JP4331872B2

JP4331872B2 - 人工関節

Info

Publication number: JP4331872B2
Application number: JP2000227823A
Authority: JP
Inventors: 典之石田; 朗寛大倉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: JP2002035019A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体の関節部を人工的に補綴し、その機能並びに形態を修復する人工関節に関するもので、特に、骨に摺動する滑らかなほぼ半球状をした外表面をもったアウターヘッドに、該アウターヘッド内にて回動する如くステム先端部に設けたセラミック製のインナーヘッドを嵌合してなるバイポーラ人工骨頭型の人工関節に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
交通事故などによる外傷、リウマチ、変形性関節症など骨の変性に基づく関節部の病変により、関節機能が損なわれて、治療、回復の見込みが薄いような場合、関節部分を切除し、人工関節で補綴する置換手術が行われている。
【０００３】
この際に用いられる人工関節６０として図４に示すバイポーラ人工骨頭型のものがある。これは、関節の臼蓋側は軟骨の状態を維持し、骨頭側のみを置換する症例に用いることができるもので、骨と当接摺動するアウターヘッド３０の内側にベアリングインサート４０を備え、該ベアリングインサート４０内にて回動するインナーヘッド５０をステム４の先端部に設けたもので、アウターヘッド３０とインナーヘッド５０を適当量分偏心させることにより、アウターヘッド３０とインナーヘッド５０との間に力学的トルクを発生させて、いわゆるセルフセンタリング効果によりアウターヘッド３０とインナーヘッド５０が安定した位置関係を保つようになっている。したがって、主として、アウターヘッド３０とインナーヘッド５０の間で摺動させることにより、関節機能を補完することが可能である。
【０００４】
このようなバイポーラ人工骨頭型の人工関節６０において、従来、金属またはセラミック製のアウターヘッド３０とセラミックス製のインナーヘッド５０の間に超高分子量ポリエチレンよりなるベアリングインサート４０を介在させ、アウターヘッド３０とインナーヘッド５０との摺動がポリエチレンとセラミックスとで行われるよう構成するものが一般的であった。これに対して最近、図５に示すようにアウターヘッド１２とインナーヘッド１３の両方をセラミックで構成するとともに、ベアリングインサートを介さずに、両者を当接摺動させた人工関節１０が用いられ始めている。なお、図５において人工関節１０はステムを除外して示しているが、実際の使用形態ではステムの一方端部に備えるピン状のステムネック上にインナーヘッド１３を嵌着するものである。
【０００５】
このような構成による人工関節１０の利点としては、まず、アウターヘッド１２とインナーヘッド１３との摺動がセラミック対セラミックで行われるので、セラミック対ポリエチレンの摺動のようにポエチレンの摩耗粉発生という心配がない。また、ベアリングインサートを備えない分だけ、インナーヘッド１３のサイズを大きくすることができ、インナーヘッド１３のサイズを大きくすることでセラミック製のインナーヘッド１３の強度を高めることができる。
【０００６】
ところで、上記人工関節１０は、インナーヘッド１３の脱臼を防止するために抜け防止リング１６を備えている。この抜け防止リング１６は、インナーボール１３の外径よりも小さな内径を有しており、アウターヘッド１２の開口周縁部に嵌着されることで、インナーヘッド１３の脱臼を防止することができる。
【０００７】
図５に示すように、上記抜け防止リング１６にはスリット１７が設けられ、このスリット１７の両側近傍にそれぞれ設けられた一対の小穴１８，１８に、ピンセットのような取り外し器具の先端を嵌入した状態で、該器具をつまむことによりリング径を縮小できるようになっている。これにより、抜け防止リング１６がアウターヘッド１２との嵌着状態から解放され、その結果インナーヘッド１３がアウターヘッド１２との嵌着状態から解放される。したがって、アウターヘッド１２に対してインナーヘッド１３を装着、脱着することが可能となっている。
【０００８】
なお、この抜け防止リング１６の別の重要な作用は、図６に示すように、ステム４の先端に備えるステムネック４ａが骨Ｂと当接しているアウターヘッド１２に直接当たって、これを破損させることがないようにするための緩衝材としての作用である。
【０００９】
【従来技術の課題】
しかし、上記従来の技術には以下に述べるような問題があった。
【００１０】
すなわち、図６に示すようにステムネック４ａが抜け防止リング１６のスリット角部１６ａと当接する時に、このスリット角部１６ａが摩耗しやすい。そして、摩耗が進んでいくと、ついには図７に示すようにステムネック４ａがセラミック製のアウターヘッド１２に対し直接当たってしまい、それにより靱性の低いセラミック製のアウターヘッド１２を破損させてしまう場合があった。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みなされたもので、上記のようなステムネックがアウターヘッドに対し直接当たってしまい、それによりアウターヘッドを破損させてしまうことを防止することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、セラミック製のアウターヘッドとインナーヘッド、および抜け防止リングを備えた人工関節において、上記抜け防止リングは、それぞれ内周側と外周側の半径方向厚みを減じ且つ相互に分割された相隣接する外周肉薄部と内周肉薄部を備え、これら外周肉薄部と内周肉薄部の先端部位が周方向に重なり合い、前記抜け防止リングの内周面の一部に、前記インナーヘッドの外形状に対応した球状切欠部が形成されることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によれば、内周肉薄部がなす内周側先端角部の摩耗が進行していっても、外周肉薄部の内周側面にステムネックが当接する段階で、抜け防止リングの摩耗進行の早さが大幅に低減される。これは、外周肉薄部の内周側先端角部がステムネックに対し露出しないので、この外周肉薄部の内周側先端角部が摩耗していくことがないためである。したがって、ステムネックがアウターヘッドに直接当接することを効果的に防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図により説明する。
【００１５】
図１は、本発明の人工関節１を示す要部破断図である。図中、２は骨に当接摺動する滑らかなほぼ半球状をした外表面２ａを持ったアウターヘッド、３は該アウターヘッド２に備えるほぼ半球状をした嵌合穴２ｂ内に嵌合回動するインナーヘッドであり、４はステムであり、その先端のピン状をしたステムネック４ａの先端にインナーヘッド３を嵌装するようになっている。また、５は上記アウターヘッド２の嵌合穴２ｂに臨む開口縁に設けたリング嵌合凹所、６はこのリング嵌合凹所５と係合してインナーヘッド３の抜けを防止するための抜け防止リングである。
【００１６】
上記リング嵌合凹所５は側面に段凹部５ａを備え、この段凹部５ａと上記抜け防止リング６の外側面に備えるテーパー状の段凸部６ｃとが嵌合することで抜け防止リング６がアウターヘッド２のリング嵌合凹所５内に固定される。
【００１７】
この人工関節１は、バイポーラ人工骨頭型のものであり、上記ステム４を大腿骨などの長管骨内に固定装着するようになっている。関節の臼蓋側を軟骨の状態で維持し、骨頭の側のみを置換する症例に用いることができ、上記アウターヘッド２の中心２１とインナーヘッド３の中心３１を適当距離偏心（距離ｄ）させることにより、アウターヘッド２とインナーヘッド３との間に力学的トルクを発生させて、いわゆるセルフセンタリング効果によりアウターヘッド２とインナーヘッド３が安定した位置関係を保つようになっている。したがって、主としてアウターヘッド２とインナーヘッド３間の摺動により、関節機能を補完する。
【００１８】
上記人工関節１を構成する各部材の材質はそれぞれ、アウターヘッド２とインナーヘッド３がともにアルミナ、ジルコニア等の生体為害性のない安全なセラミック材でなり、ステム４は純チタン、チタン合金、コバルト・モリブデン合金などの生体為害性のない安全な金属材料からなる。また、抜け防止リング６は、超高分子量ポリエチレンなどの生体為害性のない高分子材料からなる。
【００１９】
なお、上記セラミック材として高純度のアルミナを用いることが好ましい。高純度のアルミナにより摺動表面を構成することにより、強度が大きく且つ耐摩耗性の大きな（摩耗粉の発生し難い）摺動部材とすることができる。
【００２０】
また摺動表面を構成する上記アウターヘッド２の外表面２ａと嵌合穴２ｂの内壁面２ｃ、並びに、インナーヘッド３の外表面３ａは、いずれも研磨により鏡面仕上げされている。
【００２１】
次に、図１の領域Ａの拡大図である図２において、符号ＣＬはアウターヘッド２とインナーヘッド３のクリアランスであり、上記人工関節１ではこのクリアランスＣＬを３５μｍ以下と非常に狭く設定し、生体内環境で両者間に生体液の膜を介在させるようにした。これにより摺動特性を向上させた。
【００２２】
図３は上記抜け防止リング６の平面図である。抜け防止リング６は、それぞれ内周側と外周側の半径方向厚みを減じ且つ相互に分割された相隣接する外周肉薄部６ａと内周肉薄部６ｂを備え、これら外周肉薄部６ａと内周肉薄部６ｂの先端部位が周方向に重なり合う構成である。
【００２３】
かかる上記抜け防止リング６の構成によれば、内周肉薄部６ｂの内周側先端角部８の摩耗が進行していっても、図中点線で示すステムネック４ａが外周肉薄部６ａの内周側面６ｄに当接するところまで抜け防止リング６の摩耗が進行しても、その後は、抜け防止リング６の摩耗進行速度が大幅に低減される。これは、外周肉薄部６ａの内径側先端角部７がステムネック４ａに対し露出しないので、この外周肉薄部６ａの内周側先端角部７が摩耗していくことがないためである。したがって、ステムネック４ａがアウターヘッド２に直接当接することを効果的に防止する。
【００２４】
上記抜け防止リング６において、前記内周肉薄部６ｂ先端の先方に設けられるスペース６ｅと内周肉薄部６ａ先端の先方に設けられスペース６ｆは、θ１＝約２５°程度に設定されている。また、外周肉薄部６ａと内周肉薄部６ｂの先端部位が周方向に重なり合う角度としては、θ２＝１０°程度に設定されている。この重なり角度θ２としては、５〜１５°の範囲であることが好ましい。この重なり角度θ２が５°未満の場合は、外周肉薄部６ａの内周側先端角部７がステムネック４ａに対し露出してしまう危険があり、他方、１５°より大きい場合には、前記前記内周肉薄部６ｂ先端の先方に設けられるスペースと内周肉薄部６ａ先端の先方に設けられスペース６ｆを大きく取る必要があり、抜け防止リング６の外周肉薄部６ａおよび内周肉薄部６ｂの機械的強度が過度に低下する恐れが有る。
【００２５】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、発明の技術思想を逸脱しない限り、任意の形態とすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、抜け防止リングに、それぞれ内周側と外周側の半径方向厚みを減じ且つ相互に分割された相隣接する外周肉薄部と内周肉薄部を備え、これら外周肉薄部と内周肉薄部の先端部位が周方向に重なり合う構成としたことにより、内周肉薄部がなす内周側先端角部の摩耗が進行していっても、外周肉薄部の内周側面にステムネックが当接する段階で、外周肉薄部の内径側先端角部がステムネックに対し露出しない。したがって、この外周肉薄部の内径側先端角部が摩耗していくことがないので抜け防止リングの摩耗進行の早さが大幅に低減される。その結果、ステムネックがアウターヘッドに直接当接することを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施形態の人工関節の要部破断図である。
【図２】図１の領域Ａの拡大図である。
【図３】図１の人工関節を構成する抜け防止リングの平面図である。
【図４】従来のベアリングインサートを備えたバイポーラ型の人工関節を示す分解斜視図である。
【図５】従来のベアリングインサートを用いないバイポーラ骨頭型の人工関節を示す略図であり、（ａ）はステムを除いた分解斜視図、（ｂ）は斜視組図である。
【図６】図５の人工関節の使用状態を説明するための、人工関節の要部破断図である。
【図７】図５の人工関節の使用状態を説明するための、人工関節の要部破断図である。
【符号の説明】
１人工関節
２アウターヘッド
２ａ外表面
３ａ外表面
２ｂ嵌合穴
３インナーヘッド
４ステム
４ａステムネック
５リング嵌合凹所
６抜け防止用リング
６ａ外周肉薄部
６ｂ内周肉薄部

Claims

骨に当接摺動する滑らかなほぼ半球状をした外表面をもったセラミック製のアウターヘッドに、該アウターヘッドに備えるほぼ半球状をした嵌合穴内にて回動する如くステム先端部に設けたセラミック製のインナーヘッドを嵌合し、上記アウターヘッドの嵌合穴に臨む開口縁に設けたリング嵌合凹所に抜け防止リングを装着してなる人工関節であって、
上記抜け防止リングは、それぞれ内周側と外周側の半径方向厚みを減じ且つ相互に分割された相隣接する外周肉薄部と内周肉薄部を備え、これら外周肉薄部と内周肉薄部の先端部位が周方向に重なり合い、
前記抜け防止リングの内周面の一部に、前記インナーヘッドの外形状に対応した球状切欠部が形成されることを特徴とする人工関節。
前記抜け防止リングに備える外周肉薄部と内周肉薄部の先端部位が抜け防止リングの中心軸に対して５°〜１５°の角度範囲で周方向に重なることを特徴とする請求項１記載の人工関節。