JP6668406B2 - 融合型大腿骨ステムシステム - Google Patents

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Description

本発明は整形外科インプラントの分野に関し、特に大腿骨頚部を最大限に残すことを可能とする初回置換用の融合型大腿骨ステムシステムに関する。
大腿骨頭虚血性壊死症は一般的な進行性疾患であり、末期に進行すると、まず壊死した大腿骨頭を切除し、次に切除された生理学的大腿骨頭の代わりに、人工大腿骨頭付きの大腿骨ステムまたは人工大腿骨頭を装着可能な大腿骨ステムを大腿骨髄腔にインプラントする人工股関節置換術を行うことが必要となる。現在、各社の大腿骨ステムの設計によれば、一般的に股関節大腿骨側置換手術を行う時には、大転子から小転子までの骨切り術が必要である。このような処置により、大腿骨頚を壊死した大腿骨頭とともに切除する。しかし、ほとんどの場合、大腿骨頚のスクレロスチンが基本的に健康なものであり、大腿骨頭の下半球さえほぼ健康であることもあるので、外科的な骨切り術によりこのような健康な部分までが切除されてしまうことは残念である。より多くの大腿骨頚を残すために、少数のブランドの大腿骨ステムは、大腿骨髄腔に容易に直接挿入できるようにショートステムで設計されるが、人体の正常な動きにおいては、大腿骨頚にかかる引っ張り及び押し付け、引き抜き、回転等の力学的環境が非常に複雑であるため、そのような大腿骨ステムでは、長期間使用されると、安定性が低下して、緩みにより失効してしまう。
本発明は、従来技術による欠点を克服するために、大腿骨頚を最大限に残すことができるようにショートステムタイプ設計とするとともに、受ける力学的影響がほぼ術前の生物力学的状態に近くすることができ、大腿骨ステムシステムの安定性を確保できる融合型大腿骨ステムシステムを提供することを目的とする。
本発明の目的は下記技術案により実現される。
本発明は、湾曲ショートステムと、固定機構と、大腿骨頭補綴とを備え、前記固定機構は、大転子に挿入される融合型ネジスリーブと、術後に大腿骨頭が体重荷重を受けるときに生じる下向きの曲げモーメントを解消するように前記融合型ネジスリーブを貫通して接続機構に接続されてロックされるラグネジと、を含み、前記湾曲ショートステムの一端には、前記大腿骨頭補綴のテーパ状接続孔に接続されるテーパ状接続体が設けられ、前記湾曲ショートステムの他端は大腿骨頚の骨切り面から小転子以下の髄腔位置まで挿入され、前記湾曲ショートステムは前記固定機構によって前記大転子に固定される融合型大腿骨ステムシステムである。
さらに、前記湾曲ショートステムは、テーパ状接続体に近い側のステム本体下部の表面の形状が、残存する生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨内壁の曲面形状特徴に符合する金属ショートステムである。
さらに、前記湾曲ショートステムの横断面形状は、長方形、円形、楕円形、液滴形状、多角形のいずれかである。
さらに、前記湾曲ショートステムにおける、前記髄腔、前記大転子と接触する部位には、骨融合層が設けられている。
さらに、前記骨融合層は、高温プラズマスプレーにより得られた粗いコーティング、又は金属粉末又は金属粒子を焼結して得た多孔質層、又は３Ｄプリントにより直接生成した多孔質金属層である。
さらに、前記湾曲ショートステムの前記大転子に対向する一側には、接続機構が設けられている。
さらに、前記融合型ネジスリーブは、前記大転子の外部から貫き通す、外表面が金属多孔質構造であり、内表面が実体金属スリーブ構造である中空チューブである。
さらに、前記融合型ネジスリーブは、前記大転子の骨皮質の外部に膨出する環状構造が設計されている。
さらに、前記環状構造の前記大転子の皮質骨の表面に近い側には、多孔質構造が設けられている。
さらに、前記湾曲ショートステムは、テーパ状接続体に近い側のステム本体下部の表面が金属多孔質構造である。
本発明の有益な効果は以下のとおりである。
システム全体として、術後に使用者の大腿骨近位端の骨床の周囲のスクレロスチンと成長性オッセオインテグレーションを行って、残存する大腿骨頚及び大小転子付近にあるスクレロスチンの受ける力学的影響がほぼ術前の生物力学的状態に近くなるようにする。
ショートステム設計とすることで、小転子以下の大腿骨骨幹部の髄腔に対して、破壊がなく、傷害が少ない。
後に出現する可能性がある関節再修復のために、より多くのスクレロスチンが提供される。
融合型大腿骨ステムシステムの構造模式図である。 人体の生理学的大腿骨頭の構造模式図である。 融合型大腿骨ステムシステムの組立過程の模式図である。 大腿骨頭が完全に切除された場合の融合型大腿骨ステムシステムの組立過程の模式図である。 生理学的大腿骨頭の下半部分が残存する場合の融合型大腿骨ステムシステムの使用状態の模式図である。 融合型ネジスリーブの構造模式図である。 ステム本体の下縁が生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨内壁の曲面特徴に合わせるとともに円状プラットフォームを有する湾曲ショートステムの模式図である。 ステム本体の下縁が生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨内壁の曲面特徴に合わせるとともに円状プラットフォームを有する湾曲ショートステムの下面図である。 ステム本体の下縁が生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨内壁の曲面特徴に合わせるとともにプラットフォームを有する湾曲ショートステムの模式図である。 ステム本体の下縁が生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨内壁の曲面特徴に合わせるとともにプラットフォームを有する湾曲ショートステムの平面図である。 円状プラットフォームを有する湾曲ショートステムの取付模式図である。 プラットフォームを有する湾曲ショートステムの取付模式図である。
以下、具体的な実施例によって本発明の技術案についてさらに説明する。
図１、３、４、５、６に示すように、融合型大腿骨ステムシステムは、湾曲ショートステム１、固定機構、大腿骨頭補綴２を備えている。湾曲ショートステム１の一端にはテーパ状接続体３が設けられ、大腿骨頭補綴２はそのテーパ状接続孔４を介してテーパ状接続体３と接続される。湾曲ショートステム１の他端は大腿骨頚１５の骨切り面から小転子２１以下の髄腔１２の位置まで挿入され、かつ湾曲ショートステム１は前記固定機構によって大転子１１に固定される。使用の際に、スクレロスチンが健康な大腿骨頭の下半球や、大腿骨頚１５を切除しなくてもよいため、未来の関節再修復のためにより多くのスクレロスチンを提供できる。大腿骨頭補綴２は、修正された寛骨臼窩の骨床に符合するように、直径が切除された生理学的大腿骨頭の破損部分の輪郭１３よりも僅かに大きい。
前記湾曲ショートステムは、大腿骨頚１５の解剖学的屈曲特徴に符合する金属ショートステムであり、小転子２１以下の大腿骨骨幹部の髄腔１２に対して、破壊がなく、傷害が少ない。
湾曲ショートステム１の横断面形状は、長方形、円形、楕円形、液滴形状、多角形である。
湾曲ショートステム１の外面における髄腔１２、大転子１１と接触する部位には、骨融合層５が設けられている。
骨融合層５は、高温プラズマスプレーにより得られた粗いコーティング、又は金属粉末又は金属粒子を焼結して得た多孔質層、又は３Ｄプリントにより直接生成した多孔質金属層である。
前記固定機構は、ラグネジ７と、融合型ネジスリーブ８とを含んでいる。ラグネジ７は、大転子１１の外部から融合型ネジスリーブ８を貫通して接続機構６に接続されてロックされる。接続機構６は、ラグネジ７、融合型ネジスリーブ８によって大転子１１の外皮質に接続されてロックされることで、術後に大腿骨頭が体重荷重を受けるときに生じる下向きの曲げモーメントを解消する。
融合型ネジスリーブ８は、大転子１１の外部から貫き通される、外面が金属多孔質構造１０であり、内面が中実金属スリーブ１４である中空チューブである。金属多孔質構造１０は、術後にその周囲を被覆するスクレロスチンと成長性オッセオインテグレーションを行うことができる。また、融合型ネジスリーブ８は、中心に貫通孔を持つ内面が中実金属スリーブ構造１４として設計されていることで、十分な耐圧縮・耐湾曲強度を提供できる。なお、融合型ネジスリーブ８は、外面の金属多孔質構造１０と内部の中実金属スリーブ１４とが一体構造とされているものである。
融合型ネジスリーブ８は、大転子１１の骨皮質の外部に膨出する環状構造９が設計されている。
環状構造９の大転子１１の皮質骨２０の表面に近い側には、多孔質構造１０が設けられている。
ラグネジ７は、大転子１１の外部から融合型ネジスリーブ８を貫通して接続機構６に接続されてロックされる。ラグネジ７は、このロックの過程において、術後、環状構造９における多孔質構造１０が大転子の表面の骨皮質と成長性オッセオインテグレーションを行うように、ネジキャップが融合型ネジスリーブ８の環状構造９を大転子の骨皮質の外面に押し締める。
図４に示されるように、湾曲ショートステム１は、テーパ状接続体に近い側のステム本体下部の表面が、大腿骨頭が完全に切除された後に残存する生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨２０の内壁の曲面形態特徴に符合する金属ショートステムである。
湾曲ショートステム１はテーパ状接続体に近い側のステム本体下部の表面が残存する生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨２０の内壁の曲面形状の特徴に符合する金属ショートステムであとは、図７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂに示すように、大腿骨頚を最大限に残し、大腿骨頚の一部だけを切除することを可能とし、異なるインプラントに対応できるように、湾曲ショートステム１を、円状プラットフォーム２２を有する湾曲ショートステムとして設計してもよく、プラットフォーム２３を有する湾曲ショートステムとして設計してもよい。
図５、図９、図１０に示すように、該融合型大腿骨ステムシステムは、手術によりインプラントされると、安定的なインプラント力学的システムになる。具体的には、大腿骨頭補綴２を介して伝達された重力荷重が湾曲ショートステム１のテーパ状接続体３に近い側のステム本体下部の、残存する生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨２０の内壁の曲面形態特徴に符合する表面を介して、術前の生物力学的システムにおいて大腿骨頭の上半部分を支持する役割を果たす残存する生理学的大腿骨頭の下半部分のスクレロスチンに伝達される。湾曲ショートステム１は、テーパ状接続体３に近い側のステム本体下部の表面が、術後のリハビリテーション過程において、残された生理学的大腿骨頭の下半部分のスクレロスチンと成長性オッセオインテグレーションを行う金属多孔質構造であることで、長期間に亘って安定を効果的に保持できる。
この金属多孔質構造は、リハビリテーション過程において、その周囲を被覆し、術前に生物力学的システムにおいて大腿骨頭からの引張り応力を受ける役割を果たす大腿骨頚１５の上側スクレロスチンと成長性オッセオインテグレーションを行って、引張応力負荷を負担する。
ラグネジ７は、術後に大腿骨頭が体重荷重を受けた時に生じる下向きの曲げモーメントを解消するように、大転子１１の外部から融合型ネジスリーブ８を貫通して湾曲ショートステム１を引き締める。また、融合型ネジスリーブ８の外面の金属多孔質構造１０は、術後リハビリテーション過程において、その周囲を被覆するスクレロスチンと成長性オッセオインテグレーションを行うものであり、このオッセオインテグレーションによる効果によって、大体骨ステム１の大腿骨頭圧力による下向きの曲げモーメントが大腿骨頚１５の上側スクレロスチンに対する引張応力に変換されるとともに、ラグネジ７による大転子１１の外部へ圧力を軽減させる。
本発明に係る融合型大腿骨ステムシステムの製造過程は以下のとおりである。
１．鍛造又は鋳造プロセスで湾曲ショートステムの半加工品を製造し、骨融合層のスプレーコーティングの厚みを予め残すように通常の機械加工である切削プロセスによって半加工品を完成品の寸法に加工し、コーティングが必要な部分について高温プラズマスプレーを行って粗いコーティングを得る。
２．鍛造又は鋳造プロセスで湾曲ショートステムの半加工品を製造し、骨融合層のスプレーコーティングの厚みを予め残すように通常の機械加工である切削プロセスによって半加工品を完成品の寸法に加工し、コーティングが必要な部分について金属粉末又は金属粒子を焼結して金属粒子焼結による多孔質層を得る。
３．コンピュータで湾曲ショートステムの表面における所望部位を多孔質金属構造の三次元モデルに設計するように湾曲ショートステムの三次元モデルを設計するとともに、残された生理学的大腿骨頭の下半部分に対してＣＴ又はＭＩＲ断層走査を行って、走査データを逆モデリングして残された生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨２０の内壁の曲面形状特徴を取得し、生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨２０の内壁の曲面形状特徴に基づいて、将来において、湾曲ショートステムにおけるテーパ状接続体に近い側のステム本体下部の外面が残された生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨２０の内壁の曲面と良好に合わせるように、テーパ状接続体に近い側のステム本体下部の表面の形態を設計する。そして、完成した設計ファイルを金属３Ｄプリント装置に入力してプリント成形を行いて、ステム本体及びその表面の多孔質金属構造を一括してプリントした後、通常の機械加工である切削プロセスで、テーパ状接続体及びラグネジに接合された接続機構の加工を行う。
４．適当な直径を有する金属棒を用いて、通常の機械加工である切削プロセスでラグネジの加工を行う。
５．コンピュータで融合型ネジスリーブの表面における所望部位を多孔質金属構造の三次元モデルを設計するように融合型ネジスリーブの三次元モデルを設計する。そして、完成した設計ファイルを金属３Ｄプリント装置に入力して直接プリント成形を行う。
６．金属又はセラミック製大腿骨頭補綴は、本分野で一般的に使用されている金属機械加工又はセラミック焼結研磨加工等の方法によって製造できる。
以上は本発明の一実施例について詳細に説明したが、前記内容は本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。本発明の出願範囲を逸脱することなく想到し得る同等変化や改良等はいずれも本発明の特許範囲内に属すべきである。
１ 湾曲ショートステム
２ 大腿骨頭補綴
３ テーパ状接続体
４ テーパ状接続孔
５ 骨融合層
６ 接続機構
７ ラグネジ
８ 融合型ネジスリーブ
９ 環状構造
１０ 多孔質構造
１１ 大転子
１２ 髄腔
１３ 切除された生理学的大腿骨頭の破損部分の輪郭
１４ 実体金属スリーブ
１５ 大腿骨頚
１６ 大腿骨頭
１７ 張力ライン
１８ 圧力ライン
１９ 海綿骨
２０ 皮質骨
２１ 小転子
２２ 円状プラットフォーム
２３ プラットフォーム
２４ 寛骨臼カップ補綴

Claims (8)

  1. 湾曲ショートステムと、固定機構と、大腿骨頭補綴とを備え、
    前記固定機構は、大転子に挿入される融合型ネジスリーブと、術後に大腿骨頭が体重荷重を受けた時に生じる下向きの曲げモーメントを解消するように前記融合型ネジスリーブを貫通して接続機構に接続されてロックされるラグネジと、を含み、
    前記湾曲ショートステムの一端には前記大腿骨頭補綴のテーパ状接続孔と嵌め合い接続するテーパ状接続体が設けられ、前記湾曲ショートステムの他端は大腿骨頚の骨切り面から小転子以下の髄腔位置まで挿入され、前記湾曲ショートステムは前記固定機構によって前記大転子に接続して固定され、
    前記融合型ネジスリーブは、前記大転子の外部から貫き通す、外表面が金属多孔質構造であり、内表面が中実金属スリーブ構造である中空チューブであり、
    前記融合型ネジスリーブには、前記大転子の骨皮質の外部に膨出する環状構造が設計されている、
    ことを特徴とする融合型大腿骨ステムシステム。
  2. 前記湾曲ショートステムは、テーパ状接続体に近い側のステム本体下部の表面の形状が、残存する生理学的大腿骨頭の下半部分の皮質骨内壁の曲面形状特徴に符合する金属ショートステムであることを特徴とする請求項１に記載の融合型大腿骨ステムシステム。
  3. 前記湾曲ショートステムの横断面形状は、長方形、円形、楕円形、液滴形状、多角形のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の融合型大腿骨ステムシステム。
  4. 前記湾曲ショートステムにおける、前記髄腔、前記大転子と接触する部位には、骨融合層が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の融合型大腿骨ステムシステム。
  5. 前記骨融合層は、高温プラズマスプレーにより得られた粗いコーティング、又は金属粉末又は金属粒子を焼結して得た多孔質層、又は３Ｄプリントにより直接生成した多孔質金属層であることを特徴とする請求項４に記載の融合型大腿骨ステムシステム。
  6. 前記湾曲ショートステムの前記大転子に対向する一側には、接続機構が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の融合型大腿骨ステムシステム。
  7. 前記環状構造の前記大転子の皮質骨の表面に近い側には、多孔質構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の融合型大腿骨ステムシステム。
  8. 前記湾曲ショートステムは、テーパ状接続体に近い側のステム本体下部の表面が金属多孔質構造であることを特徴とする請求項２に記載の融合型大腿骨ステムシステム。
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