JP5398468B2 - 人工股関節用ライナー及びそれを用いた人工股関節 - Google Patents
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Description
しかしながら、人工骨頭の外径が大きくなると、人工骨頭の表面とライナーの接触面積が大きくなるため、ライナーの摩耗量が増加しやすい。また、人工骨頭の外径が大きくなると、小径の人工骨頭に比べて、中心角度あたりの表面の長さが長くなる。よって、同じ角速度で人工骨頭を摺動させたときに、大径の人工骨頭の表面での速度は、小径のものに比べて速くなる。その結果、ライナーの摩耗量はさらに増加しやすい。
第1の例として、人工骨頭又は臼蓋ソケット(ライナー)の相対摺動面に凹凸パターンを形成した人工股関節がある(例えば、特許文献1)。潤滑剤(関節液)がこの凹凸面に拘束され、かつ凹部が潤滑剤を供給する役割を果たすと共に凸部で荷重を受けるため、摺動面の潤滑性を長期間にわたり保持できる。
この例では、複雑な形状の寛骨臼シェル等を形成するために、まず、コンピュータ制御の3次元印刷技術を用いて鋳型を製造し、次いで、その鋳型に溶融金属又は金属合金を入れて鋳造する方法が採用される。
また、骨頭からの荷重を主に受けているライナー部分に、関節液を効率よく供給する目的から、液溜まりはこの部分に積極的に形成される。そのため、骨頭からの荷重が、液溜まり以外の面(凸面など)に集中することになり、凸面の局所摩耗を促進してしまう恐れがある。
さらに、液溜まりの縁部(エッジ)が面取りされていないライナー(例えば、第1〜第2の例)では、エッジに荷重がかかった状態で、エッジが人工骨頭の表面を引っ掻くため、人工骨頭の表面を傷付ける恐れがある。
また、第4の例でも、他の例と同様に、骨頭からの荷重を主に受けているライナー部分に、関節液を効率よく供給することを目的としているので、内部通路の出口はこの部分に積極的に形成される。そして、出口の縁部(エッジ)は面取りされていないので、エッジに荷重のかかった状態で、エッジが人工骨頭の表面を引っ掻くため、人工骨頭の表面を傷付ける恐れがある。
また、陥凹部は低荷重領域に形成されているので、高荷重領域に凹凸が形成されない。よって、凸部に荷重が偏在することはなく、凸部の局所摩耗を抑制できる。さらに、陥凹部のエッジに最大荷重がかかることはないので、エッジによる人工骨頭の表面損傷を抑制できる。
そして、陥凹部は低荷重領域の表面に設けられているので、陥凹部を備えたライナーを容易に製造できる。
人工股関節1は、自然な股関節と同様に関節包(図示せず)によって包まれている。そして、関節包中は、関節液によって満たされている。よって、人工股関節のうち、他の部材と接触していない部分(図1で外部に露出している部分であり、例えばライナー10の端面13など)は、関節液と接触している。
例えば、図5(a)に示すように、上半身が直立姿勢の状態では、ライナー10の最大荷重点Pは点P0である。上半身を前屈すると、ライナー10は基準点Bを中心に前方向に回転する。例えば、図5(b)のように、ライナー10が角度αだけ前方に回転すると、最大荷重点Pは、点P0から点P1へと移動する。
摺動面12のうち、高荷重領域14を除く領域を、本明細書では「低荷重領域15」と称する。一般生活においては、低荷重領域15に最大荷重がかかることはない。
本発明では、陥凹部16を通って関節液が摺動面12に補給される。詳細には、ライナー10に人工骨頭22を受容したときに、ライナー10の陥凹部16と人工骨頭22の表面221との間に隙間ができる。この隙間が、関節液の液溜まりとして機能する。隙間に溜まった関節液は、接触した人工骨頭22の表面221を濡らし、人工骨頭22が摺動すると、濡れた人工骨頭22の表面221が、ライナー10の摺動面12を濡らす。このようにして、摺動面12の全体に(低荷重領域15のみならず、高荷重領域14にも)、関節液が広がる。
また、低荷重領域15に陥凹部16を形成しているので、陥凹部16の縁部(エッジ)に最大荷重がかかることはない。よって、エッジが人工骨頭22の表面221を引っ掻いて、表面221に傷をつけるのを抑制できる。
ライナー10の端面13側から観察したときに、円状に見える摺動面12の中心を、摺動面12の中心点Oとする。中心点Oを中心として摺動面12上に円弧を描いたときに、陥凹部16を横切る円弧の長さを「陥凹部16の幅W」と規定する(図6(a)参照)。
図6の例では、陥凹部16が人体の「舌」のような形状になっている。この舌状陥凹部161の特徴は、陥凹部16の幅Wが、摺動面12の辺縁121に向かって広くなっている点にある。これにより、舌状陥凹部161の開口部の面積がより広くなり、関節液が舌状陥凹部161の中に出入りしやすくなる。よって、舌状陥凹部161への関節液の供給が効率よく行われて、摺動面12の潤滑性を十分に向上させることができる。
図7の例では、陥凹部16がU字状(図7(a)では逆U字になっている)の形状になっている。このU字状陥凹部162は、両端が辺縁121まで延びて外部に開口している(図7(c))。よって、U字状陥凹部162は、2個所で外部と連通している。
U字状陥凹部162は、舌状陥凹部161(図6(a))に比べて、開口部の面積は狭くなる。しかしながら。U字状陥凹部162は2個所で外部に開口しているため、一方の開口部から関節液が流入し、他方の開口部から流出する、というように、関節液をスムーズに流すことができる。よって、U字状陥凹部162への関節液の供給が効率よく行われて、摺動面12の潤滑性を十分に向上させることができる。
一方、図7のU字状陥凹部162は、摺動面12の面積が比較的大きく、陥凹部16の面積を確保しやすいライナー10(すなわち、大径の人工骨頭22と共に使用されるライナー10)に適している。
陥凹部16の面積が3%より小さいと、摺動面12への関節液の供給が不足しやすくなるので好ましくない。一方、陥凹部16の面積が50%より大きいと、人工骨頭22の安定性が低くなりやすいので好ましくない。
また、本発明のライナー10を用いることにより、高荷重領域14の局所摩耗が抑制されるので、人工股関節1の寿命が長く、人工股関節1の再置換の頻度を低下させることができる。
さらに、本発明のライナー10が製造容易であることから、ライナー10のコストを抑制でき、結果として人工股関節1のコストも抑制することができる。
10 ライナー
11 ライナーの外面
12 ライナーの内面(摺動面)
121 摺動面の辺縁
13 ライナーの端面
13S 端面で規定される規定面
14 高荷重領域
15 低荷重領域
16 陥凹部
161 舌状陥凹部
162 U字状陥凹部
20 大腿骨コンポーネント
21 ステム
22 人工骨頭
221 人工骨頭の表面
91 大腿骨
93 寛骨
94 臼蓋
17 非凹部
P,P0,P1 最大荷重点
O 中心点
L 基準線
θ 傾斜角
B 基準点
G 鉛直線
Claims (8)
- 骨頭を受容するための凹状の摺動面を有する人工股関節用のライナーであって、
前記摺動面は、人工股関節の使用中において、前記骨頭からの最大荷重を受ける最大荷重点が存在しうる高荷重領域と、前記最大荷重点が存在しない低荷重領域と、を含み、
前記低荷重領域の表面に陥凹部が形成され、前記陥凹部が前記摺動面の辺縁まで延びていることを特徴とする人工股関節用ライナー。 - 前記陥凹部の幅が、前記摺動面の前記辺縁に向かって広くなることを特徴とする請求項1に記載の人工股関節用ライナー
- 前記陥凹部がU字状の経路を形成しており、前記経路の両端で外部と連通していることを特徴とする請求項1に記載の人工股関節用ライナー。
- 前記陥凹部の面積が、前記摺動面の3〜50%であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の人工股関節用ライナー。
- 前記陥凹部が、前記摺動面の中心まで延びていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の人工股関節用ライナー。
- 前記ライナーが、超高分子量ポリエチレン又はポリエーテルエーテルケトンから成ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の人工股関節用ライナー。
- 前記ライナーが、セラミック材料又は金属材料から成ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の人工股関節用ライナー。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の人工股関節用ライナーと、
前記ライナーの前記摺動面に受容される人工骨頭と、を含む人工股関節。
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