(57)【要約】      （修正有）【課題】球状ヘッドを摺動可能に支持する略半球殻状に造形され、球状ヘッドに対して直径赤道面を超えて被るように、球状ヘッドを受け入れる凹球面部が半球線を超え延在して形成され、かつ、半球殻状の開口側淵部に切り込み溝が設けられた人工関節用カップにおいて、最適な脱臼防止力を発揮しうる形状の人工関節用カップを提供する。【解決手段】球状ヘッドを摺動可能に支持する略半球殻状に造形された人工関節用カップにおいて、球状ヘッドに対して直径赤道面を超えて被るように、球状ヘッドを受け入れる凹球面部が半球線を超え延在して形成され、かつ、半球殻状の開口側淵部に切り込み溝４が設けられ、半球線から、半球線を超え延在して形成された高さ（ｈ）が、人工関節用カップの外殻２の外径Ｄに対する比率で、０．０３Ｄ≦ｈ≦０．１２Ｄの範囲とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状ヘッドを摺動可能に支持する略半球殻状に造形され、球状ヘッドに対して直径赤道面を超えて被るように、球状ヘッドを受け入れる凹球面部が半球線を超え延在して形成され、かつ、略半球殻状の開口側淵部に切り込み溝が設けられた人工関節用カップにおいて、
前記半球線を超え延在して形成された前記凹球面部の高さが、前記人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式１の範囲とされた人工関節用カップ：
（数１）
０．０３Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１２Ｄ      ・・・ （式１）
（上記式において、Ｄは人工関節用カップの外殻の外径であり、ｈは半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さである。）。
【請求項２】
前記切り込み溝が４〜８個設けられる場合には、前記半球線を超え延在して形成された前記凹球面部の高さが、前記人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式２の範囲とされた請求項１に記載の人工関節用カップ：
（数２）
０．０４Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１１Ｄ    ・・・ （式２）
（上記式において、Ｄは人工関節用カップの外殻の外径であり、ｈは半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さである。）。
【請求項３】
前記切り込み溝が６個設けられる場合には、前記半球線を超え延在して形成された前記凹球面部の高さが、前記人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式３の範囲とされた請求項１に記載の人工関節用カップ：
（数３）
０．０５Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１Ｄ      ・・・ （式３）
（上記式において、Ｄは人工関節用カップの外殻の外径であり、ｈは半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さである。）。
【請求項４】
前記切り込み溝が６個設けられる場合であって、かつ、前記人工関節用カップの外殻の厚みが該外殻の外径に対して、０．０４〜０．１倍の範囲にある場合には、前記半球線を超え延在して形成された前記凹球面部の高さが、前記人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式４の範囲とされた請求項１に記載の人工関節用カップ：
（数４）
０．０４Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１２Ｄ      ・・・ （式４）
（上記式において、Ｄは人工関節用カップの外殻の外径であり、ｈは半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さである。）。
【請求項５】
前記人工関節用カップの外殻に設けられた切り込み溝の深さは、前記半球線を越えて延在して形成された前記凹球面部の高さとしたことを特徴とする請求項１〜４の何れかの人工関節用カップ。
【請求項６】
球状ヘッドを摺動可能に支持する略半球殻状に造形され、球状ヘッドに対して直径赤道面を超えて被るように、球状ヘッドを受け入れる凹球面部が半球線を超え延在して形成され、かつ、略半球殻状の開口側淵部に切り込み溝が設けられた人工関節用カップの作製方法において、
前記半球線を超え延在して形成された前記凹球面部の高さが、前記人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式５の範囲とされた人工関節用カップの作製方法：
（数５）
０．０３Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１２Ｄ      ・・・ （式５）
（上記式において、Ｄは人工関節用カップの外殻の外径であり、ｈは半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さである。）。
【請求項７】
前記切り込み溝が４〜８個設けられる場合には、前記半球線を超え延在して形成された前記凹球面部の高さが、前記人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式６の範囲とされた請求項６に記載の人工関節用カップの作製方法：
（数６）
０．０４Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１１Ｄ    ・・・ （式６）
（上記式において、Ｄは人工関節用カップの外殻の外径であり、ｈは半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さである。）。
【請求項８】
前記切り込み溝が６個設けられる場合には、前記半球線を超え延在して形成された前記凹球面部の高さが、前記人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式７の範囲とされた請求項６に記載の人工関節用カップの作製方法：
（数７）
０．０５Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１Ｄ      ・・・ （式７）
（上記式において、Ｄは人工関節用カップの外殻の外径であり、ｈは半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さである。）。
【請求項９】
前記切り込み溝が６個設けられる場合であって、かつ、前記人工関節用カップの外殻の厚みが該外殻の外径に対して、０．０４〜０．１倍の範囲にある場合には、前記半球線を超え延在して形成された前記凹球面部の高さが、前記人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式８の範囲とされた請求項６に記載の人工関節用カップの作製方法：
（数８）
０．０４Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１２Ｄ      ・・・ （式８）
（上記式において、Ｄは人工関節用カップの外殻の外径であり、ｈは半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さである。）。
【請求項１０】
前記人工関節用カップの外殻に設けられた切り込み溝の深さは、前記半球線を越えて延在して形成された前記凹球面部の高さとしたことを特徴とする請求項６〜９の何れかの人工関節用カップの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工股関節に関し、特に、脱臼防止機構のついた人工関節用カップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の人工股関節は寛骨臼に固定された半球殻状のカップに球状の骨頭が挿入され、骨頭に接続したステムが大腿骨に固定され、結果として大腿骨がカップの周りで回転できる構造となっている。この結果、大腿骨に連結した大腿（下肢）が寛骨臼のまわりで回転できることになり、歩行が可能となる。しかしながら、カップが半球殻のため、骨頭が抜けやすいという欠点があった。
【０００３】
そこで、本発明者らは既に、球状ヘッドを摺動可能に支持する略半球殻状に造形された人工関節用ソケットにおいて、球状ヘッドに対して直径赤道面を超えて被るように、球状ヘッドを受け入れる凹球面部が半球線を超え延在して形成され、かつ、半球殻状の開口側淵部に切り込み溝が設けられた人工関節用ソケットを開示している（特許文献１を参照）。
これは、カップに相当する人工関節用ソケットを半球より若干大きくすることで脱臼を防止するものである。また、ソケットの球殻の開口側の淵部分に切り込み溝が設けられていることから、ソケットを骨盤に固定した後においても、球状ヘッドをソケットの凹球面部に容易に挿入できる構造となっている。
そして、上記特許文献１では、溝の幅、溝の深さ、溝の本数、並びに、溝の配置をパラメータとして、ソケットの開口側淵部の口開き剛性を所定の強さまで低減調整することで、脱臼を防止する力（以下、脱臼防止力とする。）を調整できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７８９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に開示された人工関節用ソケットでは、脱臼防止力が大きくなると球状ヘッドはソケットから抜け難くはなるが、同時に、初期に球状ヘッドをソケットに挿入することが困難になるため、現実的な脱臼防止力を規定し、それを具現化するための具体的な寸法の限定が必要となる。
しかしながら、特許文献１では、これらのパラメータについての具体的な寸法は開示されておらず、また何れのパラメータが支配的であるかについても何ら示唆はない。そのため、脱臼防止力の調整作業が容易ではないといった実情であった。
【０００６】
かかる状況に鑑みて、本発明は、球状ヘッドを摺動可能に支持する略半球殻状に造形され、球状ヘッドに対して直径赤道面を超えて被るように、球状ヘッドを受け入れる凹球面部が半球線を超え延在して形成され、かつ、半球殻状の開口側淵部に切り込み溝が設けられた人工関節用カップにおいて、最適な脱臼防止力を発揮しうる形状パラメータを備える人工関節用カップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、人工関節用カップの形状の設計パラメータを鋭意検討した結果、一般の構造力学の知見から推定されるパラメータの要素の全てが、均等に脱臼防止力に影響するのではなく、特定のパラメータの要素が脱臼防止力に関して支配的であるとの知見を得た。
【０００８】
すなわち、本発明の人工関節用カップは、球状ヘッドを摺動可能に支持する略半球殻状に造形された人工関節用カップにおいて、球状ヘッドに対して直径赤道面を超えて被るように、球状ヘッドを受け入れる凹球面部が半球線を超え延在して形成され、かつ、半球殻状の開口側淵部に切り込み溝が設けられ、半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さ（ｈ）が、人工関節用カップの外殻の外径（Ｄ）に対して、下記式１の範囲とされることを特徴とする。
【０００９】
（数１）
０．０３Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１２Ｄ      ・・・ （式１）
【００１０】
半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さ（ｈ）が、人工関節用カップの外殻の外径（Ｄ）に対して、上記範囲とされることにより、最適な脱臼防止力が得られ、挿入時にはスムーズに骨頭を人工関節用カップに挿入することができ、しかも一旦挿入した後は脱臼が起こり難いのである。半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さ（ｈ）のパラメータが、脱臼防止力に関して支配的であり、このパラメータを調整することにより、脱臼防止力がある機能性の高い人工関節用カップを容易に作製することができる。ここで、脱臼防止力とは、人工関節用カップへの骨頭の挿入後に脱臼を防止し得る力のことであり、装着対象者或は装着対象物の体重の０．２５〜１．５倍である。なお、本明細書において、骨頭と球状ヘッドは同義で用いている。
凹球面部の高さ（ｈ）のパラメータは、上記式１の範囲であるが、これは後述の実施例に示すように、実際に解析を行った結果から得られたものである。当初の予想では、有効なｈはある程度大きな値を想定していたが、予想に反してかなり小さい範囲となった。具体的には、下限値が、人工関節用カップの外殻の外径（Ｄ）の１００分の３以上あれば、脱臼防止力を確保できるというのは意外である。
【００１１】
また、本発明の人工関節用カップにおいて、切り込み溝が４〜８個設けられる場合には、半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さ（ｈ）が、人工関節用カップの外殻の外径（Ｄ）に対して、下記式２の範囲とされたことが好ましい。下記範囲内の値とされることにより、脱臼防止力をより最適な範囲に調整することができる。
【００１２】
（数２）
０．０４Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１１Ｄ      ・・・ （式２）
【００１３】
切り込み溝の数が４〜８個とされることにより、脱臼防止力をより最適な範囲に調整することが可能となる。すなわち、切り込み溝の数が３つ以下であると、切り込み溝で分断された外殻部分の高さを高く設ける必要が生じ、骨頭の挿入や引き抜きに応じて外殻が開口変形する際に、分断された外殻の根元部に局所的に高い応力が発生し、ここに亀裂が発生する危険性が高まるからである。一方、切り込み溝の数が９個以上では、機械加工の工数が増えるなど、製造コストが増えるため、実用上は適さない。従って、上述の如く、切り込み溝の数が４〜８個とされるのが好ましい。切り込み溝の数が４〜８個の場合には、凹球面部の高さ（ｈ）が人工関節用カップの外殻の外径（Ｄ）に対して上記式２の範囲とされることにより、必要な脱臼防止力を確保できることになる。
【００１４】
特に、本発明の人工関節用カップにおいて、切り込み溝が６個設けられる場合には、半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さが、人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式３の範囲とされたことが好ましい。
【００１５】
（数３）
０．０５Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１Ｄ      ・・・ （式３）
【００１６】
さらに、本発明の人工関節用カップにおいて、切り込み溝が６個設けられる場合であって、かつ、人工関節用カップの外殻の厚みが、該外殻の外径に対して、０．０４〜０．１倍の範囲にある場合には、半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さが、人工関節用カップの外殻の外径に対して、下記式４の範囲とされたことが好ましい。これにより、人工関節用カップは適切な脱臼防止力を確保することができる。
通常、人工関節用カップは外殻と内殻で構成されており、人工関節用カップの外殻は、金属製であり、生体への安全性からチタン合金が用いられることが多い。一方、人工関節用カップの内殻は、骨頭との摺動に対する耐久性と生体への安全性から超高分子量ポリエチレンが用いられることが多い。チタン合金のヤング率は凡そ１００ＧＰａであるのに対して、ポリエチレンのヤング率は凡そ１ＧＰａであり、外殻と内殻の厚みが概ね同じであるならば、カップの開口剛性に関して、外殻が顕著に高いことが判る。そこで、脱臼防止力に影響を与えるものとしては、外殻の厚みが挙げられる。後述する実施例で説明するように、外殻の厚みが変化すると脱臼防止力は変化するが、ｈに比べると効果は小さいため、脱臼防止力を確保するための設計パラメータとしても、脱臼防止力に大きな変化は見られず、脱臼防止力を確保するための設計パラメータとして、外殻の厚みは支配的ではないものの、凹球面部の高さの設計パラメータに少なからず影響を与えることを考慮してカップの設計を行う方が好ましい。
【００１７】
また、人工関節用カップの切り込み溝は、外殻だけでなく内殻にも入っており、加工上、外殻と内殻の切り込み溝は、同じ幅および深さで、同一半径上に設けられる。しかしながら、外殻と内殻の切り込み溝は、理論上では、両者の切り込み溝の位置は同一半径上に無く、位置がズレたとしても構わない。
また、カップの開口剛性に関して、内殻よりも外殻が顕著に高いことから、カップの開口面は必ずしも面一である必要はない。言いかえると、内殻が外殻に対して若干高低差があっても、カップ全体の開口剛性への影響は小さく問題とならない。
【００１８】
なお、人工関節用カップの切り込み溝の深さは半球線を越えて延在して形成された凹球面部の高さとした。これは半球線より下の凹球面部分は通常の歩行時に骨頭と接触して面圧を受けるため、耐久性の観点から切込みが無いことが望ましいことによる。半球線より上の部分には通常の歩行時には負荷は作用しないため、切込みがあっても耐久性に大きな支障はないといえる。
したがって、上述の本発明の人工関節用カップにおいて、人工関節用カップの外殻に設けられた切り込み溝の深さは、半球線を越えて延在して形成された前記凹球面部の高さとすることができるのである。
【００１９】
（数４）
０．０４Ｄ ≦ ｈ ≦ ０．１２Ｄ      ・・・ （式４）
【００２０】
本発明の人工関節用カップの作製方法は、脱臼防止力に支配的なパラメータである凹球面部の高さ（ｈ）、すなわち、半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さ（ｈ）が、人工関節用カップの外殻の外径（Ｄ）に対して、上述したような所定の範囲になるように、人工関節用カップを作製する。また、人工関節用カップの外殻に設けられた切り込み溝の深さは、半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の人工関節用のカップは、最適な脱臼防止力を発揮しうる形状パラメータを備え、脱臼防止力があるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】各パラメータの説明図
【図２】脱臼防止力の解析方法の説明図
【図３】骨頭引き抜き量と引き抜き力の関係を示したグラフ
【図４】脱臼防止力に及ぼす高さｈ及び厚みｔの影響を示したグラフ
【図５】脱臼防止力に及ぼす高さｈ及びスリット数ｎの影響を示したグラフ
【図６】骨頭引き抜き時の応力に関する説明図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
なお、以下の実施例において、人工股関節用カップは、犬用の人工股関節カップとして説明するが、犬などの動物用に限られず、人間用の人工股関節にも適用可能である。また、股関節以外の他の関節にも適用できる。
【実施例１】
【００２４】
図１は、各パラメータの説明図であり、（１）は、人工股関節用カップの断面模式図、（２）は、人工股関節用カップの正面図を示している。図１（１）に示すように、人工股関節用カップ１は、外殻２及び内殻３から成り、挿入される骨頭５（図２を参照）に対して直径赤道面を超えて被るように、骨頭５を受け入れる凹球面部が半球線を超え延在して形成されている。ここでは、外殻２の外径をＤ、厚みをｔとしている。また、骨頭５を受け入れる凹球面部が半球線を超え延在して形成された部位の高さをｈとしている。
図１（２）に示すように、外殻２の開口側淵部には、複数の切り込み溝（以下、スリットという）４が設けられており、スリット４の深さをｄとしている。
本実施例では、外殻２と内殻３は、図１では面一を基本とし、外殻２と内殻３の開口面高さｈについて同一としているが、内殻３の開口剛性は外殻２のそれに比べて著しく低いため、カップ全体の開口剛性に与える影響は小さい。そのため、内殻３の開口面の高さについては、外殻２の開口面の高さと同一、すなわち開口部が面一になることに特にこだわる必要はない。すなわち、外殻２と内殻３の開口部が面一であっても、高低差があってもよく、特に限定されるものではない。
【００２５】
（脱臼防止力を決める因子）
人工股関節用カップ１における脱臼防止力（引き抜き力）は、骨頭５の最大径より若干小さくなっている人工股関節用カップ１の上端開口部を骨頭５の最大径まで押し広げる力と、骨頭と接する内殻３の摩擦係数によって決まる。ここで摩擦については、骨頭５の表面は通常の回転時すなわち歩行時には、内殻３との摩耗を極力低減する観点から鏡面仕上げとなり、両者の摩擦係数は極めて小さくなっている。従って、脱臼防止力は主としてカップ上端の開口部を押し広げるために必要な力によって具現される。これは円周上に軸方向のスリットを有する概略半球殻状のカップ上端の開口の剛性と等価であり、これが、半球を超える高さｈ、外殻２の厚みｔ、スリット４の数ｎ及びスリット４の深さｄの４種類のパラメータによって決まることは、一般的な構造力学の観点から推定できる。
【００２６】
（各因子の影響度）
脱臼防止力に影響度の大きい因子を探索するため、４種類のパラメータのそれぞれの脱臼防止力に対する影響度を調査した。この調査では、有限要素法による数値解析を用いて確認を行った。
まず、スリット４の深さｄについては、半球を超える高さｈよりも浅くするとスリット４の底が半球面に届かず、骨頭５がカップの開口部を通過できなくなる。一方、深さｄが高さｈよりも深くなると骨頭を包む有効な球殻部分が半球より小さくなり、骨頭の保持に支障をきたす。そこで、スリット４の深さｄについては、半球を超える高さｈと等しい値、すなわち、ｄ＝ｈとした。
【００２７】
次に、半球を超える高さｈ、外殻２の厚みｔ及びスリット４の数ｎの各パラメータに具体的な寸法を与えた人工股関節用カップ１のモデルに対し、数値解析で脱臼防止力を計算した。
図２は、脱臼防止力の解析方法の説明図を示している。図２に示すように、人工股関節用カップ１は、外殻２及び内殻３から成り、内殻３の内側には骨頭５が嵌め込まれている。骨頭５を挿入した人工股関節用カップ１の下部を上下方向に動かないように固定部材６を用いて固定し、骨頭５の上部を矢印７に示す方向にゆっくりと引き上げた。その過程で骨頭を引っ張る点に発生する反力を数値計算した。
【００２８】
図３は、骨頭引き抜き量と引き抜き力の関係を示したグラフを示している。図３に示すグラフは解析結果の一例であり、上記反力を引き上げ量に対してプロットしたものである。このグラフの中で最大の反力が骨頭を引き抜くのに必要な力であり、これを脱臼防防止力と定義した。この解析を高さｈ、厚みｔ、スリット数ｎをパラメータとした人工股関節用カップ１について実施し、それぞれのパラメータ値の組み合わせにおける人工股関節用カップ１の脱臼防止力を求めた。
【００２９】
図４は、高さｈを共通のパラメータとして厚みｔを変化させた結果である。グラフの横軸は人工股関節用カップ１の外径Ｄで規格化した値（ｈ／Ｄ）、縦軸は脱臼防止力を体重で規格化した値（Ｆ／Ｗ）を示している。スリット数ｎは、ここでは６個としているが、その理由について、図６を参照しながら説明する。
図６は骨頭引き抜き時の応力に関する説明図である。図６に示すように、人工股関節用カップ１に骨頭５が装着された状態で、骨頭５を矢印７の方向に引き上げると、外殻２の上端部は矢印７０の方向に開口変形する。したがって、スリット４の数が少ないと、切り込み溝で分断された外殻部分の高さｈを高く設ける必要が生じ、外殻２が開口変形する際に、分断された外殻の根元部８に局所的に高い応力が発生し、ここに亀裂が発生する危険性が高まることとなる。この応力集中は、スリット４の数が少なくなると急速に大きくなる。一方、切り込み溝の数が多いと、機械加工の工数が増えるなど、製造コストが増えるため、実用上は適さないといえる。そのため、スリット数ｎは、製造コストを考慮して実用性が高いといえる６個に設定して、解析を行った。
【００３０】
図５は、高さｈを共通のパラメータとしてスリット数ｎを変化させた結果である。図４と同様に、グラフの横軸は人工股関節用カップ１の外径Ｄで規格化した値（ｈ／Ｄ）、縦軸は脱臼防止力を体重で規格化した値（Ｆ／Ｗ）を示している。
厚みｔについては、一般的に骨頭５の直径が０．５Ｄ程度であるので外殻２と内殻３の厚みの合計は０．２５Ｄ程度となるが、従来から内殻３は外殻２より厚くとられていることから外殻２の厚みは０．１Ｄ程度が上限と考えられる。そこで、外殻の外径Ｄに対する厚みｔとしては、従来の人工股関節用カップにおける代表的な値でもある０．０８Ｄに設定して、解析を行った。
【００３１】
図４及び５に示すように、いずれの場合も高さｈの変化に対して脱臼防止力は大きく変化しているが、厚みｔ、スリット数ｎの変化に対しては、脱臼防止力は変化するが、その影響は高さｈに比べると小さい。これは脱臼防止力の設計に際しては高さｈが最も有効なパラメータであることを示している。そこで、標準的な厚みｔ、スリット数ｎに対して実用的な脱臼防止力が得られる高さｈの範囲を明らかにすることを試みた。
なお、犬用の人工股関節では犬の体重が体重３ｋｇ程度の超小型犬から３０ｋｇ超の大型犬まで広く分布することから、カップのサイズも広い範囲に及ぶことから、高さｈおよび厚みｔのパラメータは最も基本的な形状寸法である外殻２の外径Ｄの関数として表した。
【００３２】
（脱臼防止力の適正範囲）
脱臼を防止するという観点からは、脱臼防止力、すなわち引き抜き力は大きいほうが望ましい。一方で人工股関節用カップ１では、手術時に骨頭５を人工股関節用カップ１に挿入する必要があるが、挿入に要する力は概ね引き抜き力と等しいため、脱臼防止力の増大は手術時の挿入を困難にする。したがって、実用上は最適な引き抜き力が存在するといえる。
脱臼防止力は新しい概念であり、現時点ではこれについての明確な基準はない。そこで本発明者らは臨床試験の経験に基づき、実用的な脱臼防止力の範囲を下記のように設定した。
【００３３】
まず、下限値は脱臼防止力の実用的効果が認識できる最小値という観点から、大腿骨を含む下肢がステム（図示せず）と骨頭５を通して人工股関節用カップ１にぶら下がった状態で筋肉の支えが無くても骨頭５が抜けない値とした。
これは手術時に筋肉の支えがなくても大腿骨が人工股関節用カップ１から抜けないことに対応し、手術時には実用的効果があり、手術後も一定の脱臼防止が期待できる値である。そして、下肢一本の重量は概ね体重の２５％とされているため、最小値は適用する犬の体重の２５％とした。
【００３４】
一方、上限値については上記とは逆に下肢を持って患犬を逆さに持ち上げても抜けない値とした。即ち、人工股関節用カップ１には全体重から下肢の重量を引いた荷重が骨頭５を引く抜く方向に作用することになる。この場合、持ち上げの際にある程度の加速度が発生する。この加速度を最大２．０とし、上限値は体重の１．５倍とした。（０．７５Ｗ×２．０＝１．５Ｗ）
【００３５】
（体重とカップ外径Ｄの関連）
人工股関節用カップ１を犬に適用する場合、そのサイズは適用する犬の骨格のサイズを基に決められる。一般的には人工股関節用カップ１を埋め込む寛骨臼の大きさから人工股関節用カップ１のサイズが選定される。寛骨臼のサイズは当然個体差があるが、一般的には体重と強い相関がある。そこで、従来の人工股関節の適用例から、体重とカップサイズ（外径）の関係を下記のように設定した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
カップ外径Ｄと基準体重の関係はおおよそ下記式５に示す通りとなる。
【００３８】
（数５）
基準体重（Ｗ）＝５×（Ｄ／１２）２（ｋｇ）      ・・・  （式５）
【００３９】
（カップサイズと引き抜き防止力の関係）
上記の結果を用いると引き抜き力、即ち脱臼防止力（Ｆ）の範囲はＤの関数として下記式６，７のように表すことができる。
【００４０】
（数６）
Ｆｍｉｎｉ  ＝  ０．２５×Ｗ＝１．２５×（Ｄ／１２）２  （ｋｇ）    ・・・（式６）
Ｆｍａｘ    ＝  １．５×Ｗ＝６×（Ｄ／１２）２  （ｋｇ）            ・・・（式７）
【００４１】
（ｈの具体的な範囲）
図４は、脱臼防止力に及ぼす高さｈと外殻の厚みｔの影響を示したグラフであり、外殻の厚みｔを０．１Ｄ，０．０８Ｄ，０．０６Ｄ及び０．０４Ｄと変化させた場合を示している。図４のグラフにおいて、横軸は高さｈを直径Ｄで規格化した値（ｈ／Ｄ）、縦軸は脱臼防止力Ｆを体重Ｗ（＝５×（Ｄ／１２）２）で規格化した値（Ｆ／Ｗ）を示している。図４において、スリットの数は６である。
図４のグラフに示すように、高さｈが大きくなるにつれて、脱臼防止力は飛躍的に増大する一方、外殻２の厚みｔが０．１〜０．０４の範囲で変化したとしても脱臼防止力の低下は２０％程度である（ｈ／Ｄが０．１の場合）。この結果より、目的とする脱臼防止力範囲の０．２５〜０．１５は厚みｔが多少変化しても、ｈ／Ｄが０．０５〜０．１２程度であれば具現できることがわかる。なお、ｔについては、一般的に骨頭５の直径が０．５Ｄ程度であるため、外殻２と内殻３の厚みの合計は０．２５Ｄ程度となるが、従来から内殻３は外殻２より厚くとられていることから、外殻２の厚みは０．１Ｄ程度を上限とし、厚みｔを０．１Ｄ，０．０８Ｄ，０．０６Ｄ及び０．０４Ｄと変化させた場合を示した。なお、上述の表１の示すような犬に適用する人工股関節用カップの場合、実用上として、厚み０．０８Ｄが一般的に用いられる。
【００４２】
図４のグラフから、外殻の厚みｔが変化すると脱臼防止力は変化するが、その影響は高さｈに比べると小さいことから脱臼防止力を確保するための設計パラメータとして、外殻の厚みｔが支配的ではないことが確認された。また、図４のグラフに示すように、目標とする脱臼防止力範囲の０．２５〜１．５を得るためには、ｈ／Ｄは０．０４〜０．１２の範囲にすべきことが判る。
【００４３】
図５は、脱臼防止力に及ぼす高さｈとスリット数ｎの影響を示したグラフであり、スリット数ｎを３，４，６及び８と変化させた場合を示している。また、図５は、図４と同様に、横軸は高さｈを外径Ｄで規格化した値（ｈ／Ｄ）を、縦軸は脱臼防止力Ｆを体重Ｗで規格化した値（Ｆ／Ｗ）を示している。図５において、外殻の厚みは０．０８Ｄである。
【００４４】
図５のグラフに示すように、スリット数ｎが３から４になると脱臼防止力は大きく低下するが、それ以降は脱臼防止力の低下は少なく、おおむねｎ＝６程度で飽和する傾向がみられる。図５のグラフから、スリット数ｎが４〜８と変化すると脱臼防止力は変化するが、その影響は高さｈに比べると小さいことから、脱臼防止力を確保するための設計パラメータとして、スリット数ｎが支配的ではないことが確認された。また、図５のグラフに示すように、スリット数ｎが４〜８個設けられる場合において、目標とする脱臼防止力範囲の０．２５〜１．５を得るためには、ｈ／Ｄは０．０４〜０．１１の範囲にすべきことが判る。また、ｈが０．０４〜０．１１の範囲であれば、その他の設計パラメータである外殻の厚みｔやスリット数ｎが多少変化した場合であっても、目的とする脱臼防止力を確保できることになる。
【００４５】
実用的に用いられることが多いスリット数（ｎ＝６）の場合には、図５のグラフから、目標とする脱臼防止力の範囲の０．２５〜１．５を得るためには、ｈ／Ｄは０．０５〜０．１の範囲にすべきことが判る。前述の図４のグラフから、スリット数（ｎ＝６）の場合に、外殻の厚みを０．０４Ｄとすると、目標とする脱臼防止力の範囲の０．２５〜１．５を得るためには、ｈ／Ｄは０．０５〜０．１２の範囲にすべきことが判る。
また、図５のグラフから、スリット数（ｎ＝３）の場合には、目標とする脱臼防止力の範囲の０．２５〜１．５を得るためには、ｈ／Ｄは０．０３〜０．０８の範囲にすべきことが判る。また、図５のグラフから、スリット数（ｎ＝８）の場合には、目標とする脱臼防止力の範囲の０．２５〜１．５を得るためには、ｈ／Ｄは０．０４〜０．１１の範囲にすべきことが判る。
以上述べたように、目標とする脱臼防止力の範囲の０．２５〜１．５を得るためには、半球線を超え延在して形成された凹球面部の高さｈのパラメータを調整することがよく、そのパラメータの範囲は、０．０３Ｄ〜０．１２Ｄの範囲にすべきことが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、劣化した股関節の代替として寛骨臼に装着し、股関節の運動機能を回復させる人工関節用のカップとして有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１  人工股関節用カップ
２  外殻
３  内殻
４  スリット
５  骨頭
６  固定部材
７，７０  矢印
８  根元部
Ｄ  外径
Ｆ  脱臼防止力
Ｗ  体重
ｄ  深さ
ｈ  高さ
ｎ  スリット数
ｔ  厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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