JP3865138B2 - 関節包付き人工関節 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、人体に使用する人工関節に関し、特に人工関節から発生する摩耗粉の拡散、関節外からの異物侵入の防止、又は人工関節の脱臼の防止に好適な柔軟な関節包を有することを特徴とする人工関節に関する。
【０００２】
【従来の技術】
正常な人の股関節は、骨盤側の半球形の凹み（「寛骨臼」）と、大腿骨の上端にあり寛骨臼に適合する球状の突起（「大腿骨頭」）から構成されている。大腿骨頭が寛骨臼内で回転運動をすることにより、股関節の関節運動が実現される。
【０００３】
寛骨臼や大腿骨頭が損傷することにより関節運動（関節機能）が著しく障害された場合、人工の寛骨臼や人工の大腿骨頭を使用して関節機能を再獲得する治療法があり、人工関節置換術と呼ばれている。
【０００４】
本発明に関し、前記国際特許分類を調査分野として、先行技術文献情報の調査を実施したが、該当する文献を見出すことはできなかった。本発明が、ごく特殊な分野の技術であることがその理由であると思われる。
そこで、本発明者等は、先行技術文献情報に代えて、従来の技術を図面を用いて説明する。
【０００５】
図１０は従来の典型的な完全型又はバイポーラ型人工股関節を示す図である。典型的な人工股関節１００では、骨盤１０１側の半球形の凹み１０２にソケットＳｋが設置され、大腿骨１０３内に作られた穴１０４にステム１０５が設置される。ステム１０５の上端には球面１０６を持つ人工骨頭１０７があり、この人工骨頭１０７の球面１０６が球状の凹みであるソケットＳｋ内に収まり回転運動することによって人工関節が機能する。
【０００６】
ソケットＳｋは単一のカップ型の部品である場合と、２層のカップから構成されている場合とがある。２層のカップから構成されている場合、半球形の凹み１０２に設置される外側のカップをアウターカップ１０８、人工骨頭１０７を収める内側のカップをインナーカップ１０９と呼ぶ。ステム１０５には上端にネック１１１と呼ばれる突起があり、ネック１１１の上端に人工骨頭１０７が固定される。
【０００７】
典型的なアウターカップ１０８は金属やセラミックでできている。インナーカップ１０９は通常ポリエチレン、セラミック若しくは金属でできている。人工骨頭１０７は通常金属かセラミックでできている。ステム１０５およびその一部であるネック１１１は通常金属かセラミックでできている。ソケットＳｋの寛骨臼（半球形の凹み１０２）への設置は、そのまま寛骨臼に押し込んで固定する方法、骨セメントを使って固定する方法、スクリューを使って固定する方法、また寛骨臼へ嵌め込むが寛骨臼内で回転運動を許すように固定を行わない方法がある。ステム１０５は大腿骨１０３内に手術によって作られた穴１０４に差し込んで固定されるが、状況によって骨セメントを使って固定される場合と使用しないで嵌め込むことで固定される場合とがある。
【０００８】
従来の人工股関節１００の構成には大きくわけて三つのタイプある。
一つはソケットＳｋが寛骨臼（半球形の凹み１０２）に固定され動かないようになっているタイプ（「完全型」）で、回転運動はソケットＳｋと人工骨頭１０７の間のみで行われる。「完全型」は最も使用頻度が高く、単に「人工股関節」と言うときは通常この完全型を指す。完全型ではステム１０５を使用して、ステム１０５上端に人工骨頭１０７が固定されるのが一般的である。
【０００９】
二つ目は「バイポーラ型」と呼ばれ、ソケットＳｋは半球形の凹み１０２に収まるが固定はされず、半球形の凹み１０２とソケットＳｋの間で回転運動をすることを特徴とする。完全型と同じくソケットＳｋと人工骨頭１０７の間においても回転運動ができるため、バイポーラ型には関節面が２つあると言える。完全型と同じく、バイポーラ型においてもステム１０５が大腿骨１０３内に固定され、人工骨頭１０７はステム１０５上端に固定されている。
【００１０】
三つ目は「表面置換型」と呼ばれる。
図１１は従来の表面置換型人工股関節を示す図であり、人工股関節１００Ｂが、骨盤１０１に開けた半球状の凹み１０２にソケットＳｋを嵌め、このソケットＳｋに球面１０６を有する人工骨頭１０７を嵌めたことは、図１０と同様である。しかし、人工骨頭１０７を直接大腿骨１０３に固定する、若しくは人工骨頭１０７からペグ１１２を延ばし、このペグ１１２を挿入することで、人工骨頭１０７を大腿骨１０３に固定する点が、図１０と異なる。
【００１１】
すなわち、人工骨頭１０７がステム１０５（図１０参照）を介さずに直接大腿骨１０３に固定される。回転運動はソケットＳｋと人工骨頭１０７の間で行われる。通常ソケットＳｋは半球状の凹み１０２に固定されているが、必ずしも固定されていなくてもよい。表面置換型人工股関節１００Ｂはステム１０５（図１０参照）を持たないことを特徴とする。人工骨頭１０７を大腿骨１０３へ固定するためのペグ１１２を省略することは差し支えない。人工骨頭１０７の大腿骨１０３への固定は、骨セメントを使用する方法や骨セメントを使用しないではめ込むことで固定する方法などがある。
【００１２】
人工関節置換術を受ける患者の体格に個人差があるため、患者の体格に合わせられるように人工関節のソケットとステムにはいくつかのサイズが用意されている。通常はソケットはサイズによって直径が変わり、ステムではサイズによってステムの全長や直径、ネックの長さなどが変化する。手術前にレントゲンを使って使用されるべきソケットとステムのおおよそのサイズを計測し、手術中に実際にサイズが計測、検討され、最終的に使用するサイズが決定する。人工関節の部品の梱包は滅菌されているため、使用するサイズが手術中に最終的に決定されてから初めて適切なサイズの部品の梱包が開けられる。このため、手術が始まる前の時点では全ての可能性を考慮してあらゆるサイズに対応できるように多くのサイズを用意する必要がある。
【００１３】
通常の手術の順序を、図１０を参照しつつ、以下に説明する。
（１）ソケットＳｋを設置する半球状の凹み１０２を準備する。また、大腿骨１０３内にステム挿入固定用の穴１０４が作られる。
（２）半球状の凹み１０２のサイズを計測して使用するソケットＳｋを決定する。また、ステム固定用の穴１０４のサイズや適切なネック長などを計測し、使用するステム１０５のサイズを決定する。
（３）半球状の凹み１０２にアウターカップ１０８を固定する。
（４）アウターカップ１０８にインナーカップ１０９を嵌める。
（５）ステム１０５を大腿骨１０３内に挿入し固定する。
（６）ステム１０５上端のネック１１１に人工骨頭１０７を固定する。
（７）人工骨頭１０７をインナーカップ１０９の中に収める。
なお、手順（３）、（４）、（５）、（６）の各ステップの順序はこの限りではない。
【００１４】
人工関節は股関節にかぎらず、膝、肩、肘、手首、指、足首、脊椎などの関節にも応用されている。
【００１５】
上述した従来の人工関節置換術後の主な合併症として、人工関節の脱臼と人工関節の固定のゆるみという２つの深刻な合併症を上げることができる。
【００１６】
人工関節の脱臼は人工関節置換術を施行した直後から起こりえる合併症である。典型的な人工股関節ではアウターカップ１０８とインナーカップ１０９は固定されており、また人工骨頭１０７とネック１１１も固定されている。ところが人工骨頭１０７とインナーカップ１０９は嵌め込まれてはいるが、固定されていないため、人工骨頭１０７がインナーカップ１０９から外れてしまうことがあり、これを人工関節の脱臼と言う。脱臼の整復は徒手的にすぐ直せる場合から手術が必要な場合まで様々である。脱臼そのものによって人工関節が損傷する場合も多い。
【００１７】
一方、人工関節の固定のゆるみは、人工関節を数年から１５年くらいの期間使用した後に顕在化するのが典型的である。固定のゆるみによって人工関節は骨の中で不安定となり、正しい関節運動ができなかったり、疼痛が出現したり、摩耗が著しく進んで人工関節が破損したりする。
【００１８】
原因は人工関節の摩耗により生じた摩耗粉によって人体の炎症反応が誘発され、結果として人工関節周囲の骨が吸収されるためと言われている。ソケットＳｋと人工骨頭１０７の間の摩擦運動によって生成される摩耗粉は、関節面を離れて人体組織内に拡散する。摩耗粉と接触した細胞の一部は炎症反応を起こし、その結果として炎症反応が起こった周囲の骨を溶かしてしまう。
【００１９】
この骨融解により人工関節の周囲の骨が吸収されるのが人工関節の固定がゆるむ原因と言われている。緩んだ人工関節は更に様々な問題（疼痛、脱臼、骨折、人工関節部品の破損）を来すため、通常はゆるみにより問題が生じてきた時点で人工関節を入れ替える再置換術を行う。
【００２０】
再置換術は初回手術以上の危険性を伴い、技術的にも難しく、コストも高い。骨の吸収によるゆるみは人工関節再置換術の原因の大部分を占めるため、現在のところこの炎症反応がいつどの程度起こるかが事実上人工関節の体内での寿命を決定している。摩耗は長期間の使用においても出現するし、人工関節設置後の比較的早期（１から数年）においても異物の混入や転倒などで関節面に部分的な損傷が起こると摩耗は起こる。摩耗粉による炎症反応の強度は摩耗粉の量に応じて増加する。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べたとおりに、従来の人工関節では長期間の使用にともなって摩耗粉が発生し、この摩耗粉が炎症発生などの様々な問題を引き起こす。
そこで、人工関節を更に長く使えるようにするため、摩耗粉の拡散による骨融解を防ぐ方法が従来から望まれていた。また人工関節の脱臼を防止する方法や関節面への異物の混入を防ぐ方法も従来から望まれていた。従来の人工関節を使用する限り、この問題を有効に解決することは容易なことではない。
【００２２】
本発明の目的は、以上の問題点と課題を鑑み、人工関節の摩耗粉の拡散を防止又は減じ、脱臼を防止し、異物の混入を防止するための関節包を備えることを特徴とする人工関節を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る人工関節は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００２４】
本発明に係る第１の人工関節（請求項１に対応）は、人の関節に設置される人工関節であって、球面３ａを持ち、骨に固定される人工骨頭３と、前記人工骨頭３の前記球面３ａと適合する椀型のソケットＳｋによって構成される人工関節において、前記人工骨頭３とソケットＳｋに柔軟な関節包６を掛け渡し、前記ソケットＳｋを骨の半球状の凹み１５ａに固定することなく嵌め込み、前記骨の凹み１５ａとソケットＳｋとの間で回転運動可能であり、且つソケットＳｋと人工骨頭３との間で回転運動可能であり、前記関節包６内に閉じた空間で形成される関節腔７内に、前記ソケットＳｋの損傷を修復する修復剤３２を有し、前記ソケットＳｋに損傷が生じた時に前記修復剤３２が前記ソケットＳｋの損傷を修復することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る第２の人工関節（請求項２に対応）は、人の関節に設置される人工関節であって、球面３ａを持ち、骨に固定される人工骨頭３と、前記人工骨頭３の前記球面３ａと適合する椀型のソケットＳｋによって構成される人工関節において、前記人工骨頭３とソケットＳｋに柔軟な関節包６を掛け渡し、前記ソケットＳｋを骨の半球状の凹み１５ａに固定又は固定することなく嵌め込み、前記人工骨頭３を直接大腿骨１６に固定し、前記関節包６内に閉じた空間で形成される関節腔７内に、前記ソケットＳｋの損傷を修復する修復剤３２を有し、前記ソケットＳｋに損傷が生じた時に前記修復剤３２が前記ソケットＳｋの損傷を修復することを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る第３の人工関節（請求項３に対応）は、請求項１又は請求項２において、前記修復剤３２はモノマー３２であり、このモノマー３２の重合反応を促す触媒３０を前記ソケットＳｋの素材に含ませたことを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る第４の人工関節（請求項４に対応）は、請求項１又は請求項２において、前記人工骨頭３は大腿骨内固定用の突起１４を有し、この大腿骨内固定用の突起１４に適合する凹み１８をステム１が有し、このステム１の凹部１８に前記大腿骨内固定用の突起１４を差し込んで固定することを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２９】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示に過ぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態、配置関係に変更することができる。
【００３０】
以下、本発明を図示した好ましい一実施の形態に基づいて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は、添付図面に示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において適宜変更が可能である。
【００３１】
図１を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。本発明による人工股関節は大腿骨コンポーネントＡと寛骨臼コンポーネントＢから構成されている。
大腿骨コンポーネントＡはステム１と呼ばれる棒状の本体と、ネックと呼ばれる人工骨頭固定用の突起２（以下、ネック２と記す。）から構成される。ステム１は手術時に大腿骨に作成された穴に挿入固定され、その上端にネック２を有する。ネック２は人工骨頭３の固定に使用される。
【００３２】
寛骨臼コンポーネントＢは人工骨頭３、インナーカップ４とアウターカップ５、関節包６で構成される。インナーカップ４とアウターカップ５は半球形の椀型をしており、重ねることにより２層構造のソケットＳｋを構成している。インナーカップ４とアウターカップ５は互いに固定されており、両カップ間の接触面では関節運動は行われない。
【００３３】
アウターカップ５は骨盤の半球状の凹み（寛骨臼、図３の符号１５ａ参照）に設置され、インナーカップ４は球面３ａを持ち、人工骨頭３と適合し、人工関節の関節運動を行う。
【００３４】
アウターカップ５は寛骨臼に固定されてもいいし（完全型）、固定されずに寛骨臼に収まり回転運動することで第２の関節面を構成してもいい（バイポーラ型）。また人工骨頭３はステムを介さずに直接大腿骨に固定されてもよい（表面置換型）。関節包６を除く構成要素は全て従来の人工股関節の構成要素と素材、形状、機能についてほぼ同等である。
【００３５】
関節包６は一端が人工骨頭３に、もう一端がインナーカップ４若しくはアウターカップ５（図１ではアウターカップ５）に付着することで関節腔７という閉じた空間を作っている。
関節腔７内には何も入れなくてもよいが、関節腔７内に液体や潤滑剤を入れることで人工骨頭３とインナーカップ４との摩擦を減らし、摩耗粉の生成を減少することができる。
【００３６】
また、自動車エンジンなどに応用されている表面保護剤や表面修復剤を関節腔内に入れておけば、更に摩耗を抑制し人工関節の寿命を延ばすことができる。また関節腔内に酸化防止剤を入れることでインナーカップ４（主にポリエチレンやセラミックで作られている）が酸化によって劣化するのを防ぐこともできる。
【００３７】
寛骨臼コンポーネントＢは組み立てられた状態で梱包・滅菌されていてもいいし、インナーカップ４、アウターカップ５、人工骨頭３、関節包６が別々に梱包・滅菌され、手術中に組み立てられても良い。関節包の接着を手術中に行うと血液や体液などの異物が強固な接着を妨げたり関節腔内に混入したりするので、寛骨臼コンポーネントＢは手術前に組み立てられ、梱包・滅菌されていることが望ましい。関節腔内に潤滑液などを封入する場合は、その作業を梱包・滅菌前にしておいてもいいし、手術中に後述するチューブを使ってすることもできる。
【００３８】
人工骨頭３の下面には大腿骨コンポーネントＡに向かうように、ステム固定用の凹み８が作られており、ステム固定用の凹み８に大腿骨コンポーネントＡのネック２を嵌め込むことで、大腿骨コンポーネントＡと寛骨臼コンポーネントＢが結合される。
【００３９】
人工骨頭３のステム固定用の凹み８の縁には関節包下端固定用の溝９ａが作られており、ここに関節包６の一端が固定されている。もう一方ではアウターカップ５の縁にも関節包上端固定用の溝９ｂが作られており、ここに関節包６のもう一端が固定されている。
【００４０】
図１ではソケットＳｋが２層構造（アウターカップ５とインナーカップ４）であるが、ソケットＳｋは単層のカップであってもよい。その場合ソケットＳｋは単一の部品として寛骨臼に設置され、関節包６が付着し、更に人工骨頭３を抱えて関節面を構成することになる。
【００４１】
完全型の人工股関節ではアウターカップ５は骨盤に固定されて動かないため、関節運動はインナーカップ４と人工骨頭３間でのみ行われる。バイポーラ型人工股関節ではアウターカップ５は骨盤に固定されておらず、生体の大腿骨頭と同様に寛骨臼と呼ばれる骨盤の凹みの中にはまりこんでおり、寛骨臼内で回転することにより関節運動を行うことができる。よってバイポーラ型では寛骨臼とアウターカップ５の間と、人工骨頭３とインナーカップ４の間で関節運動が可能である。
【００４２】
関節包６は閉じた空間である関節腔７を作ることにより関節面であるインナーカップ４と人工骨頭３の接触面を隔離している。こうして関節包６は関節面で生成される摩耗粉が拡散するのを防止している。摩耗粉は人工骨頭３とインナーカップ４の関節面以外からも生成される。
【００４３】
例えば、アウターカップ５とインナーカップ４は固定されていてその接触面では動かないが、長期間使用するうちに微小なゆるみが生じ、２枚のカップ４、５間において微小な摩耗が進行する。このような摩耗（バックサイド摩耗と呼ばれる）も摩耗粉を生成するが、関節包６がアウターカップに付着する場合、バックサイド摩耗粉も関節腔内にとらえることができ、拡散を防止できる。関節包６は摩耗粉の拡散の防止と同時に異物が関節面に巻き込まれることをも防止している。
【００４４】
関節包６は人工骨頭３とソケットの一部（図１ではアウターカップ５）に付着するため、人工関節の脱臼防止に役立つ。人工骨頭３がインナーカップ４から外れそうになると関節包６が引っ張られることにより緊張が生まれるため、関節包６が緊張に対して充分に強ければ人工関節の脱臼を防止することができる。
【００４５】
従来の人工股関節は関節包６を持たない。図１に示された他の部品、つまりステム１、ネック２、人工骨頭３、インナーカップ４、アウターカップ５は従来の人工関節と比べて素材、形状、機能ともほぼかわらない。
【００４６】
従来の人工股関節では関節包がないため、人工骨頭３とソケットＳｋ（インナーカップ４、アウターカップ５）は連結されていない。そのため従来の人工股関節では、アウターカップ５とインナーカップ４によって寛骨臼コンポーネントが構成されており、人工骨頭３はネック２、ステム１とともに大腿骨コンポーネントの一部として扱われる。本発明では人工骨頭３とソケット（インナーカップ４、アウターカップ５）とが関節包で連結されているので、人工骨頭３は寛骨臼コンポーネントＡの一部として扱われている。この違いは次に述べるように手術方法にも現れる。
【００４７】
従来の人工股関節と本発明による人工股関節の手術方法の違いを説明する。
図１０に示した従来の完全型人工股関節１００ではインナーカップ１０９、アウターカップ１０８、人工骨頭１０７、ステム１０５はそれぞれ別々に梱包・滅菌されている。手術執刀者は手術中に患者の骨（寛骨臼１０２や大腿骨１０３）の大きさ、靭帯や筋肉の緊張具合によって各部品のサイズを決定し、サイズのあった部品の梱包を開け、組み立てる。
【００４８】
従来の人工股関節の基本的な組み立て順序は、（ａ）アウターカップ１０８を寛骨臼１０２に固定する。（ｂ）インナーカップ１０９をアウターカップ１０８に固定する。（ｃ）ステム１０５を大腿骨１０３に固定する。（ｄ）人工骨頭１０７をネック１１１に固定する。（ｅ）最後に人工骨頭１０７をインナーカップ１０９に嵌め込む。バイポーラ型ではアウターカップ１０８は寛骨臼１０２に設置はされるが固定されず、寛骨臼１０２内で回転運動を行う。
【００４９】
これに対して、図１で説明した本発明による人工股関節の場合、寛骨臼コンポーネントＢはアウターカップ５、インナーカップ４、関節包６および人工骨頭３から構成されている。これらの部品は手術前にあらかじめ組み立てられた状態で梱包・滅菌されている。
従って従来の人工関節と違い、人工骨頭３はステム１に固定される前に既にソケットＳｋに収まっている。一方、大腿骨コンポーネントＡはステム１とネック２で構成されており、一塊の部品として梱包・滅菌されている。
【００５０】
手術執刀者は患者に適した寛骨臼コンポーネントＢと大腿骨コンポーネントＡのサイズを決定した後、既に組み上がっている寛骨臼コンポーネントＢを寛骨臼に固定し、大腿骨コンポーネントＡを大腿骨に固定する。人工骨頭３は既に寛骨臼コンポーネントＢに組み込まれているので、最後にネック２を人工骨頭３に差し込んで固定する。以上の説明からも明らかなように、関節包６の有無は手術手順や方法に影響を与える。
【００５１】
理論上は関節包６が人工骨頭３ではなく大腿骨コンポーネントＡに付着する場合においても摩耗粉の拡散は防止できる。しかし全ての部品つまりアウターカップ５、インナーカップ４、人工骨頭３に加えてネック２、ステム１までも関節包６によって連結されるか関節腔７に内包されることになる。この場合梱包の方法として（１）全ての部品をあらかじめ組み立ててから一塊の部品として梱包・滅菌する。（２）手術中に各部品を組み立てることを可能にするため、関節包６とソケットＳｋの接着および関節包６と大腿骨コンポーネントＡの接着を手術中に行う。と言う２つの方法があるが、以下に説明するようにいずれの方法も問題がある。
【００５２】
まず（１）全ての部品をあらかじめ組み立てて梱包・滅菌する場合、あらゆる寛骨臼コンポーネントＢのサイズとあらゆる大腿骨コンポーネントＡのサイズに対応するためには可能な全てのサイズの組み合わせを作成して梱包・滅菌しなくてはならない。コンポーネントのサイズは手術中に最終決定されるため手術が始まるまでどのサイズが使用されるのか不明である。
【００５３】
全ての可能性に対応するためには手術時に準備するパッケージの数が著しく増えてしまう。また全ての部品をあらかじめ全て組み上げると物理的に大きなものになってしまい、狭い手術作業空間しか得られない場合には小さな作業空間に既に組み上がった大きな人工関節を入れて操作しなくてはならないため、設置に困難が伴ったり設置が不可能であったりする恐れがある。
【００５４】
ところが本発明による人工関節では関節包６はその下端において人工骨頭３に付着するため、寛骨臼コンポーネントＢと大腿骨コンポーネントＡをそれぞれ別に梱包・滅菌でき、手術中にサイズをそれぞれ別々に選べるので手術前に準備するパッケージの量が少なくてすむ。また一つずつ設置することができるため、設置時に一度に大きな部品を小さな空間内で操作する必要がない。
【００５５】
仮に、各部品を組み立てずに梱包・滅菌した場合、関節包６とソケットＳｋ、人工骨頭３との接着を手術中に行わなくてはならないことになる。手術作業空間は血液や体液、脂肪、骨粉などで汚染されており、通常はそれらのものが人工関節に付着することによって関節包６の強固な接着が行えない恐れが強い。
【００５６】
この点、本発明による人工関節では、関節包６とソケットＳｋ、人工骨頭３との接着は梱包・滅菌前の製造時に行われるため、接着に適した状態に適切にコントロールされた環境で接着作業を行うことができるため、より強固で完全な関節包６の接着が可能である。このため関節包６は大腿骨コンポーネントＡではなく人工骨頭３に付着することが望ましい。
【００５７】
図２は本発明による人工股関節の一例を示す。この図では、人工骨頭３と、ネック２の接合方法が図１と違っており、それに伴い関節包６の人工骨頭３への付着部にも若干の違いがある。
図２では人工骨頭３の大腿骨に向かう面にスカートと呼ばれるステム固定用の突起１１（以下、スカート１１と記す。）があり、その中にステム固定用の凹み１０がある。凹み１０の機能は図１の凹み８と同じで、人工骨頭３を大腿骨コンポーネントＡに固定するためにネック２が挿入、固定される。
【００５８】
図２の例では人工骨頭３にスカート１１が付いた分、図１に比べ人工骨頭３を大腿骨コンポーネントＡからより離れた位置に固定できるため、スカート１１の長さを変えることにより患者の体格に合わせることができる。関節包６は図１のように人工骨頭３の本体に付着してもよいし、スカート１１がある場合、図２のように溝９ａをスカート１１上に作り、関節包６をそこに接着することもできる。
【００５９】
また図２では関節包６は溝９ｃを介してインナーカップ４に付着している。これに対して図１では関節包６はアウターカップ５に付着している。このように関節包６がインナーカップ４に付着する場合とアウターカップ５に付着する場合、いずれにおいても人工骨頭３とインナーカップ４の間の関節面を隔離できるため、摩耗粉の拡散を防止できる。
【００６０】
図３は本発明による人工股関節の一例を示し、大腿骨コンポーネントＡと寛骨臼コンポーネントＢはそれぞれ大腿骨１６、骨盤１５に設置されている。アウターカップ５は骨盤１５にある半球状の凹み１５ａ（寛骨臼）に設置されている。
ステム１は大腿骨１６の中に手術によって作られた穴に挿入、固定されている。
【００６１】
この図では大腿骨コンポーネントＡはネック２を持たず、ステム１のみで構成されており、かわりに人工骨頭３にネック１２が付いている。ネック１２はステム１の上端にあるネック固定面１Ａに固定されている。ネック固定面１Ａにはネックを差し込むことのできるくぼみがあり、そこにネック１２を差し込むことで人工骨頭３とステム１を結合する。
【００６２】
関節包６は一方ではアウターカップ５に付着しており、もう一方はネック１２に付着している。図３では関節包６はチューブ１３を持っており、関節包６によって外界から隔絶された関節腔７の内容物をこのチューブ１３を使って追加・除去することができる。
【００６３】
図４は本発明による人工股関節の一例を示す。基本的構造は図１に示す例と同一であるが、人工骨頭３と大腿骨コンポーネントＡの接合方法に違いがある。図４では人工骨頭３はネック２と、インナーステムと呼ばれる大腿骨内固定用の突起１４（以下、インナーステム１４と記す。）を持っている。
【００６４】
一方、大腿骨コンポーネントＡはその上端に大腿骨内固定用の凹み１８を有し、インナーステム１４が凹み１８に固定されることで人工骨頭３と大腿骨コンポーネントＡの接合が行われる。インナーステム１４と凹み１８の間には衝撃緩衝材１７を使用することができる。
【００６５】
図５は本発明による人工股関節の一例を示し、人工関節は本発明による人工股関節の表面置換型の例である。寛骨臼コンポーネントＢの基本構成は図１と同じであるが、人工骨頭３は大腿骨１６に直接固定される。図５では人工骨頭３は、ペグと称する大腿骨への固定用の突起１９（以下ペグ１９と記す。）を有する。
【００６６】
関節包６は図１と同様にアウターカップ５と人工骨頭３に付着しているが、インナーカップ４に付着しても機能する。寛骨臼コンポーネントＢはアウターカップ５を介して骨盤１５に設置されている。人工骨頭３はペグ１９を介して直接大腿骨１６に固定されるため、図３で説明したような大腿骨コンポーネントＡ、つまりネック２とステム１は存在しない。
【００６７】
図１から図５において人工骨頭３とステム１の固定方法若しくは人工骨頭３と大腿骨１６の固定方法にはいろいろなパターンがあるが、寛骨臼コンポーネントＢの基本構造は共通である。
【００６８】
図６は本発明による人工股関節の関節包６の構造の例を断面図にて示す。関節包６の構造は単層構造も多層構造も可能であるが、図６の例では３層構造の例を示している。上から外層２０，中層２２，内層２４となっており、内層２４は人工関節の関節面（インナーカップ４と人工骨頭３の関節面）に面し、外層２０は関節の外（人体組織）に面している。関節包６は異物の混入の防止、摩耗粉の拡散の防止といったその主な目的を果たしながら、且つ耐久性、耐衝撃性、耐摩耗性に優れる、摩耗粉のような細かい粒子の拡散を防止できる、といった多様な条件を満たすことが望まれる。
【００６９】
関節包６が単層構造である場合、単一の層で、なるべく多くの条件を満たさなくてはならないが、関節包６が複層構造の場合、各層が別々の機能を提供することにより多くの条件を満たすことができる。例えば図６にあるように関節包６を３層にした場合、外層２０に耐摩耗性の高い素材を使用し、中層２２には耐久性の高い素材、内層２４には粒子の透過防止や吸着性の高い素材を使用することで、耐久性、耐摩耗性、密封性の強い関節包を作ることができる。
【００７０】
関節包の内層に摩耗粉を吸着するような素材、例えば活性炭やセラミックなどの吸着剤や HEPA（登録商標、High Efficiency Particle Absorbing）フィルターなどのフィルター材を使用することで、摩耗粉の拡散を更に防止できる。これらの吸着、フィルター機能を関節包が持つ場合、関節包の一部に欠損がありそこから摩耗粉が出入りするとしても、摩耗粉を少しでも多く吸着することにより拡散する量を減らすことができる。
【００７１】
また欠損が十分に小さければ、吸着機能等がなくても拡散する摩耗粉の量を低減することができる。摩耗粉に対する人体の反応の強度は摩耗粉の量に応じて増加するため、摩耗粉の量が少しでも低減されれば炎症反応はその分だけ軽くなる。よって関節包に欠損があるなどして完全な摩耗粉の封入が不可能であったとしても、拡散する摩耗粉の量を減ずることができれば本発明の目的は達成できる。
【００７２】
関節包６にセンサー２２ａやＩＣチップを内蔵させることもできる。関節包６にセンサーをつけることにより、関節内圧や温度、浸透圧、加速度などの計測が可能になり、関節の状態を観察、監視するのに役立つ。またＩＣチップを内蔵することにより、患者や人工関節特有の情報などを蓄えておくことができる。図６におけるセンサー２２ａは３層構造の中層２２に設置されている。設置場所は中層２２に限らず、外層２０や内層２４など他の場所にも設置できる。
【００７３】
図７は本発明による人工関節の関節包に弾性板を付けることにより、関節包６が適切な形状に保たれるようにした本発明による人工関節の一例である。関節包６および弾性板２６以外の部位は図３に断面図を示した例と同様である。図７は断面図ではなく、更に関節包６はアウターカップ５に付着しているためインナーカップ４は図示されていない。
【００７４】
関節包６は外層２０に弾性板２６を有し、この弾性板２６が関節包６の外側（人体組織側）に向かって凸となるような形状を持っているため、関節包６は力を与えられない限り外側に向かって膨らむ。このように形状を保持することによって関節包６の劣化を防ぐことができる。
【００７５】
次に、本発明に係る寛骨臼コンポーネントＢの自己修復機構について説明する。従来の人工関節は自己修復機構を持たず、人工関節に破損や亀裂などの損傷が生じた場合にそれを修復するには再手術が不可欠であった。本発明における自己修復機構とは、最も損傷しやすいインナーカップ４が損傷した場合に自動的にその損傷箇所を修復する機能を持ち、この修復の際に手術などの手段を必要としないことを特徴としている。
【００７６】
インナーカップ４の損傷には、インナーカップ４を被膜２８で覆ったときに、この被膜２８が破れること、更にはインナーカップ４に亀裂が発生すること、の２つが考えられる。以下、被膜破損対策と亀裂対策を順に説明する。
【００７７】
図８（ａ）〜（ｄ）は本発明での被膜損傷対策の説明図である。
（ａ）は寛骨臼コンポーネントＢが損傷する前の状態を示している。アウターカップ５は外周は寛骨臼に固定されており、またインナーカップ４を内部に固定している。インナーカップ４は触媒３０を内部に豊富に含んでおり、表面は被膜２８によって覆われている。
【００７８】
関節包６は人工骨頭３とアウターカップ５に付着し、閉じた空間である関節腔７を構成する。この図では関節包６は人工骨頭３とアウターカップ５に付着しているが、人工骨頭３とインナーカップ４に付着する場合も自己修復機構は同様に機能する。人工骨頭３は関節腔７内でインナーカップ４と接触、滑動する。
関節包６内にはエチレンモノマーに代表される修復剤３２（以下、モノマー３２と記す。）を封入する。
【００７９】
（ａ）ではインナーカップ４が被膜２８によって覆われているため、インナーカップ４の被膜２８に欠損部が生じない限りインナーカップ４内の触媒３０が直接モノマー３２に接触することはない。
【００８０】
（ｂ）はインナーカップ４が損傷した状態を示し、インナーカップ４の一部に摩耗が生じることにより被膜２８に欠損部２８ａが生じ、触媒３０がインナーカップ４の表面（下表面）に露出する。
【００８１】
（ｃ）は触媒３０とモノマー３２が接触する様子を示し、摩耗によって被膜２８が欠損した箇所（欠損部２８ａ）にモノマー３２が流れ込むと、インナーカップ４の下表面に露出した触媒３０はモノマー３２と接触する。触媒３０はモノマー３２の重合反応を促進するため、モノマー３２は触媒３０と接触した近辺において重合反応を行い、インナーカップ４の素材であるポリエチレンポリマーを生成する。
【００８２】
（ｄ）は自己修復後の状態を示す。自己修復のための重合反応は触媒３０が露出している箇所において限局的に行われるので、損傷した部分においてのみ重合によってポリマーが作られ損傷が修復される。２８ｂは修復部である。すなわち、（ｄ）は自己修復機能によって損傷箇所に生成されたポリマーが摩耗箇所を修復した状態を示す。
【００８３】
図９（ａ）〜（ｄ）は本発明での亀裂対策の説明図である。
（ａ）は寛骨臼コンポーネントＢが損傷する前の状態を示している。アウターカップ５は外周は寛骨臼に固定されており、またインナーカップ４を内部に固定している。インナーカップ４は触媒３０を内部に豊富に含んでおり、表面は被膜２８によって覆われている。関節包６は人工骨頭３とアウターカップ５に付着し、閉じた空間である関節腔７を構成する。（この図では関節包６は人工骨頭３とアウターカップ５に付着しているが、人工骨頭３とインナーカップ４に付着する場合も自己修復機構は同様に機能する。）人工骨頭３は関節腔７内でインナーカップ４と接触、滑動する。
【００８４】
（ａ）ではインナーカップ４が被膜２８によって覆われているため、インナーカップ４の被膜２８に欠損部が生じない限りインナーカップ４内の触媒３０が直接モノマー３２に接触することはない。
【００８５】
（ｂ）はインナーカップ４が損傷した状態を示し、インナーカップ４に亀裂４ａが生じ被膜２８に欠損部２８ａができたため、触媒３０が亀裂４ａの表面に露出している。
【００８６】
（ｃ）は、触媒３０とモノマー３２が接触する様子を示し、亀裂４ａによって被膜２８が欠損した箇所にモノマー３２が流れ込むと、インナーカップ４の表面に露出した触媒３０はモノマー３２と接触する。触媒３０はモノマー３２の重合反応を促進するため、モノマー３２は触媒３０と接触した近辺において重合反応を行い、インナーカップ４の素材であるポリエチレンポリマーを生成する。
【００８７】
（ｄ）は自己修復後の状態を示す。自己修復のための重合反応は触媒３０が露出している箇所において限局的に行われるので、損傷した部分においてのみ重合によってポリマーが作られ損傷が修復される。すなわち、インナーカップ４に生じた亀裂において自己修復が行われた状態を示す。４ｂは修復部である。損傷箇所は生成されたポリマーにより修復されており、インナーカップ４中に含まれる触媒３０はモノマー３２と接触しないためこれ以上の修復は行われない。
【００８８】
図８、図９の一連の図に示した自己修復機構は、触媒３０はインナーカップ４内に、モノマー３２は関節腔７内に存在したが、この状況が逆でも自己修復機構は機能する。すなわち、インナーカップ４内にモノマー３２が存在し、触媒３０は関節腔７内に存在する場合においても、自己修復機構は同様に機能する。
【００８９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、請求項１では、人の関節に設置される人工関節であって、球面３ａを持ち、骨に固定される人工骨頭３と、人工骨頭３の球面３ａと適合する椀型のソケットＳｋによって構成される人工関節において、人工骨頭３とソケットＳｋに柔軟な関節包６を掛け渡し、ソケットＳｋを骨の半球状の凹み１５ａに固定することなく嵌め込み、骨の凹み１５ａとソケットＳｋとの間で回転運動可能であり、且つソケットＳｋと人工骨頭３との間で回転運動可能であり、関節包６内に閉じた空間で形成される関節腔７内に、ソケットＳｋの損傷を修復する修復剤３２を有し、ソケットＳｋに損傷が生じた時に修復剤３２が前記ソケットＳｋの損傷を修復するようにしたので、先ず、人工関節から生成される摩耗粉が体内で拡散するのを防止又は減少することができる。また異物が人工関節に巻き込まれることによる損傷を防止することもできるとともに、ソケットＳｋを骨の半球状の凹み１５ａに嵌め込むが固定はしないようにしたので、ソケットＳｋと骨の半球状の凹み１５ａとの間で回転運動をすることができ、又ソケットＳｋと人工骨頭３との間で回転運動をすることができる。
【００９０】
詳しく述べると、本発明に係る第１の人工関節（請求項１に対応）は、人の関節に設置される人工関節であって、球面３ａを持ち、骨に固定される人工骨頭３と、人工骨頭３の前記球面３ａと適合し、骨の半球状の凹み１５ａに嵌め込むが固定はしないようにする椀型のソケットＳｋによって構成される人工関節において、ソケットＳｋと骨の半球状の凹み１５ａとの間で回転運動をすることができ、ソケットＳｋと人工骨頭３との間で回転運動をすることができるようにし、このような人工関節で、人工骨頭３とソケットＳｋに柔軟な関節包６を掛け渡したので、仮に、摩耗粉が生成されたとしても、この摩耗粉は関節包６に溜まるだけであって、摩耗粉が関節包６より外に漏れることがなく、摩耗粉が体内で拡散するのを防止又は減少することができる。また異物が人工関節に巻き込まれることによる損傷を防止することもできる。加えて、人工関節の脱臼を防止することもできる。
また、ソケットＳｋと骨の半球状の凹み１５ａとの間で回転運動をすることができ、又ソケットＳｋと人工骨頭３との間で回転運動をすることができる。
【００９１】
ところで、従来の人工関節は自己修復機構を持たず、人工関節に破損や亀裂などの損傷が生じた場合にそれを修復するには再手術が不可欠であった。
本発明では、関節包６内に閉じた空間で形成される関節腔７内に、ソケットＳｋの損傷を修復する修復剤３２を有し、ソケットＳｋに損傷が生じた時に修復剤３２が前記ソケットＳｋの損傷を修復するようにしたので、最も損傷しやすいインナーカップが損傷した場合に自動的にその損傷箇所を修復する機能を持ち、再手術や部品の交換を不要にすることができる。
【００９２】
本発明に係る第２の人工関節（請求項２に対応）は、人の関節に設置される人工関節であって、球面３ａを持ち、骨に固定される人工骨頭３と、人工骨頭３の球面３ａと適合する椀型のソケットＳｋによって構成される人工関節において、人工骨頭３とソケットＳｋに柔軟な関節包６を掛け渡し、ソケットＳｋを骨の半球状の凹み１５ａに固定又は固定することなく嵌め込み、人工骨頭３を直接大腿骨１６に固定し、関節包６内に閉じた空間で形成される関節腔７内に、ソケットＳｋの損傷を修復する修復剤３２を有し、ソケットＳｋに損傷が生じた時に修復剤３２がソケットＳｋの損傷を修復するようにしたので、先ず、仮に、摩耗粉が生成されたとしても、この摩耗粉は関節包６に溜まるだけであって、摩耗粉が関節包６より外に漏れることがなく、摩耗粉が体内で拡散するのを防止又は減少することができる。また異物が人工関節に巻き込まれることによる損傷を防止することもできる。加えて、人工関節の脱臼を防止することもできる。
また本発明は、人工骨頭３を直接的に大腿骨１６に固定するため、大腿骨コンポーネントＡの構造が簡単になる。構造が簡単であれば、手術時間の短縮化が図れるとともに人工関節の製造費用を下げることができる。
ところで、従来の人工関節は自己修復機構を持たず、人工関節に破損や亀裂などの損傷が生じた場合にそれを修復するには再手術が不可欠であった。
本発明では、関節包６内に閉じた空間で形成される関節腔７内に、ソケットＳｋの損傷を修復する修復剤３２を有し、ソケットＳｋに損傷が生じた時に修復剤３２が前記ソケットＳｋの損傷を修復するようにしたので、最も損傷しやすいインナーカップが損傷した場合に自動的にその損傷箇所を修復する機能を持ち、再手術や部品の交換を不要にすることができる。
【００９３】
本発明に係る第３の人工関節（請求項３に対応）は、請求項１又は請求項２において、修復剤３２はモノマー３２であり、このモノマー３２の重合反応を促す触媒３０をソケットＳｋの素材に含ませたことを特徴とする。
請求項１又は請求項２の効果に加えるに、モノマー３２は安価で容易に入手でき、重合することにより高分子素材を生成するため、人工関節の部品、特に高分子素材でできた部品の修復に適している。
【００９４】
本発明に係る第４の人工関節（請求項４に対応）は、請求項１又は請求項２において、ソケットＳｋにモノマー３２を含み、関節腔７にモノマーの重合反応を促す触媒３０を入れ、ソケットＳｋに損傷が生じた時にモノマー３２と触媒３０とにより、ソケットＳｋの損傷を修復することを特徴とする。
従来の人工関節は自己修復機構を持たず、人工関節に破損や亀裂などの損傷が生じた場合にそれを修復するには再手術が不可欠であった。
請求項１又は請求項２の効果に加えるに、本発明では、本発明における自己修復機構とは、最も損傷しやすいインナーカップが損傷した場合に自動的にその損傷箇所を修復する機能を持ち、再手術を不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の構成を概念的に示す断面図である。
【図２】 本発明の他の実施形態の構成を概念的に示す断面図である。
【図３】 本発明の他の実施形態の構成を概念的に示す断面図である。
【図４】 本発明の他の実施形態の構成を概念的に示す断面図である。
【図５】 本発明の他の実施形態の構成を概念的に示す断面図である。
【図６】 本発明による人工関節の関節包の構成を概念的に示す断面図である。
【図７】 本発明の他の実施形態の構成を概念的に示す断面図である。
【図８】 本発明での被膜損傷対策の説明図
【図９】 本発明での亀裂対策の説明図
【図１０】 従来の典型的な完全型又はバイポーラ型人工股関節を示す図
【図１１】 従来の表面置換型人工股関節を示す図
【符号の説明】
１…ステム、２…人工骨頭固定用の突起（ネック）、３…人工骨頭、３ａ…球面、４…インナーカップ、５…アウターカップ、６…関節包、７…関節腔、８…ステム固定用の凹み、１０…ステム固定用の凹部、１１…ステム固定用の突起（スカート）、１３…チューブ、１４…大腿骨内固定用の突起（インナーステム）、１５…骨盤、１５ａ…半球状の凹み（寛骨臼）、１６…大腿骨、１７…衝撃緩衝材、１８…大腿骨内固定用の凹み、１９…大腿骨への固定用の突起（固定用のペグ）、２２ａ…センサー、２６…弾性板、２８…被膜、３０…触媒、３２…修復剤（モノマー）、Ａ…大腿骨コンポーネント、Ｂ…寛骨臼コンポーネント、Ｓｋ…ソケット。

Claims (4)

1. 人の関節に設置される人工関節であって、球面（３ａ）を持ち、骨に固定される人工骨頭（３）と、前記人工骨頭（３）の前記球面（３ａ）と適合する椀型のソケット（Ｓｋ）によって構成される人工関節において、
   前記人工骨頭（３）とソケット（Ｓｋ）に柔軟な関節包（６）を掛け渡し、
   前記ソケット（Ｓｋ）を骨の半球状の凹み（１５ａ）に固定することなく嵌め込み、
   前記骨の凹み（１５ａ）とソケット（Ｓｋ）との間で回転運動可能であり、且つソケット（Ｓｋ）と人工骨頭（３）との間で回転運動可能であり、
   前記関節包（６）内に閉じた空間で形成される関節腔（７）内に、前記ソケット（Ｓｋ）の損傷を修復する修復剤（３２）を有し、前記ソケット（Ｓｋ）に損傷が生じた時に前記修復剤（３２）が前記ソケット（Ｓｋ）の損傷を修復することを特徴とする関節包付き人工関節。
2. 人の関節に設置される人工関節であって、球面（３ａ）を持ち、骨に固定される人工骨頭（３）と、前記人工骨頭（３）の前記球面（３ａ）と適合する椀型のソケット（Ｓｋ）によって構成される人工関節において、
   前記人工骨頭（３）とソケット（Ｓｋ）に柔軟な関節包（６）を掛け渡し、
   前記ソケット（Ｓｋ）を骨の半球状の凹み（１５ａ）に固定又は固定することなく嵌め込み、
   前記人工骨頭（３）を直接大腿骨（１６）に固定し、
   前記関節包（６）内に閉じた空間で形成される関節腔（７）内に、前記ソケット（Ｓｋ）の損傷を修復する修復剤（３２）を有し、前記ソケット（Ｓｋ）に損傷が生じた時に前記修復剤（３２）が前記ソケット（Ｓｋ）の損傷を修復することを特徴とする関節包付き人工関節。
3. 前記修復剤（３２）はモノマー（３２）であり、このモノマー（３２）の重合反応を促す触媒（３０）を前記ソケット（Ｓｋ）の素材に含ませたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の関節包付き人工関節。
4. 前記ソケット（Ｓｋ）にモノマー（３２）を含み、前記関節腔（７）に前記モノマーの重合反応を促す触媒（３０）を入れ、前記ソケット（Ｓｋ）に損傷が生じた時にモノマー（３２）と触媒（３０）とにより、前記ソケット（Ｓｋ）の損傷を修復することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の関節包付き人工関節。

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