JP4498909B2 - 人工肩関節 - Google Patents

Description

本発明は、リウマチ（ＲＡ）を罹患している患者等の肩関節に置換して好適な人工肩関節に関するものである。

ＲＡ患者の約２／３において、その肩関節に何らかの障害があると言われている。特に、ＲＡ患者では、腱板（肩甲下筋、棘上筋、棘下筋、小円筋といった筋肉からなる腱要素が関節包と一緒になったもの）の機能不全及び肩関節破壊によって骨頭が上方に移動し易くなっており、内外転時に関節面と骨頭との干渉が起こり易い。このときには、骨頭が強く関節面を擦って疼痛を伴うため、肩関節破壊が進行したＲＡ患者に対しては、人工肩関節に置換することが行われている。

従来の人工肩関節においては、特許文献１に見られるように、骨頭に相当する部分をこれと略同じ大きさの半球状のヘッドで代替しているものが多い。肩関節の動きには、内転と外転及び外旋と内旋とがあるが、日常生活では、例えば、顔を洗う、身体を拭く、食事をする（女性の場合は化粧をすることも含まれる）といったように圧倒的に内転動作が多い。このような場合において、従来の人工肩関節では、内転したときに、球形の下端の角が関節面を擦り、激しい疼痛を引き起こしていた。

このようなことを解消するには、ヘッドの球面を増やすことが考えられる。このため、特許文献２では、ヘッドの上端（肩峰）側の球面を延長する提案がなされている。こうすることで、球面が関節面から外れてしまう事態を避けようとしているのであるが、その効果があるのは、スポーツ等を行なう外転動作のときである。上記したように、ＲＡ患者に必要なのは、日常動作に多い内転動作であることから、このような構成ではあまり意味がない。

加えて、ヘッドの上端には大結節部が存在するから、ヘッドのこの部分を延長すると、干渉を避けるために大結節部を切除しなければならない（生体肩関節では、これを避けるために骨頭の球形形状は最小限に抑えられている）。そもそも、上腕骨は、三角筋と腱板とが緊張を保つことでぶら下がっている。したがって、大結節部を切除すると、腱板の緊張がなくなって上腕骨の保持が不安定になってしまい（ブラブラ状態）、日常生活に大いなる支障を来す。このようなことから、人工肩関節に置換する場合も、大結節部を可能な限り温存するのが臨床上からも望ましいのはいうまでもない。
特開平０７−１９４６３３号公報 特開２００２−３０１０９４号公報

本発明は、ヘッドの下端側の球面を延長して日常生活に重要な上腕骨の内転動作のときの関節機能を確保したものである。同時にヘッドの上端は、生体肩関節と同様に最小限の球形形状にして大結節部を切除しなくてもよいようにしたものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、上腕骨に挿入されるステムの先端にステムの軸芯と傾いて設けられるヘッド挿入部に生体の骨頭に該当する略半球状のヘッドを設けた人工肩関節において、ヘッド挿入部の根元にヘッド挿入部の軸芯と直角で、上端はステムの上面とほぼ同じ高さに、下端はヘッドの下端近くまで設定されるフランジを形成する他、ヘッドの球面形状の下端側裏面に表面から凹陥するポケットを形成し、このポケットにフランジ及び上腕骨の下端を取り込んで球面形状の下端を骨頭よりも周方向に延長するも、球体の中心からヘッドの上端と下端とを結ぶ球面の拡がり角度を１８０°以内に抑えたことを特徴とする人工肩関節を提供したものである。

本発明が以上の手段をとることにより、すなわち、ヘッドの球面形状の上端側は普通の拡がりであるが、下端側のみが延長（拡張）されているとともに、球面の拡がり角度は１８０°以内に抑えられているから、大結節部の切除は必要ないとともに、内転は生体肩関節よりも大きな角度まで関節面で支受した関節運動を確保できる。謂わば、内転側の関節機能を生体肩関節よりも拡大して日常の動作に支障がないようにしたものともいえる。加えて、大結節部を切除しないのであるから、手術時の患者の負担を軽減させるとともに、上腕骨を健常時と同様に保持できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一例を示す人工肩関節の断面図、図２は側面図、図３はヘッドの形状説明図、図４は肩関節に置換したときの正面図、図５はヘッドの他の形状の形状説明図であるが、本発明に係る人工肩関節は、上腕骨１の骨頭に該当するヘッド２と、ヘッド２を装着して上腕骨１に挿入されるステム３とからなる。本発明のヘッド２は、要するに、その球面形状の下端側が生体の骨頭よりも延長（拡張）されて設けられており、かつ、球体の中心からヘッド２の上端と下端とを結ぶ球面の拡がり角度θが１８０°以内に抑えられているものであるが、具体的には、次のようにして決定される（図３）。

すなわち、まず、球体の中心Ｏから半径Ｒとする略半分の球面を球面部分の外郭面とする。一方、反球面側の外郭面は、側面視において、球体の上端を基準直径線Ｒ₁ （ステム３の後述するヘッド挿入部の軸線と直角な直径線）よりａだけ球面側に偏寄させるとともに、下端をｂ（一般的にはｂ＜ａ）だけ球面側に偏寄させた点を設定し、上端から基準直径線Ｒ₁ に直角な直径線Ｒ₂ （ヘッド挿入部の軸線と平行な直径線）までは基準直径線Ｒ₁ とほぼ平行に延び、ここから下端までは基準直径線Ｒ₁ に対して斜めに延びる直線を外郭面とする。なお、ヘッド２の上端や下端の角は十分にアールをとっておき、関節面４を強く擦らないように配慮する。

加えて、中心Ｏからヘッド２の上端と下端を結ぶ拡がり角度θを１８０°以内に設定する。このような形状によるヘッド２は、その上端は、生体の骨頭とほぼ同じ拡がりとなり、下端は、中心Ｏから斜めの外郭線までの範囲で延長されたものになる。このとき、ヘッド２の裏面の延長側は、薄い周壁２ａを残して表面から凹陥したポケット２ｂに形成している。本発明で、もっとも重要なヘッド２の形状要素は、ヘッド２下端（のみ）の球面が延長されることと、ヘッド２の拡がり角度θが腱板に影響を及ぼさない生体の骨頭の拡がり面積と略同じの１８０°以下に設定されることである。この要件が充たされるものであれば、球体の下端点を基準直径線Ｒ₁ 上或いはこれをｃだけ超えた点に設定してもよい（図５）。

ステム３は、円柱状の本体部３ａと本体部３ａから斜めに突出するヘッド挿入部３ｂとからなる。この場合のヘッド挿入部３ｂの傾斜角αは、上腕骨１を真下に下げたときに、関節面４のほぼ中央に向かう角度である概略４０°程度に設定される。ヘッド挿入部３ｂは、円形や異形（非対称）をした筒状体であり、本例では、若干先細りのテーパに形成してある。ヘッド挿入部３ｂの根元側にはこれと直角なフランジ３ｃが形成されており、フランジ３ｃの上端は、本体部３ａの上面とほぼ同じ高さに、下端は、ヘッド２下端にかなり近くまで張出している。

そして、フランジ３ｃの下側の半分程度からリブ３ｄを設けて本体部３ａに連結して強度の保持を図っている。この他、本体部３ａの反リブ３ｄ側には骨との固着性を高めるために二枚の放射状に延びるフィン３ｅが形成されている。さらに、本体部３ａの下端は挿入し易いように丸く形成されている。

ヘッド２とヘッド挿入部３ｂとの結合は、ヘッド２の裏面にヘッド挿入部３ｂが挿入できる挿入穴２ｃを形成し、ヘッド挿入部３ｂを挿入穴２ｃに圧入することで行っている。このとき、ヘッド挿入部３ｂがテーパに形成されていることは、ヘッド挿入部３ｂの挿入深さを任意に調整できることに貢献する。加えて、ヘッド挿入部３ｂ及び挿入穴２ｃが円形をしていると、本体部３ａに対するヘッド２の角度（向き）も自由に調整できる。肩関節の置換を必要とする患者の肩関節のサイズは様々であるから、それに対応できるようにしたものである。

ただし、調整の煩わしさもあることから、これを排する観点からいえば、ヘッド挿入部３ｂと挿入穴２ｃとを結合するときの角度（位相）は決まっていることが好ましい（ヘッド２の向きはステム３を挿入するときの向きによって調整する）。図６はこの場合におけるヘッド挿入部３ｂの断面図、図７は挿入穴２ｃの断面図であるが、このように、ヘッド挿入部３ｂを瓢箪形にすれば（挿入穴２ｃは鍵穴形にしているが、これは加工性を考慮したためで、格別の意味はない）、決まった向き（位相）で結合される。この場合、間違い等をなくすために、結合位相は一カ所のみのものが好ましい。なお、瓢箪形、鍵穴形は一例であって、これに限定されるものではない。

以上の人工肩関節の置換に要する手術は、従来型の人工肩関節を置換する場合とほとんど変わらない。すなわち、骨頭を切除して骨端面をフランジ３ｃの面と平行に整形してステム３の本体部３ａを上腕骨１にそのフランジ３ｃの下面が骨端面に接触するまで挿入する。この場合、上記した結合位相調整型の人工肩関節であれば、ステム３を挿入した後、患者の肩関節のサイズに合ったヘッド２を選択し、ヘッド２の挿入深さと向きが最適になるようにヘッド２をステム３に結合する。一方、結合位相決定型のものであれば、本体部３ａ自体の深さと向きを調整して挿入することになる。

このとき、上腕骨１の下端がヘッド２からはみ出る部分を切除し、周壁２ａで囲まれるポケット２ｂの中に取り込むのが適する。上腕骨１の下端部分がヘッド２で覆われ、傷付き等が防止できるからであるが、この部分には、上腕骨１の保持機能を果たす筋の付着がないから、切除したとしても、保持機能には影響がない。ステム３を上腕骨２に挿入したとき、そのリブ３ｄやフィン３ｅは上腕骨の海綿骨に埋入され、浮上がりや回転を抑制している。なお、必要であれば、リブ３ｄやフィン３ｅにスクリューを挿通できる孔をあけておき、ここからスクリューを通して皮質骨にねじ止めしてもよい（図示省略）。

以上の人工肩関節を肩に置換すると、ヘッド２の球面は関節面３を摺動して内外転及び内外旋時における円滑な関節機能を発揮する。本発明に係る人工肩関節は、特に、ＲＡ患者を対象としたものであり、このような患者は、日常生活に多い内転動作に不自由するのは上述したとおりである。この内転に必要な最大内転角度βは、窩を拭ったりする動作のときの約４５°とされており、この人工肩関節のステム３（上腕骨１）を４５°内転したとしても、ヘッド２は関節面４に接触しており、関節機能を発揮させる（図４）。このとき、ヘッド２の下端の角は十分なアールに形成されているから、擦れて疼痛を起こすこともない。

なお、この内転動作のとき、上腕骨１の下端は、関節面４を構成する窩筋４ａと干渉することがあるから、その場合は、干渉範囲Ａ（図４）だけ、上腕骨１又は窩筋４ａを切除することがある。ところで、以上のヘッド２やステム３は、人体に悪影響を及ぼさないチタン合金やコバルトクロームモリブデン合金等の生体適合金属で構成されるのはいうまでもない。

人工肩関節の断面側面図である。 人工肩関節の背面図である。 人工肩関節のヘッドの側面図である。 人工肩関節を肩関節に置換した状態の側面図である。 人工肩関節の側面図である。 人工関節のヘッド挿入部の断面図である。 人工関節のヘッド挿入穴の断面図である。

１ 上腕骨
２ ヘッド
２ａ 周壁
２ｂ ポケット
２ｃ 挿入穴
３ ステム
３ａ 本体部
３ｂ ヘッド挿入部
３ｃ フランジ
３ｄ リブ
３ｅ フィン
４ 肩関節面
４ａ 窩筋

Claims (3)

1. 上腕骨に挿入されるステムの先端にステムの軸芯と傾いて設けられるヘッド挿入部に生体の骨頭に該当する略半球状のヘッドを設けた人工肩関節において、ヘッド挿入部の根元にヘッド挿入部の軸芯と直角で、上端はステムの上面とほぼ同じ高さに、下端はヘッドの下端近くまで設定されるフランジを形成する他、ヘッドの球面形状の下端側裏面に表面から凹陥するポケットを形成し、このポケットにフランジ及び上腕骨の下端を取り込んで球面形状の下端を骨頭よりも周方向に延長するも、球体の中心からヘッドの上端と下端とを結ぶ球面の拡がり角度を１８０°以内に抑えたことを特徴とする人工肩関節。
2. ヘッドがヘッド挿入部に対して深さ及び角度（向き）が調整可能に挿入されて結合される請求項１の人工肩関節。
3. ヘッドがヘッド挿入部に対して深さは調整可能で、角度（向き）は一定で挿入されて結合される請求項２の人工肩関節。