JP6434037B2 - 関節インプラント - Google Patents

Description

本発明は、ボール−アンド−ソケット（ｂａｌｌ−ａｎｄ−ｓｏｃｋｅｔ）連結部によって連結される２つの要素を含む人工関節の関節インプラントに関し、ボール−アンド−ソケット連結部は、少なくとも１つの遮断された自由度を有する。

従来、人工関節のための異なる様々な類型のインプラントが知られている。具体的に、ボール−アンド−ソケット型を有する関節インプラントが、股関節および肩のインプラントに用いられる。しかし、ボール−アンド−ソケット型のインプラントは、手首の橈骨手根関節、手の中手指節関節、および足の中足指節関節などの顆状関節に用いられることができる。

一部類型のインプラントにおいて、特に、橈骨手根関節、中手指節関節、中足指節関節において、ボール−アンド−ソケット関節の動きの少なくとも１つの自由度が、例えば自然関節の機能を模倣するように制限されなければならない。また、一部の状況では、人工股関節または肩のインプラントにおいてボール−アンド−ソケット関節の動きの自由度を限定することが有益なことがある。

本発明の目的は、少なくとも１つの自由度においてボール−アンド−ソケット連結部の動きを制限できる関節インプラントを製造することにある。

本発明の解決手段は、請求項１に記載の特徴部によって特定される。本発明によれば、関節インプラントは、ソケット付きの第１部材およびボールヘッド付きの第２部材を含む。ソケットは、少なくとも半球形であり、ボールヘッドは、第１素子と第２素子との間のボール−アンド−ソケット連結部を形成するように、前記ソケットに挿入される。ソケット内におけるボールヘッドの動きは、少なくとも１つの溝に嵌る少なくとも１つの突出部によって少なくとも１つの自由度に制限される。これにより、少なくとも１つの突出部がソケット側に設けられ、少なくとも１つの溝がボールヘッド側に設けられ、またはその逆に設けられる。前記第１部材は、第４回転軸を中心としてベース部に回転可能に結合されたインレーをさらに含み、前記少なくとも１つの突出部と前記少なくとも１つの溝とは、前記第４回転軸に本質的に平行な第１回転軸を中心とする前記ボール−アンド−ソケット連結部の少なくとも１つの自由度を遮断するように配列される。

突出部と溝とを設けることによって、ボール−アンド−ソケット連結部の動きの自由度を非常に簡単ながらも効果的に制限する。また、本発明の関節インプラントは、非常に簡単に組み立てることができ、患者の骨に固定すべき追加部品を備える必要がなく、したがって、患者に対して迅速かつ簡単に移植できる。また、ボール−アンド−ソケット連結部は、高い一致性（ｃｏｎｇｒｕｅｎｃｙ）を有し、優れた摩耗特性を示す。したがって、より少ない部品とより優れた摩耗特性との２つのヒンジ軸を含む関節と同じ動きの自由を達成する。

第１部材と第２部材とは、関節インプラントの用途に応じる形状とサイズとを有する。例えば、本発明の関節インプラントは、股関節の代替に用いることができる。この場合、第１部材は、半球寛骨臼カップとして形成される。したがって、ボールヘッドを備える第２部材は、患者の大腿骨に挿入される大腿骨の構成要素として形成される。人工寛骨臼カップと大腿骨の構成要素との多様な実施例は、当業者に知られている。

また、非制限的な第２例として、本発明による関節インプラントは、肩の代替に用いることができる。この場合、第１部材は、患者の関節窩に挿入される関節ディスクの形状を有する。したがって、第２部材は、患者の上腕骨に挿入される上腕骨シャフトの形態で設けられる。

本発明は、第１部材および第２部材の特定の形状、サイズ、または類型に制限されず、むしろ異なる多様な類型の人工関節に対して使用される。例えば、本発明に係る関節インプラントは、また、肘、膝、橈骨手根関節、中手指節関節、または中足指節関節を代替するように使用され得る。このような例示的な使用の各々において、第１部材および第２部材は、患者の対応する解剖学的位置に移植されるための形状とサイズとを有する。

ボール−アンド−ソケット型連結部は、当業者に知られている。基本的に、ボールヘッド形状部分は、対応するソケットに挿入される。一般的に、ボール−アンド−ソケット型連結部は、ボールヘッドがソケット内で３個の異なる軸を中心として回転する。すなわち、ボールヘッドは、３個の回転自由度を有し、ソケットに対して移動する。好ましくは、ソケットは、ボールヘッドがソケット内にぴったりとフィットするサイズを有し、よって、ボールヘッドの回転運動がソケット内だけで行われるように許容し得る。しかし、一部の状況では、ソケットは、ソケット内におけるボールヘッドの限定された並進運動を許容するような形状である。このような状況では、もちろん、ボールヘッドがさらに多くの自由度を有する。例えば、並進運動が限定された距離にわたって一方向に許容されれば、ボールヘッドは、１個の並進運動自由度および３個の回転自由度を有し、総計４個の自由度を有する。

本出願で使用される「自由度」という用語は、移動ラインに沿う並進運動のみならず、回転軸を中心とする回転運動をも含むものと理解し得る。

少なくとも１つの溝に少なくとも１つの突出部が結合することによって、突出部が溝を脱する方向へのボールヘッドの動きが制限される。したがって、突出部が溝を移動する動きだけが可能である。したがって、溝は、ソケット内におけるボールヘッドの動きのための一種の案内路（ｇｕｉｄｅｗａｙ）と見なすことができる。

突出部は、ボールヘッドに設けることができる。したがって、溝は、ソケットに設けられる。代案として、突出部をソケットに設けてもよい。この場合、溝は、ボールヘッドに設けられる。少なくとも１つの溝に係合された少なくとも１つの突出部が設けられる限り、少なくとも１つの溝または少なくとも１つの突出部がソケットに設けられるか、またはボールヘッドに設けられるかは問わない。

好ましくは、第１部材および／または第２部材は、例えばコーティング塗布によって骨の内方成長のために強化された表面を含む一体鋳造（ｍｏｎｏｂｌｏｃ）構造として設けられる。

好ましくは、少なくとも１つの溝は、ボールヘッドまたはソケットの大円に沿って位置する。溝を大円に沿って設けることによって、ソケットの中心と交差する第１回転軸に沿うソケット内におけるボールヘッドの動きを制限できる。しかし、少なくとも１つの突出部が少なくとも１つの溝に沿って滑らかに移動し、当該溝内で回転するので、ボール−アンド−ソケット連結部は、第１回転軸に対して直交する残りの２つの回転軸を中心として回転可能である。

好ましくは、少なくとも１つの溝は、少なくとも１つの突出部の幅以上の幅を有する。これにより、少なくとも１つの突出部は、少なくとも１つの溝内で回転およびスライド移動できる。

好ましい一実施例において、少なくとも１つの溝の幅は、少なくとも１つの突出部の幅より大きい。したがって、少なくとも１つの制限された自由度においてボールヘッドの動きは、限定された方式ではあるが、相変らず可能である。これにより、限定された範囲の運動だけが可能な制限された自由度を除いた全ての自由度において完全な運動能力を有する関節インプラントが提供できる。例えば、これにより、限定された「揺動（ｗｏｂｂｌｉｎｇ）型」運動、すなわち制限された自由度での揺動が可能となり、制限された自由度の方向に外力が加えられる場合、関節または周辺組織に対する損傷発生の度合いが減少する。

例えば、制限される自由度における運動をさらに制限するように、少なくとも１つの溝の幅は、少なくとも１つの突出部の幅よりも大きくはない。通常、少なくとも１つの溝の幅は、少なくとも１つの突出部の幅の１００％から１２５％の間である。少なくとも１つの突出部が円形または楕円形である場合、その幅は、突出部の直径または最大直径に対応するものと理解し得る。

好ましくは、少なくとも１つの突出部の形状は、円筒形または半球形である。このような形状とすることにより、少なくとも１つの溝内における少なくとも１つの突出部の動きが妨げられない。

代案として、少なくとも１つの突出部は、直方体形状であってもよい。しかし、直方体形状の場合、少なくとも１つの溝内における少なくとも１つの突出部の回転が、少なくとも１つの突出部の端部（エッジ：edges）または先端（チップ：tips）と少なくとも１つの溝の側壁とのジャミング（ｊａｍｍｉｎｇ）によって妨げられることがある。したがって、少なくとも１つの突出部を直方体形状とすることによって、直方体突出部の側壁が溝の側壁と係合し、これによって、少なくとも１つの溝内における少なくとも１つの突出部の回転を妨げるので、追加自由度におけるボール−アンド−ソケット連結部の動きを制限し得る。

好ましくは、少なくとも１つの溝は、ソケット上に設けられ、ソケットの頂点とエッジとの間の距離の一部のみに伸びる。したがって、少なくとも１つの突出部の動きが、第２自由度に部分的に制限され得る。これにより、第１部材と第２部材との間のボール−アンド−ソケット連結部の運動が、任意の動き制約を含む自然関節を模倣する関節インプラントが提供される。例えば、１つの軸を中心とするソケット内におけるボールヘッドの回転が、回転方向によって異なる最大回転角度に制限され得るように、関節インプラントを提供し得る。

好ましくは、ボールヘッドは、ドーム形状または球形セグメント形状である。このような形態は、少なくとも１つの実質的フラット部を提示するので、第２部材は、多様な形状とすることができる。また、実質的フラット部は、追加インプラント構成要素のためのアンカリング地点を含むことができる。これは、例えば、第２部材に取付け可能な異なるサイズの構成要素を設けることによって、例えば、異なる長さや直径のステムを設けることによって、インプラントの特定患者適応が可能となるモジュール型システムにおいて本発明の関節インプラントを使用できるようにする。

好ましくは、少なくとも１つの溝は、ボールヘッドに設けられ、少なくとも１つの溝は、ドームの頂点と円周方向エッジとの間の距離の一部のみに伸びるか、または球形セグメントの２つの円周方向エッジの間の一部のみに伸びる。

このような方法で、少なくとも１つの突出部の動きは、少なくとも１つの溝がボールヘッド上に配置される場合、第２自由度に部分的に制限され得る。

好ましくは、第１部材は、第１回転軸を中心としてベース部分に回転可能に結合されたインレー（ｉｎｌａｙ）をさらに含み、少なくとも１つの突出部と少なくとも１つの溝とは、第１回転軸に本質的に平行な第２回転軸において少なくともボール−アンド−ソケット連結部の回転運動を遮断するように配列される。

このような構成により、第１回転軸を中心とする回転中心がオフセットする。好ましくは、ソケットは、インレー上の偏心位置に位置する。また、ソケットは、シャフトまたはステムによってインレーから離隔されてもよい。したがって、回転中心のオフセットの異なる変動が実現される。

好ましくは、少なくとも１つの突出部は、例えば、ソケットまたはボールヘッドの中心と交差するように配向される中心軸を有する。すなわち、少なくとも１つの突出部は、中心を向く。代案として、中心軸は、例えば中心と交差しないように配向されてもよく、これにより、関節インプラントは、回転の偏心中心を有することが可能となる。

また、ボールヘッドは、好ましくは、例えば、ボール−アンド−ソケット関節が分解されるのを避けるために、ソケット内に固定される。このような固定は、好ましくは、ソケット内のボールヘッドのフォームフィット（ｆｏｒｍ−ｆｉｔ）結合によって、例えば、ボールヘッドの寸法より小さい開口をソケットに設け、一旦ボールヘッドが正確な方向に挿入および配向されることによって可能になる。例えば、ボールヘッドは、定義された最大円周および定義された高さを有するドームとして構成され得る。通常、最大円周は、ボールヘッドの大円の円周に対応する。ソケットは、ボールヘッドの高さよりは大きいが、最大円周よりは小さい寸法を有する開口を備えるように構成される。したがって、ボールヘッドは、ソケット内に横断方向だけに挿入され得る。ボールヘッドの再配向後には、ボールヘッドの最大円周がソケットの開口を通じて嵌合されないので、ボール−アンド−ソケット連結部の分解が防止される。

他の有利な実施例および特徴の組合は、以下の詳細な説明および請求範囲から明白である。

図面は、実施例を説明するためのものである。
本発明に係る関節インプラントの一例を示す図である。 図１に示した関節インプラントの第２部材の詳細図である。 、図１に示した関節インプラントの第１部材の詳細図である。 本発明に係る関節インプラントの代替実施例を示す図である。 肩補綴として構成された図４に示した関節インプラントを示す図である。 人工肘として構成された本発明に係る関節インプラントを示す図である。 図６に示した完全な人工肘を示す図である。 図７に示した人工肘の第１部材を示す図である。 図７に示した人工肘の第２部材を示す図である。 図面において、同一の構成要素には、同一の参照符号を付与している。

図１は、本発明に係る関節インプラント１の一例を示す。関節インプラント１は、半球形ソケット４付きの第１部材２を含む。また、関節インプラント１は、ボールヘッド５を含む第２部材３を含む。ボールヘッド５は、ソケット４内に配置され、ボール−アンド−ソケット連結部を形成する。

図示した例示的な実施例で、第２部材３は、例えば、スレッド（thread）を含む孔の形態よりなる連結部２０のみならず、ボールヘッド５をも含む。代案として、連結部２０は、モールステーパー（ｍｏｒｓｅ ｔａｐｅｒ）として構成され得る。シャフトまたはステムなどの追加構成要素は、連結部２０によって第２部材３と連結される。図示した実施例で、ボールヘッド５は、ドーム形状である。

半球形ソケット４は、ボールヘッド５に設けられた２つの突出部６．１，６．２が結合される溝７を含む。突出部６．１，６．２と溝７とは、マッチングされる半球形状を有する。溝７と突出部６．１，６．２とを設けない場合、ボールヘッド５がソケット内で３個の回転軸Ａ１，Ａ２，Ａ３を中心として自由に回転する。なお、第１軸Ａ１が、図面を見るときの観察方向に平行に配向される。しかし、２個の突出部６．１，６．２を溝７内に結合することによって、２個の突出部６．１，６．２が溝７にフォームフィット結合されるので、第１軸Ａ１を中心とするボールヘッド５の回転運動を制限する。したがって、２個の突出部６．１，６．２が溝７に結合することによって、１つの自由度に関節インプラント１の動きを制限する。図示した実施例で、溝７は、２個の突出部６．１，６．２と同一の形状および幅を有している。よって、第１回転軸Ａ１を中心とする任意の動きが防止される。代案として、溝７は、２個の突出部６．１，６．２の幅より少し大きい幅を有してもよい。このような代替実施例では、ボールヘッド５が第１回転軸Ａ１を中心として僅かに動くので、よって、 第１回転軸Ａ１を中心とするソケット４内におけるボールヘッド５の限定された「揺動」が可能になる。

第３回転軸Ａ３を中心とするボールヘッド５の回転運動は、溝７内における２個の突出部６．１，６．２のスライド運動と、溝７内における２個の突出部６．１，６．２の回転による第２回転軸Ａ２を中心とする回転運動によって可能になる。

図２は、図１に示した関節インプラント１の第２部材３の詳細図である。ボールヘッドの形状のみならず、２個の突出部６．１，６．２の形状も同図から明確に認識し得る。図示したように、ボールヘッド５は、ドーム形状、すなわち、平面によって切断された球の形状よりなっているが、２個の突出部６．１，６．２は、半球の形態よりなっている。

図３は、図１に示した関節インプラント１の第１部材２の詳細図である。図示したように、溝７は、半球形状であり、大円に沿って半球形ソケット４上に配置されている。したがって、溝７は、エッジからエッジまでソケット４に伸びる。半球形ソケット４の頂点周囲には、開口８が配置される。

図４は、図１に示した関節インプラント１の代替実施例を示す。本実施例は、例えば、肩補綴として使用され得る。第１部材２は、半球形ソケット４が偏心位置にある円形インレー９を含む。インレー９は、ベース部材１０に回転可能に連結され、第４軸Ａ４を中心として回転する。ソケット４の溝７は、２個の突出部６．１，６．２と溝７との結合によって回転運動が禁止される第３軸Ａ３が、インレー９の第４回転軸Ａ４に略平行に配置されるように配置される。したがって、図４に示した実施例の特定の構成によれば、第３回転軸Ａ３のオフセットが達成される。また、第２部材３は、ボールヘッド５と結合された略Ｚ形状のアダプター１１を含む。アダプター１１によって、シャフトまたはステムを第２部材にオフセットした状態で取付けられる。このようなオフセットは、肩補綴に関して特に有利である。

図５は、肩補綴として構成された図４に示した関節インプラント１を示す。シャフト１２は、アダプター１１に固定されている。シャフト１２は、患者の上腕骨に挿入されるためのサイズおよび形状を有する。ベース部材１０は、好ましくは、関節窩に位置するためのサイズおよび形状を有し、その外縁は、烏口突起および肩峰突起と結合される。構成が異なるアダプター１１のセットを設けることによって、肩補綴インプラントを簡単な方式で異なる患者の解剖学的構造にあわせてカスタマイズできる。

図６は、人工肘として構成された本発明に係る関節インプラント１を示す。第１部材２は、患者の遠位上腕骨に移植されるためのサイズおよび形状を有するステム１３およびソケット４を含む一般的に半球形のヘッド部分１４を含む。前方支持部材１５は、ステム１３に平行にヘッド部分１４から延長する。前方支持部材１５は、ステム１３の短い部分のみに沿って伸び、上腕骨の前方皮質と結合されるものである。ヘッド部分１４は、ソケット４と交差する凹部１６を含む。関節インプラント１の第２部材３のボールヘッド５は、ソケット４内に挿入され、これにより、第２部材３の連結部２０に挿入された尺骨ステム（図７に示す）とステム１３とが、ステム１３の長さ方向の軸に平行な平面を脱して、相互に対して移動できないように、溝７および２個の突出部６．１，６．２がソケット４内におけるボールヘッド５の動きを制限する。この構成によれば、肘関節の自然な動き自由度を模倣する関節インプラントを提供できる。

完全な人工肘が図７に示されている。図６に示した部材に加えて、尺骨ステム１７がボールヘッド５に取付けられている。凹部１６の機能は、他の方向とは対照的に、肘の屈曲運動に対応する一方向に尺骨ステム１７に対する向上した運動範囲を許容することによって明らかになる。ステム１７を尺骨内に挿入する深さを限定するように機能する追加深さ停止部１８は、尺骨ステム１７上に配置される。

図８は、人工肘の第１部材２をさらに詳しく示す。図示したように、溝７は、ソケット４のエッジから頂点まで伸びていないが、エッジと頂点との間の距離の略半分で終結される。これにより、第１軸Ａ１を中心とするソケット４内におけるボールヘッド５の回転運動が追加的に限定される。

人工肘の第２部材３が、図９に示されている。前実施例のように、ボールヘッド５は、ドーム形状である。しかし、本実施例で、ボールヘッド５は、半球形状の他の面から突出するノーズ（ｎｏｓｅ）１９を含む。ノーズ１９は、連結部２０によってボールヘッド５に取付けられ、尺骨ステム１７のための追加支持部として機能する。

Claims (8)

1. ソケット付きの第１部材およびボールヘッド付きの第２部材を含み、前記ソケットが少なくとも半球形であり、前記第１部材と前記第２部材との間のボール−アンド−ソケット連結部を形成するように、前記ボールヘッドが前記ソケットに挿入される、人工関節インプラントにおいて、
   前記ソケット内の前記ボールヘッドの動きは、少なくとも１つの溝に結合された少なくとも１つの突出部によって少なくとも１つの自由度に制限され、前記少なくとも１つの突出部が、前記ソケット上に設けられ、前記少なくとも１つの溝が、前記ボールヘッド上に設けられ、またはその逆に設けられ、
   前記第１部材は、第４回転軸を中心としてベース部に回転可能に結合されたインレーをさらに含み、前記少なくとも１つの突出部と前記少なくとも１つの溝とは、前記第４回転軸に本質的に平行な第１回転軸を中心とする前記ボール−アンド−ソケット連結部の少なくとも１つの自由度を遮断するように配列される人工関節インプラント。
2. 前記少なくとも１つの溝は、前記ボールヘッドまたは前記ソケットの大円に沿って位置する請求項１に記載の人工関節インプラント。
3. 前記少なくとも１つの溝は、前記少なくとも１つの突出部の幅以上の幅を有する請求項１または２に記載の人工関節インプラント。
4. 前記少なくとも１つの突出部は、円筒形状または半球形状である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の人工関節インプラント。
5. 前記少なくとも１つの溝は、前記ソケット上に設けられ、前記少なくとも１つの溝は、前記ソケットの頂点と円周方向エッジとの間の距離の一部のみに伸びる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の人工関節インプラント。
6. 前記ボールヘッドは、ドーム形状または球形セグメント形状よりなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の人工関節インプラント。
7. 前記少なくとも１つの溝は、前記ボールヘッド上に設けられ、前記少なくとも１つの溝は、前記ドームの頂点と円周方向エッジとの間の距離の一部のみに伸びるか、または前記球形セグメントの２つの円周方向エッジの間の一部のみに伸びる請求項６に記載の人工関節インプラント。
8. 前記少なくとも１つの突出部は、前記ソケットまたは前記ボールヘッドの中心と交差するように配向される中心軸を有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の人工関節インプラント。