JPS5841855B2 - 内部人工膝関節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内部人工的容管の骨結合装置に関し、特に膝関
節用の装置に関する。

股関節上の仕事は関節結合表面の形状と、これらの表面
間の荷重分布と、および母集団中に見られる縮退のパタ
ーンとの間に緊密な関係があることを示した。

股関節の基本的特徴は、接触領域が増加する荷重と共に
成長することを可能にする微少な不一致を示し、大きな
荷重において、寛骨臼上のすべての役立つ軟骨が接触す
るとき、軟骨の厚さの分布は、均一圧力の状態が得られ
るように表われる（ニーニス グリーンワルド（Ａ−Ｓ
・Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ）およびジェオ・ジェオ オコー
ナー（Ｊ−Ｊ・σＣｏ１ｎｏｒ）著の”人間の股関節を
介する荷重の伝達（Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｏｆ ｉｏａｄｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｂｕｍ
ａｎ ｈｉｐ ｊｏｉｎｔ）”ジェオ・バイオメカ
ニクス発行１９７１年４月 ５０７−５２８頁）。

同様な形状設計が肘関節において論議され、人間および
動物の関節設計の重要な特徴として表われる（ジェオ・
ダブリュー グツドフェロ−（Ｊ・Ｗ−Ｇｏｏｄ ｆ
ｅ １１ ｏｗ）およびピー・ジイーバロー（Ｐ−Ｇ−
Ｂｕｌｌｏｕｇｈ）著”ＪＭＭ節の関節結合軟骨におけ
る熟成のパターン（Ｔｈｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆａｇ
ｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｕｌａｒ ｃａｒｔ
ｉｌａｇｅ ｏｆｔｈｅ ｅｉｂｏｗ ｊｏｉｎｔ）”
ジェオ ボーン アンドジヨイント サージエリ−発行
、１９６７年４９３巻、ピー・バロー、ジエイダプリュ
ー グツドフェロ−１およびジェオ・ジェオ オコーナ
ー著”人間の臀部における縮退豹変と荷重接触との間の
関係（Ｔｈｅ Ｒｅ１ａｔｉｏｎ ５ｈｉｐ ｂｅｔｗ
ｅｅｎｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｃｈａｎｇｅｓ ａ
ｎｄ １ｏａｄ ｂｅａｒ”ｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ
ｈｕｍａｎ ｈｉｐ）”シエイ ボーンアンド ジヨイ
ント サージユリ−発行 １９７３年 ５５Ｂ、７４６
巻）。

しかしながら、膝関節は、関節間軟骨が荷重の伝達にお
いて重要な役割をはたすことができない限りは、この一
般的規則に対する例外となる。

本発明の思想に導く仕事は、このことが実際の場合であ
り、荷重が掛けられた状態においては、関節間軟骨が荷
重のかなりの割合を伝達することを示していた。

大腿骨が関節間軟骨を半径方向外方に押す傾向が関節間
軟骨の周辺方向の張力によって抵抗される。

理想的な人工的器官は、生理学的範囲、運動の態様、運
動軸線、および自然の関節の荷動接触の通常のパターン
を再生することを仮定することは合理的なことである。

人間の膝の運動態様および運動軸線は複雑であり、変化
するものであり、且つ任意の位置において、関節結合表
面の形状および関連する筋肉および靭帯中に形成される
張力の方向および大きさに依存する。

したがって、理想的な人工的器官は、関連する表面の形
状をできるだけ正確に再生し、筋肉および靭帯の連続的
機能にできるだけ干渉せず、同時に、荷重の充分に均一
な分布を維持するものと見なすことができる。

医学的に実際に用いられる以前提案された膝関節は、こ
の理想が得られないことを示している。

早期の提案は、単一軸線を中心とする単一の枢動に対す
る運動を拘束する蝶番装置を含んでいる。

そのような蝶番装置は、いずれの場合においても、許容
できない失敗率に導かれた。

最近の提案は、蝶番装置の失敗を解消しており且つ一層
生命のある状態を発生させるために大腿骨および脛骨と
それぞれ連結され且つ筋肉および靭帯によって保合状態
に保持される２つの部品を含んでいる。

しかしながら、これらの最近の提案は次のような矛循し
た要件に面している。

すなわち、均一荷重の分布を行なう部品の係合表面の整
合は、運動の態様および運動の軸線における変化に対し
てほとんど自由を与えず、一方運動要件に適合するよう
な表面間の不調和は必ず表面接触領域を減じ且つ（また
は）変化し、その結果不利な荷重分布となる。

本発明の目的は理想の達成に一層接近しうる装置を提供
することによって、このような困難な状態を減少するこ
とである。

この目的のために、本発明は、大腿骨に固着されるよう
になっており且つ全体的に凸状に曲がった関節結合接触
表面を有する大腿骨骨頭部品と、脛骨に固着されるよう
になっており且つ前記部品の接触表面と比較して比較的
平らな関節結合接触表面を有する脛骨骨頭部品と、およ
び背対背配置であり且つ前記大腿骨および脛骨部品の関
節結合表面にほぼ補足的な個々の形状を有する２つの関
節結合接触表面を有する関節間軟骨部品と、を含むこと
を特徴とする内部人工膝関節装置を提供する。

本発明のこの形状の使用の際、大腿骨および脛骨部品が
、これらの部品の間接結合表面が面するような配列で、
大腿骨および脛骨にそれぞれ固着され、関節間軟骨部品
が、その間接結合接触表面が前述の部品の表面とそれぞ
れ係合した状態で、それらの間に配置される。

配列の結果は次のようになる。

（１）大腿骨および関節間軟骨部品、および関節間軟骨
および脛骨部品は、２対の係合した表面の補足的性質の
ために、独立の相対運動が可能である。

特に、大腿骨および関節間軟骨部品は３つの直角軸を中
心として相互回転でき、関節間軟骨および脛骨部品は２
つの関連する軸線方向に相互摺動ができ、第３の軸線方
向を中心として相互回転できる。

大腿骨および脛骨部品間の相対運動に対する得られる能
力は、したがって、拡長的であり、膝関節中に発見され
る如き、回転、摺動、ねじれ、およびそれらの組合せを
含むことができる。

（２）大腿骨および脛骨部品の接触表面の全体的に凸形
状および相対的に平らな形状は、自然の大腿骨および脛
骨の骨頭の自然の形状を充分にばったりと再生でき、関
節の安定化を制御するような、表面形状と周囲筋肉およ
び靭帯中の力との間の完全な相互作用は生命のあるもの
の如くである。

（３）部品の係合表面の補足的性質は、表面圧力の比較
的均一の分布がこれらの部品のすべての位置において得
られるようなものである。

（４）凋節間軟骨部品は、係合した大腿骨−関節間軟骨
部品表面の補足的凸状−凹状の形状および係合した関節
間軟骨−脛骨部品表面の比較的平らな補足的形状のため
に、大腿骨および脛骨部品間に捕獲される。

初期的概念からの本発明の形成は、広範な予想し得る利
点のある形状が本発明の一層一般的な範囲内に入り得る
けど、前述の結果は、係合した大腿骨および関節間軟骨
接触表面が部分的に球状形状であり、係合した関節間軟
骨および脛骨部品の接触表面が平らであるような本発明
の比較的簡単な形状から生じることができることを示し
ている。

次に、本発明を図面を参照して説明する。

第１図および第２図は、間接の横および中央の骨頭およ
び関節間軟骨に対するそれぞれの代用に用いられる２組
の部品から成る双骨頭（ｂｉｃｏｎｄ−ｙｌａｒ）装置
を示す。

２粗の部品は同一であり、説明の便宜上、１組の構造を
説明する。

関連した組において、大腿骨、脛骨、および関節間軟骨
の部品はそれぞれ参照数字１０，２０゜３０で示されて
いる。

第１図および第２図において点線の輪郭で示されている
ものは、大腿骨の末端部分４０および脛骨の中心に近い
方の端部分５０である。

大腿骨部品は全体的に縦方向に曲がった片の形状の接触
本体１１から成り、片の凸面は関節結合接触表面として
働くように部分的に球状表面１２を形成する。

本体１１の凹面は、表面１２が大腿骨表面の代用品とし
て働くように、既存の技術にしたがって大腿骨に固着す
るのに適した固着表面１３として働く。

本発明においては、この固着はアクリルの骨セメントを
用いて行なわれ、この目的のために、表面には、それか
ら突出した一体形成の１つまたはそれ以上の内部多孔質
棒１４が形成されており、また表面１３には溝が設けら
れている。

脛骨部品２０は全体に均一の厚みのＤ形状の板形状の接
触本体２１から成る。

本体２１の１つの表面は関節結合接触表面として働く平
らな表面２２を形成する。

本体２１の他の表面は、大腿骨部品に対する技術と同様
な技術にしたがって、脛骨に固着される固着表面２３と
して働き、表面２２は脛骨の骨頭表面代用品として働く
。

この目的のために、表面２３にはそれから突出する一体
形成の１つまたはそれ以上の内部多孔質棒２４が形成さ
れる。

関節間軟骨部品３０は円形ディスク形状の接触本体３１
から取る。

この本体の１つの表面は、表面１２と係合する関節結合
接触表面３２として働くように、大腿骨部品の表面１２
と同一半径に凹状で部分的球状に形成されている。

本体３１の他の表面は脛骨部品の表面２２と係合する関
節結合接触表面として働くように平らである。

これらの部品を使用する際、大腿骨および脛骨部品は大
腿骨および脛骨の適当に準備した位置に固着され、関節
間軟骨部品が次にそれらの間に係合される。

全体の外科手術は特殊な事項を含まない。

その理由は、これらの手術がガンストーンによって考案
されたいわゆる”ポリセントリック（Ｐｏｌｙｃｅｎｔ
ｒｉｃ） ’”装置の如き既存の双骨頭膝関節装置に対
するすでに開発された手術と同様なものでもよいからで
ある。

図示装置の第１の利点は、前述の第１の３つの結果から
生じる。

すなわち、自然の関節の運動が自然の調節および安定機
構の無視できない歪なしにぴったりとまねられる一方、
同時に表面圧力の均一分布が装置を通して維持される。

部品の接触表面の形状が自然の頭骨形状を正確に再生し
ない限りは、屈曲−伸長サイクル中筋肉および靭帯の所
定の動作状態に対してこれらの形状間のそれぞれの全体
的な位置関係においである差が存在する。

しかしながら、これらの差は極めて小さなことであり、
このことは、自然の関節運動の周知の・特性が明白）こ
示される死体試験によって確認された。

すなわち、大腿骨部品は、初期伸長中、脛骨部品に対し
てほんのわずかな並進運動を供なって回転し、大腿骨部
品は、さらに伸長する間、関節間軟骨部品の前方並進運
動を増加させながら回転を続け、大腿骨−脛骨回転の軸
線が大腿骨中に後方に動き、後者の並進運動は完全に伸
長する附近では横方向の回転を伴ない、その結果、脛骨
は、いわゆるスクリューホーム（ｓｃｒｅｗ ｈｏｍｅ
）動作の如き、脚の縦軸線を中心として大腿骨に対して
ねじれる。

この動作の反対の順序が屈曲中に生じる。これらの動作
順序は大腿骨および脛骨間の相対的回動、摺動およびね
じれを必然的に伴なうけれども、装置の部品は均一圧力
分布の下で摺動運動だけを受ける。

したがって、他の利点としては、部品中に加乗的な摩耗
に導くような不当な動的応力が存在しないことである。

他の利点は関節間軟骨部品から生じる。

この部品は、摩耗を考慮して簡単な外科手術によって容
易に置換できる。

他の利点は、関節部品をプラスチック材料で作り且つ他
の部品を金属で作り、中間材料が周知の低摩擦特性を与
え、固着部品が固有に安定であり、長期間の摩耗が一層
容易に置換できる部品中で生じることによって、得られ
る。

関節間軟骨部品から生じる他の利点は、この部品が異な
った厚みの範囲で入手でき且つ外科医がこの範囲から被
膜を適当に引張り、特に不当なゆるみを避け、また内反
足のまたは外反足の変形を直す。

図示の装置の他の利点は、外科医が大腿骨および関節間
軟骨部品を固着するとき、規定した位置関係に大腿骨お
よび関節間軟骨部品を位置決めする要件から解放される
ことである。

この要件は既存の装置に伴って通常生じる。

しかし、本発明の装置の関節間軟骨は他の２つの部品間
の異なった位置的関係を受入れるような自己調節中間体
として働く。

本発明は図示の実施例を特に参照して説明されてきたが
、本発明はそれらに限定されるものではない。

本発明を双骨頭装置形状に適用することは好ましい。

その理由は、この形状が十字靭帯を保持する能力におけ
る特殊な利点を与え且つ部品固着のために膝蓋骨を分離
する固有の要件を必要としない。

しかしながら、この形状において、装置が図示実施例か
ら変更され得る。

そのような１つの変更が第３図に示されており、そこに
は、変形した脛骨および関節間軟骨部品が示されている
。

変形は、膝骨部品の接触表面２２の中央領域からの全体
にきのこ状の突出体２５を設けることを含んでいる。

この突出体は関節間軟骨部品の下部切欠き凹部３４に係
合する。

凹部の口は突出体の基部の直径より著しく大きな直径を
有し、突出体の頭部の直径よりわずかに小さい。

突出体および凹部の係合はスナップ作動を含み、その後
、相対的な摺動運動が、突出体と凹部の側壁との当接に
よって課される制限に至るまで表面２２および３３のす
べての方向が生じ得る。

好ましくは、突出体および凹部はそれぞれの自由端およ
び底部における平らな表面に関して等しい深さを有し、
表面は表面２２および３３に平行であり、前者の表面は
、後者の表面が同様に係合するとき、係合する。

第１図および第２図の如き実施例の関節間軟骨部品が他
の２つの部品間に適切に保持されることができるけれど
も、第３図の変形は所望の運動の能力に対して妥協する
ことなしに安定性を高める。

突出体と凹部との間の好ましい摺動係合は第１図および
第２図に対して脛骨および関節間軟骨部品の間の接触領
域を維持し且つ実際上この領域をわずかに増大させる。

同様な安定化配列が表面３２からの突出体と表面１２中
のスロット状凹部を用いることによって関節間軟骨およ
び大腿骨部品の間で行うことができる。

関節間軟骨部品の安定性は、この部品を平面図において
卵形形状に細長くすることによって高められる。

関節間軟骨部品の捕獲の基本的原因である大腿骨部品と
の曲がった接触領域が増大される。

使用の際、この伸長は、全体的に前から後に拡がる態様
に好ましくは維持され、この目的のために、関節間軟骨
部品が回転できる程度を制限するように、第３図の２６
で示す如く、脛骨部品に隆起側壁を設けることが適切で
ある。

横方向の安定性の増加が脛骨表面２２および関節間軟骨
表面３３の間の境界面を相互に横方向に傾斜することに
よって、本発明の双骨頭装置中に与えられてもよい。

このことは、均一の厚さの脛骨部品に対して脛骨中に適
当に傾斜した個所を設けることによって行なうことがで
きるが、全体的に楔形脛骨部品が一般に配置される個所
に用いるために設けられることもできる。

双頭前装置の提案した形状は特定の固着技術または特殊
な材料の使用に限定されない。

本発明は双頭管装置以外に適用できるものである。

簡単な形状で、本発明は、（いわゆるフリーマン°スワ
ンソン（Ｆｒｅｅｍａｎ−８ｗａｎｓｏｎ）装置の如き
）全体の膝に対する単一の組の部品を有する装置に適用
できる。

双頭骨形状は、（いわゆるジオメゾイック（Ｃｅ ｏｍ
ｅｄ ｉ ｃ ）装置の如く）十字靭帯の保持に対して
スロット付の部品構造体を設ける一方、対応する部品の
あるものまたはすべてを一体に形成することによって変
形できる。

大腿骨部品の接触表面は曲率を変えることができ且つ（
フリーマン・スワンソン装置の如く）それが関節結合す
るものから少なくとも一部において異なっている。

脛骨および関節間軟骨部品の係合表面は必ずしも平らで
ある必要はなく、しかし、これらの表面は他の係合表面
と比較して比較的平らである。

これらの変化は前述の利点を必ずしも生じさせないが、
前述の装置中量つとも均等な装置に対する利点を得るこ
とが明らかに可能である。

また、関節間軟骨部品が、関節結合中、特に関連する大
腿骨表面における形状変化に適合するように、関節間軟
骨部品に対して弾性プラスチック材料を用いることによ
って変形がなされることができる。

好ましくは、弾性が脚に対して縦軸線方向に、すなわち
、関節間軟骨部品の接触表面に垂直に、存在し、一方部
品は自然の関節間軟骨の如く負荷の半径方向外方の成分
を拘束するように周辺方向に比較的硬い。

そのような弾性の差は、ナイロンまたは他の合成繊維の
環状部材内のシラスティック（ｓｉｌａｓｔｉｃ）ゴム
の如き、周辺方向に繊維補強したプラスチック構造で達
成されてもよい。

さらに、そのような関節間軟骨部品はスポーツ活動から
生じるおよびいわゆる軟骨除去によって最近処理される
状態の如き状態の処理において自然の大腿骨および脛骨
骨頭間の係合に対してだけ適用を見出してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の簡単な形状の１つの実
施例の、相互に垂直な、概略断面図である。 第３図は、実施例の１変形を示す概略図である。 １０・・・・・・大腿骨部品、２０・・・・・・脛骨部
品、３０・・・・・・関節間軟骨部品、１１・・・・・
・接触本体、１２・・・・・・球状表面、１３・・・・
・・固着表面、１４・・・・・・内部多孔質枠、２１・
・・・・・接触本体、２２・・・・・・平らな表面、２
３・・・・・・固着表面、３１・・・・・・接触本体、
３２・・・・・・接触表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大腿骨に固着されるようになっており且つ全体的に
   凸状に曲がった関節結合接触表面を有する大腿骨骨頭部
   品と、脛骨に固着されるようになっており且つ前記部品
   の接触表面と比較して比較的平らな関節結合接触表面を
   有する脛骨骨頭部品と、および背体背配置であり且つ前
   記大腿骨および脛骨部品の関節結合表面にほぼ補足的な
   個々の形状を有する２つの関節結合接触表面を有する関
   節間軟骨部品と、を含み、前記関節間軟骨部品は大腿骨
   骨頭部品及び脛骨骨頭部品の間に、それらの接触表面と
   摺動自在に配置されている、ことを特徴とする内部人工
   膝関節装置。 ２ 前記１項の装置において、前記大腿骨部品表面およ
   びそれに補足的な前記関節間軟骨部品表面は各々部分的
   に球状で等しい曲率半径に成形されていることを特徴と
   する装置。 ３ 前記１項または２項の装置において、前記脛骨部品
   表面およびそれに補足的な前記関節間軟骨部品表面が各
   々平らであることを特徴とする装置。 ４ 前記１項、２項、または３項の装置において、前記
   大腿骨および脛骨部品の各々は一体の金属構造を有し、
   前記関節間軟骨部品は一体形成のプラスチック材料構造
   を有することを特徴とする装置。 ５ 前記いずれかの装置において、前記部品の各各は膝
   関節の横および中央の区画におけるそれぞれの位置に対
   して前記表面の２つを有することを特徴とする装置。 ６ 前記５項の装置において、少なくとも前記関節間軟
   骨部品は膝関節の横および中央区画のそれぞれの位置に
   対して２つの細分部分に細分割されていることを特徴と
   する装置。 ７ 前記いずれかの装置において、前記関節間軟骨部品
   および前記大腿骨および脛骨部品の内の１つがそのよう
   な部品の内の１つの接触表面からの一体形成の突出体と
   およびそのような部品の内の他のものの接触表面中の凹
   部とにより連結され、前記突出体は前記凹部に入り且つ
   その内で横方向に動き得ることを特徴とする装置。 ８ 前記７項の装置において、前記突出体は前記脛骨部
   品から突出し、前記凹部が前記関節間軟骨部品中に形成
   されることを特徴とする装置。 ９ 前記８項の装置において、前記突出体は全体的にき
   のこ形であり、前記凹部がスナップ動作によって前記突
   出を受入れるように下部切欠きであることを特徴とする
   装置。 １０前記１項の装置において、前記関節間軟骨部品は弾
   性プラスチック材料から作られ、部品の弾性を対応する
   半径方向の意味で減少するように前記２つの接触表面に
   対して周辺方向に補強されていることを特徴とする装置
   。