JP4919248B2 - 人工肘関節 - Google Patents

Description

本発明は、人工肘関節に関するものである。

リウマチ、変形性関節症及び外傷等によって肘関節の関節機能が喪失すると、クォリティーライフの向上を図って人工肘関節に置換することが行なわれている。この人工肘関節は、古くは特許文献１に見られるように、上腕骨と尺骨に挿入されるステム同士を屈曲可能な機構で分離不能にカップリングしたものであった。これによると、両ステムを上腕骨と尺骨に同時に挿入しなければならないから、手術が難しいとともに、回旋機能を有しないから、生体関節に比べて機能的に劣るものにならざるを得なかった。

このため、特許文献２に見られるように、略円筒形の滑車とこれを回動可能に受ける凹曲面形の関節面をそれぞれ別々にして各々のステムを上腕骨と尺骨に挿入するものが考案されている。この先行例における上腕骨側部材は、ステムをストレートな形状にして上腕骨の中に挿入している。ところが、上腕骨の解剖学的形状は、遠位端の骨幹部がオレクラノンフォッサ部と称されて下面（掌側を上にして延ばしたときの下側面）側に凹陥しているとともに、全体が緩やかに下方に彎曲している（この形状を前彎形状と称する）ため、ステムがこのオレクラノンフォッサ部で露出してしまい、十分な支持力が発揮できていなかった。このため、ステムの付け根の滑車内に凹所を形成し、この凹所で上腕骨の遠位端を挟み込んで支持力を補完していた。しかし、これによると、遠位端を凹所の形状に合わせて骨切りしなければならず、手術に難度が要求されるし、患者の負担も大きかった。

また、尺骨側部材の関節面とこれに続くステムはすべて医療用樹脂（超高分子量ポリエチレン）で構成されており、ステムを尺骨に挿入してセメントで固定するものであった。したがって、素材の特性に起因して強度的に弱く、支持力において劣っているとともに、マイクロモーション（力が加わると、自らが変形して微小運動を繰り返す）を起こし、ステム周辺の骨を破壊していた。このように、上腕骨側部材及び尺骨側部材が共に支持力が弱いことから、使用に伴ってルースニング（緩み）が発生し、再手術等が必要になっていた。
特開昭５４−１３２３９１号公報 特開２０００−１０７２０９号公報

本発明は、上腕骨側部材、尺骨側部材共に所定の支持力強化の構造を施すことで、長期安定性のある人工肘関節を具現したものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、肘関節に置換される金属製の上腕骨側部材（１）と樹脂製の尺骨側部材（５）とからなる人工肘関節において、上腕骨側部材（１）は、略円筒形の滑車（２）と滑車（２）から延びて側面視で下方に緩やかに彎曲する姿勢で上腕骨（４）に挿入されるステム（３）とで構成し、尺骨側部材（５）は、滑車（２）を回動可能に受ける関節面（６）と関節面（６）から延びて尺骨（８）に挿入されるステム（７）とで構成するとともに、上腕骨側部材（１）の滑車（２）をステム（３）の軸芯と直角な平面内でステム（３）に対して回旋可能に構成し、軸芯に対する上記平面内における角度を変更して固定できるようにしたことを特徴とする人工肘関節を提供したものである。

これにおいて、本発明は、請求項２に記載の、滑車から止めねじを挿入して滑車とステムの角度を調整して止めねじをステムに締め付けて固定する手段、請求項３に記載の、尺骨側部材のステムを金属製のものにしてその先端に関節面の外面のほぼ全域を受ける受部を形成するとともに、受部に尺骨の皮質骨に対してねじ込みできるスクリューの挿通孔を設けた手段、請求項４に記載の、尺骨側部材のステムが平面視では先細になっているとともに、側面視では下方に緩やかに彎曲しており、かつ先細に形成されている手段を提供したものである。

請求項１の手段によると、上腕骨側部材は、そのステムが上腕骨の前彎形状に沿ったものになって露出部分がなくなるから、髄腔占拠率が高まって支持力が強化される。また、滑車は略円筒形をしているものであるから、上腕骨の骨端に埋め込んで装着すればよく、熟練を要す特別の骨切りは必要ない。したがって、手術は、短時間に、しかも容易にでき、患者の負担を減らすことができる。また、上腕骨部材のステムの上記形状によって髄腔内への埋込み姿勢が特定されることに伴う滑車の角度が調整できない不具合を解消することができる。

請求項２の手段によると、止めねじで簡単に角度を調整して固定できるし、請求項３の手段によると、尺骨側部材も、ステムが強度的に強い金属製のものであるから、マイクロモーション等を起こさず、同じく支持力が強いし、スクリューを通すことで固定力が更に増す。さらに、請求項４の手段によると、尺骨側部材の固定力をより高めることでできるし、尺骨側部材のステムが尺骨の形状に即したものになって髄腔占拠率が高くなるとともに、関節面は受部で受けるから、強度に不足のないものになる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は上腕骨部材１の平面図、図２は側面図であるが、上腕骨部材１は、滑車２とステム３から構成される。滑車２は、後述する尺骨側部材の関節面とで関節機能を発揮するものであり、チタン合金やコバルトクロムモリブデン合金或いはステンレス合金等からなる生体適合金属又は医療用セラミクス等で構成され、生体肘関節の滑車と同様に中央が窪んだ鼓形をしている略円筒形に形成されたものである。なお、この説明において、位置や方向を指称しているが、これは、掌側を上にして上腕骨と尺骨とを延ばしたときの形態を基準とする。

ステムは３は、滑車２と同素材で構成され、滑車２の中央部から外方に延びるテール体である。これにおいて、ステム３は、平面視では真直で、ほぼ同幅であるが、滑車２の中心軸（ＴＥＡ）は、ステム３の軸芯と直角な線に対して角度α（４〜６°程度）の外半角だけ身体側に振らせており、上腕骨４の骨軸に沿うようにして髄腔４ａ内に収まるようにしている。これに対して、側面視では、同幅ではあるが、下方に緩やかに彎曲させて同じく髄腔４ａ内に収まるようにしている。この彎曲の曲率半径Ｒは、サイズにもよるが、４００〜７００ｍｍであり、滑車２の中心とステム３の端とのオフセット量Ｓは、６〜９ｍｍに設定される。

図３は滑車２とステム３との取付けを示す要部断面図、図４は滑車２の正面図であるが、ステム３の先端に先細のテーパになった挿入部３ａを形成しておくとともに、挿入部３ａの途中に外周から凹陥する凹陥溝３ｂを形成しておく。そして、滑車２には、この挿入部３ａが挿入できる挿入穴２ａを形成しておくとともに、挿入穴２ａに向けてねじ孔２ｂを穿っておく。そこで、挿入部３ａを挿入孔２ａに挿入し、ねじ孔２ｂに止めねじ１１を螺入して固定する。したがって、ステム３の中心を通る水平面に対する滑車２のＴＥＡの傾き、すなわち、回旋角βを自由に設定できる。本発明では、ステム３が真直ではなく、上下に彎曲しているから、髄腔４ａに対してステム３の回旋姿勢は特定されるが（彎曲を垂直方向に設定するため）、このようにすることで、滑車２は、患者特有の回旋角β（３〜５°の範囲）に対応できるようになる。

図５は尺骨側部材５の平面図、図６は側面図であるが、尺骨側部材５は、関節面６とステム７から構成される。関節面６は、滑車２に対向してその中央部に滑車２に回動可能に接触させられる略半筒形の薄い凹面体であり、金属と滑り特性の良い超高分子量ポリエチレン等の医療用樹脂で製作されている。これにより、滑車２と関節面６とは、その接触面で回動して肘の屈伸運動が可能になるとともに、若干の回旋運動も許容されるものとなり、生体肘関節と同様な機能を奏するものとなる。

ステム７は、その先端に関節面６の外面のほぼ全域を受ける受部７ａが形成されたものであり、本発明では、上腕骨側部材１と同様な金属で構成されている。この場合のステム７は、平面視で先細になっており、同じくＴＥＡの法線に対して角度γ（４〜６°程度）だけ身体側に振らせて尺骨８の髄腔８ａ内に収まるようにしている。また、側面視でも、下方に緩やかに彎曲させ、かつ先細に形成して髄腔８ａ内に収まるようにしている。なお、以上の上腕骨側部材１及び尺骨側部材５の骨と接触する表面は、ポーラスやメッシュ等の多孔性のものに形成して骨の成長による固着性を高めている。

図７は以上の人工肘関節を肘に置換したときにおける上記の形態のときの左手の平面断面図、図８は側面断面図であるが、上腕骨４は、遠位側が身体から離れるように延伸しており、尺骨８は、遠位側が身体に近づくように延伸、彎曲している。これにおいて、上腕骨部材１の装着は、上腕骨４の遠位端を、上腕骨部材１の滑車２が生体肘関節における滑車と同じ位置に収まるように骨切りし、そのステム３を上腕骨４の髄腔４ａ内に挿入して装着する。この結果、生体肘関節と同様にＴＥＡは骨軸に対して上記角度αだけ振らせたことになる。なお、本発明における人工肘関節は、上腕骨４と尺骨８だけを関節要素とし、橈骨１２については関節要素としない。尺骨８と橈骨１２とは、靱帯組織で繋がっており、尺骨８に屈伸運動をさせれば、橈骨１２も連動して動くからである。

尺骨側部材５も同様であり、そのステム７を尺骨８の近位端側から髄腔８ａ内に挿入し、関節面６を上腕骨部材１の滑車２に摺接させる。なお、ＴＥＡが骨軸に対して上記角度γだけ振れていると、ステム７は尺骨８の骨軸から若干外側に向いたものになる。尺骨８の平面視における内方彎曲度は比較的大きいことから、尺骨側部材５のステム７を上腕骨側部材１のステム３よりも短くしていることと相まって、このようにすることで、できるだけ尺骨８の中心に挿入できることになる。

以上の装着において、上腕骨部材１も尺骨側部材５も、装着に際しては人体組織に悪影響を及ぼすとされる骨セメント等の使用は特に必要ではない。以上に加えて、尺骨側部材５の受部７ａからスクリュー（皿ねじ）９を尺骨８の皮質骨８ｂに向けてねじ込むと、固定力は一層強まる。特に、リウマチを罹患した患者の髄腔は損傷度が激しくてほとんど固定力は期待できないから、この方法は大きな効果を奏する。

このため、受部７ａにスクリュー９を通す挿通孔１０を設けておく。このスクリュー９の数は、特に限定されないが、少なくとも上側と下側の二カ所にはねじ込みできるようにしておくのが好ましい。なお、図示は省略するが、スクリュー９を関節面６側から挿入して受部７ａを通して皮質骨８ｂにねじ込むことも考えられる。これによると、スクリュー９が関節面６と受部７ａとを固定する作用もあり、固定力が強化されてセメントが不要になるといった利点もある。

図９は尺骨側部材５の他の例を示す一部断面平面図であるが、本例のものは、ステム７にスクリュー９を通すねじ孔１０を形成し、このねじ孔１０にスクリュー９を通して尺骨８にねじ込むようにして固定力の強化を図ったものである。この場合において、スクリュー９の数は問わないが、少なくとも２個以上は設け、各々のスクリュー９が交差して（交差角度は問わない）ねじ込まれるようにするのが固定力強化の上で好ましい。また、尺骨８が脆弱な場合、ステム７にねじ孔を設けておき、スクリュー９を尺骨８側からステム７にねじ込む方法をとってもよい。

上腕骨部材の平面図である。 上腕骨部材の側面図である。 上腕骨部材の滑車とステムとの取付けを示す要部の一部断面図である。 上腕骨部材の滑車の正面図である。 尺骨側部材の平面図である。 尺骨側部材の側面図である。 肘関節に置換した人工肘関節の左手の平面平面図である。 肘関節に置換した人工肘関節の左手の平面断面図である。 尺骨側部材の他の例を示す一部断面平面図である。

１ 上腕骨側部材
２ 滑車
２ａ 挿入穴
２ｂ ねじ孔
３ ステム
３ａ 挿入部
３ｂ 凹陥溝
４ 上腕骨
４ａ 髄腔
５ 尺骨側部材
６ 関節面
７ ステム
７ａ 受部
８ 尺骨
８ａ 髄腔
８ｂ 皮質骨
９ スクリュー
１０ 挿通孔
１１ 止めねじ
１２ 橈骨

Claims (4)

1. 肘関節に置換される金属製の上腕骨側部材（１）と樹脂製の尺骨側部材（５）とからなる人工肘関節において、上腕骨側部材（１）は、略円筒形の滑車（２）と滑車（２）から延びて側面視で下方に緩やかに彎曲する姿勢で上腕骨（４）に挿入されるステム（３）とで構成し、尺骨側部材（５）は、滑車（２）を回動可能に受ける関節面（６）と関節面（６）から延びて尺骨（８）に挿入されるステム（７）とで構成するとともに、上腕骨側部材（１）の滑車（２）をステム（３）の軸芯と直角な平面内でステム（３）に対して回旋可能に構成し、軸芯に対する上記平面内における角度を変更して固定できるようにしたことを特徴とする人工肘関節。
2. 滑車（２）から止めねじ（１１）を挿入して滑車（２）とステム（３）の角度を調整して止めねじ（１１）をステム（３）に締め付けて固定する請求項１の人工肘関節。
3. 尺骨側部材（５）のステム（７）を金属製のものにしてその先端に関節面（６）の外面のほぼ全域を受ける受部（７ａ）を形成するとともに、受部（７ａ）に尺骨（８）の皮質骨に対してねじ込みできるスクリュー（９）の挿通孔（１０）を設けた請求項１又は２の人工肘関節。
4. 尺骨側部材（５）のステム（７）が平面視では先細になっているとともに、側面視では下方に緩やかに彎曲しており、かつ先細に形成されている請求項１〜３いずれかの人工肘関節。