JP3813982B2 - 体重支持軸を探知する装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、全膝関節形成手術中に膝プロテーゼに必要とされる正しい配置と方位を確立する装置、すなわち体重支持軸を探知する装置に関する。より詳しくは、患者の大腿骨または脛骨の切断ガイドの正しい位置と方位を測定して、大腿骨または脛骨を膝プロテーゼに適合するように切断し、プロテーゼを正しい体内方位に移植することに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般には膝の置換手術と呼ばれている、膝を修復する関節形成手術では、大腿骨の遠位面を切断し、金属製キャップと取り替えて、大腿骨の支持面を模造する。脛骨では近位面を同様に改変して、金属で裏打ちしたプラスチック製支持面を造る。この新しい「人工関節」の金属製大腿骨部品は、患者の体重を脛骨に移行させて、関節で患者の体重を支え、膝関節がほとんど正常に運動できるようにしている。いくつかの研究結果では、患者の下肢の体重支持軸に対応して、正確に膝関節の部品を移植する程度いかんで、人工膝関節の寿命の長短が決まると報告されている。正しく機能している膝では、体重支持軸は大腿骨頭の中心から、膝の中心を経て、足首関節の中心を通過する。この体重支持軸の探知は、典型的には患者を直立させて撮影した脚のＸ線映像を解析して行われる。Ｘ線映像を使って大腿骨頭の中心を探知した後、大腿骨上で選んだ指標からの前記中心の位置を計算する。このようにして選ばれた指標は、施術中に大腿骨上で捜し出され、計算によって大腿骨頭の実際の位置が推定される。これら二つの情報を用いて、大腿骨の体重支持軸の正しい配置が定められる。膝プロテーゼの大腿骨部品の完全に正しい位置を定めるためには、大腿骨頭の中心と膝関節との間の正しい距離、および体重支持軸の周りを回る膝関節の回転を確定しなくてはならない。これら二つの情報は、大腿骨の遠位部分の指標から測定する。膝プロテーゼの脛骨部品の正しい配置は、足首関節の中心を見い出して、その位置を脛骨の指標と相関させて測定する。この点と、近位の脛骨プラトーの中心とを用いて、脛骨の体重支持軸を定める。足首関節と膝関節との正しい距離、および体重支持軸の周囲を回る膝関節の回転は、大腿骨の遠位部分と脛骨プラトーの指標を基準にして定められる。
【０００３】
外科医が遠位大腿骨と近位脛骨を切断して、新しい膝関節の大腿骨部品と脛骨部品とを大腿骨と脛骨に結合させるためには、各種の機械的配置装置が使用される。外科医はこれらの機械的配置装置によって、骨上で選んだ指標から正しい位置に切断ガイドを固定しておいて、Ｘ線写真によって測定した体重支持軸から正しい方位で切断を行うことができる。
【０００４】
一般的に言って、よく使用される配置装置には２種類がある。それは、髄内配置システムと髄外配置システムである。髄内配置システムは、配置を確定するために選ぶ指標の一つとして、大腿骨または脛骨の内部、すなわち髄管を使用する。髄外配置システムでは、身体の外表面のみを用いて、配置を確定する。
典型的な髄外配置システムでは、外科医は肉眼で、大腿骨部品の配置用に膝の中心から大腿骨頭の中心にかけて細いロッドを配置し、その後脛骨部品の配置用として足首の中心から脛骨プラトーの中心にかけて同様のロッドを配置する。大腿骨頭と膝の中心は、触診によって見いだしたり、あるいは手術中に撮影したＸ線映像によって確定する。正しく配置されれば、ロッドは体重支持軸と平行し、分枝となる。ロッドは一旦配置されると、大腿骨と脛骨上の切断を行う位置に切断ガイドを切断のために固定する案内として使用される。
【０００５】
典型的な髄内配置システムでは、外科医は大腿骨と脛骨の髄管にロッドを挿入する。正しく挿入されると、ロッドは骨軸上に配置される。脛骨の場合は、体重支持軸は骨軸に非常に接近している。大腿骨の場合は、骨軸が股関節の分枝であるという特性のため、骨軸と体重支持軸とは大きく異なっていて、術前に撮影したＸ線映像によりこの差異を測定しておいて、大腿骨切断治具の配置を矯正するのに使用する。
【０００６】
髄内配置法と髄外配置法のいずれも、多くの欠陥と誤りの種を内蔵している。
髄外配置法は、髄外ロッドの配置を肉眼で正確に測定しなくてはならない。大腿骨頭を触診で探知することは、肥満患者の場合特に難しく、しかも過ちを起こし易い。手術中にＸ線撮影をすると結果が若干良くはなるが、時間が掛かり過ぎるし、患者と手術室職員を放射線に暴露することになる。また、Ｘ線映像にはひずみが起き易く、また、二次元の平面図しか提供しないので裸眼による解釈と推定によって正確に解析しなくてはならない。
【０００７】
髄内配置法による結果は僅かながら優っていると言えなくはないが、これとてもゆがみの可能性があるＸ線映像によって骨軸と体重支持軸との差異を推定して膝関節の配置を決定しなくてはならない。さらに、髄内ロッドの導入には細心の注意を払わなくてはならない。と言うのは髄管内に正しく挿入するためばかりではなく、ロッドの挿入によって患者を死亡に至らせたり、重篤な障害を与えるかも知れない塞栓症を起こしてはならないからである。
【０００８】
したがって、術前あるいは術中にＸ線撮影をしたり、指標が隠れていたり曖昧であることによる推定、計算、探知をしたりする必要がなく、直接に患者の脚の体重支持軸を見いだすことができ、しかも膝関節表面に近づくために必要な外科処置以外に手術を行う必要のない理想的な配置システムが待望されている。この理想的な配置システムは、体重支持軸は大腿骨頭の中心から、膝関節の中心を経て、足首の中心を通過するとの定義を用いて、体重支持軸を探知するシステムである。
【発明の開示】
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、大腿骨頭と足首の回転中心を直接探知することにより、患者の四肢の体重支持軸を探知する装置を提供する。これらの回転中心と、遠位の大腿骨と近位の脛骨上で容易に確認することができる指標とを併用して、簡単に、且つ正確に患者四肢の実際の体重支持軸を確定することができる。
【００１０】
一実施態様において、本発明は、遠位の大腿骨上で選んだ一点に引っ張り部材を接続し；力を印加して大腿骨と脛骨の重量に由来する、股関節の周囲のモーメントを消滅させ；引っ張り部材に張力を印加して、大腿骨の体重支持軸を引っ張って、この体重支持軸を引っ張り部材と一直線になるようにさせ；引っ張り部材に一以上の切断ガイドを接続して、これらのガイドを体重支持軸と一直線になるようにさせる装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１ａは仰向けの姿勢をとる患者の前頭面から見た、引っ張り配置システムの働きを示す概略図である。大腿骨１０は大腿骨頭１２の中心の周囲を回転することを強制されている。接続点１４は、膝関節の中心内で選ばれている。典型的には、接続点１４は、大腿骨に後十字靭帯が付着している位置から約１ｃｍ前方に所在する。引っ張り部材１８は接続点１４と固定点１６の間に張り渡されている。引っ張り部材１８は、折り曲げることができる材料からなり張力のみを印加できる性能をもつ。またはこの代わりに、引っ張り部材１８を接続点１４および１６に接続して、引っ張り部材１８を自由に回転させたままにしておいて、両接続点間にモーメントが存在しないようにしてもよい。配置軸を示すために、張力を引っ張り部材１８に印加する。引っ張り部材１８の軸が大腿骨頭１２の中心を通過するまで、大腿骨１０を大腿骨頭１２の周囲に回転させる。
【００１２】
図１ｂは、仰向けの姿勢をとる患者の矢状面から見た、引っ張り配置システムの働きを示す概略図である。重量支持線２０が接続点１４あるいはその近辺に接続している。重量支持線２０は、ばね型秤りである張力表示装置２４に接続している。張力表示装置２４は、接続点１４の真上に存在するようにされている固定点２４に続いている。配置軸を示すため、大腿骨１０の重量に由来する股関節の周りのモーメントを消失させるのに必要な張力を、張力表示装置２４に記録する。張力を引っ張り部材１８に印加する。そうすると、重量支持線２０は引っ張られ続けて、張力表示装置２４が当初に記録された張力に等しい張力を表示するようになる。このようにして、大腿骨１０の重量に由来する股関節の周りのモーメントが、引っ張り部材１８から除去されて、引っ張り部材１８は大腿骨１０の重量のために屈折しなくなる。屈折しなくなれば、引っ張り部材１８の軸は大腿骨頭１２の中心を通過するようになる。
【００１３】
図２は、切断ガイドを体重支持軸に配置する装置の一例を示している。
【００１４】
連接点４０は球形末端からなる継ぎ手で、ネジ山をもつ柱に接続されている。このネジ山をもつ柱は、大腿骨と後十字靭帯の接続位置から通常約１ｃｍ前方に位置する、膝関節の機械的中心内の選ばれた箇所で、大腿骨末端５４に差し込まれている。配置ロッド３８が、連接点４０の周囲を自由に回転できるように、連接点４０に接続されている。配置ロッド３８の遠位端は、引っ張りケーブル３６に接続されている。引っ張りケーブル３６は引っ張りリール３４に接続されていて、クランク４８で引っ張りケーブル３６を引っ張りリール３４に巻き上げて、引っ張りケーブル３６の張力を増加することができる。引っ張りリール３４には、歯止めメカニズムがあって、張力の印加時に、引っ張りリールから引っ張りケーブル３６が巻ほぐれるのを停止させることができる。さらにまた、所望の場合には、歯止めレリース４６によって、歯止めを解いて引っ張りケーブル３６を巻ほぐすこともできる。
【００１５】
連接点４０にはさらに、張力指示器４４が接続している。最良の実施態様においては、この指示器４４はばね秤りで、針と目盛りによってポンドとキログラム単位で張力を測定する。張力指示器４４の遠位端には、支持ケーブル４２が接続している。支持ケーブル４２は引っ張りリール３２に接続していて、クランク５０によって支持ケーブル３６を引っ張りリール３２に巻き上げて、支持ケーブル４２の張力を増加させることができる。引っ張りリール３２には、歯止めメカニズムがあって、張力の印加時には、引っ張りリールから引っ張りケーブル４２が巻ほぐれるを止めることができる。さらにまた、所望の場合には、歯止めレリース５２によって、歯止めを解いて支持ケーブル４２を巻ほぐすこともできる。
【００１６】
配置システムは支持アーム３０に接続されていて、一般的には大腿骨５４の上に懸垂している。一般的に言えば、大腿骨５４の上に存在している固体支持体であって、大腿骨５４と配置システムの重量を支える性能をもつものであれば、どのようなものでもよい。最良の実施態様においては、支持アームは、「Endex Endoscopy Positioning System（Andronic Devices Ltd.,Richmond,B.C.,Canada）」である。
【００１７】
使用に当たっては、先ず、体重支持軸が膝関節を通過している点で、連接点４０を遠位の大腿骨に挿入する。支持アーム３０を、大腿骨５４の上に移動させると、引っ張りリール３２は大腿骨５４の真上に位置し、支持ケーブル４２は連接点４０の上に垂直に吊り下がるようになる。張力指示器４４を連接点４０に接続する。支持ケーブル４２が長すぎる場合には、引っ張りリール３２に巻き上げて、大腿骨５４の重量が完全に支えられるようにする。この時に張力指示器４４が示している張力を記録する。そうしておいて、引っ張りロッド３８を連接点４０に接続する。引っ張りケーブル３６が長すぎる場合には、引っ張りリール３４に巻き上げて、張力が約２０ポンド以上になるようにする。その上で、張力指示器４４の表示張力が前述の記録値と等しくなるまで、引っ張りリール３２を再調整する。そうするとこの時点で、配置ロッド３８が全ての平面において、大腿骨５４の体重支持軸と一直線になる。
【００１８】
図３では、キャリジ５６が引っ張りロッド３８の上におかれていて、引っ張りロッド３８に沿って移動を続けて行くと、キャリジ５６の近位面が大腿骨５４の遠位面と接触する。これが大腿骨と膝関節との間の基準距離である。キャリジ５６の配置スキッド６０を大腿骨のくるぶしの後面に接触させると、ここが遠位の大腿骨が体重支持軸の周囲を回る回転の配置点である。
【００１９】
キャリジ５６には骨クランプ５８が接続している。スクリュウ６２を用いてキャリジ５６によって定められる箇所で、骨クランプ５８を大腿骨５４に接続する。このようにして、骨クランプ５８は、大腿骨５４の体重支持軸、体重支持軸の周囲を回る回転、および大腿骨頭と膝関節との間の距離に関連して、大腿骨５４に接続される。
【００２０】
図４では、引っ張りリール３２と３４、支持ケーブル４２、張力指示器４４、キャリジ５６、引っ張りロッド３８、引っ張りケーブル３６からなる全配置治具を、連接点４０から取り除いている。さらに、連接点４０を大腿骨５４から除いて、大腿骨５４に接続して、正しく配置されている骨クランプ５８のみを残す。
【００２１】
都合がよいことに、手術中に大腿骨５４を支えるために、支持アーム３０を骨クランプ５８に接続することができる。
【００２２】
大腿骨５４の切断を行うため、鋸ガイド６４を骨クランプ５８に接続する。鋸ガイド６４によって、切断作業中に鋸の刃を配置したまま、安定に保持することができる。
【００２３】
本明細書で説明した実施態様の翻案や改変を、数多く造ることが可能である。
【００２４】
したがって、本明細書に添付した請求の範囲によってのみ、本発明は限定される。例えば、説明した実施態様は大腿骨の配置に使用することを意図していたが、同一技術を全膝関節形成手術で脛骨の配置に使用することもできるし、さらにまた各種の外科手術で各種の骨の配置に適用することもできる。また、ケーブルや張力指示器を使用して、大腿骨を支えたり、配置システムに掛かってくる重量の影響を除いているが、恒常力スプリング（constant force spring）や空気シリンダーやその他の手段を含む、重量部品を除くための他の手段によっても同一の結果を収めることができる。この実施態様では、純粋な引っ張り部材としてケーブルを使用しているが、基本的な配置方法を変えないで、万能継ぎ手を装着した硬質の部材を使ってもよい。最良の実施態様では、体重支持軸と正確に一直線となるように、遠位の大腿骨に接続した骨クランプを説明している。しかしながら、任意の便利な方位に骨クランプを接続し、さらに、この骨クランプに移動可能または調整可能の接続手段を持たせておいて、後でこの骨クランプを体重支持軸と一直線にさせるほうが有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】引っ張り配置システムを示す概略図である。
【図２】本発明の引っ張り配置システムを示す図である。
【図３】図２の引っ張り配置システムに、キャリジ（carriage）と骨クランプ（bone clamp）を接続した状態を示している。
【図４】配置システムによって、切断ガイドを骨に配置した状態を示している。

Claims (2)

1. 体重支持軸を探知する装置であって、
   近位端及び遠位端を有する柱であって、該柱は、膝関節の機械的中心であるように選んだ大腿骨の端部に取付けられ、前記柱の前記近位端は接続点を提供する柱と、第１の引っ張りリールと前記柱の前記遠位端とに接続されている引っ張りケーブルと、前記接続点と支持ケーブルとに取付けられている張力指示器であって、前記支持ケーブルは、該支持ケーブルに印加される張力を増加又は減少させることができる第２の引っ張りリールに接続されている張力指示器と、前記第２の引っ張りリールに接続され、大腿骨の略々上方に前記第２の引っ張りリールを懸垂する支持アームとを備えている装置。
2. 体重支持軸を探知する装置であって、
   （ａ） 膝関節の周辺の体重支持軸上で選んだ点で、大腿骨に接続する連接手段と、
   （ｂ） 大腿骨の重量に起因する股関節周辺のモーメントを消滅させるために、大腿骨に接続する調整可能な垂直懸垂手段と、
   （ｃ） 垂直懸垂手段中の張力を予め定めている値に調整できるようにするために、調整可能な垂直懸垂手段に接続する、垂直懸垂手段の張力を表示するための垂直張力表示手段と、
   （ｄ） 張力を大腿骨に印加するために、連接手段に接続する引っ張り部材手段と、
   （ｅ） 大腿骨の重量に起因する股関節周辺のモーメントを消滅するに必要な垂直張力を記録し、引っ張り部材手段により大腿骨に張力を印加し、調整可能な垂直懸垂手段を調整して、記録した張力に等しい垂直張力を印加して外科用具を体重支持軸と一直線にさせるために、引っ張り部材に接続してある外科用具と
   からなる装置。

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