(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿骨に挿入されるステムの上部にネックを介して球体の骨頭を形成し、骨頭を骨盤の関節窩に挿入される凹面体のシェルカップに回動可能に嵌合した人工股関節において、ネックの断面を、前方−内側方向に延びる前方切欠面と、後方−外側方向に延びる後方切欠面とで円柱を切り欠いたものにするとともに、この切欠の角度が、ネックの中心から前方切欠面に降ろした垂線と前後方向線との角度が３５〜４２°であり、ネックの中心から後方切欠面に降ろした垂線と前後方向線との角度が１９〜２７°であることを特徴とする人工股関節。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、股関節に置換される人工股関節に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
股関節がリウマチ、変形関節症、外傷等を負ったときには、人工股関節に置換することが行われている。この人工股関節は、骨盤の関節窩に挿入される半球状の凹面体であるシェルカップと、大腿骨の髄腔内に挿入されるステムの先端に形成された球体の骨頭とからなり、骨頭をシェルカップに嵌合して全方位の挙動を許容している。股関節の運動は、前後屈伸、左右回旋及び内外反と複雑であるが、そのすべてにおいて可動域が広いことが望まれる。ところが、凹面体のカップに球体の骨頭を嵌合するものでは、いずれの運動ともにある角度でステムがカップに当たり、可動域が制限される。
【０００３】
可動域が限られると、日常生活に支障を来すし、無理やり動かすと、脱臼のおそれもある。このため、下記特許文献１のように、骨頭とステムとの境目（ネック）を径細にして可動域を拡げるようにしている。しかし、このような構造は、ネックの強度低下の原因となるものであるから、可動域の拡大との均衡の下で径細の程度・形状を決定する必要がある。従来の径細構造は、円柱体のネックを単純に径細にしたもので、強度や可動域との関係で十分に吟味されてはいなかった。
【特許文献１】特開平７−２９９０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ネックを径細にするのではなく、強度低下の少ない切欠を設けるとともに、切欠の程度・形状を極力小さい範囲に設定して強度低下を抑えるにもかかわらず、可動域を全方位において狭めないようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、大腿骨に挿入されるステムの上部にネックを介して球体の骨頭を形成し、骨頭を骨盤の関節窩に挿入される凹面体のシェルカップに回動可能に嵌合した人工股関節において、ネックの断面を、前方−内側方向に延びる前方切欠面と、後方−外側方向に延びる後方切欠面とで円柱を切り欠いたものにするとともに、この切欠の角度が、ネックの中心から前方切欠面に降ろした垂線と前後方向線との角度が３５〜４２°であり、ネックの中心から後方切欠面に降ろした垂線と前後方向線との角度が１９〜２７°であることを特徴とする人工股関節を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の手段によると、従来のネックを単純に径細にしたものに比べて股関節に求められる必要な可動域が狭小化するのを避けられるし、切除部も小さくできて強度低下も抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は人工股関節を示す一部断面側面図、図２は各要素ごとの一部断面側面図、図３は股関節に置換した状態の側面図であるが、この人工股関節は、大腿骨側部材１と骨盤側部材２の二つからなり、このうち大腿骨側部材１は、大腿骨３に挿入されるステム４と、ステム４の上端に装着される骨頭５とからなる。一方、骨盤側部材２は、骨盤の関節窩６に挿入されるシェルカップ７と、シェルカップ７に内装されるシェルライナ８とからなる。
【０００８】
ステム４と骨頭５とからなる大腿骨側部材１は、クロムモリブデン合金、チタン合金又はセラミックス等の医療用金属又はセラミクスで構成されており、ステム４を大腿骨３の髄腔の近位端から途中に形成されたフランジ９が骨端面に当たるまで挿入する。この場合のステム４は、髄腔内での固定が強化されるように、断面が左右に長い楕円形をしていて接触面積を大きくしているし、また、内側に多少入り込むように彎曲させて髄腔に沿うようにしている。さらに、表面にメッシュやポーラスを形成して成長した骨をこれに入り込ませて固定力の強化を図っているものもある。
【０００９】
フランジ９の上端側は、径細のネック１０に形成されており、ネック１０の上端に骨頭５が装着される。これにおいて、ステム４の軸線に対してネック１０の軸線は、ある角度α傾けてある（これを頚体角という）。また、ネック１０に対する骨頭５の装着は、本例では、ネック１０の先端に先細のテーパをした挿入部１０ａを形成し、この挿入部１０ａを骨頭５に形成された同じくテーパの挿入穴５ａに打込み或いは圧入して止めている。なお、挿入部１０ａと骨頭５との装着は、ねじ込みやビス止めの場合もある。
【００１０】
以上の構成をとることにより、ステム４の中心面（ステム４の中心を彎曲方向に平行に通る面）は、骨頭５に対して自由に捻転できることになり、術者は、施術時、患者の骨の条件によってこの捻転角を決定する。本発明に係る人工股関節は、この捻転角を前方に約２０°前捻させており、この角度で装填したときにもっとも効果的になるように設計している。
【００１１】
骨盤側部材２であるシェルカップ７は、半球状をした凹面体であり、同じくクロムモリブデン合金、チタン合金又はセラミックス等の医療用金属又はセラミクスで構成されており、骨盤の関節窩６に装填される（このとき、シェルカップ７の形状に合わせるように関節窩５をカップリーマ等で浚えて整形する）。シェルカップ７も、関節窩５内で固定される必要があるから、本例では、殻に何個かの孔１１をあけ、中からスクリュー１２を通して関節窩６にねじ込んでいる。なお、孔１１の数や配置は特に限定されないが、数は５〜１０個、配置は中心と径の中ほどに等分又は不等分に配置するのが好ましい。また、固定の方法は上記の方法に限らないし、固定を強化するために、表面にメッシュやポーラスを形成することがあるのは上記と同じである。
【００１２】
シェルカップ７には、シェルライナ８が内装される。シェルライナ８も、シェルカップ７と同じく半球状をした凹面体であり、金属やセラミクスに対して滑りの相性がよい超高分子量ポリエチレン等の医療用樹脂で構成されており、シェルカップ７に嵌め込まれる。シェルライナ８も、シェルカップ７に対して固定される必要があり、本例では、シェルライナ８の端面に孔又は切欠８ａを形成したフランジ８ｂを形成するとともに、この孔又は切欠８ａの延長上のシェルカップ７にねじ孔７ａを設け、孔又は切欠８ａからスクリュー１３をねじ孔７ａにねじ込んで止めている。ただし、これも一例であって、これに限らないのは上記と同じである。ところで、以上は、シェルカップ７とシェルライナ８とがセットになったものであるが、シェルライナ８だけで構成されているものもある。
【００１３】
シェルライナ８の中心には、球面穴１４が端面に開口して形成されており、これに骨頭５が嵌まり込む。この球面穴１４の深さは、骨頭５の半径と同じかやや大きい程度に設定されている。以上の大腿骨部材１と骨盤側部材２とをそれぞれ大腿骨３と関節窩６に装填した後、骨頭５を球面穴１４に差し込むと、球面穴１４は、骨頭５をその半分かやや大きい容積で回動可能に支持する。なお、骨頭５のネック１０側は、シェルカップ８の端面から球形部分がある程度覗くように残してあり、骨頭５が球面穴１４で回動するときに球面接触が図られるようになっている。
【００１４】
以上の人工股関節が股関節として機能するとき、シェルライナ８に対する骨頭５の動きは、脚の前後屈伸、内外反、内外回旋によって全方位に及ぶ。このため、回動角度がある角度を超えると、ネック１０がシェルライナ８（又はシェルカップ７）に干渉し、それ以上の回動ができなくなり、この角度が小さいと日常生活に支障を来すことがある。そこで、ネック１０を径細にして可動域を拡大することが行われているが、径細にすれば、強度が低下して折損の危険があることは上述したとおりである。本発明は、この径細、すなわち、ネック１０の切除を効果的に行い、強度低下を抑えて可動域を拡大できるようにしたものである。
【００１５】
本発明においても、円柱体のネック１０の前後面を一部切り欠いて径細にする点は変わらないが、その切欠面の方向や深さを考慮した点で異なる。図４は本発明に係る１００°屈曲させる場合における右股関節用の切欠の状況を示すネック１０の断面図であるが（頚体角が（イ）では１２５°、（ロ）では１３０°、（ハ）では１３５°に設定してある）、ネック１０の部分は、円柱（断面が円形）の斜め前後面を前方切欠面１５と後方切欠面１６とで切り欠いたものである。
【００１６】
本発明によると、ある断面における前方切欠面１５は、前方−内側方向に延びる線であり、後方切欠面１６は、後方−外側方向に延びる線である。ただし、それぞれの方向及びこれらの線で切除した残りの域（残存率）は、特定の範囲に設定されていることが特徴である。今、方向及び残存率を、中心Ｏから前方切欠面１５及び後方切欠面１６に降ろした垂線Ｌ1 、Ｌ2 の前後線からの角度β、γと半径比Ｒで表わすとする。
【００１７】
それによると、ネックを半径６ｍｍの円柱から切欠を入れたものを採択すると、頚体角１２５°の場合は、β≒内側方向に３５．０°、Ｒ≒７４．３％であり、γ≒外側方向に２６．５°、Ｒ≒４９．２％である。また、１３０°の場合は、β≒内側方向に３７．５°、Ｒ≒６４．９％であり、γ≒外側方向に２４．０°、Ｒ≒５５．９％である。さらに、１３５°の場合は、β≒内側方向に３９．５°、Ｒ≒５５．２％であり、γ≒外側方向に２２．０°、Ｒ≒６２．９％である。この他、１４０°の場合は、β≒内側方向に４１．５°、Ｒ≒４４．６％であり、γ≒外側方向に１９．５°、Ｒ≒６７．６％であった。図５は頚体角１３０°のもので、１００°屈曲させる場合における切欠の状況を示すネック１０の断面図である。これにおいて、前方切欠面１５は、前方屈曲角度１００°を可能にした切欠面であり、後方切欠面１６は、日常生活でとり得る後方屈曲・外旋肢位を可能にした切欠面である。
【００１８】
もちろん、これらの値には多少の誤差が許されることは容易に考えられ、その意味で、許容される誤差については、方向及び残像率とも、±５％程度は許容範囲であると想定している。以上からわかることは、方向については、前方切欠面１５は、前方−内側方向に３５〜４２°程度の角度が適しており、後方切欠面１６は、後方−外側方向に１９〜２７°程度の角度が適していることである。また、残存率は、前方切欠面１５による場合は４４〜７５％程度、後方切欠面１６による場合は４９〜６８％程度といった範囲である。
【００１９】
日常生活における股関節の動きを調べてみると、しゃがむ動作である前方に屈曲する動きが屈曲角度をもっとも大きく求められることが判明した。また、後方屈曲による後方−外側方向に屈曲する動きは、従来品よりも角度が大きく求められることが判明した。一方、後方−外側方向以外の後方屈曲による動きは、それほど大きな角度は求められないことも判明した。本発明は、このような事実に基づいて上記した前方切欠面１５及び後方切欠面１６を設定したのであり、これにより、必要な可動域を確保しつつも、切除域を極力小さくできて強度低下を抑制できたのである。
【実施例】
【００２０】
今、頚体角１３０°、骨頭が直径２２．２２５ｍｍの球、ネックが半径６ｍｍの円柱から前方切欠面の角度β＝３７．５°、後方切欠面の角度γ＝２４°で切欠を入れたもの（図５に示すもの）を発明品とし、ネック半径６ｍｍのままのもの（切欠を入れないもの）を従来品として最大前方屈曲角度を比較してみた。
【００２１】
発明品                    最大屈曲角度（°）  従来品      最大屈曲角度（°）
残存度（ｍｍ）Ｌ１＝３．９    １００．１│  ネック半径６          ８７．１
Ｌ２＝３．３６            │  ネック半径５          ９５．１
│  ネック半径４．３６  １００．１
│
【００２２】
これからわかるのは、発明品による場合、ネック前方内側の残存量を３．９とすることで１００．１°の最大前方屈曲角度を確保できたことであり、ネックに切欠のない従来品でこの角度を確保するには、ネック半径を４．３６ｍｍ（図５における一点鎖線の円）にしなければならないことである。しかし、発明品では、切り欠いてるのは、前方−内側方向にβの角度で延びる切欠線の外側と後方−外側方向にγの角度で延びる切欠線の外側であって、両切欠線にかからないその内側は半径６ｍｍの全円が残っており、発明品の断面積は、ネック半径４．３６ｍｍの円の面積より約３６％増大している。したがって、強度的には、発明品の方がはるかに高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る人工股関節の組立状態を示す一部断面側面図である。
【図２】本発明に係る人工股関節の各要素ごとの一部断面側面図である。
【図３】本発明に係る人工股関節を股関節に置換した状態の側面図である。
【図４】本発明に係るネックの断面図である。
【図５】本発明に係るネックの断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    大腿骨部材
２    骨盤側部材
３    大腿骨
４    ステム
５    骨頭
５ａ  挿入穴
６    関節窩
７    シェルカップ
７ａ  ねじ孔
８    シェルライナ
８ａ  切欠又は孔
８ｂ  フランジ
９    フランジ
１０  ネック
１０ａ挿入部
１１  孔
１２  スクリュー
１３  スクリュー
１４  球面穴
１５  前方切欠面
１６  後方切欠面
【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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