JP3549532B2 - 肩関節補綴 - Google Patents

Description

説明
本発明は肩関節補綴にかんするものである。
自然の肩関節は、一方で肩甲骨の浅いくぼみ、そして、他方で、そのくぼみに接続された上腕骨の末端の大きな頭部で構成された玉継手の形をしている。肩関節を高度に動きやすくするために、関節嚢を広く、靭帯は弱めに発展させられている。発生する力は、したがって、骨などの外層経由で上腕骨内部に伝えられ、力が横方向に変化することはない。肩関節は結合されており、筋肉によってずれないようにされている。例えば、二頭筋の長頭部の起点の腱自体が肩関節を通過しており、圧力がかかると、上腕骨に対してずれる。
従来、肩関節や浅窩関節、つまり、肩甲骨と腕の上側の骨との間の関節が破壊されたり、あるいは構造上の重大な変更が起きた場合のために、人体に埋め込むための非常に多様な完全関節代替システムが提案されている。例えば、DE 32 16 111 C2において、それぞれの露出端に丸い頭部を有している上腕骨に固定される上腕シャフトと肩胛骨に固定された肩胛骨シャフトで構成された肩関節補綴が述べられている。これら２つの頭部は、球形で、回転可能な軸受け要素の形態の一種の玉継手によって相互に機能的に係合されている。DE 27 14 387 C3に開示されている肩関節補綴にも非常によく似た構成がある。これらすべての肩関節補綴は、その複雑な構造と力の流れの故に明らかに不利であるであることが分かっている。特に、力はボール・ヘッドおよび関連するシャフトを通じて、肩甲骨上、または骨甲骨か上腕骨内部に伝えられる。これによって、力の大きな横方向の変化と、したがって、横方向の力のモーメントの変化が起き、これが肩甲骨および／または上腕骨に大きな負荷がかかる。一方の側では肩甲骨と肩胛骨との間の、そして／または、他方の側では上腕骨および上腕骨シャフトの間の相対的な動きがへり、それが、肩関節補綴全体の耐久性が低くなったり、肩関節あるいは上腕骨と外部との間の骨関節融合のプロセスを遅らせてしまうことも少なくない。
本発明は構造が単純で、非常に好ましい力の流れをもたらし、そして、骨との両立性が非常に高い肩関節補綴を提供するという課題に応えるものである。
この課題は肩甲骨に配置された浅窩関節窩、髄質内補強ステムによって上腕骨に固定することができる上腕骨凹部、そして、浅窩関節凹部と上腕骨関節窩の間に自由に動けるように配置された玉継手とによって構成された、本願請求項１のような肩関節補綴によって解決される。
本発明による肩関節補綴の設計は、その肩関節補綴が３つの部分、つまり、浅窩関節窩、上腕骨関節窩、および自由に動くことができる上記浅窩関節窩と上腕骨関節凹部との間に配置された自由に動くことができる中央結合球で構成されているという点で自然とは異なっているが、こうした構成は自由度を拡大してくれるので、特に大きな可動性が与えられる。その結果、力は肩甲骨か上腕骨の内部に伝えられ、横方向への変化が起きない。本発明による肩関節補綴の個々の構成要素に対して働く剪断負荷およびトルクは本発明による構造の故に非常に減少し、そのことは浅窩関節窩と上腕骨関節窩との間の結合球の回転、慴動、およびずれ運動を可能にする。このことはさらに、骨胛骨埋め込み部材と肩甲骨との間と、上腕骨埋め込み部材と上腕骨との間の相対的な動きを減少してくれる。本発明により肩関節補綴によっていわゆる異体効果（foreign−body effect）が完全に排除されるわけではないが、すくなくともかなり減少する。
さらに、本発明による肩関節補綴は特殊な骨胛骨構造を有しており、それは個々の構成成分、つまり、浅窩関節窩、上腕骨関節窩、および浅窩関節窩と上腕骨関節窩との間に配置された可動結合球が相互に固定されなくてもよいからである。
したがって、この肩関節補綴は、自然の肩関節と同様、筋肉と腱だけで所定の場所に固定、確保される。したがって、この結合球は棘上筋（supraspinous muscle）および棘下筋（infraspinous muscle）によって肩甲骨の後部領域に安定して固定され、肩甲下筋（subscapular muscle）によって前部領域に保持される。最後に、結合球は腱板（tendon plate）、いわゆるロテイター・カフ（rotator cuff）によって上部領域に固定される。本発明による肩関節補綴の固定に役立つ別の構造は、繊維性関節曩と、その他の筋肉および柔らかな部分（いわゆるハンモック効果）である。最後に、これも自然と同様であるが、肩関節補綴内部およびその周辺には、浅窩関節窩、上腕骨関節窩、そしてそれらの間の結合球を固定する中空部が形成される。
さらに、本発明による肩関節補綴の特に有利な特徴は、骨の頭部が破壊される上腕骨骨折や壊死に場合に起きるように、浅窩関節窩が損傷していない患者にも用いることができる点である。この場合、本発明による肩関節補綴賭して埋め込まれるのは、肩帯、三角筋、あるいはロテータ・カフ（rotator cuff）に麻痺が伴わないという条件の下で、髄質内補強ステムと結合球によって上腕骨に取りつけられる上腕骨関節窩だけである。
請求項２の特徴から、例えば、完全に破砕された浅窩関節窩を、後方部分で肩甲骨に取りつけることができる人工浅窩関節窩の取り替えることも同様に可能である。
さらに、金属あるいはそれと同様の材質、特にチタニウムまたはチタニウム合金などでできた浅窩関節窩に適用される慴動軸受用の、ポリエチレンまたはそれと同様の素材による浅窩関節窩の作成も、本発明の、請求項３および４の範囲内である。この構造は、浅窩関節窩と骨材、この場合であれば骨甲骨との間の必要な互換性をもたらしてくれる。さらに、本発明によって、ポリエチレンあるいは慴動軸受用に用いられるような種類の同様の素材で浅窩関節窩を形成することによって、剪断力およびトルクがさらに減少されるので、肩甲骨の骨材がより急速に浅窩関節窩内に成長していく。
さらに、後方部分などを、肩甲骨の成長を促進するために、100μｍ以上の孔を持った素材で形成するのも、本発明の請求項５の範囲内である。これにより肩甲骨内での浅窩関節窩の安定性が一層向上する。
しばしば患者が感じる痛みを引き起こす剪断力およびトルクをさらに減少する上で特に興味深いのは、浅窩関節窩がほぼ皿型、あるいは上から見た場合なし型をしていることを規定している請求項６の特徴である。ここで、その上部部分は下部より小さな曲率半径を有している。こうした非球形浅窩関節窩により、さらに自由度が増し、骨内部へのかなり滑らかな（step−free）力の伝達が可能になる。
浅窩関節窩は、さらに、請求項７の特徴にしたがって、オーバーハング状態またはそれと似た構造で配置されるので、中立的な位置にあり、左または右の浅窩関節窩のために用いることができる。これにより、肩甲骨の平面に対して後方に傾けて浅窩関節窩を埋め込む際の柔軟性がもたらされる。
上腕骨関節窩がポリエチレンまたは、それ自体金属など、特にチタンあるいはチタン合金でできている補強ステムに対して用いられる慴動軸受けのための同様の種類の材質でできているという請求項８および９による特質は、上腕骨関節窩とその補強ステムおよび上腕の骨材との間の高い互換性を保証する。
この補強ステムは50度程度のプラトー角αを有する上腕の骨髄凹部内に好適に固定することができる。したがって、上腕骨関節窩全体を上腕骨顆に対して後方に傾けて埋め込むことができる。
本発明の請求項11によるさらに別の形態において、上腕骨関節窩は、好ましくは結合球に適合した大きな内部半径を有するように構成されている。これにより、結合球が回転したり、慴動したり、あるいは上腕骨関節窩内またはその周辺でずれ運動する上での高度の可動性が保証される。
浅窩関節窩と上腕骨関節窩との間で、体の下部の方向に結合球をよりしっかりと固定させる上で大きな重要性をもつひとつの特徴は、上腕骨関節窩が、請求項12の特徴にしたがって、尾状に、あるいは体の下の方に向けられている突起部あるいはそれと同様の部分を有している点である。こうした突起部は一方では、その腕を側方に述べた場合に、結合球を浅窩関節窩と上腕骨関節窩との間でよりうまく芯出しさせると同様に、腕を下方に下げた場合にも、結合球をさらにしっかりと支えてくれる役割を果たす。
さらに別の特徴によれば、請求項13に述べられているように、この結合球は筋肉組織との両立性、特にそれを取り囲んでいる繊維性関節嚢との両立性を好適に増大するために、金属またはそれと同様の素材でできている。重量を少なくするために、この結合球は請求項14によって、中空球として好適に構成することができる。
結合球の大きさを特定の関節の張力の強さとロテータ・カフの内部容積に合わせて変えることができるという請求項15の特徴は、外科医が、実際の手術中に肩関節領域で遭遇する状態に、各個人に適合した直径を有する結合球を選択するという迅速かつ単純な手順によって柔軟に対応することを可能にしてくれる。したがって、関節張力を考慮に入れての、ロテータ・カフの再構成およびその内部容積の判定は、高度の信頼性をもって行うことができる。
最後に、請求項16の特徴によって、浅窩関節窩は、掛けがね、スナップ、あるいは同様の装置で、後方部分に接続することができる。これは、一方では、浅窩関節窩の後方部分への接続が非常に容易に行うことができると同様に、他方で、種々のタイプの関節窩を、それぞれのケースの必要性に合わせて、均一の形状をした後方部分に結合することにより、安価に達成できるという利点を提供してくれる。
以下に述べる、本発明の好ましい実施例の説明と図面を参照することにより、本発明の特徴、利点、および詳細がさらに明らかになるであろう。
図１は、本発明による肩関節補綴の一実施例の概略側面図である。
図２は、図１の浅窩関節窩の概略側面図である。
図３は、図１の上腕骨関節窩の概略側面図である。
図４は、図１の骨質内補強ステムの概略側面図である。
図5A、5Bおよび5Cは、図１の結合球およびより大きな、またはより小さな直径の他の結合球の概略側面図である。
図６は、図5Cの結合球を有する、本発明による肩関節補綴の他の実施例の概略側面図である。
図７は、図１による浅窩関節窩の実施例の概略側面図である。
図８は、図７の浅窩関節窩の修正実施例の概略図である。
図９は、図２および８の矢印22で示されている浅窩関節窩の平面図である。
図10A、10Bおよび10Cは、図９の線Ｘ−Ｘに沿ってとった、浅窩関節窩の種々の実施例の断面図である。
図11は、図９の線XI−XIによる浅窩関節窩内の縦方向断面図である。
図12は、後方部分の一実施例の縦方向概略断面図である。
図13は、図12の後方部分の実施例の縦方向概略断面図で、固定ネジも示されている。
図14は、第７図の浅窩関節窩に接続された、図13の後方部分の実施例の縦方向の概略断面図である。
図15は、図８の浅窩関節窩に結合された、図13の後方部分の実施例の縦方向概略断面図である。
図16は、図13による上腕骨関節窩の概略側面図である。
図17は、図16の矢印64で示した、図16の上腕骨関節窩の平面図である。図18は、図17の線XVIII−XVIIIに沿ってとった上腕骨関節窩の断面図である。
図19は、図17の線XIX−XIXに沿ったとった上腕骨関節窩の断面図である。
図１に、肩関節補綴10の第一の実施例の概略を示す。肩関節補綴10は、浅窩関節窩12、上腕骨関節窩14、および浅窩関節窩12と上腕骨関節窩14との間に可動自在に設けられた結合球16とによって構成されている。
浅窩関節窩12は、肩甲骨18に向けて配置され、それに対して、後方部分20により固定することができる。浅窩関節窩12は、ポリエチレンまたは浅窩関節窩12の後方部分20に圧着され、あるいは後者によって締付けられる（take up）慴動軸受に用いられるのと同じような種類の素材でできている。後方部分20自体は金属、あるいはそれと同様の素材、特に、肩甲骨18の骨質との両立性が特に優れているチタンかチタン合金でできている。
図２に示されている後方部分20は、肩甲骨の骨と融合できるように多孔性、あるいは同様の形状をしている。特に、後方部分20は孔径が100μｍ以上の多孔構造をしている。こうした特徴により、後方部分20と、それと一緒に、その後方部分20が支承する浅窩関節窩12が肩甲骨18の骨にしっかり固定され、時間の経過と共に、後方部分20の個々の孔に肩甲骨の骨が成長していく。
浅窩関節窩12はほぼ皿型をしており、あるいは、平面図でみると、図２の矢印22で示されているように、なし型をしている。ここで、浅窩関節窩12の上部部分24は浅窩関節窩12の下側部分26より小さな曲率半径を有している。さらに、浅窩関節窩12はオーバーハング部あるいは同様の構造部分を有している。
図１および３に示す上腕骨関節窩14は、髄内補強ステム28によって、上腕骨30に固定されている。上腕骨関節窩14もポリエチレンか、例えば、補強ステム28の開口部34内に挿入され、固定することができる後方部分32によって補強ステム28に圧着される慴動軸受に用いられるのと同様の種類の素材でできている。この補強ステム28自体は金属か、あるいはそれと同様の素材、特に、補強ステム28を取り囲む上腕骨30の骨質との両立性が特に優れているチタニウムか、あるいはチタニウム合金によってできている。
図１に示されているように、補強ステム28はプラトー角αがほぼ50度から60度の範囲の髄凹部に固定されている。
自由度を増大するために、上腕骨関節窩14は、好ましくは結合球16に適合した、大きな内径で構成される。加えて、図１と３に示す上腕骨関節窩14は、尾状、または体の下の方向に延びた突起部36またはそれと同様のものを含んでいる。突起部36は、したがって、上腕骨30が側方に延べられる時は結合球16を芯出しするのに役立ち、その場合、結合球16例えば肩甲下筋（subscapular muscle:図示せず）によって同時にその場所に固定され、またさらに、上腕骨30を図１に示すように下方にだらりと下げる場合は、結合球16に対して一層の補強となるように機能する。
結合球16自体は金属か、あるいは結合球16を取り巻く関節窩嚢との両立性がある同様の素材でできている。好ましくは、結合球16は中空球の形状を有している。
図5Aから5Cで、結合球16はサイズを変えることができるので、個々のケースの関節張力およびロテータ・カフの内部容積に応じて選択することができ、外科医が手術中に決めることができる。
本発明による肩関節補綴10の設計は可動回転軸による高い可動性を保証すると同時に、十分な関節張力を維持して回転カフを十分に再構成できるようにし、同時に、肩甲骨18の骨内部に固定され、さらに／または上腕骨30に固定される上腕骨補強ステム28によって上腕骨関節窩14上に固定される浅窩関節窩12に対して作用する剪断力およびトルクを減少してくれる。
本発明による肩関節補綴10のさらに別の実施例を図６に示す。図６に示されている本発明による肩関節補綴10のこの第二の実施例は、より小さな直径の結合球16を有している点だけが、図１の実施例と異なっている。ここで、同じ部分には同じ番号が付されている。
結合球16のサイズは、例えば、番号38で示されているロテータ・カフに対する損傷の程度によって決められる。したがって、ロテータ・カフ38の損傷が重大な場合、結合球16は図６に示されるように小さな直径を有しており、ロテータ・カフ38の剪断が小さい場合、結合球16は図１に示すように小さな直径を有している。肩関節、および図１と図６に示されているような本発明の肩関節補綴10の安定化に関与する他の筋肉は、図に示されていない。
本発明は上に説明した実施例だけに限定されるものではない。自然の浅窩関節窩に対する損傷が軽度の患者の場合、例えば、単に上腕骨関節窩14を、それと組み合わせた補強ステム28だけで上腕骨30に固定して、自然の浅窩関節窩と埋め込まれた上腕骨関節窩28との間に適切なサイズの結合球16を挿入するというようなことも考えられる。特に、こうした手順は、頭部が破壊されていたり、あるいは壊死しているような上腕骨の一定の部分に適用できる。
図７に示すように、ほぼ皿型の浅窩関節窩12を有する実施例においては、浅窩関節窩12の内部表面38は曲率中心42を有し、単一の曲率半径40で形成されている。対照的に、図８に示される浅窩関節窩12の内部表面38は、曲率中心48,50を有し、２つの異なった半径44、46で形成されている。図８に示されるように、浅窩関節窩12の上側部分24は小さな半径44を有しており、浅窩関節窩12の下側部分26は大きな半径46を有している。
図９から11までに浅窩関節窩12の種々の実施例が示されており、このうち図10Aは左側の肩、そして図10Bは右側の肩のためのものである。図10Cでは、浅窩関節窩12は中立的な要素として示されている。浅窩関節窩12を後方部分20に固定するための、後ろ側に伸びたくぎ状の部分52は、固定の安定性を向上させるために、穴（図示せず）をあけた構造としてもよい。
図12に示される後方部分20は、浅窩関節窩12を受け入れるために、その前方表面54が皿型になっている。さらに、内腔58が後方に、そして後方部分20の前方表面54に対してほぼ垂直な角度で伸びている２つの突起部56が後方部分20と一体成型されている。図13の後方部分20は、対応する突起部56の内腔58内に伸びるネジ60を通じて、骨質に固定される。
図14と15で、後方部分20がネジ60によって骨質に固定された後、個々に選定された浅窩関節窩12を後方部分20の前方表面64上に置いて、とめがね、スナップ、あるいは同様の装置62による捕捉、あるいはスナッピング作用によって受け入れられるようにすることができる。図14と15の２つの実施例は、それぞれの曲率半径40と44、および46を有する内部表面38の形状が相互に異なっているだけである。
図16の上腕骨関節窩14の実施例も、皿型か、あるいは図16の矢印64に示されているように、平面図で見た場合なし型の形状をしている内部表面62を有している。その内部表面62も、それぞれ、曲率中心70、72を有し、２つの異なる大きさの曲率半径66、68で形成されている。図17にはっきりと示されているように、上腕骨関節窩14も同様にほぼなし型をしている。
本願で開示されているすべての特徴は、単独においても、あるいは組み合わせにおいても、先行技術に対して新規性を有する程度に応じて、本発明に本質的に付随するものである。

Claims (16)

1. 肩甲骨（18）に対置された浅窩関節窩（12）と、骨髄内補強ステム（28）によって上腕骨（30）に固定することができる上腕骨関節窩（14）と、そして、上記浅窩関節窩（12）と上記上腕骨関節窩（14）との間に自由に動けるように配置された結合球（16）とによって構成された、肩関節補綴。
2. 上記浅窩関節窩（12）が後方部分（20）によって肩甲骨（18）に固定することができることを特徴とする、請求項１の肩関節補綴。
3. 浅窩関節窩（12）がポリエチレンか、あるいは浅窩関節窩（12）の後方部分（20）に圧着される慴動軸受用に用いられるのと同様の素材でつくられている、請求項２の肩関節補綴。
4. 後方部分（20）が金属か、それと同様の素材、特にチタンかチタン合金とによってできている、請求項２または請求項３の肩関節補綴。
5. 後方部分（20）が肩甲骨（18）の骨と一体化できるように多桁性または同様の構造をしており、特に100μＭ以上あるいは同等の孔径を有している、請求項２から４までのいずれかひとつの肩関節補綴。
6. 浅窩関節窩（12）がほぼ皿型をしているか、そして／または平面図で見てなし型をしており、上記浅窩関節窩（12）の上側部分（24）が上記浅窩関節窩（12）の下側部分（26）より小さな曲率半径を有する、請求項１から５までのいずれかひとつの肩関節補綴。
7. 上記浅窩関節窩（12）がオーバーハング部あるいはそれと同様の部分を有する、請求項１から６までのいずれかによる肩関節補綴。
8. 上記上腕骨関節窩（14）がポリエチレンか、あるいは補強ステム（28）に圧着される慴動軸受のために用いられるのと同様の素材でできている、請求項１から７までのいずれかひとつによる肩関節補綴。
9. 上記補強ステム（28）が金属かそれと同様の素材、特にチタンあるいはチタン合金でできている、請求項１から８までのいずれかひとつによる肩関節補綴。
10. 補強ステム（28）がほぼ50度から60度の範囲のプラトー角αを有する髄凹部に固定することができる、請求項１から９までのいずれかひとつの肩関節補綴。
11. 上記上腕骨関節窩（14）が、好ましくは上記結合球（16）に適合した、大きな内径を有している、請求項１から10までのいずれかひとつによる肩関節補綴。
12. 上記上腕骨関節窩（14）が尾状、または体の下方に向けて配置されている突起部（36）またはそれと同様の構造の部分を含んでいる、請求項１から11までのいずれかひとつによる肩関節補綴。
13. 上記結合球（16）が金属、あるいはそれと同様の素材によりできている、請求項１から12までのいずれかによる肩関節補綴。
14. 上記結合球（16）が中空球の形状を有する、請求項１から13までのいずれかひとつによる肩関節補綴。
15. 上記結合球（16）のサイズを、個々のケースの関節張力およびロテータ・カフの内部容積に応じて変えることができる、請求項１から14までのいずれかひとつによる肩関節補綴。
16. 上記浅窩関節窩（12）をとめがね、スナップ、あるいはそれらと同様の装置（62）によって上記後方部分（20）に固定することができる、請求項２から15までのいずれかひとつによる肩関節補綴。

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