JPH06504457A - 特に股関節用の体内人工関節 - Google Patents

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】 特に股関節用の体内人工関節 本発明は、特に股関節用の体内人工関節、それも骨に固定可能の固定部材を有し 、この固定部材が関節部材と結合される形式のものに関する。人工関節は関節保 存手術により満足な治療成績がもはや得られない場合に用いられる。股関節の場 合は、特に進行した変形性股関節症、腰骨頭壊死、大腿骨頚の内側骨折のいずれ かの場合が、それに該当する。

公知の人工関節の欠点は、当初は骨と固定結合可能ではあるが、暫（すると弛ん でしまう点である。なぜなら、生きている骨は絶えず変化にさらされており、そ の変化は部位によって極めて様々だからである。このような変化の進行により人 工関節縁部区域の骨の各部分が弱化すると、その個所の骨が崩れてくぼみ、人工 関節がその個所に喰い込むことになる。このような移動がミクロの範囲で生じて も、当初の安定性はもはや保証されなくなる。そうした不安定な状態では、力の 流れが絶えず変化し、骨への荷重配分が変動することになる。したがって、骨は 、方向性のある成長の前提が欠けるため、再生反応が生じ得なくなる。骨は、む しろ、過大な負荷（ストレス反応）の個所では、少なすぎる負荷（ストレス保護 ）の個所と同じように壊変し分離する反応を示す。このため、結合が弛み、この 過程が進行する。

こうした骨内の変化は、人工関節の包埋が終った後の年々にも生じることを計算 に入れねばならない。骨は、生きた器官として生活状態、栄養状態、その他の事 情の変化に反応するからである。従来型式の人工関節はこの事情を考慮に入れて いない。

このような弛み現象は、整形外科分野での大問題の一つであり、人工関節の交換 が必要となることが多い。この交換に要する再手術は、しかし、最初の手術と比 較にならぬほど問題が多い。最初の手術で除去した骨組織が欠けているだけでな く、弛（なった移植器官ないし発生した摩損により、大ていの場合、付加的に重 篤な損傷が生じており、このために新たに移植器官を固定するのが極めて難しく なるか、又は不可能にすらなるからである。

股関節用人工関節の場合には、その時々に大腿骨頭や大腿骨頚が除去され、大腿 骨頭の人工骨頭に代えられるだけである。

公知の人工大腿骨頭の場合、固定部材は、通例、たとえばチタンなど金属製の槍 状部から成り、この槍状部が大腿骨髄腔内に固定される。この槍状部には、自由 端部にヘッド部を保持する横方向に突出したビンが備えられている。この槍状部 を移植するには、大腿骨頭及び大腿骨頚を除去し、更に、近位大腿区域の海綿質 の骨部分を除去する必要がある。除去後に槍状部を大腿骨髄腔内にポリメチルメ タクリレートを用いて塗り固めるか、又はセメントを用いないで打ち込むかする 。後の場合には、第一に骨と移植器官との接触を最適化する必要がある。移植器 官は、場合によっては、新たな骨組織の二次的な成長により固定されることが可 能である。

ＤＥ−Ａ　２８　４５　２３１により公知の人工関節の場合、関節部材に軸が備 えられ、この軸が引張りボルトにより骨と固定されるようにされている。

ＤＥ−Ａ　２８　４５　３３４により公知の複雑な構成の股関節用人工関節の場 合、骨の縦方向に延びる髄腔用軸部と大腿骨頚の方向に延び、関節骨頭を支持す る大腿骨頚部とから成っている。髄腔軸部は、この場合、大腿骨頚と固定結合し ておく。

更に、ＤＥ−Ａ　３０　１７　９５３により開示されている大腿骨頭用の人工器 官の場合は、頭部がねじボルトを介して固定部材と固定的かつ移動不能に結合さ れている。この固定部材は、骨内にそう人されるスリーブと、骨の外側に付加ね じ止めされる転子板とから成っている。ねじボルトは、この場合、引張り棒の働 きをし、人工器官を骨のところに予圧をもって保持している。

更にまた、ＤＥ−Ａ　３４　２０　０３５に記載された人工関節の場合には、関 節骨頭が延長部を介して骨に不動に固定される。

以上の公知人工関節すべてに共通な点は、骨との結合が固定的に剛性的に行なわ れる点である。この結合の場合、骨内の、その後の変化過程が考慮されていない 。

人工寛骨臼の内移植時には、骨盤区域内の正常な骨の一部をも除去しなければ、 セメントを用いても用いなくとも、人工寛骨臼を固定することはできない。公知 の体内人工関節を用いた場合のこうした公知の手術には、いくつかの欠点がある 。たとえば、犠牲にされる比較的多量の正常な骨のなかには、巧みに直交切線を 描くように配置されることにより最適な力の導入を可能にしている、近位大腿骨 区域の骨部分が含まれている。

大腿骨幹の区域では、発生する力の流れ方向が変換される。自然な状態では、こ の区域には、とりわけ紙曲げ荷重が支配し、これらの荷重が上方から下方へ調和 的に分配されるが、人工関節の内移植後は、主として内から外へ流れる力が生じ る。この力は、せん断力と組合され、かつ人工関節に密着する骨部分内の僅かな 荷重から槍状部下方先端区域の極端な荷重へと比較的急激に移行する荷重と組合 される。固有の骨は、条件の変化に反応し、再形成されねばならない。この再形 成は大腿骨、寛骨臼いずれの場合にも当てはまる。

再形成とは、常に同時に骨の減少と増殖を意味している。減少が増殖より量的に 多い場合には、人工関節は個々の骨部分内で支持を失い、弛みは始める。

公知の股関節用人工関節を用いた場合、解剖学的に異なる個々の患者の状態にも 十分には適用できない。

たとえば、大腿骨幹と大腿骨頚との角度（“ＣＣＤ角”）は、個人個人で異なっ ている（生理学的には１１５〜１４５度）。更に、大腿骨頚は、体の矢状平面内 には延びていず、種々の角度で矢状面へ向かって前方へ向けられている（“ＡＴ 角”。生理学的には約１０〜４０度）。この２つの６度は互いに法則的に関連し ている。公知の人工関節は、このことに考慮を払っておらず、あらゆる座骨部に 対して１つの標準寸法のものがあるだけである。このために、はとんど常に関節 の位置が機能的にずれてしまい、付加的に大腿骨幹内への力の導入が変動する。

骨も軟部も、そのような位置にあって変動する状態に適合せねばならない。その 結果、痛み、動きの制限、早期の弛みが生じる。個々人に合わせて造られた人工 関節も、大ていは不精確で、すぐには利用できない上、価格の点でも十倍はかか る。更に、こうした解剖学的な特徴を手術前に調べるには、患者に大きな放射線 負荷を与えるコンピュータ断層撮影が必要である。この関節の位置の機能的なず れによっても、既述の欠点を有する内移植された人工関節には弛みが生じる危険 がある。

人工関節表面に細菌が巣喰うことも稀ではな（、その場合には内移植後にきわめ て恐ろしく合併病を発症させる。そうした合併病が発症すれば、人工関節を完全 に除去せねばならない。しかし、不動に固定された人工関節ないし骨内のセメン トを除去するのは、きわめて困難であり、周囲の骨組織を著しく損傷することが しばしばある。このため新しい人工関節の移植が、全く不可能となるか、または 何年もかけて完全に治ゆしてから初めて可能になる。細菌感染が公知の人工骨頭 区域に生じた場合、大腿骨髄腔内に固定されているため、感染症は膝関節区域に まで及ぶことを予想せねばない。

大腿骨幹区域に人工骨頭を固定することは、生理学的に不適であるばかりか、技 術的にも必しも簡単ではない。骨の側の精密な準備処理には、多（の場合、範囲 の付加的な器具類が不可欠である。更に、骨髄腔を切開すれば、常に長（持続す るひどい出血をともなう。このため、何度も輸血が必要となる。

本発明の課題は、既述の欠点を除去し、特に内移植後に骨の変化に制御可能に適 応できる体内人工関節を提供することにある。この課題を解決するため、本発明 は、冒頭に挙げた種類の体内人工関節を前提として次のようにすることを提案す る。すなわち、固定部材又は関節部材が管状の案内を有し、これら双方の部材の うちそれぞれ他方の部分がロッド状の滑り部材を有するようにし、この滑り部材 が、管状の案内内に生理的な力の流れ方向に移動可能に配置されるようにするの である。こうすることによって、本発明による体内人工関節の構成により、固定 部材に対して関節部材を移動可能に案内でき、しかも、この移動を、精確に予め 定められた軸方向に、言いかえると生理的な力の方向に、体内人工関節が機能す る全期間にわたつて可能にすることができる。これにより実質的に２つの効果が 達成される。すなわち、一方では、関節部材が移動可能に案内されることにより 、局所的な骨の減少が生じた場合、軸方向に追従することが可能なため、人工関 節の安定性を、内移植後、事実上無制限の期間にわたつて維持する効果を得るこ とができる。公知の人工関節の場合には、人工関節の移植完了後、生きている骨 の再形成過程の結果、人工関節が弛むか、ないしは、もはや最適位置を占められ なくなる。また、他方では、本発明の人工関節は自動的に最適調整され、それに より人工関節と骨との間に荷重が最適分配される。

固定部材は、本発明による構成の場合、力の流れの引受けに関しては２次的な役 割を有するにすぎない。この力の流れは、むしろ、既成の骨構造による自然の関 節の場合のように行なわれる。

頚部に取付けられた頭部と、頚部を介して結合されている、大腿骨に取付可能の 固定部材を有する本発明の人工骨頭は、次の点を特徴とする。すなわち、頚部が ロッド状の滑り部材と結合され、この滑り部材が、固定部材と結合された管状の 案内内に、実質的に大腿骨頚軸線の方向に移動可能に配置されており、かつまた 大腿骨頚に隣接する延長部を備えている点である。

こうすることにより、生理的な力の流れが可能になる結果、大腿骨内に人工関節 を内移植した後も力に分配に関して自然の状態が維持され、個々の骨部分が生理 的に不当な荷重を受けることもなければ、そうした荷重に対し変形過程をもって 反応することもない。

同時に、延長部を介して大腿骨に人工関節が確実に固定され、正常な骨部分を多 量に除去する必要もない本発明の有利な一実施例によれば、大腿骨頚に密着する 延長部は円錐台形に構成されている。この場合、円錐台の先端は横方向に遠位方 向へ向けられ、円錐台の軸線はロッド状滑り部材の軸線と合致している。円錐の 頂角は、この場合、１３５°〜１４０°が好ましい。こうすることにより、延長 部と骨のあらゆる関与部分との接触面が、既成小柱構造に対して実質的に直角と なる。更に、これにより、人工関節の内移植にＣＣＤ角及びＡＴ角との、解剖学 的に決まりだ状態が維持される。力の伝達は、したがって、きわめて生理学的に 、自然的に既成構造を介して行なわれる。

本発明の別の特徴によれば、頚部が、円錐台形に構成された延長部の中央に配置 された円錐体を有している。この円錐体は、軸線が大腿骨頚軸線と実質的に合致 し、頭部の円錐形の穴内にはめ込まれている。このように構成することにより、 従来型式の公知人工関節の頭部を本発明の体内人工関節に組合せて用いることが 可能になる。

固定部材は、本発明の好適実施態様によれば、大腿骨のところに横方向に付加的 ねじ付は可能のプレートを有している。このプレートは、動的な座骨用ねじの場 合に自体公知のプレートであり、実質的に大腿骨頚軸線方向に骨頚内を延びる管 状の案内と結合され、この案内内を滑り部材が移動可能に案内されている。この 配置の場合、多量の正常な骨部分を除去する必要がないので、従来型式の公知体 内人工関節の場合のように骨を犠牲にすることが大幅に避けられる。必要になる のは、大腿骨頚軸線方向に穴を設けて、この穴にスリーブを通すことだけである 。プレートを側方に付加ねじ付けすることにより、固定部材が固定される。その 場合、大腿骨の準備処理に長い時間がかかることもなければ、高価な器具を必要 とすることもない。固定部材が大腿骨骨髄腔内に固定されないため、骨髄腔から の長く持続する出血も避けられ、輸血も不必要にはならないまでも、著しく低減 される。細菌感染の場合には、固定部材は簡単に取外することかでき、感染が大 腿全体に及ぶことがない。このため、危険のはるかに少ない別の人工関節を直ち に新たに移植することができる。この構成は、更に次の利点を有している。すな わち、本発明の体内人工関節が万が一故障した場合は、第一次の手術の場合同様 、問題なく公知の人工関節に代えることができる。本発明の人工関節は、必要な 骨の実質に何ら傷害を与えていないからである。

本発明による人工寛骨臼は、骨盤骨の切除部内に固定される公知の寛骨臼を前提 とする。この寛骨臼は、その上方縁部に、固定手段を介して骨盤骨と結合可能な 少なくとも１つのラグを備えている。この本発明による人工寛骨臼の特徴は、単 数又は複数のラグと結合された少なくとも２つの管状案内が備えられ、これらの 案内の軸線が人工寛骨臼入口平面と直角に延び、更に、これら案内が、骨盤骨に 固定可能な、ロッド状滑り部材を形成するか、もしくは滑り部材を有するねじに より貫通され、これらねじが管状案内に対し変位可能にされている点である。こ の実施態様によっても、骨組織の変化時に人工寛骨臼は追従が可能であり、傾い たり回転したりすることがない。したがりて、局部的に骨が減成しても人工関節 の安定性は常に維持され、人工関節と骨との間の力の流れが妨害されたり中断さ れたりすることがない。このため、万が一沈降過程が生じても、人工寛骨臼周囲 のすべての関与部分に一様な荷重配分が行われる。公知人工関節の場合には、こ れとは異なり、傾斜して、力の流れが妨げられる危険がある。更に、本発明のこ の構成によれば、ねじを締付けた後に、人工寛骨臼がその入口平面と直角方向に 変位可能であり、同時に人工寛骨臼の傾斜や回転が防止される。

ねじのねじ山によりねじ軸線方向での変位が阻止されないように、本発明の別の 特徴によれば、ねじには、ねじ山の形成された固定用中心部分と、所属滑りスリ ーブ内を変位可能に案内される滑り部分とが設けられている。

本発明により人工寛骨臼に対する青銅の支承部を準備するさいには、これまでの ように、硬化した骨部分全体を除去したり、円錐形の、又はねじ山を有する穴を 設けるような付加的な損傷を生じさせたりする必要はなく、未だ残っている軟骨 を除去されるまで、合同の半球形の穴を従来のやすりで形成するだけで十分であ る。なぜなら、骨□構造の不均一性は、本発明による人工寛骨臼の自己調節機能 により補償されるからである。したがって、この場合も、自体正常な骨部分の犠 牲は最低限度に抑えられる。

図面には、本発明の一実施例が略示されている。図１は股関節の体内人工関節の 全体図であり、図２は、図１の矢印■方向へ見た場合の人工寛骨臼の図である図 示の人工股関節は人工骨頭１と、人工寛臼２とを有している。

人工骨頭１は頭部３から成り、この頭部３には円錐体４にはめ込まれている。円 錐体４は延長部５と結合され、延長部５は円錐台形の面６を有し、この面６が大 腿骨Ｈ７の、切除された凹所に密着している。円錐台の頂点は、したがって、横 方向で遠位方向に向けられている。円錐台の軸線は、骨頭７の軸線８と実質的に 合致している。

円錐台の頂角αは約１３５６〜１４０°であり、この結果、延長部５の面６は、 既成の小柱構造に対してほぼ直角に位置することになる。

円錐体４と延長部５とは、−緒に頚部を形成している。頚部は円錐台頂点から出 ているロッド状滑り部材９と結合されている。滑り部材９は固定部材１０内を大 腿骨頚輪線８の方向で移動可能に案内されている。

この目的のために固定部材１０はスリーブ１１を有し、このスリーブ１１が、軸 線８の方向に延びる、横方向に遠位方向へ開いている骨頭７の穴にはめ込まれる ている。スリーブ１１はプレート１２と結合され、プレート１２は、大腿骨１３ 内にねじ込まれたねじ１４が貫通する穴を有している。

人工寛骨臼２は、高い生体適合性を有する金属、たとえばチタンで造られた半球 形部材１５から成っている。半球形部材１５は、滑り能力のある材料、たとえば ポリエチレン製のインレー１７を安定的にはめ込むための、通常の止め具１６を 有している。図２から分かるように、半球形部材１５は、上方縁部のところで２ つのラグ１８と結合されている。これらのラグのそれぞれは滑りスリーブ１９を 有している。この場合、滑りスリーブの軸線は、半球形部材入口平面２ｏに対し 直角に延びている。しかし、各ラグ１８が、ねじ２１の貫通する２個以上の滑り スリーブ１９を有するようにしてもよ（、また、１つだけのラグに少なくとも２ つの滑りスリーブ１９を備えるようにしてもよい。

半球形部材１５を内移植したのち、部材１５は滑りスリーブ１９を貫通するねじ ２１により寛骨臼内に固定される。ねじ２１は、ねじ山の設けられた固定部２２ と、滑りスリーブ１９内を移動可能に案内される滑り部２３とを有している。

この構成により、半球形部材１５が傾斜や回転を防止されると同時に、ねじ軸線 が平面２ｏに対し直角に位置することにより、局部的な骨の壊変時には軸方向に 追従することにより、安定性が維持される。

図示の体内人工関節の内移植は次のように行なわれる： 関節包を切開し、骨頭を脱臼させたのち、骨頭を軟骨性骨の境界の高さで切除す る。その場合、切除平面は、出来るだけ大腿骨頚軸線８に対し直角に位置するよ うにする。大腿骨頚の中間骨折の場合には、折れた骨を除去したのち、骨頭断端 区域の、著しく突出した皮質先端を滑らかにする。次いで、切除平面から、中心 穿孔ワイヤが、大腿骨頚軸線８の方向へ骨頭７を貫通せしめられ、大腿骨１３の 横から出るようにする。

ワイヤの中心位置は、照準又はＸ線監視装置（イメージセンサ）を介して確保で きる。次いで、穿孔ワイヤの上から多段穿孔器で穴をあけ、錨止部材１０のスリ ーブ１１を受容する、直径のより大きい穴と、滑り部材９を受容する、より直径 の小さい穴とが形成される。穴と大腿骨幹との角度を測定し、この角度に合わせ て錨止部材１０を選び、そう人し、ねじ１４で大腿骨１３に固定する。引続き、 内側から延長部５の受容面６の準備処理が行われる。これは、円錐台形のやすり を用いて行う。このやすりは、形状が延長部５の形状に精確に合致し、その先端 に案内ロッドを有している。この案内ロッドが、既にはめ込まれているスリーブ １１内にそう人される。この準備処理は大腿骨頚断端のすべての皮質縁部が滑ら かになるまで続けられる。

人工寛骨臼の床の準備処理は、従来式の半球形やすりを用いて行う。このやすり の直径は、寛骨臼の最大直径に合致する。出来上った床内へは、同形の試験寛骨 臼をはめ込む。この寛骨臼は、その上方縁部に寛骨臼入口平面上に垂直に立つ少 なくとも２つの、穿孔器を受容する案内ブツシュを有している。試験寛骨臼を傾 けたり回転させたりして、内移植される人工寛骨臼の最適位置を確認したのち、 案内ブツシュ内へねじ２１の穴が開けられる。次いで、試験寛骨臼を除去し、穴 の長さを測定する。一定の穴ぐり深さを有する穿孔器を用いて、人工寛骨臼２の 滑りスリーブ１９を受容するため、穴の周囲を拡大する。次いで、相応の直径を 有する内移植用の人工寛臼２を、滑りスリーブ１９が前記の拡大された穴内へ差 込まれるように、床内へはめ込まれる。人工寛骨臼は固定され、引続き、相応の 長さのねじ２１が滑りスリーブ１９を貫通してねじ締めされる。ねじ２１の滑り 部分２３は、その場合、常に滑りスリーブ１９の内端から突出していなければな らない。

次いで、この間に用意された人工骨頭１が、滑り部材９と一緒に内側から、既に 用意されている骨皮承部内へそう人され、固定される。滑り部材９の末端は、は ぼ、スリーブ１１の側方出口のところで終るようにする。円錐体４に頭部３を取 付けたのち、頭部３は人工寛骨臼２内に整復され、内移植は完了する。

図には人工股関節が示されているが、原則として本発明は他の関節、特に膝関節 にも、同じ効果をもって使用できる。それらすべての種類の人工関節にとって重 要な点は、関節部分が錨止部分に対して軸方向に移動可能に案内される点であり 、これによって局部的な骨の変化が生じても人工関節部材が傾斜したり、回転し たりすることが防止され、しかも力の流れが、自然的に予め与えられている骨の 構造全体にわたって中断されることがない点である。

膝関節区域の場合には、固定部材がそれぞれ１つの滑りスリーブの形状で大腿骨 幹内ないし脛骨幹内に内移植される。骨幹内では、この場合も、有利にはロッド 状の滑り部材が滑動可能に案内されるようにする。

滑り部材は大腿骨ないし脛骨の、任意の設計の関節部材と固定結合される。

肩の区域の場合には、上腕骨への固定部材が、股関節に対する処置同様、上腕骨 の側部に固定される。この場合も、有利にはロッド状の滑り部材が、上腕骨内を 滑動可能に案内されるようにする。関節面をなす人工部材は、有利にはスリーブ 状の固定部材から成っている。固定部材は肩甲骨に固定し、固定部材内を、シェ ル状の関節部材と固定結合されている有利にはロッド状の滑り部材が、滑動可能 に案内されるようにする国際調査報告 −１−−＾−−−Ｎ＆ＰＣＴ／ＡＴ　’Ｈ１００１３９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．骨に固定可能で、関節部材（１５）と結合される固定部材（２１）を有する 股関節の体内人工器官であって、これら２つの部材の一方（１５）が管状の案内 （１９）を、また、他方（２１）がロッド状の滑り部分（２３）を有しており、 この滑り部分（２３）が、管状の案内（１９）内に生理的な力の流れ方向に移動 可能に配置されている形式のものにおいて、固定手段を介して骨盤骨と結合可能 な少なくとも１つのラグ（１８）を上方縁部に有する半球形人工寛骨臼（１５） が、骨盤骨の切除部分内に固定配置されている場合に、単数ないし複数のラグ（ １８）と結合された（人工寛骨臼（１５）と等方向に延びる）管状案内（１９） が備えられており、これら案内の軸線が人工寛骨臼入口平面に対して直角に延び 、かつこれら案内（１９）を、骨盤骨のに固定可能な、ロッド状滑り部分（２３ ）を有するか、ないしは形成する骨用ねじ（２１）が貫通しており、これらねじ （２１）が管状案内（１９）に対し変位可能に配置されていることを特徴とする 、股関節用の体内人工関節。 ２．ねじ（２１）が、ねじ山を有する、中心の固定部分（２２）と、所属滑りス リーブ（１９）内を移動可能に案内される、周辺の滑り部分（２３）とを有する ことを特徴とする、請求項１記載の体内人工関節。 ３．請求項１記載の体内人工関節であって、人工寛骨臼（１５）内に頭部（３） がリンク支承されており、この頭部が、大腿骨（１３）に固定可能な固定部材（ １０）と、頚部（４，５）を介して連結されており、その場合、頚部（４，５） はロッド状滑り部材（９）と結合されており、滑り部材（９）が、固定部材（１ ０）と結合されている管状案内（１１）内を、実質的に大腿骨頚軸線（８）の方 向に移動可能に配置され、かつまた大腿骨頚（７）に密接する延長部（５）を備 えている形のものにおいて、大腿骨頚（７）に密接する延長部（５）の面（６） が円錐台形に構成されており、そのさいこの円錐台の頂点が横方向に遠位方向に 向けられており、かつまた円錐台の軸線がロッド状滑り部材（９）の軸線と合致 していることを特徴とする、請求項１記載の体内人工関節。 ４．前記円錐台の頂角（α）が１３５°〜１４０°であることを特徴とする、請 求項３記載の体内人工関節。 ５．頚部（４，５）が、円錐台形に構成された延長部（５）の中央に配置された 円錐体（４）を有し、この円錐体（４）の軸線が、実質的に、大腿骨頚軸線と合 致し、かつまたこの円錐体（４）が頭部（３）の円錐形穴内にはめ込まれている ことを特徴とする、請求項３又は４記載の体内人工関節。