(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の寛骨臼への挿入のための外側表面を有するプロテーゼの寛骨臼カップにおいて、前記外側表面が、長軸が短軸より長い長軸および短軸を有する楕円形の平面断面を規定する少なくとも１つの楕円体の形の領域を含む硬いプロテーゼの寛骨臼カップ。
【請求項２】
前記外側表面上に前記寛骨臼を機械的に係合する係合手段を含んでいる請求項１記載の寛骨臼カップ。
【請求項３】
前記外側表面が、前記外側表面と前記寛骨臼との間に骨の内方向への成長を受容する手段を形成する請求項２記載の寛骨臼カップ。
【請求項４】
前記外側表面が頂端部および縁部を含み、前記頂端部および前記縁部が１つの楕円体の湾曲にほぼ適合する請求項２記載の寛骨臼カップ。
【請求項５】
前記係合手段が前記縁部上に配置される請求項４記載の寛骨臼カップ。
【請求項６】
前記寛骨臼カップが、前記外側表面が配置される金属シェル部品と、締まり嵌めによって前記シェル部品内に結合されているプラスチックのベアリング挿入物とを含む請求項５記載の寛骨臼カップ。
【請求項７】
縁部の部分に合流する頂部の部分を含み、前記頂部の部分と前記縁部の部分が長軸が短軸よりも長い長軸および短軸を含む楕円形の平面断面を有する楕円体を形成している、患者の寛骨臼への挿入のための外側表面と；
前記寛骨臼を機械的に係合するために前記縁部の部分に配置され、前記縁部の部分に平行で同心に配置される複数のリブを含んでいる係合手段とを具備している硬いプロテーゼの寛骨臼カップ。
【請求項８】
前記複数の各リブが、鋭角な傾斜角度で上昇する表面を含む請求項７記載の寛骨臼カップ。
【請求項９】
前記複数の各リブが、鋭角な下方への傾きの角度で下降する表面を含む請求項７記載の寛骨臼カップ。
【請求項１０】
長軸が短軸よりも長い長軸および短軸を含む楕円形の平面断面を有する楕円体を形成する頂部の部分および縁部の部分を含む、患者の寛骨臼への挿入のための外側表面と；
前記寛骨臼を機械的に係合するために前記縁部の部分に配置され、前記縁部の部分に平行で同心に配置される複数のリブを含んでいる係合手段と、
前記縁部の部分上の隣接した前記リブ間に形成され、ほぞ穴型の断面プロフィルを有する溝と；
を具備している硬いプロテーゼの寛骨臼カップ。
【請求項１１】
複数のネジ穴が前記金属シェル部品に配置され、前記複数のネジ穴が前記外側表面の前記縁部を通って延在し、それによって前記複数のネジ穴は前記プラスチックのベアリング挿入物に対して露出されていない請求項９記載の寛骨臼カップ。
【請求項１２】
ほぼほぞ穴型の断面プロフィルを有し、且つ外側表面から延在する複数のリブによって規定される側壁を有する少なくとも１つの溝および前記リブを含む、患者の寛骨臼への移植のために外側表面を有し、前記寛骨臼からの骨が前記少なくとも１つの溝内に成長でき、前記少なくとも１つの溝のほぞ穴型によって機械的に保持されており、前記外側表面が、長軸が短軸よりも長い長軸および短軸を有する楕円形の平面断面を規定する少なくとも１つの楕円体の形にされた領域をさらに含む、硬いプロテーゼの寛骨臼カップ。
【請求項１３】
前記外側表面が頂端部と縁部を含み、前記リブおよび前記少なくとも１つの溝が前記表面の前記縁部に配置されている請求項１２記載の寛骨臼カップ。
【請求項１４】
前記頂端部および前記縁部が、１つの楕円体の湾曲に適合する請求項１３記載の寛骨臼カップ。
【請求項１５】
前記各リブが、鋭角な傾斜角度で水平基準面から上昇する傾斜表面と向い合って、鋭角な下方への傾きの角度で前記基準面から下降する下降表面とを含む請求項１４記載の寛骨臼カップ。
【請求項１６】
患者の寛骨臼と内部空洞を係合する外側表面を有し、前記内部空洞が鋭角なある角度だけ傾斜した環状壁を含み、前記外側表面が、長軸が短軸よりも長い長軸および短軸を有する楕円形の平面断面を規定する少なくとも１つの楕円体の形にされた領域を含む、硬いシェル部品と、
前記鋭角な角度に対する補角で上方に拡がる外側表面を含み、それによって、ベアリング挿入物の外側表面と前記シェル部品の前記環状壁との間にくさび作用の状態を発生させ、前記内部空洞内に前記ベアリング挿入物を着座させ、前記内部空洞からの前記ベアリング挿入物の移動を防ぐように作用する前記内部空洞内の前記ベアリング挿入物と、
を具備する前記寛骨臼への移植のための寛骨臼カップ・プロテーゼ。
【請求項１７】
複数の固定突出物が、前記シェル部品から前記内部空洞の方へ延在し、前記ベアリング挿入物に係合し、前記シェル部品に相関的な設定回転位置に前記ベアリング挿入物を保持する請求項１６記載の寛骨臼カップ。
【請求項１８】
前記固定突出物が、前記ベアリング挿入物が前記シェル部品の中に組立てられる時に前記ベアリング挿入物に入り込み、且つ係合する請求項１６記載の寛骨臼カップ。
【請求項１９】
前記ベアリング挿入物が前記内部空洞にほぼ適合し、前記ベアリング挿入物が締まり嵌めによって前記内部空洞内に嵌合し、それによって前記ベアリング挿入物と、前記シェル部品との間には当接している表面を横切るほぼ隙間が存在しない請求項１６記載の寛骨臼カップ。
【請求項２０】
少なくとも１つの環状の溝が前記シェル部品内に配置され、前記環状の溝は前記内部空洞に通じており、前記環状の溝は、前記ベアリング挿入物が前記シェル部品内に位置されるときに、前記シェル部品と前記ベアリング挿入物との間に位置されるように結合されることを可能にする請求項１６記載の寛骨臼カップ。
【請求項２１】
前記鋭角な傾斜角度が約１度である請求項１６記載の寛骨臼カップ。
【請求項２２】
複数のネジ穴が前記シェル部品に配置されている請求項１６記載の寛骨臼カップ。
【請求項２３】
縁部の部分に合流する頂部の部分を含む外側表面であり、前記寛骨臼と内部空洞を係合するための前記外側表面を有するシェル部品で、少なくとも前記頂部の部分が、長軸が短軸よりも長い長軸および短軸を含む楕円形の平面断面を有する楕円体を形成する硬い前記シェル部品と、
前記シェル部品およびベアリング挿入物が、前記シェル部品の前記内部空洞からの前記ベアリング挿入物の移動を防ぐために前記内部空洞内にしっかりと着座されるように構成されている外側表面を含む、前記内部空洞内のベアリング挿入物と、
を具備している患者の寛骨臼への移植のための寛骨臼カップ・プロテーゼ。
【請求項２４】
寛骨臼と内部空洞とを係合させるための外側表面を有するシェル部品であり、前記外側表面が縁部の部分に合流する頂部の部分を含み、前記頂部の部分および前記縁部の部分が、長軸が短軸よりも長い長軸および短軸を含む楕円形の平面断面を有する楕円体をそれぞれ形成する、硬い前記シェル部品と、
前記シェル部品およびベアリング挿入物が、前記シェル部品の前記内部空洞からの前記ベアリング挿入物の移動を防ぐために前記内部空洞内にしっかりと着座されるように構成されている外側表面を含む、前記内部空洞内のベアリング挿入物と、
を具備している患者の寛骨臼への移植のための寛骨臼カップ・プロテーゼ。
【請求項２５】
前記頂部の部分の前記長軸および前記短軸が、前記縁部の部分の前記長軸および前記短軸と異なる請求項２４記載の寛骨臼カップ・プロテーゼ。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、股関節全体の置換処置に使用される寛骨臼カップ・プロテーゼに関し、特に、機能を改良した寛骨臼カップおよび関連部材に関する。
従来技術の説明
人間の股関節は、ボールとソケットのジョイントのように機械的な働きをし、大腿骨の球状の頭部が骨盤のソケット型の寛骨臼内に位置されている。股関節全体の置換では、大腿骨の頭部および寛骨臼の表面は、プロテーゼ装置と置換される。股関節全体の置換処置における重大な問題の１つは、移植時およびプロテーゼの全寿命を通しての両方でプロテーゼ装置と患者の骨との間の強力な接着をどの様にして獲得するかである。プロテーゼ装置を患者の骨に固定することの問題は、特に寛骨臼カップ・プロテーゼに関してである。多くの通常の寛骨臼カップは、締まり嵌め、機械的な接合装置および、または骨のセメントのような接着材料のいずれかによって準備された寛骨臼内に固定される半球状のカップである。
寛骨臼内への寛骨臼カップ・プロテーゼの接着に骨のセメントを使用することは、非常に迅速な接着を行えるが、時間が経つと現れる様々な欠点を有する。荷重の応力は、プロテーゼの寿命にわたって寛骨臼カップに繰り返し印加される。骨のセメントが寛骨臼にカップを固定するために使用される場合、骨のセメントは繰り返し荷重によって疲労し破壊する可能性がある。幾つかの例において、骨のセメントの完全性の劣化により、カップはゆるみ、置換を必要とすることになり得る。さらに、患者の寛骨臼内に骨のセメントを適用することにおいて、通常、骨のセメントを固定する点に供給するために固定穴が周りの骨に開けられる。骨のセメントが破壊し、カップが置換されることを要する場合、古い骨のセメントは骨における固定穴から除去されなければならない。このような工程は困難であり、時間がかかり、寛骨臼の周りの健康な骨の組織に危害を加える可能性がある。さらに、通常の骨のセメントは、患者の寛骨臼に入れられてしまった後で硬化される。セメントが寛骨臼内に入れられ硬化される時に化学的発散物が骨のセメントから出る。このような発散物は、何人かの患者に有害な反応を生じさせる可能性があり、股関節置換処置を受ける患者の被る危険を増す。
セメント固定技術の欠点を認識して、即時の安定のために寛骨臼にカップを接合する機械的固定手段、および長期安定な固定のために生物学的に骨と接着される様々な表面処理を使用する従来技術の寛骨臼カップが開発されてきた。寛骨臼カップを機械的に固定する簡単な技術は、捩子即ちネジまたはその他の機械的留め具によって寛骨臼内にカップを付着することである。しかしながら、寛骨臼の周りの骨の性質、および動脈の位置のようなその他の制限因子により、捩子はある限られた領域にのみ適用されることができる。さらに、捩子はカップの補足的な固定および安定化を与えることができるが、カップの形状が準備された寛骨臼の形状に完全に適合していないカップをしっかりと固定するために使用されることができる。
寛骨臼カップを機械的に固定する別の方法は、カップの外側に配置された捩子の使用によるものである。このような実施例においては、カップは、寛骨臼の骨に捩じ込まれ、捩子の歯が骨に食い込み、係合する。寛骨臼カップを患者に移植するこのような方法は、米国特許第4,662,891号明細書、“FIXATION ELEMENTS FOR ARTIFICIAL JOINTS”に例示されている。従来技術の捩子山の付いた外側表面を有する多くのカップは、先の鋭い比較的大きな捩子山を使用している。このような従来技術のカップの欠点は、カップの外側表面と骨との間に生物学的な繋がりがないので、カップに印加される荷重の応力は大部分が捩子に伝達されることである。通常、捩子の外周は鋭くなっているので、大きな応力の集中点が捩子の周辺部における骨に生じる。このような荷重の応力は、骨によって耐えられる応力量を越え、骨の中に有害な反応を生じる可能性があり、幾つかの例においては、カップの移動、ゆるみ、痛み、およびまたは接合の転位による機能不全を生じる。
寛骨臼カップを移植するさらに別の方法は、当初の安定化の手段として締まり嵌めの使用を含む。締まり嵌めを使って移植されるある従来技術の装置は、半球状の外側表面を有するカップを使用する。寛骨臼は所定の大きさまで球状に抉られ、寸法の大きい目の球状のカップが締まり嵌めを提供するために強制的に挿入される。寛骨臼の球状の抉りは、単純さおよび患者から患者へさらに正確に再現される能力のため、他の形状より好まれる。図１ａおよび１ｂを参照すると、従来技術の半球状の寛骨臼カップ110が、準備された寛骨臼112と共に示されている。半球状の寛骨臼カップ110は、既知の曲率半径を有する。寛骨臼112は、カップ110の曲率半径より僅かに小さい曲率半径まで球状に抉られる。したがって、カップ110は、締まり嵌めによって寛骨臼112に移植されることができる。図１ｂにおいて、カップ110が寛骨臼112に押し込まれるとき、寛骨臼112は変形されることが分かる。変形された寛骨臼表面によってカップ110の周辺縁部に印加される力のみが、摩擦によって寛骨臼112内にカップ110を保持するように作用する水平方向の保持分力を有し、締まり嵌めを提供する。図１ｂに見られるように、寛骨臼の変形は、カップの表面領域と寛骨臼の表面領域との間にギャップ113を生ずる。ギャップ113によって取り囲まれているカップ110のこの部分には力は印加されない。しかしながら、カップ110はこの時は最頂端部でギャップの下方の寛骨臼の表面にもう１度係合し、そこではそれによって、カップに伝えられる垂直方向の反作用力は、カップが完全に着座されることを妨げ得る、押し戻す効果を生じようとする。
締まり嵌め移植によって生じるカップと寛骨臼との間の締まりの領域を制御する、従来技術の別の寛骨臼カップが開発されている。図２ａおよび２ｂを参照すると、２つの曲率半径を有する外側表面を有するカップ114が示されている。カップ114の縁部に近接する領域115は、カップ114の頂端部116のものより大きな曲率半径を有する。通常、カップ114は、カップ114の頂端部116にほぼ等しい曲率半径まで抉られている寛骨臼117に挿入される。カップ114が寛骨臼117内に嵌め込まれる時、カップ114の縁部に近接する領域115は寛骨臼117を変位させ、締まり嵌めを生ずる。カップ114による寛骨臼117の変位により、寛骨臼117は最初の球状に抉られた形状から変形される。したがって、抉られた寛骨臼の底部は、カップ114の頂端部116によって接触される時にはもはや球状ではない。図２ｂに見られるように、カップ114の球状に湾曲した頂端部116は寛骨臼117の非球状の底部に完全には適合しない。したがって、カップと骨との間の境界面に沿って隙間118が存在し得る。記載されたような２つの半径を持つ従来技術のカップは、Figgie氏らによる米国特許第4,892,549号明細書、“DUAL-RADIUS ACETABULAR CUP COMPONENT”に例示されている。
図３ａおよび３ｂにおいては、寛骨臼カップ120が球状に湾曲した頂端部121および円筒形の縁部122を有する、別の従来技術の実施例が示されている。縁部122と頂端部121との間の形状における相違は明白であり、段のある外側表面を有するカップ120を提供する。カップ120を受容するため、寛骨臼124は、寛骨臼124がカップ120の段のある外側表面に適切に適応できるように、２つの大きさおよび形状の異なるリーマによって抉られなければならない。必要とされる寛骨臼124の段のある２つの抉り作業は、カップ120を移植するときに要求される複雑さおよび労力を増す。カップ120が抉られた寛骨臼124内に嵌め合わされ時、カップ120の縁部122は、カップ縁部122と寛骨臼124との間に締まり嵌めを生じるように寛骨臼124を転位する。寛骨臼124は、本来、球状になるように抉られる。しかしながら、カップ120の縁部122によって生じる寛骨臼124の転位により、寛骨臼124は最初の球状の形から変形される。したがって、カップ120の球状にされた頂端部121は、寛骨臼124ときっちりとは当らない。隙間125のようなものが、カップ120の頂端部121を横切る様々な位置にカップと骨との境界面に沿って生ずる。上記されたようにカップ形状を持つ従来技術のカップは、Averill氏らによる米国特許第4,704,127号明細書、“DUAL-GEOMETRY ACETABULAR CUP COMPONENT AND METHOD OF IMPLANT”に例示されている。
さらに、ある従来技術の寛骨臼カップが２つの部分の装置として使用者に提供されており、それは内部ベアリング挿入物が医者によって外部シェルに嵌め合わされることも述べられている。２つの部分の装置の使用は、１連の大きさの外部シェルを提供し、続く組立てのために大きさの異なる大腿部の頭部に適応する内部ベアリング挿入物のアレイを提供することを可能にする。さらに、２つの部分の構成は、大腿部の頭部が、シェルの材料に対するものよりも大腿部の頭部への少ない摩擦を提供する材料と接触することを可能にする。このような２つの部分のカップ・プロテーゼは、Goymann氏らによる米国特許第4,795,470号、“TWO-PART COCKET FOR HIP-JOINT PROSTHESIS”によって例示されている。
骨盤置換を受けた患者が手足の運動を実行する時、大腿部のプロテーゼの頭部が変化する方向にカップに力を伝達することと、大腿部のプロテーゼの頸部ネックが移植されたカップの縁部に時折接触し得ることとは分かっている。このような変化する力およびまたは接触の結果として、寛骨臼に相関してカップを移動しようとする力が様々な具合に生じる。上記された２つの部分のカップにおいて、これらと同様の複合力が内部ベアリングに作用し、外部シェルに相関して内部ベアリング挿入物を揺動し、回転し、移動しようとする。十分には固定されていないベアリング挿入物は、ベアリング挿入物と外部シェルとの間で微細運動を生じる。このような微細運動により、ベアリング挿入物の磨滅が生じ、挿入物とシェルとの境界面から完全さがさらに減ずる。シェルからの挿入物の分離を防ぐため、外部シェル内にベアリング挿入物を保持する様々な方法が開発されている。例えば、ある従来技術の装置は、ベアリング挿入物の外側表面に形成される表面をざらざらにされた突出物を有する。表面をざらざらにされた突出物は、外部シェルに相関的なベアリング挿入物の全体的な頂端の整合を確実にするために、外部シェルを通って形成される穴内に嵌め合わされるが、同様の別の商業化された保持方法は、シェルと挿入物との間の微細運動を防がない。このような従来技術のプロテーゼ装置は、Rhenter氏らによる米国特許第4,878,916号明細書、“PROSTHETIC CUP”に例示されている。
シェル部品内にベアリング挿入物を保持する別の一般的な従来技術の方法は、Forte氏による米国特許第5,092,897号明細書、“IMPLANTABLE ACETABULAR PROSTHETIC HIP JOINT WITH UNIVERSAL ADJUSTABILITY”に例示されたように、捩子または他の機械的留め具を使用することによるものである。この構造は寛骨臼内の寛骨臼カップの大きな運動に対する安全性を提供するが、通常、捩子頭とシェルとの境界面、または挿入物とシェルとの境界面に生じる微細運動は防がない。
シェル部品内にベアリング挿入物を保持する別の従来技術の方法は、スナップ嵌め合せ構造を使用することによるものである。このような機構は、シェルから挿入物の分離に対する可能性を様々な程度に対して扱っているが、微細運動および結果的に生ずる摩滅破片の有害な影響は扱ってはいない。
２つの部分の寛骨臼カップは、挿入物の大きさの選択および外部シェル挿入の便宜のための外科手術の時に組立てられることを考えている。外科手術中のこの手による組立は、製造者が部品の長期間の互換性を保証する必要があり、この互換性は全ての組立でなくとも大抵の組立の際に２つの部品間に隙間を生ずる寸法的な公差を導く。これらの設計された隙間は、股関節によって予測可能に経験される複合的なおよび周期的な荷重に晒されるときの挿入物とシェルとの間に存在する免れがたい微細運動の可能性を生ずる。さらに、部品間のこれらの隙間は、体液で満たされ、マイクロ運動から生ずる磨滅破片と混合する空間を構成する。２つの部品にわたって伝達される荷重は周期的であり、方向が様々であるので、ピストンの動きのように空間が開閉して、体液および磨滅破片の混合物が現れる。穴が捩子穴または他の穴の形状でシェルに存在する場合、破片の混じった流体は、シェルと、シェルと骨との間の固定が目論まれている寛骨臼との間の境界面に現れ得る。骨への磨滅破片の射出は、磨滅破片が、カップの緩み、および耐久性のある再構成の可能性が減少する再手術の必要性をもたらし得る骨のリーシスを生ずると考えられるという事実によって好ましくないことは明瞭である。
上述には、締まり嵌めによって移植されることができ、カップの嵌め合いおよび安定性に関する上述された従来の問題の多くを避けることに効果的である改良された寛骨臼カップが記載されている。微細運動とシェル部品とベアリング挿入物との間の隙間の両方をほぼなくす方法で予め組立られている改良されたシェル部品およびベアリング挿入物がさらに記載されている。
発明の概要
本発明は、内部ベアリング挿入物を受容する空洞を含む外部シェル部品から構成される寛骨臼カップ・プロテーゼ、および患者の寛骨臼内に寛骨臼カップを移植する方法である。
寛骨臼カップのシェル部品は、患者の寛骨臼内に移植される外側表面を有する。外部表面は複数の部分から成り、全ての表面の部分は１つ以上の楕円体の湾曲に従っている。患者の寛骨臼内にシェル部品を移植するため、寛骨臼は、シェル部品の外側表面によって取り囲まれる容積より僅かに小さい容積を画定するように球状に抉られる。シェル部品が球状に抉られた寛骨臼に挿入されるとき、寛骨臼はほぼ１つの楕円体と同じ形に変形する。したがって、シェル部品が患者の寛骨臼に挿入されるとき、寛骨臼の形状は、寛骨臼の壁がその形状に沿って全ての外側表面にほぼ接触し同時に締まる力が周囲の縁部部分にのみ生じるように、シェル部品の外形に適応するように変形される。
環状の固定リブおよび固定溝は、縁部に隣接した領域におけるシェル部品の外側表面上に形成される。固定リブは、シェル部品が患者に移植されるときに、寛骨臼を形成し、取り囲む骨と入れ代る。固定リブは、骨と機械的に係合して寛骨臼にシェル部品を接合する。固定溝は、通常上方に収斂している側壁を有し、従ってダブテール型即ちほぞ穴型の断面プロフィルを有する。シェル部品が寛骨臼に移植されると、骨は固定溝中へ成長する。固定溝のダブテール型により、中に成長した骨およびシェル部品が寸法的に互いに嵌まり込むようになる。シェル部品が寛骨臼に接合し、締まり嵌めおよび固定リブの存在によって生じられる機械的な力は、寛骨臼内の設定位置にシェル部品を保持し、プロテーゼのシェル部品を転置するために即時および長期で作用する様々な力に耐える。長期にわたって、固定リブ間に配置される溝は、骨がその間に成長することを可能にすることによって寛骨臼に相関的なシェル部品の転移を阻止する。
ベアリング挿入物は、締まり嵌めによってカップのシェル部品の受容空洞内に保持される。ベアリング挿入物の形状は、シェル部品内に形成される空洞の形状に対応する。締まり嵌めの生成は、当接しているシェル部品とベアリング挿入物の様々な表面を横切る、シェル部品とベアリング挿入物との間の隙間をほぼ除去する。ベアリング挿入物およびシェル部品は、ベアリング挿入物とシェル部品との間にくさび作用の状態を生ずる向い合って傾斜した表面を含む。くさび作用の状態は、シェル部品内にベアリング挿入物を着座させるように作用し、ベアリング挿入物のピストン的動きの可能性およびシェル部品からのベアリング挿入物の移動を防ぐ。
【図面の簡単な説明】
図１ａおよび１ｂは、従来技術の球状に抉られた寛骨臼と共に半球状の寛骨臼カップを示し、
図２ａおよび２ｂは、従来技術の球状に抉られた寛骨臼と共に段のある外面を有する２つの半径の寛骨臼カップを示す。
図３ａおよび３ｂは、従来技術の別の形と大きさのリーマによって抉られる寛骨臼と共に段のある外面を有する寛骨臼カップを示し、
図４は、本発明のシェル部品の好ましい１実施例の部分断面図であり、
図５ａおよび５ｂは、図４の拡大された部分を示し、
図６ａおよび６ｂは、本発明のシェル部品の２つの別の実施例の部分を示し、
図７は、本発明のベアリング挿入部品の好ましい１実施例の部分断面図であり、
図８は、図７のベアリング挿入物が図４のシェル部品に挿入されている本発明の好ましい１実施例の断面図であり、
図９は、本発明の寛骨臼カップ・プロテーゼの挿入前の患者の準備された寛骨臼の選択的な断面図であり、
図１０は、図９の準備された寛骨臼に挿入された本発明の寛骨臼カップ・プロテーゼの選択的な断面図であり、
図１１は、本発明のシェル部品の別の実施例の断面図であり、
図１２は、図１１のシェル部品の底面図であり、
図１３は、準備された寛骨臼に挿入された本発明の寛骨臼カップ・プロテーゼの実施例の選択的な断面図である。
本発明を実行するための最良の実施態様
図４においては、本発明の寛骨臼カップ・プロテーゼのシェル部品の１つの好ましい実施例の部分断面図が示されている。シェル部品10の外側表面は輪郭付けをされており、頂端部12、縁部14および小さなベース部16から構成されている。頂端部12の表面湾曲は、ほぼ楕円曲線Ｅ１に従う断面の表面湾曲を有する楕円体である。楕円曲線Ｅ１の短軸は、紙面上で中央の軸線18に沿って決定され、一方楕円曲線Ｅ１の長軸は中央の軸線18に垂直に決定される。シェル部品10の好ましい実施例において、楕円曲線Ｅ１の長軸は、シェル部品10が移植される寛骨臼の大きさに依存して、楕円曲線Ｅ１の短軸より０．５乃至４．０ミリメートル大きい。
引き続き図４を参照すると、複数の固定リブ20はシェル部品10の縁部14に沿って配置されていることが認められる。固定リブ20は、平行に配列され、シェル部品10の中央軸18を取り巻いて同軸に位置される。さらに、遷移リブ21はシェル部品10の縁部14の上部に配置される。遷移リブ21も、固定リブ20と平行に配列され、シェル部品10の中央軸18を取り巻いて同軸に位置される。
図５ａにさらに明瞭に示されるように、各固定リブ20は、第１および第２の上方に拡がる各側壁表面22および24を含むほぼダブテール型の断面形状を具備し得る。図示された実施例において、各固定リブ20の第１の表面22は、予め定められた傾斜角度Ａだけ水平より上に傾斜される。この様にして各固定リブ20の第１の表面22は、他の全ての固定リブ20の対応する第１の表面に平行である。各固定リブ20の各第１の表面22の傾斜角度Ａは０°乃至９０°の如何なる角度ででもあり得るが、好ましい実施例における傾斜角度Ａは約３０°である。
各固定リブ20の第２の表面24は、予め定められた下方への傾きの角度Ｂだけ水平より下に傾斜する下降表面24を有する。それ故、各第２の表面24は他の全ての固定リブ20の対応する第２の表面に平行である。各第２の表面24の下方への傾きの角度Ｂは０°乃至９０°の如何なる角度ででもあり得るが、好ましい実施例における下方への傾きの角度Ｂは約５°である。
遷移リブ21は各固定リブ20の第２の表面24に平行である下降表面25を有し、同じ下方への傾きの角度Ｂを共有する。遷移リブ21は、遷移点Ｔでシェル部品10の頂端部12の楕円曲面と交わる線形の上部表面27を有する。線形の上部表面27は、傾斜角度Ｃだけ遷移点Ｔを通過する水平面より下に傾斜する。下方への傾きの角度Ｃは如何なる鋭角ででもあり得るが、好ましい実施例における下方への傾きの角度Ｃは約４５°である。
遷移リブ21および固定リブ20は全て平行な平面に配置されるので、溝34は、遷移リブ21と次の隣接する固定リブ20との間、および各固定リブ20間に存在する。図示された実施例において、各溝34は遷移リブ21の下降表面25または固定リブ20の第２の表面24によって第１の側部を規定される。各溝34の反対側の側部は、隣接する固定リブ20の第１の表面22によって規定される。結果として、各溝34は、ダブテール型の断面の輪郭を有する各溝34を提供するように作用する上方に広がる側壁によって規定される。
図５ｂにさらに明瞭に示されるように、固定リブ20は、各リブ20の外側表面23が楕円曲線Ｅ１を越えて同心に配置されるように楕円曲線Ｅ１をまたぐことが好ましい。同様に、各溝34のベース表面37は楕円曲線Ｅ１より内側で同心に配置される。勿論、代りに、リブ外側表面23および溝ベース表面37は、楕円曲線Ｅ１によって規定される軸と異なる長軸および短軸を有する第２の楕円曲線（図示されていない）の上および下に延在するようにそれぞれ輪郭を有することができる。
製造の平易さのため、各溝34のベース37は平らで、ほぼ楕円曲線Ｅ１に近似させられることができることは容易に理解される。後に説明されるように、固定リング20の形状および溝34のダブテール形状は、骨が溝34の中に成長することを可能にし、中に成長した骨がシェル部品10に機械的に係合することを可能にする。
再び図４を参照すると、シェル部品10のベース部16は、面取りされた縁部52まで最下部の固定リブ20の第２の表面24の下に延在する楕円上にほぼ垂直な表面50を含むことが分かる。面取りされた縁部52は、シェル部品10の水平なベース表面54にほぼ垂直な表面50を接合する。
シェル部品10内の空洞の内側表面を見ると、内側表面の頂部の部分38が平坦であることが分かる。平坦な頂部の部分38から下は、球面半径Ｒを有する球状に湾曲した表面40である。球状に湾曲した表面40の底部は、シェル部品10に形成される環状の溝42で終端する。環状の溝42の下には、傾斜した係合壁44が下に下がっている。傾斜した係合壁44の面は、予め定められた角度Ｄだけ垂線から僅かに角度が付けられる。それでシェル中軸18から傾斜した係合壁44までの距離が、傾斜係合壁44が環状の溝42に近付くにつれて増加することは理解されるであろう。予め定められた角度Ｄは如何なる小さな鋭角ででもあり得るが、好ましい実施例における予め定められた角度Ｄは垂線から約１°であるべきである。垂直な壁48は、傾斜した係合壁44の底部から下に下がる。垂直な壁48は、中央軸18に平行であり、傾斜した係合壁44によって構成される垂線からの僅かな傾斜をも示さない。固定突出物62は、シェル部品10のベース表面54の近くの垂直な壁48の底部から内方に延在する。各固定突出物62は、垂直な壁48から水平に内方に延在する平坦な上部表面64を有する。各固定突出物62の表面は、垂直な壁48の底部に存在し、シェル部品10のベース表面54に垂直な壁48を接合する斜角部と整合するように傾斜される。
図４，５ａおよび５ｂに示された実施例において、シェル部品10は４つの固定リブ20および１つの遷移リブ21を有する。しかしながら、どんな複数の固定リブ20もがシェル部品10の大きさと、シェル部品10が挿入される寛骨臼の大きさおよび状態に依存して使用されることができることは、理解されるであろう。図４において、シェル部品10は直径ＢＤのベースを有すると示されている。好ましい実施例において、シェル部品10は遷移リブ21に加えて図示された４つの固定リブ20を有し、さらにベース直径ＢＤが５４乃至６４ミリメートルを有する。図６ａを参照すると、シェル部品11の断面部分は、単一の遷移リブ21に加えて５つの固定リブ20を有すると示されている。５つの各固定リブ20は前に記載されたのと同じ通常の方位のような同じ上方に上がる表面22および下に下がる表面24を有する。第５の固定リブの付加は、大きなシェル部品において好ましい。例えば、６６乃至７０ミリメートルのベース直径ＢＤを有するシェル部品に対しては遷移リブ21に加えて図５の４つの固定リブの設計を越えて図示された第５の固定リブの使用が好ましい。同様に、小さなシェル部品が必要とされる場合、より少ない固定リブが必要とされる。図６ｂを参照すると、シェル部品13の断面部分は、単一の遷移リブ21に加えて３つの固定リブ20を有することが示されている。固定リブ20は、前に記載されたのと同じ通常の形状を有するが、シェル部品13の大きさに依存して比例して小さくすることができる。遷移リブ21に加えて３つの固定リブ30の使用は、４０乃至５２ミリメートルのベース直径ＢＤを有するシェル部品13で使用されることが好ましい。
図７において、プラスチックベアリング挿入物70の１つの好ましい実施例が示されており、これは前述された金属シェル部品内に適合するように形成されている。ベアリング挿入物70の上部表面72は平坦であり、前述されたシェル部品の内部の平坦な頂部に対応する寸法の領域を有する。球状に湾曲した部分74は、平坦な上部72から下に下がり、半径Ｒ２を有する。湾曲した部分74の半径Ｒ２は、シェル部品内の内側表面の半径にほぼ等しい。球状に湾曲した部分74の底部は、下に下がり傾斜した表面76で終端する。傾斜した表面76は、垂線から僅かに傾いている、つまり傾斜角度Ｅだけ垂線からずれて設定される。これでベアリング挿入物の中央軸77から傾斜した表面76までの距離は、傾斜した表面76が球状に湾曲した部分74に近付くに連れて増加することは理解されるであろう。
垂直な表面78は、傾斜した表面76の底部から下方に延在する。垂直な表面78は、ベアリング挿入物の中央軸77に平行であり、傾斜した表面76によって具現される垂線からの僅かな傾斜も共有しない。シェル部品内でのベアリング挿入物のピストン的動きを防ぐため、シェル部品空洞の公称の内部直径または別の横断直径は、室温でのベアリング挿入物の公称の外部直径または別の横断直径より僅かに小さいように選択される。勿論、個々の公差は、各部品の製造に使用される材料の熱膨脹特性に依存する。挿入物は、十分に弾力性のあるプラスチック材料で構成される場合、シェル部品中に直接圧入されることができる。勿論、このような圧入組立は、必要とされる押し付ける力を働かせることができる機械的装置を使用する製造環境においてのみ実行されることができる。それ故、ベアリング挿入物70が非製造環境においてシェル部品10の空洞に挿入され得るかを考慮する前に、ベアリング挿入物の最大の断面領域はこのような装置なしに空洞中に入れられるように十分に小さくされなければならない。このため、ベアリング挿入物70は、挿入前にベアリング挿入物70とシェル部品10との間に温度差をつけることによってシェル部品10内に冷間挿入されることが好ましい。十分に冷却されると、ベアリング挿入物70は、妨害なしにシェル部品10に挿入されることができる。
ベアリング挿入物70とシェル部品10との間の温度差は、挿入物が十分にその中に位置されるまでシェル部品10から内側に延在する固定突出物62とベアリング挿入物70との相互作用を遅延させる。さらに、冷却することは、傾斜した表面76の最上部分の近くに形成されるベアリング挿入物70の最も広い部分が、傾斜した表面44の最下部分の近くに形成される空洞の最も狭い部分を通ることを可能にする。ベアリング挿入物70と寛骨臼カップ10との間の温度の平衡が設定されると、締まり嵌めが当接している全ての表面の全域で生じる。さらに、共通温度に到達し、締まりが生じると、固定突出物62は、ベアリング挿入物70の材料にそれら自身を埋め込み、シェル部品10に対してベアリング挿入物10の設定位置への固定を強める。
傾斜した表面76の傾斜角度Ｅは、シェル内で、挿入物70を底に着けて保持しピストン的動きを防ぐことによってシェル部品10の保持能力を高めるように選択される。好ましい実施例において、傾斜角度Ｅは、シェル部品10の内側表面の傾斜した係合壁44の傾斜角度Ｄ（図４および５ａ参照）にほぼ相補的である。好ましい傾斜角度Ｅは約１度である。
シェル部品10の傾斜した係合壁とベアリング挿入物70の傾斜した表面76との間の前述した関係のため、ベアリング挿入物70がシェル部品10の空洞内に容易に位置される（またはありうる場合として空洞から取り出される）ことはできないことは容易に理解される。
半径Ｒ３を有する球状の空洞82は、ベアリング挿入物70内に形成されている。球状の空洞82は、ずれの角Ｆまでベアリング挿入物70の中央軸からずらされる。短い円筒型の壁部84が球状の空洞82のベースから下方に延在する。傾斜表面88は、ベアリング挿入物70のベース表面87と交わって形成され、空洞82につながる。傾斜の付いた表面88は、好ましい実施例においては約３５度である傾斜角度Ｇを有する。
図８を参照すると、前に図７で示されたベアリング挿入物70は、前に図４で示されたシェル部品10に接合され示されている。室温では、ベアリング挿入物70の外部表面は、シェル部品10の内側表面とほぼ合致する。これでベアリング挿入物70の平坦な上部の部分72は、シェル部品10内の平坦な頂部の部分32に対してきっちりと当たる。同様に、ベアリング挿入物70の球状に湾曲した部分74は、シェル部品10内の球状に湾曲した表面40と合致する。ベアリング挿入物70の傾斜した表面76は、シェル部品10の傾斜した係合壁44に対して整列する。傾斜した表面76および傾斜した係合壁44の両方は同じ傾斜角度だけ垂線から傾いているので、両表面は、それらの各長さの全域で互いにきっちりと当たる。さらに、ベアリング挿入物70の垂直な表面78は、シェル部品10の垂直な壁48に対して整列する。したがって、ベアリング挿入物70の外側およびシェル部品10の内側は、環状の溝42の部分を除いて全域で接触しており、その目的は後に説明される。ベアリング挿入物70とシェル部品10との間の締まりはベアリング挿入物70とシェル部品10との間の空隙をほぼ除去し、それによって締まり嵌めは、ベアリング挿入物70とシェル部品10との間に存在する如何なる公差の変化をも補償する。
ベアリング挿入物70とシェル部品10との間の締まり嵌めは、傾斜した係合壁44の同様に傾斜した表面76との当接部全域に延在する。傾斜した係合壁44と傾斜した表面76の両方は同じ量だけ垂線から逸れているので、シェル部品10内へのベアリング挿入物70の着座を保持し、シェル部品10内へのベアリング挿入物70のピストン的動きを阻止してそこからの移動を防ぐくさび作用が生じる。
人間がある運動をする時、ななめの荷重が移植された寛骨臼カップで経験され得る。このようなずれの荷重は、ベアリング挿入物70を取り巻いているシェル部品10に相関的に動かそうとする。図８を参照すると、矢印97，98の方向へ、または矢印99で示されたような中央軸77を中心とするエアリング挿入物70の回転運動が多数の部品によって阻止されていることが分かる。先ず、ベアリング挿入物70の材料に食い込む固定突出物62の存在は、如何なるこのような回転も阻止する。さらに、両表面の僅かな傾斜によって結果的に生じられるくさび作用によって強められる、ベアリング挿入物70の傾斜した表面76とシェル部品10の傾斜した壁44との間の締まり嵌めは、表面78および48間の締まり嵌めと共に働いて、如何なるこのような回転も阻止する。
前述されたように、シェル部品10へのベアリング挿入物70の取り付けは、セメントと使用せずに行われる。さらに、ベアリング挿入物70からの何等かの磨滅破片がシェル部品10を通り抜けることを可能にし、骨の再生を妨げまたはリーシスの原因となる、シェル部品10の捩子穴或いは他の穴は全くない。大腿部の頭部の位置異常または磨滅などのようなある実例では、寛骨臼プロテーゼ100のベアリング挿入物70は置換を必要とする。外科医は工場で使用される冷間組立の技術をうまく使用できないので、本発明のシェル部品10は、その内側表面の傾斜した係合壁44上の環状の溝42を具備する。このような配置における環状の溝42によって、セメントは保持されるシェル部品10とゆとりのある組立のために設計された新しいベアリング挿入物の環状の溝42の部分との間に付加されることができる。
図９を参照して、患者の寛骨臼の空洞102へ本発明の寛骨臼カップ100を移植する工程が説明され得る。図９において、病気にかかったまたは損傷を受けた寛骨臼102の領域における患者の骨盤の断面図が示されている。寛骨臼102は、半径Ｒ４を有する球形に抉られる。寛骨臼102の球状の抉りは、良く行われる技術であり、通常球状表面の回転リーマで行われる。抉られた寛骨臼102の開口部で横方向に測定された最大の断面積は、移植されるシェル部品10の（ベース16で横に測定されたときの）最大の断面積より小さい。
図１０を参照すると、本発明の寛骨臼カップ・プロテーゼ100は、球状に抉られた寛骨臼102に挿入されている。寛骨臼カップ100は、力Ｆによって寛骨臼カップ100に強い衝撃を与えることによって寛骨臼102に嵌め込まれる。プラスチックベアリング挿入物70は金属シェル部品10より柔らかい材料で作られているので、寛骨臼102に寛骨臼カップ100を嵌め込むために必要とされる力Ｆは、ベアリング挿入物70を変形させないようにシェル部品10のベース表面54に加えられることが好ましい。寛骨臼カップ100が寛骨臼102に嵌め込まれると、シェル部品10の外側の固定リブ20は、色々な程度に寛骨臼102の縁部103の部分の骨に入り込む。骨の局部的なへこみおよび骨を削り取ることによる固定リブの意図した程度の入り込みは、公称の楕円Ｅ１上の骨の元の表面で起こる。様々な固定リブ20の上昇表面22の角度は、隣接した固定リブ20間のダブテール型の溝34の中に骨を指向させる。移植中に受ける固定リブ20の削り作用による破片は溝34の中に向けられ、これは寛骨臼102内への寛骨臼カップ100のさらなる前進を妨害しない。溝34は、溝34内へ骨が偶発的に内に伸びることを可能にするには十分に広い。それ故、溝34は図１０において骨で完全に満たされているが、このような完全に内方に成長することは長期間にわたってのみ行われることと、移植直後は溝内の骨の材料は前述された破片のみであることとは容易に認識されるであろう。
移植に先立って球状に抉られた寛骨臼102の最大の横方向の断面積は、挿入されるシェル部品10の断面積より小さい。さらに、抉られた寛骨臼102の中心で測定された厚さは、（外側表面までシェル部品の単軸に沿って測定された）最頂端部でのシェル部品10の厚さより厚い。シェル部品10が寛骨臼102中に嵌め込まれるとき、寛骨臼102の周辺の縁部は拡げられる。
所望の締まり嵌めを生じるための最大の力が生成される所は周辺の縁部であることは当業者に容易に認識されるべきである。しかしながら、図１ｂに最も明瞭に示されるように、通常の寛骨臼カップの半球状の形は締まり嵌めを生成するために周辺縁部で生成される力を利用する一方で、周辺部分に近い部分および頂端部において排出する力の生成も起こる。本発明の発明者は、寛骨臼でのこれらの排出する力の生成が、縁部の変形に付随する頂端部分における骨の対応した変形から付随的に起こることを述べている。特に、寛骨臼102の湾曲は、半球状の湾曲から楕円体の湾曲に変化する。
通常、移植されたシェル部品10の楕円体の湾曲は、各部分で寛骨臼102の湾曲に適合する。結果として、シェル部品の頂端表面と寛骨臼の頂端表面との間の中間面には殆どまたは全く排出する力が生成されない。しかも、シェル部品の同じ楕円体の湾曲は、所望の締まり嵌めを生じるために必要とされるシェル部品10の縁部14と寛骨臼の縁部周辺との間に力の相互作用をうまい具合に提供する。
上述されたように、寛骨臼102とシェル部品10の両者は一致している楕円形であるので、寛骨臼102は、締まり嵌めによって生じられる力のみがシェル部品10の縁部14にのみに存在し、寛骨臼102内にシェル部品10を保持するように作用するため、それに排出する力を印加することなしに頂端部12にわたってシェル部品10と係合する。
本発明の寛骨臼カップ100によって得られる別の利点は、シェル部品10の大きい目の主直径の楕円形状まで拡張するために寛骨臼空洞102の周辺を押すことによって、斜めの荷重に対するシェル部品10の移動への抵抗が増加されることである。シェル部品10および寛骨臼空洞102は両方とも球状ではないので、シェル部品10は寛骨臼空洞102内で回転するようなことは殆どなく、従って、斜めの荷重によって生じる移動に対して大きな抵抗を与える。
さらに、シェル部品10の挿入による寛骨臼102の伸張は、骨が球状に抉られた形に戻ろうとする時に、シェル部品10にバイアスされるようになる。骨のバイアスにより、骨はシェル部品10上の固定リブ20を押し、それによって骨の中に固定リブ20を嵌め込み、骨は各固定リブ20間におけるダブテール型の溝34にバイアスされるようになる。さらに、溝34の大きさは、骨が偶発的に内方に伸びることを可能にする。骨が溝34内に成長するとき、溝34のダブテール型は、内方に伸びた骨が固定リブ20間から引き抜かれることを防ぐ。骨内に固定リブ20のあること、およびダブテール型の溝34内に成長した骨のあることは、骨へシェル部品10を繋ぎ、それによって斜めの荷重によってまたは接合部を横切って直角に伝達される大きさが変わりやすく方向が変わりやすい力によって生じられるシェル部品10の如何なる移動にも抵抗する。
図１１および１２を参照すると、シェル部品80の別の実施例が示されている。示された実施例は、複数の捩子穴81がシェル部品80を通して配置されていることを除いて、図４と関連して前述された実施例と同じ形状を有する。捩子穴81は、シェル部品80の縁部14およびベース部16を通して延在する。捩子穴81は、シェル部品80の頂端部12を横切らず、頂端部12は中実体の楕円体の表面を保持する。シェル部品80の内側は、捩子穴81があっても影響を受けない。結果として、シェル部品80の内側表面は前述したものと同じであり、シェル部品80は前述した方法と同じ方法でベアリング挿入物に係合する。捩子穴81はシェル部品80の内側表面を横切らないので、捩子穴81が磨耗の破片のシェル／挿入物の境界面からシェル部品80の外側への移動のための手段を提供することはない。したがって、捩子穴81の存在により、シェル部品から磨耗の破片がこぼれる機会、およびリーシスまたはそれと反対の効果を生じる機会は増えない。
捩子穴81は、シェル部品80の周りに対称的に配置される。６個の捩子穴81が示されているが、任意の数の捩子穴81が存在可能であり、各捩子穴81間の間隔が捩子穴の数に依存していることは理解されるであろう。捩子穴81は、シェル部品80のベース表面52に沿って創られる。各捩子穴81は、捩子穴81内に位置された捩子がシェル部品80のベース表面52と同じ高さに位置することを可能にする傾斜したさら穴部分82を含む。
図１３を参照すると、図１１および１２のシェル部品80は、ベアリング挿入物70に組み合わせられ、準備された寛骨臼102内に位置されている。シェル部品80は、初めは前述された方法で寛骨臼102中に挿入され、シェル部品80は衝画を加えられ寛骨臼102に嵌め込まれる。適所に嵌め込まれると、寛骨臼102はシェル部品80の形状に適合する形状に変形される。したがって、理想的な環境下では、シェル部品80と寛骨臼102との間にほぼギャップを生じない。そして捩子85は、捩子穴81の幾つかを通って入れられ、シェル部品80を寛骨臼102に固定することを助成する。
複数の捩子穴81は、シェル部品80上に対称的に配置される。しかしながら、シェル部品80が患者の寛骨臼102に嵌め込まれるとき、幾つかの捩子穴81のみが捩子85を安全に保持することができる骨の部分と整列する。このため捩子85は、幾つかの捩子穴81を通してのみ配置され、他の捩子穴81は空のままにおかれる。シェル部品81にある捩子穴81の数が増加するに従って、多数の捩子穴81が捩子85を安全に保持できる骨の上に整列する可能性は増す。空の捩子穴81は、寛骨臼102の骨に晒されている。したがって、骨は空の捩子穴81中に成長することができ、適所にシェル部品80を保持する助けをする。
ここに記載された寛骨臼プロテーゼは単なる実施例であり、当業者が、記載された部品と機能的に同等の部品を使用する記載の実施例に多くの変化および変更を行うことができることは理解されているであろう。さらに、シェル部品の固定リブの数や、シェル部品またはベアリング挿入物の寸法における変化のような明瞭な変更も行われ得る。このような全ての変化および変更は、特許請求の範囲によって定義されたような本発明の範囲に含まれる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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