JPH04503762A - 人工関節 - Google Patents
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- A61F2250/00—Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
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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】
人工関節
本発明は、特に人間の関節の代替のための、相互に可動な球面状の作用面を有す
る少なくとも2つの関節部材から構成された人工関節に関する。
人間のどの関節においても滑らかで潤滑された作用面が互いに摺動しかつ転勤し
、その流体潤滑に対する運動は速度に依存するわずかな摩擦力によってのみ影響
をうける。関節の特にきわだった作用方向がある場合、関節によって導かれた肉
体部分はほとんどこれに接続されている静止しているとみなされる部分に対し相
対的に平面運動をおこなう。この運動の周辺では両側へ共通の運動空間が比較的
小さい角度範囲に限定されて残っている(例えば、あご関節、膝関節、ヒンジ状
関節)。公知の人工関節が本物の関節の機能を十分に再現できず、早く摩耗し、
人体に障害を与えていることが判明した。
本発明の課題は、本物の関節に限りなく近づいた機能を保証すると共に人体内で
長期間苦痛も故障もなく機能する構造を備えた人工関節を提供することである。
これは、本発明によれば、円形の断面輪郭を有する作用面の曲面状態がそれぞれ
凸状−凸状、凸状−凹状或いは凹状−凹状であり、関節幾何形状が2つの関節軸
による関節鏡によって定められ、この関節軸は半径R3とR3を有する作用面の
回転中心M、とM2を通り、ここでRIは中心点M1を有する作用面の円形断面
輪郭の半径であり、R2は中心点M、を有する作用面の円形断面輪郭の半径であ
ることによって達成される。本発明は、平面運動のための2つの球面状作用面の
相互の摺動が相互の2つの曲線の摺動に限定されることができるという考えに基
づいている。この両回線は、本発明によれば、関節表面による断面輪郭によって
形成される。ここでは、両凸面、凸面−凹面、両凹面が関節の3つの可能な運動
部材を提示している。本発明で用いられている断面輪郭は関節面の力を伝達する
領域を通っている。従って、本発明では、関節は“2要素”関節鏡によって形成
されている。
さらに本発明により、両件用面の間に圧力分配体が配設され、この圧力分配体の
前記作用面に接触する摺動面が前記作用面に適合する曲面を存しており、前記圧
力分配体の厚さDが回転中心M、とM2を結ぶ直線上で関節負荷の大きさに依存
していると好都合である。本発明のさらに別な実施形態は請求の範囲の従属項に
表されている。
添付の図面で示される実施例に基づいて本発明の詳細な説明される:
図1−両凸面での本発明による関節の作用面の原理図、図2−両凹面での本発明
による関節の作用面の原理図、図3と図4−凸面−凹面での本発明による関節の
作用面の原理図、図5−人間の股関節としての本発明による関節の原理図、
図6−膝関節としての本発明による関節の原理図。
図1から明らかなように、本発明による関節は関節部材1と関節部材2とから構
成されている。図示された実施例では関節部材lと2はそれぞれ凸状の作用面3
と4を有している。これらの作用面3と4は円形断面輪郭を有し、作用面1は回
転中心M、を、作用面2は回転中心M2を有している。作用面3の円形断面輪郭
の半径はR7で、作用面4の円形断面輪郭の半径はRiである。本発明による関
節の関節軸線は以下の式で表される半径Rを有する:
R=R,+Rt +D
ここで、Dは圧力分配体5の厚さであり、この厚さは再回転中心M+ とM、を
結ぶ線に関してのものである。
圧力分配体5は摺動面6,7を備えており、これらの摺動面は作用面3と4に対
応して合わされた曲面を有している。圧力分配体5の厚さDは関節の負荷に依存
する。
関節軸線の半径Rは、人工関節によって置き換えられる本物の関節から得られる
ものである。半径R3又はR3は本物の関節のどちらかに対し検測され、個々の
パラメータに基づいて本物の関節に対応された人工関節が作られる。基本的には
、半径Rは人工関節と本物の関節を左右する定数である。人工関節は半径R,,
R,,Dを変えることで本物の関節から違ったものとなる。使用される人工材料
を負荷に最適化するためにトータル半径Rを同一にする。本発明による関節は、
従って2つの関節軸を有する関節績のように作られる。つまり、いわゆる2要素
関節鎖である。この種の2要素関節鎖の技術的構造はリンクを介して距離Rだけ
離れた2つの丸み体からなる構造に一致する。
関節連結体の可動端にその両方とリンク連結された連結体が固定されている。第
1図による本発明の関節の実施例では、両方の回転中心M、とM2はそれぞれそ
の関連部材1と2に位置していることが重要である。この圧力分配体5の役割は
、関節に生じる力を関節の作用面を介して分配し、その接触面積を大きくして点
状面で負荷を受けないようにすることである。
第2図には、関節部材11と12から構成されている本発明による関節が示され
ている。これらの関節部材11と12は円形断面輪郭を有する凹状作用面13.
14を有し、関節部材11と12の間に圧力分配体15が配設されている。この
発明による関節の関節軸線の半径Rは次式で表される;
R=R2+R,−D
ここでもDは回転中心M、とM2を結ぶ線における圧力分配体15の厚さであり
、ここでは回転中心M、とM。
は圧力分配体内に位置している。回転中心M、を中心とする円形断面輪郭の半径
はR1で、回転中心M2を中心とする円形断面輪郭の半径はR8である。
図3には、両方の関節部材21.22が異なった球面曲率を有する本発明による
関節の別実施例の原理が示されている。関節部材21は凹状作用面23を有し、
関節部材22は凸状作用面24を有している。
関節部材21と22の間には、ここでも圧力分配体25が配設されている。この
圧力分配体は摺動面26.27を有している。関節部材22は回転中心M、を有
し、関節部材22の作用面24の円形断面輪郭の半径はR3である。関節部材2
1は回転中心M、を有し、その凹状作用面23は半径R2の円形断面輪郭をもつ
。ここでは、その回転中心は凸状作用面24を有する関節部材内に位置する。関
節軸線の半径Rは次式で表される:R=R,−R,−D
ここでもDは回転中心M1とM2を結ぶ線における圧力分配体25の厚さである
。
図4には、関節部材31..32を有する本発明による関節のさらに別な実施例
が示されている。ここでは、一方の関節部材31は凹状作用面33を有し、他方
の関節部材32は凸状作用面34を有している。図3による実施例とは違って、
この実施例では、凸状作用面の円形断面輪郭が大きな径、つまり回転中心M2に
おける半径R2を有しており、関節部材31は回転中心M1における、図3の作
用面23に較べて小さい径RIを有する。関節部材32の回転中心は関節部材3
2の内部に位置し、関節部材31の回転中心は両開節部材31と32の間に設け
られている圧力分配体35の内部に位置するようにそれぞれの回転中心が設定さ
れている。圧力分配体35は作用面33.34に接触している摺動面36.37
を備えている。関節軸線の半径Rは次式で表される;R=R2−R+ +D
図1〜図4に示された個々の関節の関節軸線は、円軌道であり、これに合わせて
回転中心M+ とM2が各システムに応じて他方の回転中心周りに動く。回転中
心M。
とM2のこの動きはその自己の回転中心周りの作用面の付加的な回転とは無関係
である。
図5には、人間の股関節としての本発明による関節の実施例が示されている。こ
こでは、図3による関節構造を用いており、つまり凸状−凹状のケースである。
腰骨41は凹状作用面として関節臼43を備えている。腰骨ないしは関節臼の回
転中心はM2である。そして関節臼の円形作用面の半径はR2である。他方の関
節部材は大腿骨42によって形成され、これは回転中心M、と曲率半径として半
径R8を有する凸状作用面44を備えている。両開節部材41.42の間に圧力
分配体45が設けられており、その作用面43.44に接触する摺動面46.4
7は作用面に対応し適合する曲率を有している。
圧力分配体45は大腿骨42の半球状部材の中心を介して引っ張られるように構
成されていると好都合であり、その図示された本発明による関節が少し引っ張り
力にももちこたえることができ、例えば骨ないしは下腿部の重い力により崩壊す
ることはない。このことは、同様に半球状作用面43の半分を介して引っ張られ
る圧力分配体45の外側摺動面47に関しても成り立つ。
本発明によれば、作用面43によって形成される中空球内への圧力分配体による
関節の係合は周囲のどこにでも生じるわけでない。
図6には、人間の膝関節を作り出すために必要な関節システムの外形を示してい
る。この関節システムは、図3の関節構造をもつ本発明の関節を2つ並列接続し
たものから構成されている。ここでは、それぞれ凸状作用面54を有する互いに
平行に配置された2つの関節部材52.53により大腿骨51が形成されている
。凸状作用面54は回転中心M1とその円形断面輪郭の半径R2を有する。脛骨
55には、凹状に形成された2つの作用面56が互いに平行に設けられており、
その回転中心M2は大腿骨51内に位置している。この作用面56は、それぞれ
半径R2の円形断面輪郭を有する。作用面つまり関節部材51.55の間には、
圧力分配体57が設けられている。この圧力分配体の構造は、その摺動面58゜
59がそれぞれ関節部材51.55の半球状作用面の半分を越えてさらに外側に
延長されるようになっており、これにより関節部材51.55が係合保持される
。
さらに本発明によれば、図1〜図4による個々の関節形状の並列接続だけでなく
、これらの関節を直列接続して関節システムを作り出すことも可能である。
2要1511節鎮
国際調査報告
国際調査報告
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Claims (8)
- 1.特に人間の関節の代替のための、相互に可動な球面状の作用面を有する少な くとも2つの関節部材から構成された人工関節において、 円形の断面輪郭を有する作用面(3,4,13,14,23,24,33,34 ,43,44,54,56)の曲面状態がそれぞれ凸状−凸状、凸状−凹状或い は凹状−凹状であり、関節幾何形状が2つの関節軸を有する関節鎖によって定め られ、この関節軸は半径R1とR2を有する作用面の回転中心M1とM2を通り 、ここでR1は中心点M1を有する作用面の円形断面輪郭の半径であり、R2は 中心点M2を有する作用面の円形断面輪郭の半径であることを特徴とする関節。
- 2.前記関節部材(1,2,10,12,21,22,31,32,41,42 ,51,55)の両作用面(3,4,13,14,23,24,33,34,4 3,44,54,56)の間に圧力分配体(5,15,25,35,45,55 )が配設され、この圧力分配体の前記作用面に接触する摺動面(6,7,16, 17,26,27,36,37,46,47,58,59)が前記作用面に適合 する曲面を有しており、前記圧力分配体は回転中心M1とM2を結ぶ直線上で関 節負荷の大きさに依存する厚さDを備えていることを特徴とする請求の範囲1に よる関節。
- 3.前記関節部材(1,2)の作用面(3,4)が凸状に形成されており、その 回転中心MIとM2が属する関節部材(1,2)内に位置し、その関節軸線が半 径R=R1+R2+Dを有することを特徴とする請求の範囲2による関節。
- 4.関節部材(22)の作用面(24)が凸状に、関節部材(21)の他の作用 面(23)が凹状に形成され、それらの回転中心M1とM2が凸状の作用面をも つ関節部材内に位置しており、その関節軸線が半径R=R2−R1−Dを有する ことを特徴とする請求の範囲2による関節。
- 5.両作用面(13,14)が凹状に形成され、それらの回転中心MIとM2が 作用面(15)内に位置しており、その関節軸線が半径R=R2+R1−Dを有 することを特徴とする請求の範囲2による関節。
- 6.関節部材(32)の作用面(34)が凸状に、関節部材(31)の他の作用 面(33)が凹状に形成され、凸状の作用面を有する関節部材(34)の回転中 心M1がこの凸状の作用面に位置しており、凹状の作用面を有する関節部材(3 1)の回転中心M1が圧力分配体(35)内に位置しており、その関節軸線が半 径R=R2−R1+Dを有することを特徴とする請求の範囲2による関節。
- 7.それぞれが相互に可動な球面状の作用面を有する少なくとも2つの関節部材 から構成された少なくとも2つの人工関節からなる関節システムにおいて、請求 の範囲1から6のいずれかによる関節の少なくとも2つを並列接続することを特 徴とする関節システム。
- 8.請求の範囲7の上位概念部による関節システムにおいて、 請求の範囲1から6のいずれかによる関節の少なくとも2つを直列接続すること を特徴とする関節システム。
Applications Claiming Priority (3)
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DE3908958.4 | 1989-03-18 | ||
DE3908958A DE3908958C2 (de) | 1989-03-18 | 1989-03-18 | Künstliches Gelenk |
CA002051732A CA2051732C (en) | 1989-03-18 | 1991-09-18 | Artificial joint |
Publications (3)
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JPH064083B2 JPH064083B2 (ja) | 1994-01-19 |
JPH0604083B2 JPH0604083B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=
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