(57)【要約】【課題】  関節シェルと関節ヘッドを包含する自然の運動経過に実質的に近似した関節要素を創作する可能性を提供することである。特に、この場合には、運動活動を実質的に決定する自由度が適切に適合されるべきである。さらに、そのような人工関節要素を備えたつかみ具を創作すること。【解決手段】  この発明は実質的に凹状関節シェル（２）と実質的に凸状関節ヘッド（３）とを備えて、複数の運動学的に連結された個別関節の組合せから成る関節システムに一つの或いは複数の個別関節を使用する、特に人間の指関節に使用する人工関節要素（１）に関する。人工関節要素（１）の運動特性を不一致によって生じる追加的自由度に基づいて自然行動に最適形式に近似させるために関節要素（１、６）は少なくとも四自由度を有し、指根関節に使用するために五自由度を有する。このために、凹状関節シェル（２）は第一半径（Ｒ）をもつその表面に延びる第一の彎曲した接線を有し、凸状関節ヘッド（３、８）は第二半径（ｒ）をもつその表面に延びる第二の彎曲した接線を有し、第一の彎曲した接線の第一半径（Ｒ）は関節状態の極端位置の間の少なくとも一部領域において第二の彎曲した接線の第二半径（ｒ）より大きい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の運動学的に連結された個別関節の組合せから成る関節システムに一つの或いは複数の個別関節を使用する、特に人間の指関節に使用する人工関節要素であって、各関節要素（１、６）が実質的に凹状関節シェル（２、７）と実質的に凸状関節ヘッド（３、８）とを備えている人工関節要素（１、６）において、人工関節要素（１、６）は少なくとも四自由度を有することを特徴とする人工関節要素。
【請求項２】
指根関節に使用する関節要素（１）は五自由度を有することを特徴とする請求項１に記載の人工関節要素（１、６）。                                          
【請求項３】
凹状関節シェル（２、７）は第一半径（Ｒ）をもつその表面に延びる第一の彎曲した接線を有し、凸状関節ヘッド（３、８）は第二半径（ｒ）をもつその表面に延びる第二の彎曲した接線を有し、第一の彎曲した接線の第一半径（Ｒ）は関節状態の極端位置の間の少なくとも一部領域において第二の彎曲した接線の第二半径（ｒ）より大きいことを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載の人工関節要素（１、６）。      
【請求項４】
第一半径（Ｒ）と第二半径（ｒ）の間の差は、少なくとも１ｍｍ、特に２ｍｍと４ｍｍの間の値であることを特徴とする請求項３に記載の人工関節要素（１、６）。  
【請求項５】
彎曲された関節状態における第一半径（Ｒ）と第二半径（ｒ）の間の差は伸びた関節状態におけるより大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の人工関節要素（１）。
【請求項６】
人工関節要素（１）は中手の手根と手指骨関節（ＭＣＰ）を使用するために凹状領域なしに形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の人工関節要素（１）。
【請求項７】
基部指節間関節（ＰＩＰ）及び末部指節間関節（ＤＩＰ）又はそれらのいずれか一方を使用する関節要素（６）は、凹状領域（凹面１２）によって結合した二つの凸状領域（凸部１３、１４）をもつ関節ヘッド（８）を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の人工関節要素（６）。
【請求項８】
関節ヘッド（８）及び関節シェル（７）は凹状領域（凹面１２）と最大末端延長部の間の凸状領域（凸面１３、１４）に位置するそれぞれに二つの接触面を有することを特徴とする請求項７に記載の人工関節要素（６）。
【請求項９】
接触面の面垂線が各屈曲角度にて共通の交差点を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の人工関節要素（１、６）。
【請求項１０】
関節要素（１、６）は１ｍｍと５ｍｍの間の材料厚さをもつ薄い型部材として形成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の人工関節要素（１、６）。
【請求項１１】
駆動ユニットによって連結された引張手段により作動でき、実質的に凹状関節シェルと実質的に凸状ヘッドとを備えて、凹状関節シェルが凸状ヘッドの第二彎曲接線の第二半径より大きい少なくとも一部領域である第一半径をもつ彎曲接線を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の一つの或いは複数の人工関節要素を備えたつかみ具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、実質的に凹状関節シェルと実質的に凸状ヘッドとを備えて、人間の指関節に使用する人工関節要素に関する。
【０００２】
そのような人工関節要素は、例えば米国特許第５６７４２９７号明細書（特許文献１）によって知られており、この人工関節要素は、骨端における軸とそれぞれに互いに無関係に固定でき、そして関節形成平面において平行な軸軸線をもつ牽引状態から過度の牽引状態或いは関節端状態に移動できる。この場合には、関節ヘッドと関節シェルとは蝶番関節を形成する。  
【０００３】
さらに、米国特許第４２３１１２１号明細書（特許文献２）は、取付けられた軸をもつ球状ヘッドとして形成された関節ヘッドと同様に形成された軸をもつ球シェル状関節シェルとから成る。それにより関節ヘッドと関節シェルとは共通の関節形成平面を有する。
【０００４】
人工関節要素は、欧州特許出願公開第１１３６０４７号明細書（特許文献３）の対象であり、凸状関節ヘッドと凹状関節シェルとを備える人工指関節を記載する。関節ヘッドと関節シェルとは骨端における軸とそれぞれに互いに無関係に固定でき、そして関節形成平面において平行な軸軸線をもつ牽引状態から過度の牽引状態或いは関節端状態に移動できる。過度の牽引状態の第一ストッパが到達され且つ回転の継続の現在の中心が形成される状態における第二ストッパの取付けによって、運動が停止され、それにより関節シェルから関節ヘッドの滑り落ちが回避される。
【０００５】
ドイツ特許出願公開第４３３７９２２号明細書（特許文献４）から、指関節プロテーゼが知られており、その関節シェルからジャーナルが突き出し、そのジャーナルは自由端に関節シェルと共に関節形成平面を形成する球を支持する。この際に、球は望ましくない横方向滑り落ちを回避するために錠止めして係合される。
【０００６】
欧州特許出願公開第０７３６２９３号明細書（特許文献５）はさらに、指管状骨に挿入できる第一と第二中空係止突起を備える人工指関節も記載されている。係止突起間には、蝶番関節が玉継手の状態に配置され、第一係止突起が蝶番関節の球ケージと連結され、蝶番関節には他の係止突起を備える継手球が支持されている。この係止突起は球ケージのスリットを通して通過され、第二係止突起と結合しており、球ケージのスリットは関節の伸張状態において係止突起が関節の屈曲状態において球ケージを通過する箇所まで常に拡大する。
【０００７】
ドイツ実用新案第９００５３７２号明細書（特許文献６）は既に支持面を有する軸受体と骨に埋め込む軸とを備える特に指関節に決定された関節部材プロテーゼを開示する。この際に、軸受体は薄壁状シェル要素として最高１ｍｍの厚さをもつ硬い金属性工作材から形成されている。支持面は、人間の指関節の支持面に機能的に理想化された状態に模造され、自然の指関節と同様に屈曲運動の外に他の関節部材に対する僅かな横方向運動を許容する。      
【０００８】
さらに、ドイツ特許出願公開第１９６５０８１６号明細書（特許文献７）も人工指関節に関する。伸張腱除去には指をさらに伸張された状態にもたらすために、それぞれに骨と連結した関節部材が、屈曲に反作用する戻し力を発展させる柔軟な結合要素によって結合される。
【０００９】
全ての従来公知の人工関節要素では、自然の関節特性を限定的に模造する関節の人工関節要素と結合した運動性は欠点であることがわかっている。この種の異なる関節特性に基づいて、人工関節は患者によりしばしば既にそれと同時に現れる運動経過に基づいて異物として、それ故に、邪魔ものとして受けられる。
【００１０】
その外に、ドイツ特許第１０２３１５３８号明細書（特許文献８）によって人工関節が知られており、第一関節ヘッドと第一関節臼を形成した第一関節区分と第二関節ヘッドと第二関節臼を形成した第二関節区分とを包含し、それぞれの関節区分の接触面が主機能平面において充填物を有する。人工関節の特性を改良するために、両関節区分の接触面は、接触面の平面垂線が各屈曲角毎に共通交差点を有する。
【特許文献１】米国特許第５６７４２９７号明細書
【特許文献２】米国特許第４２３１１２１号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１１３６０４７号明細書
【特許文献４】ドイツ特許出願公開第４３３７９２２号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第０７３６２９３号明細書
【特許文献６】ドイツ実用新案第９００５３７２号明細書
【特許文献７】ドイツ特許出願公開第１９６５０８１６号明細書
【特許文献８】ドイツ特許第１０２３１５３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明の課題は、関節シェルと関節ヘッドを包含する自然の運動経過に実質的に近似した関節要素を創作する可能性を提供することである。特に、この場合には、運動行動を実質的に決定する自由度が適切に適合されるべきである。さらに、この発明の課題は、そのような人工関節要素を備えたつかみ具を創作することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
最初に挙げた課題は、請求項１の特徴部分による人工関節要素によって解決される。従属請求項２乃至１０は、この発明の特に目的に適った実施態様に関する。
【００１３】
この発明によると、人工関節要素が設けられ、関節要素は基端指節間関節（ＰＩＰ）又は末部指節間関節（ＤＩＰ）に使用する際に少なくとも四自由度を有し、特に指根関節、中手の手根と手指骨関節（ＭＣＰ）に使用する際に五自由度を有する。この場合には、この発明は、人工関節が先行技術により知られた蝶番関節を介して実現できる自由度、追加的自由度とそれで明確に異なる運動学的関節を構成するときに、人工関節の運動特性が自然の行動に最適形式に近似され得るという知識から由来する。
【００１４】
この場合には、実際の構成によると、凹状関節シェルが第一半径をもつ表面上に延びる第一湾曲接線を有し、凸状関節ヘッドが第二半径をもつ表面上に延びる第二湾曲接線を有し、第一湾曲接線の第一半径は関節状態の端位置間の少なくとも一部領域において第二湾曲接線の第二半径より大きい。
【００１５】
これによって関節シェルに対する関節ヘッドの狙った不一致が企図され、それにより特に線状或いは点状接触領域を形成する。追加的自由度に基づいて、同時に特に衝突状負荷先端では、人工関節の損傷が回避され、というのは、この際に関節の回避運動が可能とされるからである。さらに、二つのそのように実現された回転角度に基づいて実質的に異なる力関係が変更されたレバーアームに基づいて生じるので、運動学の既に僅かな変更が筋力の大きな変更を生じる。特に両接触線間の接触線を中心とする転がり運動並びに関節シェルに関連した半径或いは関節ヘッドに関連した半径の中心点を中心とする回転運動が考慮できる。さらに、隙間を充填する関節液との関係において、それぞれの関節運動に依存する関節隙間の変更による液体のあふれ或いは排除に基づいて追加的力成分が発生され、例えば面圧の減少とそれに伴うより改善された閉鎖行動とをもたらす。
【００１６】
本発明の特に好ましい実施態様は、第一半径と第二半径との間の差が少なくとも１ｍｍ、特に２ｍｍと４ｍｍの値である。これによって最適運動行動が達成され、ＤＩＰ（末部指節間関節）に対するＭＣＰ（中手根と手指骨関節）の半径差並びにＤＩＰ（末部指節間関節）に対するＰＩＰ（基部指節間関節）の半径差がそれぞれに増加する。この場合には、差は種々の指関節との関連に依存しており、中手根と手指骨関節（ＭＣＰ）のために３．８ｍｍの半径差、基部指節間関節（ＰＩＰ）のために１．３ｍｍの半径差、並びに末部指節間関節（ＤＩＰ）のために１ｍｍの半径差が生じる。
【００１７】
本発明の構成も、特に実際に正しく、屈曲した関節状態における第一半径と第二半径との間の差が伸張した関節状態におけるより大きいので、関節部材の相対運動はそれぞれの角度状態によって決定される。特に、移動性は屈曲した関節状態における増加する不一致に基づいて向上する。このために、凸状関節ヘッドは少なくとも二つの球セグメントから構成され、この球セグメントは共通の接線の領域において互いに適切に形成され、それにより連続運動経過を可能とする。
【００１８】
ＭＣＰ（中手根と手指骨関節）を使用する関節要素が凹状領域なしに形成される、特に唯一の関節ヘッドから成るけれども、ＰＩＰ（基部指節間関節）或いはＤＩＰ（末部指節間関節）に使用するよう決定された関節ヘッドは凹面によって結合している二つの凸状領域を有する。これによって関節部材の偏向は外部力作用に基づいて関節シェルに対する関節ヘッドのそれぞれの関節状態に予め決定された相対的目標位置から運動を導く腱の張力と関連して目標位置における戻し運動を導く。
【００１９】
この場合に、人工関節要素の特別な結果を期待させる構成によると、関節ヘッド並びに関節シェルはそれぞれに二つの接触線を有し、その接触線は凹状結合領域と最高末端延長部の間の凸状領域に位置するので、特に横方向平面における関節部材の相対的移動が接触領域の解消に反作用する戻し力を導く。それ故に、両凸状領域によって閉鎖された根底から離れた接触線経過がそのように構成された関節要素の自動安定性を導く。
【００２０】
さらに、特に、各屈曲角における接触面の面垂線が共通の交差点を有するときに好ましい。接触面の配列によって関節の自動安定性が回転運動或いはねじれの導入並びに横方向力の導入の際に達成される。
【００２１】
関節ヘッド並びに関節シェルはそれぞれに指骨用の結合領域を備える塊状機能要素として形成され得る。これに対して、本発明の変更が特に目的に適っていて、関節要素は１ｍｍと５ｍｍとの間の材料厚さをもつ薄い形状部材として形成されている。これによって骨物質損失の本質的減少が達成され、その減少はさらに、自然関節の機能性部分領域をかなり保持することを構成する。
【００２２】
他の同様に慣例に適切な構成は、一つの或いは複数の先行請求項に基づく少なくとも人工関節を備えるつかみ具が駆動ユニットによって連結された引張手段にとり作動できるときに、人間や動物の関節により異なって達成される。これによって技術的つかみ具が実現され、このつかみ具は同時に運動経過の簡単な制御及び大きな力伝達の際の高い反応速度を構成する。
【００２３】
この発明は種々の実施態様を認める。この発明の原理は、それ以上の具体化のために、図面に図示され、次に説明される。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
人間の指関節を使用するこの発明の関節システムは図面に基づいて詳細に図示され、図１は満足な交点を示し、図２は関節システムの水平交点を示す。この際に、関節システムは三つの運動学的に連結された個別関節を包含する。この場合に、図１乃至４に詳細に図示された関節要素１と６の各々が実質的に凹状関節シェル２、７と実質的に凸状関節ヘッド３、８とを備えていて、これらはその不一致に基づいてそれぞれに少なくとも四自由度を有する。
【００２５】
図３は凹状関節シェル２と凸状関節ヘッド３をもつ図１に示された関節システムのＭＣＰ（中手根と手指骨関節）の使用に決定された人工関節要素１を拡大表示で示す。凹状関節シェル２は第一半径Ｒfs＝１０ｍｍをもつ表面に延びる彎曲接線を有し、凸状関節ヘッド３は異なる第二半径ｒ＝７ｍｍ±１ｍｍをもつ表面に延びる同様に彎曲接線を有する。球部分が関節ヘッド３の基礎となっており、半径ｒをもつ関節ヘッド部分Ａと点状図示された突起４によって形成されている。関節ヘッド部分Ａは交点面ｅを有し、その面には別の球部分が半径ｒe ＝４ｍｍ±１ｍｍをもつ逆ヘッド部分Ｃとして接続する。対向している交点面ｅには関節ヘッド部分Ｂが形成されていて、関節ヘッド部分ＡとＢのそれぞれの表面の関節ヘッド部分Ａと関節ヘッド部分Ｂの間の移行領域に一致する接線ｔを備えている。この場合に中心線は半径ｒp ＝６ｍｍ±１ｍｍをもつ円に形成されている。角度の値は関節ヘッド部分Ａのために角度αA ＝６３°±５°に、関節ヘッド部分Ｂのために角度αB ＝６５°±５°に，関節ヘッド部分Ｃのために角度αC ＝５２°±５°になる。関節ヘッド３の一致する半径ｒとｒp をもつ簡略化されて点線で図示された実施態様は同様に図示できる。凹状関節シェル２は楕円機能面をもつほぼ球状シェルとして形成される。それにより曲率の半径Ｒfsのためにおよそ１０ｍｍの値を与え、機能面の角度αfsのために５０°の値を与える。この場合に、挙げた値は標準値と理解され、およそ２０％だけ変更できる。
【００２６】
補充的に図４は半径Ｒfh＝９ｍｍと角度αfh＝５３°をもつ図３に示された凹状関節シェル２の水平交点を示し、半径Ｒfh＝１０ｍｍと角度αfh＝５０°の値の変更が同様に実現できる。
【００２７】
図５は、凹状関節シェル７と凸状関節ヘッド８をもつ図２に示された関節システムのＰＩＰ（基部指節間関節）或いはＤＩＰ（末部指節間関節）に使用するよう決定された人工関節要素６の水平交点を拡大表示で示す。この場合には、関節シェル７は二つの凹状の凸面９によって分離された機能面１０、１１を備えており、それぞれに回転対称を備える一つの部材が、例えばトンネン部材或いは球が基礎となっている。関節シェル７の機能面１０、１１の半径Ｒhfの寸法は６．１ｍｍであり、７．３ｍｍの間隔αhfを有する。この場合に、それぞれの機能面１０、１１の角度δf は一致する５０°の値である。同様に対称軸線Ａsym に対する回転対称をもつ部材が関節ヘッド８の凹面１２によって分離した両凸面１３、１４の基礎となっている。半径ｒh ＝ｒs の寸法は４．１ｍｍの値であり、この半径中心は７．３ｍｍの間隔αs を有する。この場合には、およそ０．７の要因がＤＩＰ（末部指節間関節）に関連した値を検出する半径、角度と間隔の列挙値の基礎となっている。
【００２８】
補充的に図６も、半径Ｒsf＝５．４ｍｍと６５°の機能面の角度βfsをもつ凹状関節シェル７の図５の線Ｂ−Ｂに沿って切断された図を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】満足な交点における複数の運動学的に連結された個別関節をもつ関節システムを示す。
【図２】水平交点における図１に示された関節システムを示す。
【図３】図１に示された関節システムの関節要素の満足な交点を拡大表示で示す。
【図４】図３に示された関節要素の凹状関節シェルの水平交点を示す。
【図５】図２に示された関節システムの関節要素の水平交点を拡大表示で示す。
【図６】関節要素の凹状関節シェルの図５に線Ｂに沿って切断された図を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１．．．．人工関節要素
２．．．．凹状関節シェル
３．．．．凸状関節ヘッド
４．．．．軸
６．．．．関節要素
７．．．．凹状関節シェル
８．．．．凸状関節ヘッド
９．．．．凸面
１０、１１．．．機能面
１２．．．凹面
１３、１４．．．凸面
【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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【国際調査報告】
2008521524.tif 000009
2008521524.tif 000010
2008521524.tif 000011
2008521524.tif 000012
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