JPH05300918A - 人工関節 - Google Patents
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Abstract
受ける場合でも、支持エレメントが脱臼する傾向を大幅
に低下できる人工関節を提供することにある。 【構成】 大腿骨エレメントと、脛骨エレメントと、こ
れらの両エレメントの間の関節運動を可能にする支持体
とを有する人工関節に、更に中間エレメント22を設け
た人工関節。中間エレメントは、脛骨エレメントに対す
る支持体の回転運動及び中間エレメントに対する支持体
の長手方向の直線運動を可能にするけれども、中間エレ
メントに対する支持体の横方向の直線運動は防止する。
別の実施例においては、長手方向の直線運動が前方又は
後方のいずれの方向にも制限される。
Description
より詳しくは、機能障害をもつ膝関節と置換する人工関
節(人工骨頭)に関して開示する。
できない脱臼を生じることがなく、支持体が故障せず、
骨から緩むことがなく、生来の関節運動と実質的に同等
の複雑な運動が行える人工関節の開発に関して、近年多
くの研究がなされている。本発明者等以外の人により開
発された一般的な人工関節として、Noilesの米国特許第
4,219,893 号に開示されたものがある。
て、本発明者等による以前の特許に開示されたものがあ
る。より詳しくは、本発明者等の米国特許第4,470,158
号には、回転プラットホーム支持式の人工関節が開示さ
れている。また、本発明者等の米国特許第4,309,778 号
及び第4,340,978 号には、半月支持式の人工関節が開示
されている。当業者ならば理解されようが、半月支持式
の人工関節は、十字靱帯の保持、人工膝単顆、後部十字
靱帯(posterior cruciate) の保持に用いられるもので
ある。また、回転プラットホーム支持式の人工関節は、
十字靱帯の後部及び前部のいずれも保持しない場合、及
び或る状況では後部十字靱帯が生体の靱帯である場合に
用いられる。本発明は、本発明者等に係る上記米国特許
の発明を改善したものであり、上記米国特許の開示はこ
こに参考として導入する。本発明は、本発明者等による
回転プラットホーム支持形人工関節を洗練したもの、よ
り詳しくは、本発明者等の半月支持式人工関節が使用さ
れる後部十字靱帯の保持を行うものである。
医及びその患者の間で広く認識されている。膝関節を置
換する場合に、大腿骨部品(大腿骨エレメント)とこれ
らの関連支持体との間に合同性(congruency) があると
優れた荷重分布が得られ、また、これに付随して優れた
磨耗特性及び運動性が得られる。このような合同性を達
成するための幾何学的形状は上記米国特許に完全に開示
されており、ここでこれ以上説明する必要はない。
成功を以て受け入れられているけれども、特に、後部十
字靱帯が生体のもので、保持すべきものである場合には
これらの人工関節に或る改良を施すのが適当であると思
われる。前部十字靱帯が存在しない場合には、脛骨上で
の大腿骨の後方運動に抗する軟組織の圧迫により、半月
支持形人工関節に好ましくない大きな運動及び力が生じ
ることが判明している。これは、このような半月支持形
人工関節が、前部及び後部の両十字靱帯が機能する場合
に使用する人工関節として設計されていることによると
考えられる。例えば、前部の十字靱帯がないことにより
関節がその屈曲時に後方に過度に移動すると、本発明者
等の従来の人工関節の半月支持体が脛骨に衝突し、半月
支持体の後方への変位がしばしば停止される。また、後
方に変位する傾向があると、支持体のリムに好ましくな
い荷重が作用し、このため支持体が早期破壊される。ま
た、例えば患者が転んだり脚を激しく捩じるときのよう
に損傷を受けるほどの応力を受ける場合には、最悪の状
況が生じる。このような場合には、この半月支持エレメ
ントは脱臼してしまうであろう。このような状況は、患
者の約1%が経験している。
の人工関節を用いることにより、生体の後部十字靱帯が
その保定を望ましいものにすることへの別のアプローチ
がなされている。このアプローチは、後部支持体及び脛
骨部品(脛骨エレメント)にノッチを設けて後部十字靱
帯の通路にすることである。この結果、もちろん、回転
運動はできるが直線運動はできない支持体となる。従っ
て、関節が屈曲するとき(このとき、大腿骨は、通常、
生体の後部十字靱帯の作用により脛骨上でロールバック
する)、支持体と大腿骨エレメントとの合同性により、
このようなロールバックが妨げられ且つ屈曲が防止され
る。後部十字靱帯が弛緩している場合には、この弛緩
が、後部十字靱帯の退化によるものであっても又は導か
れたものであっても関節の屈曲は妨げられないが、大腿
骨の好ましい自然のロールバックは制限される。
両方を信頼性を以て達成することはできない。
は、損傷を与えるほどの応力を受ける場合でも、支持エ
レメントが脱臼する傾向を大幅に低下できる人工関節を
提供することにある。本発明の他の目的は、回転プラッ
トホーム支持体が組み込まれた人工関節であるが、回転
プラットホーム支持体が選択的な直線運動をすることを
可能にする人工関節を提供することにある。
ができる人工関節であって、後部十字靱帯の保持に適し
ており、支持エレメントが回転運動及び選択的な直線運
動を行うことができ、且つ支持エレメントが脱臼する傾
向を実質的になくすことができる人工関節を提供するこ
とにある。
的は本発明の人工関節により達成される。本発明の人工
関節の一実施例は、第1の骨に取り付けられる第1エレ
メントを有しており、該第1エレメントが、前記第1の
骨から離れる方向を向いた面を備えており、第2の骨に
取り付けられる第2エレメントを有しており、該第2エ
レメントが、前記第2の骨から全体として離れる方向を
向いた面を備えており、前記第1エレメントと第2エレ
メントとの間に配置され且つこれらの両エレメントと関
節接触する支持エレメントを有しており、該支持エレメ
ントの選択的な直線運動及び回転運動(すなわち、支持
エレメントの横方向運動を防止すると同時に2自由度で
の運動)を可能にするための前記第1エレメントと前記
支持エレメントとの中間の手段を有している。該中間手
段は前記第1エレメント及び支持エレメントの両方に対
して移動できる。
膝の全てを人工なものに置き替えることに関連して以下
に説明する。しかしながら、当業者ならば、本発明の人
工関節が、膝関節以外の関節、例えば足首、手首、肘、
指等の関節用の人工関節としても使用できることが理解
されよう。
節)の全体が参照番号10で示されている。人工膝10
は、患者の脛骨14に堅固に固定される脛骨エレメント
12と、患者の大腿骨18に堅固に固定される大腿骨エ
レメント16と、これらの脛骨エレメント12と大腿骨
エレメント16との間に配置されて、これらの両エレメ
ント12、16と関節接触する支持エレメント20と、
中間エレメント22(図3、図11)とを有しており、
該中間エレメント22は、脛骨エレメント12内に回転
自在に受け入れられ且つ支持エレメント20内に摺動自
在に受け入れられていて、脛骨エレメント12に対する
支持エレメント20の選択的な直線運動(translation)
及び回転運動を可能にしている。
0の運動に関して使用する「回転」なる用語は、脛骨エ
レメント12の主回転軸線21(図11)の回りの回転
を意味する。また、支持エレメント20の運動に関して
使用する「直線運動(translation)」なる用語は、中間
エレメント22の長手方向軸線23(図11)に対して
平行な方向の支持エレメント20の変位を意味する。更
に、支持エレメント20に関して使用する「横方向変
位」なる用語は、脛骨エレメント12及び中間エレメン
ト22のそれぞれの軸線21及び23(図11)に対し
て垂直な運動(但し、このような運動が可能である場
合)を意味する。
考察すると、該大腿骨エレメント16は、本発明等の上
記米国特許に開示されたもの(例えば、米国特許第4,47
0,158 号の大腿骨部品100)と同様に構成され且つ正
確に取り付けられる。脛骨エレメント12は、米国特許
第4,470,158 号の脛骨部品101とほぼ同じ構成である
が、本発明の脛骨エレメント12には、その後縁部に凹
部すなわちノッチ24が設けられており、必要に応じ、
保持された脛骨及び後部十字靱帯の通路としてノッチ2
4を利用できるように構成されている点で異なってい
る。
20は第1支持面26及び第2支持面30を有してい
る。第1支持面26は全体として平らであり、脛骨エレ
メント12の上面28上に摺動自在に受け止められるよ
うになっている。第2支持面30は、米国特許第4,470,
158 号の支持面70の構造の教示に従って構成されてい
る。
てノッチ32が形成されている。このノッチ32は、脛
骨エレメント12のノッチ24と協働して、必要に応
じ、生体の後部十字靱帯又は脛骨構造体を通すためのア
クセスを形成している。図3、図5、図7、図8、図9
並びに図11に最も良く示すように、脛骨エレメント1
2はほぼ円錐状の突出部34を有しており、該突出部3
4は脛骨14内にしっかりと受け入れられて、該脛骨1
4に固定されるように構成されている。この円錐状突出
部34内には、ほぼ円錐状の凹部38が設けられてお
り、該凹部38は、以下に詳述するように、中間エレメ
ント22を回転自在に受け入れることができるようにな
っている。
いて、全体として蟻溝状のスロット40が形成されてい
る。該スロット40の長手方向軸線は、支持エレメント
20を前後方向に貫通して延びている。スロット40内
には、以下に詳述するようにして、中間エレメント22
のガイドセクション44が受け入れられるようになって
いる。
すように、中間エレメント22は、ほぼ円錐状のセクシ
ョン42と、ガイドセクション44とを有している。ガ
イドセクション44は、その断面形状が略ほぞ状であり
(図9、図11)、支持エレメント20のスロット40
と実質的な面対面接触をなして該スロット40内に摺動
自在に受け入れられるようになっている。中間エレメン
ト22の後縁部45(図11)を湾曲状にし且つテーパ
を付して、靱帯が損傷を受ける傾向(靱帯は中間エレメ
ント22との摩擦により損傷を受けることがある)を低
減するようにしてもよい。また、後縁部45をテーパ状
且つ湾曲状にすることにより、中間エレメント22と支
持エレメント20との組み付けが容易になる。また、ガ
イドセクション44の下面は抉られていて、円錐状セク
ション42の上面から間隔を隔てた面47が形成されて
いることに注目すべきである。このように、ガイドセク
ション44の下面を抉っておくことにより、ガイドセク
ション44の下面と脛骨エレメント12の支持面(上
面)28との間の金属対金属の接触を防止できる。
46(図3、図5、図7、図9)が堅固に固定されてお
り、該シャフト46の表面の一部48には刻み目が形成
されている。シャフト46は、例えば圧嵌めにより、円
錐状セクション42に堅固に固定されている。シャフト
46の長手方向軸線は、中間エレメント22の主回転軸
線21と同心である。円錐状セクション42は、超高分
子量ポリエチレンで製造され、脛骨エレメント12の円
錐状突出部34に設けられた円錐状凹部38内に摺動自
在且つ回転自在に受け入れられる。
骨14を適当に切除することにより移植される。大腿骨
18と脛骨14とを例えば約120°屈曲させておき、
脛骨14の頭部上に脛骨エレメント12を配置する。次
に、支持スロット(蟻溝状スロット)40内にガイドセ
クション44を滑らせながら挿入することにより、中間
エレメント22が支持エレメント20に組み付けられ
る。ガイドセクション44及び支持エレメント20をこ
のように組み立てたならば、脛骨エレメント12の円錐
状突出部34の円錐状凹部38内に、円錐状セクション
42を挿入することにより、中間エレメント22を脛骨
エレメント12内に配置する。次に、切除された大腿骨
18の先端部に大腿骨エレメント16を移植する。これ
により、大腿骨エレメント16の支持面と、支持エレメ
ント20の第2支持面30とが接触する。
れたならば、大腿骨エレメント16の支持面が支持エレ
メント20の支持面30と接触し、支持エレメント20
の支持面26が脛骨エレメント12の支持面28と合同
接触(congruent contact)する。また、支持エレメント
20は、中間エレメント22と共に軸線21の回りに回
転でき、且つガイドセクション44の軸線23(図1
1)の方向に直線運動できる。従って、脛骨エレメント
12に対する支持エレメント20の運動は2自由度に制
限される。
ると、図1、図2、図3並びに図8には、膝をほぼ完全
に伸展した場合のそれぞれの人工関節エレメントの相対
位置が示されている。図4及び図5に最も良く示されて
いるように、膝の屈曲が生じると、大腿骨エレメント1
6が脛骨14に対して後方に摺動し、これにより、脛骨
エレメント12に対する支持エレメント20の後方変位
が引き起こされる。この屈曲運動の間、支持エレメント
20が中間エレメント22と共に脛骨エレメント12に
対して回転することにより、脛骨14に対する大腿骨1
8のあらゆる回転が可能である。中間エレメント22に
対する支持エレメント20の横方向運動は、ガイドセク
ション44とスロット40との協働により防止される。
接触は金属面とプラスチック面との間に生じる。従っ
て、大腿骨エレメント16の金属支持面はプラスチック
の支持エレメント20の支持面30と接触して関節運動
し、脛骨エレメント12の金属支持面28は支持エレメ
ント20のプラスチック支持面26と合同接触して関節
運動し、中間エレメント22のプラスチックの円錐状支
持セクション42の面は脛骨エレメント12の円錐状突
出部34の金属の円錐面38と合同接触して関節運動
し、中間エレメント22のガイドセクション44の金属
面は支持エレメント20のスロット40のプラスチック
面と合同接触して関節運動する。人工関節10のあらゆ
る動作態様における金属とプラスチックとの関節運動
は、金属対金属接触により生じる金属屑の発生、又はプ
ラスチック対プラスチック接触により生じる大きな磨耗
の発生を回避する上で重要である。
者が通常の活動をするときの脛骨14に対する大腿骨1
8の動きは、大腿骨エレメント16又は脛骨エレメント
12のいずれからの支持エレメント20の脱臼又は不全
脱臼を生じさせるには不充分である。損傷及び/又は不
完全靱帯から生じる支持エレメント20の異常な後方動
きは、通常、軟組織(より詳しくは、後方十字靱帯)か
らの干渉により、又は骨の干渉(より詳しくは、隣接す
る脛骨14の切除後に保持される十字靱帯のブリッジセ
グメント)によって後方へ脱臼しないように制限され
る。同様に、膝の前方の軟組織構造(より詳しくは、膝
蓋骨の腱及び支帯)により、支持エレメント20の異常
な前方への動き及び脱臼が防止される。
求される場合には、人工関節の支持体の前方及び後方へ
の直線運動を物理的に制限するのが好ましい。本発明
は、このような物理的制限を達成する手段を設けること
を考慮している。したがって図12及び図13を参照す
ると、図12及び図13には、本発明による人工関節の
変形例が断面図で示されている。この人工関節は、その
全体が参照番号110で示されている。人工関節110
は、脛骨エレメント112と、大腿骨エレメント(図示
せず)と、図1〜図11の実施例についての説明と同様
にして脛骨エレメント112と大腿骨エレメントとの間
に配置された支持エレメント120と、脛骨エレメント
112内に回転自在に受け入れられており且つ支持エレ
メント120の下面に形成された蟻溝状のスロット14
0内に摺動自在に受け入れられた中間エレメント122
とを有している。以下に詳述する直線運動制限手段を除
き、人工関節10と人工関節110との構造は同じであ
る。
持セクション142と、ガイドセクション144とを有
している。ガイドセクション144は、その断面形状が
略ほぞ状であり、支持体(支持エレメント)120のス
ロット140内に摺動自在に受け入れられて、該スロッ
ト140と実質的な面対面の接触する。ガイドセクショ
ン144の上面は、その全長の大部分の長さ(図12)
に渡って抉られて、チャンネル150を形成しており、
該チャンネル150の前端部は壁151により閉じられ
ている。図11にもチャンネルが示されているけれど
も、人工関節10の構造又は作動にとってチャンネル1
50は不要であり、省略してもよい。
エレメント120の後下縁部には下方に延びた肩部15
2が設けられている。この肩部152は、ガイドセクシ
ョン144のチャンネル150内に摺動自在に受け入れ
られるサイズを有している。人工関節110の通常の動
作においては、支持体120の肩部152及びチャンネ
ル150の壁151は離れている(例えば、図12に示
すような構造体の相対位置を参照)。患者の脚に損傷を
与えるような衝撃が与えられ、大腿骨が前方に変位され
る場合には、支持エレメント120が前方に移動される
けれども、その移動は肩部152と壁151とが係合す
る位置までである。この係合により、人工関節110か
らの支持エレメント120の脱臼及び脱臼に伴うあらゆ
る問題を回避できる。
ように保護することが指摘されていることも認識すべき
である。この場合には、ガイドエレメント144の抉り
部分を図12及び図13に示す構成とは逆に配置し、チ
ャンネルの閉鎖壁がスロット140の後端部に配置され
るようにする。このように配置した場合には、同様に、
支持肩部も支持エレメントの前縁部に沿って該前縁部か
ら垂れ下がるように配置する。肩部及び壁をこのように
構成した場合には、これらの係合により、支持エレメン
トの後方への脱臼が防止される。
合でも、支持エレメントが脱臼する傾向を大幅に低減で
きる人工関節の実施例について詳細に説明した。当業者
には、本願に開示の実施例が好ましい実施例であり、本
発明の精神及び範囲から逸脱することなく実施例に対し
て種々の変更をなし得ることが理解されよう。
節の斜視図であり、関連する骨構造体が仮想線で示され
ている。
面図である。
た部分断面図である。
ている状態を示す図2と同様な側面図である。
面図である。
た支持エレメントを示す図2及び図4と同様な側面図で
ある。
と同様な部分断面図である。
を示す部分断面図である。
れたときに前方に変位された支持エレメントを示す図1
2と同様な部分断面図である。
Claims (25)
- 【請求項1】 第1の骨に取り付けられ、該第1の骨か
ら離れた方向に全体的に向いた面を備えた第1エレメン
トと、 第2の骨に取り付けられ、前記第2の骨から離れた方向
に全体的に向いた面を備えた第2エレメントと、 前記第1エレメントと前記第2エレメントとの間に配置
され、前記第1エレメントの前記面と接触する第1支持
面と、前記第2エレメントの前記面と接触する第2支持
面とを備えた支持手段と、 前記支持手段の直線運動を選択的に制限するために前記
第1エレメントと前記支持手段との間に介装され、前記
第1エレメント及び前記支持手段の両方に対して運動可
能とされた中間手段とからなり、第1の骨と第2の骨と
の間の関節に適用される人工関節。 - 【請求項2】 前記中間手段が、前記第1エレメントに
対して回転可能である、請求項1に記載の人工関節。 - 【請求項3】 前記中間手段が、前記第1エレメントに
回転自在に取り付けられている、請求項2に記載の人工
関節。 - 【請求項4】 前記中間手段が、前記支持手段に対して
摺動可能である、請求項1に記載の人工関節。 - 【請求項5】 前記第1エレメントに対する前記中間手
段の直線運動を制限する手段を有する、請求項2に記載
の人工関節。 - 【請求項6】 前記支持手段に対する前記中間手段の回
転運動を制限する手段を有する、請求項4に記載の人工
関節。 - 【請求項7】 前記支持手段に対する前記中間手段の回
転運動を制限する手段を有する、請求項5に記載の人工
関節。 - 【請求項8】 前記中間手段が、前記第1エレメント内
に回転自在に受け入れられた支持セクションを備えてい
る、請求項2に記載の人工関節。 - 【請求項9】 前記中間手段が、前記支持手段内に摺動
自在に受け入れられた頭部を備えている、請求項4に記
載の人工関節。 - 【請求項10】 前記中間手段が、前記支持手段内に摺
動自在に受け入れられた頭部を備えている、請求項8に
記載の人工関節。 - 【請求項11】 前記支持セクションが前記頭部に堅固
に固定されている、請求項10に記載の人工関節。 - 【請求項12】 前記中間手段が、前記支持手段に対す
る長手方向の直線運動が可能なように摺動自在とされ、
更に、該中間手段は、前記支持手段に対する横方向の直
線運動を防止する手段を備えている、請求項4に記載の
人工関節。 - 【請求項13】 前記第1エレメントと前記支持手段と
の間に介装された前記中間手段の間に長手方向の直線運
動を制限する制限手段を備えている、請求項12に記載
の人工関節。 - 【請求項14】 前記制限手段が、前記支持手段の長手
方向の前方への直線運動を制限する、請求項13に記載
の人工関節。 - 【請求項15】 前記制限手段が、前記支持手段の長手
方向の後方への直線運動を制限する、請求項13に記載
の人工関節。 - 【請求項16】 前記頭部が、前記支持手段に形成され
たスロット内に摺動自在に受け入れられている、請求項
9に記載の人工関節。 - 【請求項17】 前記頭部と前記スロットとが協働し
て、前記頭部に対する前記支持手段の横方向の直線運動
を防止しつつ前記頭部に対する前記支持手段の長手方向
の直線運動を可能にする、請求項16に記載の人工関
節。 - 【請求項18】 更に、前記頭部に対する前記支持手段
の長手方向の直線運動を制限する手段を有する、請求項
17に記載の人工関節。 - 【請求項19】 前記頭部及び前記支持手段は、その一
方が金属面を備え、他方がプラスチック面を備えて、前
記頭部と前記支持手段との間の摺動接触が金属対プラス
チックの接触に限定される、請求項10に記載の人工関
節。 - 【請求項20】 前記支持セクション及び前記第1エレ
メントは、その一方が金属面を備え、他方がプラスチッ
ク面を備えて、前記回転の摺動接触が金属対プラスチッ
ク接触に限定される、請求項10に記載の人工関節。 - 【請求項21】 前記頭部が前記支持手段と合同接触し
て該支持手段内に摺動自在に受け入れられている、請求
項10に記載の人工関節。 - 【請求項22】 前記支持セクションが前記第1エレメ
ントと合同接触して該第1エレメント内に回転自在に受
け入れられている、請求項10に記載の人工関節。 - 【請求項23】 第1の骨に取り付けられる第1エレメ
ントと、第2の骨に取り付けられる第2エレメントと、
これらの第1エレメントと第2エレメントとの間に配置
されて、これら両エレメントと関節的に接触する支持手
段と、を有し、第1の骨と第2の骨との間の関節に適用
される人工関節において、 前記第1エレメントと前記支持手段との間の関節運動を
2自由度に制限するガイド手段を有していることを特徴
とする人工関節。 - 【請求項24】 前記ガイド手段が前記第1エレメント
と合同接触状態にある、請求項23に記載の人工関節。 - 【請求項25】 前記ガイド手段が前記支持手段と合同
接触状態にある、請求項23に記載の人工関節。
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