JPS5841055B2 - ジンコウヒザカンセツソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は人工的代用装置に関し、一層詳しくは体内の人
工膝関節装置すなわち膝関節代用装置に関する。

従来の膝関節代用装置は通常機械的ヒンジであり、それ
は単一の回転軸を有し、また大腿骨と脛骨を固定させる
ために骨髄内に入れられる長いステムを有する。

そのような従来の膝関節代用装置は多くの適用において
有益に使用されてきたことは認められるが、種々の欠点
に甘んじなければならなかった。

それらの欠点とは、人体の関節と比較すると機械的ヒン
ジに起因する比較的制限された不自然な動きであり、ま
た関節装置を適用するために関節の靭帯（ｌｉｇａｍｅ
ｎｔ ）および大量の骨を除去しなければならないこと
であり、更に骨髄管（ｍｅｄｕｌｌａｒｙ ｃａｎａｌ
）に比較的深い孔をあけなければならないこと等であ
る。

最近になって大腿骨構成部分と脛骨構成部分とに分かれ
たものからなる関節装置が提案さぁこれら大腿骨および
脛骨の構成部分は、枢動軸すなわち機械的ヒンジのリン
ク仕掛に類似するものによるというよりかむしろ人体の
関節嚢（ｊｏｉｎｔｃａｐｓｕｌｅ ）による支承係合
で保持されるものである。

このような関節装置は初期のヒンジ型式に比べればいく
らかの改良点はあるが、使用においてまだ上述した欠点
のいくつかには甘んじなければならない。

本発明の目的は、上記の最近になって提案された関節装
置を更に改良した体内の人工膝関節装置を提供すること
にある。

この目的達成のために、本発明によれば、膝関節代用装
置は大腿骨構成部分すなわち下側構成部分と、脛骨構成
部分すなわち上側構成部分とからなり、前記下側構成部
分は細長のサドル形状の関節荷重支承表面はその後方に
向って内側に彎曲し、しかも一端部から上方に突出する
ボール形状と、前記下側構成部分を脛骨の頂部に前記ボ
ール形状を後方にした前後位置で固着するための基部と
を有し、前記上側構成部分はソケット形状の関節荷重支
承表面を備え、前記ソケット形状の関節荷重支承表面は
基本的には前記下側構成部分のサドル形状とボール形状
とに対して相補的関係となっているが、該サドル形状に
沿う彎曲よりも一層大きな彎曲を有し、前記ソケット形
状の外側が大腿骨の底部に固着されるようになっている
。

本発明の関節代用装置の使用において、サドル形状の長
手方向軸線は、後方に位置決めされたボール形状すなわ
ちくら頭と共に膝関節の前後の軸線に沿って配置される
。

大腿骨および脛骨の構成部分の特別な配置は、次のよう
なときである。

すなわち上記構成部分間の相補的関係にある表面部分が
、相互の支承係合において関節屈曲作用がゼロの位置に
あるときであり、また関節屈曲作用が増大して、くら頭
が支承係合するようになったときである。

支承係合のこのような変化は、長手方向形状が相互に散
開していることによって可能となる。

本発明の関節代用装置の上記のような形状から得られる
利点は次のようなものである。

すなわち、関節装置の固定が、骨を除去する必要および
骨髄管に深く貫通させる必要を少なくすることによって
簡単にされている点である。

従来の関節代用装置における最近になって提案されたも
のは、大腿骨および脛骨の頭骨をそれぞれ凸支承部材お
よび凹支承部材を有するものに置換えるようになってい
る。

本発明の関節代用装置は、上記のような概括的幾可学的
形状が逆になっており、大腿骨および脛骨の構成部分を
、人体の大腿骨の顆間切痕（１ｎｔｅｒ−ｃｏｎｄｙｌ
ａｒ ｎｏｔｃｈ ｏｆ ａ ｆｅｍｕｒ）および脛骨
の顆間結節（１ｎｔｅｒ−ｃｏｎｄｙｌａｒｔｕｂｅｒ
ｃｌｅｓ ｏｆ ａ ｔｉｂｉａ ）のまわりに位置決
めするのに、それら頭骨（ｃｏｎｄｙｌａｒ ｂｏｎｅ
）の除去を少なくてすむようにしである。

また他の利点は、大腿骨および脛骨の構成部分の解剖学
的構造が人体の隆起形状となっているので、それら構成
部分の固定において骨髄を貫通させることなくギツプを
満すための接合材を使用できることである。

また本発明の関節代用装置から得られる更に他の利点は
、関節屈曲作用の支承係合の変化において、人体の膝関
節の形状にシュミレート （ｓｉｍｕｌａｔｅ ）する適切な長手方向形状の間で
摺動および回転運動が行われることである。

このことは更に後に述べることにする。

サドル形状は、また次のようにすることが好ましい。

すなわち、サドルの横方向の形状が、それらのくら頭と
は反対の端部であって、それらの一対の対応する上記端
部において、はぼ相補的関係にあることであり、しかし
上記くら頭の端部に向って次第に拡がっていることであ
る。

このように好ましい形状の大腿骨および脛骨の構成部分
が、それらの相補的関係にある端部間で係合していると
きは、相互の回転運動はできないが、長手方向の運動は
できる。

このような単一の回転性能は、足の長手方向軸線のまわ
りの回転が、直立姿勢で容易に安定できるように禁止さ
れるときの関節屈曲作用のゼロの位置における通常の膝
関節のものと対応する。

大腿骨および脛骨の構成部分の配置が、関節屈曲作曲で
最初に変化するとき、支承表面形状の長手方向の拡がり
は摺動して、支承係合を支承表面の非相補的端部間に移
行させ、支承表面形状の横方向の拡がりは、最後の支承
係合がくら頭の間で起るようになっている。

この最後の場合において、くら頭の表面部分は、ボール
−ソケットの態様で係合し、先に禁止されていた相対回
転運動に支配される。

実際において、この付加的回転運動は、大腿骨および脛
骨の構成部分が上述した位置にあるときに始まり、その
回転運動は、くら頭形状の完全な係合に向って増大する
。

これは、通常の膝関節の増大的回転能力に相当するもの
であり、このような完全な関節屈曲作用は、種々の座姿
勢およびその他の非直立姿勢に適合するような足の屈曲
性能に容易に近づけ且つこのような姿勢に伴うねじれ応
力を減少させる。

本発明の関節代用装置の好ましい形状の他の特徴、すな
わち、回転性能に変化を与えて通常の膝関節にシュミレ
ートさせるための相互に関連する形状の特徴は、大腿骨
および脛骨の構成部分間の支承接触面積が、くら顧問の
支承部分よりも相補的関係にある支承表面部分のほうが
非常に大きいということである。

このようなことは、関節屈曲作用のゼロの位置またその
増大する位置に対して関節装置の適切な配置にそれぞれ
対応して矛盾のないということである。

上記のような関節屈曲作用のゼロの位置またその増大す
る位置において、すなわち歩行中においてまた関節屈曲
作用のゼロから比較的小さな範囲において、支承負荷が
最も頻繁に生じるからである。

したがって、本関節装置は、支承負荷が最も頻繁である
とき、大きな支承接触面積を具えている。

もちろん、これは、本関節代用装置の摩耗に対する問題
を考慮してである。

本発明の上記特徴および他の特徴は、図面の参照による
実施例の説明で明らかにされる。

大腿骨構成部分すなわち上側構成部分および脛骨構成部
分すなわち下側構成部分は、図面において全体に符号１
および２で示され、それぞれ符号３および４で示される
関節荷重支承表面を有する。

それら支承表面は、それぞれ同じように複雑な形状をし
ているが、それらの全体の形は、ボール形状すなわちく
ら頭を有するサドルという言葉で最も良く表わすことが
できると思う。

大腿骨構成部分１は、はぼ凹形すなわちサドル形状とな
っており、脛骨構成部分２は、その逆の形すなわちほぼ
凸形となっている。

支承表面３および４は、それらのくら頭とは反対の対応
する端部で非常に似かよっており、それらの長手方向お
よび横方向の形状においてほぼ相補的な拡がりを有して
いる。

このような関係は、図面の参照における一つの観点すな
わち第５図に示す支承表面３の符号３ａおよび３ｂで示
す位置間の長手方向中央部形状とその部分に対応する第
７図に示す支承表面４の符号４ａおよび４ｂで示す位置
間の長手方向中央部形状との比較から理解されよう。

またこのような関係は、他の観点すなわち第８図の正面
図に示す支承面４の横方向の形状部分４ｃとその部分に
対応する第２図の破線で示す支承表面３の横方向の形状
部分３ｃとの比較によっても理解されよう。

しかしながら、支承表面３および４間の相互の配置に関
して、大腿骨構成部分および脛骨構成部分の前端では相
補的態様で係合するが、このような相補的緊密性は、そ
れら構成部分が後方に向って次第に分離するのでなくな
る。

このような分離の状態は、第５図に示す支承表面３の長
手方向中間部の形状における位置３ｂからくら頭部分３
ｄ至るまでの移行部とその部分に対応する第一７図に示
す移行部すなわち位置４ｂから支承表面４の長手方向中
間部の形状に沿うくら頭４ｄに至るまでの部分との比較
により理解されよう。

支承表面３の移行部は、支承表面４の移行部よりも大き
な曲率を有する。

またこのような分離の状態は、第１０図に示す支承表面
４の横方向の形状４ｅとその部分に対応する第４図に示
す支承表面３の形状３ｅとの比較によっても理解されよ
う。

形状３ｅは、くら頭部分４ｄを除いて形状４ｃよりも横
に拡がっている。

以上のような長手方向の形状に関する比較は、第５図に
おいて想像線で示す脛骨構成部分のとる２つの位置すな
わち相互の関節接合における両極端の位置を示すことに
よって容易になされる。

実際において、それら２つの位置は、関節屈曲性能が約
１１００位であるようにされた位置である。

序言で述べたように、説明された実施例の形状は、論じ
られた限りにおいて次のようなものである。

すなわち、支承表面の相補的部分は、比較的大きな接触
面積を有し、それらの共通の長手方向に単一の相対的回
転運動のみができるように係合している。

このような回転運動が増大するにつれ、支承表面は、相
対的摺動運動をするようになり、支承係合がくら頭に移
行すると、横方向の自由が生じて更に水平面における相
対的回転運動がでさるようになる。

この最後の支承係合は、事実上はボール−ソケット関節
すなわち球関節であるが、２つの支承表面の相互に向い
合った側面による横方向の制限を受ける。

この支承表面の相互作用は、人体の膝関節のそれと同様
であり、支承表面は、膝関節の更に細部にわたる機能に
シュミレート（ｓｉｍｕｌａｔｅ ） サせるために図
示したようにより特殊な形状にすることができる。

例えば、垂直面における膝関節の運動は、単に摺動だけ
からなり、回転の中心の変化を限定する。

このような動きは、実施例にシュミレートされているの
で、回転の中心の軌跡は限定され人体の膝関節の典型的
なものと近似している。

これは、実施例において大腿骨側の支承表面の長手方向
中央部形状の中間部分を形成することにより達成され、
この大腿骨側の支承表面は、形状に対しある意味のある
曲率を有し、その形状は、大腿骨側の典型的な人体の骨
頭形状にされており、それに対応する脛骨側の支承表面
の形状は、はぼ拡がった形状に形成されている。

支承表面の末端は、それらの横方向の周囲に沿ってそれ
ぞれフレヤ部分３ｆおよび４ｆになっており、それらフ
レヤ部分は、前端部において支承作用の働きがあり、そ
れら前端部は、屈曲作用がゼロの位置から屈曲作用の始
まる初期に起因する支承負荷の分散を良くするためにほ
ぼ相補的関係になっている。

実際において、そのようなフランジ部分は、実施例に示
すように、屈曲作用の範囲の全体に亘って少なくとも一
方の側部または他方の側部で係合状態になっているよう
に長手方向中央部の形状と機能上同じような態様で形成
することができる。

しかし、後方端部に向う係合は、元来支承負荷の能力を
増すというよりはむしろアラトリツガの態様で作用する
フラ飄ジでもって安定性を与える働きがある。

このような作用は、水平面における回転性能を防げるこ
とはない。

次に膝関節の固定の問題について述べる。

非支承表面すなわち大腿骨構成部分の上部表面５は、そ
の支承表面の単純化された形状であって、２つのフレヤ
状の周囲部分５ｂの間から立ち上がって且つ延びる隆起
５ａを有する。

隆起部５ａは、大腿骨の顆間切痕に固定されるようにな
っている。

骨のわずかな除去によって隆起部５ａを望ましい位置に
位置決めすることができ、ギャップを満すアクリル樹脂
またはそれと均等な材料の使用によりしっかりと固定す
ることができる。

長手方向における隆起部５ａの一般的な段付形状は、上
記のような固定に適合する。

たとえ隆起部が低い形状であっても、第１図および第３
図において示すようにスタッド７によって接合材でもっ
て大腿骨構成部分のキー付けを強めることができる。

そのようなスタッドは、フレヤ部分５ｂの後方部から上
方に延びており、適切な大腿骨構成部分が、普通に成形
（ｍｏｕｌｄ）または鋳造（ｃａｓｔ ）されるかぎり
において、上記のような大腿骨構成部分の形成は、成形
または鋳造の型抜きと両立する。

第５図および第６図において、適切な型抜きの方向は分
るであろう。

フレヤ部分５ｂは、望ましい位置に容易に位置決めする
ことができるようになっており、そのために隣接する大
腿骨の頭骨表面の形状に合わせて形成される。

したがって、フレヤ部分５ｂに直接隣接するところから
骨を除去する必要はないので、フレヤ部分は、上記頭骨
表面に効果的に位置決めされる。

同様に、フレヤ部分が、横方向に頭骨表１ 面の大部分
を横切って延びる必要はない。

フレヤ部分５ｂは、接合材と共に働いて、大腿骨構成部
分の固定を更に強める。

非支承表面すなわち脛骨構成部分の下方表面６は、その
支承表面とはそれ程似ていない。

その下り 方表面６には、長手方向に延びる溝部分６ａ
が設けられている。

この溝部分６ａは、フレヤ部分４ｆの下を長手方向に延
びる２つの隆起部分６ｂとそれら隆起部分６ｂを橋かけ
し且つその下に延びるウェブ部分６ｃとによって部分的
に郭成され； る。

溝部分６ａは、脛骨の顆間結節（１ｎｔｅｒｃｏｎｄｙ
−ｊａｒ ｔｕｂｅｒｃｌｅｓ ）のまわりに固定さ
れるようになっており、この切痕（ｎｏｔｃｈ ）は、
その側部に沿ってリブ部分６ｂを受容するように溝付け
される。

上記固定において、わずかな骨の除去が必要であり、そ
の固定は、接合材の使用によって、もしできうることな
らキイー付けされた隆起の低い形状でなされる。

ウェブ部分６ｃは符号８で示すように開口され、その開
口によって接合材がリベツ１ ト状に形成されて更に固
定が強められる。

したがって、固定のために骨髄管を深くも浅くも貫通さ
せる必要がないことが分るであろう。

本発明の関節装置は、高密度のポリエチレンのようなプ
ラスチック材料およびクロムーコバルトン 合金のよう
な金属材料で、広く行われている好ましい方法で作くる
ことができ、そのようなプラスチックと金属の組合によ
って低摩擦および他の有益な特徴を具えることができる
。

そのような材料の使用に関して、大腿骨構成部分および
脛骨構成部分は、それぞれプラスチック材料および金属
で作ることが望ましい。

プラスチック材料は、その大きな摩耗性を考慮されて第
５図に示すように大腿骨構成部分の長手方向中央部分に
沿う主支承負荷区域において比較的大きな厚さで使用す
ることができ、また金属材料は、脛骨構成部分のくら頭
の首区域に適切な大きな強度を具えさすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は、本発明により実施例の大腿骨構
成部分を示し、第１図は側面図、第２図は正面図、第３
図は平面図、第４図は１−１線に沿う横断面図、第５図
はト」線に沿う縦断面図そして第６図は背面図である。 第７図ないし第１０図は、本発明による実施例の脛骨構
成部分を示し、第７図は側面図、第８図は正面図、第９
図は底面図そして第１０図は背面図である。 １・・・・・・大腿骨構成部分、２・・・・・・脛骨構
成部分、３．４・・・・・・支承表面、３ｄ、４ｄ・・
・・・・くら頭部分、３ｆ 、４ｆ・・・・・・フレヤ
部分、５ａ・・・・・・隆起部、５ｂ・・・・・・フレ
ヤ部分、６・・・・・・下方表面、６ａ・・・・・・溝
部分、６ｂ・・・・・・隆起部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下側構成部分と、上側構成部分とからなる膝関節代
   用装置であって、前記下側構成部分は細長のサドル形状
   の関節荷重支承表面を備え、前記サイドル形状の関節荷
   重支承表面はその後方に向って内側に彎曲し、しかも一
   端部から上方に突出するボール形状と、前記下側構成部
   分を脛骨の頂部に前記ボール形状を後方にした前後位置
   で固着するための基部とを有し、前記上側構成部分はソ
   ケット形状の関節荷重支承表面を備え、前記ソケット形
   状の関節荷重支承表面は基本的には前記下側構成部分の
   サドル形状とボール形状とに対して相補的関係となって
   いるが、該サドル形状に沿う彎曲よりも一層大きな彎曲
   を有し、前記ソケット形状の外側が大腿骨の底部に固着
   されるような形状となっている膝関節代用装置。 ２ 前記第１項に記載の膝関節代用装置において、上側
   構成部分のソケット形状が下側構成部分のサドル形状に
   ならってその後方端に向って拡カッチいることを特徴と
   する膝関節代用装置。 ３ 前記第１項に記載の膝関節代用装置において、下側
   構成部分および上側構成部分の各関節荷重支承表面がそ
   の両側に沿って横方向延長部としてフレヤ部分を備え、
   下側構成部分および上側構成部分の両フレヤ部分が屈曲
   作用の範囲の全体に亘って互いに常に部分的に係合し、
   かつアラトリツガの態様で作用することを特徴とする膝
   関節代用装置。