−（R₁−R₂）］・cosβ
Ｚ＝［R₁・sinα−（R₁−R₂）］・sinβ
である。
この場合、以下の数値制限が行なわれている。
０≦β≦π/2
arcsin［（R₁−R₂）/R₁］≦α≦π/2
角度α及びβの定義は、図８及び９から得られる。
純粋なボール関節として形成されている公知の股関節の人工関節と比べて、本発明による関節は、主機能面内に存在する加圧に対して安定な配設によって際立ち、その際、関節体の間の点状の接触が回避され、むしろ線状の接触が保証されているので、個々の関節体の負荷が著しく低減される。

Claims (4)

1. 曲率半径R₁及び曲率中心点M₁の横断面が円形で凹状の断面輪郭を備える球状に形成された関節シェル（１）を有する人間の股関節内で使用するための人工関節頭（２）であって、その際、関節頭（２）が、少なくとも関節頭の関節シェル（１）内で関節をなす領域において、シェル（１）内に組み込まれた状態にあって、中心点M₁を経て延在する縦断面Ｘ−Ｘ内では、M₁と一致する中心点M_K1での半径R_K1＝R₁を備え、そして縦断軸Ｘ−Ｘに対して垂直な中心点M_K1を経る横断面Ｙ−Ｙ内では、中心点M_K2での半径R_K2＜R_K1を備える球状で凸状に形成された機能面を備え、従って、横断面Ｙ−Ｙ内では、中心点M_K1及びM_K2の関節軸軌道が関節軌道半径Ｒ＝R_K1−R_K2を備えるように構成された、安定な２部分から成る関節鎖が構成されている関節頭において、関節頭の機能面の半径R_K1が、全周囲にわたって一定であるように構成されていることを特徴とする関節頭。
2. R_K1とR_K2の間の値の差が、0.5〜10mmであるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の関節頭。
3. 人間の股関節の代用をするための人工関節であって、半径R₁及び中心点M₁の円形で凹状の断面輪郭を有する球状の人工関節シェルと、並びに、このシェル内で運動可能に配設された凸状の機能面を有する球状の関節頭とから成る人工関節において、関節頭が、請求項１又は２に従って形成されていることを特徴とする人工関節。
4. 横断面Ｙ−Ｙが、関節の主機能面（Ｙ−Ｚ）と一致するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の人工関節。

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