JPS6141453A - 骨関節用内部プロテーゼ体 - Google Patents

骨関節用内部プロテーゼ体

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JPS6141453A
JPS6141453A JP16844285A JP16844285A JPS6141453A JP S6141453 A JPS6141453 A JP S6141453A JP 16844285 A JP16844285 A JP 16844285A JP 16844285 A JP16844285 A JP 16844285A JP S6141453 A JPS6141453 A JP S6141453A
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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】 本発明は、如何なる骨においてもその正常構造を維持す
るための必須要因は、正常応力環境（ｎｏｒｍａｌ　５
ｔｒｅｓｓ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）と称し得る条件
の維持にあるという確信に基づくものである。周知の如
く、応力環境の変化は骨の構造に二次的変化を与える。
骨折修復及び運動誘発性肥大を除いて、このような変化
は殆んど必ず有害である。従って骨の変性部分を、脂管
への人工装具体すなわち内部プロテーゼ体（ｅｎｄｏｐ
ｒｏｓｔｈｅｔｉｃ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）で代用する
場合には、隣接残部をできるだけ正常な応力環境下にお
くようにすればその構造の完全性が最大限に保持される
ことになると言える。
骨関節プロテーゼ′に現在使用されている種々の形状の
物体を研究した結果、これらのプロテーゼ体では正常応
力環境が維持されないことが判明した。とれは、緩みに
よる機能不全等の如き問題に関して有効寿命の観点から
より良い性能をもつプロテーゼ体を製造せんとする努力
が今も尚続けられていることの理由の１つである。
本発明の目的の１つは、従来のものに比べてよシ正常に
近い応力環境を維持せしめるようなプロテーゼ体を提供
することにより、前述の努力を更に進めることにある。
そのだめの第１ステツプとして次の如きプロテーゼ体を
提供する。これは関節の関節面を含む骨の一部分にとっ
て代るプロテーゼ体であり、前記関節面とほぼ同じ形状
の第１面と、この第１面を前記関節面の代シに配置した
時に当該骨の断面における主要小柱構造に対してほぼ直
角に延在するような形状の第２面とを有する。
この第１ステツプは、骨の応力環境の、Ｑターンが骨の
小柱構造のそれに依存し、従って後者と相互関係にある
という観点に基づく。より特定的には、このパターンは
不規則ではな（むしろ規則的であｐ１応カラインが体重
と小柱の方位に合致する筋肉の動作との組合わせによっ
て決定される。
更に、第２面を前述の如く骨と境界を接するような形状
にするとこの隣接骨に応力が同じ様に加えられることに
なる。また実際にはこれらの圧力は圧迫力が極めて強い
ため、プロテーゼ体が緩む原因の１つと考えられるプロ
テーゼ体及び骨間の境界面での剪断力が最小限まで抑制
される。これは特に、荷重力が体重の１０倍にも達し得
る下肢の長管関節に当てはまる。
長管の場合には、前記境界面の形状を問題の関節に隣接
する癒合骨端板瘢痕とほぼ同じにするのが好ましい。こ
の廠痕は小柱構造の円柱部分と直交するという前記条件
に適合し、且つ次の理由から更に別の利点も伴うからで
ある。第１に、回復不可能な損傷を受けた骨の関節面を
含む一部分の代換物として関節プロテーゼ体を配置する
時は、も不適切であると思われる。因に、代換物を必要
とする回復不可能な骨の変性部分は通常前記癲痕を越え
ない。また廠痕は通常、骨の動脈血供給の自然分割を意
味するため、骨をとの廠痕までの領域に亘って切断すれ
ば残９の骨に動脈血が比較的正常な状態で供給され、そ
の結果健全な状態で存続する可能性が高くなる。
但しこれは本発明のプロテーゼ体が関節面から岐痕に至
るまでの骨部分のみを代換すべきであるという意味では
ない。本発明のプロテーゼ体は通常廠痕まで又は搬痕−
を越えるまで延在する。
前記目的を達成するだめの第２ステツプとして、本発明
のプロテーゼ体は、これで代換すべき骨の構成物質の弾
性率変化形態を模した弾性率変化形態を骨と隣接する領
域に有するのが好ましい。
本発明におけるこの第２ステツプは、正常応力環境が方
位の観点から見た所定骨部分に特有のパターンを生起さ
せるだけでな（、密度から見た変化も生起させるという
事実を基礎とする。この密度から見た変化は骨構成物質
の弾性率の変化と相互に関係していると見なし得、少な
くとも骨に隣接するプロテーゼ体部分だけは対応弾性率
変化を有するようにするのが適切と思われる。このよう
にしないと使用中にプロテーゼ体に加わる荷重によって
弾性率のより小さい隣接骨構成物質に過剰な圧力が加え
られ、その結果時間が経つにつれてこの物質が変性し且
つプロテーゼ体が緩む可能性が生じる。
小柱構造に関連して変化する骨構成物質の特性には、弾
性率の他に疲れ限度及び破壊強さの如き特性があるが、
プロテーゼ体にこれらを模した特性を与えることは、隣
接骨における正常応力環境の形成に不可欠のものではな
いと考えられる。
但し、好ましい弾性率を模すべく選択した製法か他の特
性の模擬につながる可能性は勿論ある。いずれにしても
本発明のプロテーゼ体は、これらの特性と骨の代換に適
した他の特性、例えば生体的相容性（ｂｉｏｃｏｍｐａ
ｔｉｂｉｌｉｔ３’）とに関して適切なものでなければ
ならない。
本発明の実現に至るまでの研究では、最も一般的な被代
換骨部分という理由から、通常大腿骨頭と称される股関
節の大腿骨部分が主な研究対象とされてきた。同じ理由
から、添付図面に基づく以下の説明でも大腿骨頭を例に
とって本発明を詳述する。
第１図及び第２図は、大腿骨頭１２の主要小柱群１０及
び１１を示している。小柱群１０は主要圧縮群でちゃ、
体重と筋肉の力とに起因する前記骨頭への合成荷重１３
は、普通この小柱群を通過する。この小柱群は、大腿骨
幹の内側皮質から大腿骨頭にかけて、関節面領域全体に
行き亘るように末広がりに広がる軽い１線を描きながら
伸張する。これら曲線は、近位大腿骨の中で小柱密度が
最も高い部分を構成する。小柱群１１は主要引張群であ
り、大転子の直ぐ下の側方皮質から内側へ上向きに曲線
を描き、大腿骨頚部を通って頭高１４の下の管端の内側
下方部に達する。この小柱群は、骨頭を荷重下で生じ得
る扁平化性向に逆って安定させる機能をもつと考えられ
る。骨頭の関節面は、通常はぼ球形である。
第１図及び第２図は、最大密度領域が、関節面に向けて
広がる前の円柱状小柱群１０によって構成されるような
主要円柱分布の一般的ノ？ターンを示している。前記円
柱状部分は、前後に細長く伸び前方でやや傾斜する横筋
形態を有する。最低密度領域は、小柱群１０の前記柱状
部を包囲し且つ小柱群１０の外側で引張群１１及び皮質
と境界を接する。その横断面積は前記柱状部から側方且
つ内側へ向けて増大する。
第１図及び第２図は、癒合管端板廠痕１５も示している
。この廠痕は小柱群１０及び１１とほぼ直角に交差して
いる。関節面と異なシ、との廠痕はより一般的には球状
ではなくて卵形である。この廠痕はまた前述の如く、隣
接し合う置端動脈及び骨幹端動脈間の前端板による自然
分割を構成する。
第３図及び第４図は、上方−下方荷重に係わる大腿骨頭
の骨構成物質における弾性率変化の一般的、Ｑターンを
、第１図及び第２図に夫々対応する断面で示している。
とのノ（ターンは、通常約１０〜１５ＧＰａの弾性率を
もつ皮質骨を１．０で表わした場合にＯ〜１．０の値で
示される個々の弾性率値の等値線として示されている。
これらの等値線は第３図では骨頭全体に亘って示し、第
４図では廠痕１５までの部分に亘って示したにすぎない
が、前述の小柱分布との相互関係は明白である。
（以下余白） 第５図から第８図の具体例は、球状関節部分からなる外
側表面と、管端板癲痕１５に類似した形状で骨と境界を
接する面とを各々が有する点で互に類似している。これ
ら具体例の相違点は、互に類似した全体的形状内の個々
の構造にある。
第５図及び第６図のプロテーゼ体は全体が符号２０で示
され、骨に隣接する内側部分２１と関節面を構成する外
側被覆部分２２とに分けられる。
内側部分２１は断面の形状が全体的に三日月形であり、
管端板廠痕１５近傍の下方面２３と球状上方面２４とで
規定される。
弾性率がより高くしかもそれ自体は鋳造し得ないような
材料からなるファイバ々２５を包囲するように成形する
ことによって製造する。これらのファイバは主要小柱構
造と同様に分布される。この分布はファイバ及びその周
囲の成形材料の種々の弾性率と同様に、被代換骨と類似
の代換体の全体的弾性率に３次元的変化が生じるように
行なわれる。
弾性率変化に関しては次の点に留意されたい。
即ち弾性率変化は被代換骨のそれを模倣すべきものであ
るが、被代換骨の弾性率変化は修正すべき変性に関連し
て成る程度変動している可能性がある。大腿骨頭ではこ
の変動は主要圧縮群１０によって表わされる高弾性率領
域の容積を収縮させ得る。この変動は通常は大きなもの
ではないが、治療すべき骨に最適な応力環境が与えられ
る可能性を高めるためには、健康な骨の弾性率変化と代
換体を必要とする骨の弾性率変化との折鬼に基づいて代
換体の弾性率変化を決定するのが適切であり得る。
尚、全体的弾性率変化は約１〜２０　ＧＰａの範囲が適
切であり得、プロテーゼ体主要材料は前記範囲の下限に
近い値をとり、ファイバは前記範囲の上限に近い又は上
限を越えＡ値を有する。この条件に適した材料の一典型
例として、通常は低弾性率形態で得られるが延伸又は他
の高弾性率形態でも得られるポリマーが挙げられる。ま
た、プロテーゼ体のファイバは表面で又はそれにより内
側で切る必要はなく、隣接骨及び／又は外側部分２２に
ぶつかるように極く少量はみ出させて、キーインダメカ
ニズム（ｋｅｙｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　）を構成
するようにしてもよい。
外側部分２２はファイバと同じ高弾性率材料又は関節の
目的に適した他の材料で製造し得、スナップ式固定（５
ｎａｐ−ｆｉｔ　）又は他の任意の適切な方法により内
側部分に接続し得る。
プロテーゼ体と骨との接続には特許出願第２，１２０，
１０３ＡＫ記載の如きフィラメント２６を使用するのが
好ましい。そのためには骨内部に侵入するヘラＦ付フィ
ラメントを受容するための通路を内側部分２１に設ける
。とれら通路は内側部分の上方表面に埋頭孔を有する。
外側部分はフィラメントを挿入しだ後で接続され、フィ
ラメントヘッドを被覆する。
プロテーゼ体の固定に先立つ大腿骨頭の整形（ｓｈａｐ
ｉｎｇ　）は荷重線１３又は他のデータに従って骨に挿
入される案内部材に関連して使用される適切な工具を用
いて行なうのが好ましい。この揚合癒痕１５、従ってプ
ロテーゼ体の面２３とこれに対する骨頭の相補面の輪郭
とは、骨頭の冠状面において互に傾斜する軸線をもつ一
連の複数の回転面により近似し得る。このような近似の
最も簡単な形態には、第１図の如き癲痕の最大曲率領域
で合致する２つの回転面が存在する。
第７図及び第８図のプロテーゼ体では、硬化すると種々
の弾性率を示す成形可能形態に製造し得るプラスチック
材料が使用される。便宜上との図では、第５図及び第６
図に対応するエレメントを第５図及び第６図の場合と同
じ符号に１０を加えた番号で示した。但し符号３５Ａ、
３５Ｂ等々は前述の全体的変化範囲内の種々の弾性率を
もつ適切な材料をその弾性率の大きい順に表わす。これ
ら異なる材料領域を順次成形して、第３図及び第４図と
類似の全体的弾性変化パターンを有する内側部分を製造
するのである。この場合も第５図及び第６図の具体例と
同様にプロテーゼ体を２つの部分で構成し且つ固定にフ
ィラメントを使用し得るが、図面簡明化のためこれらは
図示しなかった。
第７図及び第８図のプロテーゼ体部分の変形具体例では
、前記一連の材料領域が発泡状プラスチック材料を、そ
の材料の緻密度、従って弾性率を変化させるべく作動し
得るデバイスを用いて吹付けることにより形成される。
この方法を用いると、個々の領域がほぼ均等な弾性率を
有する一方で、全体の弾性率が領域から領域へとスムー
ズに変化するという利点が得られる。
以上本発明を大腿骨頭に関して説明してきたが、本発明
は勿論これに限定されることはなく、より一般的に言え
ば骨関節、特に管端板廠痕が生じる下肢の長管先端の関
節に使用し得る。勿論これらのより一般的な用途でも小
柱構造及び管端板燈痕形状に関するデータが必要である
が、このようなデータは文献でも得られるし、又は既存
のラジオグラフィ又はその他の技術によっても簡単に得
られる。−例として膝関節の大腿骨の場合には前記廠痕
はその中心を包囲する全体的に波形の形状を有し、これ
らの波は振幅が径方向で漸増する。この形状は特にトル
ク耐性に適しており、そのため大腿骨の膝部分のプロテ
ーゼ体に適用すると有利である。
本発明はまた前述の諸具体例にも限定されない。
例えば、全体的に第５図及び第６図の具体例に類似した
一変形２例ではカーボンファイバ強化カー１ボンを使用
し得る。このカーボンファイバ強化物は、通常小柱構造
を表わすものとして構成し、次いで樹脂又は他の結合剤
で含浸処理した後熱分解し、最後にカーボン蒸着にかけ
る、 この方法は所望の弾性率変化をもつ内側部分の製造に適
しており、弾性率の高い外側部分の製造にも使用し得る
。その他、材料が多孔質であってその多孔率が制御可能
であり、従って組織の内方成長が可能であるという利点
も得られる。このような組織はプロテーゼ体及び骨間の
接合部で骨化形状を有し得、且つ関節面上で繊維軟骨形
状を有し得る。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は夫々成熟した大腿骨頭の冠状縫合切
断面及び矢状縫合切断面における主要小柱構造の簡略説
明図、第３図及び第４図は前記２つの断面における弾性
率変化を示す簡略説明図、第５図及び第６図は本発明の
大腿骨頭プロテーゼ体の一具体例を示す簡略説明図、第
７図及び第８図は前記プロテーゼ体の一変形例を示す簡
略説明図である。 １０．１１・・・小柱群、１２・・・大腿骨頭、１３・
・・荷　重、　　　　１４・・・頭　窩、１５・・・管
端板廠痕、２０・・・プロテーゼ体、２１・・・内側部
分、２２・・・外側部分、２３・・・第２面、　　２４
・・・第１面。 ２５・・・ファイバ、　　２６−・・フィラメント。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）関節の関節面を含む骨の一領域を代換するプロテ
    ーゼ体であつて、前記関節面とほぼ同じ形状をもつ第１
    面と、この第１面を前記関節面の代りに配置した時に前
    記骨の断面において主要小柱構造とほぼ直角に延在する
    形状の第２面とを有するプロテーゼ体。
  2. （２）前記骨が長骨であり、前記第２面が前記骨領域の
    癒合骨端板瘢痕に類似した形状を有する特許請求の範囲
    第１項に記載のプロテーゼ体。
  3. （３）少なくとも前記第２面に隣接する部分に、代換す
    べき骨の構成物質の弾性率変化を模した弾性率変化形態
    を有する特許請求の範囲第１項又は第２項のいずれかに
    記載のプロテーゼ体。
  4. （４）前記部分が、全体的に均等な弾性率を有し且つよ
    り高い弾性率のファイバで強化された構造体からなり、
    これらファイバが前記小柱構造と類似のパターンに従つ
    て分布される特許請求の範囲第３項に記載のプロテーゼ
    体。
  5. （５）前記部分が、個々にほぼ均等な弾性率を有する複
    数の隣接し合うゾーンからなる構造体で構成される特許
    請求の範囲第３項に記載のプロテーゼ体。
  6. （６）弾性率が前記隣接ゾーン相互間でスムーズに変化
    する特許請求の範囲第５項に記載のプロテーゼ体。
  7. （７）前記第２面を規定する本体部分と、この本体部分
    に接続されて前記第１面を規定する外殻部分とを含む２
    つの部分からなる特許請求の範囲第１項乃至第６項のい
    ずれかに記載のプロテーゼ体。
  8. （８）前記本体部分に、骨に挿入される固定用フィラメ
    ントを受容する複数の通路が設けられる特許請求の範囲
    第７項に記載のプロテーゼ体。
  9. （９）股関節の大腿骨頭に使用され、前記第１面が球状
    であり、前記第２面が冠状面において相互に傾斜する軸
    線をもつ一連の異なる回転面により規定される特許請求
    の範囲第２項又はその従属項のいずれかに記載のプロテ
    ーゼ体。
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