JP4349628B2 - 人工指関節 - Google Patents

Description

本発明は、中手骨と基節骨との間に形成される中手指節間関節（ＭＰ関節）に代表される指関節において置換される人工指関節に関するものである。

リウマチや外傷等によって指関節機能が失われると、人工指関節に置換することが行なわれている。この人工指関節としては、古くから、可撓性のあるシリコン材等を中手骨と基節骨との髄腔内に挿入して伸屈時における両者の相対的な動きを許容するSwanson Typeと称されるものが使用されていた。しかし、このタイプのものは、蝶番機能を有するのみであって、生体指関節の動きとは程遠いこと、強度が弱くて耐久性に劣るといったことが指摘されていた。

そこで、最近では、生体指関節に近い機能をもったものが現出しつつある。例えば、下記特許文献１〜３に示すものがそうであるが、これらは、いずれも、球体と球面による組み合わせのもので、股関節や膝関節に置換される人工関節と同じ原理のものであり、Ball＆Socket Type と称されている。しかし、これらに共通していることは、球体と球面とが一つのカップリングを構成していて、その回動中心が固定していることであり、これは、生体指関節の動きとは異なっている。

すなわち、生体指関節では、その関節面は偏平な形状をしており、回動に伴ってその回動中心が移動することで、滑らかな屈曲を確保している。この動きを回動中心が固定している上記先行例の人工指関節で具現する方法として、球体（又は球面）を支持するステムをシース等に挿入して軸線方向に動くようにすることが考えられる。このような構成によると、長期の埋設の間には、摩耗の問題があるし、折損したりする事態も生ずる。

加えて、指関節は、膝関節等に比べて骨量が少ないから、球体のサイズ等は必然的に小さいものになるざるを得ない。このため、球体と球面とで回動を案内するものでは、摺動面の回転半径が小さくなりすぎ、回動に大きな力を要する。
特開平５−１６８６５６号公報 特開平９−３８１２２号公報 特開平９−７５３８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、顆部と関節面とによる回動により、回動中心の移動を可能にするとともに、回転半径の大きさを確保したものである。すなわち、より生体指関節に近い動きをさせることを目的としたものである。さらに、屈曲時における顆部と関節面の離反を防止するようにして関節機能の保持を図ったものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、中手骨に装着される中手骨部材の先端に顆部を形成し、この顆部を基節骨に装着される基節骨部材に形成した関節面で回動可能に支持した人工指関節であり、関節面の中央から先端に径大の球状体を形成したポストを顆部内に形成した溝穴に突入させ、ポストと溝穴の関係を、基節骨部材が中手骨部材に対して伸展したときには、球状体が溝穴から挿入できて基節骨部材が中手骨部材に接続でき、かつ、基節骨部材が中手骨部材に対して左右に傾動でき、屈曲するに従って傾動が窮屈になるとともに、完全に屈曲したときには、傾動が規制され、かつ、球状体が溝穴から抜出不能になるようにしたことを特徴とする人工指関節を提供する。

そして、傾動の制御の具体例として、請求項２に記載した、球状体より下方のポストの両側に沿う溝穴の部分を添延部とし、この添延部を基節骨部材が伸展位から屈曲位に行くに従って漸次幅狭に設定するとともに、完全屈曲時には、ポストの幅とほぼ等しくした手段、また、請求項３に記載した、中手骨部材の顆部の上面に伸筋腱を収嵌する凹状溝を形成した手段を提供する。

請求項１の発明によると、中手骨部材の顆部と基節骨部材の関節面で回動を案内したものであるから、顆部と関節面の接触面形状を考慮することで、回動時にその回動中心の移動を許容でき、生体指関節に近い動きをさせることができる。そして、これによれば、中手骨部材と基節骨部材をそれぞれ中手骨と基節骨に固定できるから、各々の固定力を強化することができる。また、骨量の少ない中手骨と基節骨であっても、その軸方向には比較的余裕があるから、顆部及び関節面の回転半径を大きくして小さい力で動かせるようにできる。

請求項１の構成によると、基節骨を中手骨に対して伸展させたときには、基節骨が左右に傾動でき、屈曲するに従ってこの傾動は窮屈になるとともに、完全に屈曲させたときには、傾動が規制され、かつ、球状体が溝穴から抜出するのが不能になる。顆部と関節面とのみによる回動であれば、伸屈時における傾動や抜出を防止できないが、請求項１では、球状体を有するポストとこれが突入する溝穴とを設けたことにより、これらが協働して完全屈曲時における傾動と抜出の規制を可能にし、生体指関節の動きを確保している。

請求項２の発明によると、屈曲するに従っての傾動の規制及び完全屈曲のときの抜出の防止が簡単な構造で確実にできるし、請求項３の発明によると、伸筋腱の尺骨側偏位が防止でき、制御能力が低下するのを防ぐ。

以下、本発明の実施の最良の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の人工指関節を適用して掌側を下に向けた手の平面図、図２は人工指関節の平面図、図３は同じく一部断面側面図、図４は図３のＡーＡ断面図、図５は図３のＢーＢ断面図であるが、この人工指関節は、中手骨１の遠位端に装着される中手骨部材２と、基節骨３の近位端に装着される基節骨部材４とからなる。なお、本例では、簡単のために中指の指関節に人工指関節を適用したものを示したが、他の示指、環指、小指の関節のいずれか又は全部に適用されることがあるのはいうまでもない。

ところで、以下の説明では、中手骨部材２や基節骨部材４の方向、位置、角度を指称することがあるが、これらは、この人工指関節を適用した状態の手を掌側を下にして地面と平行に向け、基節骨３を中手骨１に対して伸展させた状態、すなわち、図３の状態を基準にする。また、前部や頭部といった表現をすることもあるが、これは、相手側部材（例えば、中手骨部材２であれば基節骨部材４）に向かってのことである。

中手骨部材２は、Co-Cr-Mo合金等の生体適合金属で製作され、尾部に中手骨１の遠位端の髄腔内に挿入されるステム５が形成され、頭部に側面視で凸形曲面をした顆部６が形成されたものである。この場合における凸形形状は、中手骨１の骨頭と同じく、上下に長い略楕円形に形成されているのが通常である。そして、顆部６は、ステム５に対して幅広に設定されており、かつ、その中心前面に上方約４５°から９０°を超える範囲で溝穴７が形成されている。なお、この溝穴７の形状や寸法については後述する。

基節骨部材４は、医療用の超高分子ポリエチレン等で製作され、尾部に基節骨３の近位端の髄腔内に挿入されるステム８が形成され、頭部に座９が設けられて座９の上面（右端面のこと、すなわち、反ステム８側端面）に上記した顆部６を収受する凹形曲面の関節面１０が形成されたものである。この凹形曲面は、中手骨部材２の顆部６の凸形曲面とほぼ同じであるが、若干曲率半径を大きくしている。なお、座９の幅は、顆部６の幅とほぼ等しく設定されており、さらに、関節面１０の上端は、下端よりもやや丈（右方寸法）が高く設定されている。

以上の中手骨部材２と基節骨部材４は、その顆部６と関節面１０とを摺動面として摺動（回動）できることになるが、顆部６や関節面１０は、中手骨１や基節骨３の骨軸方向に形成されるものであるから、これらの骨量が少ないことによる幅方向の寸法が抑えられるとしても、骨軸方向にはスペース的余裕があることから、ある程度の曲率半径を確保することができる。したがって、摺動面の曲率半径を大きくして小さな力で動かすことができる。

座９の上面中央には、ポスト１１が起立させられている。このポスト１１は、顆部６の溝穴７に突入されるものであり、その先端には、ポスト１１の左右幅より径大な球状体１２が形成されている（上下幅はほぼ同じ）。ポスト１１を溝穴７に突入すると、溝穴７の両側の部分がポスト１１の球状体１２より下方の部分に沿う形態になるが、この部分をここでは添延部１３と称する。

以上の中手骨部材２と基節骨部材４とをそれぞれの頭部を向かい合わせて１８０°真直状態にセットし、両者を接近させると、ポスト１１は、顆部６の溝穴７に突入できるようになっている。したがって、溝穴７の水平方向では、その溝幅（添延部１３の幅）は球状体１２の直径よりもある程度大きく設定されている。これにより、基節骨部材４は、中手骨部材２に対して左右に傾動できることになる（挿抜も可能）。

ここで傾動できるとは、溝穴７を挟む両側の顆部６の一方の浮上がりが可能ということで（図５）、基節骨３が中手骨１に対して内外反が可能という意味である。この伸展時の内外反は、生体指関節では必ず備わっている機能である。そして、添延部１３の幅は、下方に行くほど幅狭になっており、下端では、ポスト１１の左右幅とほぼ同じに設定されている。すなわち、溝穴７を中手骨部材２の頭部側から見ると（図４）、鍵穴のようになっている。

ポスト１１を溝穴７に挿入したとき、球状体１２は溝穴７の底には接触していない。したがって、基節骨部材４を中手骨部材２に対して下方に回動させて行くと、両者は、関節面１０と顆部６とを接触面として相互に回動するが、下方に回動させるほど、基節骨部材４の左右の傾動は次第に窮屈になり、９０°下方に回動させた位置では、傾動は規制されることになる。

同時に、ポスト１１の先端に設けられた球状体１２により、ポスト１１は、溝穴７から抜出不能になる。ポスト１１が溝穴７から抜出不能ということは、基節骨３が中手骨１に対して脱臼しないということを意味している。人工指関節を適用しなければならない患者は、関節の動きを制御する靱帯や軟部組織が弱まっていることが多く、特に、屈曲位においてそれが顕著であるから、この機能は非常に重要である。

本発明に係る人工指関節は、中手骨１と基節骨３の屈伸を顆部６と関節面１０とを接触させて回動させることを基本として生体指関節に近い動きをさせているものであるが、これによると、屈曲させたときの両者の離反、すなわち、脱臼を阻止できないから、このポスト１１と溝穴７によってこれを補っているものである。なお、基節骨部材４と中手骨部材２の相互の回動は、関節面１０と顆部６とを摺動面とするが、その凸形曲面と凹形曲面とが上下に長い楕円形をしていると、屈曲するに従ってその回動中心は移動（下方偏位）が可能であり、この点でも、生体指関節と同様の動きをするものになる。

次に、以上の人工指関節を指関節に置換する手術について説明する。指関節のほぼ直上において皮膚を横切開した後、関節包を伸筋腱に沿って縦切開して関節を展開する。そして、中手骨１と基節骨３を９０°屈曲させて各々の骨端を切除した後に骨軸方向に穴明けし、各々のステム５、８を挿入する。このときの切除の状態は、中手骨部材２では顆部６の底面が中手骨１の端面になるように、また、基節骨部材２では座９の底面が基節骨３の端面になるように設定する。このとき、固定が強固になるように、基節骨部材４のステム８の表面には、縦に所定間隔で突条１４を形成してある。

以上の処置が完了すると、基節骨３を中手骨１に対してやや伸展させながら強く押し付けると、ポスト１１は溝穴７に挿入される。次いで、伸筋腱を中手骨部材上面の後述する凹状溝へ誘導し、９０°屈曲位においてこの伸筋腱が凹状溝に収まったことを確認して関節包を縫合した後、皮膚を縫合すると、手術は完了する。このように、手術が容易、簡単であることも、この人工指関節の特徴の一つである。

以上の人工指関節で指関節を置換すると、添延部１３と溝穴７との上記した関係により、基節骨３は、中手骨１に対して１８０°伸展した角度から９０°屈曲させた範囲まで屈伸できるものとなるが、このとき、伸展位では、基節骨部材４は中手骨部材２に対して左右に内外反できるものとなり、この内外反は、屈曲角度が増すほど窮屈なものになる。そして、完全に屈曲した位置では、内外反は規制されるとともに、ポスト１１の溝穴７からの抜出が不能になって脱臼が防がれる。この点で、この人工指関節は、生体指関節に求められる要件を充足するものとなる。この場合の屈伸角度については、溝穴７の形成角度により、上記した角度であれば、２３０°位の過伸展から１２０°位の深屈曲までが可能になる。

次に、基節骨部材４を中手骨部材２に対して１８０°伸展させたとき、中手骨部材２の上端は基節骨部材４の上端よりも高いものになるが（図３）、このとき、中手骨部材２の上面を正面視で中央が窪んだ凹状溝１５に形成する（図４）。これによると、この凹状溝１５に伸筋腱１６が収嵌することになり、伸筋腱１６が尺骨側に偏位する（伸筋腱１６は撓骨側に湾曲していることから、偏位し易い）ことを防ぐことができる。

さらに、基節骨部材４を１８０°伸展させると、両方のステム５、８は同軸上に平行に並ぶが、このとき、基節骨部材４の回動中心、すなわち、球状体１２の中心は、この線上にはなく、若干下方に遷移している（図３）。これは、生体指関節の屈曲中心がそうであるからであり、これに即したものである。この点でも、この人工指関節は生体指関節に近い動きをするものになっている。

以上の人工関節は、四指の指関節に適用したものであるが、母指関節（ＭＰ関節、ＩＰ関節）にも同様に適用できる。また、指関節と同様の機能が求められる関節であれば、その関節にも適用できる。具体的には、近位指節間関節（ＰＩＰ関節）や遠位指節間関節（ＤＩＰ関節）がそうであるし、さらに、手関節にも適用できる。

本発明に係る人工指関節を適用した状態の手の平面図である。 本発明に係る人工指関節の平面図である。 本発明に係る人工指関節の一部断面側面図である。 本発明に係る人工指関節の一部断面正面図である。 本発明に係る人工指関節の一部断面平面図である。

１ 中手骨
２ 中手骨部材
３ 基節骨
４ 基節骨部材
５ 〃 のステム
６ 〃 の顆部
７ 〃 の溝穴
８ 基節骨部材のステム
９ 〃 の座
１０ 〃 の関節面
１１ 〃 のポスト
１２ 〃 の球状体
１３ 中手骨部材の添接部
１４ 基節骨部材の突条
１５ 中手骨部材の凹状溝
１６ 伸筋腱

Claims (3)

1. 中手骨に装着される中手骨部材の先端に顆部を形成し、この顆部を基節骨に装着される基節骨部材に形成した関節面で回動可能に支持した人工指関節であり、関節面の中央から先端に径大の球状体を形成したポストを顆部内に形成した溝穴に突入させ、ポストと溝穴の関係を、基節骨部材が中手骨部材に対して伸展したときには、球状体が溝穴から挿入できて基節骨部材が中手骨部材に接続でき、かつ、基節骨部材が中手骨部材に対して左右に傾動でき、屈曲するに従って傾動が窮屈になるとともに、完全に屈曲したときには、傾動が規制され、かつ、球状体が溝穴から抜出不能になるようにしたことを特徴とする人工指関節。
2. 球状体より下方のポストの両側に沿う溝穴の部分を添延部とし、この添延部を基節骨部材が伸展位から屈曲位に行くに従って漸次幅狭に設定するとともに、完全屈曲時には、ポストの幅とほぼ等しくした請求項１の人工指関節。
3. 中手骨部材の顆部の上面に伸筋腱を収嵌する凹状溝を形成した請求項１又は２の人工指関節。

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