JP3553620B2

JP3553620B2 - 自然の関節の置換のための人工関節とくにひざ人工関節

Info

Publication number: JP3553620B2
Application number: JP18057592A
Authority: JP
Inventors: アンドレ・ベーラー
Original assignee: アンドレ・ベーラー
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1992-06-16
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: GR3018717T3; ATE133058T1; EP0519872B1; JPH05184612A; US5282868A; DE59205073D1; DK0519872T3; ES2082427T3; EP0519872A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、関節用の人工装置に関するものであり、更に詳しくいえば、係止部分すなわち取りつけ部分と少なくとも１つの回転関節部分を含み、かつ関節を形成する骨の１つ、たとえば大腿骨、へ固定されるようにされた第１の人工骨部と、取りつけ要素すなわちステムを含み、頸骨へ取りつけられるようにされ、滑り表面を形成された第２の部分とを有し、複雑な関節、とくにひざ関節用の人工装置に関するものである。前面と背面の方向の間で滑ることができる中間部すなわち中間要素が設けられる。中間部分は、第１の部分の適当な部分に関連して、回転できるような形にされる。
【０００２】
【従来の技術】
エンドプロステティックス（ｅｎｄｏｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃｓ）の問題に対して、安定な骨移植関節の交換しないですむ保守を行えるようにし、非常に長期間、理想的には移植から患者すなわち人工装置の装着者の死まで、もつ多くの解決策が提案されている。そのような生涯にわたって使用できる移植を妨げる主として２つの要因がある。そのうちの１つは、骨と移植されたものとの間の境界面が、大きさと向きが変化する可変力を受けることである。とくにせん断力が含まれる。別の要因は、組織の生物学的反応と骨が劣化することである。とくに体外物質に対する反応と、移植自体からの削り落とされた粒子に対する反応である。
【０００３】
関節の長い寿命、とくに移植された関節の寿命は、種々の人工部品の間の境界面およびそれの滑り面にかかる可変力を小さくすることによって、延ばすことができる。滑り面の摩耗はできるだけ小さくせねばならない。種々の解決策が提案されているが、それらの必ずしも全てを同時に適用できるものではない。関節の全ての技術面について考えるだけでは十分でなく、解剖学的および生理学的に変化できる諸条件について考察せねばならない。関節において起こる複雑な運動、とくにひざ関節のような複雑な関節において起こる運動のために、特定の部分に応用できる対立する解決策の間で妥協すること、および一生涯にわたる信頼性という全体的な目標を達成することが困難にされる。
【０００４】
それぞれ、こする滑り部分にかかる単位面積当たりの圧力を低くすることにより、滑り軸受けに生ずる摩耗，摩減を減少できることが良く知られている。表面に加えられる圧力、およびその結果としての軸受けの摩耗は、２つの滑り要素の接触面が小さい時は小さい。その接触軸受面は滑り面をできるだけ広くし、実効的に適合する滑り面を形成することにより、広くできる。そのような軸受けの典型的な例が図１に示されている。この図１にはまっすぐな滑り軸受けの略図が示されている。また、図２にはヒンジ関節すなわち球関節の略図が示されている。図１の滑り軸受けは、原理的には、係合面が有限の半径を有するようなヒンジすなわち球関節と考えることができる。しかし、摩耗が最小であるという共通の特性にもかかわらず、基本的な違いがある。すなわち、図１に示す滑り関節は自由に並進運動するが、回転軸線は有しない。他方、ヒンジすなわち球関節は回転軸線を有するが、並進運動は制約される。この結果として外力に関する関係が異なることになる。
【０００５】
図１を再び参照する。
斜め上からＦ１のような力が加えられる結果として、その力の水平成分のために滑りヘッドが横へ移動する。力のその水平成分は滑り関節の下側の部分には何の作用も及ぼさない。
力Ｆ１に類似する力がヒンジすなわち球関節へ加えられた時には（図２参照）、関節を回転させることなしに関節を通る。しかし、その力の水平成分は望ましくないせん断力を生ずる結果となる。関節の上側部分が振り子のように前後に振動したとすると、そのせん断力は向きを連続して変える。最も簡単には、ヒンジ関節は回転運動することが有利である。しかし、その回転運動は、境界面における並進運動をできないこと、およびせん断力が生ずること、という欠点を受けることにより得られる。
【０００６】
人体の関節が純粋なヒンジ関節または純粋な滑り関節であることはまれである。通常は、およびとくにひざ関節は両方の関節の組合わせである。回転運動と並進運動を互いに重ね合わせることができる。
それらの運動を組合わせることができるようにするためには、ヒンジ関節を開く必要がある。すなわち、滑り表面同士の適合性を減ずる必要がある。図３のものは接触面が減少させられる。しかし、そうすると表面圧力が大幅に増大し、したがって関節の摩耗が大幅に増大する。滑り面における関節のヘッドの並進運動を反復することによりその摩耗が更に増大する。ほとんど点接触、および、最良でも多少線接触であるために、および表面圧力が非常に高くなるために、それぞれの関節部分に加えられるもみ作用によって、下側の関節部分すなわち関節部品の材質が疲労させられることになる。要素が適合しない位置は、境界面におけるせん断力の発生を必ずしも阻止するものではない。境界面で滑り面がもち上げられると、純粋なヒンジ関節または純粋な球関節で生ずる力に類似する力が生ずる結果になる。この結果として、境界面におけるせん断力が増大して摩耗が増加する。これはこの種の全ての人工器官に望ましくない作用を及ぼす。
【０００７】
中間要素を用いることにより、滑り関節の部品と球関節の部品が２つの異なる平面上にあるような、滑り関節と球関節の組合わせを用いることが提案されている（図４参照）。球関節の回転運動と滑り関節の並進運動が垂直方向にずらされるから、並進運動は球関節の下側の動きとして利用できる。関節表面の適合性は完全に保持され、摩耗は最小にされる。球関節により供給される力は境界面へは伝えられず、それよりも中間要素により並進運動へ転換される。この種の人工骨は知られており、メニスカル（ｍｅｎｉｓｃａｌ）ひざと呼ばれている。
【０００８】
米国特許第４，３０９，７７８号には「オックスフォードひざ」および「ニュージャージーひざ」とも呼ばれている２種類のひざ関節人工骨が記載されている。「オックスフォードひざ」は２つの大腿部と、２つの中間部分と、２つの頸骨部とを有する。各大腿部は、大腿骨上で保持するための保持部を有する球状部を有する。頸骨部も頸骨上に保持部を有する。頸骨部は頸骨へ取りつけるための保持部を有するばかりでなく、上で中間部が滑ることができる平らなプラトーも有する。
９０度またはそれ以上曲がると、中間部は平らな表面すなわちテーブル状の表面の上に滑ることがで、およびおそらく完全に脱臼することがある。手術後に残りのじん帯の張力が低下し、かつ大腿骨が中間部を持ちあげて外したとすると、同様な危険が生ずることがある。そうするとひざ関節の新たな手術が必要になる。
【０００９】
たとえば、米国特許第４，３０９，７７８号の図１５に示されている「ニュージャージーひざ」は、テーブル表面すなわち滑り表面への接触が失われることを阻止する特殊な構造を有する。大腿部に鳩の尾状の曲げられた溝が２つ設けられる。中間部要素のために係合要素が設けられる。この係合要素は溝の中にはめ込まれて、中間部の要素を案内するように拘束する。ひざが曲げられた時に中間部が制御されずに後方へ滑ることができず、かつ表面すなわちテーブルの上で押すことができず、それよりも骨からのなお残っている中央突出部に係合するように、カーブは中央へ向けられる。鳩の尾形は、じん帯が張力を失うか、または、張力またな強度が低下したとすると、関節の脱臼を阻止する。
【００１０】
中間部は所定の経路上を案内されるように拘束される。これにより、関節の１つの位置においてのみ、大腿部と中間部の間の関節面が適合するようにされる。その１つの位置以外の関節の他の全ての位置では、関節の表面は適合しない。このために係合面へ摩耗が増大する。適合しない条件が起こる理由は、大腿骨内に強く係止されている大腿部が互いに常に同じ距離にあり、かつ共通回転軸線を有するからである。しかし、中間部は、わん曲している経路上を前後に滑る時に横方向に相互に接近し、または互いに離れる。更に、ヒンジ関節の軸線または球関節の軸線が中間部の相互間の位置を連続して変える。滑り面に対して垂直な軸線を中心として回転運動が行われると、同様な状況が逆向きに起こる。この人工骨の表面、とくにヒンジ関節表面または球関節表面、の連続的に変化する不適合度のために摩耗が増大し、ひざ関節内のメニスカル層の効果が減少する。
【００１１】
米国特許第４，３５３，１３６号には大腿部と、頸骨部と、中間部とを有するエンドプロステティックスひざ関節が記載されている。大腿部は大腿骨へ取りつけるための取りつけ部と、２つの顆状突起とを有する。頸骨部は頸骨へ取りつけるために取りつけ部と突出する取りつけリブを有する。取りつけ面とは反対の側が平らな支承面を有し、この支承面には中間部のリブを受ける溝が設けられる。そのリブは頸骨部のわん曲している溝の中に入れられる。２つの凹状滑り軸受けが大腿部の顆状突起のための対向する表面を提供する。この人工骨はヒンジ関節または球関節の滑り面が適合し、摩耗が少ないというのが利点である。
【００１２】
しかし、わん曲した溝とリブの連結により、頸骨部に対する大腿部の並進運動を行えるようにはされない。それにより溝のわん曲の軸線を中心とする回転を行えるようにするだけである。そうすると、これはヒンジ軸線を中心とする追加の回転自由度を有する旧式のヒンジ関節である。したがって、たとえば、筋肉を引いたり、装着者の足を地面の上に置いた時の荷重によって起こる。上から斜めに来る力が関節を通って境界面へ達し、その結果として望ましくないせん断力が発生することになる。メニスカルひざの原理は、摩耗を減少させる関節表面の適合性が、並進可能性が失われることによってのみ得られる、ということによって妥協がはかられる。それにより人工骨部と関節の間の連結が保護される。したがって、本物のひざの運動学はこの関節では完全には得られない。その他に、たとえば鳩の尾相互連結における、関節の脱臼または脱骨を阻止する要素の使用はほとんど不可能であり、とくに、頸骨部が既に移植された後では、後の中間部を挿入することは不可能である。これには、「オックスフォードひざ」に関連して先に述べたような欠点がある。
【００１３】
英国特許第１，５６７，００７号には、大腿部と、頸骨部と、中間部とを有する人工ひざ関節が記載されている。大腿部は、通常のように、取りつけ要素と顆状突起を有する。頸骨部は頸骨へ取りつけるための取りつけ要素と、中間部の一致するリブを受けるまっすぐな、鳩の尾形の溝とをも有する。中間部は溝の中に入れられるまっすぐなリブを有する。更に、中間部は大腿部の顆状突起へ関節状に連結するための浅い滑り軸受けを有する。この構造は滑り面の摩耗減少適合性という利点も有する。リブと溝の間の鳩の尾形の連結により中間部の脱臼、したがって頸骨部からの望まない分離を阻止する。
【００１４】
この構造により溝の長手方向に並進運動できるようにされる。それは、頸骨部の平面に垂直、したがって頸骨の軸線にほぼ垂直な軸線を中心とする回転運動を許さない。しかし、そのような回転運動はひざ関節の全ての動きに実際的に重ね合わされ、その結果として大腿骨と中間部からの顆状突起の滑り面の連続する非適合が行われる。ひざ関節の部分の自然の運動学すなわち相対運動は、したがって適切には再現されない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、人工骨の部品が保護され、使用時に、摩耗が少なく、関節表面の適合性、中間部またはメニスカル部を有するひざの並進運動および回転運動を許すばかりでなく、脱臼に対して中間部を確実に保持するように構成された、損なわれたまたは病気になった関節、とくに複雑な関節、およびとくにひざ関節の置換のための人工骨を得ることである。この関節は、置換する本物の関節のほぼ正常な生理学的運動を行えるようにせねばならない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
要約すれば、この関節は、案内溝または案内トラックと、案内トラック内で動作できる連結部とを含む案内装置により、別の部分、典型的には頸骨部、に関して案内される中間部を有する。案内トラックに関して連結部の運動自由度を許し、しかも案内トラックから連結部が除去されることを阻止するために、連結部との取りつけ係合をこえて拡げられる領域を案内トラックは有する。
【００１７】
本発明の人工関節により、本物の関節、典型的には本物のひざ関節の正常な生理学的運動に大きく対応する運動すなわち関節運動が許される。曲げられると、顆状突起は前面から背面へ動く。しかし、それと同時に、限られた回転運動が起こることがある。伸長はもちろん、曲がりにおいて、本物のひざにおけるように類似の条件が得られる。関節の任意の位置において、中間部はきっちりと案内されず、むしろそれぞれのトラック、典型的には溝、の中を横方向の遊びをもって動くことができる。したがって、中間部における関節表面は相互に整列状態を保つことができる。上から伝えられる力は境界面へは更に伝えられず、それよりも中間部において並進運動へ変換される。関節の動きが本物のひざの正常な物理的運動に大きく対応するから、曲げられた時の中間部の脱臼の危険は効果的になくされる。
【００１８】
中間部は比較的小さい交換可能な要素とすることができる。したがって、ひざの置換手術中に、適当な高さの中間部を取りつけることが可能である。種々の高さのセットを設けることができる。じん帯のたるみを補償し、軸線の不整列を修正するために、寸法の異なるそれらの部分が適当である。中間部と、大腿部および頸骨部は種々の材料で製作できる。たとえば、中間部はプラスチックで製作でき、骨へ実際に連結される人工骨の部分は金属で製作される。
溝の側壁の形を適当にすることにより、トラック部、典型的にはその溝の内部で連結部を導くことができる。この結果としてとくに簡単な構造が得られる。前面位置および背面位置において溝を拡げることができるようにするために、本発明に従って、溝の向きと形を変えることもできる。溝の側壁は、たとえば頸骨プレートの縁部へ向かって延長する領域において、わん曲させられる。溝は中心軸を中心として曲がって延長できる。連結部自体もそれの長手方向に沿う適当な曲率を有することもできる。こうすることにより、曲がった時および伸ばされた時に回転できるようにされる。その回転は本物の関節における動きに類似する。溝の側壁の間の間隔は溝のほぼ中心で最小である。連結部の幅はその最小間隔にほぼ一致する。
【００１９】
本発明のとくに有利な実施例によれば、溝の内側壁はわん曲させられ、とくに中央領域における溝外側壁はほぼまっすぐな部分を有する。しかし、連結部の外側壁がわん曲させられ、連結部の内側壁は、少なくとも中央領域において、まっすぐな部分を有する。これにより中間要素の案内部と案内トラックの間の横方向遊びの維持を小さくできるから、ひざの横方向安定度は高い。このことは、ひざ関節を人工関節で置換するためにはとくに重要である。上記の形により、頸骨部に対する中間部の前面方向／背面方向における並進運動を提供させられる。
【００２０】
連結部すなわち連結要素の外側壁の曲率半径は、案内トラックの内側壁を中心とする同心円の半径と同じか、それより小さい。その同心円の半径は、案内トラックまたは案内溝の内側壁の曲率半径の約１．３〜２．６倍にできる。この寸法により案内トラックすなわち案内溝の内部および外部が拡げられる結果となる。これにより、中間部に対して、それの前面方向または背面方向の動きに対して希望の運動自由度が与えられる。
わん曲は真円わん曲である必要はない。しかし、円形わん曲を用いると製作の視点からは有利である。円以外の他のわん曲、たとえば長円わん曲、を使用できる。
【００２１】
中間部の可動性は、よろめきを禁止するために、滑り平面または案内平面により制約することが好ましい。したがって、垂直方向に確実に案内するために、連結部の案内トラックすなわち案内溝および一致する表面を、鳩の尾形の相互係合連結、Ｔ形、舌および溝形、多角形または円形横断面とすることができる。それらの形は、何らかの理由で、関節再構成の手術の後で関節のじん帯の保持が低下したとすると、案内トラックから連結部が失われることを阻止する。
【００２２】
回転運動を確保するために、回転支承面は異なるやり方で製作できる。本発明の好適な特徴によれば、２つの顆状突起が設けられる。各顆状突起は中間部の適当な一致する支承面上に取りつけられる。案内トラックすなわち案内溝は、前面方向および背面方向に集束するように、構成される。この結果として、本物の関節、たとえばひざ関節に良く近似する人工骨が得られる。
本発明の特徴によれば、２つの別々の中間部が用いられる。各中間部には連結部が形成され、それ自身の溝の中に入れられる。本発明の別の特徴に従えば、個々の中間部を一緒に連結するブリッジ状連結部が設けられる。その連結は中間部の相互間の相対的な移動を阻止し、および顆状突起との係合における回転関節表面の可能な非適合を阻止する。更に、連結されている２つの中間部がわん曲溝の中に入れられて、溝の前端部または後端部でその溝から出られないから、脱臼に対する信頼度は高くなる。更に、連結により、動きの終点または限界に達した時に、並進運動のある程度のダンピング、すなわちブレーキがかけられる。トラックと連結部との少なくとも一方の曲率半径を適当に選択することにより、連結部の凹状内面が溝の凸状側壁に最初に係合するならば、そのブレーキはとくに徐々にかけられる。
【００２３】
連結要素を交差連結ブリッジとして形成することにより、中間部がプラスチックで製造されるならば、プラスチック材料の低温流動、したがって材料を疲労させ、したがって摩耗を生じさせる別の要因は除外される。
この関節の構造は単一コンパートメントの態様で形成できる。すなわち、第１の人工骨要素の関節部を１つの顆状突起で形成でき、十分な寸法の１つの中間部において一致する受け表面を１つの顆状突起を受けることができるようにする。
【００２４】
本物の関節に類似させるため顆状突起は第１の人工骨部において凸状に形成することが好ましい。
この人工骨はひざ関節置換にとくに適当である。その場合には、第２の部分すなわち、頸骨部に、前面じん帯と背面十字形じん帯の少なくとも一方のための適当なくぼみを形成できる。この人工骨は、それらのじん帯のためのそのようなくぼみすなわち余地を得るために容易に形成できる。こうすることにより、ひざを正しく動かすために十字形じん帯の重要な機能が保持される、という利点を有する。
【００２５】
移動時の自由運動経路長は、案内トラック部分すなわち案内溝部分と連結部の間の幅の差の半分と、溝部分と連結部のそれぞれの凹状側壁の半径とにほぼ依存する。正の相関が存在する。これは、幅と半径の絶対寸法との少なくとも一方の増大する差において自由経路長さが増大することを意味する。
一例として、案内トラックの並進長さを１５mmと仮定する。溝の態様の案内トラック部の外側壁は５０mmに選択される。これはひざ関節にとっては適当である。そうすると幅の差は１．１３mmとなる。２５mmの自由並進運動経路においては、半径がかなり大きい７０mmの時には、幅の差は２．２５mmとなることがある。したがって、両方の場合に、横方向の遊びすなわち自由は許容誤差以内であって、安定なひざ関節に対しては正常である。案内溝内の結合部の、最も狭い点における、横方向の遊びすなわち間隙は０．５〜３mmの範囲であることが好ましい。
【００２６】
本発明の適当な実施例では溝の外側壁の曲率半径は内側壁の曲率半径の約３倍である。このような寸法決定の直接の結果として、案内トラックが前面または背面へ拡張し、そのために連結部したがって中間部が前面方向と背面方向の間で動いている時に、中間部の動きに希望の自由が与えられることになる。連結部の外側壁の曲率半径は溝の外側壁の曲率半径の約半分であることが好ましい。曲がりは長円形その他の形にできる。しかし、製造が最も容易であるという点で、円形の曲がりが好ましい。
【００２７】
【実施例】
図１〜図４に、たとえば頸骨１へ固定されている頸骨部１７へ大腿骨または大腿部１１により力Ｆ１が加えられた時の力の関係、および力の伝達条件を非常に概略的に示す。図４は中間要素すなわちメニスカル部１７も示す。実際の関節においては、大腿部１１は大腿骨（図示せず）へ固定される。
【００２８】
次に図５〜図１３を参照する。
図６に最も良く示されているように、人工骨は第１の人工骨部１１を有する。この部分は１１ａで概略的に示されている適当な取りつけ要素により大腿骨へ取りつけられる。したがってその部分を大腿部と呼ぶことができる。この人工骨は第２の部分１７も含む。第２の部分を頸骨へ取りつけるために、第２の部分は取りつけ要素２７を有する。したがって、第２の部分１７は頸骨部と呼ぶこともできる。また、この人工骨は２要素中間部１３を有する。この中間部１３においては、その要素はそれぞれ１３ａ，１３ｂとして示される。
【００２９】
大腿部１１には、取りつけ部１１ａの他に、回転関節部１９も形成される。この回転関節部は、図６に示すように、２つの顆状突起１９により形成される。各中間部要素１３ａ，１３ｂは一致する支承面２１を有する。それらの支承面２１の曲率半径は顆状突起１９の曲率に適合するようなものである。
第２の人工骨部１７はプレート２３を有する。このプレートから取りつけ部２７が突き出る。それらの取りつけ部２７は円錐形、ひれ、ポストその他の適当な構造にできる。プレート２３の上面に滑り面２４が設けられる。図５と図６からわかるように、プレート２３はほぼ長円形であって、頸骨の自然の端部の輪郭にほぼ一致し、背面十字形じん帯を受けるための背面くぼみ２９が形成される。本発明の有利な特徴によれば、くぼみ２９は、たとえば図１８に示すように、前面十字形じん帯を受けることもできるように、非常に深くできる。
【００３０】
第２の人工骨１７は２つの案内トラック３５を含む。この案内トラック３５は溝の形をしており、その溝の形は鳩の尾形、Ｔ形、舌および溝側壁、その他の任意の適当な横断面形状にできる。
【００３１】
本発明の特徴によれば、図５に示されているように、各溝３５は前面端部と背面端部へ向かって横方向に拡張させられる。溝３５の側壁３６はわん曲させられる。側壁３６は前面領域と背面領域に曲がり３６'と３６'' をそれぞれ有する。中央部においてはそれらの曲がりはほぼまっすぐな領域３６''' を有する。内側壁３８と外側壁３６の間の最短距離は案内溝の中央領域にある。
【００３２】
中間部１３の形は図５，図６，図１３において最も良くわかる。顆状突起１９のための顆状突起支承面２１が中間部要素１３ａ，１３ｂの上側部分１３ａ' ，１３ｂ' に形成される。中間部要素１３ａ，１３ｂの下側部分は案内延長部すなわちリブ１５を有する。案内延長部すなわちリブすなわち案内部１５は延長させられ（図５参照）、わずかにわん曲させられる。案内部１５の内側壁４２は前面わん曲領域４２' と背面わん曲領域４２''と、延長させられた案内部１５のほぼ中間部におけるほぼまっすぐな領域４２''' とを有する。
【００３３】
案内要素１５の外側壁４０の半径Ｒ３（図５，図１３参照）は理論円３７の半径Ｒ４とほぼ同じであるか、それより小さい。円３７は、案内溝部３５の内側壁３８（図６）を定める円３８' と同心である。円３７は溝３５の外側壁３６のまっすぐな部分３６''' に接する。それは内側壁３８の曲率半径Ｒ１の約１．３〜２．６倍である。案内部１５の外壁４０の半径Ｒ３（図５，図１３参照）は、たとえば外側壁４０が長円形の一部であるならば、半径Ｒ４よりも多少小さくできる。案内溝３５の外側壁３６の曲率半径Ｒ２は案内要素１５に外側壁４０の半径Ｒ３にほぼ等しいか、わずかに長い。しかし、曲率半径３６' ，３６''を大きくすること、すなわち、曲率が多少より平坦にすること、も可能である。
【００３４】
図１３は内側壁４２の端部領域４２'，４２'' の半径Ｒ５も示す。その半径Ｒ５は内側壁３８（図１２）の半径Ｒ１とほぼ同じか、それより多少大きい。
中間部１３と頸骨部１７の間の連結手段を一緒に形成する連結部１５の側壁の形と、案内溝３５の側壁の形とは横方向の遊びが小さくなるようにする。いいかえると、中間部要素１３ａ，１３ｂを軸線４４（図５）の方向へ、非常に限られた範囲だけ移動させることができる。したがって、関節は限られたねじれ運動を阻止することなしに、高い横方向安定度を有する。
図５，図６は基本的な構造、および連結部１５と案内溝３５を垂直横断面で示す。それらはほぼ長方形として示されている。図１５と図１７に最も良く示されているように、連結部の横断面を異なる形にでき、たとえば舌および溝形、またはＴ形（図１５）、あるいは鳩の尾形（図１７）にできる。図１５と図１７に示されている特定の形は、プレート２３の平らな表面２７の上、したがって表面２４の平面内で滑るための中間部要素１３の動きを制限する。
【００３５】
図５と図６を比較すると、案内部１５と案内トラック３５により形成された連結手段の軸線ＸＳを中心とする実効的に鏡対称的な構成により、軸線３９を中心とする回転、および前面から背面への並進運動、背面から前面への並進運動を、顆状突起１９と、中間部要素１３ａ，１３ｂの支承面２１との間の係合の適合性を保持しながら許すことがわかる。人工関節を人の体の中に移植した後では、並進運動および回転運動はひざ関節のじん帯により導かれる。曲げられ、および伸ばされた時のひざ関節の動きは本物のひざ関節の生理学的動きにほぼ一致する。
【００３６】
図示の構造における案内トラック３５および連結部１５によって、支承面２１上の顆状突起１９の適合性を妨害することなしに、軸線３９を中心とする回転が許される。
第１の人工骨部１１と第２の人工骨部１７を、人工関節において通常のように、合金で製作することが好ましい。中間部要素１３は人工関節において一般的である組成のプラスチック材料で製作することが好ましい。
図５および図６に示されている実施例は二対の顆状突起１９，２１を示す。１つの顆状突起−支承部組合わせだけを用いることも可能である。他のやり方で連結される関節、たとえばヒンジ点で連結されるヒンジ関節も、中間部１３および中間部要素１３ａ，１３ｂと連結部１５の適当な変更に組合わせて使用できる。
【００３７】
図７，図８，図１１に示す実施例
基本的な構造は図５と図６に示されているものに類似する。それらの図に示されている要素に加えて、中間部要素１３ａと１３ｂを一緒に強く結合する結合部４９も設けられる。中間部要素１３ａと１３ｂの間の結合部４９はそれらの要素の間の相対的な動き、したがって顆状突起１９と支承面２１の間の起こり得る非適合性を阻止する。上記のように、結合部４９は脱臼に対する信頼度も高くする。結合部４９は多少眼鏡形の構造をしている。結合部４９は金属または繊維で補強したプラスチックで製作することが好ましい。中間部要素１３ａ，１３ｂを囲む結合部４９の開口部５１は中間部要素１３ａ，１３ｂの輪郭に一致させられる。したがって、中間部要素１３ａ，１３ｂをそれぞれの案内トラックの中に入れた後では、結合部４９は中間部要素の上で単に滑ることができるだけである。
【００３８】
図９，図１０の実施例
図９と図１０は中間部要素１３ａと１３ｂを結合する別のやり方を示す。Ｕ形連結ブラケットすなわちクリップ４９Ｂが、中間部要素１３ａ，１３ｂに形成されている適当な穴５３の中に挿入される。それらの穴５３は全体としてＵ形のクリップ４９Ｂの脚５５を受ける。クリップ４９は、中間部要素１３ａ，１３ｂを所定位置に置いた後で挿入できる。クリップ４９は金属で製作できる。
【００３９】
図６，図８，図１０の実施例では、第１の人工骨部１１の顆状突起１９は凸状であり、中間部１３の支承面２１は凹状である。これは本物の関節に一致する。第１の人工骨部の顆状突起１９および中間部の凹状支承面ではなくて、関節の形により示唆される場合には、中間部に顆状突起を形成し、第１の人工骨部１１にそれぞれの凹状支承面を形成することも可能である（図２４参照）。
【００４０】
図１４，図１５，図１６の実施例
一般に、人工骨は図５に示されている人工骨の半分の部分に対応する。これは、大腿部から１つの顆状突起を受けて、頸骨部に１つの支承面を形成する単一コンパートメント人工骨である。また、図１５，図１７は案内面も示す。参照番号は前記参照番号と同じである。
【００４１】
図１８，図１９，図２０の実施例
案内トラック部の位置と、連結手段の連結部の位置とを、中間部１３および頸骨部１７に関して逆にできる。したがって、案内トラック１２３５ａ，１２３５ｂをそれぞれの中間部要素１２１３ａ，１２１３ｂと、頸骨部すなわち第２の部分１７のプレート１２２３からの突出部として形成された連結部１２１５ａ，１２１５ｂに形成できる。他の全ての面においては、とくに種々のラジアル構造に関して、それらの実施例は図５と図６に関して述べた実施例に類似する。もちろん、連結構成１２１５ａ，１２３５ａ，１２１５ｂ，１２３５ｂのための、鳩の尾、舌および溝連結等のようなインターロック連結を、図１５と図１７に詳しく示されているように、用いることもできる。
【００４２】
図２１，図２２の実施例
人工骨頭の全体的な構成は図５と図６を参照して説明したものに類似し、同じ要素には、それらが初めて現れた図面の番号を付加した同様な参照番号で表す。図２１，図２２は、図１５を参照して述べたように、中間部要素１４１３ａ，１４１３ｂの相互係合連結も示す。
本発明の別の特徴によれば、案内トラック１４３５の外側壁１４３６の曲率半径Ｒ２−１４は、案内トラック３５の内側壁１４３８の曲率半径Ｒ１の約３倍大きい。
本発明の別の特徴では、中間部要素１４１３ａ，１４１３ｂの案内部１４１５の外側壁１４４０の曲率半径Ｒ３−１４は、案内部１４１５の内側壁１４４２の曲率半径Ｒ５−１４より小さい。したがって、案内部１４１５の最大幅Ｗ_O はほぼそれの中間である。
【００４３】
図２１は連結部１４１５と案内トラック部１４３５の間の全体の間隙が小さいことも示す。内側の間隙ｄ_iと外側の間隙ｄ_oは、案内トラック部１４３５の最も狭い領域において、すなわち、案内トラックと連結部１４１５が互いに最も近い場所において、約０．５〜３mmであることが好ましい。
案内部１４１５の外側壁１４４０の曲率半径Ｒ３−１４は、案内トラック１４３５の内側壁１４３８の曲率半径Ｒ１−１４に、内部間隙ｄ_i と最大幅Ｗ_O を加えたものとして計算し、案内部１４１５の内側壁１４４２の曲率半径Ｒ５−１４は、案内トラック１４３５の外側壁１４３６の曲率半径Ｒ２−１４から外部間隙ｄ_o と最大幅Ｗ_O を引いたものとして計算することが好ましい。
図２１は、前面じん帯と背面十字形じん帯を受けられるようにする深いくぼみも示す。この構造は対称軸ＸＳを中心とする鏡対称である。
【００４４】
図２３と図２４は図１４と図１７に示されている構造に類似する構造を示す。しかし、その構造においては、中間要素１６１３には顆状突起１６１９が形成され、第１の人工骨部１６１１にはくぼんだコップ形支承面１６２１が形成される。
図２５と図２６は、案内トラック１８３５の外面１８３６の曲率半径が曲率半径Ｒ２−１４（図２１）に類似して小さい実施例を示す。この実施例は図９，図１０の実施例に類似する。
図２８はトラック１４３５のそれぞの半径の関係を示す略図である。この図は、図示を容易にするために中間部要素を除去して示す。
【００４５】
図２７は、たとえば図１５または図１７に示されているような種類の、重なり合った底面を有する中間部要素の底面図である。
図２９は、図２１と図２２に示す２コンパートメント人工骨に類似する、単一コンパートメント人工骨の上面図を示し、図３０は図２９の線XXIII−XXIIIに沿う横断面図を示す。第２の部分２２１７の滑り面の上に１つの中間部要素２２１３が設けられる。曲率半径は図５と図６、または図２１と図２８をそれぞれ参照して述べた曲率半径と同様にできる。図３１は中間部２４１３の連結部および案内トラックと、第２の部分２４１７との鳩の尾形相互係合の別の表示を示す。
【００４６】
図３２と図３６は図１８，図１９に類似する構造を示す。しかし、図３２，図３６における実施例の曲率は図２１，図２８における曲率に類似する。中間部要素２６１３は、プレート２６２３からの重なり合うＴ連結突起により連結部２６１５とインターロックされる。したがって、中間部に関する案内トラックの位置は、図２１，図２２に関する案内トラックの位置とは逆にされる。他の全ての面では、関節は類似し、前記要素とは異なる要素だけをとくに示し、説明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】滑り関節において並進運動を行わせる、力の関係を示す非常に簡単な略図である。
【図２】球関節において生ずるせん断力を示す非常に簡単な略図である。
【図３】「開かれている」球関節において生ずる力を示す非常に簡単な略図である。
【図４】複合滑り−球関節における力の関係を示す。
【図５】図示を容易にするために中間部の輪郭を１点鎖線で示した、図６に示す人工ひざ関節の図６で線V−Vに沿う部分断面上面図である。
【図６】図５の線VI−VIに沿う断面図である。
【図７】別の実施例の上面図である。
【図８】図５Ａの実施例の断面図である。
【図９】２つの中間部要素のブリッジ連結を示す別の実施例の上面図である。
【図１０】図９の線VIB−VIBに沿う断面図である。
【図１１】図８の関節に類似する関節の分解斜視図を示す。
【図１２】図６，図８または図１０の第２の人工骨部の、中間部を省いて示す、概略上面図である。
【図１３】中間部の底面図である。
【図１４】ひざ人工関節の別の実施例の上面図である。
【図１５】図１４の線X−Xに沿う断面図である。
【図１６】図１５の関節の分解斜視図を示す。
【図１７】図１５に示されているのとは異なる、案内トラックの構造の別の形を示す。
【図１８】連結部が頸骨部すなわち第２の人工骨部の上に形成されている、図５のひざ人工関節に類似のひざ人工関節を示す。
【図１９】図１８の線XIII−XIIIに沿う横断面図である。
【図２０】図１９の関節の分解斜視図である。
【図２１】ひざのそれぞれの部品に対する曲率半径の異なる構成を示す図５に類似の図である。
【図２２】図２１の線XV−XVに沿う横断面図である。
【図２３】別の実施例の大腿部を除いて示す上面図である。
【図２４】図２３の線XVII−XVIIに沿う横断面図である。
【図２５】更に別の実施例の大腿部を除いて示す上面図である。
【図２６】図２５の線XIX−XIXに沿う横断面図である。
【図２７】単一顆状突起大腿部の中間部の底面図である。
【図２８】中間部を除いて示す第２の人工骨部の上面図である。
【図２９】ひざ人工関節の別の実施例を示す。
【図３０】図２９の線XXIII−XXIIIに沿う断面図である。
【図３１】図３０に示す案内トラックの別の実施例を示す。
【図３２】連結部が第２の人工骨部の上に形成された、図２５に示すものに類似の人工骨部を示す。
【図３３】図３２の線XXVI−XXVIに沿う横断面図である。
【符号の説明】
１１第１の人工骨部
１１ａ骨取りつけ部
１３，１３ａ，１３ｂ中間部（要素）
１３ａ' ，１３ｂ' ，１６１９第２の関節部
１５，３５連結手段
１７第２の人工骨部
１９，１６２１第１の関節部
２３，２４滑り面

Claims

本物の関節の置換のための人工関節であって、
骨取りつけ部（１１ａ）と、第１の関節部（１９，１６２１）とを含む第１の人工骨部（１１）と；
骨取りつけ手段（２７）と、平らな滑り面（２３，２４）とを含む第２の人工骨部（１７）と；
前記第１の関節部を受けるために前記第１の関節部（１９，１６２１）と適合し、前記第１の関節部に対して相対的に関節状運動を行えるようにする関節面（２１）を有する第２の関節部（１３ａ' ，１３ｂ' ，１６１９）を含む中間部（１３，１３ａ，１３ｂ）と；
突出部状の連結部（１５）と、この連結部を受ける溝状で、前記中間部（１３）に前記第２の人工骨部（１７）を一緒に連結する案内トラック部（３５）とを有し、前記第１および第２の人工骨部間の相対的な動きを行えるようにする連結手段（１５，３５）と
を備え、
溝状の前記案内トラック部（３５）は、全体として前面−背面の方向に延びるわん曲した側壁（３６，３８）を有し、それらのわん曲した側壁（３６，３８）は、前面−背面の方向での中央領域で相互間に最も狭い距離を呈して前面および背面の方向では相互間の距離が広がっており、
突出部状の前記連結部（１５）は、わん曲した細長い形状で、その前面−背面の方向での中央領域において、前記案内トラック部（３５）の前記最も狭い距離よりもわずかに狭い幅を有しており、
それによって、前記連結手段（１５，３５）は、前記中間部が前面−背面の方向で並進方向へ動けるように、且つ、前記中間部の限られたねじれ運動も行えるように構成されている
ことを特徴とする人工関節。
本物の関節が膝関節であることを特徴とする、請求項１に記載の人工関節。