(57)【要約】本発明は、隣接する骨部分を目標とする所定の関係に安定化及び／又は維持するため、及び、隣接する骨部分の１次元、２次元、又は、３次元の運動又は回転を制限するための装置及び方法に関する。より詳細には、本発明は、各々が所定の方法で配置された磁石（４０２Ａ、４０２Ｂ、及び、５０２）を含み、各々が周囲に磁場を発生させる少なくとも２つの磁気アレー（４００及び５００）を有する磁気装置に関する。隣接する骨部分に移植されて固定された状態で、本装置は、骨部分の区域に相互作用する磁場を形成し、磁気エネルギを機械的エネルギに変換し、及び／又は、機械的エネルギを磁気ポテンシャルエネルギに変換し、それによって骨部分の機能解剖学的構成及び／又は解剖学的に有利な構成を再生する。本発明はまた、隣接する骨部分の間の相対的な運動を様々な次元に制限するための磁気アレーを含む整形外科用人工装具に関する。
2004503289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の隣接する骨部分に固定されると共に、第１の所定の磁場特性を有する第１の磁場を形成するような構成及び寸法を有する第１の磁気アレーと、
第２の隣接する骨部分に固定されると共に、第２の所定の磁場特性を有する第２の磁場を形成するような構成及び寸法を有する第２の磁気アレーと、
を含み、
前記第１及び第２の所定の磁場特性が、相互作用するように選択され、それによって前記磁気アレーが、前記隣接する骨部分に強く作用して目標とする所定の関係にさせると共に、前記骨部分の間の相対的な運動を少なくとも２次元に制限するように協働する、
ことを特徴とする、隣接する骨部分を治療する装置。
【請求項２】
前記磁気アレーの一方は、前記所定の磁場特性を有する複合磁場を形成するような構成及び寸法を有する少なくとも２つの磁石を含み、
前記磁気アレーの他方は、前記所定の磁場特性とは別の特性を与えるような構成及び寸法を有する少なくとも１つの磁石を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複合磁場は、非対称であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の磁気アレーは、互いに対向するように配置され、
前記第１及び第２の磁場間の相互作用は、前記第２の磁気アレーに強く作用して前記第１の磁気アレーに対して所定の関係を持たせ、定められた基準点が、前記第１の磁気アレーの前記第１の磁場により形成された境界内に制限される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の所定の磁場特性は、谷をその間に形成する少なくとも２つの第１のピークを形成する磁気等ポテンシャル線を含み、前記第２の所定の磁場特性が、少なくとも１つの第２のピークを形成する磁束線を含み、
前記第１及び第２の磁気アレーは、前記第２のピークが前記少なくとも２つの第１のピークの間に受け入れられるように互いに配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記磁気アレーの少なくとも一方は、互いに所定の関係でハウジングに固定されて上面及び下面を形成する複数の個別の磁石を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記磁気アレーの少なくとも一方は、開放された中央部を形成する第１の環状磁石を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記磁気アレーは、前記開放された中央部内に配置された第２の磁石を更に含み、前記第１及び第２の磁石が異なる磁力を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも一方の前記磁気アレーは、整形外科用人工装具の中に組み込まれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の磁気アレーの間に配置されるような構成及び寸法を有し、第３の所定の磁場特性を有する第３の磁場を形成する、少なくとも１つの第３の磁気アレーを更に含み、
前記第１、第２、及び、第３の所定の磁場特性が、相互作用するように選択され、それによって前記第１、第２、及び、第３の磁気アレーが、前記隣接する骨部分に強く作用して目標とする所定の関係にさせる共に、前記隣接する骨部分の間の相対的な運動を少なくとも２次元に制限するように協働する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２の磁気アレーの間に配置されるような構成及び寸法を有する少なくとも２つの第３の磁気アレーを含み、
第３の磁気アレーの各々が、第３の所定の磁場特性を有する第３の磁場を形成し、互いに対向するように配置される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記相対的な運動は、前記隣接する骨部分の回転、屈曲、及び、伸展のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１、第２、及び、第３の磁気アレーの各々は、前記所定の第１、第２、及び、第３の磁場特性を有するそれぞれ第１、第２、及び、第３の複合磁場を形成するような構成及び寸法を有する少なくとも１つの磁石を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１及び第３の複合磁場は、それらの間に引力及び反発力のうちの一方を発生し、
前記第２及び第３の複合磁場は、それらの間に引力及び反発力のうちの他方を発生する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の磁気アレーは、上側の第１の磁気アレーを有する本体と、下側の第１の磁気アレーを有し、前記第１の隣接する骨部分に固定されるような構成及び寸法を有するアンカーとを含み、
前記上側及び下側の第１の磁気アレーは、それらの間に引力を発生して前記本体及びアンカーを互いに固定するように構成される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２の磁気アレーの少なくとも一方を前記第３の磁気アレーに連接する可撓性部材を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２の磁気アレーの少なくとも一方は、空洞を形成し、少なくとも１つの磁石が前記空洞の底部分に配置され、
前記第３の磁気アレーは、前記空洞に摺動的に収容されるような構成及び寸法を有する軸部分を含み、少なくとも１つの磁石が前記空洞の前記底部の前記磁石に対向するように前記軸上に配置される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記第３及び第２の磁気アレーの間に移動可能に配置されるような構成及び寸法を有し、第４の所定の磁場特性を有する第４の磁場を形成する第４の磁気アレー、
を更に含み、
前記第４の所定の磁場特性が、前記第１、第２、及び、第３の所定の特性と相互作用するように選択され、それによって前記第１、第２、第３、及び、第４の磁気アレーが、前記隣接する骨部分に強く作用して目標とする所定の関係にさせると共に、前記隣接する骨部分の間の相対的な運動を少なくとも２次元に制限するように協働する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
関節の第１の隣接する骨部分に固定されるような構成及び寸法を有する第１の構成要素と、
前記関節の第２の隣接する骨部分に固定されるような構成及び寸法を有する第２の構成要素と、
前記第１及び第２の構成要素の間に配置されるような構成及び寸法を有し、第３の所定の磁場特性を有する第３の磁場を各々が形成する少なくとも２つの第３の磁気アレーを含み、前記第３の磁気アレーがその異なる側に配置される少なくとも１つの第３の構成要素と、
を含むことを特徴とする、関節の隣接する骨部分を治療するための整形外科用人工装具。
【請求項２０】
前記第１の構成要素は、第１の所定の磁場特性を有する第１の磁場を形成する少なくとも１つの第１の磁気アレーを含み、
前記第２の構成要素は、第２の所定の磁気特性を有する第２の磁場を形成する少なくとも１つの第２の磁気アレーを含み、
前記第１、第２、及び、第３の所定の磁場特性は、相互作用するように選択され、それによって前記第１、第２、及び、第３の磁気アレーが、前記関節の前記隣接する骨部分に強く作用して目標とする所定の関係にさせると共に、前記隣接する骨部分の間の相対的な運動を少なくとも２次元に制限するように協働する、
ことを特徴とする請求項１９に記載の人工装具。
【請求項２１】
前記第１の構成要素は、関節結合を容易にするように構成された関節結合表面を有し、
前記第３の構成要素は、前記関節結合表面を受け入れてそれと協働するように構成された表面を有する、
ことを特徴とする請求項１９に記載の人工装具。
【請求項２２】
前記相対的な運動は、前記隣接する骨部分の回転、屈曲、及び、伸展のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項２０に記載の人工装具。
【請求項２３】
前記第１、第２、及び、第３の磁気アレーの各々は、前記所定の第１、第２、及び、第３の磁場特性を有するそれぞれ第１、第２、及び、第３の複合磁場を形成するような構成及び寸法を有する少なくとも１つの磁石を含むことを特徴とする請求項２０に記載の人工装具。
【請求項２４】
前記第１及び第３の複合磁場は、それらの間に引力及び反発力のうちの一方を発生し、
前記第２及び第３の複合磁場は、それらの間に引力及び反発力のうちの他方を発生する、
ことを特徴とする請求項２３に記載の人工装具。
【請求項２５】
前記複合磁場の少なくとも１つは、非対称であることを特徴とする請求項２３に記載の人工装具。
【請求項２６】
前記第１の構成要素は、上側の第１の磁気アレーを有する本体と、下側の第１の磁気アレーを有し、前記関節の前記第１の隣接する骨部分に固定されるような構成及び寸法を有するアンカーとを含み、
前記上側及び下側の第１の磁気アレーは、それらの間に引力を発生して前記本体及びアンカーを互いに固定するように構成される、
ことを特徴とする請求項２０に記載の人工装具。
【請求項２７】
前記第１及び第２の構成要素の少なくとも一方を前記第３の構成要素に連接する可撓性部材を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の人工装具。
【請求項２８】
前記第１及び第２の構成要素の少なくとも一方は、空洞を形成し、少なくとも１つの磁気アレーが前記空洞の底部分に配置され、
前記第３の構成要素は、前記空洞に摺動的に収容されるような構成及び寸法を有する軸部分を含み、少なくとも１つの磁気アレーが前記空洞の前記底部の前記磁気アレーに対向するように前記軸上に配置される、
ことを特徴とする請求項２０に記載の人工装具。
【請求項２９】
前記第３及び第２の構成要素の間に移動可能に配置されるような構成及び寸法を有し、第４の所定の磁場特性を有する第４の磁場を形成する少なくとも１つの第４の磁気アレーを備えた第４の構成要素、
を更に含み、
前記第４の所定の磁場特性が、前記第１、第２、及び、第３の所定の特性と相互作用するように選択され、それによって前記第１、第２、第３、及び、第４の磁気アレーが、前記関節の前記隣接する骨部分に強く作用して目標とする所定の関係にさせると共に、前記隣接する骨部分の間の相対的な運動を少なくとも２次元に制限するように協働する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の人工装具。
【請求項３０】
周囲に第１の複合磁場を形成するために第１の磁気アレーを第１の隣接する骨部分に固定する段階と、
周囲に第２の複合磁場を形成するために第２の磁気アレーを第２の隣接する骨部分に固定する段階と、
反発力及び引力の両方を同時に発生させるために前記第１及び第２の磁気アレーを互いに対向するように配置し、それによって前記隣接する骨部分に強く作用して目標とする所定の関係にさせると共に、前記隣接する骨部分の相対的な運動を少なくとも２次元に制限する段階と、
を含むことを特徴とする、隣接する骨部分の運動及び／又は位置を操作する方法。
【請求項３１】
前記第１及び第２の隣接する骨部分は、関節結合部の対向する骨部分を形成し、
前記磁場は、関節の反力を低減するように相互作用し、同時に前記骨部分を少なくともほぼ自然な関節運動に制限する、
ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１及び第２の隣接する骨部分は、骨折部の相対する側であり、
前記磁場は、前記骨折部を安定化するように相互作用する、
ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、特に、特別に構成された相互作用する磁気アレーを用いて、隣接する骨部分を目標とする所定の関係に安定させて維持し、隣接する骨部分の１次元、２次元、又は、３次元の運動及び／又は回転を制限するための装置及び方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
整形外科学は、骨、筋肉、靭帯、腱、及び、関節に関するヒトの身体の異常を治療する医学の下位専門分野であり、現在は、骨及び関節の治療に重点が置かれている。骨及び関節の異常の治療は、一般に、骨折、関節不安定、初期関節炎、及び、末期関節炎の治療を含むカテゴリーに下位分類することができる。本来、身体の形態異常状態の治療は、主に採型及びブレーシングに頼っていた。しかし、新しい移植可能な材料の出現と優れた関節置換人工装具の開発とにより、整形外科の主眼は移行し、ますます外科的下位専門分野になってきた。材料が改良され、工学的技術が進み、ヒトの身体の理解が進むにつれ、整形外科医療の診療及び生体力学試験法は著しく進歩した。骨折及び関節異常の治療は継続して改良され、現在の最新技術になった。この４０年に、骨折治療及び関節全置換術に用いられる静的な機械的デザイン特性及び新しい移植可能材料の開発に特に集中して無数の技術革新が起こった。このような静的機械的デザイン特性は、磨耗、安定性、及び、関節全置換術のための固定方法に関する問題の解決を目指してきた。これらはまた、骨折治療に関する現在の最新技術の改善にも用いられる。
【０００３】
特定の整形外科的問題の治療を補うために、非機械的な力を用いる方法を開発するいくつかの試みが行われてきた。例えば、脈動する電磁場が骨治癒を刺激する補助として使用されてきた。骨折部位及び関節における環境を変えて治癒を助け病気の進行を遅らせるために、生化学的及び生体材料的手段が用いられてきた。この他に、骨及び関節の異常の治療に磁場を用いることも同じく試みられている。例えば、Ｊａｎｓｓｅｎ他に付与された米国特許第４，０２４，５８８号明細書には、磁石を備えた人工関節が説明されている。Ｖｏｎ　Ｂｅｚｏｌｄ他に付与された米国特許第４，０２９，０９１号明細書には、プレートを骨折した骨にあて、外部で発生させた電磁力を受けた時に骨の断片の制限された運動だけを許す方法が開示されている。Ｅｓｆｏｒｍｅｓ他に付与された米国特許第４，３２２，０３７号明細書では、関節に磁力を含んだ機械的に連結する関節構成要素を有する肘関節が提案されている。Ｍｏｉｓｄｏｎに付与された米国特許第５，５９５，５６３号明細書は、体外の磁気又は電磁気装置で発生した磁気誘導により、身体の各部分の位置を変える方法を開示している。Ｊｏｒｅに付与された米国特許第５，８７９，３８６号明細書は、骨を離して保持し、しかも、関節内からおそらく関節鏡手段を通じて調節可能である装置を説明している。これらの開示された装置及び方法は、特定の整形外科的問題に対して限定された用途を有するのみであった。しかし、このようなデザインは、整形外科手術治療の実際の応用に関する間違いや誤解のために、あるいはより重大なことに、ヒト体内に見られる機械的環境に関連する永久磁石の特性に関する理解が特に永久磁石が骨及び関節の正常な機能に関連する場合に欠如しているために、実際には一般に実現可能ではない。従って、この分野では、身体の形態異常状態の治療において、少ない侵襲性で骨を配置及び拘束するための装置及び方法を改良する必要性が残されている。
【０００４】
（発明の開示）
本発明は、一般に、隣接する骨部分での力を制御し、及び／又は、隣接する骨部分の運動を１次元又は２以上の次元に制限するための装置及び方法に関する。より詳細には、本発明は、各々が所定の方法で作製及び移植されて相互作用磁場を発生する少なくとも２つの磁気アレーを有する磁気装置に関する。本装置は、隣接する骨部分に移植されて固定された状態で、隣接する骨部分の近傍に相互作用磁場を形成し、磁気エネルギを機械的エネルギに変換し、更に機械的エネルギを磁気ポテンシャルエネルギに変換することにより、骨部分の機能解剖学的位置及び／又は解剖学的に有利な位置を再現することができる。
【０００５】
本発明により隣接する骨部分を治療する装置には、第１及び第２の磁気アレーが含まれる。第１の磁気アレーは、第１の隣接する骨部分に固定され、第１の所定の磁場特性を有する第１の磁場をもたらすような構成及び寸法にされ、第２の磁気アレーは、第２の隣接する骨部分に固定され、第２の所定の磁場特性を有する第２の磁場をもたらすような構成及び寸法にされる。第１及び第２の所定の磁場特性は、それらが相互作用するように選択され、それにより磁気アレーが協働し、隣接する骨部分が目標とする所定の関係になるように強く作用し、骨部分間の相対的運動を少なくとも２次元に制限する。好ましくは、磁気アレーの片方又は両方は、対称又は非対称とすることができる複合磁場を形成するために、多数の磁石を含むことができる。好ましい一実施形態では、第１及び第２の磁場間の相互作用は、アレーに強く作用して所定の関係を有するようにさせ、定められた基準点は、磁気アレーの一方の磁場が形成した境界内に閉じ込められる。
【０００６】
本発明の更なる態様によれば、第１の所定の磁場特性は、少なくとも２つの第１のピークを形成してその間に谷を定める磁気等ポテンシャル面又は線を含み、第２の所定の磁場特性は、少なくとも１つの第２のピークを形成する磁気等ポテンシャル面又は線を含む。好ましくは、これらのピーク及び谷は３次元であり、例えば、少なくとも２つの第１のピークとその間の谷とは、３次元回転シヌソイドで形成され、少なくとも１つの第２のピークは、３次元放物面で形成される。次に、第１及び第２の磁気アレーは、第２ピークが少なくとも２つの第１ピークの間に入るように互いに対して配置される。言い換えると、一方のアレーの磁場が対向するアレーの磁場を貫通することが好ましい。この実施形態では、第２のピークは、例えば、シヌソイドを回転することによりその垂直軸線の周りに生成されるカップ形領域として位相的に説明し得るトロイドの環内に入る。あるいは、第１の磁気アレーは、少なくとも２つのピークが異なる大きさを有するような磁束線を備える所定の磁場特性をもたらすように構成され、寸法が決められる。
【０００７】
更なる他の実施形態では、本発明による装置はまた、第１の磁気アレー及び少なくとも第２の磁気アレーを含む。更なるアレーを設けてもよい。この実施形態では、第１のアレーは少なくとも２つの磁石を含み、それらの磁石は、第１の隣接する骨部分に固定されるように、また、第２の磁力の１つ又は２以上の領域と隣接する第１の磁力の少なくとも１つの領域を形成する磁束線のような、第１の所定の磁場特性を有する第１の複合磁場をもたらすように構成され寸法を決められる。第２の磁気アレーは、第２の隣接する骨部分に固定されるように、また、第３の磁力の少なくとも１つの領域を形成する磁気等ポテンシャル線のような第２の所定の磁場特性を有する第２の磁場をもたらすように構成され寸法を決められる。異なる磁力の領域は相互作用し、それにより隣接する骨部分を目標とする所定の関係にして骨部分の間の相対的な運動を少なくとも２次元に制限する。種々の代替形態によれば、第２及び第３の磁力の領域は、ほぼ等しい磁力を有してもよく、又は、これらの領域は異なる磁力を有することができ、第１及び第２の磁力の領域は、逆の極性を有してもよく、又は、これらの領域は、同じ極性を有することができる。
【０００８】
更なる他の実施形態では、第１及び第２の磁気アレーは、第１の軸線に沿って所定の距離だけ離れて隣接する骨部分に固定され、第１の軸線に直交する少なくとも第２の軸線に沿って所定の関係で互いに対して方向付けられる。第２の磁気アレーには、少なくとも１つの磁石が含まれる。第１のアレーの少なくとも２つの磁石及び第２のアレーの少なくとも１つの磁石は、同じ極が向かい合うように配置され、所定の距離においてその間に所定の反発力を発生する。所定の関係から離れるような第２の軸線に沿うアレー間の相対的な動きは、第２及び第３の磁力の領域の磁場間の相互作用による抵抗を受ける。
【０００９】
本発明の更なる態様では、各アレーは、対向する面と背面とを有し、各々が極性軸を有する少なくとも２つの磁石を含む。各アレーの磁石は、各磁石の極が隣接して各アレーの面に配置されるように、それらの極性軸と実質的に平行に並べられる。このように、アレーは、隣接する骨部分に互いに対向して固定されるようになっており、その対向する面は互いに向き合い、実質的に極性軸と平行な第１の軸線と実質的に極性軸と直交する少なくとも第２の軸線とに沿って互いに対して所定の位置にある。代替的な一実施形態では、各アレーの磁石は、反対の極が対向する面に配置されるように並べられ、第１の軸線に沿う所定の位置には、対向する面に沿って少なくとも実質的に接触する第１及び第２のアレーがある。この実施形態では、磁場間の相互作用は、アレー間の相対的な回転に抵抗する。別の代替形態では、各アレーの磁石は、同じ極が対向する面に配置されるように並べられ、第１の軸線に沿う所定の距離には、所定の間隔が含まれる。この他の実施形態では、磁場間の相互作用は、所定の間隔が減少することに抵抗し、また、第２の軸線に沿って所定の位置から離れる動きに抵抗する一方で、第２の軸線の周り又はそれに隣接して配置された他の軸線周りの回転を許す。更に、この後者の実施形態では、磁気アレーの少なくとも一方は、反対の極が対向する面に配置されるようにアレーに配置された少なくとも１つの磁石を更に含むことができる。
【００１０】
本発明による隣接する骨部分を治療する方法においては、各々が所定の磁場特性を有する磁場を形成するように構成及び寸法にされた第１及び第２の磁気アレーが隣接する骨部分に固定される。これらのアレーは、目標とする関係に配置される。隣接する骨部分の相対的な運動は、少なくとも２次元に制限され、第１及び第２の磁場の相互作用を通じて目標とする関係が維持される。本発明による代替的な方法は、第１の隣接する骨部分にその周りに第１の複合磁場を形成するために第１の磁気アレーを固定する段階、第２の隣接する骨部分にその周りに第２の複合磁場を形成するために第２の磁気アレーを固定する段階、及び、第１及び第２の磁気アレーの間に同時に反発力及び引力の両方を発生させるためにそれらを互いに対向させて配置し、それによって隣接する骨部分が目標とする所定の関係になるように強く作用し、隣接する骨部分の相対的な運動を少なくとも２次元に制限する段階を伴う。本発明の更なる態様では、第１及び第２の隣接する骨部分が関節の対向する骨部分を形成し、その場合に磁場は、相互作用して関節反力を減少させる一方で、骨部分が自然な関節の動きで運動するのを制限する。本発明の代替的態様では、第１及び第２の隣接する骨部分は、骨折の対向する側面であり、磁場は、相互作用して破断面の断片を減少させて安定化する。
【００１１】
本発明の更なる態様によれば、磁気アレーは、１つ又は２以上の磁石又は磁石の極（以下、いずれもまとめて「磁石」という）を所定の構成及び／又は方向に配置することにより作製することができる。個々の隣接する磁石の磁場が一致するために、磁気アレーは、近傍に配置された対象物に対して２次元又は３次元の磁力を及ぼすことができる複合磁場を作り出す。各磁石の属性、形状、及び、他の特性を操作することにより、また、磁石を所定の構成及び／又は方向に配置することにより、磁気アレー及びそれらの相互作用は、隣接する対象物間の力を制御し、及び／又は、それらの運動を回転を含む２次元又は３次元に制限するために用いることができる。
【００１２】
本発明の別の態様では、磁気アレーの磁石は、その構成及び／又は方向を維持しながらハウジング内に固定することができる。予め配置された構成及び／又はその方向を与えることにより、磁気アレーは、容易に種々の身体的形態異常の状態を治療するように適応させることができる。この構成は、隣接する骨部分の別の位置への個々の磁石の潜在的に予測不可能な移植を防ぎ、移植手順を単純にし、手術の進行時間を短縮し、手術後の合併症を最小限にし、治癒過程を促進し、実行するのがより容易でより多数の外科医が満足に行うことができる治療の任意選択肢を提供する。
【００１３】
本発明の更に別の態様では、磁気アレーは、隣接する骨部分での力を制御するために、及び／又は、隣接する骨部分の運動を１次元又は２以上の次元に制限するために隣接する骨部分に移植される。一方の磁気アレーが他方の磁気アレーに対して対向する関係に配置されると、各磁気アレーの複合磁場が互いに相互作用し、これらの磁気アレーの間及び／又は周りに動的に相互作用する磁場を発生する。相互作用する磁場の特性は、相互作用する磁場の結果が各磁気アレーの個々の複合磁場のベクトル和であるために、各磁気アレーにおける個々の磁石の各々の属性、形状、及び／又は、他の特性の操作により明確に制御することができる。磁気アレーは、それらの間に発生する反発力及び／又は引力を操作することにより、磁気極性の方向と平行及び直交する軸線に沿って仕事をする位置エネルギをもたらすほか、特定のアレーデザインの隣接する骨部分に対する回転的安定性を提供する。この位置エネルギを用いて、骨部分の間の反力を減少させ、及び／又は、骨部分の間の運動を制限することができる。本発明によれば、上述の磁気アレーを含む整形外科用磁気装置は、長骨骨折、手根骨骨折、関節不安定、初期関節炎、及び、末期関節炎のような種々の身体的形態異常の状態に応用することができる。これらは、他の関節再生手術用構成要素のデザインを増強するために用いることもできる。骨折の治療においては、本発明の磁気アレーは、支配的な引力を作り出し、それにより磁気アレーに対する構造的及び／又は回転的安定性を与えるように配置してもよい。
【００１４】
ここに示すように、本発明の整形外科的用途の態様の１つにおいては、上述の磁気アレーを応用して関節炎のような変形した状態を治療することができる。このような変形した状態に対しては、好ましくは、磁気アレーは、支配的反発力を生み出すように配置することができ、それにより、複合磁力ベクトルに平行な軸線に沿う機械的な力に相殺して複合磁力ベクトルに直交する軸線に沿って安定性をもたらす位置磁気エネルギが与えられる。関節反力を減少させ、関節不安定性及び／又は関節疾病の進行を弱める付加的な制御手段を与えることにより、関節での骨部分の無傷軟骨の間の機械的接触を減少させるところに恩典があるであろう。更に、本発明は、移植した人工装具構成要素間の機械的接触及び摩擦により引き起こされる損傷を減少させるために人工装具内か又はそれと共に用いてもよく、関節反力を減少させて安定化能力を提供し、それによって末期関節炎に付随する痛みを減少させ、及び／又は、移植構成要素の機能的寿命を延長する。
【００１５】
本発明の更なる態様では、関節の隣接する骨部分を治療する磁気整形外科用人工装具を提供することができる。このような人工装具は、典型的には、第１の隣接する骨部分に固定することができ、第１の所定の磁場特性を有する第１の磁場を形成する少なくとも１つの第１の磁気アレーを含む第１の構成要素と、第２の隣接する骨部分に固定することができ、第２の所定の磁場特性を有する第２の磁場を形成する少なくとも１つの第２の磁気アレーを含む第２の構成要素と、第１及び第２の構成要素間に可動的に配置されるように構成された少なくとも１つの第３の構成要素であって、第３の構成要素の異なる側に配置された少なくとも２つの第３の磁気アレーを含む構成要素とを含む。これらの第３の磁気アレーは、それぞれ第３の所定の磁場特性を有する同一か又は異なる第３の磁場を形成する。第１、第２、及び、第３の所定の磁場特性は、第１、第２、及び、第３の磁気アレーが協働し、強く作用して隣接する骨部分を目標とする所定の関係にさせ、隣接する骨部分の間の相対的な運動を少なくとも２次元、例えば、隣接する骨部分の回転、曲げ、及び／又は、伸びに制限すべく相互作用するように選択される。
【００１６】
代替形態では、このような人工装具は、第１の隣接する骨部分に固定することができ、第１の所定の磁場特性を有する第１の磁場を形成する少なくとも１つの第１の磁気アレーを含む第１の磁性構成要素と、前記関節の第２の隣接する骨部分に固定されるように配置された第２の非磁性構成要素と、第１及び第２の構成要素間に可動的に配置されるように構成され、第３の所定の磁場特性を有する第３の磁場を形成する少なくとも１つの第３の磁気アレーを含む少なくとも１つの第３の構成要素とを含んでもよい。第１及び第３の所定の磁場特性は、第１及び第３の磁気アレーが協働し、強く作用して隣接する骨部分を目標とする所定の関係にさせ、隣接する骨部分の相対的運動を少なくとも２次元に制限すべく相互作用するように選択される。
【００１７】
「隣接する骨部分」という用語は、一般に、互いに隣接して配置されたいかなる骨又はその部分をも意味する。「隣接する骨部分」又は単に「骨部分」は、互いに分離しているか又は機能的に連結しているかに関わらず、及び／又は、解剖学的理由、非解剖学的理由、及び／又は、外科的治療のために互いに機械的に接触しているかどうかに関わらず、互いに隣接して配置された任意の骨又はその部分を意味することができる。例えば、脛骨と腓骨、撓骨と尺骨、及び、大腿骨と脛骨と腓骨は、解剖学的に配置された互いに隣接する骨のいくつかの例示的な対又は群であり、大腿骨と脛骨、上腕骨と尺骨、及び、上腕骨と肩甲骨は、それぞれ膝関節、肘関節、及び、肩関節を通じて互いに機能的に連結する例示的な骨の対であり、鎖骨と胸骨は、機械的に互いに接触する骨である。「隣接する骨部分」はまた、互いに隣接して配置され、及び／又は、互いに接触することになる２つ又は３以上の任意の骨のセグメントを含む場合がある。このような骨の例としては、任意の数の骨及び／又は関節の骨折したセグメントを挙げることができる。
【００１８】
「等ポテンシャル線」及び「等ポテンシャル表面」という用語は、それぞれ、磁石の周りに発生する磁場特性を表す任意の曲線状の２次元の線及び３次元の表面を意味する。「等ポテンシャル表面」は、磁石から発する磁束に垂直であり、磁束上の同じ磁力の点を結ぶことにより描かれる。「等ポテンシャル線」は、所定の方向に「等ポテンシャル面」の断面をとることにより得られる。従って「等ポテンシャル線」は、「等ポテンシャル表面」の部分集合であり、これも所定の方向に磁束と垂直である。説明を容易かつ簡単にするために、「等ポテンシャル線」及び「等ポテンシャル表面」は、いずれも以下ではまとめて「等ポテンシャル線」と呼ぶことにする。従って、「等ポテンシャル線」の「ピーク」、「谷」、及び、「隙間」は、２次元の「等ポテンシャル線」に描かれるものと同様に、３次元の「等ポテンシャル表面」に描かれるものを含む。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１９】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、本発明による整形外科的方法及び装置の例示的な実施形態を説明する。特に、本説明は、磁気アレーと、これらの磁気アレーを組み込んだ整形外科的装置と、そのような磁気アレー及び整形外科的装置の骨折、関節不安定性、初期関節炎、及び、末期関節炎のような種々の身体的形態異常状態への適用と、関節全置換術構成要素の増強に関する実施例を提供する。上述のリスト及び本明細書に含まれる実施例は、単に例証的であって網羅的ではない。
【００２０】
本発明の態様の１つにおいて、磁気アレーは、１つ又は２以上の磁石を特別の用途に適応させて特定の構成に配置することにより設けられる。図１Ａ、図１Ｄ、図１Ｇ、及び、図１Ｉは、このような磁石及び磁気アレーの種々の実施形態を示し、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｅ、図１Ｆ、及び、図１Ｈは、これらの磁気アレーとそれらの相互作用とにより生じた複合磁場の特性を示す。図１Ａに示すように、磁気アレー１０は、６つの周囲磁石１４の群の中心に配置された円筒形とし得る中心磁石１２を含む。この実施形態では、全ての磁石１２及び１４は、Ｎ極が上面１６及び１８に、Ｓ極が底面２０及び２２になるように配置される。中心磁石１２は、図１Ｂ及び図１Ｃで概略的に示すように、周囲磁石１４より「磁束密度」が大きくなるように選択することができる。本明細書で用いる「上部」及び「底部」、又は、「上方」及び「下方」のような方向への言及は、単に図面を検討する際に明確にする目的で用いられており、本明細書の教示に従って任意の方向に用いることができる本発明を制限するものではないことに注意する必要がある。
【００２１】
他の実施形態では、磁石デザインの異なる特性を変更して、より大きいか又は小さい磁束密度を有する中心磁石１２を準備することができる。アレーの磁石全てが同じ材料で作られる場合には、これらの磁束密度は、磁石の配置、高さ、厚さ、又は、表面積を変えることにより大きくすることができる。すなわち、中心の磁石１２は、適宜に周囲磁石１４と異なっていてもよい。あるいは、中心磁石１２は、様々なＮｄＦｅＢ材料のいずれか１つ又は特定用途に適する磁束密度を有する他のいずれかの磁性材料のような（ＢＨ）ｍａｘのより大きな異なる磁気エネルギの材料で作ることができ、一方、周囲磁石１４は、（ＢＨ）ｍａｘのより小さな材料で作られる。このような中心磁石は、周囲磁石１４と同じ大きさ又はそれよりも小さくすることができる。大きさや材料に関わらず、中心磁石１２は、現在の表面に対して周囲磁石１４の表面よりもレベルが１つ高い（又は、低い）位置でアレーに固定することができる。中心磁石１２をアレーの他の磁石に対して高い（又は、低い）位置に配置することにより、中心磁石は、複合磁場により大きく（又は、より小さく）寄与し、磁気アレー１０の上方（又は、下方）に配置された対象物により大きな又は小さな程度で影響を及ぼすことになる。
【００２２】
図１Ｂは、本発明による図１Ａの磁気アレーで発生した複合磁場の磁束線の概略断面図である。図１Ｂでは、磁束線３０、３２、及び、３４は、中心磁石１２から放射されるが、磁束線３６及び３８は、周囲磁石１４から放射される。磁石１２及び１４の磁気軸（反対の極を結ぶ磁石内部に引かれた点線）が互いに平行であるために、周囲磁石１４が作り出す磁場は、中心磁石１２の縦方向軸線にほぼ平行である。
【００２３】
磁束線はまた、磁気アレー１０の複合磁場の磁力の空間分布パターンを評価するのに使用される場合がある。例えば、磁力は、所定の区域（番号４０、４２、及び、４４で示すものなど）を横切る磁束線の量として定義される「磁束」を用いて評価することができる。あるいは、磁束は、磁束密度の区域に垂直な成分の積分をその面積で割って計算することができる。区域４０及び４２を横切る磁束密度を比較すると、磁石１２と区域４０及び４２との間の距離が増大するにつれ、磁力又は磁束が減少することが明らかになる。更に、より強い中心磁石１２から放射される磁束線３０〜３４は、弱い周囲磁石１４から放射される磁束線３６及び３８よりもより遠くまで媒体内に延びる。中心及び周囲磁石の同じ極が磁気アレー１０の同じ側に配置されているために、中心及び周囲磁石は、互いに対して作用する反発力を発生する。このような反発力が存在することは、中心磁石１２と周囲磁石１４との間に形成された環状帯域４６及び４８により表される。異なる隣接磁石から放射されるが同じ方向に走る磁束線３０及び３６もまた、このような反発力の存在を表すことが理解される。
【００２４】
磁力（又は、磁束）の空間分布パターンはまた、複合磁場に対して磁力の等ポテンシャル線をマップすることにより評価することができる。図１Ｃは、本発明により図１Ａの磁気アレーの周りに発生する複合磁場の等ポテンシャル線の概略断面図である。等ポテンシャル線５０、５２、５４、及び、５６は、中心及び周囲磁石１２及び１４が発生する個々の磁場のベクトル和を表す曲線である。等ポテンシャル線は、個々の磁石１２及び１４の対応する磁束線と垂直であり、磁束線上の同じ磁力の点を結ぶことにより描かれる。図１Ｃに示すように、等ポテンシャル線５０〜５６のマッピングにより、複合磁場の解析が容易になるほか、複合磁場の特性のグラフィック表示を与える。等ポテンシャル線５０〜５６のマップは、等ポテンシャル線の輪郭が磁石の特定の特性（すなわち、材料の組成、大きさ、形状、断面積、位置、及び、方向）だけでなく、磁石からの距離にも依存することを明らかにする。図１Ｃは、距離が等ポテンシャル線の輪郭に及ぼす例示的な影響を示す。磁石１２及び１４に近接する領域６０及び６２では、複合磁場の磁力（又は、磁束）は、主に最も近い磁石のそれにより決まる。従って、等ポテンシャル線５４及び５６の輪郭は、最も近い磁石の表面の輪郭を近似し、これは、磁石１２及び１４上又はその上方の等ポテンシャル線５４及び５６の比較的平坦なプロフィールにより表されている。磁石１２及び１４の間の隙間６４及び６６には、等ポテンシャル線５４及び５６が曲線を形成する移行帯が形成され、その範囲は、隣接する磁石間の磁力の差にほぼ比例する。磁石１２及び１４から遠く離れた領域６８及び７０では、複合磁場の強度は、一般的に磁石面からの距離の２乗に反比例して減少する。しかし、更に重要なことには、等ポテンシャル線５０及び５２の輪郭は、磁石表面の輪郭にあまり依存しなくなる。より正確には、等ポテンシャル線５０及び５２は、個々の磁石１２及び１４の弱い磁場の総和により一層滑らかになる。
【００２５】
図１Ｄは、本発明により所定の方法で配置した複数の磁石を有する磁気アレーの別の実施形態を示す斜視図である。磁気アレー１１０は、単一のＣ字形周囲磁石１１４と周囲磁石１１４の中心に配置した円筒形中心磁石１１２とを含む。周囲磁石１１４は、２つの端部１２４及び１２６の間に隙間１１３を備え、その周りの磁力を減少させるように設計される。隙間１１３のそばの下側部分１２８もまた切り取られ、その上方の磁力を減少させる。あるいは、隙間１１３及び／又は下側の切り取った部分１２８は、周囲磁石１１４と異なる磁気特性を有する材料で満たすこともできる。磁石１１２及び１１４の両方は、それらの上面１１６及び１１８にＮ極、また、底面１２０及び１２２にＳ極を有するように配置される（図１Ｅ及び図１Ｆに示す）。従って、磁気軸と磁石１１２及び１１４の縦方向軸線とは、互いにほぼ平行である。本明細書で上述したように、中心磁石１１２は、例えば、より大きな中心磁石１１２を準備するか、磁気エネルギがより大きな材料で中心磁石１１２を作るか、周囲磁石よりも高いレベルに中心磁石を配置するか、又は、中心磁石の断面積がより大きくなるように構成することにより、周囲磁石１１４よりも磁束密度が大きくなるように設計することが好ましい。多くの用途において、機能的なアレーは対になっており、一方のアレーが他方のアレーとは実質的に反対の構成を有する。
【００２６】
図１Ｅは、本発明による図１Ｄの磁気アレーの周りに発生する複合磁場の等ポテンシャル線の概略断面図であり、断面は、図１Ｄの線Ａ１−Ａ２に沿ってアレーを通して取ったものである。線Ａ１−Ａ２は、周囲磁石１１４の隙間１１３を通って描かれているため、隙間１１３（又は、位置Ａ１）に隣接する磁場は、反対側（すなわち、位置Ａ２）の同様の位置の磁場よりもかなり弱い。図１Ｆは、本発明による図１Ｄの磁気アレーの周りに発生する複合磁場の等ポテンシャル線の別の概略断面図であり、断面は、図１Ｄの線Ａ３−Ａ４に沿ってアレーを通して取ったものである。周囲磁石１１４の隙間１１３から離れて引かれた線Ａ３−Ａ４に沿っては、個々の等ポテンシャル線の形状及びその分布パターンは、図１Ａから図１Ｃに説明されている磁気アレー１００と実質的に同様であるが、切り取った端部１２６（又は、位置Ａ３）上方の磁場は、その反対側の対応する位置（すなわち、位置Ａ４）よりも弱い。従って、隙間１１３及び／又は切り取った部分１２８（又は、代替材料）を有する周囲磁石１１４は、非対称の磁場を発生し、これが、次に、その周りのアレー全体に対して非対称の複合磁場を作り出すことになる。以下で更に詳細に検討するように、非対称複合磁場に関するこの実施形態及び他の実施形態では、上方部分の運動を別の方向と比べて一方向でより大きく制限し、同時に一方向のそれと同等な動きを他の方向と比べて制限しないことを可能にするという恩典を与える。
【００２７】
図１Ｇは、本発明の他の実施形態により配置された複数の磁石を有する更に別の磁気アレーを示す斜視図である。磁気アレー２１０は、矩形中心磁石２１２及び中心磁石２１２の各反対側に配置された２つの矩形周囲磁石２１４を含む。中心磁石２１２のＳ極は、周囲磁石２１４のＮ極の間の上面２１６に位置する。同様に、中央磁石２１２のＮ極は、周囲磁石２１４のＳ極の間の底面２２０に位置する。中心磁石２１２は、例えば、図に示すように周囲磁石２１４よりも厚くするか、又は、本明細書で上述した他の方法により、周囲磁石２１４よりも大きい磁束密度を有するように配置することができる。更に、磁石２１２及び２１４の上面２１６及び２１８は、平坦な上面を有する磁気アレー２１０を形成するために互いに同一平面になるように配置される。
【００２８】
図１Ｈは、本発明による図１Ｇの磁気アレーの周りに発生する複合磁場の等ポテンシャル線の概略断面図であり、断面は、図１Ｇの線Ｂ１−Ｂ２に沿って取ったものである。反対の極が互いに隣接するように配置されるため、等ポテンシャル線を表示するには、反対の極性を有する磁力の説明が必要である。従って、実線２３０及び２３２を用いて、周囲磁石２１４のＮ極から放射される磁束の等ポテンシャル線を表し、破線２３４、２３６、２３８、及び、２３９は、中心磁石２１２のＳ極から放射される磁束の等ポテンシャル線になる。
【００２９】
一般に、本発明による磁気アレーは、永久磁石で作られる。このような永久磁石の例には、以下に限定されないが、好ましくは、希土類コバルト磁石（例えば、サマリウム−コバルト、ＳｍＣｏ）及び希土類鉄ホウ素磁石（例えば、焼結ネオジム−鉄−ホウ素、ＮｄＦｅＢ）が含まれる。本発明による磁気アレーは、反磁性体、常磁性体、強磁性体、反強磁性体、及び／又は、フェリ磁性体、及び／又は、組み込んで磁気アレーの周りに作り出された複合磁場の形態に影響を及ぼしたり変動させたりする他の任意の材料を更に含むことができる。このような磁気アレーの一例は、１つ又は２以上の磁石のＮ極及び／又はＳ極に強磁性体を配置して磁気アレーの周りに作り出された磁場をカスタマイズする磁極片である。鋼又は他の強磁性体は、磁石の背面に接触させて回路を完成させるのに用いることができる。図１Ｉは、本発明による磁極片構造を有する磁気アレーの別の実施例の概略断面図である。磁気アレー２４０は、中心磁石２４２及び周囲磁石２４４を含み、中心及び周囲磁石２４２及び２４４の底面２４６及び２４８は、強磁性基部２４９に結合する。中心磁石は円筒形としてもよく、一群の周囲磁石の中心か、又は、環状又はＣ字形周囲磁石の内側に配置される。あるいは、中心及び周囲磁石は、図１Ｇ及び図１Ｈの磁石と同様に矩形とすることもできる。磁気アレーの材料は、好ましくは、移植及び整形外科的治療過程を通しての過酷な扱い及び応力に耐える十分な機械的強度を有することができる点が更に理解される。
【００３０】
種々の因子が等ポテンシャル線の輪郭に影響を及ぼし得ることが理解される。このような因子の例には、以下に限定されないが、磁石の材料、形状、大きさ、極性、磁力、方向、表面積、及び、分布パターンを含むことができる。更なる例にはまた、磁気軸の方向、磁石の各側の極数及びその分布パターン、磁石周り又は磁石間の絶縁又は導電材料の有無、磁石又は磁石アレーの対称性又は非対称性の有無に関する変更がある実施形態を含むことができる。
【００３１】
本発明の別の態様では、磁気アレーは、アレーの磁石を支持して固定するためのハウジングを含むことができる。磁石が及ぼす引力又は反発力のために、固定されていない磁気アレーの構成は、個々のユニットとしての所定の配置からずれたり変形することもある。従って、ハウジングは、磁石の全体的な構成又は配置と、他の磁石に対する各磁石の方向とを維持するような形状及び大きさにすることができる。図２Ａ及び図２Ｂは、磁気アレーためのハウジングに関する２つの例示的実施形態を示している。
【００３２】
図２Ａは、本発明の実施形態による図１Ａの磁気アレーの磁石を固定するためのハウジングの斜視図である。ハウジング３００には、生物学的適合性又は移植可能ポリマー及び／又は以下により詳細に説明する他の材料で作られたハウジング本体３０２が含まれる。ハウジング３００はまた、中央レセプタクル３０４と、中央レセプタクル３０４の周りに配置された複数の周囲レセプタクル３０６とを含む。各レセプタクルは、対応する磁石を受け入れる形状及び大きさにされた空洞を形成する。例えば、レセプタクル３０４及び３０６は、空洞直径がそれぞれ図１Ａの磁石１２及び１４の直径に実質的に等しいか、又は、それよりもわずかに大きくなるように配置してもよい。各レセプタクル３０４及び３０６は、組み立てた後に磁石１２及び１４の所定の部分又は面のみを露出させることができるように所定の空洞深さで設計することができる。組み立てた磁石１２及び１４は、接着剤、摩擦ばめ、締まりばめ、ねじ、結合器、及び／又は、当業技術で公知の他の従来の結合装置及び方法でハウジング本体３０２に固定することができる。
【００３３】
レセプタクルの形状及び大きさは、磁石のそれと正確に一致しなくてもよいことが理解される。例えば、レセプタクルは、例えば充填材、スペーサ、及び／又は、当業技術で公知の他のアダプタ及び結合器を用いることにより、異なる形状及び／又は大きさの磁石を受け入れるように配置することができる。レセプタクル又は磁石はまた、当業技術で公知の大きさに無関係な付加的結合機構、例えば、ねじ及びラッチを含むように設計することができる。更に、レセプタクルは、規格化した形状、大きさ、及び／又は、パターンを有するように配置することもできる。この実施形態は、使用者に磁気アレーの磁石の分布パターンをカスタマイズする能力を提供する。更に、磁石又はレセプタクルの挿入深さを調節可能としてもよい。
【００３４】
図２Ｂは、本発明による図１Ａの磁気アレーの磁石を固定するための別のハウジングの斜視図である。ハウジング３１０は、通常、円形ハウジング本体３１２及びその周りに配置された複数のアーム３１４を含む。ハウジング本体３１２は、中央空洞を通して中心磁石を受け入れ、それを摩擦ばめ又は締まりばめでその空洞に固定するように配置した中央レセプタクル３１６を形成する。複数のアーム３１４は、ハウジング本体３１２から延び、それぞれ複数の周囲レセプタクル３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、及び、３２９の少なくとも１つで終結する遠位端を有する。例えば、第１の周囲レセプタクル３２０は、その空洞を通して周囲磁石を受け入れ、テーパー付き内壁３３０で周囲磁石をそこに固定する。第２の周囲レセプタクル３２２はまた、その空洞を通して周囲磁石を受け入れるが、その周囲磁石をレセプタクル３２２の側壁に沿って形成された開口３２２に配置された補助磁石（図示せず）で固定する。第３の周囲レセプタクル３２４は、第１のレセプタクル３２０と同様に配置されるが、周囲磁石をねじ穴及びそれに挿入した締まりねじ３３４でレセプタクルに固定する。第４の周囲レセプタクル３２６は、外壁にねじが付いた周囲磁石を受け入れるねじ付き空洞壁３３６を有する。第５の周囲レセプタクル３２８は、静止アーム３３８、蝶番３４２でレセプタクル３２８に連結する可動アーム３４０、及び、周囲磁石を固定するように配置されたラッチ３４４を有する。第６の周囲レセプタクル３２９には、ねじ３５０とねじ３５０に係合するねじ付きストリップ３５２とを有する留め具３４６が設けられる。ねじ３５０を回転させることにより、ねじ付きストリップ３５２を締結してそこに周囲磁石を固定することができる。また、当業技術で公知の他の従来の固定機構を用いて、周囲磁石をハウジング３１０内に固定してもよい。
【００３５】
ハウジングは、従来の又は今後考え出される任意の生物学的適合性又は移植可能な材料で作ることができる。このような材料の例には、以下に限定されないが、任意の生物医学的等級ポリマー、非腐食性金属、プラスチック、及び、セラミックスを含むことができる。適切な厚さの生物学的適合性又は移植可能材料の層でコーティングされるか、又は、それで包まれている限り、任意の生物学的非適合性及び腐食性材料を用いてもハウジングを製作し得ることが理解される。更に、ハウジングのための材料は、移植及び整形外科的治療中の間の過酷な扱い及び応力に耐える機械的強度を有することが好ましいことも理解される。ハウジング又は少なくともその一部分は、磁性体、反磁性体、常磁性体、強磁性体、反強磁性体、及び／又は、フェリ磁性体、及び／又は、磁気アレーの周りに作り出された複合磁場の構成に影響を及ぼすか又はそれを変動し得る他の任意の材料を含んでもよい。この実施形態は、目標とする複雑な複合磁場を周りに発生させる磁気アレーを特別に設計する能力を提供する。ハウジングはまた、適切な位置に配置した磁性絶縁体又は導体を含む場合がある。特に、磁石の反対の極が互いに隣接して配置される場合、そのような磁石の間に絶縁体を設けて磁場の漏出及びこれらの磁石間の有害な相互作用を最小限にする。磁気アレーは、安全性及び使用を容易にするために、更に、生物学的適合性材料でコーティングするか、それで包むか、それに埋め込むか、又は、その中に成形されることが好ましい。より詳細に以下で説明する更なる他の実施形態によれば、ハウジングは、従来型インプラントの構成要素を含むことができる。
【００３６】
作動に際して、磁石は、適切な形状、大きさ、極性、及び、磁力を有するように準備される。このような磁石は、所定の分布パターン、極性、及び、方向に従って、ハウジング本体のレセプタクルに配置される。レセプタクルの詳細な形態及びその分布パターンにより、使用者は、磁石の分布パターン、各磁石の他の磁石に対する方向、及び、各磁石の挿入深さをカスタマイズすることが許されるであろう。磁石がハウジングに適切に置かれた状態で、本明細書で上述した種々の従来の方法により、磁石はハウジングに固定される。
【００３７】
本発明の別の態様では、骨部分を目標とする所定の関係に安定させ、及び／又は、骨部分の互いに対する運動を制限するために、２つ又は２以上の磁気アレーを隣接する骨部分に固定することができる。適切な場合には、骨部分は、磁気アレーで強く作用して正しい関係にさせることもできる。磁気アレーの１つが別の磁気アレーに隣接して配置されると、これらの磁気アレーの複合磁場が互いに相互作用し、磁気アレー間又はその周りに動的で相互作用する磁場が発生する。しかし、相互作用する磁場の特性は、各アレーの個々の複合磁場の特性で決まり、最終的な力は、個々の複合磁場のベクトル和として得られることが分かる。図３Ａから図３Ｆは、このような相互作用磁場を応用した例示的実施形態を示している。
【００３８】
図３Ａは、本発明により安定化磁場を形成するための磁気装置の概略断面図である。例示的な磁気装置３７０には、互いに隣接して配置された２つの磁気アレー、すなわち、第１の磁気アレー４００及び第１の磁気アレー４００と対向するように配置された第２の磁気アレー５００が含まれる。第１の磁気アレー４００は、上面を互いに同一平面にしてそれぞれのＮ極を上向きにした、ハウジング４０４に固定された２つの磁石４０２Ａ及び４０２Ｂを含む。（あるいは、磁石４０２Ａ及び４０２Ｂは、環形又はＣ字形単一周囲磁石の異なる断面部分を表すことができる。）第１の磁気アレー４００は、磁石４０２Ａ及び４０２Ｂとハウジング４０４とを覆って密封するように置かれたカバー４０６を更に含むことにより、そこに両方の磁石４０２Ａ及び４０２Ｂとハウジング４０４とを入れることができる。磁石４０２Ａ及び４０２Ｂの同じ極が同じ側に配置されるために、第１の磁気アレー４００は、等ポテンシャル線が２つの対称的なピーク４１１Ａ及び４１１Ｂとその間の谷４１３とを（断面に）形成する複合磁場を発生する。３次元では、磁場は、カップ状の連続的な回転シヌソイド形を有することになる。第２の磁気アレー５００には、同じ（Ｎ）極を対向するアレーに向けてハウジング５０４上に配置された磁石５０２が含まれる。磁石５０２及びハウジング５０４は、いずれも外部ハウジング５０６の内側に収容される。第２の磁気アレー５００は、等ポテンシャル線が磁石５０２の中心部分の上方に単一の３次元ピーク５１１を形成する複合磁場を発生する。
第２の磁気アレー５００がそのＮ極をアレー４００の磁石のＮ極に向けて第１の磁気アレー４００の上方に隣接して配置されると、磁気アレー４００及び５００の複合磁場は、動的相互作用磁場を形成し、「反発力」が２つのアレー４００及び５００の間に作用する。この正味の反発力の大きさ及び方向は、いずれも各磁気アレーの他方の磁気アレーに対する位置に依存する。
【００３９】
図３Ａの実施形態は、磁気装置３７０に磁気ポテンシャルエネルギを供給するという恩典を提供し、該装置は、すなわち、一方の磁気アレーを他方のアレーと接触させるか又は一方のアレーと他方のアレーとの間の反力を増加させるであろうあらゆる力を相殺するように仕事をするポテンシャルを有する。例えば、第２の磁気アレー５００と垂直（ｚ軸に沿って）に負荷がかかると、第２のアレーは、第１の磁気アレー４００に向かって垂直に移動しようとすることになる。負荷の大きさが増大すると、磁気アレー間の距離は減少することになるが、２つのアレーが平衡状態に到達するように、反発力の強度も同時にそれに応じて（〜１／ｒ２）増大することになる（過剰な力を加えると、磁石を接触させる）。軸線方向の負荷を除去又は減少すると、相互作用磁場の位置エネルギが機械的エネルギに再び変換され、第２の磁気アレー５００を第１の磁気アレー４００から離して新しい位置まで反発する。より詳細に以下で検討するように、磁気装置３７０のような本発明によるデザインは、関節の隣接する骨部分の摩擦損傷又は破壊を有利に最小限化する。
【００４０】
更に、本発明による装置は、磁気アレーの一方が対向するアレーとの集中平衡位置から離れる半径方向変位を抑制するように設計することができる。また、図３Ａのように磁気アレーを配置すると、自動的に中心に戻る相互作用力が付与される。再び図３Ａを参照すると、第２の磁気アレー５００がｘ軸に沿って水平方向に移動すれば、その複合磁場のピーク５１１は、第１の磁気アレー４００の複合磁場のピーク４１１Ａ及び４１１Ｂの一方、例えば、磁石４０２Ｂのピーク４１１Ｂに近づく。負荷の半径方向成分の大きさが増大するにつれ、ピーク５１１及び４１１Ｂの間の距離は減少することになり、それに応じて反発力の半径方向成分が増大することになる。磁気装置３７０に加えられる機械的エネルギは、ピーク５１１及び４１１Ｂの周りに密集する歪んだ等ポテンシャル線を有することになる相互作用磁場の位置エネルギに変換される。横方向負荷が除去又は減少されると、相互作用磁場の位置エネルギ又はその少なくとも一部分は、第２の磁気アレー５００をその集中平衡位置に向けて反発して強く密集した等ポテンシャル線をまばらに密集した状態に戻すことにより、再び機械的エネルギに変換される。より詳細に以下で検討するように、磁気装置３７０がもたらす半径方向の安定性を応用して、隣接する関節の骨部分の運動を所定の範囲に限定し、それによって骨部分の範囲外の変位を抑制することができる。
【００４１】
様々な実施形態の磁気アレーもまた上述の軸線方向及び／又は半径方向の安定性を与えることができることを当業者は理解するであろう。例えば、本磁気装置は、周囲磁石の磁力が中心磁石よりも大きい、中心磁石及びその周りに配置された環状周囲磁石を有する第１の磁気アレーを有してもよい。第２の磁気アレーは、図３Ａの実施形態と実質的に同様に作ってもよく、又は、中心磁石の磁力が周囲磁石よりも大きい、中心磁石及びその周りに配置された環状周囲磁石を含むこともできる。あるいは、アレーの１つは、より弱い中心磁石とその中心磁石の周りに配置された複数の周囲磁石を含むことができる。更に、本磁気装置はまた、２つよりも多いピーク及び／又は１つよりも多い谷を形成する磁気アレーを含んでもよい。
【００４２】
図３Ｂは、本発明により安定化及び反発磁場をもたらす磁気装置３７２を示す本発明の別の他の実施形態の概略断面図である。図３Ｃ及び図３Ｄは、図３Ｂに示す断面に対応する他の実施形態を平面図で示すものであり、第１のアレー４２０’は環状形態を有し、第１のアレー４２０”は平行形態を有する。（（’）及び（”）を付けた参照番号は、以下の説明において同じ番号に対応する。）
磁気装置３７２は、第１の磁気アレー４２０が、磁石４０２Ａ及び４０２Ｂの間に配置されてハウジング４２４に固定されカバー４２６で密封的に封入された付加的な第３の磁石４２２を含むことを除けば、図３Ａの装置３７０と同様の構成を備える。第３の磁石４２２は、他の２つの磁石４０２Ａ及び４０２Ｂよりも概して小さく、その磁力もより少なくすることができる。磁石４２２はまた、周囲の磁石と反対に、その上面にＳ極を有するように方向付けられる。磁石４０２Ａ及び４０２Ｂから放射される磁束線４２１Ａ及び４２１Ｂは、第３の磁石４２２のＳ極に引きつけられ、谷領域４２３内に下降する急な勾配又は微分によりそのＳ極に誘導される。谷４２３におけるより小さな反発力のために、第２の磁気アレー５００のピーク５１１は、磁気アレー４２０に接近するか、又は、その理論的な平衡状態にある第１の磁気アレーの磁場の中に更に入り込むことができる。この実施形態は、第２の磁気アレー５００のピーク５１１と第１の磁気アレー４２０のピーク４２１Ａ及び４２１Ｂとの間の重複をより大きな程度まで可能にする。従って、ｘ方向に沿う第２の磁気アレー５００のあらゆる半径方向の動きは、より強い半径方向の力の成分により妨害される。従って、この配置は、磁気装置３７２の半径方向の安定性のほか、自動調心能力を著しく高めることができる。
【００４３】
図３Ｅは、本発明により運動を制限するための更なる他の磁気装置の概略断面図である。磁気装置３７４は、第１の磁気アレー４３０の主磁石４０２Ａ及び４０２Ｂの分離距離が大きい点、及び、その間に第３及び第４の磁石４３２及び４３４が配置されている点を除けば、図３Ｂと実質的に同様の構成を有する。第３及び第４の磁石４３２及び４３４の両方は、Ｓ極を対向するアレーを向けてそれらの上面になるように配置される。従って、磁石４０２Ａ及び４０２Ｂから放射される磁束線は、第３及び第４の磁石４３２及び４３４のＳ極に引き寄せられ、谷領域４３３の中に下降する等ポテンシャル線の傾斜が大きくなる。図３Ｂの谷４２３に比較すると、第３及び第４の磁石４３２及び４３４は、磁力の弱い深くて幅が広い谷４３３を作り出す。幅が広い谷４３３では反発力が小さいため、第２の磁気アレー５００のピーク５１１は、アレー４３０の磁場により大きく入り込むことができるだけでなく、第１の磁気アレー４３０の隣接する磁場ピーク４３１Ａ及び４３１Ｂにより十分に対抗されるために、その平衡状態からの半径方向の変位も制限される。当業者には理解されるように、磁気アレーの正確な特性及び相互作用は、アレー４３０内の内側及び外側磁石の特性、特に強度を変更することにより制御することができる。例えば、反対極性の中心磁石４３２及び４３４の強さ又は磁力を増大させ、外側磁石の反発力を相殺する引力を形成することにより、関節反力を減少させるだけでなく、関節における安定性を強化又は増大させる装置を準備することができる。中心磁石４３２及び４３４は、周囲磁石４０２Ａ及び４０２Ｂと同じ磁極方向を有してもよいことが理解される。
【００４４】
図３Ｆは、本発明による磁気装置３７６の別の他の実施形態の概略断面図である。この実施形態では、第１の磁気アレー４４０が３つの磁石４４２、４４４、及び、４４６を含む。中心磁石４４４は、Ｎ極が上面にあり、２つの周囲磁石４４２及び４４６は、Ｓ極が上面にある。フレーム４４８に固定した後、３つの磁石４４２、４４４、及び、４４６は全て、移植可能な材料で作られた外部ハウジング４５０内に更に埋め込まれる。一般に、中心磁石４４４は、周囲磁石４４２及び４４６よりも磁力が大きくなるように設計される。反対の極が同じ側に配置されているために、第１の磁気アレー４４０の複合磁場には、周囲磁石４４２及び４４６のＳ極から放射される磁束の等ポテンシャル線の２つのピーク４４１Ａ及び４４１Ｂと、反対の極性で中心磁石４４４のＮ極から放射される磁束の等ポテンシャル線のピーク４４５とが含まれる。ピーク４４１Ａ、４４５、及び、４４１Ｂの間にはまた、２つの谷４４３Ａ及び４４３Ｂも形成される。
【００４５】
第２の磁気アレー５３０はまた、３つの磁石５３２、５３４、及び、５３６を含む。中心磁石５３４は、Ｓ極が上面にあり、２つの周囲磁石５３２及び５３６は、そこにＮ極を有する。全ての３つの磁石はまた、フレーム５３８に固定され、上面が互いに同一平面上になるように配置され、移植可能な材料で作られた外部ハウジング５４０に埋め込まれる。中心磁石５３４はまた、周囲磁石５３２及び５３６よりも大きな磁性強度を有するように設計される。第１の磁気アレー４４０と同様に、第２の磁気アレー５３０の複合磁場には、周囲磁石５３２及び５３６のＮ極から出る等ポテンシャル線の２つのピーク５３１Ａ及び５３１Ｂと、中心磁石５３４のＳ極から出る反対極性の等ポテンシャル線のピーク５３５とが含まれる。ピーク５３１Ａ、５３５、及び、５３１Ｂの間にはまた、２つの谷５３３Ａ及び５３３Ｂが形成される。第１及び第２の磁気アレー４４０及び５３０の複合磁場は、相互作用する２つの隣接する磁場を形成する。第２の磁気アレー５３０の磁石５３２、５３４、及び、５３６の磁極は、反対極性を有する第１の磁気アレー４３０の磁石４４２、４４４、及び、４４６の磁極に向いているために、２つのアレーは互いに引き寄せ合う。この複合磁場は、更に、交互する極性の結果として、特定の方向に互いに引き合い互いに対する回転に抵抗するように相互作用する。
【００４６】
図３Ｆの実施形態は、磁気装置３７６に１次元、２次元、又は、３次元の構造的安定性をもたらす。例えば、第２の磁気アレー５３０に静的又は動的な負荷が加わる時、磁気装置３７６の引力により、第２の磁気アレー５３０の第１の磁気アレー４４０から離れる変位が妨げられる。外部負荷の大きさが理論的閾値を越えると、第２の磁気アレー５３０は、結合が外れるか又は変位を起こし、磁気アレー４４０及び５３０間に隙間を発生させることがある。この変位の間に、磁気装置３７６に加えられた機械的エネルギは、歪むか又は伸びた等ポテンシャル線の形をした相互作用磁場の位置エネルギに変換される。半径方向の負荷が除去又は減少されると、相互作用磁場の位置エネルギは再び機械的エネルギに変換され、それによって第２の磁気アレー５３０を、好ましくはその中心線（軸線）を第１の磁気アレー４４０の中心線と整列させることにより、第１の磁気アレー４４０に向かって押す。より詳細に以下で検討するように、磁気装置３７６は、このように、隣接する骨部分を連結して目標とする所定の関係を維持するための骨折の復位及び治療などの用途、及び、その１次元、２次元、及び／又は、３次元の運動を制限するのにも特に恩恵を与える構造的安定性を提供する。
【００４７】
更に、図３Ｆの実施形態は、一方の磁気アレーの他方の磁気アレーに対する回転に抵抗し、２つ又は２以上の平行な磁力を形成することにより、回転安定性を与える。第２の磁気アレー５３０が捩られる時、磁気装置３７６の引力は、第２の磁気アレー５３０が第１の磁気アレー４４０の周りに回転するのを防ぐ。外部負荷の大きさが閾値を越えると、第２の磁気アレー５３０が回転することができ、対向するアレー５３０の反対磁極を相互作用させて互いに反発させる。回転する間、磁気装置３７６に加えられる機械的エネルギは、歪むか伸張した等ポテンシャル線という形で相互作用磁場の位置エネルギに変換される。外部負荷の大きさが更に増大すると、第２の磁気アレー５３０は更に回転し、第１及び第２の磁気アレー４４０及び５３０の同じ磁極間の距離は、回転又は平行移動を妨害する反発力を発生させる。負荷が減少又は除去されると、相互作用磁場の位置エネルギは再び機械的エネルギに変換され、第２の磁気アレー５３０は、第１の磁気アレー４４０との平衡位置に戻ることができる。より詳細に以下でまた論ずるように、磁気装置３７６は、骨折復位及び安定化にしばしば必要である隣接する骨部分の連結、及び、その１次元、２次元、及び／又は、３次元の回転の防止に特に有利である。
【００４８】
磁気装置、磁気アレー、及び、そのための本明細書において上述した磁石は、治療が必要な解剖学的部分、その病理学的又は病因学的原因、患者の生理学的特性、及び／又は、医療専門家によりなされた決断のような種々の因子に基づいて設計及び製造される。整形外科医により整形外科的治療の主目的、例えば、１つ又は２つ以上の軸線方向、半径方向、構造的、及び／又は、回転的な安定性を与えることが決断された状態で、彼らは、等ポテンシャル線の輪郭及び分布パターンを生じ、それに付随する好ましい範囲の引力及び／又は反発力を形成する適切な特性を与える、本発明により予め製造されたインプラントの群から選択することができる。
【００４９】
等ポテンシャル線の形状を表す輪郭及び／又は分布パターン、等ポテンシャル線のピーク及び谷の形態及び／又は位置、及び、その動的特性（例えば、密集状態）には、種々の因子が影響を及ぼすであろう。このような因子の例には、以下に限定されないが、磁石の材料、形状、大きさ、極性、強度、方向、及び、分布パターンを含むことができる。更なる例には、磁気軸の方向、磁気アレーの各側の磁極の数及び／又は分布パターン、磁石の周り又はその間の絶縁材料の存在、及び、磁気アレー内の磁石（又は、複数の磁気アレー自体）の対称、軸対称、又は、非対称分布の存在を含むことができる。例えば、磁気アレーは、円筒形、矩形、環状、円錐形、球形、平板状、棒状、Ｕ字形、及び／又は、Ｃ字形の磁石、及び／又は、特定の治療に適する他の幾何学的形状及び／又は大きさの磁石を含むことができる。特定の磁石の磁力を変えると、等ポテンシャル線の移動又は歪曲をもたらすことができる。磁石の相対位置を変えることによっても同様の結果を得ることができる。更に、他の磁石に対する１つの磁石の構成及び方向を変えることによっても、等ポテンシャル線を変え、その分布を任意の目標とする方向に歪曲させることができる。例えば、図１Ｃ、図１Ｅ、図１Ｆ、及び、図１Ｈに示されているベル形の輪郭の代わりに、等ポテンシャル線は、逆Ｕ字形分布パターンになるように配置することができる。これらの輪郭は、一方の３次元磁場の貫通を許して他方の磁場により制限されるためには、上述の放物面又は回転シヌソイドのような３次元になることが好ましい。
【００５０】
磁気アレーの複合磁場は、静磁気学又は動磁気学の支配方程式（例えば、磁束密度ベクトルの発散及び回転の微分方程式）を適切な境界条件及び伝導媒体を表す特性と共に用いて定量的に評価することができる。複雑な磁気アレーの複合磁場はまた、支配方程式及び／又は境界条件の各項を近似することにより解析的に評価してもよい。あるいは、このような解及び／又は評価は、有限要素法、又は、有限差分又は境界要素法解析のような数値法によるか、又は、例えばカナダ国マニトバのウィニペグ所在のインテグレーテッド・エンジニアリング・ソフトウエア製の「ＬＯＲＥＮＴＺ」のような市販のソフトウェアを用いてコンピュータシミュレーションにより得ることもできる。従って、本明細書で上述した特定の輪郭又はパターンの決定因子は、コンピュータモデリング及び解析により最適にされた後に、当業者が目標とする機能を有するように選択することができる。
【００５１】
逆に、磁石、磁気アレー、及び／又は、磁気装置の構成は、複合磁場の磁束線及び／又は等ポテンシャル線の所定の分布パターンから導き出すことができる。理論的には、磁石及び磁気アレーの好ましい構成は、目標とする所定の複合磁場を境界条件として静磁気学又は動磁気学の支配方程式の解を求めることにより得ることができる。このような方程式の解は、極めて複雑になる可能性がある。少なくとも解の一部分は前もって分かっており、支配方程式の解の特定の詳細を得るために解析的、数値的、及び／又は、コンピュータシミュレーション法に頼ることが好ましい。例えば、種々の関節の異常を治療する際に、外科医は、Ｎ極を対向させた２つの同心の磁石を各々が含む２つの磁気アレーを用いることにより、隣接する骨部分に軸線方向及び半径方向の安定性を与えるように決めることができる。外科医はまた、内部に磁気アレーを移植することになっている隣接する関節の骨部分の形状及び大きさに基づいて、磁気アレーの寸法を判断することもできる。詳細な情報を境界条件に組み入れることにより、及び／又は、解の基本的な関数特性（例えば、指数項、双曲線項、又は、多項式項）を仮定することにより、解析法、数値法、及び／又は、コンピュータシミュレーションは、より実際的な解を生み出すことができる。
【００５２】
あるいは、整形外科的治療の特定の目的に適切な任意選択肢を提供する一組の装置から外科医が選択し得るように、種々の組の規格化整形外科用磁気装置を提供することができる。例えば、整形外科的治療の主目的が軸線方向、半径方向、構造的、及び／又は、回転的な安定性を与えることであるかどうか、及び、主な作用力が反発力又は引力のいずれであるかにより、外科医は、目標とする形状、大きさ、形態、及び／又は、磁力の磁石を含む磁気アレーを選択することができる。この規格化した組は、更に、整形外科用磁気アレーを移植するのに利用可能な寸法又はスペース、及び／又は、隣接する骨部分に磁気アレーを結合又は固定する方法のような他の基準に基づいて提供されてもよい
【００５３】
更に別の代替例では、整形外科的治療の特定の目的に基づいて外科医が整形外科用磁気装置をカスタマイズすることができるように、万能型整形外科用磁気装置を提供することができる。例えば、製造業者は、外科医に種々の形状、大きさ、及び／又は、磁力を有する規格化磁石の在庫リスト、及び、万能レセプタクルを有するハウジングの別の在庫リストを提供することができる。外科医又は適切な代理人が整形外科的治療の目的に最も適する磁石を選択し、その磁石を万能ハウジングに配置することにより、カスタマイズされた磁気アレーを作り出すことができる。外部ハウジングに埋め込まれるか又は封入された万能容器により磁石が密封的に封入された後、このようにして準備された磁気アレーは、移植可能な状態となる。
【００５４】
実施例
以下の実施例は、本発明の基本原理を組み込んだ基本的アレーデザインのコンピュータモデルの結果を表している。典型的な磁気アレーの垂直及び半径方向の反発力成分の大きさを判断するために、コンピュータシミュレーションが行われた。図４Ａに示すように、装置１１００は、第１の磁気アレー１１１０及び第２の磁気アレー１１２０を含み、いずれのアレーも環状磁石１１１４及び１１２４の内側に配置された円筒形中心磁石１１１２及び１１２２を含む。各アレーの中心磁石は、直径１インチであるように選択された。環状磁石は、外径が２インチで内径が１インチであるように選択された。各アレーの厚さは１インチであった。第２のアレー１１２０では、中心磁石１１２２がＮｄＦｅＢ４８で作られ、外側環状磁石１１２４がＮｄＦｅＢ３３で作られた。第１のアレー１１１０は、強力なＮｄＦｅＢ４８が外側になるように磁石材料が逆であることを除き、同じ構成であった。第１及び第２の磁気アレーは、いずれも同じ極（例えばＮ極）が互いに向き合って配置される方向にされた。従って、第１の磁気アレー１１１０は、ほぼ「Ｍ字」形（又は、３次元ではカップ形）の等ポテンシャル線１１１６を有する第１の複合磁場を発生し、第２の磁気アレー１１２０は、ほぼ「Ｖ字」形（又は、３次元では放物面形）の等ポテンシャル線１１２６を有する第２の複合磁場を作り出した。その結果、第１及び第２の磁気アレー１１１０及び１１２０は、その間に発生する反発力により互いに無理やり離される傾向を有した。
【００５５】
アレーが発生する磁場は、図４Ｂ、図４Ｃ、及び、図４Ｄに図式的に表されている。磁気アレー１１２０では、磁場の断面及び等ポテンシャル線１１２６は、式ｙ＝３ｘ２で近似され、磁気アレー１１１０では、磁場の断面及び等ポテンシャル線１１１６は、式ｙ＝３ｓｉｎ（ｘ２）で近似される。図４Ｂでは、相互作用磁場が垂直方向にほぼ０．７５インチ離れて位置するものとして表され、上方磁気アレー１１２０及びその磁場１１２６が、下方磁気アレー１１１０のカップ形磁場１１１６によりどのように保持し得るかを図示している。（この間隔は、単に例示的であり、実際の間隔を表すものではない。）図４Ｃは、下方磁気アレー１１１０が発生する、式ｚ＝３ｓｉｎ（ｘ２＋ｙ２）で与えられる３次元の磁場１１１６の斜視図を示している。同様に、図４Ｄは、式ｚ＝３（ｘ２＋ｙ２）で得られる上方磁気アレー１１２０が発生する３次元の磁場１１２６の斜視図を示している。
【００５６】
２つのアレーの協働する磁場間の相互作用を説明するために、第２の磁気アレー１１２０は、第１の磁気アレー１１１０のほぼ１インチ上方に位置決めされた。第２の磁気アレー１１２０は、次に、図４Ｅに示すようにその間の同じ垂直距離を維持しながら正のｘ軸方向に移動された。市販のソフトウェアを用いて、本装置の２つの磁気アレー間の関係を変化させた時の正味の反発力及びその半径及び軸線方向成分の大きさの変動が模擬実験された。
【００５７】
図４Ｆは、上方アレーが半径方向に移動する時にサンプル磁気装置から発生する軸線及び半径方向の反発力成分のプロットである。記号「Ｆ」、「ＦＸ」、及び、「ＦＺ」は、それぞれ、合計正味反発力の大きさ、半径方向（ｘ方向）の力の成分の大きさ、及び、垂直方向（ｚ方向）の力の成分の大きさを表し、正味の力Ｆは、ＦＸ及びＦＺの平方和の平方根として計算する。磁気アレー１１１０及び１１２０の中心軸線間の半径方向のオフセット距離は、横座標に沿って記号「ｄ」で表されている。（ＦＹは、モデルの条件に従ってほぼ０に設定された。）
【００５８】
図４Ｆに示すように、磁気アレー１１１０及び１１２０は、その中心線がｘ−ｚ平面で一線に並ぶ時（すなわち、ｄ＝０の場合）、半径方向の力を作用しない。第２の磁気アレーが、ｘ−ｚ平面で整列した平衡位置から変位するにつれて、横方向力成分（ＦＸ）が増大し、正味の垂直力成分（ＦＺ）が減少する。ｄがほぼ＋／−１．２インチの時、半径方向力成分（ＦＸ）は、垂直力成分（ＦＺ）に等しくなり、その後それよりも大きくなる。（ｄ）が２．０インチの時、９５％を超える正味反発力（Ｆ）は、半径方向力成分（ＦＸ）によるものである。
このシミュレーションは、本発明による磁気アレーの協働する磁場間の相互作用を明らかにしている。特にこの実施例では、適切に設計されたアレーの自動調心及び保持機能が明らかにされている。
【００５９】
更なる一例として、図５Ａ及び図５Ｂは、本発明による磁気アレーインプラントを用いて肩の状態を治療する他の実施形態を示す。図５Ａに示すように、肩関節には、上腕骨（Ｈ）、肩甲骨（Ｓ）、及び、鎖骨（Ｃ）が含まれる。本発明により適合した磁気アレー６１０、６１２、及び、６１４は、それぞれ上腕骨頭（Ａ）、関節窩（Ｂ）、及び、肩峰（Ｄ）に配置される。磁気アレーは、隣接する骨部分の間にかなりの反発力をもたらし、関節構成要素の接触及び磨耗を減少又は防止するように設計することができる。磁石間のそれほど顕著でない引力を用いて、解剖学的又はほぼ解剖学的な配置に肩関節の骨を安定化させることができる。適合した磁気アレーの引力は、肩関節の骨の正常配置を乱すあらゆる力を相殺する傾向を有することになる。集中した力は、肩関節の骨をそれらの機能的な解剖学的位置に整列させて保持することにより、それらを安定させる。例えば、磁気アレー６１０及び６１２は、上述の実施例の磁気アレー１１１０及び１１２０と同様のデザインを有する１対のアレーを含むことができる。アレー６１０で作り出される磁場の形状は、磁場間の相互作用により必要な集中力が形成されるように、アレー６１２で発生する磁場の形状と協働するであろう。引力が特定の実施例に用いられる限りでは、このような引力は、上述の図３Ｂ及び図３Ｅに示す他の実施形態に関して説明したように作り出して制御することができる。この実施形態はまた、アレー内の全ての磁石が同じ平面で作用する必要がないことも示している。特に、磁気アレー６１０は、上向きに作用して肩峰に配置されたアレー６１４と協働する磁石を含み、更に、ほぼ横方向に作用して関節窩に配置されたアレー６１２と協働する磁石を含む。
【００６０】
図５Ｂは、本発明による磁気アレーを利用して既存の人工装具部材のデザインを増強する更なる他の実施形態を示している。図５Ｂに示すように、磁気アレー６１０は、上腕頭置換人工装具６１６内に配置される。同様に、磁気アレー６１２は、関節窩置換人工装具６１８内に配置される。磁気アレーの協働及び効果については、上述の通りである。人工装具６１６及び６１８は、公知の技術に従って移植することができる。公知の人工装具と共に本発明による磁気アレーを用いると、磨耗を防止又は減少して安定性が増大するため、人工装具の寿命を延ばすことができる。
【００６１】
上述のように、非対称アレーは、外科医が直面する特定の問題又は状況に対処するために用いることができる。例えば、外科医は、肩関節への適用における腹側の安定性を増大させるために、図６に示すような協働する磁場６２２及び６２４を有する磁気アレーを選択することができる。この実施形態では、磁場６２４は非対称に形成され、領域６２８において磁気軸に直交する軸線に沿う並進安定性の増大をもたらす。これは、例えば、図１Ａに示すアレー１０のような磁気アレーを用い、周囲磁石のうちの２から４個を磁力の弱いもの又は強いものに変更することにより達成することができる。
【００６２】
図７は、本発明による磁気アレーを用いて骨折を復位及び安定化させる本発明の更なる他の実施形態を示している。この実施例では、長骨が骨折して２つの骨部分（Ｅ、Ｆ）になっている。骨折復位インプラントは、髄内ロッド部分６３０及び６３２として形成した２つの構成要素で与えられる。各ロッド部分の一端に磁気アレー６４３及び６３６が配置される。このような構成においては、磁気アレー６３４及び６３６の間の引力により、骨折で生じた骨部分が整列して安定化される。対になった磁気アレーはまた、骨片の間の微細運動を可能にし、骨折の周囲に磁場を設定することができ、これは骨折の治癒を促進するのに好都合であり得る。この用途のためのアレーの好ましい構成の一例は、上述の図３Ｆに示すようなものであろう。
【００６３】
本発明の更なる他の実施形態では、例えば図８Ａに示すように、周囲に移動複合磁場を発生する少なくとも１つの磁気アレーを有する浮動構成要素を２つの固定構成要素の間に配置することができる。浮動構成要素とは、本明細書においては、構成要素が他の構成要素間に移動可能に配置され、骨又は他の構成要素に対して構成要素間に発生する磁場又は他の受動的手段により、直接的又は厳密な固定によらずに実質的に拘束されていることを意味する。このような浮動構成要素は、磁性構成要素に予め存在している磁場を増強、減衰、又は、修正するため、又は、従来のインプラントに磁性構成要素の利点を付加するために、予め移植した人工装具構成要素に組み込むことができる。あるいは、浮動構成要素及び固定可能人工装具構成要素をユニットとして準備し、一回の処置の間に関節内に共に移植することができる。図８〜図１１は、このような浮動構成要素を組み込んだ整形外科用人工装具の例示的な実施形態を示している。図は、本発明の原理を説明するために概略的に示したものであり、本発明によるインプラントの構成は、実際の診療では変わり得ることを当業者は理解するであろう。
【００６４】
図８Ａに示す一実施形態によれば、整形外科用人工装具７００は、一般的に第１の骨部分に固定される第１の（人工装具）構成要素７０２、第２の骨部分に固定される第２の（人工装具）構成要素７０４、及び、第１及び第２の（人工装具）構成要素７０２及び７０４の間に移動可能及び／又は取外し可能に組み込まれる浮動構成要素７０６を含む。
図に示す例示的な実施形態では、第１の構成要素７０２は、細長い円筒形本体７０８を有し、本体７０８の各端部に固定された１対の第１の磁気アレー７１０Ａ及び７１０Ｂを含む。本体は、異なる形状としてもよい。本体７０８は、その縦方向軸線７１２に沿ってほぼ水平方向に配置されることが好ましい。各第１の磁気アレー７１０Ａ及び７１０Ｂは、円筒形本体７０８のアーチ形周囲に沿って本体７０８の縦方向軸線７１２の周りに等距離及び／又は等角度で間隔を置いて配置された磁石７１１のアレーを有する。図に示すように、磁石７１１は、本体７０８の周囲の下側部分に配置される。より詳細に以下で検討するように、各第１の磁気アレー７１０Ａ及び７１０Ｂは、本体７０８の縦方向軸線７１２をほぼ横切るか又はそれに垂直な複合磁場を発生する。アンカー部分７１４は、本体７０８に取り付けられており、好ましくは、第１の骨部分に設けられた受け入れソケットに、例えば静的機械的相互作用又は干渉、セメント、及び、接着剤等により固定可能な形状及び大きさを有する。
【００６５】
再び図示の例示的な実施形態において、第２の構成要素７０４は、縦方向軸線７２０と上面及び底面７２２及び７２４とを含む本体７１８を有する。第２の構成要素７０４は、本体７１８の上面７２２に１対の第２の磁気アレー７２６Ａ及び７２６Ｂを備え、その各々は、対称的に配置された周囲磁石７２８Ｂにより囲まれた中心磁石７２８Ａを含む。他のアレー構成を設けることもできる。第２の磁気アレー７２６Ａ及び７２６Ｂは、第２の磁気アレー７２６Ａ及び７２６Ｂの上面７３０が本体７１８の上面７２２で作用するように、本体７１８の上面７２２の近接して配置される。上述の通り、このような第２の磁気アレー７２６Ａ及び７２６Ｂは、本明細書に説明するように個々の磁石強度及び配置により決められる形状を有する等ポテンシャル線により形成された複合磁場を作り出す。本体７１８の底面７２４には、第２の骨部分に固定可能なアンカー７３２が取り付けられる。
【００６６】
浮動構成要素７０６は、好ましくは嵌合する構成要素及び／又は解剖学的空間に適合する形状にされた本体７４２、本体７４２の上側部分７４６に固定された１対の第３の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂ、及び、その下側部分７５０に固定された別の１対の第４の磁気アレー７４８Ａ及び７４８Ｂを含む。第３の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂは、それらが第１の構成要素７０２の第１の磁気アレー７１０Ａ及び７１０Ｂと相互作用し、その間に第１の相互作用する動的磁場を作り出すことができるように（図８Ｂ及び図８Ｄの磁場７７０を参照）、上側部分７４６の予め選択した位置に配置される。例示的な実施形態では、各第３の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂは、対称的に配置された周囲磁石７５２Ｂで囲まれた少なくとも２つの直線状に配置された中心磁石７５２Ａを含むことができる。上述の通り、周囲磁石を有する直線状に配置された中心磁石７５２Ａは、細長い複合磁場を発生することができ、この磁場は、第１の構成要素７０２の制限及び制御された運動、安定化、及び、自動調心を可能にする。第４の磁気アレー７４８Ａ及び７４８Ｂは、それらが第２の構成要素７０４の第２の磁気アレー７２６Ａ及び７２６Ｂと相互作用し、その間に第２の相互作用する動的磁場を発生させることができるように（図８Ｂ及び図８Ｄのそれぞれ磁場７８０及び７９６を参照）、本体７４２の下側部分７５０の目標とする位置に配置される。第２の構成要素７０４の磁気アレー７２６Ａ及び７２６Ｂと同様に、各第４の磁気アレー７４８Ａ及び７４８Ｂは、中心磁石７５４Ａ及びその周りに配置された周囲磁石７５４Ｂを有するが、その違いは、中心磁石７５４Ａがここに示すように細長い形状であり、そのために周囲に細長い複合磁場を作り出すことである。
【００６７】
前記の第１、第２、及び、浮動構成要素７０２、７０４、及び、７０６の各構成品は、目標とする機械的強度を有すると共に生物学的及び／又は化学的に不活性であり、生物学的適合性を有する移植可能な任意の材料で作ることができる。より詳細には、このような材料は、関節が正常に機能する間に発生する静的及び動的な機械的負荷を支持するのに十分な固有の機械的特性を有することが好ましい。このような材料の例には、以下に限定されないが、金属、ステンレス鋼、セラミックス、及び、他の複合材料を含むことができる。更に、上述の磁気アレー７１０Ａ、７１０Ｂ、７２６Ａ、７２６Ｂ、７４４Ａ、７４４Ｂ、７４８Ａ、及び、７４８Ｂの中心及び周囲磁石は、上述の磁性、反磁性、常磁性、強磁性、反強磁性、及び／又は、フェリ磁性材料のいずれでも作ることもできる。
【００６８】
上述の通り、上述の磁気アレーの磁石は、目標とする形状、大きさ、及び／又は、磁力を有し、その周りに所定の複合磁場を発生させることが好ましい。このような磁石は、更に、種々の構成に配置して異なる複合磁場を達成することができる。従って、本発明の整形外科用人工装具７００は、例えば、整形外科用人工装具構成要素を安定化させ、このような構成要素の動きを拘束し、他の構成要素に対して１つの構成要素の自動調心を行い、構成要素に加えられた外力及び／又は衝撃を吸収又は低減するなどのために貢献する反発力又は引力により特徴付けることができる種々の動的相互作用磁場を発生させることができる。
【００６９】
図８Ｂは、本発明による図８Ａの整形外科用人工装具の固定可能構成要素と浮動構成要素との間に発生する例示的な動的磁場の概略図である。第１の磁気アレー７１０Ａ及び７１０Ｂの磁石７１１は、第１の極（例えば、Ｎ極）が第１の構成要素７０２の本体７０８の表面に露出するように配置される。従って、第１の磁気アレー７１０Ａ及び７１０Ｂは、本体７０８の端部に１対の第１の複合磁場７６２を発生させることができ、各複合磁場７６２は、等ポテンシャル線が本体７０８のアーチ形周囲に沿って外向きに延びるアーチ形の楔又は刃を形成することを特徴とする。更に、このような等ポテンシャル線は、本体７０８の縦方向軸線７１２を実質的に横断し、実質的にここに示すようなプロフィールを有する。しかし、図に示すように、第１の磁気アレー７１０Ａ及び７１０Ｂの磁石７１１は、本体７０８の周囲の下側半分しか取り囲まない。従って、上述の楔状等ポテンシャル線は、本体７０８の縦方向軸線７１２の周り約１８０°の範囲に及んでいる。これとは対照的に、第３の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂの中心磁石７５２Ａは、本体７４２の上側部分７４６上に第２の極（例えば、Ｓ極）が露出するように配置され、反対の（Ｎ）極を露出する周囲磁石７５２Ｂに取り囲まれる。従って、各第３の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂは、細長いループ形のピーク領域７６６が細長い谷領域７６８を取り囲むことを特徴とする「トラフ」を形成する等ポテンシャル線で形成された第３の複合磁場７６４を発生する。従って、第１の構成要素７０２及び浮動構成要素７０６が互いに近接して配置されると、同じ極性の第１及び第３の複合磁場７６２及び７６４は、反発力が第１の構成要素７０２及び浮動構成要素７０６を互いから離して押し広げることを特徴とする第１の動的相互作用磁場７７０を形成する。第２の（Ｓ）極性を有する中心磁石７５２Ａにより、第１の複合磁場７６２が更にトラフ形の第３の複合磁場７６４の谷領域７６８の中に引き寄せられ、浮動構成要素７０６に対する第１の構成要素７０２の安定化又は自動調心を向上させることが分かる。
【００７０】
第１の動的相互作用磁場７７０により、第１の構成要素７０２と浮動構成要素７０６との間に更に２つの付加的な動きが可能になる。第１には、第３の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂの谷領域７６８が、そこに第１の磁気アレー７１０Ａ及び７１０Ｂのアーチ形の楔状等ポテンシャル線を受け入れ、その角度的変位を可能にする。従って、第１の構成要素７０２及び／又は第１の骨部分は、浮動構成要素７０６に対して回転することができる。更に、第３の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂの谷領域７６８の長さを延長すれば、第１の磁気アレー７１０Ａ及び７１０Ｂの楔状等ポテンシャル線がその長さに沿って直線状に変位することが可能になり、それによって第１の構成要素７０２又は第１の骨部分が浮動構成要素７０６に沿って直線状に平行移動することが可能になる。
【００７１】
第４の磁気アレー７４８Ａ及び７４８Ｂは、一般に、反対の極性を有することもできることを除けば、第３の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂと実質的に同様である。例えば、第４の磁気アレー７４８Ａ及び７４８Ｂの中心磁石７５４Ａは、下側部分７５０の底面にそれらの第１の（Ｎ）極を露出するように配置され、一方、周囲磁石７５４Ｂは、そこにそれらの第２の（Ｓ）極を露出させる。このような磁気アレーの磁石は、特定用途に適する種々の大きさ及び形状の等ポテンシャル線を有するアレーを形成するように本明細書に示す教示事項に基づいて選択し得ることが分かるであろう。例えば、反対極性の第４及び第２の複合磁場７７２及び７７４は、引力が浮動構成要素７０６及び第２の構成要素７０４を互いに近く引き寄せることを特徴とする第２の動的相互作用磁場７８０を形成することができる。
【００７２】
浮動構成要素の上方及び下方に作り出される動的相互作用磁場は、骨部分に固定された人工装具構成要素に働く外部せん断力又は衝撃、及び／又は、外部回転力又は衝撃（まとめて「外力」）を吸収又は減衰するように作用する。従来の整形外科用人工装具では、一般に、それらの構成要素間の直接的な機械的接触を許し、その構成要素の１つがそのような構成要素上に形成された経路に沿って他の構成要素に対して移動することを許す。従って、外力が従来の整形外科用人工装具の第１（又は、第２）の構成要素に働くと、このような力は、人工装具を支持する骨及び／又は人工装具自体の各部分に作用する外力として第２（第１）の構成要素に伝達される。外力が繰り返し加わると、骨と人工装具及び又は固定セメントとが接触する界面が変形又は損傷する。このような外力が長期間作用すると、最終的には人工装具構成要素が骨から外れるか、そうでなくても損傷を受けることになる。
【００７３】
本発明の浮動構成要素により、外力が骨部分に固定された人工装具構成要素に及ぼす上述の悪影響が減少又は防止される。例えば、外力又は衝撃により第１の構成要素がその下にある構成要素との平衡位置から変位すると、第１の構成要素の複合磁場が浮動構成要素の複合磁場からずれて、そのような横方向力に付随する機械的エネルギは、第１の動的相互作用磁場のその間に作り出された磁気ポテンシャルエネルギに変形されて保存される。エネルギが１つの形態から別の形態へ非理想的に変換されるために機械的エネルギの少なくとも一部分が消散されることが分かる。外部の機械的エネルギが不整列の第１の動的相互作用磁場に保存することができるエネルギを超えた場合でさえも、浮動構成要素は、その下の可動的に取り付けられた第２の構成要素とのその平衡位置から変位される。この過程により、浮動構成要素の運動エネルギとして外部機械的エネルギの別の部分が更に消散される。機械的エネルギの残りの部分は、次に、平衡状態から外れた第１及び第２の動的相互作用磁場の間で分割される。不整列の第２の動的相互作用磁場は、外力の一部を骨に伝達し得るが、このような力は、加えられた外力のほんの一部にすぎない。従って、浮動構成要素は、固定された人工装具構成要素に加えられた外力を減衰及び／又は低減させることができる。外力が第１の構成要素に加わらなくなると、第１の構成要素及び浮動構成要素は、磁気ポテンシャルエネルギをその運動エネルギに変形して、それらの平衡位置に変位して戻る。すなわち、本発明の浮動構成要素は、移動式磁気緩衝器又は軸受として働くことができる。
【００７４】
図８Ｃは、図８Ａ及び図８Ｂの整形外科用人工装具が作動している状態の概略図であり、人工装具が本発明による人工膝関節全置換術のために膝関節に適用されている。この処置では、第１の人工装具構成要素７０２は、大腿骨構成要素に相当し、一方その第２の人工装具構成要素７０４は、脛骨構成要素である。人工膝関節全置換術に関する図では、骨Ａは大腿骨を表し、骨Ｂは脛骨に相当し、骨Ｃは腓骨である。
【００７５】
脛骨構成要素７０４のテーパー付きアンカー７３２は、骨Ｂの受け入れ穴７８４Ｂに挿入され、例えば、静止機械的相互作用、締まりばめ、セメント、及び／又は、接着剤によりそれに固定される。脛骨構成要素７０４は、第２の磁気アレー７２６Ａ及び７２６Ｂにより発生された複合磁場７７４の主軸線を骨Ｂが正常に機能する所定の軸線と整列させる方向にされることが好ましい。また、脛骨構成要素７０４の底面を骨Ｂの切り取った上面にセメントで接着し、固定を増強してもよい。浮動構成要素７０６は、脛骨構成要素７０４の上に配置され、その第４の磁気アレー７４８Ａ及び７４８Ｂは、脛骨構成要素７０４の第２の磁気アレー７２６Ａ及び７２６Ｂと適切に整列し、その間に第２の動的相互作用磁場７８０を発生させる。上述の通り、第２の動的相互作用磁場７８０の正味引力（図では矢印７８０Ａで参照される）は、浮動構成要素７０６を脛骨構成要素７０４と移動可能に連結する。脛骨構成要素７０４が自動調心機能を実行することになる時は、浮動構成要素７０６は、脛骨構成要素７０４の上面７２２のその平衡位置又は自動調心位置に配置されることが好ましい。大腿骨構成要素７０２は、骨Ａの受け入れソケット７８２Ａの内側（又は、予め切断した表面上）に配置され、そのテーパー付きアンカー７１４は、受け入れ穴７８４Ａに挿入されて機械的又はセメントを用いてそこに固定される。大腿骨構成要素７０２の接触面もまた、受け入れソケット７８２の切り取った基面に同様にセメント固定することができる。大腿骨構成要素７０２は、第２の動的相互作用磁場７７０と骨Ａが正常に機能する目標とする軸線とが一致するように、浮動構成要素７０６の第３の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂと整列することが好ましい。
【００７６】
図８Ｃに示すような膝関節の例を続けると、本発明の利点が更に理解されるであろう。患者が歩いたり走ったりすると、その体重が第１の構成要素７０２を浮動構成要素７０６に向かって下向きに圧縮し、同時に地面からの垂直反力はまた、第２の構成要素７０４を浮動構成要素７０６に向かって上向きに押す。しかし、第１の動的相互作用磁場７７０の反発力により、外力に付随するエネルギが磁気ポテンシャルエネルギに変換され、骨に伝達されたエネルギを消散させる。外力がせん断又は回転成分を含む場合は、第２の動的磁場７８０の引力は、横方向力に付随するエネルギを浮動構成要素７０６の運動エネルギと第１及び／又は第２の構成要素７０２及び７０４から位置がずれた浮動構成要素７０６の磁気ポテンシャルエネルギとに変換する。従って、このようなせん断又は回転力は、吸収及び／又は減衰され、第１及び第２の構成要素７０２及び７０４の対応する骨部分からの緩みが防止される。
【００７７】
上述の整形外科用人工装具は、本発明の範囲から逸脱することなく変更することができる。例えば、上述の動的相互作用磁場の特性は、特定の医学的な必要性又は患者の解剖学的要件を満たすために変更してもよい。図８Ｄは、本発明による別の整形外科用人工装具の固定可能構成要素と浮動構成要素との間に発生する例示的な動的磁場の概略図である。このような整形外科用人工装具７０１には、第１及び第２の構成要素７０２及び７０４と浮動構成要素７０６の上側部分７４６とが含まれ、これらは、それぞれ図８Ａ及び図８Ｂのものと同一である。しかし、浮動構成要素７０６の下側部分７９２は、第４の磁気アレー７４８Ｃ及び７４８Ｄが第２の磁気アレー７２６Ａ及び７２６Ｂの磁場７７４と同じ（Ｎ）極性を有する別の１対のトラフ形の磁場７９４を発生するという点で図８Ａ及び図８Ｂの下側部分７５０とは異なる。従って、浮動構成要素７０６の下側部分７９２及び第２の構成要素７０４は、第２の動的相互作用磁場７９６を発生し、これらも互いの反発力を特徴とする。
【００７８】
図８Ａ〜図８Ｃに示す浮動構成要素７０６の各部分は、２組の磁気アレー（例えば、上側部分７４６の磁気アレー７４４Ａ及び７４４Ｂ、下側部分７５０の磁気アレー７４８Ａ及び７４８Ｂ、又は、下側部分７９２の７４８Ｃ及び７４８Ｄ）を含むが、２つ又は３以上の磁気アレーと機能的に同等で上述の複合磁場のいずれかを発生させることができる単一の磁気アレーを含んでもよい。あるいは、浮動構成要素は、同一又は異なる等ポテンシャル線で形成され、及び／又は、いずれかの極性を有する少なくとも２つの複合磁場を各対向する側に発生する単一の磁気アレーを更に含むことができる。逆に、浮動構成要素は、図８Ａ〜図８Ｄに示すものよりも多くの磁気アレー及び／又は磁石を含み、その周りに目標とする複合磁場を発生させることができる。上述の通り、所定の２次元又は３次元の形状及び分布パターンを有する等ポテンシャル線で形成された複合磁場を発生させることができるような磁気アレー及び／又はその磁石を準備することは、一般に当業者の選択の問題である。
【００７９】
浮動構成要素又は固定可能な人工装具構成要素には、それらの間で付加的な機械的相互作用をするための表面形態を設けてもよい。例えば、第１の構成要素の底面は、突出構造を有することができ、浮動構成要素の上面には、そのような突出構造を受け入れ、第１の構成要素の動きをそれに沿って誘導することができる少なくとも１つの誘導チャンネルを形成することができる。この実施形態は、過剰な外力又は衝撃が一方又は両方の構成要素に加わった時に、いずれの構成要素の転位を防ぐのにも有利である。しかし、誘導チャンネルの寸法を突出構造の寸法よりも大きくし、それによってそれらが常に機械的に接触することを防ぎ、外力が第１の構成要素から浮動構成要素に最小限しか伝達しないようにすることが好ましい。また、同様の表面構造を浮動構成要素と第２の構成要素との間に設けることもできる。
【００８０】
浮動構成要素は、骨部分に移動可能にしかし直接又は間接的に取り付けることができる。例えば、浮動構成要素は、ケーブル、鎖、及び／又は、ばねのような可撓性部材で第１及び第２の構成要素の一方に結合し、浮動構成要素の動きを予め選択した領域に制限することができる。このような実施形態は、浮動構成要素がそれに加わる過剰な横方向外力で転位するのを防ぐことができる。あるいは、浮動構成要素の動きをある領域に制限し、及び／又は、予め選択した経路に沿って誘導するように、浮動構成要素の少なくとも一部分を第１及び／又は第２の構成要素内に保持してもよい。
【００８１】
本発明の整形外科用人工装具はまた、１つよりも多い浮動構成要素を含むことができる。一実施形態では、図８Ａ〜図８Ｄの浮動構成要素をその上側及び下側部分の間の境界線に沿って水平に分割し、別個の浮動構成要素として働かせている。あるいは、図８Ａ〜図８Ｄの整形外科用人工装具に付加的な浮動構成要素を組み込むこともできる。更なる他の実施形態では、移植の前か後かに関わらず、本発明に付随する利点を既存の人工装具の中に組み込むために、分割された浮動構成要素を例えば図８Ｅに示すように既存の従来のインプラントと共に用いることができる。人工装具８８０は、３つの基本構成要素、すなわち、大腿骨構成要素８８２、脛骨構成要素８８４、及び、インサート８８６を含む。構成要素８８２及び８８４は、公知の構成要素としてもよく、少なくとも１つの関節結合面８８５とインサート構成要素を人工装具に固定する適切な固定手段８８８とを含む。当業技術では公知のように、関節結合面８８５は、インサートを支持してそれと協働し、人工関節の関節結合を円滑にする。このため、インサートは、一般的に高分子量ポリエチレンのような高強度低摩耗性材料で作られる。しかし、本発明によれば、インサート８８６は、第１のインサート部分８９０及び第２のインサート部分８９２を含んでいる。この２つのインサート部分は、例えば図８Ａの実施形態の隣接する構成要素と同じような方法で磁気アレー８９４を通じて協働する。磁気アレー８９４は、必要に応じて特定の疾病状態又は他の条件に対処するために本発明の教示に従って設計することができる。インサート部分８９０の上面８８９は、従来のインサートの上面のように、大腿骨構成要素８８２の関節結合面８８５を受け入れて協働する形状にされる。第２のインサート部分８９２は、従来の固定手段８８８を通じて下側構成要素８８４に固定することができる。インサート部分８９０及び８９２もまた、従来のインサート材料で作ることができる。膝用人工装具に関して説明したが、この例示的実施形態で説明した本発明の原理は、他の関節人工装具にも同様に応用可能である。一般に、ここに示して説明した各実施形態においては、特に断らない限り、当業者は、対処する状態及び達成すべき目標とする結果に応じて、様々な程度で引き付けるか又は反発する磁場を形成するように協働する磁気アレーを設計することができる。図面に示し本明細書で説明する磁場の特定の解説は、本発明の原理を説明するための一例として与えられている。
【００８２】
更に、本発明の整形外科用人工装具は、固定可能人工装具構成要素の１つに少なくとも部分的に各々が保持される２つの浮動構成要素を含むことができることが分かるであろう。例えば、浮動構成要素は、固定可能構成要素のシリンダ状チャンバ内に挿入することができるピストン状ロッドとしてもよい。種々の動的相互作用磁場を間に設けることにより、磁性ロッドは、チャンバ内に浮くことができ、それに沿って垂直に摺動する。このような人工装具の例示的な実施形態を以下に説明する。
【００８３】
図９は、本発明により固定可能な人工装具構成要素で保持された複数の浮動磁性構成要素を含む別の例示的な整形外科用人工装具の概略断面図である。整形外科用装置８００は、典型的には、第１の（人工装具）構成要素８０２、第１の浮動構成要素８０４、第２の（人工装具）構成要素８０６、及び、第２の浮動構成要素８０８を含む。第１の構成要素８０２は、第１の骨部分に固定可能であって第１の浮動構成要素８０４の少なくとも一部分を保持するように形成される。同様に、第２の構成要素８０６はまた、第２の骨部分に固定可能であって第２の浮動構成要素８０８の少なくとも一部分を保持するように配置される。
【００８４】
第１の構成要素８０２は、一般に円筒形本体８１０を有し、そこに第１の浮動構成要素８０４の少なくとも一部分を受け入れる空洞８１２を形成する。空洞８１２は、典型的には円筒形であり、入口開口部８１４、側壁８１６、及び、底部８１８を形成する。入口開口部８１４の周囲に沿って、第１の浮動構成要素８０４が過剰に変位しないためのストッパとして作用する環状ステップ８２０が設けられている。第１の構成要素８０２は、その遠位端に第１の骨部分の受け入れソケットに固定可能な形状及び大きさにされたテーパ−付アンカー８２２を更に含む。第１の磁気アレー８２４はまた、本体８１０内の好ましくは空洞８１２の底部８１８とテーパー付きアンカー８２２との間に配置される。
【００８５】
第１の浮動構成要素８０４は、頭部８２６、軸部８２８、及び、基部８３０を含む。頭部８２６は、その上面に第１の頭部磁気アレー８３２を含む。一般に、頭部８２６は、特定の関節の大きさ及び形状に関する解剖学的制約に従う任意の形状及び大きさとすることができる。円筒形軸部８２８は、一般に細長く、直径が環状空洞８１２の入口開口部８１４の直径よりも小さいため、軸部８２８は、入口開口部８１４を通って垂直に摺動することができる。円筒形基部８３０は、第１の基部磁気アレー８３４を備え、直径は、軸部８２８の直径よりも大きく環状空洞８１２よりも小さい。基部８３０の直径はまた、環状ステップ８２０の直径よりも大きいため、基部８３０は、環状ステップ８２０を超えて変位することができない。
【００８６】
第２の構成要素８０６は、第１の構成要素８０２とほぼ同様であり、例えば、円筒形本体８４０を有し、入口開口部８４４、側壁８４６、及び、底部８４８を有する空洞８４２を形成する。入口開口部８４４はまた、その周囲に沿って環状ステップ８５０を形成する。しかし、第２の構成要素８０６の近位端８５２には、環状ステップ８５２までテーパ−が付けられており、それに関する第２の浮動構成要素８０８の角度的変位のための空間を形成する。第２の構成要素８０６は、テーパー付きアンカー８５４を備え、第２の磁気アレー８５６が設けられている。第２の構成要素８０６は、更に、第２の周囲磁気アレー８５８を備え、これらは、円筒形空洞８４２の側壁８４６に隣接するか又はその上に配置され、付加的な複合磁場を発生して第２の浮動構成要素８０８の動き又は位置を更に制御する。
【００８７】
第２の浮動構成要素８０８はまた、第２の頭部磁気アレー８６４及び円筒形軸部８６６を有する頭部８６２を含み、これらは、それぞれ、実質的に第１の浮動構成要素８０４の頭部磁気アレー８２６、円筒形軸部８３２、及び、頭部８２８と同様である。しかし、第２の浮動構成要素８０８は、第２の基部磁気アレー８６８をその上に有する球状基部８６７を含む。球状基部８６７の直径は、円筒形空洞８４２の直径よりも小さく環状ステップ８５０の直径よりも大きい。球状基部８６７が環状空洞８４２内で回転することができるため、軸部８４４もまた入口開口部８４４の周りを回転し、これによって、第２の浮動構成要素８０８が垂直方向に移動するほか、ある程度まで回転することを可能にする。
【００８８】
磁気アレー８２４、８３２、８３４、８５６、８５８、８６４、及び、８６８は、適切な極性配置を有してその間の目標とする動的相互作用磁場を達成することができる。例示的な実施形態では、第１の磁気アレー８２４及び第１の基部磁気アレー８３４は反発力を生じ、それによって第１の浮動構成要素８０４が第１の構成要素８０２の円筒形空洞８１２内に浮くことができるように配置することができる。第２の磁気アレー８５６と第２の基部及び周囲磁気アレー８６８及び８５８とは、反発力を作り出すように同様に配置され、第２の浮動構成要素８０８も同じく第２の構成要素８０６の空洞８４２内に確実に浮くようにする。更に、第１及び第２の頭部磁気アレー８３２及び８６４もまた互いに反発するように配置される。
【００８９】
本発明の磁性浮動構成要素は、上述の表面形成及び／又は非表面形成磁気装置のいずれと共に用いてもよい。例えば、表面形成構成要素は、骨部分に移植された他の磁気アレー間に移動可能に配置される。このような浮動構成要素は、予め移植された磁気装置に組み込まれて、既存の磁場を増強、減衰、又は、変更することができる。あるいはは、浮動構成要素と表面形成又は非表面形成磁気装置とが一組として準備され、１回の手術中に関節内に一緒に移植することができる。
【００９０】
上述の整形外科用人工装具及び磁気装置の他の変形及び変更もまた本発明の範囲に含まれる。浮動構成要素は、固定可能構成要素の種々の磁気アレーから放射される磁束を透過する非磁性材料で作ることもできる。他の磁気アレーとの相互作用がないことから、このような浮動構成要素は、人工装具構成要素間及び／又は移植可能磁気アレー間に配置された単なる受動的構成要素であり、好ましくは、このような人工装具及び／又は装置の表面形成構成要素として働く。
【００９１】
あるいは、固定可能人工装具構成要素の一方を非磁性材料で作ることができ、その他方は、１つ又は２以上の磁気アレーを含む。図１０は、本発明により非磁性固定可能構成要素と磁性固定可能構成要素との間に移動可能に配置された磁性浮動構成要素を含むそのような例示的整形外科用人工装具の概略図を示している。例示的整形外科用人工装具９００は、第１の隣接骨部分に固定される第１の構成要素９０２、第２の隣接骨部分に固定される第２の構成要素９０４、及び、第１及び第２の構成要素９０２及び９０４間に移動可能及び／又は取外し可能に組み込まれる浮動構成要素９０６を含む。
【００９２】
当業者には理解されるように、構成要素の特定の形態は、特定の用途及び患者の解剖学的形態のような因子により決まることになる。この例示的な概略的実施形態では、第１の構成要素９０２は、いかなる磁気アレーも含まない点を除けば、実質的に図８Ａの７０２のような形状及び大きさにされる。また、第２の構成要素９０４も実質的に図８Ａの７０４のような形状及び大きさにされるが、テーパー付きアンカー９１０は、第２の構成要素９０４の本体９１１からの取外しが可能なように配置される。テーパー付きアンカー９１０は、各磁石がその第１の（Ｎ）極を上向きに露出して同心パターンに配置された複数の磁石から成る磁気アレー９１２を含む。従って、テーパー付きアンカー９１０は、ベル形の等ポテンシャル線により形成された複合磁場を発生する。同様に、本体９１１は、その下側中心部分に、第２の（Ｓ）極を下向きにして別の同心パターンに配置された複数の磁石を含む別の磁気アレー９１４を有する。更に、１つよりも多いアンカーに付加的な磁石を設けてもよい。従って、第２の構成要素９０４の磁気アレー９１２及び９１４は、その間の引力を特徴とする動的相互作用磁場を発生させることができる。
【００９３】
浮動構成要素９０６は、上側部分９２４及び下側部分９２６で構成される本体９２２を含む。下側部分９２６は、図８Ａ〜図８Ｄの下側部分７５０と同様であり、１対の第４の磁気アレー７４８Ａ及び７４８Ｂを含む。しかし、上側部分９２４はいかなる磁気アレーも含まない。正確に言えば、上側部分９２４は、第１の構成要素９０２と接触して、第１の構成要素９０２の回転的な動き、及び／又は、それに沿う直線的で平行な動きを誘導するように配置される。例えば、図１０の上側部分９２４は、機械的相互作用又は干渉により第１構成要素９０２の本体９０８の形状及び大きさと適合するように形状及び大きさが決められた溝形チャンネル９２８を形成する。従って、第１の構成要素９０２は、浮動構成要素９０６の上側部分９２４の溝形チャンネル９２８の曲面に沿って回転することができる。このような上側部分９２４は、せん断抵抗性を有して機械的摩擦により残留粒子を生成しにくい材料、例えば超高分子量ポリエチレンで作られることが好ましい。
【００９４】
図１０の整形外科用人工装具９００は、従来の整形外科用人工装具に本発明の磁性浮動構成要素を組み込む恩典をもたらす。例えば、１つ又は２以上の磁気アレーを従来の人工装具の１つの構成要素のみに実装し、このような人工装具の非磁性及び磁性固定可能構成要素の間に磁性浮動構成要素を挿入することができる。従って、このような人工装具の他の部分は、何の更なる変更もなく用いることができる。
【００９５】
取外し可能なテーパー付きアンカー９１０を有する第２の構成要素９０４は、図８Ａ〜図８Ｂの整形外科用人工装具７００及び７０１に比べて付加的な恩典をもたらすことが分かる。図１０の実施形態は、浮動構成要素９０６の第２の構成要素９０４に対する横方向変位を可能にすることに加えて、第２の構成要素９０４の本体９１１を第２の構成要素のテーパー付きアンカー９１０上で横方向に移動させる付加的な機構を更に提供する。従って、用途により、図１０の整形外科用人工装置９００は、種々の構成要素９０２、９０４、及び、９０６に働くせん断又は回転外力をより良く吸収、減衰、又は、消散させることができる。
本発明の例証的実施形態が本明細書で示され説明されたが、本発明の教示に従って種々の変形及び改作が当業者には明らかであることが理解される。そのような変形及び改作は、それでもなお、特許請求の範囲に規定された本発明の精神及び範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
本発明による複数の磁石を備えた磁気アレーの例を示す斜視図である。
【図１Ｂ】
本発明による図１Ａの磁気アレーの周りに発生する複合磁場の磁束線を示す概略断面図である。
【図１Ｃ】
本発明による図１Ａの磁気アレーの周りに発生する複合磁場の等ポテンシャル線を示す概略断面図である。
【図１Ｄ】
本発明により配置された複数の磁石を備えた磁気アレーの代替例を示す斜視図である。
【図１Ｅ】
本発明による図１Ｄの線Ａ１−Ａ２を通る複合磁場の等ポテンシャル線を示す概略断面図である。
【図１Ｆ】
本発明による図１Ｄの線Ａ３−Ａ４を通る複合磁場の等ポテンシャル線を示す概略断面図である。
【図１Ｇ】
本発明により所定の方式で配置された複数の磁石を備えた更に別の磁気アレーを示す斜視図である。
【図１Ｈ】
本発明による図１Ｇの線Ｂ１−Ｂ２を通る複合磁場の等ポテンシャル線を示す概略断面図である。
【図１Ｉ】
本発明による磁極片構造を有する磁気アレーの更に別の代替例を示す概略断面図である。
【図２Ａ】
本発明による磁気アレーの磁石を固定するハウジングの一実施形態を示す斜視図である。
【図２Ｂ】
本発明による磁気アレーの磁石を固定するハウジングの他の実施形態を示す斜視図である。
【図３Ａ】
本発明により安定化磁場を形成するための磁気装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図３Ｂ】
本発明の他の実施形態により安定化磁場を形成するための別の磁気装置を示す概略断面図である。
【図３Ｃ】
図３Ｂに断面で示すアレーの他の実施形態を示す平面図である。
【図３Ｄ】
図３Ｂに断面で示すアレーの他の実施形態を示す平面図である。
【図３Ｅ】
本発明の更なる他の実施形態により磁場を制限するための磁気装置を示す概略断面図である。
【図３Ｆ】
本発明の別の他の実施形態により磁場を制限するための別の磁気装置を示す概略断面図である。
【図４Ａ】
実施例に説明した２つの磁気アレー間の相互作用を示す概略図である。
【図４Ｂ】
図４Ａに示す磁気アレーで発生された協働する磁場を図式的に示す図である。
【図４Ｃ】
図４Ａの下方磁気アレーで発生された磁場を３次元で図式的に示す図である。
【図４Ｄ】
図４Ａの上方磁気アレーで発生された磁場を３次元で図式的に示す図である。
【図４Ｅ】
図４Ａに示す磁気アレー間の相互作用を更に示す概略図である。
【図４Ｆ】
実施例で説明した磁気アレーの相互作用で得られる力のプロットを示す図である。
【図５Ａ】
関節の治療又は安定化に関する本発明の他の実施形態を図式的に示す図である。
【図５Ｂ】
関節の治療又は安定化に関する本発明の他の実施形態を図式的に示す図である。
【図６】
本発明の他の実施形態の協働する磁場を図式的に示す図である。
【図７】
骨折の治療及び復位のための本発明の更なる他の実施形態を図式的に示す図である。
【図８Ａ】
本発明による磁気アレーを有する浮動構成要素を備えた例示的な整形外科用人工装具を示す概略図である。
【図８Ｂ】
本発明による図８Ａの整形外科用人工装具の固定可能構成要素と浮動構成要素との間に発生された例示的な動的磁場を示す概略図である。
【図８Ｃ】
本発明により人工膝関節全置換術のために人工装具が膝関節に適用された作動中の図８Ａ及び図８Ｂの整形外科用人工装具を示す概略図である。
【図８Ｄ】
本発明による別の整形外科用人工装具の固定可能構成要素と浮動構成要素との間に発生された例示的な動的磁場を示す概略図である。
【図８Ｅ】
従来の人工装具を適応させるのに適する本発明の実施形態を示す概略図である。
【図９】
本発明による固定可能な人工装具構成要素で保持された複数の浮動性磁性構成要素を含む別の例示的な整形外科用人工装具を示す概略断面図である。
【図１０】
本発明による磁気アレーを有する浮動構成要素を備えた別の例示的な整形外科用人工装具を示す概略図である。
【図４Ｆ】
2004503289.tif 000003
【図８Ｃ】
2004503289.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004503289.tif 000005
2004503289.tif 000006
2004503289.tif 000007
2004503289.tif 000008
2004503289.tif 000009
2004503289.tif 000010
2004503289.tif 000011
2004503289.tif 000012
2004503289.tif 000013
2004503289.tif 000014
2004503289.tif 000015
2004503289.tif 000016
2004503289.tif 000017
2004503289.tif 000018
2004503289.tif 000019
2004503289.tif 000020
2004503289.tif 000021
2004503289.tif 000022
2004503289.tif 000023
2004503289.tif 000024
2004503289.tif 000025
2004503289.tif 000026
2004503289.tif 000027
2004503289.tif 000028
2004503289.tif 000029
2004503289.tif 000030
2004503289.tif 000031
2004503289.tif 000032
2004503289.tif 000033
2004503289.tif 000034
2004503289.tif 000035
2004503289.tif 000036
2004503289.tif 000037
2004503289.tif 000038
2004503289.tif 000039
2004503289.tif 000040
2004503289.tif 000041
2004503289.tif 000042
2004503289.tif 000043
2004503289.tif 000044
2004503289.tif 000045
2004503289.tif 000046
2004503289.tif 000047
2004503289.tif 000048
2004503289.tif 000049
2004503289.tif 000050
2004503289.tif 000051
2004503289.tif 000052
2004503289.tif 000053
2004503289.tif 000054
2004503289.tif 000055
2004503289.tif 000056
2004503289.tif 000057
2004503289.tif 000058
2004503289.tif 000059
2004503289.tif 000060
2004503289.tif 000061
2004503289.tif 000062
2004503289.tif 000063
2004503289.tif 000064
2004503289.tif 000065
2004503289.tif 000066
2004503289.tif 000067
2004503289.tif 000068
2004503289.tif 000069
2004503289.tif 000070
2004503289.tif 000071
2004503289.tif 000072
2004503289.tif 000073
2004503289.tif 000074
2004503289.tif 000075
2004503289.tif 000076
2004503289.tif 000077
2004503289.tif 000078
2004503289.tif 000079
2004503289.tif 000080
2004503289.tif 000081
2004503289.tif 000082
2004503289.tif 000083
2004503289.tif 000084
2004503289.tif 000085
【国際調査報告】
2004503289.tif 000086
2004503289.tif 000087