JPH02246969A - 内義肢 - Google Patents

内義肢

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JPH02246969A
JPH02246969A JP1333028A JP33302889A JPH02246969A JP H02246969 A JPH02246969 A JP H02246969A JP 1333028 A JP1333028 A JP 1333028A JP 33302889 A JP33302889 A JP 33302889A JP H02246969 A JPH02246969 A JP H02246969A
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shaft
joint
endoprosthesis
recess
hollow shaft
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Curt Kranz
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Johnson and Johnson Hospital Services Inc
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Johnson and Johnson Products Inc
Johnson and Johnson
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、管状に湾曲され直径及び材料横断面に関連し
て先細りした、骨中空室内に植設される中空シャフトを
備えている形式の内義肢、特に股関節内義肢に関する。
〔従来の技術〕
義肢シャフトは、例えばセメントによって、或はセメン
トを使用しない植設のためには関節から遠い方のシャフ
ト端部に向かって円錐形又はキー状に形成されていて対
応する中空室内に打ち込むことによって、植設時にあら
かじめ削り取られた骨の髄腔内に固定され、プレス嵌め
によって骨と結合される。
ＤＥ−Ｏ３２９３３２３７号明細書には、局部的な弾性
及び剛性に関連して周囲の骨範囲に合致せしめられる、
両頭に述べた形式の義肢が開示されている。しかしなが
らこれは、内義肢の横断面寸法及び、縦軸方向に作用す
る力をこの横断面寸法に合わせせることだけしか考慮し
ていない。横断面寸法及び壁圧はシャフトの上端部から
下端部に向かって次第に減少しているこの公知の内義肢
の欠点は、力が縦軸の外部に作用する時に生じる変形が
、隣接する骨範囲の変形に応じて一定でないという点に
ある。したがって微小運動が生じひいては義肢がゆるむ
ことになる。
ＥＰ−Ａ−０２４３５８５号明細書ニヨレハ、はぼ方形
の横断面を有する義肢シャフトが開示されている。方形
の横断面の両長手方向側（背中側及び腹側）を形成する
面部分には貫通孔が設けられており、該貫通孔は、負荷
が加えられた時に骨と植設されたシャフトとの間の境界
面が曲げられることによって生じるずれを減少させるよ
うになっている。しかしながらこのシャフトは、２つの
短い方形側（内側及び側方側）の範囲でシャフトと骨と
の間に比較的高い面圧が生じるという欠点がある。しか
もシャフトの横断面形状が幾何学的な方形であるために
、ありのままの髄腔に生理学的に合わせることは考慮さ
れておらず、従ってアダムス曲線（ＡｄａｍｓＢｏｇｅ
ｎ）の範囲に力のピークが形成されることになる。この
場合、大腿骨髄腔の種種異なる幾何学的な形状の左側及
び右側は、同様に考慮されていない。義肢のフレキシブ
ル性は、主湾曲平面に対して平行な面に配置された切欠
によって高められてはいるが（前記公知の義肢において
そうであるように）、この７レキシプル性は義肢の周囲
を取り囲む骨腔のフレキシブル性に対応してはいない。
〔発明の課題〕
そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式の内義肢で、
局部的なフレキシブル性を管骨の７レキシブル性に可能
な限り十分に合わせることによって、シャフトの変形性
を骨の皮質管の特性に合わせることができるようにする
ことである。
〔課題を解決するための手段〕
この課題を解決した本発明によれば、中空シャフトの曲
げ剛性が長手方向剛性に比較して、関節に近い方の端部
から遠い方の端部に向かって、より強く減少されている
。
〔作用及び効果〕
本発明は、すべての内義肢（等高弾性的な義肢は別にし
て）が皮質骨管に比較して著しく高い曲げ剛性（曲げこ
わさ）及び長手方向剛性を有しており、これによって皮
質の負荷軽減［いわゆるストレスシールディング（Ｓｔ
ｒｅｓｓ−Ｓｈｉｅｌａｉｎｇ）］が得られるという考
え方に基づいている。関節から遠い方のシャフト端部に
おける剛性が著しく高くなっていると、応力分布が不安
定になる。長手方向の応力が飛躍的に上昇すると、皮質
が刺激されることによって仮骨形成が強められる。しか
しながらこの土台形成は、手術後のわずかな陥没の妨げ
となり、また場合によっては後で必要なシャフトの新た
な固定の妨げとなる。しかもこれによって生理学的な普
通の状態に対する違いがより大きくなる。これに対して
本発明の義肢によれば、関節から遠い方のシャフトの曲
げ剛性が弱くなっていることによって応力が飛躍的に高
くなることは避けられる。それにも拘らず、関節に近い
範囲における曲げ剛性及び長手方向剛性は保証される。
非線形に次第に減少する曲げ剛性によって、及び関節に
近い方の端部から、関節から遠い方のシャフト端部に向
かってほぼ線形に減少する長手方向剛性によって、−様
で生理学的に良好な力が骨に導入される。曲げ剛性は、
関節から遠い方の部分で（はぼ残りの半分のシャフト長
さに亙って）ゆっくりと減少させるために、関節に近い
方の端部から遠い方の端部に向かってまず著しく減少す
る。これによって不安定さが、曲げ剛性及び長手方向剛
性に関連して減少されることになる。有利には、−様に
減少する壁厚を有する、関節から遠い方の端部に向かっ
て狭くなる中空管の形状が選定されている。この場合に
、関節から遠い方の端部の、外側に湾曲された側方の半
管状範囲は、内側に配置された中央の半管状範囲を越え
て延びている。はぼ半管状の範囲の一部を取り除いても
尚、半管状に構成されている、関節から遠い方の端部範
囲では、面慣性モーメントが移行する曲げ剛性が強く弱
められる。これに対して材料横断面によって規定される
長手方向剛性は少ししか減少しない。
さらにまた、義肢シャフトの剛性がこれを取り囲む骨に
部分的に適応させられていることによって、シャフトの
長手方向剛性は適当な変形の原理に応じて、関節から遠
い方の端部に向かって著しく大きくなる特性を有してお
り、これは応力を受けて背骨の曲げに追従する。これは
いわゆるジヨイントに相当する。
股関節内義肢においては、隣接範囲の曲げ剛性は、アダ
ムス曲線の横方向力軽減を得るために、少なくとも必要
な程度だけ維持される。この範囲においては植設中に支
持作用を行う海綿質ウェブが、せん断力伝達によってあ
らかじめ横方向力が伝達された髄腔から取り除かれる。
関節から遠い方の端部に向かって中空シャフトはシャフ
トの曲げ剛性を減少させなければならない。このような
構造は、連続的に変化する壁厚を有する管によって比較
的簡単に実現され得る。またこのような作用は、壁にわ
ざと設けれらた破断箇所及び凹部によっても得ることが
できるか又は補助され得る。
もちろんこの場合に、壁の貫通孔は有利にはシャフトの
、最大湾曲部が外側に向いている凸状の側に設けられる
。何故ならばこの範囲における引張り応力は大きすぎる
からである。他方では、孔又はその他の形状の貫通孔に
も切欠効果が生じ、これによって義肢の疲れ強さが減少
せしめられるので、貫通孔は有利には（最大変形の平面
に対して平行に見て）、これによって得られる局部的な
剛性適応性が十分なものでなければ、シャフト長さ全体
に互って延びる壁横断面を付加的に減少させなければな
らない。
義肢シャフトの最大湾曲部の平面に対して平行に配置さ
れた切欠アダムス曲線範囲における曲げ剛性を減少させ
、これによつて骨組織の曲げ剛性に適応させることがで
き、一方、義肢の周囲を取り囲む骨組織の特性に理想的
に適応させることは、本発明の手段、特にシャフト端部
に向かって延びる切欠（また特に関節から遠い方の端部
における中空シャフトの内側の凹部）によって改良され
る。この範囲においては、非常に小さい剛性で十分であ
る。
本発明による義肢の特性、例えば良好な生体適合性、高
い疲れ強さ及び良好な耐腐食性に基づいて、内義肢シャ
フトを製造するための材料としてチタン−アルミニウム
−バナジウム鍛造合金（ＴｉＡｌ６Ｖ４）が特に適して
いる。この材料はもちろん鋳造は不可能である。従って
処理は鍛造法又はプレス及び溶接法によて行われる。中
空シャフトは、プレスされた又は鍛造された２つのハー
フシェルを互いに溶接することによって形成される。
本発明による内義肢は有利には７ランジなしで構成され
る。何故ならばフランジ及びシャフトを同時に介して力
を良好に導入させることはコストの高い手術条件下にお
いてのみ可能だからである。またこの場合にシャフトを
相応にプレス嵌めすることなしにフランジを載設するこ
とによって、アアダムス曲線における吸収現象及びひい
ては義肢のゆるみを生ぜしめることになる。
義肢のネック範囲は特に差込み円錐形体を備えている。
これによって種種異なる直径及び円錐形体差込み長さを
有する球体を使用することができる。
中空シャフトの壁に設けられた貫通孔は、シャフトの中
空室内に成長した骨物質を入り込ませ、またこのような
義肢と骨との形状接続が場合によってはゆるくなる義肢
を取り除くことを困難にするので、本発明の有利な構成
要件によれば、骨の成長を妨げるか又は成長した骨物質
の取り除きを可能にする手段が提供されているこれは有
利には、義肢中空室を完全にポリエチレン又はこれと類
似のもので満たすことによって得られる。この場合のポ
リエチレンの弱い剛性は、弾性要求及び剛性要求を妨げ
ない。本発明の別の有利な構成要件によれば、貫通孔の
範囲におけるポリエチレン表面にアパタイト（Ａｐａｔ
ｉｔ）層を施し、ポリエチレンが骨と直接接触すること
を妨げるようになっている。
局部的に厚を減少させるための本発明の別の有利な構成
要件によれば、中空シャフトの壁に凹部が設けられてい
る。このような形式の凹部は、中空シャフトが多数の部
分から組み立てられていて、組み立てる前に内側の凹状
に湾曲した表面を処理できるようになっていれば、シャ
フトの内側に良好に設けることができる。別の可能性と
して、凹部を凸状に湾曲した表面に設けることもできる
。しかしながらこの場合にはこの凹部にエクスプランテ
ーション（Ｅｘｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）を行う場合に成
長した骨の破折を容易にするために、適当な材料、例え
ばポロフート（Ｐｏｒｏｃｏａｔ）で満たさなければな
らない。
貫通孔が設けられている場合にエクスプランテーション
を可能にするための本発明の別の構成要件によれば、義
肢ネックは、シャフトのエクスプランチー２１フ時に外
科医が義肢ネックをシャフトから取り除くことができる
ような状態で、義肢に固定されている。次いで開放され
たシャフトの中空室によって、場合によってはこの中空
室内に成長して入り込んだ骨を、皮質を損傷させずに７
ライスエ具又は穿孔工具で取り除くことができる。
本発明の別の有利な構成要件はその他の請求項に記載さ
れており、また以下の図面に関する説明で詳しく述べら
れている。
〔実施例〕
次に図面に示した実施例について本発明の構成を具体的
に説明する。
第１図に示した本発明の１実施例による中空シャフト義
肢は、プレス又は鍛造され互いに溶接された２つのハー
フシェル２，３よす成っている。ハーフシェル２は、シ
ャフト１の内側中央部を形成し、ハーフシェル３は、シ
ャフト１の外側側方部を形成している。側方部は関節か
ら遠い方の端部が、シャフトのほぼ半分の長さ範囲で中
央部を越えて延びている。これはつまり、２つのハーフ
シェル２及び３を接続する溶接継目４がシャフトｌの全
長に互って延びていないので、ひいては製造の簡略化に
つながることをも意味する。シャフト１は、関節から遠
い方の端部で円板５に溶接されており、この円板５は、
対応する種種異なる形状の内側円錐形部を備えた関節球
体を受容するための差込み円錐形体６を有している。
シャフトｌの外形形状は、やや湾曲されたほぼ円錐形の
管の形状を有しており、これによって大腿の自然の髄腔
に合わせられている。シャフトの最終外形は、コンピュ
ータ断層撮影法による多数の測定によって得られる。特
にねじり応力を補償することができるようにするために
は、大腿髄腔の左右の異なる幾何学形状を考慮して、左
右の形状に合わせた付加的な形状（公知である）を有す
る義肢を設けると有利である。図示の左右対称に形成さ
れた実施例は、左右どちらにも使用できるようにしたも
のである。
第２図には、第１図に示した中空シャフトｌの長手方向
断面図が示されている。シャフト管の壁厚は、関節に近
い方の端部から遠い方の端部に向かって次第に減少して
いる。壁厚が連続的に変化していることによって、義肢
シャフトの長手方向剛性を骨管の長手方向剛性に合わせ
ることができる。この場合に応力ピークは避けられ、骨
とシャフトとの当接面は影響を受けずに済む。
これに対して、第３図に示された義肢シャフトは幾つか
の大きい貫通孔７を有している。これらの貫通孔は前記
作用を強めるためのものである。シャフトの、外側に向
かって湾曲する側方側には基本的に貫通孔は設けられな
い。何故ならば義肢シャフトのこの外側の部分は非常に
強い引張り応力にさらされるからである。孔又貫通孔に
は、義肢の持続強度に関連した切欠効果が生じるので、
相応に大きい有利には少数の、設計された貫通孔が設け
られる。この貫通孔はその最大の湾曲部範囲で義肢の曲
げ剛性を弱める。
しかしながら貫通孔は、骨がシャフト中空室内に成長し
て入り込み、場合によっては必要なエクスズランテーシ
ョンを著しく困難にするので、骨の成長自体を妨げるか
又は関節部をシャフトから取り除くことができるように
構成すると有利である。関節部をシャフトから取り除く
ことができるようにすることによって、成長した骨をシ
ャフト内部から後で、特にくり抜きによって取り出すこ
とを可能にする。
シャフト内で海綿質が成長することは、第３図に示され
た実施例では、シャフト中空室にポリエチレン１４を充
てんすることによって、及び貫通孔７内部のポリエチレ
ン表面にアパタイトの層１５を設けることによって阻止
される。
このような形式の変化実施例は第７図に拡大して示され
ている。
壁厚を所望に薄くするためのその他の可能性は、第４図
の断面図に示されているように、内側の表面に凹部８を
設けることによって得られる。もちろんこの凹部の形成
は、内側の表面に近付けるようになっている場合に可能
である。
これは特に、まずプレス又は鍛造された２つのハーフシ
ェルを製造し、次いでこれら２つのハーフシェルを後処
理段階で互いに接続させる、義肢シャフトの２段階製造
法によって可能である。これらのハーフシェルは、プレ
ス−又は鍛造成形がまだ行われていない場合に限り、切
削加工処理、例えばエツチングによっても処理され得る
。
これに対して、凹部９を外側の表面（第５図参照）に設
けることは一般的に可能である。骨が成長して凹部９内
に侵入するのを阻止するために、凹部９にはポロコート
材料ｌＯが満たされている。
第８図に拡大して示された変化例において、凹部９はポ
ロコート層ＩＯによって完全には満たされていないので
、この凹部９に隣接するシャフト表面の範囲に比較して
へこみが残存している。この残存するへこみ内に成長侵
入する骨物質は、ポロコート層と接続してシャフトのし
っかりした固着を形成する。しかしながらシャフトを後
で一度取り除く必要がある場合は、前記へこみ内に成長
して入り込んだ骨物質を掻き取って義肢を解放させれば
良い。掻き取られることによって生じる骨物質の破面は
シャフト表面の隣接範囲と一致して延びるので、掻き取
りの妨げになるこはない。これに対して特に固い接続を
形成している、骨とポロコート材料と間の境界面は解除
させる必要はない。
義肢シャフトに設けられた貫通孔は、この貫通孔を通し
て成長した骨物質をシャフト中空室内に入り込ませて、
この入り込んだ骨物質を、再手術の範囲内で場合によっ
ては必要なエクスプランテーションにおいて義肢の内室
から取り出す可能性をも提供する。しかしながらこれは
、必要な場合にシャフト中空室内に近付けるように構成
されている場合にのみ、可能である。
シャフト中空室内に近付けるようにする場合は、関節部
分１１と中空シャフトｌとの間を解除可能に接続すれば
よい。このような形式の、中空シャフトｌと関節部分１
１との接続は第６図に示されている。植設を行うために
は、関節部分１１の円板５を上部が７ランジ状に形成さ
れた中空シャフトｌの端部に差し嵌めて外側の緊締リン
グ１２によって固定する。緊締りング１２は、材料減少
による目標破壊箇所を有しているので、関節部分は場合
によっては緊締リングを解除した後でわずかな力を加え
ることによって再び取り除くことができる。
本発明は図示の実施例にのみ限定されるものではない。
図示の実施例とは基本的に異なる別の多くの変化実施例
も考えられ得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例による、円板及び差込み円
錐形体を備えた中空シャフト形義肢の斜視図、第２図は
第１図による義肢の中空シャフトの縦断面図、第３図は
本発明の第２実施例による、貫通孔を備えた中空シャフ
ト形義肢の斜視図、第４図は本発明の第３実施例による
、中空シャフト壁の内側面に凹部を備えた中空シャフト
形義肢の部分縦断面図、第５図は本発明の第４実施例に
よる、中空シャフト壁の外側面に凹部を備えた中空シャ
フト形義肢の部分縦断面図、第６図は本発明の第５実施
例による、取り外し可能なヘッド部を備えた中空シャフ
ト形義肢の部分縦断面図、第７図及び第８図は、それぞ
れ異なる変化実施例による中空シャフト壁部の拡大した
部分断面図である。 ｌ・・・シャフト、２．３・・・ハーフシェル、４・・
・溶接継目、５・・・円板、６・・・差込み円錐形体、
７・・・貫通孔、８．９・・・凹部、ｌＯ・・・ポロコ
ート材料、１１・・・関節部、１２・・・緊締リング、
１４・・・ポリエチレン、１５・・・アパタイトの層、
１６・・・骨 第７図 麻８図

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. １．　内義肢であって、管状に湾曲され直径及び材料横
    断面に関連して先細りした、骨中空室内に植設される中
    空シャフトを備えている形式のものにおいて、中空シャ
    フト（１）の曲げ剛性が長手方向剛性に比較して、関節
    に近い方の端部から遠い方の端部に向かって、より強く
    減少されていることを特徴とする、内義肢。
  2. ２．　曲げ剛性を減少させるために、少なくとも、関節
    から遠い方の端部まで延びる範囲が切り欠かれている、
    請求項１記載の内義肢。
  3. ３．　前記切り欠かれた範囲が湾曲部の内側に設けられ
    ている、請求項２記載の内義肢。
  4. ４．　前記切り欠かれた範囲がほぼ半管状に形成されて
    いる、請求項３記載の内義肢。
  5. ５．　前記切り欠かれた範囲がスリット状に形成されて
    いる、請求項３又は４記載の内義肢。
  6. ６．　中空シャフト（１）が２つのハーフシェル（２，
    ３）を組み合わせて構成されており、シャフトの湾曲に
    関連して外側のハーフシェル（３）が内側のハーフシェ
    ル（２）を、関節から遠い方の端部で越えて延びている
    、請求項４記載の内義肢。
  7. ７．　中空シャフトが左側又は右側用に形状を合わせて
    構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記
    載の内義肢。
  8. ８．　中空シャフト（１）がチタン−アルミニウム−バ
    ナジウム鍛造合金（ＴｉＡｌ６Ｖ４）より成っている、
    請求項１から７までのいずれか１項記載の内義肢。
  9. ９．　中空シャフト（１）の壁部に貫通孔（７）の形状
    の切欠が設けられている、請求項１から８までのいずれ
    か１項記載の内義肢。
  10. １０．　中空シャフト（１）の中空室がポリエチレンで
    満たされていて、該ポリエチレンの表面が前記貫通孔（
    ７）の範囲でアパタイトの層で覆われている、請求項９
    記載の内義肢。
  11. １１．　関節部の一部を受容するか又は有する部分（１
    １）が、目標破壊箇所を有する緊締リング（１２）によ
    って中空シャフト（１）の、関節から遠い方の端部に解
    除可能に接続されている、請求項９記載の内義肢。
  12. １２．　中空シャフト（１）の壁部に壁厚減少部として
    の凹部（８又は９）が設けられている、請求項１から１
    １までのいずれか１項記載の内義肢。
  13. １３．　表面の少なくとも一部がポロコート材料で覆わ
    れている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の
    内義肢。
  14. １４．　外側に向けられた凹部（９）がポロコート材料
    （１０）で満たされている、請求項１３記載の内義肢。
  15. １５．　外側に向けられた凹部の一部にだけポロコート
    材料が満たされていて、このポロコート材料の満たされ
    た凹部の表面が、この凹部に隣接する、内義肢シャフト
    の表面範囲に対してへこみを形成している、請求項１４
    記載の内義肢。
  16. １６．　内義肢シャフトがフランジなしで構成されてい
    る、請求項１から１５までのいずれか１項記載の内義肢
    。
  17. １７．　関節部（１１）が差込み円錐形体（４）を有し
    ている、請求項１１記載の内義肢。
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