JPH0330762A - 自己調節人工骨頭アタッチメント - Google Patents

自己調節人工骨頭アタッチメント

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JPH0330762A
JPH0330762A JP2156666A JP15666690A JPH0330762A JP H0330762 A JPH0330762 A JP H0330762A JP 2156666 A JP2156666 A JP 2156666A JP 15666690 A JP15666690 A JP 15666690A JP H0330762 A JPH0330762 A JP H0330762A
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JP
Japan
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wedge
end portion
bone
head attachment
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JP2156666A
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Erik L Hoffman
エリツク　レオナルド　ホフマン
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Original Assignee
Ordev BV
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Publication date
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は人工骨頭を骨内に固着するアタッチメントに関
する。
（従来の技術） 人工骨頭１例えば関節用人工骨頭を、長い骨内の予め嵌
合用相補的形状が与えられた長手方向空洞部分内に該人
工骨頭のテーパ一部分を挿入することによって該長い骨
内に固定することが公知である。このような固定を行な
うために種々の提案が行なわれてきた。これらの提案の
うちの１つは人工骨頭をセメントで固着する方法であり
、他の１つは相手空洞内の前進した位置に固定したアン
カーを用いる固定方法であって、該アンカーを金属ワイ
ヤーのような形状の連結部材によって人工骨頭のテーパ
一部分に連結し、この連結部材によって人工骨頭を長手
方向空洞の相補的テーパー部分内に引き入れて該人工骨
頭を骨に安定させる方法である。
（発明が解決しようとする課雇） 上記従来公知の技術は、時間の経過につれて人工骨頭の
テーパ一部分、人工骨頭のピン、該ピンが嵌合された骨
の空洞部分等の間に遊びが生じるという欠点を有する。
この遊びの１つの原因は。
いわゆる微動である。骨と人工骨頭の界面に生じるせん
断力の原因は、一方では骨と人工骨頭の材料との間の可
撓性の差であり、他方では、身体の運動中に生じる人工
骨頭を介して骨に交互に加えられる引張り負荷と圧縮負
荷である。
ＮＬ−Ａ−８７０２３７（ＥＰ−Ａ−３１１２０８）に
記載された従来の提案によれば、人工骨頭は形状記憶金
属を用いて骨の空洞内に固着される。該形状記憶金属は
所与の遷移点を越えた温度変化において形状の変化を受
け、収縮するか膨張するかする。この形状の変化は、人
工骨頭がしばらく使用されて遊びが生じたときに補正す
るのに用いる。すなわち、骨の内表面と係合する人工骨
頭の固着手段の有効直径を増加させて人工骨頭を非外科
的手段によって再固定させることができる。
従って本発明の１つの目的は、従来技術の欠点を避け、
簡単な方法で異なる骨の形状に対して最適に適用するこ
とができ、人工骨頭を介して骨に与えられる負荷に対し
て最大の効果を呈する人工骨頭アタッチメントを提出す
ることである。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、上記課題は、人工骨頭に接続されかつ
相手空洞の相補的加工部分内に受入れられるようになっ
ている基端部分と、前記相手空洞内で前進した位置に固
定されるべき先端部分と、前記基端部分および先端部分
を連結する連結部材とからなる、骨に人工骨頭を固着す
るための三分割セットを有し、前記連結部材の一端が前
記先端部分のところで延在し張力が作用したときに膨張
するくさび形ボルト様の部材を形成し、また、前記連結
部材が、少なくとも体温の範囲内で平坦なばね特性を有
し少なくとも軸方向に弾性を有する要素で構成されてな
る人工骨１頭アタッチメントによって解決される。
本発明の好適実施例において、前記連結部材は形状記憶
金属にチノール）の棒で構成される。
遷移温度を後方に越えて棒を加熱し形状変化を行なわせ
るのに形状記憶金属を用いた出願人の上記先行提案と違
って、形状記憶金属の別の特性、すなわちいわゆる超弾
性の存在が用いられる。これによって下記の効果が得ら
れる。
問題としている金属の遷移点以下の低温下で伸長させた
棒は、該遷移点以上に加熱されると材料の形状記憶によ
って元の長さに復帰する。この収縮が阻止されると、金
属内に形状復帰応力が確立される。形状記憶金属の特性
、すなわち、伸長の大きな全範囲にわたって、確立され
た応力が元の長さに復帰する期間一定に保持されること
が、超弾性と呼ばれている。この効果は、棒をその変形
温度以上の温度で伸長させることによってその棒が完全
オーステナイト相からマーテンサイド相に変化して応力
発生マーテンサイド（ＳＩＮ）を形成するときにも生じ
、オーステナイト相に復帰するときの形状復帰応力が棒
を遷移点以下の温度で伸長させたときよりも低いレベル
であるという事実を除いて、同じ平坦な距離／応力曲線
を呈する。
用意された骨に人工骨頭を固着するには、先端部分と連
結部材とを骨の空洞内に導入し、先端部分を後述する方
法で位置決めし、次にアタッチメント組立体の基端部分
を所定の位置に配置して連結部材に結合し、連結部材内
に超弾性の範囲内で最大のプレストレスを発生させる。
人工骨頭がインブラントされているときに連結部材にプ
レストレスが与えられ、このプレストレスは伸長の大き
い範囲内で一定値を保つので、基端部分は、常に微動を
阻止するのに貢献する力で先端部分の方向に付勢された
状態に保持される。
微動を阻止することによって、いわゆる初期安定が与え
られる。すなわち１人工骨頭をインブラントした後の初
めの相において、骨の組織が、骨内に挿入されるべき人
工骨頭アタッチメントの基端部分に適用される１例えば
ヒドロキシアパタイトのようなバイオコンパチブルある
いはバイオアクチブな材料の多孔性コーティングの中へ
成長する機会が与えられる。微動は１人工骨頭と骨との
間に生じる固着結合の自然発生的形成を妨げる。
例えば約２■鵬の直径をもち、従って高い可撓性を有す
る細い形状記憶金属棒を比較的短い基端部分とともに用
いることによって、次のような付加的な利点が得られる
。股関節部において、骨に挿入されるシャンクは偏心的
に負荷されるので傾きやすい、従来この傾きを阻止する
ために長いシャンクが用いられてきた。
長いシャンクは多くの欠点を有する。考慮すべき１つの
要因はいわゆる“ストレスシールディング″′である。
すなわち、ある限度以下に負荷された骨の領域内におい
て、印加される力が人工骨頭の部材を介して偏向される
ので、骨の物質が再吸収されて消失する。
不適当に負荷された骨の部分は壊死によって消失しやす
い、このことは山羊による生体内実験によって知られて
いる。セグメントに分割された円筒面を有するくさび形
ボルト要素が非円形の相手空洞に配置された。くさび形
要素が膨張させられると、それは限定された寸法の周方
向に離間した分離領域と係合し、そこで比較的高い圧力
が骨の物質に印加された。これらの係合領域が閉鎖した
円筒形表面を形成しこの円筒形表面が（さび形要素の表
面に嵌合してこれを包囲するに至るまで、これらの係合
領域は壊死によってますます大きくなり、その結果圧力
がより低くなる。それによって、半径方向の力の分布の
ために、圧力レベルが最適と考えられる値に達する。す
なわちこれ以上の壊死あるいは再吸収なしに、完全な圧
力嵌合が自然発生的に形成される。
要するに、骨の物質の場合、゛″過小負荷″と“過負荷
”の両状態とも自然発生的に再吸収あるいは壊死を生じ
る。
骨の中に長い人工骨頭シャンクを深く挿入した場合、導
入された力が骨のしばしば狭い中央部分に自動的に形成
される圧入手段によって固定される先端部分に伝導され
る危険がある。その結果、骨の基端部分が無負荷状態と
なり、その部分に再吸収が生じる可能性がある。その結
果として、人工骨頭ピンの先端部分は固定されるけれど
も、基端部分のまわりには遊びが生じる。
本発明によれば１人工骨頭の短い基端部分を形状記憶金
属棒と組合わせで用いることによって、導入される力が
人工骨頭の先端部分に伝達されるのを阻止する。その力
は人工骨頭の基端部分に集中し、そこで自然手段による
圧入の変形を可能とする。
超弾性の応力範囲が、それ以上では疲労破壊が起こるし
きい値応力をはるかに丁目るので、その可能性は最小で
ある。
本発明のさらに苦心したところは、先端部分に周方向に
分布した複数個のセグメントを設け、セグメントの外表
面を円筒形表面に形成するとともに内表面を一端の方に
向かってテーパーさせてくさび形とし、連結部材の一端
をセグメントのくさび形と相補的なくさび形に形成して
これをセグメントの間に配置し、それによって、この連
結部材のくさび形端部をセグメントに対して軸方向に機
械的に固定する手段を設けた点である。
この目的のために、引張り力付与装置の一部を形成して
もよいししなくてもよいスリーブを用い、そのエンドス
トップが連結部材上を滑動し、基端部分からの力の印加
とそのエンドストップによって、セグメントを連結部材
のくさび形端部の上に強制的に乗らせる。その結果、セ
グメントは半径方向外方に動いて、先端部分が骨の空洞
内に、好ましくは最も狭い部分あるいはそれよりも下の
位置で、固定される。この方法は、スリーブが連結部材
の保護包囲体を形成するという点で利点となる。欠点は
スリーブが連結部材の可撓性に悪影響を与えるという点
である。しかしスリーブが引張り力付与装置の一部であ
る場合には、該スリーブは先端部分の固定後に除去する
ので上記欠点はもちろん存在しない。
先端部分を固定する他の方法は、トルクスパナを用いて
締め付けることができるように連結部材のねじ部分に螺
合したナツトによってセグメントを移動させ連結部材の
くさび形端部の上に乗らせるようにすることである。
先端部分の別の好適な実施例は、より高いせん断力を与
えるため粗くした足を形成するアプセット端を有する３
つの部材で構成したスチールばね製の３部材星形（マシ
ーディーズスタ−”　ｍａｒｃｅｄｅｓ　５ｔａｒ　”
　）にすることである、これを大腿骨シャンクに導入す
る前に、３つの部材あるいはブレードをスリーブの中に
引き入れて３つの部材を折り畳んだ状態とし、先端部分
を所望のところまで押し出して、ブレードの弾力による
クランプ作用を生じさせる。この実施例の利点は、ニチ
ノール棒に引張りカが与えられたとき、力が材料の弾力
性に大きく吸収されてしまうので高い応力が骨に印加さ
れないことである。
好ましくは、装置が峡部分のところに配置されるのであ
れば、先端部分のセグメントが相互接続されガイドトラ
ックに沿って半径方向に移動可能にすることである。峡
部分より下に配置されると、先端部分は傾く、先端部分
の先端には、ニチノール捧を常に正しい軸方向に出るよ
うにする手段を設け、棒が曲がったり偏向したりするこ
とがないようにする。
先端部分をこのようにして固定すると、アタッチメント
の基端部分は、上述した超弾性の範囲内で部材に引張り
力を与えることによって管内の代金空洞内に固着される
。この目的のために、形状記憶金属の別の特性、すなわ
ち温度／応力曲線におけるヒステレシスを用いることが
できる。加熱後、金属が冷却されると、１０〜１５℃の
範囲にわたって形状復帰応力が同一レベルで残存する０
体温より高い遷移温度、例えば４５℃をもつ形状記憶金
属を選択することができる。この温度では、超弾性の範
囲が体温の３７℃を越えて１例えば６％伸長ではなく７
％伸長となる。７％伸長後、連結部材は基端部分で固定
される。連結部材が体温となった後でも、形状復帰応力
が超弾性の高い範囲で残存する。導入期間、ニチノール
棒の温度は例えば室温の２０℃であり、棒を伸長させる
力は体温によるそれより小さい。
本発明による基端部分、連結部材および先端部分のセッ
トは、それらをモジュラ−構造とするのにきわめて役立
ち、それによって、限られた部品のストックを許す最適
な嵌合アタッチメントを作ることができる。
本発明の別の実施例によれば、連結部材の先端部分は先
端で固定されず中間大腿骨顆状突起部に配置された管を
貫通してねじ込まれ骸骨の下端から出てくる端のところ
で固定される。
（実施例） 以下１本発明による自己調節人工骨頭アタッチメントの
いくつかの実施例を、図面を参照しながら例示的に説明
する。
第１図の実施例において、股関節部の一部を形成する人
工骨頭ｌは骨２内に固着されている。骨２の基端部分３
は、アタッチメント組立体の基端部分４に形状的に適合
するように準備されていた。アタッチメント組立体は、
基端部分の他に先端５と連結部材６とを含む、連結部材
６はその先端にくさび形の端部７を有し、そのまわりに
多数個のセグメント８が配置されている。セグメント８
は円筒形あるいは円錐形表面の一部として形成された外
壁と連結部材６のくさび形端部７と相補的なテーパー形
状の少なくとも一部をなす内壁とを有する。
先端を相手空洞内に固定するために、特別に設゛計され
た工具を用い、ナツト９によってセグメント連結部材の
くさび形端部７の上に乗り上げさせるようにする。その
結果、セグメントの結合体の実際の直径が増大する。
基端部分４に張力を与えそれによって連結部材６を応力
′ドにおくことが、カウンタベアリングとして基端部分
内に形成された四部１０の底を用いるかあるいは特別に
設計された工具を用いて、ナツト１１により行なわれる
。
連結部材は形状記憶金属、特にＮ１Ｔ１合金。
例えばＮｌ　５５Ｔ、　４５合金製で約４−一の直径を
有する棒であり、この形状記憶金属は固体状態で応力に
よって引き起こされるマーテンサイド構造変化を受ける
ことができるという特性を有し、それは可逆的であって
マーテンサイド領域では一定値の形状復帰応力を有する
。この効果は超弾性と呼ばれる。
この概念において、上記特性が用いられ、オーステナイ
ト相において形状記憶金属を伸長させることによってそ
れを応力発生マーテンサイドとし、この領域内で平坦な
距Ｍ／応力曲線を有するようにする。延伸が消尽される
と、材料はオーステナイト相に復帰する。
先端５が骨２内に固定されると、連結部材６が体温より
も高い温度で締め付はナツト１１によってこの温度と関
連づけられる超弾性あるいはマーテンサイド領域内まで
伸長させられる。温度４５℃では捧６は７％まで伸長さ
せることができるが１体温下での最大伸長は約６％であ
る。伸長が消尽されない限り、基端部分４は先端５の方
へ一定の力で引かれる。捧６内の応力は基端部分４と先
端５の両部分における遊びを阻止するために消尽される
。
第２図の変更例においては、形状記憶ばね構造は、より
簡単な外科的技術に寄与するために単純化されている。
形状記憶ばねはまっすぐなワイヤ６ａであって、先端の
アプセットフランジ６ｂを有し、それによって先端部分
５ａの円錐形コア７ａをセグメントのシェル８ａ内で軸
方向に移動させてその実直径を変化させることかできる
ようになっている０人工骨頭の基端部分４ａに対してば
ね６ａを固定するためには。
中空の円錐形くさび１２を用いる。
人工骨頭を骨内に固着するためには、先端部分５ａのく
さび組立体７ａ、８ａが中間骨髄導管内で所与の深さの
ところに位置づけられる。形状記憶ばねに張力がかけら
れ、それによってアプセットフランジ６ｂがコア７ａを
セグメントシェル８ａ内に引き入れ、先端部分５ａを固
着する。その後、十分に過剰な長さを有する形状記憶ば
ねに引張り力が与えられ、中空円錐形くさび１２によっ
て人工骨頭の基端部分４ａにクランプされる。ばね６ａ
の突出部分は切断される。
この人工骨頭は第１図の実施例によるものよりも簡単で
ある。実際、ばねにはねじ領域がないので、如何なる所
望の長さのものでも出発製品として使用することができ
、従って先端は所望の場所に位置決めすることが可能で
ある。また、トルクスパナを用いてばねを人工骨頭の基
端部分にねじどめすることか省略できる。
プレストレス・ボルト１１と人工骨頭の基端部分の間に
おけるような摩擦がないので、ばねの引張り力付与はよ
りよく再現可能である。このばね６ａは太いばね６より
もより柔軟なので、その可撓性は高く、振動によって弛
むことからロックする必要性はない。
さらにまた、棒が細く簡単であり、従って安価である。
棒の直径が小さく、可撓性がより高いことによる他の利
点は、ばねの可撓性が対称的な基端部分の使用を許すか
ら、ストックすべき人工骨頭の数を減らすことができる
ことである。さらにまた、同一の引張り力に対してより
小さい直径を有することによって、より高い形状復帰応
力が得られる。形状記憶ばねの引張り相と弛緩相の間で
の等しいヒステレシス応力損失に対して、引張り期間に
おける大腿骨に対する過負荷はより小さい。
第３図は、ニチノールあるいは他のばね材料、例えばマ
ルエージング鋼からなる形状記憶ばね６ｃの先端の変更
例を線図的に示す図である。ばね６ｃの下端には、フッ
ク１４を備えた下方向に広がる３本のスチールばね製の
部材すなわちブレード１３が取り付けられている。先端
５ｃを導入するためには、ブレード１３を折り畳んだ状
態に保持するためのスリーブ１５が用いられる。先端５
ｃが適正位置に配置されると、スリーブ１５は引き上げ
られる。その後ブレード１３は外方にはね返り、ばね６
ｃの収縮期間、フック１４は骨２内に固定される。
第４図に示す別の実施例において、形状記憶ばね６ｄは
、中央大腿骨顆状突起部分１８に配置された管１７を貫
通してねじ込まれる。先端あるいは基端で引張り力を与
えた後、ばね６ｄの先端が１８のところの外部における
プレート１６に固定される。管１７の基端は中心化部材
すなわちセントライザ１９によって位置決めされる。
【図面の簡単な説明】
第１図は骨に固定された人工骨頭を模式的に示す部分縦
断立面図、第２図は変更実施例を示す第１図類似の部分
縦断立面図、第３図は先端の別の実施例を模式的に示す
図、第４図は人工骨頭の別の実施例を示す図である。 （符号の説明） １　・・・　人工骨頭 ２・・・骨 ４　・・・　基端部分 ５．５ａ　　・・・　先端部分 ６．６ａ、６ｃ　　・・・　連結部材 ６ｂ　　・・・　アプセットフランジ ７　・・・　連結部材の一端 ７ａ　　・・・　コア ８．８ａ　・・−セグメント ９　・・・　ナツト １２　　・・・　くさび １３　　・・−ブレード １４　　・・・　フック １６　　・・・　板状部材 第２ 図 第１ 第４

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. １．人工骨頭（１）に接続されかつ相手空洞の相補的加
    工部分（３）内に受入れられるようになっている基端部
    分（４）と、前記相手空洞内で前進した位置に固定され
    るべき先端部分（５）と、前記基端部分および先端部分
    を連結する連結部材（６）とからなる、骨（２）に人工
    骨頭を固着するための三分割セットを有し、前記連結部
    材の一端が前記先端部分のところで延在し張力が作用し
    たときに膨張するくさび形ボルト様の部材を形成し、ま
    た、前記連結部材が、少なくとも体温の範囲内で平坦な
    ばね特性を有し少なくとも軸方向に弾性を有する要素で
    構成されてなる人工骨頭アタッチメント。
  2. ２．請求項１の記載において、前記連結部材が形状記憶
    金属棒（６）であることを特徴とする人工骨頭アタッチ
    メント。
  3. ３．請求項２の記載において、前記形状記憶金属棒（６
    ）が約２ｍｍの直径を有し、従って高い可撓性を有して
    いることを特徴とする人工骨頭アタッチメント。
  4. ４．請求項１、２または３の記載において、前記先端部
    分（５）が、周方向に分布された複数個のセグメント（
    ８）を具備し、該セグメントの外表面が円筒形あるいは
    円錐形表面の部分を形成するとともに、内表面が一端に
    向かって傾斜して各セグメントがくさび形を呈しており
    、また前記連結部材の一端（７）が該セグメントと実質
    的に相補的なくさび形に形成されて前記セグメント（８
    ）の間に配置されており、該くさび形の一端（７）を前
    記くさび形セグメント（８）および前記連結部材（６）
    に対して軸方向に機械的に固定する手段（９）が設けら
    れていることを特徴とする人工骨頭アタッチメント。
  5. ５．請求項４の記載において、引張り力付与装置の一部
    を形成しあるいは形成しないスリーブを設け、該スリー
    ブの先端ストップを前記連結部材上を滑動させ、前記基
    端部分からの力の印加および前記先端ストップによって
    前記セグメントを前記連結部材のくさび形端部に乗らせ
    前記連結部材に固定するようにしたことを特徴とする人
    工骨頭アタッチメント。
  6. ６．請求項４の記載において、前記連結部材のねじ部分
    と協働するよう関連づけられたナット（９）を設け、前
    記基端部分からスパナで該ナットを締めて前記先端部分
    （５）を固定することができるよう構成したことを特徴
    とする人工骨頭アタッチメント。
  7. ７．請求項１から６までのうちの何れか１の記載におい
    て、構成各部分をモジュラー構造としたことを特徴とす
    る人工骨頭アタッチメント。
  8. ８．請求項２から７までのうちの何れか１の記載におい
    て、前記連結部材を形成する形状記憶金属がＮ＿１Ｔ＿
    １合金であることを特徴とする人工骨頭アタッチメント
    。
  9. ９．請求項１または２の記載において、前記連結部材を
    構成する形状記憶金属棒（６ａ）が約１．５ｍｍの直径
    を有することを特徴とする人工骨頭アタッチメント。
  10. １０．請求項９の記載において、前記先端部分（５ａ）
    が周方向に分布された複数個のセグメント（８ａ）を有
    し、該セグメントの外表面が円筒形表面の部分を形成す
    るとともに内表面が一端に向かつて傾斜して各セグメン
    トがくさび形を呈しており、さらにまた該セグメントと
    実質的に相補的なくさび形のコア（７ａ）が前記セグメ
    ントの間に配設されており、前記形状記憶金属の棒を形
    成するばね部材（６ａ）が前記コア（７ａ）と係合する
    アプセットフランジ（６ｂ）を有することを特徴とする
    人工骨頭アタッチメント。
  11. １１．請求項１０の記載において、前記人工骨頭（１）
    の基端部分（４ａ）のところで、前記ばね部材（６ａ）
    に力を印加してそれを固定するための中空円錐くさび（
    １２）を設けたことを特徴とする人工骨頭アタッチメン
    ト。
  12. １２．請求項１から９までのうちの何れか１の記載にお
    いて、前記先端部分に、周方向に分布された３個のスチ
    ールばね製のブレード（１３）が設けられ、該ブレード
    は前記連結部材（６）の端から下方に向かって外方向に
    広がっており、各ブレードの下方自由端にはそれぞれ外
    向きに上方に延在するフック（１４）が設けられている
    ことを特徴とする人工骨頭アタッチメント。
  13. １３．人工骨頭（１）に接続されかつ相手空洞の相補的
    加工部分（３）内に受入れられるようになっている基端
    部分（４）と、板状部材（１６）の形状を有し中央大腿
    骨の顆状突起に隣接するような前進した位置に固定され
    るべき先端部分と、前記両部分を連結する連続部材（６
    ）とからなる、人工骨頭を骨（２）に固着するため三分
    割セットを有し、前記連結部材の一端が、前記中央大腿
    骨顆状突起内に挿入されその外面に固定された先端配置
    ねじ管を貫通して延び、前記連結部材が、少なくとも体
    温の範囲内で平坦なばね特性を有し少なくとも軸方向に
    弾性を有する要素で構成されてなる人工骨頭アタッチメ
    ント。
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