JP4580276B2 - 人工股関節及び人工股関節用カップ - Google Patents

Description

本発明は、ステムとカップとから構成される人工股関節に関し、特に、骨盤に設置されるカップの形状に関する。

人体の股関節は、大腿骨の骨頭が、骨盤の寛骨臼内で回動自在に受容されて構成されている。様々な骨及び関節の疾患により、股関節を構成する寛骨臼と大腿骨頭の関節軟骨が経年的に摩滅し、引き続いて関節を構成する骨組織表面に変形が生じると、股関節から痛みが発生すると同時に股関節の可動域が減少するなど関節機能が低下する。保存的治療で解決できないほど高度に病気が進行した場合は、外科的な観血的治療として人工股関節置換術を施されるのが一般的である。なお、骨盤の一部である寛骨臼のうち股関節を形成する部分を股臼と呼び、股臼は臼蓋と臼底より成るものとする。

人工股関節１は、図１３（Ａ）に示すように、大腿骨に固定するステム２０と、骨盤を構成する寛骨９３の股臼９４に設置されるカップ１０とからなる。
ステム２０は、大腿骨の骨頭の代替物であり、球状のステム用骨頭２２と、骨頭２２から伸びる湾曲した棒状のステム本体２１とから構成されている。ステム２０は、ステム本体２１を大腿骨９１に挿入固定して、使用される。

カップ１０は、股臼９４の凹部の代替物であり、図１３（Ａ）のように、寛骨９３を適量切削した後にその切削部位に挿入され、カップ１０の内面部１２の凹みが、股臼９４と同様に斜め下向きになるように傾斜させた状態で寛骨９３に固定される。
図１３（Ｂ）に示すように、カップ１０は、半球状の外面部１１と、半球状にくり抜かれた凹状の内面部１２とを備えている。

カップの内面部１２は、ステム２０の骨頭２２を受容して、股関節と同様の運動を可能にする部分であり、内面部１２の真球度を高くすることにより、摩擦係数を低減して、股関節の滑らかな動作とカップ１２の摩耗低減とを向上している。カップ１０の材質には、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等が使用されている。
カップ１０の外面部１１は、通常は、用途に合わせて様々に加工されている。例えば、図６に示すような骨セメント９５を使用するタイプのカップ１０では、外面部１１に溝状のパターンを設けて、骨セメント９５との結合強度を高めている。また、セメントレスタイプのカップでは、カップの外表面に、粗面加工した金属薄板が設けられており、カップ設置後に成長した骨組織が金属薄板の粗面と結合することにより、カップが寛骨９３に安定して固定できる。さらに、金属薄板の粗面に生体活性物質、例えばアパタイトやリン酸カルシウムを塗布することにより、骨組織の成長を促進し、カップと骨組織との結合力をより高めることができる。

人工股関節１の置換手術は、寛骨９３へのカップ１０の設置と、大腿骨９１へのステム２０の固定とに大きく分けられる。カップ１０の設置は、カップ設置位置の寛骨９３の股臼９４を削ってカップ１０を収める空間を形成することと、カップ１０を寛骨９３に固定することとを含む。ステム２０の固定は、大腿骨９１の骨頭及び大腿部上部を切除することと、大腿骨９１にステム本体２１を挿入して固定することとを含む。そして、ステムの骨頭２２をカップの内面部１２に嵌めることにより、股関節として機能するようになる。

人工関節は、一旦固定されると、数十年もの長期間にわたって体内で使用されるので、耐久性が要求される。
耐久性において、カップ１０の摩耗による肉厚の減少が問題になる。人工股関節は、骨頭がカップ内面部に圧接しながら摺動して使用される。そのため、使用年数が長くなると、カップと骨頭との摩擦により、カップの肉厚が薄くなる。カップの肉厚が、ある程度まで薄くなると、カップと骨との間にゆるみを生じたり、骨頭の圧接及び摺動によりカップが破損するおそれがあるので、再手術により新しいカップに交換することが行われている。通常は、カップ肉厚を厚くして、交換が必要な肉厚にまで摩耗するのにかかる年数を長くして対処している。

人工股関節置換術を受ける患者は、病気が高度に進行して、股臼が正常な球面を残すことなく大きく変形していることがある。そのようなケースでは、骨盤の整形のために、カップの設置位置の臼蓋および臼底と、変形部位の骨とを切削することが必要になる場合がある。このようにして骨の切除量が増大し、残存する骨量が減少すると、股臼にカップを設置するのが困難になるばかりでなく、人工股関節として使用した時に、ステムを介してカップにかかる力を、骨盤が支持できないおそれがあった。

また、体格の小さい患者の場合は、元来の骨盤の寸法及び骨量が少ないので、骨盤にカップを埋没するだけの内方向への奥行きが確保できず、カップの縁部が、骨盤からはみ出すことがあった。カップ縁部がはみ出すと、カップ外面部と骨盤との接触面積が減少してカップの支持が不安定になる問題や、カップ縁部が外部衝撃により破損しやすい問題があった。そこで、どうしてもはみ出す場合には、骨移植を行って臼蓋外縁をかさ上げして、カップの縁部と同じ高さまで骨量を増加する処置が行われている。しかし、骨移植の量が増加することは、本来の骨盤形状からの逸脱が大きくなることと、移植した骨が骨盤と親和するのに要する時間が長くなることになり、患者への肉体的負担を増加することになる。さらに、移植した骨が圧潰して、カップが移動してしまい、「ゆるみ（後述）」につながることもある。

さらに、骨量が乏しい症例では、股臼の奥行きのみでなく前後の幅までもが狭小化していることが多い。このような場合には、外形寸法を小さくしたカップが選択される。しかし、カップの内面部の寸法は、股関節の可動範囲を決定するので、任意に小寸法に変更することができない。そのため、カップの肉厚を全体に薄くして、外形寸法の小さいカップを製造していた。カップの肉厚を薄くすることは、カップが許容限度の肉厚にまで摩耗する年数、すなわち耐用年数が短縮される問題がある。また、肉厚の薄いカップは、Ｃｒｅｅｐ変形も生じやすく、カップ−骨セメント−骨の間が破綻し、「ゆるみ」に至ることが多いという問題もある。

また、長期間にわたる人工関節の使用により生じる不具合として、カップの骨盤への固定が弱くなる、いわゆる「ゆるみ」が問題となっている。これは、人工股関節のカップ縁部にステムが接触して発生する回転トルクや、カップ内面部と骨頭の摺動運動による摩擦トルクなど、カップにかかる機械的応力に起因すると考えられている。ゆるみの発生を抑制するには、カップと骨盤との結合を強めることが効果的である。しかし、骨セメントによる結合も、骨組織による結合も、経年変化により弱くなる傾向があり、カップ設置時には十分な強度があったとしても、長期使用により強度が低下する可能性があった。（

本発明は、これらの従来技術の課題を解決するために、カップ設置のために切除する骨の量を減少できるカップであり、且つカップ設置時にカップ縁部が臼蓋からはみ出しにくく又ははみ出した場合でも骨移植を極力抑えられるカップを備えた人工股関節を提供することを目的とする。
また、本発明は、股関節の寸法が小さい場合でも使用できる外形寸法の小さいカップでありながら、従来と同等の耐用年数を有するカップを備えた人工股関節を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、カップに発生する回転トルクや摩擦トルクに長期間にわたって耐えて、ゆるみが発生しにくいカップを備えた人工股関節を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究の結果、上記カップのステム荷重が集中する領域は、骨頭との摩擦により徐々に摩耗するので、カップ寿命を延ばすためには肉厚を厚くすべきであるが、それ以外の領域にはほとんど荷重がかからないので、カップの肉厚を薄くしてもカップ寿命に影響を与えず、人工股関節用カップとしての機能を十分に全うすることができることを見いだし、本発明の人工股関節を完成したものである。

すなわち、本発明の人工股関節は、ステムとカップから構成されており、カップは、肉厚の厚い厚肉部と、肉厚の薄い薄肉部分とが形成されて、肉厚が不均一であることを特徴とする。カップの厚肉部は、寛骨にカップを固定する際には、ステム荷重が集中する領域を受ける位置である鉛直上方に配置される。薄肉部は、厚肉部以外の範囲に形成できるが、少なくとも、寛骨の内方、前方あるいは後方に配置される領域の外殻を形成している。

さらに、本発明では、カップに形成された凹状の半球状内面部の球心と、上記厚肉部の外面部の球心とが一致又は実質的に一致するように形成するのが好ましい。通常は、半球状内面部の球心と骨頭の回転中心とがほぼ一致しているので、このように半球状内面部と厚肉部の外面部の球心とを一致又は実質的に一致させることにより、厚肉部の外面部の球心と骨頭の回転中心とを実質的に一致させることができる。骨頭の回転中心と厚肉部の外面部の球心とが一致していると、骨頭が回転運動したときに、厚肉部の外面部における回転トルクが殆ど発生しないので、カップのゆるみが起こりにくいという利点がある。

カップの厚肉部を形成する厚肉部形成領域は、骨頭の回転中心を基準としてカップの縁部に沿った水平角度で９０°〜１８０°の範囲を有し、カップ縁部を基準としてカップ頂部に向かう垂直角度で４５°〜９０°の範囲を有するのが好ましい。

また、本発明は、上記人工股関節に使用するカップであり、肉厚の厚い厚肉部と、肉厚の薄い薄肉部分とが形成されて、肉厚が不均一であることを特徴とする。カップの厚肉部は、寛骨にカップを固定する際には、ステム荷重が集中する領域を受ける位置である鉛直上方に配置される。薄肉部は、厚肉部以外の範囲に形成できるが、少なくとも、寛骨の内方、前方あるいは後方に配置される領域の外殻を形成している。

本発明の人工股関節によれば、カップの摩耗が最も進むカップ鉛直上方部分を厚肉にして、それ以外の部分を薄肉にしているので、耐久年数を低下させることなく、カップの外形寸法を小さくすることができる。これにより、カップを設置するために切削する股臼の骨量を減らすことができ、残存する骨量を増やすことができる。

カップの厚肉領域の垂直角度を小さくすると、カップの外形寸法のうち、特に寛骨の内方における寸法、すなわち寛骨の奥行き方向の寸法を小さくすることができる。よって、骨盤からのカップ縁部のはみ出しが少なくなり、従来に比べて骨移植量を減らすことができる。さらに、従来のカップではカップ縁部がはみ出す場合、骨移植をしていたケースでも、骨移植をせずに済ませることができる。

また、カップの厚肉領域の水平角度を小さくすると、カップの外形寸法のうち、特に寛骨の前後方向の寸法を小さくすることができる。よって、股臼の前後幅が小さい患者にも本発明のカップを好適に使用することができ、さらにカップの耐久年数は、外形寸法が大きいものと同等に維持することができる。

本発明の人工股関節は、ステム本体と、該ステム本体の一方の端部に固定された球状の骨頭とから成る人工股関節用ステムと、上記ステムの骨頭を回転可能に受容する半球状内面部を有する人工股関節用カップと、を備える人工関節において、上記カップには、半球状内面部のステム荷重が集中する領域を受ける肉厚の厚い厚肉部と、その他の領域にあって少なくとも内方、前方あるいは後方のいずれか１つの外殻をなす肉厚の薄い薄肉部と、が形成されていることを特徴とする。また、上記半球状内面部の球心と上記厚肉部の外面部の球心とが一致又は実質的に一致するように配置されているのが好ましい。それらの球心が一致していると、カップ内面部に骨頭を嵌め合わせて使用した際に、骨頭が回転運動しても、カップの厚肉部の外面に回転トルクが発生せず、カップと骨盤との結合のゆるみが起こりにくくすることができる。

人工股関節用のカップは、骨盤の寛骨臼（股臼）の代替部材であり、カップに設けられた半球状の内面部が、大腿骨の骨頭を受容する股臼として機能する。カップは、寛骨臼を掘削した後に、原臼に位置するように設置される。カップは、カップ外面部を、寛骨と直に、又は骨セメントを介して接触固定することにより設置される。このとき、カップの内面部が外方下向きに開口するように設置する。例えば、左脚股関節を人工股関節に置換する場合であれば、開口部の中心線を、鉛直下向きから適切な角度（例えば４５°）だけ左側方向に傾けて設置する。

カップの厚肉部が形成される厚肉部形成領域に形成されており、厚肉部形成領域が、骨頭の回転中心を基準としてカップの縁部に沿った水平角度で９０°〜１８０°の範囲を有し、カップ縁部を基準としてカップ頂部に向かう垂直角度で４５°〜９０°の範囲を有すると、最も摩耗しやすいカップ部位を厚肉部で覆うことができ、それ以外の部分の外形寸法を小さくできるので好ましい。
特に、厚肉部形成領域が、上記水平角度で９０°〜１２０°の範囲を有し、上記垂直角度で６０°〜９０°を有しているのが好ましい。

本発明では、厚肉部と薄肉部とは、外表面の形状を異ならせることにより形成するのが好ましい。内面部は、高い真球度で形成して、ステムの骨頭との摩擦係数を低減させるのがよいので、肉厚調整のために形状を変形するのは好ましくない。
カップの外面部は、所望のカップの肉厚が達成できるように、所望の形状が形成できるように、又は寛骨との接合に有利であるように、様々な形態にすることができる。例えば、厚肉部の外面部をほぼ真球状にして、薄肉部の外面部を楕円球状や多面体状にすることができる。厚肉部は、高い応力がかかる部位であるので、その外面部を真球状にして肉厚を均一にしているが、多数の平面を組み合わせて球状に近づけた形態を適用することもできる。薄肉部は、低い応力しかかからないので、肉厚を均一にする必要はない。そのため、薄肉部の外面部は、多様な形態を利用することができる。

本発明のカップは、使用状況に合わせて、さらに、外面部を修飾することができる。
骨セメントを使用するタイプのカップ１０では、図３（Ａ）のように、外面部１１に溝部７１を形成することができる。カップ１０を寛骨９３に固定する際に、溝部７１に骨セメント９５が充填されて、カップ１０と寛骨９３との結合力を高めることができる。
骨セメントを使用しないセメントレスタイプのカップ１０’では、図３（Ｂ）のように、カップ１０の外面部１１に、チタン合金等の金属薄板７２を設ける構造にすることができる。金属薄板７２の金属表面７３は、骨組織が侵入しやすいように、金属溶着、ビーズ接着、メッシュ被覆等の粗面化処理がなされている。さらに、粗面化した金属表面７３に、生体活性物質、例えばアパタイトやリン酸カルシウムを塗布して、骨組織の成長を促進し、カップと骨組織との結合力をより高めることができる。

また、図３（Ｃ）に示すように、カップ１０の外縁部１５にフランジ７４を設けて、寛骨９３の骨量不足により脆弱になった骨を補強することができる。フランジ７４は、カップを寛骨９３に固定したときに、寛骨９３の臼蓋外縁に沿うように、外縁部１５で規定される平面１５Ｓから適切な角度βの方向に形成するのが好ましい。フランジ７４は、カップ１０と一体に形成することができ、また、別体に形成した後に組み立てて一体にすることもできる。

カップ１０は、一般的には、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）から形成されており、必要に応じて、表面処理を行うことができる。

ステム２０の骨頭２２は、ボール状に成形されており、コバルト−クロム合金等の生体安全性の高い金属材料や、アルミナ、ジルコニア等のセラミック材料から成る。骨頭２２の表面は、非常に滑らかにされており、カップ２０の内面部１２との摩擦係数を極力低くしている。骨頭の寸法は、カップ１０の内面部１２と嵌め合うことのできる寸法にされている。
ステム本体２１は、湾曲した棒状の形状を有し、チタン合金やコバルト−クロム合金等の生体安全性の高い金属材料から成形されている。ステム本体２１は、骨セメント９５によって大腿骨９１に固定することができる。また、ステム本体２１の表面を粗面化して、骨組織との結合力を高めたセメントレスタイプにすることもできる。

（実施形態１）
図１（Ａ）の上面図に示すように、本発明のカップ１０は、厚肉部１３が、線分Ｘ−Ｘで区切られた範囲（すなわち、水平角度α＝１８０°の範囲）の領域に形成されている。また、厚肉部１３は、線分Ｘ−Ｘを境にして薄肉部１４に接続している。薄肉部１４の外縁部１５’は、従来の肉厚均一なカップの外縁部５５よりも内側に設けられている。

図１（Ｂ）のＹ−Ｙ断面図に示すように、厚肉部１３は、カップ１０の外縁部１５から頂点Ｖに向かって垂直角度θ＝９０°の領域に形成されている。また、カップ１０の外面部は、曲面から成る厚肉部１３の外面部１１と、別の曲面から成る薄肉部１４の外面部１１’とにより構成されている。

本実施形態のカップ１０は、外面部が複数の曲面から構成されているので、従来のように外面が単一曲面から構成されたカップに比べて、回転しにくい。よって、本発明のカップは、寛骨固定後にかかる回転トルクや摩擦トルクに対しての耐性が多少は高くなり、長期使用における、カップのゆるみを抑制する効果が期待できる。
本実施形態のカップは、曲面をなめらかに接続して構成した外面部を有しているので、回転しにくさの飛躍的な向上は見込めないものの、カップを設置した周辺組織を必要以上に刺激することがない。

厚肉部１３の肉厚ｔと、薄肉部１４の肉厚ｔ’との差（ｔ−ｔ’）は、カップに使用する材質、カップの形成技術等を鑑みて任意に設定できる。しかし、差（ｔ−ｔ’）が０．５〜１０ｍｍであるのが、カップの外形寸法の減少の効果と、薄肉部１４の強度低下とのバランスが適切であるので好ましい。

図１（Ｃ）のＸ−Ｘ断面図は、厚肉部１３と薄肉部１４との境界線における断面図であり、従来のカップと同様の断面形状を示している。
カップ１０の内面部１２は、従来と同様に高い真球度で形成されている。また、内面部１２の球心Ｏと、厚肉部１３の外面部１１の球心Ｏとが、一致している。

本発明のカップ１０は、図２のように、水平面Ｈからの傾斜角γだけ傾斜させて寛骨９３に設置されている。傾斜角γは、通常は３０°〜６０°の範囲で設定でき、例えば図２のようにγ＝４５°程度にされる。骨頭２２の回転中心は、カップの内面部１２の球心Ｏにほぼ一致するので、骨頭２２の回転中心は、厚肉部１３の外面部１１の球心Ｏにもほぼ一致することになる。カップ１０とステム２０の骨頭２２を嵌めて実際に直立姿勢をとった場合、骨頭からカップにかかる応力は、およそ図中の矢印Ｆの方向である。よって、カップ１０の内面部１２のうちで摩耗しやすい部分は、矢印Ｆの方向であるが、本発明のカップ１０は、その部分に厚肉部１３が設けられているので、従来品と同等の耐久性を有することができる。

また、本発明のカップ１０は、薄肉部１４を形成することにより、寛骨９３内で占有する奥行きＤを、従来のカップの奥行きＤ’よりも狭くすることができる。よって、本発明のカップ１０は、体格が小さく、寛骨９３の奥行きが狭い患者に好適である。

本実施形態では、カップ１０の奥行きＤを、従来の奥行きＤ’よりも小さくするものであるので、例えば図４に示すような変形例であっても、目的を達成することができる。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、変形例のカップ１０では、薄肉部１４の外縁部１５が、従来の肉厚均一なカップの外縁部と同じ位置に形成されている。このカップ１０では、外縁部１５と頂点Ｖとの間において、肉厚を薄くすることにより、薄肉部１４が形成されている。この変形例に示したカップでは、薄肉部１４の肉厚ｔ’は、図４（Ｂ）に示すように、この外縁部１５と頂点Ｖとの中間部分に位置する。カップ１０を寛骨９３に設置すると、寛骨９３内で占有する奥行きＤが、薄肉部１４の肉厚ｔ’とすることができて、従来の奥行きＤ’よりも小さくすることができる。
この変形例のカップ１０は、図４（Ａ）から判るように、厚肉部１３及び薄肉部１４の外縁部１５が円形状になっているので、図３（Ｃ）のようにフランジ７４を設けたカップに適している。

本実施形態では、カップ１０の外面部が、２つの曲面から構成されているが、薄肉部の肉厚及び形状を最適化するために、３以上の曲面を組み合わせて構成することもできる。

（実施形態２） 本発明の人工股関節１におけるカップ１０について、別の形態を示す。この実施形態は、カップの外面部が、曲面と平面とから構成されている。
図５（Ａ）の上面図に示すように、カップ１０は、厚肉部１３が、線分Ｘ−Ｘで区切られた範囲（すなわち、水平角度α＝１８０°の範囲）の領域に形成されている。また、厚肉部１３は、線分Ｘ−Ｘを境にして薄肉部１４に接続している。薄肉部１４の外縁部は、曲線状の外縁部１５１と、直線状の外縁部１５２とから構成されており、従来の肉厚均一なカップの外縁部５５よりも内側に設けられている。

図５（Ｂ）のＹ−Ｙ断面図に示すように、厚肉部１３は、カップ１０の外縁部１５から頂点Ｖに向かって垂直角度θ＝９０°の領域に形成されている。また、カップ１０の外面部は、曲面から成る厚肉部１３の外面部１１と、別の曲面から成る薄肉部１４の曲面外面部１１１と、平面から成る薄肉部１４の平面外面部１１２とにより構成されている。

本実施形態のカップ１０は、外面部が曲面と平面とから構成されているので、従来のように外面が単一曲面から構成されたカップに比べて、回転しにくい。また、実施形態１のカップと比べても、平面外面部１１２がアンカー効果を発揮するので、回転しにくい。よって、本実施形態のカップは、寛骨固定後にかかる回転トルクや摩擦トルクに対しての耐性が高くなり、長期使用における、カップのゆるみを抑制する効果が十分に期待できる。
本実施形態のカップ１０は、実施形態１で形成したカップの一部を平面研削することにより容易に形成することができる。

厚肉部１３の肉厚ｔと、薄肉部１４の肉厚ｔ’との差（ｔ−ｔ’）は、カップに使用する材質、カップの形成技術等を鑑みて任意に設定できる。特に、差（ｔ−ｔ’）が１〜５ｍｍであるのが、カップの外形寸法の減少の効果と、薄肉部１４の強度低下とのバランスが適切であるので好ましい。
カップ１０の内面部１２は、従来と同様に高い真球度で形成されている。また、内面部１２の球心Ｏと、厚肉部１３の外面部１１の球心Ｏとは、一致している。

本発明のカップ１０は、図６のように、水平面Ｈからの傾斜角γだけ傾斜させて寛骨９３に設置されている。傾斜角γは、通常は３０°〜６０°の範囲で設定でき、例えば図６のようにγ＝４５°程度にされる。骨頭２２の回転中心は、カップの内面部１２の球心Ｏにほぼ一致するので、骨頭２２の回転中心は、厚肉部１３の外面部１１の球心Ｏにもほぼ一致することになる。カップ１０とステム２０の骨頭２２を嵌めて実際に直立姿勢をとった場合、骨頭からカップにかかる応力は、およそ図中の矢印Ｆの方向である。よって、カップ１０の内面部１２のうちで摩耗しやすい部分は、矢印Ｆの方向であるが、本発明のカップ１０は、その部分に厚肉部１３が設けられているので、従来品と同等の耐久性を有することができる。

また、本発明のカップ１０は、薄肉部１４を形成することにより、寛骨９３内で占有する奥行きＤを、従来のカップの奥行きＤ’よりも狭くすることができる。特に、平面外面部１１２の角度を調節することにより、カップの奥行きＤをより小さくすることができる。本発明のカップ１０は、体格が小さく、寛骨９３の奥行きが狭い患者に好適である。

本実施形態では、カップ１０の外面部が、複数の曲面と単一の平面とから構成しているが、薄肉部の肉厚及び形状を最適化するために、又は製造の簡便性を高めるために、曲面と平面とを任意に組み合わせて構成することもできる。
例えば、図７（Ａ）に示すように、薄肉部１４の外面部を、曲面外面部１１１と複数（この図では３つ）の平面外面部１１２とから構成することもでき、さらに、図７（Ｂ）に示すように、薄肉部１４の外面部を、多数の平面外面部１１２のみから構成することもできる。

（実施形態３）
この実施形態では、図８の上面図に示すように、カップ１０は、厚肉部１３が、水平角度α＝９０°の領域（線分Ｘ−Ｖ−Ｘで区切られた範囲内）に形成されている。厚肉部１３は、曲線の境界線１６を境にして薄肉部１４に接続している。薄肉部１４の外縁部１５’は、従来の肉厚均一なカップの外縁部５５よりも内側に設けられている。

図９（Ａ）は、図８の矢印Ａ方向からの側面図であり、境界線１６の左右に厚肉部１３と薄肉部１４とが形成されていることがわかる。図９（Ｂ）は、図８のＹ−Ｙ断面図（すなわち、図９（Ａ）の断面図）であり、この図から、厚肉部１３は、カップ１０の外縁部１５から頂点Ｖに向かって垂直角度θ＝６０°の領域に形成されていることがわかる。また、カップ１０の外面部は、曲面から成る厚肉部１３の外面部１１と、別の曲面から成る薄肉部１４の外面部１１’とにより構成されている。
カップ１０の内面部１２は、従来と同様に高い真球度で形成されている。また、内面部１２の球心Ｏと、厚肉部１３の外面部１１の球心Ｏとが、一致している。

本実施形態のカップ１０は、外面部が複数の曲面から構成されているので、従来のように外面が単一曲面から構成されたカップに比べて、回転しにくい。よって、本発明のカップは、寛骨固定後にかかる回転トルクや摩擦トルクに対しての耐性が多少は高くなり、長期使用における、カップのゆるみを抑制する効果が期待できる。
本実施形態のカップは、曲面をなめらかに接続して構成した外面部を有しているので、回転しにくさの飛躍的な向上は見込めないものの、カップを設置した周辺組織を必要以上に刺激することがない。

厚肉部１３の肉厚ｔと、薄肉部１４の肉厚ｔ’との差（ｔ−ｔ’）は、カップに使用する材質、カップの形成技術等を鑑みて任意に設定できる。しかし、差（ｔ−ｔ’）が１〜５ｍｍであるのが、カップの外形寸法の減少の効果と、薄肉部１４の強度低下とのバランスが適切であるので好ましい。

図１０（Ａ）は、図８の矢印Ｂ方向からの側面図であり、図の正面部分の一部に厚肉部１３が見えており、境界線１６によって薄肉部１４と区切られている。図１０（Ｂ）は、図８のＺ−Ｚ断面図（すなわち、図１０（Ａ）の断面図）であり、この図から、この実施形態の外面部１１’が、従来のカップの外面部５１よりも小さい寸法に形成されていることがわかる。

本発明のカップ１０を寛骨９３に設置した場合、カップが前後方向に占有する空間の幅は、図１０（Ｂ）に示したカップ１０の幅Ｗ’である。図より、このカップ１０の幅Ｗ’は、従来のカップの幅Ｗに比べると狭くなっていることがわかる。よって、このカップ１０を使用することにより、カップが占有する寛骨９３内の前後幅を狭めることができる。

本発明のカップ１０は、図１１のように、水平面Ｈからの傾斜角γだけ傾斜させて寛骨９３に設置されている。傾斜角γは、通常は３０°〜６０°の範囲で設定でき、例えば図１１のようにγ＝４５°程度にされる。骨頭２２の回転中心は、カップの内面部１２の球心Ｏにほぼ一致するので、骨頭２２の回転中心は、厚肉部１３の外面部１１の球心Ｏにもほぼ一致することになる。カップ１０とステム２０の骨頭２２を嵌めて実際に直立姿勢をとった場合、骨頭からカップにかかる応力は、およそ図中の矢印Ｆの方向である。よって、カップ１０の内面部１２のうちで摩耗しやすい部分は、矢印Ｆの方向であるが、本発明のカップ１０は、その部分に厚肉部１３が設けられているので、従来品と同等の耐久性を有することができる。

また、本発明のカップ１０は、薄肉部１４を形成することにより、寛骨９３内で占有する奥行きＤを、従来のカップの奥行きＤ’よりも狭くすることができる。特に、平面外面部１１２の角度を調節することにより、カップの奥行きＤをより小さくすることができる。

本実施形態のカップ１０は、寛骨９３の切削量を極力減らしたい奥行き及び前後方向に対応するカップ１０の部分に薄肉部１４を設けているので、特に、体格が小さくて、寛骨９３の奥行きも、前後方向幅も狭い患者に好適である。さらに、カップ１０のうち、耐久年数に直接関与する部位に厚肉部を設けているので、従来と同等の耐久年数を維持することができる。

本実施形態では、カップ１０の外面部が、２つの曲面から構成されているが、薄肉部の肉厚及び形状を最適化するために、３以上の曲面を組み合わせて構成することもできる。
また、実施形態２と同様に、薄肉部の外面部を平面外面部により形成することもできる。

図１２に、本発明の人工股関節を設置した患者のレントゲン写真の線図を示す。カップ１０は、実際のレントゲン写真には殆ど写らないが、この図では、説明のためにカップ１０の輪郭を図示している。骨盤の寛骨９３に、フランジ７４付のカップ１０が設置されている。カップ１０の内面部１２には、ステム２０の骨頭２２が嵌め合わされている。カップ１０のフランジ７４は、術中に部分的に切除されており、カップ設置後に、患者の寛骨９３及び移植骨９３Ｇの形状に合うようにされている。

用いたカップ１０は、図４で示したカップ１０の形態と同様に、厚肉部１３と薄肉部１４とが形成された。カップ１０の厚肉部１３は、水平角度α＝１８０°、垂直角度θ＝９０°の領域に形成された。厚肉部１３の肉厚ｔと薄肉部１４の肉厚ｔ’との差（ｔ−ｔ’）は、２ｍｍとした。フランジ７４は、カップ１０と一体に成形された。
カップ１０はＵＨＭＷＰＥ製であり、ステム２０の骨頭２２はジルコニア製、ステム本体２１はチタン合金製であった。カップ１０及びステム２０は、骨セメントを用いて寛骨９３及び大腿骨にそれぞれ固定した。

カップ１０は、厚肉部１３が臼蓋部（寛骨９３の上縁部）に、薄肉部１４が臼底部（寛骨９３の奥向き）にそれぞれ配置されるように設置した。薄肉部１４に接するように引かれた破線は、骨盤の寛骨９３の切削可能な奥行き限界線Ｌを示している。カップ１０の上側の縁部には、移植骨９３Ｇが移植されている。

本発明のカップ１０は、薄肉部１４の厚みが従来のカップの厚みよりも２ｍｍだけ小さいので、奥行き限界Ｌまでカップを埋没した場合に、臼蓋部（寛骨９３の上縁部）からはみ出すカップの突出量を２ｍｍ減らすことができた。これにより、骨移植の量を減らして移植を行った。
人工股関節置換術では、カップの設置位置は、本来の寛骨臼の位置にするのが最善である。この例では、本発明のカップ１０を用いたことにより、奥行き限界Ｌを超えることなく、最も好ましい位置にカップを設置することができた。

本発明の実施形態１にかかる人工股関節用カップであり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＹ−Ｙ断面図、（Ｃ）はＸ−Ｘ断面図である。 本発明の実施形態１にかかる人工股関節を、骨盤の寛骨に設置した模式図を示す。 本発明にかかる人工股関節用カップの外面部の変形例を示す。 本発明の実施形態１にかかる人工股関節用カップの変形例である（Ａ〜Ｃ）。 本発明の実施形態２にかかる人工股関節用カップであり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＹ−Ｙ断面図である。 本発明の実施形態２にかかる人工股関節を、骨盤の寛骨に設置した模式図を示す。 本発明の実施形態２にかかる人工股関節用カップの変形例である（Ａ、Ｂ）。 本発明の実施形態３にかかる人工股関節用カップの上面図である。 （Ａ）は、図８のカップの矢印Ａ方向からの側面図であり、（Ｂ）はＹ−Ｙ断面図である。 （Ａ）は、図８のカップの矢印Ｂ方向からの側面図であり、（Ｂ）はＺ−Ｚ断面図である。 本発明の実施形態３にかかる人工股関節を、骨盤の寛骨に設置した模式図を示す。 本発明の実施例にかかる人工股関節を、骨盤の寛骨に設置した患者のレントゲン写真を示す。 （Ａ）は、従来の人工股関節を骨盤の寛骨に設置した模式図であり、（Ｂ）は、カップの概略斜視図である。

符号の説明

１ 人工股関節
１０ カップ
１１ 外面部
１２ 内面部
１３ 厚肉部
１４ 薄肉部
１５ 外縁部
２０ ステム
２１ ステム本体
２２ 骨頭
９１ 大腿骨
９３ 寛骨
９４ 股臼
９５ 骨セメント
ｔ 厚肉部の肉厚
ｔ’ 薄肉部の肉厚
Ｖ 頂点
Ｏ 内面部１２の球心、厚肉部１３の外面部１１の球心
Ｈ 水平面
Ｄ 本発明のカップの奥行き
Ｄ’ 従来のカップの奥行き
Ｗ 本発明のカップの幅
Ｗ’ 従来のカップの幅
Ｆ 応力

Claims (6)

1. ステム本体と、該ステム本体の一方の端部に固定された球状の骨頭とから成る人工股関節用ステムと、
   上記ステムの骨頭を回転可能に受容する半球状内面部を有するカップと、を備える人工関節において、
   上記カップには、
   半球状内面部のステム荷重が集中する領域を受ける肉厚の厚い厚肉部と、
   その他の領域にあって少なくとも内方、前方あるいは後方のいずれか１つの外殻をなす肉厚の薄い薄肉部と、が形成されており、
   上記カップの外縁部が、上記半球状内面部の球心を中心とする円形状であり、
   上記カップの厚肉部が、厚肉部形成領域に形成されており、当該厚肉部形成領域が、骨頭の回転中心を基準としてカップの縁部に沿った水平角度で１８０°の範囲を有し、カップ縁部を基準としてカップ頂部に向かう垂直角度で９０°の範囲を有することを特徴とする人工股関節。
2. 上記半球状内面部の球心と、上記厚肉部の外面部の球心とが一致又は実質的に一致するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の人工股関節。
3. 上記カップの厚肉部と薄肉部との厚さの差が、０．５〜１０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の人工股関節。
4. 湾曲した棒状のステム本体と、該ステム本体の一方の端部に固定された球状の骨頭とから成るステムと共に使用されて、人工股関節を構成する人工股関節用カップにおいて、
   上記カップに、肉厚の厚い厚肉部と、肉厚の薄い薄肉部とが形成されており、
   上記カップの外縁部が、上記半球状内面部の球心を中心とする円形状であり、
   上記カップの厚肉部が、厚肉部形成領域に形成されており、当該厚肉部形成領域が、骨頭の回転中心を基準としてカップの縁部に沿った水平角度で１８０°の範囲を有し、カップ縁部を基準としてカップ頂部に向かう垂直角度で９０°の範囲を有することを特徴とする人工股関節用カップ。
5. 上記半球状内面部の球心と、上記厚肉部の外面部の球心とが一致又は実質的に一致するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の人工股関節用カップ。
6. 上記カップの厚肉部と薄肉部との厚さの差が、０．５〜１０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項４又は５に記載の人工股関節用カップ。

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