JPH08224263A - ２つの骨の間の可動結合の適用できる人工器官関節 - Google Patents

２つの骨の間の可動結合の適用できる人工器官関節

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JPH08224263A
JPH08224263A JP7346011A JP34601195A JPH08224263A JP H08224263 A JPH08224263 A JP H08224263A JP 7346011 A JP7346011 A JP 7346011A JP 34601195 A JP34601195 A JP 34601195A JP H08224263 A JPH08224263 A JP H08224263A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蝶番式膝代替装置えお小型かつ簡素化し、そ
のため骨の切除量が小さく、また小さい荷重しか大腿骨
から脛骨に移動させるので、膝の安定化が図られる。 【解決手段】 大腿骨安定化埋込み棒を備える大腿骨部
材は熱可塑性支承と嵌合う異なる曲率半径の顆状突起面
をもつ。嵌合い脛骨プラットホームを脛骨内に棒で安定
化させる。前記支承は膝の屈曲と伸展に応じて後方・前
方方向にプラットホームの上を移動する。支承は完全に
伸展した荷重を前記顆状突起面との可動結合面域で、ま
た比較的小さい屈曲荷重を非合同可動接触を介して支え
る。蝶番アセンブリーを大腿骨顆状突起部材に、脛骨プ
ラットホーム部材嵌合いキャビティで軸方向に自由に動
きかつ回転自在に移動する熱可塑性テーパー付き支承に
固定された垂下回転軸を有するヘッドを通してピン止め
する。前記ヘッドは前記支承を貫通して、支承の移動を
最後部と最前部位置で停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は蝶番つき人工器
官、詳述すれば蝶番と顆状突起支承を有する膝人工器官
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】蝶番式膝人工器官、例えば米国特許第
４，２１９，８９３号は天然側副靭帯が膝の安定性に表
面つけ替え式膝代替品、例えば、本明細書でも取入れら
れた米国特許第４，４７０，１５８号で記述しているも
のに欠如しているか、あるいはそれが役に立たない場合
に一般に用いられる。
【０００３】典型的例として蝶番式人工器官は関節荷重
の大部分を前記蝶番により大腿骨から脛骨に伝達させ
る。このような荷重伝達は軸ピン、蝶番支承ならびに蝶
番ハウジングを備える相対的に大型の蝶番を必要とす
る。このような設計は前記米国特許第４，４７０，１５
８号に述べられた非蝶番式表面つけ替え式人工器官以上
にその埋込みのために骨をかなり大きく除去する必要が
ある。前記蝶番素子を適応させるためにも前記のような
比較的大きい骨の除去を必要とする。そのうえ、蝶番式
膝代替品は典型的例として前記表面つけ替え式膝代替品
よりも著しく重いものである。
【０００４】さらに、前記米国特許第４，４７０，１５
８号に述べられた膝用の大腿骨素子は異なる曲率半径に
より形成される複雑な弯曲面を備える。脛骨が大腿骨に
関しての回転に伴ない、それは、大腿骨素子の支承面に
より形成される異なる軸の回りを回転する。このような
異なる軸はこのような支承面を有する蝶番式装置の使用
を複雑なものにする。それは、蝶番が典型的例として、
上述の米国特許第４，２１９，８９３号や米国特許第
４，８８８，０２１号；米国特許第４，０９２，７４０
号；ならびにドイツ連邦共和国特許出願公開第２５ ４
５ ８２１号とドイツ連邦共和国特許第２２ ４４ ０
６４号により例証された第２の軸の回りを回転できる平
面に固定された軸の回りを回転するからである。後者は
嵌合い素子にあるスロットを滑動する軸ピンを示してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、嵌合い
大腿骨と脛骨素子が互いに直接接触している。とにか
く、このような素子は先に論じたように前記大きい荷重
に適応できるような好ましくない大きさになりがちであ
る。
【０００６】本発明者は本発明により、上述の米国特許
第４，４７０，１５８号により開示された支承装置を用
いる顆状突起支承蝶番式膝人工器官の必要を認めてい
る。この組合わせで、支承装置を用いて荷重の大部分を
大腿骨と脛骨の部材の顆状突起面により大腿骨から脛骨
に伝達させることがわかった。本発明による蝶番は先行
技術の装置と対照的に、荷重伝達よりもむしろ膝の安定
にのみ用いられる。これは、典型的蝶番耐力膝代替品よ
りも著しく少い骨の除去で間に合う軽量装置を作れる相
対的に小型の蝶番素子の使用を可能にする。
【０００７】骨の除去を最小限に止めることは埋込み部
材の固定は、残す骨の量が多く、さらに人工器官の緩み
もしくは不良のための人工器官の取替えの必要が起こる
場合にもしばしば向上するので好ましい。前記人工器官
の重量を最小限にすることも人工器官の重量が歩行にお
よぼす影響も最小限に止めるために好ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の骨と第２の骨の間
の本発明による可動結合が適応できる人工器官関節は第
１の骨に取付けるためのもので、前記第１の骨からかな
り離間して対面する第１の面を有する第１の素子と、第
２の骨に第１の軸にほぼ沿って取付けるためのもので前
記第２の骨からかなり離間して対面する第２の面を有す
る第２の素子からなる。支承手段は前記第１と第２の面
の間にあって、前記両面と可動接触して荷重のほぼ全部
を前記第１の素子から第２の素子に伝達させるものであ
る。
【０００９】蝶番手段は前記第２の素子に取付け、また
前記第１の素子に蝶番止めし、さらに前記第２の素子に
固定して前記蝶番手段が相対的に無視できるほどの僅か
な荷重も第１の骨から第２の骨に第１の軸に沿う方向に
伝達させ、また第１と第２の骨を前記第１の軸を横切る
方向に支持する。
【００１０】さらなる実施例によれば、第１の骨と第２
の骨の間の可動結合を適応させる人工器官関節は、第１
の骨に取付けるためのもので、前記第１の骨からかなり
離間して対面する第１の面を有する第１の素子と、第２
の面に、第１の軸にほぼ沿って取付けるためのもので、
前記第１の軸を横切る平面に位置して、その平面が家性
され、また前記第２の骨からかなり離間して対面する第
２の面を有する第２の素子からなる。
【００１１】支承手段は第１と第２の面の間に、前記両
面と可動接触し、前記第１の面と接触する第３の面と、
前記第２の面に接触する第４の面を有し、さらに前記支
承手段と面は前記第１の軸を横切る方向に、前記第１の
素子の前記第２の素子に関する可動結合に応じて移動で
きる構造になっている。
【００１２】蝶番手段は前記第１の素子に前記第１の軸
を横切る第２の軸の回りを回転するよう蝶番式に、かつ
前記第２の素子に前記第１の軸の回りを回転するよう取
付けられる。
【００１３】さらなる実施例では、後者の蝶番手段を固
定して前記第１の軸の回りの回転と、第１の軸に沿った
方向に前記両骨に関して非荷重支承に軸方向転置させる
が、前記両骨を前記第１の軸を横切る方向に安定させ
る。
【００１４】さらに別の実施例では、第１の骨と第２の
骨の間の可動結合を適応させる人工器官は第１の骨に取
付け、前記第１の骨から離間させて対面する第１の面を
有する第１の素子と；ほぼ第１の軸に沿って取付け、前
記第２の骨から離間させて対面する第２の面を有する第
２の素子と；前記第１と第２の両素子に連結して前記第
２の素子が前記第１の素子に関して前記第１の軸の回り
を回転させる手段を備え、前記両骨が屈曲も伸展もでき
ることを特徴とする。
【００１５】以上に伴う改良は、第１の素子と第２の素
子の間の第１の軸の回りの相対回転の角度の値を屈曲の
度合の関数として制限する回転制限手段からなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１において、蝶番膝代替品装置
１００は大腿骨部材２００、蝶番アセンブリー３００、
支承４００ならびに脛骨部材５００からなる。前記装置
１００を大腿骨６００と脛骨７００に埋込む。膝蓋骨部
材８００も生来の膝蓋骨９００に埋込みできるし、ある
いは前記生来の膝蓋骨をそのまま残しておいてもよい。
【００１７】前記大腿骨部材２００は棒支持材２０５
と、前記支持材２０５に組立てられ、かつ前記大腿骨６
００に埋込まれる安定棒２０２を備える金属大腿骨本体
２０１からなる。前記大腿骨本体２０１（図２）は接続
部材２０９により接合された一対の同形の離間する顆状
突起部材２０８を備える。研磨関節弯曲雄型顆状突起面
２０３（図３）を各部材２０８上に形成する。前記面２
０３の各々（図３）はそれぞれ横方向に異なる曲率半径
Ｒ２、Ｒ３とＲ４をもつ曲り線Ｓ２、Ｓ３およびＳ
４（図３）からなる。前記線分は前記曲率半径が隣接面
線分の間の界面で共通接線を有す。前記面２０３を共通
接続弯曲面２１４により前記部材２０９の領域で接合す
る（図２）。前記大腿骨顆状突起可動結合面２０３の形
成についての詳細な説明は、本明細書で取入れられた前
述の米国特許第４，４７０，１５８号に示され、ここで
は省略する。
【００１８】図２乃至４では、２つの離間した蝶番支持
材２０４と中空心棒支持材２０５が前記本体２０１に形
成され、それから突出する。前記蝶番支持材２０４は各
々対応する顆状突起部材２０８と一体、かつその部品で
ある。各支持材２０４は、表面２０３に接する線２０
３′に平行する軸２０７上に整合し、かつ同軸である内
腔２０６を備える。２つの同型の各々がスラストフラン
ジ２１１を備え、また蝶番支承面を形成する内腔２１２
を有する熱可塑性円筒状ブッシュ２１０を前記蝶番支持
材２０４にある内腔２０６に圧嵌する。
【００１９】前記脛骨部材５００（図１）は金属脛骨本
体５０１と、前記本体５０１に集成された端５０８を支
持キャビティ５０５に備えた安定棒５０２からなる。前
記安定棒５０２を前記脛骨に周知の方法で埋込む。図１
２における細長い円筒状キャビティ５０５を脛骨本体５
０１に形成する。前記キャビティ５０５は軸５０７と同
軸であって前記安定棒５０２の端部を収容する。前記脛
骨本体５０１は軸５０７を横切る一端で板５０６を備え
る。
【００２０】前記板５０６は軸５０７に垂直の研磨平面
５０４を備える。前記板５０６を異なる厚さにして、脛
骨の損失に当る量に適応させる。截頭円錐形キャビティ
５０３を本体５０１に軸５０７の回りに同軸に形成す
る。前記キャビティ５０３はキャビティ５０５と直径を
細くした部分５０８を介して連絡している。板５０３
（図１３）は凸形の曲り周縁５１０をもって細長くなっ
ている。前記板５０６は前記周縁５１０の反対側に半径
方向内側方向に伸びる弯曲凹部５０９を備える。キャビ
ティ５０３と５０５を前記板５０６の中心で軸５０７上
に整合させる。
【００２１】蝶番アセンブリー３００（図１、５乃至
７、１４と１５）はヘッド３１１、蝶番ピン３２０と止
めねじ３３０を有する金属キャリッジ３１０を備える。
前記ヘッド３１１は蝶番ピン支持内腔３１５を備える。
ヘッド３１１にあるねじ孔３１６は内腔３０５と連絡し
ていて前記ねじ３３０を収容する（図１５）。中間に横
断面が長方形のシャンク３０８が前記ヘッド３１１から
垂下する（図６と７）。前記シャンク３０８は研磨平側
面３１２と、平面に研磨した後面３１７と平面に研磨し
た前面３１８を備える。円形円筒状回転軸３１３が前記
シャンクから垂下する。前記回転軸は前記シャンク３０
８に隣接するその周面に環状の縦すじローレット３１４
を備える。
【００２２】前記金属円形円筒状蝶番ピン３２０（図
５）は環状溝３２２で離間させた研磨ピン支承面３２１
を備える。止めねじ３３０（図１５）を用いて前記蝶番
ピン３２０を前記蝶番ピン３２０にある前記溝３２２の
噛合わせにより蝶番ピン支持孔３１５に保持する。前記
蝶番ピン３２０を前記本体の支持材２０４に取付けられ
たプラスチック製ブッシュ２０６の孔２１２に回転自在
に密接して収容する。
【００２３】熱可塑性プッシュ３４０（図８）は軸３４
３と同軸の截頭円錐形外支承面３４２を備える。前記ブ
ッシュ３４０は軸３４３と同軸の軸方向に伸びる円形円
筒状内腔３４１を備える。回転軸３１３（図６、７、１
４と１５）を前記内腔３４１の面と係合する前記隆起ロ
ーレット３１４で前記ブッシュ３４０の内腔３４１に圧
嵌して、前記ブッシュ３４０と相対的に固定された単一
の一体アセンブリーを形成する。
【００２４】前記回転軸を取付けたブッシュ３４０の外
支承面３４２を軸５０７に沿って本体５０１の前記截頭
円錐形キャビティ５０３に軸３４３と５０７をほぼ同軸
にして軸方向に挿入する。前記ブッシュ３４０をそれが
軸方向に本体５０１の前記キャビティ５０３に、例えば
前記本体５０１のキャビティ５０３にあるブッシュの位
置の比較で示されたように移動できる必要な寸法にする
（図１４と図１５）。
【００２５】図１４の前記両骨６００と７００（図１）
が伸展した軸方向位置にあって、前記ブッシュ３４０は
そのテーパー付き外支承面３４２と、キャビティ５０３
のテーパー付き内支承面の間に半径方向の隙間Ｃをも
つ。前記隙間Ｃは、前記ブッシュ３４０を前記キャビテ
ィ５０３に入れて、図１４の位置から図１５に示された
位置に、前記本体５０１にはごく僅かな軸方向荷重しか
かけないで前記ブッシュ３４０により方向５１３に軸方
向に移動させるだけの十分な数値を有す。
【００２６】前記ブッシュ３４０の表面３４２は前記脛
骨本体５０１のキャビティ５０３の研磨内テーパー付き
支承面と軸５０７の回りに可動結合する。前記隙間Ｃの
ため、前記ブッシュ３４０とキャビティ５０３の表面の
間、若干の横方向で半径方向の遊びと運動があるが、こ
の遊びは許容できる。
【００２７】図１５では、前記回転軸３１３とブッシュ
３４０が屈曲軸方向位置にあって、図１４のそれらの位
置に関して、前記図の方向５１３に下方方向に容易に移
動できる。この屈曲位置では、前記ブッシュ３４０とキ
ャビティ５０３の面の間に隙間Ｃ′（図では見えない）
がある。その結果、回転軸３１３により前記本体５０１
に、十分に伸展された位置もしくは十分に屈曲した位置
のいずれにあっても方向５１０に誘発される軸方向の荷
重はごく僅かなものである。これは前記両骨６００と７
００（図１）に軸５０７を横切るあらゆる半径方向、例
えば方向４１４に安定性を与えることで重要である。
【００２８】前記熱可塑性支承４００（図９乃至１１）
は、部材２０８の大腿骨顆状突起面２０３の収容に適し
た形状にした脛骨顆状突起支承面４０１を備える。前記
支承４００の構造は上述の米国特許第４，４７０，１５
８号にさらに詳細に述べられている。前記支承面４０１
は前記嵌合い大腿骨顆状突起の可動結合面２０３と可動
結合している。
【００２９】前記支承４００は平面図にして長方形の通
し溝４０２を備え（図９）、それを通して前記キャリッ
ジヘッド３１１のシャンク３０８を滑動自在に収容す
る。前記溝４０２は平行な平側面４０３を備える。前記
側面４０３は前記キャリッジシャンク側面３１２と係合
して、前記支承４００の前記キャリッジ３１０に関し軸
５０７の回りで軸方向の回転を防止する（図１４と１
５）。後部支承溝４０２の端４０４と前記溝端４０５は
それぞれ、前記キャリッジヘッド３１１のシャンク３０
８の後部ならびに前部両面３１７と３１８と、膝の伸展
から屈曲への移動運動（逆もまた同じ）中に係合する。
【００３０】下部の平面になった平滑仕上支承面４０６
は前記脛骨本体５０１の研磨上部脛骨面５０４と板５０
６上で可動結合する。面４０７の前記顆状突起支承域４
０１は大腿骨可動結合面２０３の線分Ｓ２を補足し、脛
骨可動結合面４０７を形成する。図１４に示すように、
これらの嵌合い面は伸展中、前記支承が最大の荷重を支
える時、合同する。対照的に屈曲中（図１５）、顆状突
起面線分Ｓ３もしくはＳ４（図３）は前記支承面４０７
と係合し、非合同接触、すなわち線接触をもたらす。
【００３１】図１４は組立てられた蝶番式膝代替品の十
分に伸展させた安定化棒２０２と５０２を除外した部分
横断面を示す。線４１０は前記大腿骨本体２０１と支承
４００の係合可動結合面に対応し、この運動相でのその
合同接触を示す。方向４１２のさらなる伸展を後部溝端
４０４と係合するキャリッジ３１０のシャンク３０８の
後面３１７で停止させる。この停止処置も前記支承４０
０の前記脛骨本体５０１に関し前方方向４１４′のさら
なる前方伝達移動を防ぐ。
【００３２】前記支承４００は、関節を図１５の屈曲位
置から図１４の十分に伸展させた位置に可動結合した
時、係合した可動結合大腿骨本体５０１の表面２０３の
カムの働きに応じて前方方向４１４′に伝達する。前記
カムの働きは前記支承４００を前方に移動させようとす
る。前記前方支承運動は大腿骨本体２０１の曲率半径Ｒ
２の中心の前方運動の結果である（図３）。この前方運
動は図１５の位置から図１４の位置への前記脛骨本体５
０１に関し、伸展中に前記本体２０１の蝶番支持内腔２
０６の回りを逆時計回りに回転するためである。
【００３３】前記支承可動結合面４０７を関節圧縮荷重
のため大腿骨可動結合面２０３に接して保持するので、
脛骨可動結合面４０７の曲率半径の中心と、従って、支
承４００が前方に、方向４１４′にＲ２の中心をもって
伝達する必要がある。支承４００はシャンク３０８によ
り停止されるまで、この方向に移動する。この停止作用
は支承面４０７上の顆状突起面２０３のカムの働きのた
め静かでかつ徐々である。
【００３４】図１５は中程度に屈曲した膝代替品を示
す。膝の働きのこの相で、脛骨可動結合面４０７は大腿
骨可動結合面２０３の線分Ｓ３との圧縮接触下にある。
この圧縮力は前記支承４００を後方方向４１６に図１４
の支承前部屈曲位置から図１５の後部位置に駆りたて
る。顆状突起面２０３の支承面４０７との係合を仮想線
４１８で示す。
【００３５】図１５では、前記本体２０１の曲率半径が
Ｒ２の可動結合面２０３（図３）を軸２０７（蝶番ピン
の中心）にある曲率半径Ｒ３の原点と接続する線は圧縮
力ベクトル（図示せず）に平行である。前記圧縮力ベル
トルが脛骨部材５００の本体５０１の軸５０７にほぼ沿
っているので、前記本体５０１の図１４の位置から図１
５の位置までのこの運動は支承４００の方向４１６への
後方伝達をもたらすことになる。前記支承の過度は後方
位置決めはキャリッジ３１０のシャンク３０８の前面３
１８を支承４００にある溝４０２の前部溝端４０５と係
合させることで防ぐことができる。
【００３６】前記ブッシュ３４０は、それを前記脛骨部
材本体５０１のキャビティ５０３に緩く係合させ、また
前記キャビティ５０３と同じテーパー付き構造になって
いるので、前記脛骨軸５０７の回りの回転ばかりでなく
上述のようにこの軸に沿う軸方向の伝達が自由である。
前記蝶番アセンブリー３００の回転軸３１３も前記回転
軸を前記ブッシュ３４０に固定するので同一の運動を行
う。従って、蝶番膝代替品１００に運動の２つの自由
度；すなわち蝶番軸２０７の回りの屈曲・伸展と、脛骨
軸５０７の回りの軸方向の回転を有する。
【００３７】前記の異なる部材の好ましい金属材料は、
セラミック窒化チタンをコーティングしたチタン合金も
しくはコバルトクロム合金である。好ましい熱可塑性樹
脂は超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰｅ）である。
【００３８】前記膝代替品１００を次の方法で埋込む。
適当な大腿骨安定棒２０２を周知の方法で大腿骨本体２
０１（図１）に組立て大腿骨部材２００を形成する。支
承４００をキャリッジ３１０とテーパー付きブッシュ３
４０からなるキャリッジアセンブリーの上に、支承４０
０の溝４０２を前記キャリッジのシャンク１０８と係合
させて組立てる。ヘッド３１１をその後、大腿骨部材２
００に予め組立てたブッシュ２１０の間の領域に挿入す
る（図４）。
【００３９】前記ヘッド３１１の支持内腔３１５（図
７）をその後、ブッシュ２１０の蝶番支承面２１２と整
合させる（図４）。蝶番ピン３２０を第１の蝶番支承の
内腔２１２に、前記キャリッジ３１０の支持孔３１５を
通して貫通させ、第２の蝶番支承内腔２１２に入れる。
止めねじ３３０をその後、止めねじ孔３１６に導入する
（図１５）。前記止めねじ３３０を締め付けると、その
円錐端は蝶番ピン３２０の溝３２２と係合して（図
５）、前記ピンと止めねじを所定の場所に締付ける。こ
のような締付けは前記ピン３２０とヘッド３１１の間の
金属対金属の微細動、従って有害な金属摩耗くずの発生
の防止に重要である。脛骨本体５０１と脛骨安定棒５０
２をそこで組立てて脛骨部材５００を形成する。
【００４０】脛骨と大腿骨を１９９３年刊フレデリック
Ｆ．ビューヒエル（Ｂｕｅｃｈｅｌ）のｎｊＬＣＳ“ト
リコンパートメンタル、ニー、システム、ウィズ、ポロ
コート（Ｔｒｉｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔａｌ Ｋｎｅｅ
Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈＰｏｒｏｃｏａｔ”と題する
小冊子に述べられた拡孔器を用いて大腿骨と脛骨安定棒
２０２と５０２をそれぞれ収容する流路の整備に用いる
こと以外の方法で調製する。ボックス状キャビティを大
腿骨の中心、遠位後部側に整備する。このボックス状キ
ャビティは前記２つの支持材２０４を取囲む包囲体から
なる（図４）。前記脛骨部材５００を脛骨７００を埋込
み、また大腿骨部材−蝶番アセンブリーを大腿骨６００
に埋込む。
【００４１】関節をそこで外して、前記テーパー付きブ
ッシュ３４０を前記脛骨本体５０１のテーパー付きキャ
ビティ５０３に挿入する。円筒状ブッシュの代りにテー
パー付きブッシュを用いてこの挿入中に前記テーパー付
きブッシュ３４０とキャビティ５０３の間の若干の不整
合を与える。関節をその後、閉じて埋込みを完了する。
埋込み人工器官の外観を図１９に示す。
【００４２】図１６乃至１８では、脛骨本体５２０の別
の実施例が前記本体５２０のプラットホーム５１２から
直立してそれに固定（例えばそれと一体に）された前記
突起５１１を備える。大腿骨顆状突起はこれらの図では
図示を複雑にしないため分離させた。突起５１１はやや
Ｖ字型になっているが、平滑な弯曲面５１３を有し、同
様の形状ではあるが支承４１０ではさらに大きい寸法の
前記凹部４１１と係合する。図１８は十分に伸展した前
方位置にある支承４１０を示す。前記凹部４１１は前記
支承４１０の前後両方向伝達を横切る方向にある突起５
１１の幅よりも大きい幅Ｗ（図１６）を有する。前記凹
部４１１は前記突起の深さ方向の厚よりも大きい深さｄ
を有する。
【００４３】前記突起の図１６の凹部４１１との完全に
着座して十分に伸展した位置での係合は、大腿骨部材の
脛骨部材に関する軸方向の回転、例えば軸５１４の回り
の回転を阻む。埋込まれると、この係合は大腿骨の脛骨
に関する軸方向の回転を十分な伸展中阻むものである。
十分な伸展にあってこの軸方向の回転がないことは人の
膝にあっては常態であるので、軸方向回転の筋肉制御の
できない若干の患者には好ましい。膝を屈曲させると
（図１７）、支承４１０は方向４１８に前方に移動し
て、前記突起５１１を前記凹部４１１から徐々に係合か
ら外させる。この後方運動は支承４１０の本体５２０に
関する軸の回りの軸方向の回転の角度範囲を前記支承４
１０の方向４１８に後方移動が増大するに従い増加させ
る。換言すれば、屈曲が起こると、相対屈曲骨の各々の
部分で、前記突起５１１の前記凹部４１１の側壁からの
離間が増大する。この増大した離間は前記突起の回転値
をより大きくしてからそれが前記凹部の側壁に支えさせ
る。
【００４４】突起５１１と凹部４１１の形状は軸方向の
回転を膝の屈曲の度合に依存する予め決められた角度限
度内に制御する構成にできる。例えば、図１６で、突起
５１１は十分に伸展している大腿骨と脛骨の間の相対的
な軸方向の回転を阻む。図８では屈曲されていて、軸５
１４の図１の最大量の軸方向の相対回転は前記突起５１
１が前記凹部４１１の側壁に凹部４１１の外リム４１９
で接触する。
【００４５】別の実施例では、前記突起５１１と支承４
１０の凹部４１１の形状が示されたものと異なっても、
相対的な軸方向回転の角度範囲を屈曲の関数としてさら
に制御させればよい。例えば、前記凹部４１１のテーパ
ーを図示以上に緩やかにも、あるいは急勾配にして、前
記凹部４１１と比較して、より広い凹部もしくはより狭
い凹部をつけることもできる。逆の状況にあっては、突
起もそれに相応じて狭くも広くもできる。
【００４６】上述すべての実施例における回転の制御は
段階関数と比較して、屈曲の度合の連続平滑関数であ
る。すなわち図１６乃至１８で示されるように、本体５
２０の図１６の伸展から図１８の屈曲への移動に従っ
て、前記突起５１１の許容回転の度合が前記凹部４１１
の側面の連続円滑弯曲傾斜線と前記突起５１１の嵌合い
面の形状の関数として増加する。
【００４７】さらに、前記凹部が溝、例えば長方形であ
ってもよく、また突起が嵌合い形状、例えば長方形で前
記溝の中に取付けられて、屈曲中のわずかな軸方向回転
も阻むか、あるいは必要の場合、最小限の回転を与える
かである。前記突起５１１を支承凹部壁により接近して
離間させるか、あるいは必要の場合、さらに離間させる
かによって、軸方向の角度回転の度合をより小さくもよ
り大きくもできる。従って、上記の凹部ならびに突起の
パラメーターを変化させることで、軸方向の回転の度合
を上回る相対的に大きい制御の寛容度を付与できる。
【００４８】そのうえ、本実施例においては前記凹部４
１１を支承４１０に形成し、また突起５１１を脛骨部材
本体５２０に取付ける。別の方法で、支承を必要としな
い材料を入手できるとすれば、その時、前記凹部を脛骨
もしくは大腿骨部材の片方に形成し、突起を他方の部材
に取付けることができる。この場合、前記突起と凹部を
関連させて、屈曲の関数として回転させる。例えば大腿
骨部材はその中に凹部あるいは大腿骨を脛骨に関し回転
させるに従って、前方にも後方にも転置する突起を備え
ることができる。重要な側面は屈曲の量が決まり、軸５
１４の回りの軸方向回転の量の関数となる。関数は線型
もしくは非線型であっても差支えない。
【００４９】回転値は好ましい実施例において十分な伸
展の時にゼロであると示されるが、所定の実施による他
の実施例ではゼロでないことがある。さらに、凹部と突
起の形状は必ずしも同一である必要はない。重要なこと
は、回転を屈曲の関数として制御することである。移動
する支承を示すが、このような動作は絶対的なものでは
ない。さらに、屈曲の関数として許容される回転の度合
は蝶番アセンブリー、例えば図１に示されたようなもの
もしくは他の形式の蝶番アセンブリーの設置の有無にか
かわらず付与できる。
【００５０】初期の顆状突起支承非再表装膝、例えば１
９７０年台の“スフェロセントリック”として周知の装
置は比較的小型の蝶番素子が、使用できる利点を活用で
きなかった。そのうえ、このような設計は全く一致しな
い顆状突起接触面を使用する。本発明の蝶番アセンブリ
ー３００は相対的に小型の蝶番素子、例えばヘッド３１
１とピン３２０を用いる。それはごく僅かな軸方向の荷
重しか上記に論じたように前記蝶番アセンブリー３００
に伝達されないからである。
【００５１】本発明の人工器官の関節は前述の米国特許
第４，４７０，１５８号の支承の顆状突起の関係の教示
を取入れて、標準歩行サイクルの臨界ピーク荷重、すな
わち伸展中に合同である膝代替品を提供する。同時に、
関節は後部の大腿骨曲率半径を減らして用い、一層標準
的な膝の働きを、すなわち屈曲中につくる。後部大腿骨
の曲率半径を減らすと非臨界活動のより深い屈曲相に十
分な線接触をつくるが、標準歩行サイクルの合同、臨
界、ピーク荷重相中、脛骨支承と接触していない。
【００５２】このようにして、本発明の関節は嵩が低
い、軽量蝶番式膝代替品を提供し、最小限の骨の除去し
か必要ないが、耐力可動結合と前述の米国特許第４，４
７０，１５８号に記述された代替膝の働きと同様の関節
の働きを提供する。
【００５３】前述の米国特許第４，４７０，１５８号の
可動結合と働きは１５年以上に亘る広範囲の臨床使用の
後、優れた臨床成果のあることがわかった。本発明によ
る蝶番膝代替品は、代表的な非蝶番式後部安定膝、例え
ば“インソール−バースタイン（Ｉｎｓａｌｌ−Ｂｕｒ
ｓｔｅｉｎ）”装置以上の骨の除去を必要としないが、
安定素子の合同接触で優れた安定化が得られる。代表的
な先行技術の後部安定膝代替品は非合同安定素子で、深
く屈曲させた時にあるとしてもごく僅かな安定性しかな
い。
【００５４】本発明により構成された関節の深い屈曲と
伸展の安定性は、埋込み棒と連結蝶番アセンブリー部材
が横前後方向４１４（図１５）にはごく僅かな運動しか
示さないが、前記蝶番アセンブリー部材に方向５１３に
はごく僅かな軸方向の荷重しかかからない蝶番アセンブ
リー構造により提供できる。重要なことは、支承、例え
ば支承４００が前記前後方向４１４に対応する伸展・屈
曲運動に応じて移動するが、同時に、このような転置を
前記蝶番アセンブリーにより限定されることである。
【００５５】
【発明の効果】本発明の関節は、その相対的に小型の蝶
番部材がより少量の骨の切除ですませることができるの
で従来の蝶番にまさる。これはこの蝶番を先行技術の後
部安定化の設計を用いる場合の候補者にするものであ
る。本発明の関節は、それがすぐれた安定化を、とりわ
け安定化が重要である深い屈曲時に、またこのような安
定化と相俟って摩耗を減らす安定化部材の合同接触で付
与するので先行技術の後部安定化設計より優れている。
本発明の後部安定化設計は全く非合同である。
【００５６】本発明の関節はさらに、それが上述の米国
特許第４，４７０，１５８号の再表装ＬＣＳ設計の臨床
的に証明された可動結合面を用いるのですぐれている。
そのうえ、前記関節はそれが、例えば図１６乃至１８の
実施例で利用できる有効な軸方向の回転制御を用いてい
るのですぐれている。
【００５７】さらに、本発明の関節は前記ＬＣＳ再表装
モジュール膝に酷似し、蝶番壁のキャビティの整備に用
いられる単純ボックス型骨力を除き同一の器具類を用い
る。従って、それは本発明の代替膝装置の方法範囲内に
十分当嵌まるものである。この関節はさらにＬＣＳの方
法で周知の蝶番アセンブリーを埋込む外科医により必要
とされる技能量を最小限に止め、蝶番もしくは後部安定
化膝が提供する安定性を必要とするような患者にとって
安心できる人工器官を外科医に提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による蝶番式膝代替人工器官の
側断面図である。
【図２】図１の実施例の大腿骨部材の後部側面図であ
る。
【図３】図２の部材の線３−３による側面図である。
【図４】図３の部材の線４−４による側面図である。
【図５】図１の実施例に用いられた蝶番ピンの側面図で
ある。
【図６】それぞれ図１の実施例の蝶番アセンブリーの金
属キャリッジ部材の正面図である。
【図７】図６の側面図である。
【図８】図６と７の蝶番部材の棒部分を収密する熱可塑
性支承インサートの側断面図である。
【図９】図１の実施例の支承の脛骨顆状突起支承面の平
面図である。
【図１０】図９の支承の線１０−１０による断面図であ
る。
【図１１】図９の線１１−１１の断面図である。
【図１２】図１３の実施例の脛骨部材の線１２−１２に
よる側断面図である。
【図１３】図１の脛骨部材の平面図である。
【図１４】図１の人工器官の膝伸展位置にある側断面図
である。
【図１５】図１の人工器官の膝屈曲位置にある側断面図
である。
【図１６】大腿骨と脛骨部材の別の実施例の軸方向回転
位置限定構造を示す平面図である。
【図１７】図１６の他の実施例の平面図である。
【図１８】図１６のさらに他の実施例の平面図である。
【図１９】図１の埋込まれた人工器官の側面図である。
【符号の説明】
１００ 蝶番式膝代替装置 ２００ 大腿骨部材 ２０１ 金属大腿骨本体 ２０２ 安定化棒 ２０３ 顆状突起可動結合面 ２０４ ２つの離間蝶番支持材 ２０５ 棒支持材 ２０６ 内腔（蝶番支持材） ２０７ 軸 ２０８ 顆状突起部材 ２０９ 接続部材 ２１０ 円筒状ブッシュ ２１１ スラストフランジ ２１２ 内腔 ２１４ 共通接続弯曲面 ３００ 蝶番アセンブリー ３０８ シャンク ３１０ 金属キャリッジ ３１１ ヘッド ３１２ 研磨平側面 ３１３ 円形円筒状回転軸 ３１４ 環状縦すじローレット ３１５ 蝶番ピン支持内腔 ３１６ ねじ孔 ３１７ 平面研磨後面 ３１８ 平面研磨前面 ３２０ 蝶番ピン ３２１ 研磨ピン支承面 ３２２ 環状溝 ３３０ 止めねじ ３４０ 熱可塑性ブッシュ ３４１ 軸方向に伸びる円形円筒状内腔 ３４２ 截頭円錐状外支承面 ３４３ 軸 ４００ 支承 ４０１ 脛骨顆状突起支承面 ４０２ 通し溝 ４０３ 平行平側面 ４０４ 後部溝端 ４０５ 前記溝端 ４０６ 脛骨可動結合面 ４０７ 可動結合支承面 ４１０ 線（支承） ４１１ 凹部 ４１４ 方向 ４１４′ 方向 ４１５ 方向 ４１６ 方向 ４１８ 仮想線 ４１９ 外リム ５００ 脛骨部材 ５０１ 脛骨部材本体 ５０２ 安定化棒 ５０３ 截頭円錐形キャビティ ５０４ 研磨平面 ５０５ 支持キャビティ ５０６ 板 ５０７ 横軸 ５０８ 直径を細くした部分 ５０９ 半径方向内側方向に伸びる曲り凹形凹部 ５１０ 凸形弯曲周縁 ５１１ 前記突起 ５１２ プラットホーム ５１３ 円滑弯曲面 ５１４ 軸 ５２０ 脛骨本体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレデリック．エフ．ビュッシェル アメリカ合衆国．07079．ニュージャージ ー州．サウス．オレンジ．クレスト．ドラ イブ．76

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の骨と第２の骨の間の可動結合に適
    応できる人工器官関節であって、 ・第１の骨に取付けられ、前記第１の骨から離間して対
    面する第１の面をもつ第１の素子と； ・第２の骨に取付けられ、前記第２の骨から離間して対
    面する第２の面をもつ第２の素子と； ・前記第１と第２の面の間に備えられ、前記両面と可動
    接触して、前記第１の素子からのほぼ全部の荷重を前記
    第２の素子に伝達させる支承手段と； ・前記第２の素子に取付け、前記第１の素子に蝶番づけ
    される部材を備える蝶番手段と；からなり、 ・前記部材を前記第２の素子に固定して前記蝶番手段が
    前記第１の素子からの相対的にごく僅かな量の荷重を第
    ２の素子に第１の軸に沿う方向に伝達させることと、第
    １と第２の素子を前記第１の軸を横切る方向に支持する
    ことを特徴とする人工器官関節。
  2. 【請求項２】 前記部材を前記第２の素子に取付けて前
    記第１の軸の回りの回転と前記軸に沿う伝達をさせるこ
    とを特徴とする請求項１の人工器官関節。
  3. 【請求項３】 前記第１の面が前記支承手段と第１の角
    度範囲で合同接触し、また前記支承手段と第２の角度範
    囲で非合同接触していることを特徴とする請求項１の人
    工器官関節。
  4. 【請求項４】 前記部材を前記第１の素子と回転自在に
    固定して、前記第１の素子に関し、前記第１の軸に直交
    する第２の軸の回りを回転させることを特徴とする請求
    項１の人工器官関節。
  5. 【請求項５】 前記第２の面が平面であり、前記第２の
    軸が前記第２の面に平行であることを特徴とする請求項
    ４の人工器官関節。
  6. 【請求項６】 前記支承手段を固定して前記第１の軸に
    横切る伝達をさせ、また前記支承手段を前記可動結合に
    応じて伝達させることを特徴とする請求項１の人工器官
    関節。
  7. 【請求項７】 前記部材を固定して前記第１の軸に沿っ
    て第２の素子に関し相対する方向に軸方向に自由に転置
    させることを特徴とする請求項１の人工器官関節。
  8. 【請求項８】 前記支承手段を固定して前記第１の軸を
    横切る方向に前記蝶番手段に関し伝達させることを特徴
    とする請求項７の人工器官関節。
  9. 【請求項９】 前記支承手段が第１と第２の相対位置
    に、第１の素子の第２の素子に関する可動結合に応じて
    伝達することと、前記蝶番手段が停止手段を備えて前記
    支承手段を前記支承手段の可動結合中の相対位置におけ
    る移動停止の係合をさせることを特徴とする請求項８の
    人工器官関節。
  10. 【請求項１０】 前記人工器官は伸展と屈曲を示す膝用
    のものであり、前記支承手段と第１の素子を支承の可動
    結合を伸展中には第１の素子と合同接触ができるよう、
    また屈曲中には非合同接触ができるよう配置することを
    特徴とする請求項１の人工器官関節。
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