JP5546611B2 - ソケット変形を減じるための寛骨臼ソケットの非対称的な構成 - Google Patents

Description

本発明は、人工股関節に使用するための寛骨臼ソケットであって、人工股関節がステムから成っており、ステムに球頭が取付け可能であり、球頭がソケットインサートに回動可能に挿入可能であり、ソケットインサートが寛骨臼ソケット内に挿入可能且つ位置固定可能であり、ステムが大腿骨内に埋込み可能であり、且つ寛骨臼ソケットが骨盤骨内に埋込み可能である、寛骨臼ソケットに関する。

寛骨臼ソケットは一次固定するための手術の進行中に、種々異なる技術により骨盤骨に連結される。周知の固定形式はプレスばめによるソケットの締付けである。これは技術的な意味において締めしろを伴う結合に分類されている連結の１つである。つまり寛骨臼ソケットの外側ジオメトリは、医者による寛骨臼のフライス加工によってもたらされるソケット収容部よりも大きい。従ってソケットの挿入後に骨によりソケットに作用する法線力と、その結果である摩擦力とは寛骨臼ソケットの一次固定（Ｖｅｒａｎｋｅｒｕｎｇ）を保証する。

骨盤骨の不均一な剛性に基づき、一般的に、プレスばめ状況において寛骨臼ソケットの非対称的な負荷がもたらされる。非対称的な負荷は寛骨臼ソケットの非対称的な変形を結果的にもたらすことがある。このことは原理的に不都合である。なぜならば寛骨臼ソケットの変形はソケットインサートの挿入を困難にするか、もしくは更にソケットインサートの非対称的な変形及び負荷に繋がることがあるからである。この場合、起こり得る更なる作用はソケットインサートの破損、及び／又はソケットインサートの球冠直径の局所的な縮小による、滑動対偶の機能の減縮である。

剛性に関する骨盤骨の不均一性は、一般的に、常に同じ方向に存在するので、医者はプレスばめにおいて寛骨臼ソケットに対する極めて高い負荷の方向を、十分な正確性を持って患者において判断することができる。

本発明の根底にある課題は、請求項１の上位概念部記載の寛骨臼ソケットを改良して、ソケットインサートの損傷及び／又は滑動対偶、つまり球頭／ソケットインサートの機能の減縮が、ソケットインサートの球冠直径の局所的な縮小により回避されている寛骨臼ソケットを提供することである。

上記課題は、人工股関節に使用するための寛骨臼ソケットであって、前記人工股関節がステムから成っており、該ステムに球頭が取付け可能であり、該球頭がソケットインサートに回動可能に挿入可能であり、前記ソケットインサートが当該寛骨臼ソケット内に挿入可能且つ固定可能であり、前記ステムが大腿骨内に埋込み可能であり、且つ当該寛骨臼ソケットが骨盤骨内に埋込み可能である、寛骨臼ソケットにおいて、当該寛骨臼ソケットが、該寛骨臼ソケットの剛性及び／又はジオメトリに関して、当該寛骨臼ソケットの対称軸線に対して相互に直交する２つの方向において非対称的に形成されていることにより解決される。

好ましくは、当該寛骨臼ソケットが、第１の方向において最小の壁厚を有しており、第２の方向において最大の壁厚を有している。

好ましくは、他方の方向に対する一方の方向において、補強又は弱化エレメントが当該寛骨臼ソケット内に供給されている。

好ましくは、一方の方向の補強又は弱化エレメントが、該補強又は該弱化エレメントの剛性を他方の方向に向かって一定に減じるか又は高める。

好ましくは、前記弱化エレメントが当該寛骨臼ソケットにおける切欠きである。

好ましくは、当該寛骨臼ソケットのジオメトリが、非対称的な負荷時に可能な限り円環状の対称的なジオメトリをもたらすように非対称的に構成されている。

好ましくは、長手方向軸線に対して垂直な、当該寛骨臼ソケットの横断面が無負荷状態において楕円形である。

好ましくは、当該寛骨臼ソケットが少なくとも１つの金属から製造されている。

有利には、寛骨臼ソケットの剛性及び／又はジオメトリに関して寛骨臼ソケットを非対称的に構成することにより、プレスばめ状況における非対称的な外側の負荷に対抗することができる。従って寛骨臼ソケットは直交する２つの方向において種々異なる剛性を有している。

寛骨臼ソケットの比較的高い剛性の軸線は、埋込み時に骨盤骨の極めて高い剛性の方向に対して同一線上に配向することができる。骨盤骨の剛性との関係において寛骨臼ソケットの剛性を適切に設計することにより、プレスばめ状況による寛骨臼ソケットの不可避の変形は均一に発生する、つまり全ソケット周面においてほぼ同じ程度の変形量を伴う。

本発明による構成において、寛骨臼ソケットは第１の方向において最小の壁厚を有していて、第２の方向において最大の壁厚を有している。寛骨臼ソケットの壁厚の非対称的な構成は、例えば端面の領域の所定の方向において最小の壁厚が形成され、且つ前記方向に対して直交する方向において最大の壁厚が形成されている。種々異なる壁厚に基づき、寛骨臼ソケットは上記両方向において同様に種々異なる剛性を有している。

別の構成において、他方の方向に対する一方の方向において補強又は弱化エレメントが寛骨臼ソケット内に供給されている。補強エレメント−比較的高い剛性を有する材料から成るエレメント−を寛骨臼ソケットの周壁内に挿入することにより、種々異なる負荷方向において寛骨臼ソケットの種々異なる剛性を達成することもできる。

本発明の更に別の構成は、一方の方向の補強又は弱化エレメントは、他方の方向に向かって剛性を一定に減じるか又は高めることを特徴とする。弱化エレメントは寛骨臼ソケットにおける切欠きであってもよい。

比較的僅かな剛性を有する材料から成るエレメントの供給により、寛骨臼ソケットの剛性は僅かな剛性を有する材料の場所において弱化する。この場合、剛性の減少量は方向に関連している。その結果、寛骨臼ソケットは種々異なる負荷方向に関して同様に種々異なる剛性を有している。極端な場合、剛性を方向に関連して減じるために、エレメントは供給されず、適切に材料が切り欠かれるだけである。

更に別の構成において、寛骨臼ソケットのジオメトリは、非対称的な負荷時に可能な限り円環状の対称的なジオメトリがもたらされるように非対称的に形成されている。有利には、対称軸線に対して垂直な、寛骨臼ソケットの横断面は無負荷状態において楕円形である。

ソケットジオメトリ、例えば負荷がかけられているソケット横断面の非対称的な構成により、非対称的な負荷がある場合、同様に非対称的な変形が発生することを達成できる。非対称的な変形は対称的なソケットジオメトリの形成に通じる。具体的な例として、楕円形のソケット横断面がプレスばめにおける非対称的な負荷に基づき変形し、その結果、横断面はほぼ円環状のジオメトリを有する。

有利には、寛骨臼ソケットは少なくとも１つの金属から製造されている。

図１ａ，１ｂ，１ｃは、従来の技術を示した図である。 図２ａ，２ｂは、発明による寛骨臼ソケットを示した図である。 図３ａ，３ｂは、補強又は弱化エレメントを備えた本発明による寛骨臼ソケットを示した図である。 図４ａは、無負荷状態にある本発明による寛骨臼ソケットを示した図であり、図４ｂは、無負荷状態にある本発明による寛骨臼ソケット（点線）と、負荷状態にある本発明による寛骨臼ソケット（実線）とを対比した図である。

以下に、先行技術及び本発明を図面に基づき詳細に説明する。

図１ａ，１ｂ，１ｃには従来の技術が示されている。人工股関節は、一般的に、球頭２に連結されているステム１と、ソケットインサート３に連結されている寛骨臼ソケット（Ｈｕｅｆｔｐｆａｎｎｅ）４とから成っている。ステム１と寛骨臼ソケット４とは大腿骨２０もしくは骨盤２１への組込みにより患者の身体に結合され、球頭２もしくはソケットインサート３のための支持体である。球頭２はソケットインサート３の球冠５において回動可能に支承されている。寛骨臼ソケット４はその対称軸線ｚに対して回転対称的に形成されている。これにより寛骨臼ソケット４の壁厚ａ_１，ｂ_２は全方向ｘ，ｙにおいて同じであり、プレスばめ状況における寛骨臼ソケット４の非対称的な負荷により、結果的に寛骨臼ソケット４の非対称的な変形になることがある。

図２ａ，２ｂには端面７の平面においては対称的（図２ａ参照）に構成されていない、本発明による寛骨臼ソケット４が示されている。対称軸線ｚに対して直交する方向ｘにおいて壁厚ａは最大であり、同様に対称軸線ｚに対して直交する方向ｙにおいて壁厚ｂは最小である。この場合、方向ｘ，ｙは互いに直交して、つまり直角に配置されている。

異なる壁厚ａ，ｂに基づき、寛骨臼ソケット４は上記２つの方向ｘ，ｙにおいて異なる剛性を有している。

図３には本発明による寛骨臼ソケット４が示されている。図３の寛骨臼ソケット４では、他方の直交する方向ｙに対する一方の方向ｘにおいて、補強又は弱化するように作用するエレメント６が寛骨臼ソケット４に供給されている。補強又は弱化エレメント６−寛骨臼ソケット４の残りの材料よりも高い又は低い剛性を備えた材料から成るエレメント−を寛骨臼ソケット４の被覆体内に供給することにより、種々異なる負荷方向に対する寛骨臼ソケット４の種々異なる剛性が形成されている。

この場合、方向ｘの補強又は弱化エレメント６は、端面においてほぼ９０°（図３ｂ参照）の角度範囲αを有している。方向ｘにおける剛性は、方向ｘに対して直交する方向ｙにおける剛性とは異なることが重要である。方向ｘ，ｙに対する２つの極値の間において均一な剛性変化を達成するために、補強又は弱化エレメントは最大で１８０°の角度αを有していてよい。この場合、各エレメントの壁厚はエレメントの一方の端部から中央まで連続的に増加し、他方の端部に向かって同じように連続的に再び減少する。

例えば比較的僅かな剛性を有する材料から成るエレメント６の供給により、比較的僅かな剛性を有する材料の場所において寛骨臼ソケット４の剛性は弱化される。この場合、剛性の減少の程度は方向に関係している。その結果、寛骨臼ソケット４は種々異なる負荷方向において同様に種々異なる剛性を有する。極端な事例では、剛性を方向に関連して減じるために、エレメントは供給されず、材料が適切に切り欠かれるだけである。

対称軸線ｚに対して垂直な寛骨臼ソケット４の横断面は無負荷状態（実線）において楕円形であるように、非対称的に形成されているジオメトリを有する寛骨臼ソケット４が図４ｂに示されている。非対称的な負荷の場合、寛骨臼ソケット４は変形し（図４ｂの破線）、その結果として対称的なジオメトリが発生する。図４ａには負荷状態にある寛骨臼ソケット４が示されている。簡略化されたモデルイメージにおいて点状に発生する力はＦ_１，Ｆ_２で示されている。この実施の形態において、非対称的な負荷（方向Ｆ_１）の場合に可能な限り円環状の対称的なジオメトリ（図４ａ）がもたらされることを保証することができる。

寛骨臼ソケット４のジオメトリの非対称的な構成により、非対称的な負荷において同様に非対称的な変形が発生することがある。この非対称的な変形は対称的なソケットジオメトリの形成に繋がることになる。具体的な例では楕円形のソケット横断面がプレスばめにおける非対称的な負荷の結果変形され、横断面がほぼ円環状のジオメトリを有する。

１ ステム
２ 球頭
３ ソケットインサート
４ 寛骨臼ソケット
５ 球冠
６ 補強又は弱化エレメント
ａ 最大の壁厚
ｂ 最小の壁厚
ｘ 第２の方向
ｙ 第１の方向
ｚ 対称軸線

Claims (7)

1. 人工股関節に使用するための寛骨臼ソケットであって、前記人工股関節がステム（１）から成っており、該ステム（１）に球頭（２）が取付け可能であり、該球頭（２）がソケットインサート（３）に回動可能に挿入可能であり、前記ソケットインサート（３）が当該寛骨臼ソケット（４）内に挿入可能且つ固定可能であり、前記ステム（１）が大腿骨（２０）内に埋込み可能であり、且つ当該寛骨臼ソケット（４）が骨盤骨（２１）内に埋込み可能である、寛骨臼ソケットにおいて、
   当該寛骨臼ソケット（４）が、該寛骨臼ソケット（４）の剛性に関して、当該寛骨臼ソケット（４）の対称軸線（ｚ）に対して相互に直交する２つの方向（ｘ，ｙ）において非対称的に形成されており、相互に直交する２つの方向のうちの、他方の方向（ｙ）に対して一方の方向（ｘ）において、骨盤骨へのプレスばめ時に寛骨臼ソケット（４）が変形するための切欠き（６）が寛骨臼ソケット（４）に設けられていることを特徴とする、寛骨臼ソケット。
2. 当該寛骨臼ソケット（４）が、第１の方向（ｙ）において最小の壁厚（ｂ）を有しており、第２の方向（ｘ）において最大の壁厚（ａ）を有している、請求項１記載の寛骨臼ソケット。
3. 一方の方向（ｘ）の切欠き（６）が、寛骨臼ソケット（４）の剛性を他方の方向（ｙ）に向かって一定に高める、請求項１又は２記載の寛骨臼ソケット。
4. 当該寛骨臼ソケット（４）のジオメトリが、非対称的な負荷時に可能な限り円環状の対称的なジオメトリをもたらすように非対称的に構成されている、請求項１から３までのいずれか一項記載の寛骨臼ソケット。
5. 長手方向軸線（ｚ）に対して垂直な、当該寛骨臼ソケット（４）の横断面が無負荷状態において楕円形である、請求項４記載の寛骨臼ソケット。
6. 当該寛骨臼ソケット（４）が少なくとも１つの金属から製造されている、請求項１から５までのいずれか一項記載の寛骨臼ソケット。
7. 切欠き（６）は、寛骨臼ソケット（４）の外壁と内壁との間に設けられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載の寛骨臼ソケット。

Images