JP2004202249A - 踵骨コンポーネント - Google Patents

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Abstract

【課題】 半拘束式固定ベアリング形人工足関節よりも大きな運動の自由度を可能にすると共に非拘束式半月ベアリング形人工足関節の欠点を持たない人工足関節システムを提供する。
【解決手段】 人工足関節(30)が、脛骨に取付け可能な脛骨装置(32)を有する。脛骨装置は、凹状関節面(96)を有する。踵骨組立体(34)が、脛骨装置の凹状関節面に係合するよう構成された凸状関節面(128)を備えるドーム部分(126)を有し、ドーム部分は、脛骨装置に対して回動できるようになっている。踵骨組立体は、距骨に取り付けられるようになったベース部分(127)を更に有する。ベース部分は、ドーム部分に対して回動できる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、関節又はその関節の一部分の置換のための人工関節システムに関する。特に、本発明は、骨量の減少又は深刻且つ回復不能な骨外傷を起こした四肢に使用することができる人工足関節システムに関する。
変形性関節症や足関節の外傷等の足関節の様々な疾患の治療において、全足関節置換術又は「関節形成術」は急速に一般的な処置方法になってきている。患者の苦痛を取り除く1つの方法として、足関節の関節面、即ち脛骨下関節面及び距骨の関節面を置換することが挙げられる。脛骨下関節面は凹形のポリマーベアリングで置換され、距骨の関節面は凸形の金属ベアリングで置換される。使用されるポリマーは例えばポリエチレンでもよい。このような置換術では、痛みの軽減、運動の増加及び足関節の解剖学的復元が整形外科医の目的である。
2つの基本的なタイプの足関節置換手段がある。すなわち、非拘束式半月ベアリング形人工足関節と半拘束式固定ベアリング形人工足関節である。半拘束式固定ベアリング形人工足関節の例としては、デピュイ社のアジリティ・アンクル(Agility Ankle)が挙げられる。半拘束式固定ベアリング形人工足関節は1つの関節インタフェース、即ち凹形のポリマー支承面と凸形の金属支承面の間のインタフェースを有する。半拘束式人工関節では、凹形のポリマーベアリングは脛骨に対して固定される。さらに、凸形の金属ベアリング表面は距骨に対して固定される。したがって、半拘束式固定ベアリング形人工足関節は患者に限られた量の足関節の運動しか与えることができない。
上記とは異なり、非拘束式半月ベアリング形人工足関節は、2つの関節インタフェースを有し、それにより自由度を増すことができる。一方の関節インタフェースは脛骨の構成部品と半月ベアリングの間に存在する。他方の関節インタフェースは上記半月ベアリングと踵骨の構成部品の間に存在する。非拘束式半月ベアリング形人工足関節の例としては、リンク社のS.T.A.R.プロステーシス(S.T.A.R. prosthesis)やエンドテック社のB−Pアンクル(B-P ankle)が挙げられ、両者とも足関節の前面から取り付ける。これら非拘束式人工足関節には様々な問題点があり、そのうちの幾つかをここに例として示す。第1に、足関節の安定性が悪いことが挙げられる。具体的には、半月ポリマーベアリングの位置がずれてしまう場合がある。第2に、非拘束式人工足関節は、過度に内反/外反のずれがある患者や、足の配列又は安定性に影響する軟組織が弱くなっている患者には使用することができない。第3に、線維組織はベアリングを被包しがちであり、その結果運動が制限される。第4に、骨の接触面積が小さいため、脛骨の構成部品が動いてしまうことが知られている。
したがって、半拘束式固定ベアリング形人工足関節よりも大きな運動の自由度を可能にすると共に非拘束式半月ベアリング形人工足関節の欠点を持たない人工足関節システムが必要とされている。
これら要望に取り組むため、本発明は、距骨に対して回動自在であり、それにより足関節に追加の自由度を与える踵骨コンポーネントを含む半拘束式人工足関節から成る。
本発明は、一形態では、脛骨に取付け可能な脛骨装置を有する人工足関節を提供する。脛骨装置は、凹状関節面を有する。踵骨組立体が、脛骨装置の凹状関節面に係合するよう構成された凸状関節面を備えるドーム部分を有し、ドーム部分は、脛骨装置に対して回動できるようになっている。踵骨組立体は、距骨に取り付けられるようになったベース部分を更に有する。ベース部分は、ドーム部分に対して回動できる。
本発明は、別の形態では、脛骨に取付け可能な脛骨装置を有する人工足関節を提供する。踵骨組立体が、脛骨装置に係合するよう構成されたドーム部分を有し、ドーム部分は、第1の平面内で脛骨装置に対して回動できるようになっている。踵骨組立体は、距骨に取り付けられるようになったベース部分を更に有する。ベース部分は、第1の平面に実質的に垂直な第1の平面内でドーム部分に対して回動できる。
本発明は、更に別の形態では、脛骨に取付け可能な脛骨装置を有する人工足関節を提供する。踵骨組立体が、脛骨装置に係合するよう構成された第1の部分を有し、第1の部分は、第1の平面内で脛骨装置に対して回動できるようになっている。第2の部分が、足の距骨に取り付けられる。第2の部分は、足の足底によって定められる第3の平面に実質的に平行な第2の平面内で第1の部分に対して回動できる。
本発明の利点は、歩行サイクルにおける足関節の運動範囲が増大することにある。
別の利点は、踵骨コンポーネントが脛骨コンポーネントの下及び内部で動くことができることにより、足関節全体に加わる応力を減少させることによってインプラントの寿命が長くなるということにある。
さらに別の利点は、凹状ポリマーベアリングの摩耗が最小限に抑えられるということにある。
図中、同一の参照符号は対応関係にある部分を示すものとする。
本発明の原理をより深く理解するために、図面に示された実施形態を参照し、以下に説明する。この説明により本発明の範囲が限定されるものではないことは理解されるべきであろう。また、本発明は、図示された実施形態に対するあらゆる変更例や修正例を含むと共に、当業者であれば通常思いつくような本発明の原理の別の応用例をも含むことは理解されるべきであろう。
図1を参照すると、本発明の一実施形態が示されている。特に、人工足関節が全体として符号30で示されている。人工足関節30は右足関節用である。左足関節用の人工足関節は人工足関節30の鏡像である。人工足関節30は、患者の足関節が置換される関節置換術向きに構成されたものである。人工足関節30は、踵骨組立体又はコンポーネント34及び脛骨組立体又はコンポーネント32の形態をした脛骨装置を含む。脛骨組立体32と踵骨組立体34は脛骨に対して距骨が屈曲及び伸展するように相互に作用する。本発明の一特徴によれば、脛骨組立体32と踵骨組立体34は又、正常な足関節と同様に、屈曲平面及び伸展平面に垂直な平面内で脛骨に対して距骨が回動できるよう相互に作用する。人工足関節30は、患者の骨と組織の除去を最小限に抑えるためにコンパクトになっている。
脛骨組立体32は、脛骨コンポーネント38に嵌まり込み、これによって保持されているベアリングコンポーネント36を含む。脛骨コンポーネント38は、内側縁部42及び外側縁部44を持つベースプレート又は上壁40を有する。内側壁46及び外側壁48を有する位置決め壁がそれぞれ、内側縁部42及び外側縁部44から、上下方向50に延びている。三角形の延長部56が上壁40の後方縁部52(図2)から、前後方向54に延びている。脛骨フィン58の形態をした突起が、上壁40から下上方向60に延びている。
ベアリングコンポーネント36はポリマー又はプラスチックのような弾性材料から形成される。特に、ベアリングコンポーネント36はポリエチレンから形成される。ベアリングコンポーネント36は、踵骨組立体34とインタフェースをとる凹状関節面96を有する。凹状関節面96は上下方向50に向いている。凹状関節面96は前方側部98から後方側部100へ向かって円弧を形成し、表面96の断面は内−外軸線102に沿って一定である。ベアリングコンポーネント36の内側側部114と外側側部120は各々、内側壁46と外側壁48に近接している。
踵骨組立体34は、図3に最もよく示されているように、上方部分又はドーム部分126及び下方部分又はベース部分127を含む。ドーム部分126は弓状湾曲表面128の形態をした凸状関節面を有する。湾曲表面128はドーム部分126の前方端部135から後方端部137の間の円弧に沿って延びている。図4に最もよく示されているように、ドーム部分126は、その円弧に沿って前後方向54にテーパしている。すなわち、ドーム部分126は、後方端部137から前方端部135へ向かって僅かに外方に傾斜した内側側部139と外側側部141を有する。ドーム部分126の平らな底面130は、その中に切頭円錐形凹み131を有する。図示の実施形態では、凹み131は、後方端部137よりもドーム部分126の前方端部135に近いところに位置している。
ベース部分127は、図5に最もよく示されている上側側部140及び下側表面142を備えたプレート138を有する。上側表面140の上には、凹み131の中に嵌まる大きさの切頭円錐形の突起144が、下上方向60に沿って延びている。図2に示すように、突起144の上側側部149と凹み131の輪郭を定める下側表面151の間には隙間147がある。しかしながら、突起144の上側側部149は又、下側表面151に接触するか又は下側表面151に隣接してもよい。下側側部142上には踵骨フィンの形態をした突起132が、上下方向50に延びている。踵骨フィン132は患者の足の距骨145内へ埋め込まれる。
踵骨組立体34のテーパしたドーム部分126は、脛骨ベアリングコンポーネント36と相補関係をなして嵌合している。ベアリングコンポーネント36の凹状表面96はドーム部分126に嵌着している。ベアリングコンポーネント36の側部114,120は各々、ドーム部分126の側部139,141に係合している。ドーム部分126は脛骨装置32に対して回動しながら摺動する。特に、ドーム部分126は内−外軸線102に垂直な表面内でベアリングコンポーネント36に対して回動しながら摺動する。このようにして、ドーム部分126と脛骨組立体32の間の相対的な回動運動が可能となる。ベアリングコンポーネント36とドーム部分126は図6に示すように、伸展位置146と屈曲位置148の間で約60°の運動範囲をもたらす。
再び図1を参照すると、ベアリングコンポーネント36の側部114,120と脛骨コンポーネント38の壁46,48は、あらゆる位置で側方に滑らないようにドーム部分126を保持している。壁46,48は関節を支持し、人工足関節30がいつでも正しい位置を保ったままであるようにしている。図4に最もよく示されているように、ドーム部分126は、後前方向136に僅かに幅が広くなっている。したがって、幅の広い端部135は、構造健全性を損なうことなく幅の狭い端部137よりも良好に凹み131に対応することができる。側部114,120の間の距離も又同様に広がっており、脛骨組立体32とドーム部分126を整列した状態に保っている。人工足関節30は、ドーム部分126とベアリングコンポーネント36が合致するところで回動し、屈曲及び伸展ができるようになっている。表面96,128は、互いに対して摺動して回動が生じるのを可能にし、それにより、生まれつき備わった足関節と同様の動き及び運動範囲をもつことができる。
本発明の特徴によれば、ドーム部分126はベース部分127に対して回動可能であり、それによって、ベアリングコンポーネント36とドーム部分126の間の回動により得られる屈曲及び伸展に加えて、患者の足関節に自由度を与えることができる。さらに、図7及び図8に示すように、ドーム部分126はベース部分127に対して矢印150,152で示された方向に回動可能である。したがって、ドーム部分126とベース部分127の間の相対的な回動運動が可能になる。方向150,152における回動面は、図6に示される屈曲及び伸展面に対して垂直である。方向150,152における回動面は、内−外軸線102に平行である。さらに、方向150,152における回動面は、図2に最もよく示されているように、右足の足底156(図9)によって定められる平面154に実質的に平行である。方向150,152における回動面は、平面154に対して約20°の角度に差し向けることも又可能である。
ベース部分127の突起144は、ドーム部分126の凹み131内で回転可能であり、それによって回動が可能になる。ドーム部分126の下側側部130とプレート138の上側側部140は、これら側部130,140相互間にある隙間160を最小化してその間の相対的な回転も可能にするための凹み131と突起144を除けば、共に平らである。下側側部130と上側側部140は共に方向150,152における回動面に平行である。方向150,152におけるドーム部分126の回動範囲は、約30°であり、腓骨と脛骨、足関節の骨及び足の骨を結合する靭帯の引張具合や張り具合によって制限される。凹み131に受け入れられている突起144によって、内−外軸線102及び前−後軸線158の両方におけるドーム部分126とベース部分127の相対的な運動は阻止される。
脛骨コンポーネント38は、図10に示すように脛骨と腓骨の間の領域を橋渡しできるほど幅広くなければならない。埋め込むときには、内側壁46を内踝に対して突き合わせた状態で外側壁48を腓骨に対して突き合わせる。このようにして、腓骨は脛骨に融合し、体重支承作用の一部が腓骨に移されることになる。延長部56の下側表面133は骨によって支持されており、それによって脛骨組立体32が上下方向50に動くのを阻止している。上壁40は、埋め込み時の骨の除去を最小限にするために可能な限り薄いのがよいが、他方、それが受ける力に耐えるのに十分な強度を保持しなければならない。
図10に示すとおり、人工足関節30は、踵骨組立体34が距骨145に取り付けられ、脛骨組立体32が脛骨と腓骨に取り付けられ、上壁40が骨相互間を橋渡しした状態で埋め込まれる。脛骨フィン58は埋め込み時に脛骨内へ上方に向かって延びると共に脛骨コンポーネント38を正確に位置決めする。これと同様に、踵骨フィンは距骨内へ下方に向かって延びてベース部分127を埋め込み時の正しく整列された状態に保つ。人工足関節30の埋め込みには骨セメントを使用してもよいししなくてもよい。
使用中、患者が足関節を屈曲したり伸展したりすると、踵骨組立体34が脛骨組立体34に対して回動する。さらに、ドーム部分126は、図6に示したようにベアリングコンポーネント36の内側で回動する。また、患者が足の向きを左右に変えると、踵骨組立体34のベース部分127がドーム部分126、脛骨組立体32、患者の腓骨及び脛骨に対して回動する。さらに、ベース部分127の突起144は、図7及び図8に示すようにドーム部分126の凹み131内で回転する。図7に示すように、患者が足の前側部分を左に回動すると、ドーム部分126はベース部分127及び距骨145に対して方向150で回転する。逆に、図8に示すように、患者が足の前側部分を右へ回動すると、ドーム部分126はベース部分127及び距骨145に対して方向152で回転する。
上記の実施形態では、ベース部分127及びドーム部分126は、これら相互の回転を可能にするための互いに嵌り合う突起144と凹み131を有するものとして示されている。しかしながら、ベース部分が凹みを有し、ドーム部分がこれとつがい関係をなして凹みに収容される突起を有するようにすることも可能であることは理解されるべきである。さらに、ベース部分とドーム部分がこれら相互の回転を可能にする他の相補構造を有することも可能である。例えば、ベース部分は環状リングを有してもよく、ドーム部分は、リングを受け入れてベース部分とドーム部分の間の回転を可能にする相補的な環状溝を有してもよい。
人工足関節の脛骨コンポーネントと踵骨組立体は、従来型の生体適合性金属又は適当に強固な材料によって形成できる。例えば、脛骨コンポーネントはチタン合金で形成され、踵骨組立体はコバルトクロム合金又はステンレス鋼合金で形成できる。ベアリングコンポーネントは耐久性のあるポリエチレンで作られる。しかしながら、脛骨組立体及び(又は)踵骨組立体は上記の材料と同様の特徴を有する別の材料で作ることもできる。
好ましい用途に応じて、脛骨コンポーネント及び踵骨組立体に多孔性の被覆を施すのが良い。脛骨組立体及び踵骨組立体は、様々な患者の足関節の寸法形状に対応するよう様々な寸法形状で提供できる。
一実施形態では、人工足関節は、様々なサイズ、寸法及び(又は)形状の脛骨組立体及び踵骨組立体のキットとして整形外科医に提供される。このキットには上記のあらゆる置換手技を実施するために必要な全てのコンポーネントが含まれている。コンポーネントは必要に応じて手術室で組み立てられる。
本発明について図面及び上述の説明で詳細に説明したが、これは性質上例示として考えられるべきであって本発明を限定するものではない。好ましい実施形態が示されているに過ぎず、本発明の精神に含まれる全ての変更例、改良例及び更なる応用例は保護されるべきであることは理解されるべきである。
本発明の具体的な実施形態は、次の通りである。
(1) 前記上側部分は、内−外軸線に実質的に垂直な第1の平面内で前記脛骨装置に対して回動できることを特徴とする請求項1記載の人工足関節。
(2)前記下側部分は、内−外軸線に実質的に平行な第2の平面内で前記上側部分に対して回動できることを特徴とする実施形態(1)記載の人工足関節。
(3)前記下側部分は、第1の突起を有し、前記上側部分は、前記第1の突起を受け入れるよう形作られた凹部を有し、前記第1の突起は、前記凹部内で回動できることを特徴とする請求項1記載の人工足関節。
(4)前記第1の突起及び前記凹部はそれぞれ、切頭円錐形であることを特徴とする実施形態(3)記載の人工足関節。
(5)前記下側部分は、上側側部及び下側側部を備えたプレートを有し、前記第1の突起は、前記上側側部上に位置していることを特徴とする実施形態(3)記載の人工足関節。
(6)前記下側部分は、第2の突起を有し、前記第2の突起は、前記下側側部上に位置し、前記第2の突起は、距骨内に植え込まれるように形作られていることを特徴とする実施形態(5)記載の人工足関節。
(7)前記プレートの前記上側側部は、実質的に平らであり、前記上側部分は、実質的に平らな下側側部を有し、前記凹部は、前記上側部分の前記下側側部に設けられていることを特徴とする実施形態(5)記載の人工足関節。
(8)前記上側部分は、前側端部及び後側端部を有し、前記凹部は、前記後側端部よりも前記前側端部の方に近い位置に設けられていることを特徴とする実施形態(3)記載の人工足関節。
(9)前記上側部分は、前側端部及び後側端部を有し、前記凸状関節面は、前記前側端部と前記後側端部との間で円弧に沿って延びていることを特徴とする請求項1記載の人工足関節。
(10)前記第2の平面は、内−外軸線に実質的に平行であることを特徴とする請求項2記載の人工足関節。
(11)前記第1の平面は、内−外軸線に実質的に垂直であることを特徴とする実施形態(10)記載の人工足関節。
(12)前記下側部分は、第1の突起を有し、前記上側部分は、前記第1の突起を受け入れるよう形作られた凹部を有し、前記第1の突起は、前記凹部内で回動できることを特徴とする請求項2記載の人工足関節。
(13)前記第1の突起及び前記凹部はそれぞれ、切頭円錐形であることを特徴とする実施形態(12)記載の人工足関節。
(14)前記下側部分は、上側側部及び下側側部を備えたプレートを有し、前記第1の突起は、前記上側側部上に位置していることを特徴とする実施形態(12)記載の人工足関節。
(15)前記下側部分は、第2の突起を有し、前記第2の突起は、前記下側側部上に位置し、前記第2の突起は、距骨内に植え込まれるように形作られていることを特徴とする実施形態(14)記載の人工足関節。
(16)前記プレートの前記上側側部は、実質的に平らであり、前記上側部分は、実質的に平らな下側側部を有し、前記凹部は、前記上側部分の前記下側側部に設けられていることを特徴とする実施形態(14)記載の人工足関節。
(17)前記上側部分は、前側端部及び後側端部を有し、前記凹部は、前記後側端部よりも前記前側端部の方に近い位置に設けられていることを特徴とする実施形態(12)記載の人工足関節。
(18)前記第2の平面は、内−外軸線に実質的に平行であることを特徴とする請求項3記載の人工足関節。
(19)前記第1の平面は、内−外軸線に実質的に垂直であることを特徴とする実施形態(18)記載の人工足関節。
(20)前記第2の部分は、第1の突起を有し、前記第1の部分は、前記第1の突起を受け入れるよう形作られた凹部を有し、前記第1の突起は、前記凹部内で回動できることを特徴とする請求項3記載の人工足関節。
(21)前記第1の突起及び前記凹部はそれぞれ、切頭円錐形であることを特徴とする実施形態(20)記載の人工足関節。
(22)前記第2の部分は、上側側部及び下側側部を備えたプレートを有し、前記第1の突起は、前記上側側部上に位置していることを特徴とする実施形態(20)記載の人工足関節。
(23)前記第2の部分は、第2の突起を有し、前記第2の突起は、前記下側側部上に位置し、前記第2の突起は、距骨内に植え込まれるように形作られていることを特徴とする実施形態(22)記載の人工足関節。
(24)前記プレートの前記上側側部は、実質的に平らであり、前記第1の部分は、実質的に平らな下側側部を有し、前記凹部は、前記第1の部分の前記下側側部に設けられていることを特徴とする実施形態(22)記載の人工足関節。
(25)前記第1の部分は、前側端部及び後側端部を有し、前記凹部は、前記後側端部よりも前記前側端部の方に近い位置に設けられていることを特徴とする実施形態(20)記載の人工足関節。
本発明の一実施形態による足関節置換品又は人工足関節の背面図である。 踵骨組立体が距骨に取り付けられた状態の図1の人工足関節の2−2線矢視部分断面部分分解側面図である。 図1の踵骨組立体の分解部分断面側面図である。 図2の踵骨組立体と距骨の平面図である。 図4の踵骨組立体のベース部分と距骨の平面図である。 図1の人工足関節の側面図であり、踵骨組立体の屈曲範囲と伸展範囲を示す図である。 図2の踵骨組立体と距骨の平面図であり、距骨に対するドーム部分の回動状態を示す図である。 図2の踵骨組立体と距骨の別の平面図であり、距骨に対するドーム部分の回動状態を示す図である。 患者の足関節に埋め込まれた図1の人工足関節の側面図である。 患者の足関節に埋め込まれた図1の人工足関節の正面図である。
符号の説明
30 人工足関節
32 脛骨組立体
34 踵骨組立体
36 ベアリングコンポーネント
38 脛骨コンポーネント
40 上側壁
42 内側縁部
44 外側縁部
46 内側壁
48 外側壁
96 凹状関節面
126 ドーム部分
127 ベース部分
128 凸状関節面

Claims (4)

  1. 人工足関節であって、脛骨に取り付けられるようになった脛骨装置を有し、前記脛骨装置は、凹状関節面を有し、前記人工足関節は、踵骨組立体を更に有し、踵骨組立体は、前記脛骨装置の前記凹状関節面に係合するよう構成された凸状関節面を備える上側部分を有し、前記上側部分は、前記脛骨装置に対して回動できるようになっており、前記踵骨組立体は、距骨に取り付けられるようになった下側部分を更に有し、前記下側部分は、前記上側部分に対して回動できることを特徴とする人工足関節。
  2. 人工足関節であって、脛骨に取り付けられるようになった脛骨装置と踵骨組立体とを有し、前記踵骨組立体は、前記脛骨装置に係合するよう構成された上側部分を有し、前記上側部分は、第1の平面内で前記脛骨装置に対して回動できるようになっており、前記踵骨組立体は、距骨に取り付けられるようになった下側部分を更に有し、前記下側部分は、前記第1の平面に実質的に垂直な第1の平面内で前記上側部分に対して回動できることを特徴とする人工足関節。
  3. 脛骨に取り付けられるようになった脛骨装置と、踵骨組立体とを有し、前記踵骨組立体は、前記脛骨装置に係合するよう構成された第1の部分を有し、前記第1の部分は、第1の平面内で前記脛骨装置に対して回動できるようになっており、前記踵骨組立体は、足の距骨に取り付けられるようになった第2の部分を更に有し、前記第2の部分は、足の足底によって定められる第3の平面に実質的に平行な第2の平面内で前記第1の部分に対して回動できることを特徴とする人工足関節。
  4. 人工足関節であって、脛骨に取り付けられるようになっており、凹状関節面を備えた脛骨装置と、踵骨組立体とを有し、前記踵骨組立体は、前記脛骨装置の前記凹状関節面に係合するよう形作られた凸状関節面を備える上側部分を有し、前記上側部分と前記脛骨装置の回動運動を可能にするようになっており、前記踵骨組立体は、距骨に取り付けられるようになった下側部分を更に有し、前記下側部分は、前記上側部分と前記下側部分との間の回動運動を可能にするよう前記上側部分に係合するよう構成されていることを特徴とする人工足関節。
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