人工関節用コンポーネント
【課題】ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことを容易とし、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現する。
【解決手段】ステム部１２の側面には、その表面１２ａに対して内側に凹み、先端側から連結部側にかけてステム部１２の軸方向に沿って延びる溝１３が少なくとも２本設けられる。溝１３は、ステム部１２の軸中心Ｐを中心とする周方向において軸中心Ｐに対して均等角度となる位置に配置される。溝１３のそれぞれは、ステム部１２の軸方向に対して垂直な断面における表面１２ａに対する凹み領域である溝断面の断面積が、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように、形成されている。
【解決手段】ステム部１２の側面には、その表面１２ａに対して内側に凹み、先端側から連結部側にかけてステム部１２の軸方向に沿って延びる溝１３が少なくとも２本設けられる。溝１３は、ステム部１２の軸中心Ｐを中心とする周方向において軸中心Ｐに対して均等角度となる位置に配置される。溝１３のそれぞれは、ステム部１２の軸方向に対して垂直な断面における表面１２ａに対する凹み領域である溝断面の断面積が、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように、形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、股関節、膝関節、肘関節、肩関節、指関節、足関節等の関節に異常が認められた患者に対して、人工股関節、人工膝関節、人工肘関節、人工肩関節、人工指関節、人工足関節等の人工関節が適用される手術が行われている。そして、上述したような人工関節においては、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントが用いられる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１においては、上述した人工関節用コンポーネントとして、人工股関節において用いられる人工股関節用大腿骨コンポーネントが開示されている。この特許文献１の人工関節用コンポーネントは、先端側が大腿骨に挿入されて骨セメントを用いてあるいは用いずに固定されるとともに、骨盤の寛骨臼側に配置されてボール状に形成された骨頭ボール部材として設けられた他のコンポーネントに連結するように構成されている。そして、特許文献１に開示されたような人工関節用コンポーネントには、他のコンポーネントに連結される連結部と、この連結部と一体に形成されるステム部とが備えられている。ステム部は、連結部側とは反対側の先端側において骨の髄腔部に挿入されて固定される軸状の部分として形成されている。尚、特許文献１に開示された人工関節用コンポーネントにおいては、ステム部の側面における中途部分に、このステム部の曲げ剛性を調整するために部分的に切り欠かれるように凹み形成された溝が１つ形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平８−５０３８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたような人工関節用コンポーネントのステム部が骨の髄腔部へ挿入されて骨セメントにより固定される場合、まず、髄腔部に骨セメントが充填される。そして、手術を行う術者は、ステム部の先端側を髄腔部に挿入する。このとき、術者は、挿入されるステム部によって押しのけられる体積相当分の骨セメントを髄腔部から流出させながら、ステム部の先端側を髄腔部に挿入することになる。
【０００６】
骨セメントによる人工関節用コンポーネントの固定状態を強固に安定して固定された良好な状態にするためには、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが望ましい。しかしながら、骨セメントが充填された髄腔部において、挿入されるステム部が到達していない奥側の領域では骨セメントの圧力が相当に高くなるが、ステム部の側面と髄腔部との間で骨セメントが流動する領域では、骨セメントの流動の際における流動抵抗の増大によって骨セメントの圧力が大幅に低下することになる。このため、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが難しく、骨セメントによる固定を良好な状態にすることが困難となる。とくに、ステム部が円柱状の部分として形成さ
れ、ステム部の側面と髄腔部との間で骨セメントが流動する流路面積が略一定の場合、この傾向が顕著となり易い。
【０００７】
尚、特許文献１に開示された人工関節用コンポーネントの場合、前述のように、ステム部の側面における中途部分に、曲げ剛性調整用に部分的に凹み形成された溝が１つ形成されている。この場合、ステム部の側面の１箇所に部分的に設けられた溝の側方の領域では、骨セメントの流動の際の流動抵抗が低下することになる。しかし、ステム部の側面の周囲における他の領域では、骨セメントの流動の際の流動抵抗は増大するため、骨セメントの圧力低下が生じることになる。このため、前記と同様に、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが難しく、骨セメントによる固定を良好な状態にすることが困難となる。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる人工関節用コンポーネント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】
【０００９】
上記目的を達成するための第１発明に係る人工関節用コンポーネントは、人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントであって、人工関節における他のコンポーネントに連結される連結部と、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定される軸状の部分として形成されるとともに、先端側とは反対側の端部において、前記連結部と一体に形成され又は前記連結部が固定されるステム部と、を備えている。そして、第１発明に係る人工関節用コンポーネントは、前記ステム部の側面には、その側面の表面に対して内側に凹むように形成されるとともに、先端側から前記連結部に連なる連結部側にかけて当該ステム部の軸方向に沿って延びるように形成された溝が少なくとも２本設けられ、前記溝は、前記ステム部の軸中心を中心とする周方向において当該軸中心に対して均等角度となる位置に配置され、前記溝のそれぞれは、前記ステム部の軸方向に対して垂直な断面における前記側面の表面に対する凹み領域である溝断面の断面積が、前記ステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように、形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によると、術者がステム部の先端側を骨の髄腔部に挿入すると、ステム部の挿入に伴って押しのけられる骨セメントは、ステム部の側面と髄腔部との間で流動するとともに、ステム部において軸方向に沿って形成された溝内も通過しながら流動する。そして、これらの溝は、その溝断面の断面積がステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように形成されている。このため、ステム部の先端側の側方の領域では、骨セメントが流動する流路面積が大きくなり、骨セメントの流速が小さくなって剪断速度も小さくなり、これにより、骨セメントの流動の際における流動抵抗が小さくなる。一方、ステム部の連結部側の側方の領域では、上記とは逆に、骨セメントが流動する流路面積が小さくなり、骨セメントの流速が大きくなって剪断速度も大きくなり、これにより、骨セメントの流動の際における流動抵抗が大きくなる。このため、挿入されるステム部が到達しておらず骨セメントの圧力の高い奥側の領域に近いステム部の先端側の側方の領域において骨セメントの圧力を低下させ、ステム部の連結部側にかけてその側方の領域において徐々に骨セメントの圧力を上昇させることができる。よって、ステム部の側面と髄腔部との間の領域において、ステム部の先端側から連結部側にかけて全体に亘って効率よく圧力を分散させて作用させることができる。
【００１１】
また、本発明によると、上述した溝によって、挿入されるステム部が到達していない奥側の領域やステム部の先端側の領域での骨セメントの圧力を低下させ、これらの領域での従来のような圧力の増大を抑制できる。これにより、上記の領域において、骨セメントの流動抵抗の積算量、即ち、人工関節用コンポーネントを髄腔部の骨セメント内に挿入する際の抵抗である挿入抵抗を小さくすることができる。そして、上記の領域での骨セメントの流動抵抗による挿入抵抗を小さくする一方で、前述のように、ステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に骨セメントの流動抵抗を増大させて効率よく圧力を分散することができる。このため、挿入抵抗の総量が増大してしまうことを抑制しつつ、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままで容易にステム部を髄腔部へ挿入していくことができる。これにより、骨セメントによる固定状態を強固に安定して固定された良好な状態にすることができる。従来であれば、ステム部が到達していない奥側の領域やステム部の先端側の領域での挿入抵抗が大きすぎるため、髄腔部に充填した骨セメントの粘度の高さが十分な水準まで上昇するのを待って挿入作業を行うことが難しいという問題があった。しかしながら、上述のように、挿入抵抗の総量が増大してしまうことを抑制しつつ、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままで容易にステム部を髄腔部へ挿入していくことができるため、十分な高さの水準の粘度に達するまで待ってから挿入作業を行うことができる。
【００１２】
また、ステム部の溝は、少なくとも２本設けられ、これらは、ステム部の軸中心に対してその周方向で均等角度の位置に配置されている。このため、ステム部の髄腔部への挿入の際に、ステム部の側面に対して作用する骨セメントの圧力が、周方向において偏って作用してしまうことが抑制される。これにより、安定した姿勢を保ったまま、髄腔部の深さ方向に対して真っ直ぐにステム部を挿入する作業を容易に行うことができる。また、ステム部が髄腔部に挿入されて固定された後は、複数の溝に入り込んで固まった骨セメントによって人工関節用コンポーネントが骨に対して固定されることになる。このため、骨内で人工関節用コンポーネントが回旋方向に変位してしまうことも抑制でき、人工関節用コンポーネントの回旋方向の固定性も向上させることができる。尚、単に、人工関節用コンポーネントの回旋方向の固定性の向上を目的として、ステム部に本発明とは異なる構成の溝を形成することもできる。しかし、この場合は、従来と同様に、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことは難しく、骨セメントによる固定を良好な状態にすることが困難である。
【００１３】
従って、本発明によると、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる人工関節用コンポーネントを提供することができる。
【００１４】
第２発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明の人工関節用コンポーネントにおいて、前記溝のそれぞれは、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、溝深さが徐々に浅くなるように形成されることで、前記溝断面の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、溝深さをステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に浅くすることで、溝断面の断面積を徐々に減少させる溝形状を容易に形成することができる。また、溝深さの勾配を調整することで、ステム部の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメントからの圧力の分布を容易に所望の分布となるように調整することができる。
【００１６】
第３発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明又は第２発明の人工関節用コンポーネントにおいて、前記溝のそれぞれは、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、溝幅が徐々に狭くなるように形成されることで、前記溝断面の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この発明によると、溝幅をステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に狭くすることで、溝断面の断面積を徐々に減少させる溝形状を容易に形成することができる。また、溝幅寸法の変化の傾きを調整することで、ステム部の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメントからの圧力の分布を容易に所望の分布となるように調整することができる。
【００１８】
第４発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明乃至第３発明のいずれかの人工関節用コンポーネントにおいて、前記ステム部の軸方向に対して垂直な断面における前記溝の形状は、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成されていることを特徴とする。
【００１９】
この発明によると、溝の断面形状が、ステム部における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成される。このため、円弧状の刃型形状を有する汎用の工具をステム部の軸中心に対する相対位置を変化させながら軸方向に沿って移動させることで、溝深さ及び溝幅を徐々に変化させた溝を加工することができる。そして、溝の断面形状が円弧形状で変化するため、軸状の部分として形成されたステム部の内側の領域を効率よく活用して溝深さ及び溝幅が徐々に変化する溝をステム部に形成することができる。よって、ステム部の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメントの圧力分布を所望の分布とする溝を容易に形成することができる。
【００２０】
第５発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明乃至第４発明のいずれかの人工関節用コンポーネントにおいて、前記ステム部は、円柱軸状の部分として形成されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によると、円柱軸状の部分として形成されたステム部において、軸方向に沿って、先端側から連結部側にかけて徐々に溝断面の断面積が減少する複数の溝が形成されることになる。このため、ステム部の側面と髄腔部との間で骨セメントが流動する流路面積が略一定となってしまうことがなく、骨セメントの流動の際における流動抵抗をステム部の先端側の領域で小さくして連結部側の領域にかけて徐々に大きくすることができる。これにより、円柱軸状の部分として形成されたステム部を有する人工関節用コンポーネントであっても、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる。
【００２２】
第６発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明乃至第４発明のいずれかの人工関節用コンポーネントにおいて、人工股関節において用いられ、先端側が大腿骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに、骨盤の寛骨臼側に配置されてボール状に形成された骨頭ボール部材として設けられた他のコンポーネントに前記連結部が連結する、人工股関節用大腿骨コンポーネントとして設けられ、前記溝は、前記ステム部が大腿骨に埋植された状態における人体の前後方向及び内外側方向のうちの少なくともいずれかにおいて当該ステム部の軸中心を中心として点対称な位置に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
この発明によると、人工股関節用大腿骨コンポーネントにおいて、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持した
ままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる。そして、人工股関節用大腿骨コンポーネントの場合、ステム部の軸方向に対して連結部が斜めに突出するように配置されており、人体の前後方向及び内外側方向に適切に対応して配置される必要がある。これに対し、本発明によると、複数の溝が、人体の前後方向及び内外側方向のうちの少なくともいずれかにおいてステム部の軸中心を中心として点対称の位置に配置される。このため、ステム部の髄腔部への挿入の際に、ステム部の側面に対して作用する骨セメントの圧力が、前後方向及び内外側方向において偏って作用してしまうことが抑制される。これにより、安定した姿勢を保ったまま、大腿骨の髄腔部の深さ方向に対して真っ直ぐにステム部を挿入する作業を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる人工関節用コンポーネントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る人工関節用コンポーネントを示す断面図であって、模式的に示す大腿骨及び骨盤の断面の一部とともに図示した図である。
【図２】図１に示す人工関節用コンポーネントの正面図である。
【図３】図２に示す人工関節用コンポーネントの側面図である。
【図４】図２に示す人工関節用コンポーネントの底面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ線矢視断面図、Ｂ−Ｂ線矢視断面図、及びＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る人工関節用コンポーネントを分解した状態で示す正面図であり、他のコンポーネントとともに図示した図である。
【図７】図６に示す工関節用コンポーネントと他のコンポーネントとが組み立てられた状態を示す正面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】図６に示す人工関節用コンポーネントの底面図である。
【図１０】試験用の模擬ステム部の正面図及び底面図である。
【図１１】試験用の模擬ステム部の正面図、底面図及び側面図である。
【図１２】試験用の模擬ステム部の正面図、底面図及び側面図である。
【図１３】試験用の模擬髄腔部を構成する骨モデルに模擬ステム部が挿入されている状態を示す正面図である。
【図１４】図１０に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１５】図１０に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１６】図１０に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１７】図１１に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１８】図１１に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１９】図１１に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図２０】図１２に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図２１】図１２に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図２２】図１２に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図２３】図１０に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における押し込み荷重についての試験結果を示した図である。
【図２４】図１１に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における押し込み荷重についての試験結果を示した図である。
【図２５】図１２に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における押し込み荷重についての試験結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントとして広く適用することができるものである。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る人工関節用コンポーネント１を示す断面図であり、模式的に示す大腿骨１００及び骨盤１０１の断面の一部とともに図示している。人工関節用コンポーネント１は、人工股関節において用いられる人工股関節用大腿骨コンポーネントとして設けられている。この人工関節用コンポーネント１は、先端側が大腿骨１００の髄腔部１００ａに挿入されて骨セメント１０４により固定される。そして、人工関節用コンポーネント１は、骨盤１０１の寛骨臼１０１ａ側に配置されてボール状に形成された骨頭ボール部材１０２として設けられた他のコンポーネントに連結される。即ち、人工関節用コンポーネント１は、骨頭ボール部材１０２と組み合わされた状態で人工股関節の大腿骨１００側の要素として適用される。
【００２８】
尚、股関節を人工股関節に置換する人工股関節置換術においては、髄腔部１００ａは、手術用のやすりやのみを用いて形状が整えられ、人工関節用コンポーネント１が挿入されて埋植される。また、骨盤１０１の寛骨臼１０１ａ側に配置される骨頭ボール部材１０２は、寛骨臼１０１ａに配置されるとともにシェル１０３ａ及びライナー１０３ｂを有する二層構造のカップ１０３に対して、外形の球面部分において摺動するように配置される。
【００２９】
図２は、人工関節用コンポーネント１の正面図を示したものである。また、図３は人工関節用コンポーネント１の側面図を、図４は人工関節用コンポーネント１の底面図をそれぞれ示したものである。図１乃至図４に示す人工関節用コンポーネント１は、連結部１１とステム部１２とを備えて構成されている。尚、人工関節用コンポーネント１は、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たチタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属により形成される。
【００３０】
連結部１１は、人工股関節における他のコンポーネントである骨頭ボール部材１０２に連結される部分として形成されている。この連結部１１は、図１に例示するように、緩やかにテーパ状にすぼまる円錐曲面の一部を成すように側面が形成された端部を有し、この端部において骨頭ボール部材１０２に開口形成された嵌合用穴１０２ａに対して嵌合することで、骨頭ボール部材１０２と連結される。
【００３１】
ステム部１２は、先端側が大腿骨１００の髄腔部１００ａに挿入されて骨セメント１０４により固定される軸状の部分として形成されるとともに、先端側とは反対側の端部において、連結部１１と一体に形成されている。尚、人工股関節用大腿骨コンポーネントとし
て設けられたこの人工関節用コンポーネント１においては、ステム部１２は、先端側から連結部１１に連なる連結部側にかけて、ステム部１２の軸方向に対して垂直な断面における断面積が徐々に大きくなるように形成されている。また、連結部１１は、ステム部１２に対して、ステム部１２の軸方向に対して斜めに突出して延びるように一体に形成されている。
【００３２】
図５は、図２のＡ−Ａ線矢視断面図（図５（ａ））、Ｂ−Ｂ線矢視断面図（図５（ｂ））、及びＣ−Ｃ線矢視断面図（図５（ｃ））である。図２乃至図５によく示すように、ステム部１２の側面には、その側面の表面１２ａ（図５参照）に対して内側に凹むように形成されるとともに、先端側から連結部側にかけてこのステム部１２の軸方向に沿って延びるように形成された溝１３が４本設けられている。これらの溝１３は、ステム部１２の軸中心Ｐ（図５（ａ）〜（ｃ）において点Ｐで示す）を中心とする周方向において軸中心Ｐに対して均等角度となる位置に配置されている。即ち、ステム部１２に設けられた４本の溝１３は、軸中心Ｐを中心とする周方向において軸中心Ｐに対して９０度ずつずれた位置に配置されている。
【００３３】
また、ステム部１２においては、４本の溝１３のうちの半分の２本の溝１３ａについては、ステム部１２が大腿骨１００に埋植された状態における人体の前後方向（図５中の両端矢印Ｅ方向）において軸中心Ｐを中心として点対称な位置に配置されている。そして、４本の溝１３のうちの残り半分の２本の溝１３ｂについては、ステム部１２が大腿骨１００に埋植された状態における人体の内外側方向（図５中の両端矢印Ｆ方向）において軸中心Ｐを中心として点対称な位置に配置されている。
【００３４】
また、溝１３のそれぞれは、図５によく示すように、ステム部１２の軸方向に対して垂直な断面における側面の表面１２ａに対する凹み領域である溝断面の断面積が、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように、形成されている。そして、溝１３のそれぞれは、ステム部１２における先端側から連結部側にかけて、溝深さが徐々に浅くなるように形成されるとともに、溝幅が徐々に狭くなるように形成されることで、上記の溝断面の断面積が減少するように形成されている。
【００３５】
従って、図５（ｃ）に示す断面における溝１３の溝深さ寸法Ｄｃと、図５（ｂ）に示す断面における溝１３の溝深さ寸法Ｄｂと、図５（ａ）に示す断面における溝１３の溝深さ寸法Ｄａとにおいては、Ｄｃ＞Ｄｂ＞Ｄａの関係が成立している。そして、図５（ｃ）に示す断面における溝１３の溝幅寸法Ｗｃと、図５（ｂ）に示す断面における溝１３の溝幅寸法Ｗｂと、図５（ａ）に示す溝幅寸法Ｗａとにおいては、Ｗｃ＞Ｗｂ＞Ｗａの関係が成立している。尚、図５では、溝１３ｂの溝深さ寸法と溝１３ａの溝幅寸法とを図示しているが、溝１３ａの溝深さ寸法と溝１３ｂの溝幅寸法も同様に構成される。
【００３６】
また、ステム部１２の軸方向に対して垂直な断面における溝１３の形状は、ステム部１２における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成されている。従って、図５（ａ）に示す断面における溝１３を区画する円弧部分の曲率半径寸法Ｒａと、図５（ｂ）に示す断面における溝１３を区画する円弧部分の曲率半径寸法Ｒｂと、図５（ｃ）に示す断面における溝１３を区画する円弧部分の曲率半径寸法Ｒｃとにおいては、Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃの関係が成立している。尚、図５では、溝１３ｂを区画する円弧部分の曲率半径寸法を図示しているが、溝１３ａを区画する円弧部分の曲率半径寸法も同様に構成される。
【００３７】
次に、人工股関節用置換術において人工関節用コンポーネント１の先端側が大腿骨１００の髄腔部１００ａに挿入されて骨セメント１０４により固定される場合における作用効果について説明する。この場合、まず、髄腔部１００ａに骨セメント１０４が充填される
。そして、術者は、所望する高さの水準の粘度に骨セメント１０４の粘度が達した状態で、ステム部１２の先端側を髄腔部１００ａに挿入する。
【００３８】
術者がステム部１２の先端側を大腿骨１００の髄腔部１００ａに挿入すると、ステム部１２の挿入に伴って押しのけられる骨セメント１０４は、ステム部１２の側面と髄腔部１００ａとの間で流動するとともに、ステム部１２において軸方向に沿って形成された溝１３内も通過しながら流動する。そして、これらの溝１３は、その溝断面の断面積がステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように形成されている。このため、ステム部１２の先端側の側方の領域では、骨セメント１０４が流動する流路面積が大きくなり、骨セメント１０４の流速が小さくなって剪断速度も小さくなり、これにより、骨セメント１０４の流動の際における流動抵抗が小さくなる。一方、ステム部１２の連結部側の側方の領域では、上記とは逆に、骨セメント１０４が流動する流路面積が小さくなり、骨セメント１０４の流速が大きくなって剪断速度も大きくなり、これにより、骨セメント１０４の流動の際における流動抵抗が大きくなる。このため、挿入されるステム部１２が到達しておらず骨セメント１０４の圧力の高い奥側の領域に近いステム部１２の先端側の側方の領域において骨セメント１０４の圧力を低下させ、ステム部１２の連結部側にかけてその側方の領域において徐々に骨セメント１０４の圧力を増大させることができる。よって、人工関節用コンポーネント１によると、ステム部１２の側面と髄腔部１００ａとの間の領域において、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて全体に亘って効率よく圧力を分散させて作用させることができる。
【００３９】
また、人工関節用コンポーネント１によると、溝１３によって、挿入されるステム部１２が到達していない奥側の領域やステム部１２の先端側の領域での骨セメント１０４の圧力を低下させ、これらの領域での従来のような圧力の増大を抑制できる。これにより、上記の領域において、骨セメント１０４の流動抵抗の積算量、即ち、人工関節用コンポーネント１を髄腔部１００ａの骨セメント１０４内に挿入する際の抵抗である挿入抵抗を小さくすることができる。そして、上記の領域での骨セメント１０４の流動抵抗による挿入抵抗を小さくする一方で、前述のように、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に骨セメント１０４の流動抵抗を増大させて効率よく圧力を分散することができる。このため、挿入抵抗の総量が増大してしまうことを抑制しつつ、ステム部１２における髄腔部１００ａに挿入される側面の全体に亘って骨セメント１０４から高い圧力が作用する状態に維持したままで容易にステム部１２を髄腔部１００ａへ挿入していくことができる。これにより、骨セメント１０４による固定状態を強固に安定して固定された良好な状態にすることができる。また、人工関節用コンポーネント１によると、挿入抵抗の総量が増大してしまうことを抑制しつつ、ステム部１２における髄腔部１００ａに挿入される側面の全体に亘って骨セメント１０４から高い圧力が作用する状態に維持したままで容易にステム部１２を髄腔部１００ａへ挿入していくことができるため、十分な高さの水準の粘度に達するまで待ってから挿入作業を行うことができる。
【００４０】
また、ステム部１２の溝１３は、２本以上である４本設けられ、これらは、ステム部１２の軸中心Ｐに対してその周方向で均等角度の位置に配置されている。このため、ステム部１２の髄腔部１００ａへの挿入の際に、ステム部１２の側面に対して作用する骨セメント１０４の圧力が、周方向において偏って作用してしまうことが抑制される。これにより、安定した姿勢を保ったまま、髄腔部１００ａの深さ方向に対して真っ直ぐにステム部１２を挿入する作業を容易に行うことができる。また、ステム部１２が髄腔部１００ａに挿入されて固定された後は、複数の溝１３に入り込んで固まった骨セメント１０４によって人工関節用コンポーネント１が大腿骨１００に対して固定されることになる。このため、大腿骨１００内で人工関節用コンポーネント１が回旋方向に変位してしまうことも抑制でき、人工関節用コンポーネント１の回旋方向の固定性も向上させることができる。
【００４１】
従って、人工関節用コンポーネント１によると、ステム部１２における髄腔部１００ａに挿入される側面の全体に亘って骨セメント１０４から高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部１２を髄腔部１００ａへ挿入していくことが容易となり、骨セメント１０４による固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる。
【００４２】
また、人工関節用コンポーネント１によると、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に溝深さを浅くするとともに溝幅を狭くことで、溝断面の断面積を徐々に減少させる溝形状を容易に形成することができる。また、溝深さの勾配や溝幅寸法の変化の傾きを調整することで、ステム部１２の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメント１０４からの圧力の分布を容易に所望の分布となるように調整することができる。
【００４３】
また、人工関節用コンポーネント１によると、溝１３の断面形状が、ステム部１２における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成される。このため、円弧状の刃型形状を有する汎用の工具をステム部１２の軸中心に対する相対位置を変化させながら軸方向に沿って移動させることで、溝深さ及び溝幅を徐々に変化させた溝１３を加工することができる。そして、溝１３の断面形状が円弧形状で変化するため、軸状の部分として形成されたステム部１２の内側の領域を効率よく活用して溝深さ及び溝幅が徐々に変化する溝１３をステム部１２に形成することができる。よって、ステム部１２の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメント１０４の圧力分布を所望の分布とする溝１３を容易に形成することができる。
【００４４】
また、人工関節用コンポーネント１は、人工股関節用大腿骨コンポーネントとして設けられているため、ステム部１２の軸方向に対して連結部１１が斜めに突出するように配置されており、人体の前後方向及び内外側方向に適切に対応して配置される必要がある。これに対し、人工関節用コンポーネント１によると、複数の溝１３が、人体の前後方向及び内外側方向においてステム部１２の軸中心Ｐを中心として点対称の位置に配置される。このため、ステム部１２の髄腔部１００ａへの挿入の際に、ステム部１２の側面に対して作用する骨セメント１０４の圧力が、前後方向及び内外側方向において偏って作用してしまうことが抑制される。これにより、安定した姿勢を保ったまま、大腿骨１００の髄腔部１００ａの深さ方向に対して真っ直ぐにステム部１２を挿入する作業を容易に行うことができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る人工関節用コンポーネント２を分解した状態で示す正面図であり、この人工関節用コンポーネント２に連結される他のコンポーネントであるプレート部材１０５とともに図示している。また、図７は、人工関節用コンポーネント２とプレート部材１０５とが組み立てられた状態を示す正面図を示したものであり、図８は、図７の側面図を示したものである。
【００４６】
図６乃至図８に示す人工関節用コンポーネント２は、人工膝関節において用いられる人工膝関節用脛骨コンポーネントとして設けられている。この人工関節用コンポーネント２は、先端側が図示しない脛骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定される。そして、人工関節用コンポーネント２は、図示しない大腿骨に取り付けられる人工膝関節用大腿骨コンポーネントの端部と摺動するように配置されるプレート部材１０５として設けられた他のコンポーネントに連結される。即ち、人工関節用コンポーネント２は、プレート部材１０５と組み合わされた状態で人工膝関節の脛骨側の要素として適用される。
【００４７】
尚、膝関節を人工膝関節に置換する人工膝関節置換術においては、脛骨の髄腔部は、手術用のやすりやのみを用いて形状が整えられ、人工関節用コンポーネント２が挿入されて
埋植される。また、プレート部材１０５は、例えば、ポリエチレン等の樹脂で形成され、プレート状に形成されたプレート部分１０５ａとこのプレート部分１０５ａから突出する突起状に形成された突起部分１０５ｂとが設けられている。そして、プレート部材１０５は、プレート部分１０５ａにおける突起部分１０５ｂが設けられている側と反対側の端部において、人工関節用コンポーネント２に対して、例えば、ネジ、嵌め合せ（図示せず）によって結合されて連結される。また、プレート部材１０５は、プレート部分１０５ａにおける突起部分１０５ｂが設けられている側の端部と突起部分１０５ｂとにおいて、人工膝関節用大腿骨コンポーネント（図示せず）の端部と摺動するように配置される。
【００４８】
図６乃至図８に示す人工関節用コンポーネント２は、連結部２１とステム部２２とを備えて構成されている。尚、人工関節用コンポーネント２は、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たチタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属により形成される。
【００４９】
連結部２１は、人工膝関節における他のコンポーネントであるプレート部材１０５に連結される部分として形成されている。この連結部２１には、平板状に形成されたトレー部分２１ａと、このトレー部分２１ａにおける一方の端面から垂直方向に向かって軸状に突出する突起状に形成された突起軸部分２１ｂと、が設けられている。そして、連結部２１には、トレー部分２１ａにおける突起軸部分２１ｂが設けられている側と反対側の端面において、前述したように、プレート部材１０５が図示しないネジによって結合されて連結される。また、突起軸部分２１ｂにおけるトレー部分２１ａに一体化されている側と反対側の端部には、後述するステム部２２の端部に形成された雄ネジ部分２２ａと螺合する雌ネジ部分が内周に形成されたネジ穴（図示せず）が開口形成されている。尚、人工関節用コンポーネント２においては、脛骨の端部への係合状態をより強固に適切な状態に調整するための別体のブロック部材（図示せず）が更に設けられていてもよい。このブロック部材は、連結部２１に対して、突起軸部分２１ｂの根元側において、トレー部分２１ａにネジ等によって取り付けられる。
【００５０】
ステム部２２は、先端側が脛骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定される軸状の部分として形成されている。そして、ステム部２２の先端側とは反対側の端部には、突起軸部分２１ｂに形成されたネジ穴に螺合する雄ネジ部分２２ａが設けられている。この雄ネジ部分２２ａが突起軸部分２１ｂと螺合することで、ステム部２２に連結部２１がネジ結合により固定される。また、人工膝関節用脛骨コンポーネントとして設けられたこの人工関節用コンポーネント２においては、ステム部２２は、その側面の表面がこのステム部２２の軸方向と垂直な断面において円周に沿って配置される円柱軸状の部分として形成されている。そして、ステム部２２と連結部２１とは、それらが固定された状態では、ステム部２２の軸方向と突起軸部分２１ｂの軸方向とが一致するように配置される。
【００５１】
図９は、ステム部２２の底面図を示したものである。図６乃至図９に示すように、ステム部２２の側面には、その側面の表面２２ｂ（図９参照）に対して内側に凹むように形成されるとともに、先端側から連結部２１に連なる連結部側にかけてこのステム部２２の軸方向に沿って延びるように形成された溝２３が４本設けられている。これらの溝２３は、ステム部２２の軸中心Ｑ（図９において点Ｑで示す円柱軸中心）を中心とする周方向において軸中心Ｑに対して均等角度となる位置に配置されている。即ち、ステム部２２に設けられた４本の溝２３は、軸中心Ｑを中心とする周方向において軸中心Ｑに対して９０度ずつずれた位置に配置されている。
【００５２】
また、ステム部２２においては、溝２３のそれぞれは、第１実施形態のステム部１２の溝１３と同様に、ステム部２２の軸方向に対して垂直な断面における側面の表面２２ａに対する凹み領域である溝断面の断面積が、ステム部２２の先端側から連結部側にかけて徐
々に減少するように、形成されている。そして、溝２３のそれぞれは、第１実施形態の溝１３と同様に、ステム部２２における先端側から連結部側にかけて、溝深さが徐々に浅くなるように形成されるとともに、溝幅が徐々に狭くなるように形成されることで、上記の溝断面の断面積が減少するように形成されている。また、ステム部２２の軸方向に対して垂直な方向における溝２３の形状は、第１実施形態の溝１３と同様に、ステム部２２における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成されている。
【００５３】
以上説明した人工関節用コンポーネント２によると、円柱軸状の部分として形成されたステム部２２において、軸方向に沿って、先端側から連結部側にかけて徐々に溝断面の断面積が減少する複数の溝２３が形成されることになる。このため、ステム部２２の側面と髄腔部との間で骨セメントが流動する流路面積が略一定となってしまうことがなく、骨セメントの流動の際における流動抵抗をステム部２２の先端側の領域で小さくして連結部側の領域にかけて徐々に大きくすることができる。これにより、円柱軸状の部分として形成されたステム部２２を有する人工関節用コンポーネント２であっても、第１実施形態の人工関節用コンポーネント１と同様に、ステム部２２における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部２２を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる。
【００５４】
（試験結果）
次に、本発明に係る人工関節用コンポーネントの効果を検証するための試験を行った結果について説明する。この試験においては、試験用の人工関節用コンポーネントのステム部を模擬ステム部として３種類作成し、それらの模擬ステム部を試験用の骨モデルの模擬髄腔部に対して挿入し、模擬髄腔部内の骨セメントの圧力と挿入抵抗である模擬ステム部の押し込み荷重とを測定することで、本発明の効果の検証を行った。
【００５５】
尚、試験用の模擬ステム部は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を素材として作成し、表面粗度（Ｒａ）を０．２μｍ〜０、４μｍ程度に調整したものを用いた。模擬髄腔部を構成する骨モデルについては、アクリル製のものを用いた。また、骨セメントについては、１分間混練した後にセメントガンシリンジに充填し、その３分後に模擬髄腔部にセメントを充填した。そして、更にその１分後から、一定速度で押し込む試験機を用いて、模擬ステム部を模擬髄腔部内に１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で挿入して押し込む試験を行った。
【００５６】
図１０は、比較用の模擬ステム部３０の正面図（図１０（ａ））及び底面図（図１０（ｂ））を示したものである。また、図１１に示す模擬ステム部３１及び図１２に示す模擬ステム部３２は、本発明に係る人工関節用コンポーネントのステム部に対応する模擬ステム部を示したものである。尚、図１１は、模擬ステム部３１の正面図（図１１（ａ））、底面図（図１１（ｂ））及び側面図（図１１（ｃ））を示している。また、図１２は、模擬ステム部３２の正面図（図１２（ａ））、底面図（図１２（ｂ））及び側面図（図１２（ｃ））を示している。
【００５７】
図１０に示す模擬ステム部３０は、その側面に溝が設けられていない円柱軸状の部分として形成されている。図１１に示すステム部３１は、その側面に２本の溝３１ａが設けられた円柱軸状の部分として形成されている。２本の溝３１ａのそれぞれは、第１及び第２実施形態に係る各溝（１３、２３）と同様の形状に形成されている。そして、２本の溝３１ａは、模擬ステム部３１の軸中心を中心として点対称な位置に配置されている。図１２に示すステム部３２は、その側面に４本の溝３２ａが設けられた円柱軸状の部分として形成されている。４本の溝３２ａのそれぞれは、第１及び第２実施形態に係る各溝（１３、２３）と同様の形状に形成されている。そして、４本の溝３２ａは、模擬ステム部３２の軸中心を中心とする周方向においてその軸中心に対して均等角度となる位置に（即ち、９
０度ずつずれた位置に）配置されている。
【００５８】
図１３は、模擬髄腔部３３ａを構成する骨モデル３３に模擬ステム部（３０、３１、３２）が挿入されている状態を示す正面図である。骨モデル３３は、軸方向に亘って同一径の円形断面を有する模擬髄腔部３３ａを区画する円筒状部分３３ｂと、この円筒部分３３ｂの下端に設けられる基台部３３ｃと、を備えて構成されている。尚、模擬髄腔部３３ａの直径と模擬ステム部（３０、３１、３２）の直径との寸法差は、実際の髄腔部とステム部との寸法関係に対応させることを考慮して、１ｍｍに設定した。
【００５９】
また、骨モデル３３においては、円筒部分３３ａの軸方向における３箇所の位置に、模擬髄腔部３３ａ内に充填された骨セメントの圧力を検知する圧力ゲージ（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）を取り付けた。圧力ゲージ３４ａは、模擬髄腔部３３ａにおいて模擬ステム部（３０、３１、３２）が挿入される挿入口側に配置した。圧力ゲージ３４ｃは、模擬髄腔部３３ａにおける奥側（即ち、基台部３３ｃ側）に配置した。圧力ゲージ３４ｂは、圧力ゲージ３４ａの位置と圧力ゲージ３４ｃの位置との中間位置に配置した。これらの圧力ゲージ（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）による検知結果に基づいて、骨セメントを充填した模擬髄腔部３３ａに模擬ステム部（３０、３１、３２）を挿入する際における模擬髄腔部３３ａの挿入口側、中間位置、奥側のそれぞれの位置における骨セメントの圧力の推移を測定した。
【００６０】
また、模擬髄腔部３３ａに挿入される模擬ステム部（３０、３１、３２）には、前述の試験機（図示せず）を用いて、図１３中において矢印Ｇで示す方向に向かって押し込み荷重を付与した。この押し込み荷重については、図示しない試験機に設けられたロードセルによって検知した。このロードセルの検知結果に基づいて、骨セメントを充填した模擬髄腔部３３ａに模擬ステム部（３０、３１、３２）を挿入する際における模擬ステム部（３０、３１、３２）の押し込み荷重の推移を測定した。
【００６１】
上述した模擬ステム部（３０、３１、３２）及び模擬髄腔部３３ａを用いた試験については、骨セメントの粘度条件において若干のばらつきが生じることを考慮して、各模擬ステム部（３０、３１、３２）についてそれぞれ３回ずつ行った。そして、それぞれの試験ごとに、上述のように、模擬ステム部（３０、３１、３２）を模擬髄腔部３３ａへ挿入した際における骨セメントの圧力と押し込み荷重とを測定した。
【００６２】
図１４乃至図１６は、模擬ステム部３０の模擬髄腔部３３ａへの挿入の際における模擬髄腔部３３ａの挿入口側、中間位置、奥側のそれぞれの位置における骨セメントの圧力の推移を示した図である。図１４が１回目の試験結果を、図１５が２回目の試験結果を、図１６が３回目の試験結果をそれぞれ示している。また、図１７乃至図１９は、模擬ステム部３１の模擬髄腔部３３ａへの挿入の際における模擬髄腔部３３ａの挿入口側、中間位置、奥側のそれぞれの位置における骨セメントの圧力の推移を示した図である。図１７が１回目の試験結果を、図１８が２回目の試験結果を、図１９が３回目の試験結果をそれぞれ示している。また、図２０乃至図２２は、模擬ステム部３２の模擬髄腔部３３ａへの挿入の際における模擬髄腔部３３ａの挿入口側、中間位置、奥側のそれぞれの位置における骨セメントの圧力の推移を示した図である。図２０が１回目の試験結果を、図２１が２回目の試験結果を、図２２が３回目の試験結果をそれぞれ示している。尚、図１４乃至図２２においては、模擬髄腔部３３ａの挿入口側の位置における骨セメントの圧力（以下、単に「挿入口側の圧力」という）の推移をピッチの細かい破線で図示している。また、模擬髄腔部３３ａの中間位置における骨セメントの圧力（以下、単に「中間位置の圧力」という）の推移を挿入口側の圧力の推移の破線よりもピッチの粗い破線で図示している。また、模擬髄腔部３３ａの奥側の位置における骨セメントの圧力（以下、単に「奥側の圧力」という）の推移を実線で図示している。
【００６３】
また、図２３乃至図２５は、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入の際における押し込み荷重の推移を示した図である。図２３が模擬ステム部３０の模擬髄腔部３３ａへの挿入時の押し込み荷重を、図２４が模擬ステム部３１の模擬髄腔部３３ａへの挿入時の押し込み荷重を、図２５が模擬ステム部３２の模擬髄腔部３３ａへの挿入時の押し込み荷重を、それぞれ示している。尚、図２３乃至図２５においては、１回目の試験結果をピッチの細かい破線で、２回目の試験結果を１回目の試験結果の破線よりもピッチの粗い破線で、３回目の試験結果を実線で、それぞれ図示している。
【００６４】
図１４乃至図２２に示すように、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入を開始すると、挿入口側の圧力、中間位置の圧力及び奥側の圧力が、いずれも同じ立ち上がり方で上昇を開始する。そして、挿入される模擬ステム部（３０、３１、３２）の先端側が挿入口側の位置に配置された圧力ゲージ３４ａの側方を通過すると、挿入口側の圧力が中間位置の圧力及び奥側の圧力とは異なる圧力で推移を始めることになる。更に、模擬ステム部（３０、３１，３２）の先端側が中間位置に配置された圧力ゲージ３４ｂの側方を通過すると、中間位置の圧力が奥側の圧力とは異なる圧力で推移を始めることになる。
【００６５】
そして、試験の結果、図１４乃至図２２に示すように、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入開始後における骨セメントの圧力の立ち上がり方については、模擬ステム部３０、模擬ステム部３１、模擬ステム部３２の順で段々と緩やかな立ち上がり方になることが確認できた。即ち、溝のない模擬ステム部３０の場合は最も急激な圧力の立ち上がり方となり、溝３１ａが２本設けられた模擬ステム部３１の場合はより緩やかな圧力の立ち上がり方となり、溝３２ａが４本設けられた模擬ステム部３２の場合は最も緩やかな立ち上がり方となることが確認できた。尚、溝のない模擬ステム部３０の場合、奥側の圧力については、圧力ゲージ３４ｃが測定可能な上限圧力（５．５ＭＰａ）を超えてしまう結果となった。
【００６６】
また、図２３乃至図２５に示すように、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入中の押し込み荷重については、模擬ステム部３０、模擬ステム部３１、模擬ステム部３２の順で段々と小さくなることが確認できた。即ち、溝のない模擬ステム部３０の場合は最も押し込み荷重が大きくなり、溝３１ａが２本設けられた模擬ステム部３１の場合はより押し込み荷重を小さくでき、溝３２ａが４本設けられた模擬ステム部３２の場合は最も押し込み荷重を小さくできることが確認できた。
【００６７】
また、図１４乃至図２２に示すように、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入中に達する骨セメントの最大圧力については、溝のない模擬ステム部３０に対して、溝（３１ａ、３２ａ）が設けられた模擬ステム部（３１、３２）では、奥側の圧力を低下させるとともに挿入口側の圧力を上昇させることができることが確認できた。即ち、挿入される模擬ステム部（３１、３２）の先端側（模擬髄腔部３３の奥側）の領域において骨セメントの圧力を低下させ、模擬ステム部（３１、３２）の連結部側（模擬髄腔部３３の挿入口側）の領域において骨セメントの圧力を上昇させることができることを確認できた。よって、模擬ステム部（３１、３２）の側面と模擬髄腔部３３ａとの間の領域において、模擬ステム部（３１、３２）の先端側から連結部側にかけて全体に亘って効率よく圧力を分散させて作用させることができることが確認できた。また、奥側の圧力を低下させるとともに挿入口側の圧力を上昇させる傾向については、溝３１ａが２本設けられた模擬ステム部３１の場合よりも溝３２ａが４本設けられた模擬ステム部３２の場合において、より明瞭に確認することができた。
【００６８】
以上のように、上述した試験を行って本発明の効果について検証した結果、本発明によ
ると、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる人工関節用コンポーネントを提供することができることが確認できた。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、次のように変更して実施することができる。
【００７０】
（１）本実施形態では、人工股関節用大腿骨コンポーネント及び人工膝関節用脛骨コンポーネントとして本発明が適用された場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、人工膝関節用大腿骨コンポーネントとして本発明が適用されてもよく、また、人工股関節及び人工膝関節以外の人工関節（人工肘関節、人工肩関節、人工指関節、人工足関節、等）における人工関節用コンポーネントとして本発明が適用されてもよい。
【００７１】
（２）本実施形態では、ステム部の側面において、先端側から連結部側にかけて溝断面の断面積が減少する溝が周方向の均等角度の位置に４本設けられた場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、ステム部の側面において、先端側から連結部側にかけて溝断面の断面積が減少する溝が周方向の均等角度の位置に少なくとも２本設けられていれば本発明の効果を奏することができる。
【００７２】
（３）ステム部の側面に設けられる溝の形状については、本実施形態で例示した形状に限らず、先端側から連結部側にかけて溝断面の断面積が減少する溝の形状であれば、種々変更して実施することができる。また、溝断面の断面積が先端側から連結部側にかけて徐々に減少する中途において、断面積が変化しない部分が部分的に設けられているものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントとして、広く適用することができるものである。
【符号の説明】
【００７４】
１ 人工関節用コンポーネント
１１ 連結部
１２ ステム部
１３、１３ａ、１３ｂ 溝
１００ 大腿骨（骨）
１００ａ 髄腔部
１０２ 骨頭ボール部材（他のコンポーネント）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、股関節、膝関節、肘関節、肩関節、指関節、足関節等の関節に異常が認められた患者に対して、人工股関節、人工膝関節、人工肘関節、人工肩関節、人工指関節、人工足関節等の人工関節が適用される手術が行われている。そして、上述したような人工関節においては、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントが用いられる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１においては、上述した人工関節用コンポーネントとして、人工股関節において用いられる人工股関節用大腿骨コンポーネントが開示されている。この特許文献１の人工関節用コンポーネントは、先端側が大腿骨に挿入されて骨セメントを用いてあるいは用いずに固定されるとともに、骨盤の寛骨臼側に配置されてボール状に形成された骨頭ボール部材として設けられた他のコンポーネントに連結するように構成されている。そして、特許文献１に開示されたような人工関節用コンポーネントには、他のコンポーネントに連結される連結部と、この連結部と一体に形成されるステム部とが備えられている。ステム部は、連結部側とは反対側の先端側において骨の髄腔部に挿入されて固定される軸状の部分として形成されている。尚、特許文献１に開示された人工関節用コンポーネントにおいては、ステム部の側面における中途部分に、このステム部の曲げ剛性を調整するために部分的に切り欠かれるように凹み形成された溝が１つ形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平８−５０３８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたような人工関節用コンポーネントのステム部が骨の髄腔部へ挿入されて骨セメントにより固定される場合、まず、髄腔部に骨セメントが充填される。そして、手術を行う術者は、ステム部の先端側を髄腔部に挿入する。このとき、術者は、挿入されるステム部によって押しのけられる体積相当分の骨セメントを髄腔部から流出させながら、ステム部の先端側を髄腔部に挿入することになる。
【０００６】
骨セメントによる人工関節用コンポーネントの固定状態を強固に安定して固定された良好な状態にするためには、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが望ましい。しかしながら、骨セメントが充填された髄腔部において、挿入されるステム部が到達していない奥側の領域では骨セメントの圧力が相当に高くなるが、ステム部の側面と髄腔部との間で骨セメントが流動する領域では、骨セメントの流動の際における流動抵抗の増大によって骨セメントの圧力が大幅に低下することになる。このため、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが難しく、骨セメントによる固定を良好な状態にすることが困難となる。とくに、ステム部が円柱状の部分として形成さ
れ、ステム部の側面と髄腔部との間で骨セメントが流動する流路面積が略一定の場合、この傾向が顕著となり易い。
【０００７】
尚、特許文献１に開示された人工関節用コンポーネントの場合、前述のように、ステム部の側面における中途部分に、曲げ剛性調整用に部分的に凹み形成された溝が１つ形成されている。この場合、ステム部の側面の１箇所に部分的に設けられた溝の側方の領域では、骨セメントの流動の際の流動抵抗が低下することになる。しかし、ステム部の側面の周囲における他の領域では、骨セメントの流動の際の流動抵抗は増大するため、骨セメントの圧力低下が生じることになる。このため、前記と同様に、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが難しく、骨セメントによる固定を良好な状態にすることが困難となる。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる人工関節用コンポーネント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】
【０００９】
上記目的を達成するための第１発明に係る人工関節用コンポーネントは、人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントであって、人工関節における他のコンポーネントに連結される連結部と、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定される軸状の部分として形成されるとともに、先端側とは反対側の端部において、前記連結部と一体に形成され又は前記連結部が固定されるステム部と、を備えている。そして、第１発明に係る人工関節用コンポーネントは、前記ステム部の側面には、その側面の表面に対して内側に凹むように形成されるとともに、先端側から前記連結部に連なる連結部側にかけて当該ステム部の軸方向に沿って延びるように形成された溝が少なくとも２本設けられ、前記溝は、前記ステム部の軸中心を中心とする周方向において当該軸中心に対して均等角度となる位置に配置され、前記溝のそれぞれは、前記ステム部の軸方向に対して垂直な断面における前記側面の表面に対する凹み領域である溝断面の断面積が、前記ステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように、形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によると、術者がステム部の先端側を骨の髄腔部に挿入すると、ステム部の挿入に伴って押しのけられる骨セメントは、ステム部の側面と髄腔部との間で流動するとともに、ステム部において軸方向に沿って形成された溝内も通過しながら流動する。そして、これらの溝は、その溝断面の断面積がステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように形成されている。このため、ステム部の先端側の側方の領域では、骨セメントが流動する流路面積が大きくなり、骨セメントの流速が小さくなって剪断速度も小さくなり、これにより、骨セメントの流動の際における流動抵抗が小さくなる。一方、ステム部の連結部側の側方の領域では、上記とは逆に、骨セメントが流動する流路面積が小さくなり、骨セメントの流速が大きくなって剪断速度も大きくなり、これにより、骨セメントの流動の際における流動抵抗が大きくなる。このため、挿入されるステム部が到達しておらず骨セメントの圧力の高い奥側の領域に近いステム部の先端側の側方の領域において骨セメントの圧力を低下させ、ステム部の連結部側にかけてその側方の領域において徐々に骨セメントの圧力を上昇させることができる。よって、ステム部の側面と髄腔部との間の領域において、ステム部の先端側から連結部側にかけて全体に亘って効率よく圧力を分散させて作用させることができる。
【００１１】
また、本発明によると、上述した溝によって、挿入されるステム部が到達していない奥側の領域やステム部の先端側の領域での骨セメントの圧力を低下させ、これらの領域での従来のような圧力の増大を抑制できる。これにより、上記の領域において、骨セメントの流動抵抗の積算量、即ち、人工関節用コンポーネントを髄腔部の骨セメント内に挿入する際の抵抗である挿入抵抗を小さくすることができる。そして、上記の領域での骨セメントの流動抵抗による挿入抵抗を小さくする一方で、前述のように、ステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に骨セメントの流動抵抗を増大させて効率よく圧力を分散することができる。このため、挿入抵抗の総量が増大してしまうことを抑制しつつ、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままで容易にステム部を髄腔部へ挿入していくことができる。これにより、骨セメントによる固定状態を強固に安定して固定された良好な状態にすることができる。従来であれば、ステム部が到達していない奥側の領域やステム部の先端側の領域での挿入抵抗が大きすぎるため、髄腔部に充填した骨セメントの粘度の高さが十分な水準まで上昇するのを待って挿入作業を行うことが難しいという問題があった。しかしながら、上述のように、挿入抵抗の総量が増大してしまうことを抑制しつつ、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままで容易にステム部を髄腔部へ挿入していくことができるため、十分な高さの水準の粘度に達するまで待ってから挿入作業を行うことができる。
【００１２】
また、ステム部の溝は、少なくとも２本設けられ、これらは、ステム部の軸中心に対してその周方向で均等角度の位置に配置されている。このため、ステム部の髄腔部への挿入の際に、ステム部の側面に対して作用する骨セメントの圧力が、周方向において偏って作用してしまうことが抑制される。これにより、安定した姿勢を保ったまま、髄腔部の深さ方向に対して真っ直ぐにステム部を挿入する作業を容易に行うことができる。また、ステム部が髄腔部に挿入されて固定された後は、複数の溝に入り込んで固まった骨セメントによって人工関節用コンポーネントが骨に対して固定されることになる。このため、骨内で人工関節用コンポーネントが回旋方向に変位してしまうことも抑制でき、人工関節用コンポーネントの回旋方向の固定性も向上させることができる。尚、単に、人工関節用コンポーネントの回旋方向の固定性の向上を目的として、ステム部に本発明とは異なる構成の溝を形成することもできる。しかし、この場合は、従来と同様に、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことは難しく、骨セメントによる固定を良好な状態にすることが困難である。
【００１３】
従って、本発明によると、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる人工関節用コンポーネントを提供することができる。
【００１４】
第２発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明の人工関節用コンポーネントにおいて、前記溝のそれぞれは、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、溝深さが徐々に浅くなるように形成されることで、前記溝断面の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、溝深さをステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に浅くすることで、溝断面の断面積を徐々に減少させる溝形状を容易に形成することができる。また、溝深さの勾配を調整することで、ステム部の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメントからの圧力の分布を容易に所望の分布となるように調整することができる。
【００１６】
第３発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明又は第２発明の人工関節用コンポーネントにおいて、前記溝のそれぞれは、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、溝幅が徐々に狭くなるように形成されることで、前記溝断面の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この発明によると、溝幅をステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に狭くすることで、溝断面の断面積を徐々に減少させる溝形状を容易に形成することができる。また、溝幅寸法の変化の傾きを調整することで、ステム部の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメントからの圧力の分布を容易に所望の分布となるように調整することができる。
【００１８】
第４発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明乃至第３発明のいずれかの人工関節用コンポーネントにおいて、前記ステム部の軸方向に対して垂直な断面における前記溝の形状は、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成されていることを特徴とする。
【００１９】
この発明によると、溝の断面形状が、ステム部における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成される。このため、円弧状の刃型形状を有する汎用の工具をステム部の軸中心に対する相対位置を変化させながら軸方向に沿って移動させることで、溝深さ及び溝幅を徐々に変化させた溝を加工することができる。そして、溝の断面形状が円弧形状で変化するため、軸状の部分として形成されたステム部の内側の領域を効率よく活用して溝深さ及び溝幅が徐々に変化する溝をステム部に形成することができる。よって、ステム部の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメントの圧力分布を所望の分布とする溝を容易に形成することができる。
【００２０】
第５発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明乃至第４発明のいずれかの人工関節用コンポーネントにおいて、前記ステム部は、円柱軸状の部分として形成されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によると、円柱軸状の部分として形成されたステム部において、軸方向に沿って、先端側から連結部側にかけて徐々に溝断面の断面積が減少する複数の溝が形成されることになる。このため、ステム部の側面と髄腔部との間で骨セメントが流動する流路面積が略一定となってしまうことがなく、骨セメントの流動の際における流動抵抗をステム部の先端側の領域で小さくして連結部側の領域にかけて徐々に大きくすることができる。これにより、円柱軸状の部分として形成されたステム部を有する人工関節用コンポーネントであっても、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる。
【００２２】
第６発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明乃至第４発明のいずれかの人工関節用コンポーネントにおいて、人工股関節において用いられ、先端側が大腿骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに、骨盤の寛骨臼側に配置されてボール状に形成された骨頭ボール部材として設けられた他のコンポーネントに前記連結部が連結する、人工股関節用大腿骨コンポーネントとして設けられ、前記溝は、前記ステム部が大腿骨に埋植された状態における人体の前後方向及び内外側方向のうちの少なくともいずれかにおいて当該ステム部の軸中心を中心として点対称な位置に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
この発明によると、人工股関節用大腿骨コンポーネントにおいて、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持した
ままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる。そして、人工股関節用大腿骨コンポーネントの場合、ステム部の軸方向に対して連結部が斜めに突出するように配置されており、人体の前後方向及び内外側方向に適切に対応して配置される必要がある。これに対し、本発明によると、複数の溝が、人体の前後方向及び内外側方向のうちの少なくともいずれかにおいてステム部の軸中心を中心として点対称の位置に配置される。このため、ステム部の髄腔部への挿入の際に、ステム部の側面に対して作用する骨セメントの圧力が、前後方向及び内外側方向において偏って作用してしまうことが抑制される。これにより、安定した姿勢を保ったまま、大腿骨の髄腔部の深さ方向に対して真っ直ぐにステム部を挿入する作業を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる人工関節用コンポーネントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る人工関節用コンポーネントを示す断面図であって、模式的に示す大腿骨及び骨盤の断面の一部とともに図示した図である。
【図２】図１に示す人工関節用コンポーネントの正面図である。
【図３】図２に示す人工関節用コンポーネントの側面図である。
【図４】図２に示す人工関節用コンポーネントの底面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ線矢視断面図、Ｂ−Ｂ線矢視断面図、及びＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る人工関節用コンポーネントを分解した状態で示す正面図であり、他のコンポーネントとともに図示した図である。
【図７】図６に示す工関節用コンポーネントと他のコンポーネントとが組み立てられた状態を示す正面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】図６に示す人工関節用コンポーネントの底面図である。
【図１０】試験用の模擬ステム部の正面図及び底面図である。
【図１１】試験用の模擬ステム部の正面図、底面図及び側面図である。
【図１２】試験用の模擬ステム部の正面図、底面図及び側面図である。
【図１３】試験用の模擬髄腔部を構成する骨モデルに模擬ステム部が挿入されている状態を示す正面図である。
【図１４】図１０に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１５】図１０に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１６】図１０に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１７】図１１に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１８】図１１に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図１９】図１１に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図２０】図１２に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図２１】図１２に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図２２】図１２に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における骨セメントの圧力についての試験結果を示した図である。
【図２３】図１０に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における押し込み荷重についての試験結果を示した図である。
【図２４】図１１に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における押し込み荷重についての試験結果を示した図である。
【図２５】図１２に示す模擬ステム部を模擬髄腔部へ挿入する際における押し込み荷重についての試験結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントとして広く適用することができるものである。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る人工関節用コンポーネント１を示す断面図であり、模式的に示す大腿骨１００及び骨盤１０１の断面の一部とともに図示している。人工関節用コンポーネント１は、人工股関節において用いられる人工股関節用大腿骨コンポーネントとして設けられている。この人工関節用コンポーネント１は、先端側が大腿骨１００の髄腔部１００ａに挿入されて骨セメント１０４により固定される。そして、人工関節用コンポーネント１は、骨盤１０１の寛骨臼１０１ａ側に配置されてボール状に形成された骨頭ボール部材１０２として設けられた他のコンポーネントに連結される。即ち、人工関節用コンポーネント１は、骨頭ボール部材１０２と組み合わされた状態で人工股関節の大腿骨１００側の要素として適用される。
【００２８】
尚、股関節を人工股関節に置換する人工股関節置換術においては、髄腔部１００ａは、手術用のやすりやのみを用いて形状が整えられ、人工関節用コンポーネント１が挿入されて埋植される。また、骨盤１０１の寛骨臼１０１ａ側に配置される骨頭ボール部材１０２は、寛骨臼１０１ａに配置されるとともにシェル１０３ａ及びライナー１０３ｂを有する二層構造のカップ１０３に対して、外形の球面部分において摺動するように配置される。
【００２９】
図２は、人工関節用コンポーネント１の正面図を示したものである。また、図３は人工関節用コンポーネント１の側面図を、図４は人工関節用コンポーネント１の底面図をそれぞれ示したものである。図１乃至図４に示す人工関節用コンポーネント１は、連結部１１とステム部１２とを備えて構成されている。尚、人工関節用コンポーネント１は、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たチタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属により形成される。
【００３０】
連結部１１は、人工股関節における他のコンポーネントである骨頭ボール部材１０２に連結される部分として形成されている。この連結部１１は、図１に例示するように、緩やかにテーパ状にすぼまる円錐曲面の一部を成すように側面が形成された端部を有し、この端部において骨頭ボール部材１０２に開口形成された嵌合用穴１０２ａに対して嵌合することで、骨頭ボール部材１０２と連結される。
【００３１】
ステム部１２は、先端側が大腿骨１００の髄腔部１００ａに挿入されて骨セメント１０４により固定される軸状の部分として形成されるとともに、先端側とは反対側の端部において、連結部１１と一体に形成されている。尚、人工股関節用大腿骨コンポーネントとし
て設けられたこの人工関節用コンポーネント１においては、ステム部１２は、先端側から連結部１１に連なる連結部側にかけて、ステム部１２の軸方向に対して垂直な断面における断面積が徐々に大きくなるように形成されている。また、連結部１１は、ステム部１２に対して、ステム部１２の軸方向に対して斜めに突出して延びるように一体に形成されている。
【００３２】
図５は、図２のＡ−Ａ線矢視断面図（図５（ａ））、Ｂ−Ｂ線矢視断面図（図５（ｂ））、及びＣ−Ｃ線矢視断面図（図５（ｃ））である。図２乃至図５によく示すように、ステム部１２の側面には、その側面の表面１２ａ（図５参照）に対して内側に凹むように形成されるとともに、先端側から連結部側にかけてこのステム部１２の軸方向に沿って延びるように形成された溝１３が４本設けられている。これらの溝１３は、ステム部１２の軸中心Ｐ（図５（ａ）〜（ｃ）において点Ｐで示す）を中心とする周方向において軸中心Ｐに対して均等角度となる位置に配置されている。即ち、ステム部１２に設けられた４本の溝１３は、軸中心Ｐを中心とする周方向において軸中心Ｐに対して９０度ずつずれた位置に配置されている。
【００３３】
また、ステム部１２においては、４本の溝１３のうちの半分の２本の溝１３ａについては、ステム部１２が大腿骨１００に埋植された状態における人体の前後方向（図５中の両端矢印Ｅ方向）において軸中心Ｐを中心として点対称な位置に配置されている。そして、４本の溝１３のうちの残り半分の２本の溝１３ｂについては、ステム部１２が大腿骨１００に埋植された状態における人体の内外側方向（図５中の両端矢印Ｆ方向）において軸中心Ｐを中心として点対称な位置に配置されている。
【００３４】
また、溝１３のそれぞれは、図５によく示すように、ステム部１２の軸方向に対して垂直な断面における側面の表面１２ａに対する凹み領域である溝断面の断面積が、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように、形成されている。そして、溝１３のそれぞれは、ステム部１２における先端側から連結部側にかけて、溝深さが徐々に浅くなるように形成されるとともに、溝幅が徐々に狭くなるように形成されることで、上記の溝断面の断面積が減少するように形成されている。
【００３５】
従って、図５（ｃ）に示す断面における溝１３の溝深さ寸法Ｄｃと、図５（ｂ）に示す断面における溝１３の溝深さ寸法Ｄｂと、図５（ａ）に示す断面における溝１３の溝深さ寸法Ｄａとにおいては、Ｄｃ＞Ｄｂ＞Ｄａの関係が成立している。そして、図５（ｃ）に示す断面における溝１３の溝幅寸法Ｗｃと、図５（ｂ）に示す断面における溝１３の溝幅寸法Ｗｂと、図５（ａ）に示す溝幅寸法Ｗａとにおいては、Ｗｃ＞Ｗｂ＞Ｗａの関係が成立している。尚、図５では、溝１３ｂの溝深さ寸法と溝１３ａの溝幅寸法とを図示しているが、溝１３ａの溝深さ寸法と溝１３ｂの溝幅寸法も同様に構成される。
【００３６】
また、ステム部１２の軸方向に対して垂直な断面における溝１３の形状は、ステム部１２における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成されている。従って、図５（ａ）に示す断面における溝１３を区画する円弧部分の曲率半径寸法Ｒａと、図５（ｂ）に示す断面における溝１３を区画する円弧部分の曲率半径寸法Ｒｂと、図５（ｃ）に示す断面における溝１３を区画する円弧部分の曲率半径寸法Ｒｃとにおいては、Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃの関係が成立している。尚、図５では、溝１３ｂを区画する円弧部分の曲率半径寸法を図示しているが、溝１３ａを区画する円弧部分の曲率半径寸法も同様に構成される。
【００３７】
次に、人工股関節用置換術において人工関節用コンポーネント１の先端側が大腿骨１００の髄腔部１００ａに挿入されて骨セメント１０４により固定される場合における作用効果について説明する。この場合、まず、髄腔部１００ａに骨セメント１０４が充填される
。そして、術者は、所望する高さの水準の粘度に骨セメント１０４の粘度が達した状態で、ステム部１２の先端側を髄腔部１００ａに挿入する。
【００３８】
術者がステム部１２の先端側を大腿骨１００の髄腔部１００ａに挿入すると、ステム部１２の挿入に伴って押しのけられる骨セメント１０４は、ステム部１２の側面と髄腔部１００ａとの間で流動するとともに、ステム部１２において軸方向に沿って形成された溝１３内も通過しながら流動する。そして、これらの溝１３は、その溝断面の断面積がステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように形成されている。このため、ステム部１２の先端側の側方の領域では、骨セメント１０４が流動する流路面積が大きくなり、骨セメント１０４の流速が小さくなって剪断速度も小さくなり、これにより、骨セメント１０４の流動の際における流動抵抗が小さくなる。一方、ステム部１２の連結部側の側方の領域では、上記とは逆に、骨セメント１０４が流動する流路面積が小さくなり、骨セメント１０４の流速が大きくなって剪断速度も大きくなり、これにより、骨セメント１０４の流動の際における流動抵抗が大きくなる。このため、挿入されるステム部１２が到達しておらず骨セメント１０４の圧力の高い奥側の領域に近いステム部１２の先端側の側方の領域において骨セメント１０４の圧力を低下させ、ステム部１２の連結部側にかけてその側方の領域において徐々に骨セメント１０４の圧力を増大させることができる。よって、人工関節用コンポーネント１によると、ステム部１２の側面と髄腔部１００ａとの間の領域において、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて全体に亘って効率よく圧力を分散させて作用させることができる。
【００３９】
また、人工関節用コンポーネント１によると、溝１３によって、挿入されるステム部１２が到達していない奥側の領域やステム部１２の先端側の領域での骨セメント１０４の圧力を低下させ、これらの領域での従来のような圧力の増大を抑制できる。これにより、上記の領域において、骨セメント１０４の流動抵抗の積算量、即ち、人工関節用コンポーネント１を髄腔部１００ａの骨セメント１０４内に挿入する際の抵抗である挿入抵抗を小さくすることができる。そして、上記の領域での骨セメント１０４の流動抵抗による挿入抵抗を小さくする一方で、前述のように、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に骨セメント１０４の流動抵抗を増大させて効率よく圧力を分散することができる。このため、挿入抵抗の総量が増大してしまうことを抑制しつつ、ステム部１２における髄腔部１００ａに挿入される側面の全体に亘って骨セメント１０４から高い圧力が作用する状態に維持したままで容易にステム部１２を髄腔部１００ａへ挿入していくことができる。これにより、骨セメント１０４による固定状態を強固に安定して固定された良好な状態にすることができる。また、人工関節用コンポーネント１によると、挿入抵抗の総量が増大してしまうことを抑制しつつ、ステム部１２における髄腔部１００ａに挿入される側面の全体に亘って骨セメント１０４から高い圧力が作用する状態に維持したままで容易にステム部１２を髄腔部１００ａへ挿入していくことができるため、十分な高さの水準の粘度に達するまで待ってから挿入作業を行うことができる。
【００４０】
また、ステム部１２の溝１３は、２本以上である４本設けられ、これらは、ステム部１２の軸中心Ｐに対してその周方向で均等角度の位置に配置されている。このため、ステム部１２の髄腔部１００ａへの挿入の際に、ステム部１２の側面に対して作用する骨セメント１０４の圧力が、周方向において偏って作用してしまうことが抑制される。これにより、安定した姿勢を保ったまま、髄腔部１００ａの深さ方向に対して真っ直ぐにステム部１２を挿入する作業を容易に行うことができる。また、ステム部１２が髄腔部１００ａに挿入されて固定された後は、複数の溝１３に入り込んで固まった骨セメント１０４によって人工関節用コンポーネント１が大腿骨１００に対して固定されることになる。このため、大腿骨１００内で人工関節用コンポーネント１が回旋方向に変位してしまうことも抑制でき、人工関節用コンポーネント１の回旋方向の固定性も向上させることができる。
【００４１】
従って、人工関節用コンポーネント１によると、ステム部１２における髄腔部１００ａに挿入される側面の全体に亘って骨セメント１０４から高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部１２を髄腔部１００ａへ挿入していくことが容易となり、骨セメント１０４による固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる。
【００４２】
また、人工関節用コンポーネント１によると、ステム部１２の先端側から連結部側にかけて徐々に溝深さを浅くするとともに溝幅を狭くことで、溝断面の断面積を徐々に減少させる溝形状を容易に形成することができる。また、溝深さの勾配や溝幅寸法の変化の傾きを調整することで、ステム部１２の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメント１０４からの圧力の分布を容易に所望の分布となるように調整することができる。
【００４３】
また、人工関節用コンポーネント１によると、溝１３の断面形状が、ステム部１２における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成される。このため、円弧状の刃型形状を有する汎用の工具をステム部１２の軸中心に対する相対位置を変化させながら軸方向に沿って移動させることで、溝深さ及び溝幅を徐々に変化させた溝１３を加工することができる。そして、溝１３の断面形状が円弧形状で変化するため、軸状の部分として形成されたステム部１２の内側の領域を効率よく活用して溝深さ及び溝幅が徐々に変化する溝１３をステム部１２に形成することができる。よって、ステム部１２の側面において先端側から連結部側にかけて作用する骨セメント１０４の圧力分布を所望の分布とする溝１３を容易に形成することができる。
【００４４】
また、人工関節用コンポーネント１は、人工股関節用大腿骨コンポーネントとして設けられているため、ステム部１２の軸方向に対して連結部１１が斜めに突出するように配置されており、人体の前後方向及び内外側方向に適切に対応して配置される必要がある。これに対し、人工関節用コンポーネント１によると、複数の溝１３が、人体の前後方向及び内外側方向においてステム部１２の軸中心Ｐを中心として点対称の位置に配置される。このため、ステム部１２の髄腔部１００ａへの挿入の際に、ステム部１２の側面に対して作用する骨セメント１０４の圧力が、前後方向及び内外側方向において偏って作用してしまうことが抑制される。これにより、安定した姿勢を保ったまま、大腿骨１００の髄腔部１００ａの深さ方向に対して真っ直ぐにステム部１２を挿入する作業を容易に行うことができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る人工関節用コンポーネント２を分解した状態で示す正面図であり、この人工関節用コンポーネント２に連結される他のコンポーネントであるプレート部材１０５とともに図示している。また、図７は、人工関節用コンポーネント２とプレート部材１０５とが組み立てられた状態を示す正面図を示したものであり、図８は、図７の側面図を示したものである。
【００４６】
図６乃至図８に示す人工関節用コンポーネント２は、人工膝関節において用いられる人工膝関節用脛骨コンポーネントとして設けられている。この人工関節用コンポーネント２は、先端側が図示しない脛骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定される。そして、人工関節用コンポーネント２は、図示しない大腿骨に取り付けられる人工膝関節用大腿骨コンポーネントの端部と摺動するように配置されるプレート部材１０５として設けられた他のコンポーネントに連結される。即ち、人工関節用コンポーネント２は、プレート部材１０５と組み合わされた状態で人工膝関節の脛骨側の要素として適用される。
【００４７】
尚、膝関節を人工膝関節に置換する人工膝関節置換術においては、脛骨の髄腔部は、手術用のやすりやのみを用いて形状が整えられ、人工関節用コンポーネント２が挿入されて
埋植される。また、プレート部材１０５は、例えば、ポリエチレン等の樹脂で形成され、プレート状に形成されたプレート部分１０５ａとこのプレート部分１０５ａから突出する突起状に形成された突起部分１０５ｂとが設けられている。そして、プレート部材１０５は、プレート部分１０５ａにおける突起部分１０５ｂが設けられている側と反対側の端部において、人工関節用コンポーネント２に対して、例えば、ネジ、嵌め合せ（図示せず）によって結合されて連結される。また、プレート部材１０５は、プレート部分１０５ａにおける突起部分１０５ｂが設けられている側の端部と突起部分１０５ｂとにおいて、人工膝関節用大腿骨コンポーネント（図示せず）の端部と摺動するように配置される。
【００４８】
図６乃至図８に示す人工関節用コンポーネント２は、連結部２１とステム部２２とを備えて構成されている。尚、人工関節用コンポーネント２は、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たチタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属により形成される。
【００４９】
連結部２１は、人工膝関節における他のコンポーネントであるプレート部材１０５に連結される部分として形成されている。この連結部２１には、平板状に形成されたトレー部分２１ａと、このトレー部分２１ａにおける一方の端面から垂直方向に向かって軸状に突出する突起状に形成された突起軸部分２１ｂと、が設けられている。そして、連結部２１には、トレー部分２１ａにおける突起軸部分２１ｂが設けられている側と反対側の端面において、前述したように、プレート部材１０５が図示しないネジによって結合されて連結される。また、突起軸部分２１ｂにおけるトレー部分２１ａに一体化されている側と反対側の端部には、後述するステム部２２の端部に形成された雄ネジ部分２２ａと螺合する雌ネジ部分が内周に形成されたネジ穴（図示せず）が開口形成されている。尚、人工関節用コンポーネント２においては、脛骨の端部への係合状態をより強固に適切な状態に調整するための別体のブロック部材（図示せず）が更に設けられていてもよい。このブロック部材は、連結部２１に対して、突起軸部分２１ｂの根元側において、トレー部分２１ａにネジ等によって取り付けられる。
【００５０】
ステム部２２は、先端側が脛骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定される軸状の部分として形成されている。そして、ステム部２２の先端側とは反対側の端部には、突起軸部分２１ｂに形成されたネジ穴に螺合する雄ネジ部分２２ａが設けられている。この雄ネジ部分２２ａが突起軸部分２１ｂと螺合することで、ステム部２２に連結部２１がネジ結合により固定される。また、人工膝関節用脛骨コンポーネントとして設けられたこの人工関節用コンポーネント２においては、ステム部２２は、その側面の表面がこのステム部２２の軸方向と垂直な断面において円周に沿って配置される円柱軸状の部分として形成されている。そして、ステム部２２と連結部２１とは、それらが固定された状態では、ステム部２２の軸方向と突起軸部分２１ｂの軸方向とが一致するように配置される。
【００５１】
図９は、ステム部２２の底面図を示したものである。図６乃至図９に示すように、ステム部２２の側面には、その側面の表面２２ｂ（図９参照）に対して内側に凹むように形成されるとともに、先端側から連結部２１に連なる連結部側にかけてこのステム部２２の軸方向に沿って延びるように形成された溝２３が４本設けられている。これらの溝２３は、ステム部２２の軸中心Ｑ（図９において点Ｑで示す円柱軸中心）を中心とする周方向において軸中心Ｑに対して均等角度となる位置に配置されている。即ち、ステム部２２に設けられた４本の溝２３は、軸中心Ｑを中心とする周方向において軸中心Ｑに対して９０度ずつずれた位置に配置されている。
【００５２】
また、ステム部２２においては、溝２３のそれぞれは、第１実施形態のステム部１２の溝１３と同様に、ステム部２２の軸方向に対して垂直な断面における側面の表面２２ａに対する凹み領域である溝断面の断面積が、ステム部２２の先端側から連結部側にかけて徐
々に減少するように、形成されている。そして、溝２３のそれぞれは、第１実施形態の溝１３と同様に、ステム部２２における先端側から連結部側にかけて、溝深さが徐々に浅くなるように形成されるとともに、溝幅が徐々に狭くなるように形成されることで、上記の溝断面の断面積が減少するように形成されている。また、ステム部２２の軸方向に対して垂直な方向における溝２３の形状は、第１実施形態の溝１３と同様に、ステム部２２における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成されている。
【００５３】
以上説明した人工関節用コンポーネント２によると、円柱軸状の部分として形成されたステム部２２において、軸方向に沿って、先端側から連結部側にかけて徐々に溝断面の断面積が減少する複数の溝２３が形成されることになる。このため、ステム部２２の側面と髄腔部との間で骨セメントが流動する流路面積が略一定となってしまうことがなく、骨セメントの流動の際における流動抵抗をステム部２２の先端側の領域で小さくして連結部側の領域にかけて徐々に大きくすることができる。これにより、円柱軸状の部分として形成されたステム部２２を有する人工関節用コンポーネント２であっても、第１実施形態の人工関節用コンポーネント１と同様に、ステム部２２における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部２２を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる。
【００５４】
（試験結果）
次に、本発明に係る人工関節用コンポーネントの効果を検証するための試験を行った結果について説明する。この試験においては、試験用の人工関節用コンポーネントのステム部を模擬ステム部として３種類作成し、それらの模擬ステム部を試験用の骨モデルの模擬髄腔部に対して挿入し、模擬髄腔部内の骨セメントの圧力と挿入抵抗である模擬ステム部の押し込み荷重とを測定することで、本発明の効果の検証を行った。
【００５５】
尚、試験用の模擬ステム部は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を素材として作成し、表面粗度（Ｒａ）を０．２μｍ〜０、４μｍ程度に調整したものを用いた。模擬髄腔部を構成する骨モデルについては、アクリル製のものを用いた。また、骨セメントについては、１分間混練した後にセメントガンシリンジに充填し、その３分後に模擬髄腔部にセメントを充填した。そして、更にその１分後から、一定速度で押し込む試験機を用いて、模擬ステム部を模擬髄腔部内に１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で挿入して押し込む試験を行った。
【００５６】
図１０は、比較用の模擬ステム部３０の正面図（図１０（ａ））及び底面図（図１０（ｂ））を示したものである。また、図１１に示す模擬ステム部３１及び図１２に示す模擬ステム部３２は、本発明に係る人工関節用コンポーネントのステム部に対応する模擬ステム部を示したものである。尚、図１１は、模擬ステム部３１の正面図（図１１（ａ））、底面図（図１１（ｂ））及び側面図（図１１（ｃ））を示している。また、図１２は、模擬ステム部３２の正面図（図１２（ａ））、底面図（図１２（ｂ））及び側面図（図１２（ｃ））を示している。
【００５７】
図１０に示す模擬ステム部３０は、その側面に溝が設けられていない円柱軸状の部分として形成されている。図１１に示すステム部３１は、その側面に２本の溝３１ａが設けられた円柱軸状の部分として形成されている。２本の溝３１ａのそれぞれは、第１及び第２実施形態に係る各溝（１３、２３）と同様の形状に形成されている。そして、２本の溝３１ａは、模擬ステム部３１の軸中心を中心として点対称な位置に配置されている。図１２に示すステム部３２は、その側面に４本の溝３２ａが設けられた円柱軸状の部分として形成されている。４本の溝３２ａのそれぞれは、第１及び第２実施形態に係る各溝（１３、２３）と同様の形状に形成されている。そして、４本の溝３２ａは、模擬ステム部３２の軸中心を中心とする周方向においてその軸中心に対して均等角度となる位置に（即ち、９
０度ずつずれた位置に）配置されている。
【００５８】
図１３は、模擬髄腔部３３ａを構成する骨モデル３３に模擬ステム部（３０、３１、３２）が挿入されている状態を示す正面図である。骨モデル３３は、軸方向に亘って同一径の円形断面を有する模擬髄腔部３３ａを区画する円筒状部分３３ｂと、この円筒部分３３ｂの下端に設けられる基台部３３ｃと、を備えて構成されている。尚、模擬髄腔部３３ａの直径と模擬ステム部（３０、３１、３２）の直径との寸法差は、実際の髄腔部とステム部との寸法関係に対応させることを考慮して、１ｍｍに設定した。
【００５９】
また、骨モデル３３においては、円筒部分３３ａの軸方向における３箇所の位置に、模擬髄腔部３３ａ内に充填された骨セメントの圧力を検知する圧力ゲージ（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）を取り付けた。圧力ゲージ３４ａは、模擬髄腔部３３ａにおいて模擬ステム部（３０、３１、３２）が挿入される挿入口側に配置した。圧力ゲージ３４ｃは、模擬髄腔部３３ａにおける奥側（即ち、基台部３３ｃ側）に配置した。圧力ゲージ３４ｂは、圧力ゲージ３４ａの位置と圧力ゲージ３４ｃの位置との中間位置に配置した。これらの圧力ゲージ（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）による検知結果に基づいて、骨セメントを充填した模擬髄腔部３３ａに模擬ステム部（３０、３１、３２）を挿入する際における模擬髄腔部３３ａの挿入口側、中間位置、奥側のそれぞれの位置における骨セメントの圧力の推移を測定した。
【００６０】
また、模擬髄腔部３３ａに挿入される模擬ステム部（３０、３１、３２）には、前述の試験機（図示せず）を用いて、図１３中において矢印Ｇで示す方向に向かって押し込み荷重を付与した。この押し込み荷重については、図示しない試験機に設けられたロードセルによって検知した。このロードセルの検知結果に基づいて、骨セメントを充填した模擬髄腔部３３ａに模擬ステム部（３０、３１、３２）を挿入する際における模擬ステム部（３０、３１、３２）の押し込み荷重の推移を測定した。
【００６１】
上述した模擬ステム部（３０、３１、３２）及び模擬髄腔部３３ａを用いた試験については、骨セメントの粘度条件において若干のばらつきが生じることを考慮して、各模擬ステム部（３０、３１、３２）についてそれぞれ３回ずつ行った。そして、それぞれの試験ごとに、上述のように、模擬ステム部（３０、３１、３２）を模擬髄腔部３３ａへ挿入した際における骨セメントの圧力と押し込み荷重とを測定した。
【００６２】
図１４乃至図１６は、模擬ステム部３０の模擬髄腔部３３ａへの挿入の際における模擬髄腔部３３ａの挿入口側、中間位置、奥側のそれぞれの位置における骨セメントの圧力の推移を示した図である。図１４が１回目の試験結果を、図１５が２回目の試験結果を、図１６が３回目の試験結果をそれぞれ示している。また、図１７乃至図１９は、模擬ステム部３１の模擬髄腔部３３ａへの挿入の際における模擬髄腔部３３ａの挿入口側、中間位置、奥側のそれぞれの位置における骨セメントの圧力の推移を示した図である。図１７が１回目の試験結果を、図１８が２回目の試験結果を、図１９が３回目の試験結果をそれぞれ示している。また、図２０乃至図２２は、模擬ステム部３２の模擬髄腔部３３ａへの挿入の際における模擬髄腔部３３ａの挿入口側、中間位置、奥側のそれぞれの位置における骨セメントの圧力の推移を示した図である。図２０が１回目の試験結果を、図２１が２回目の試験結果を、図２２が３回目の試験結果をそれぞれ示している。尚、図１４乃至図２２においては、模擬髄腔部３３ａの挿入口側の位置における骨セメントの圧力（以下、単に「挿入口側の圧力」という）の推移をピッチの細かい破線で図示している。また、模擬髄腔部３３ａの中間位置における骨セメントの圧力（以下、単に「中間位置の圧力」という）の推移を挿入口側の圧力の推移の破線よりもピッチの粗い破線で図示している。また、模擬髄腔部３３ａの奥側の位置における骨セメントの圧力（以下、単に「奥側の圧力」という）の推移を実線で図示している。
【００６３】
また、図２３乃至図２５は、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入の際における押し込み荷重の推移を示した図である。図２３が模擬ステム部３０の模擬髄腔部３３ａへの挿入時の押し込み荷重を、図２４が模擬ステム部３１の模擬髄腔部３３ａへの挿入時の押し込み荷重を、図２５が模擬ステム部３２の模擬髄腔部３３ａへの挿入時の押し込み荷重を、それぞれ示している。尚、図２３乃至図２５においては、１回目の試験結果をピッチの細かい破線で、２回目の試験結果を１回目の試験結果の破線よりもピッチの粗い破線で、３回目の試験結果を実線で、それぞれ図示している。
【００６４】
図１４乃至図２２に示すように、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入を開始すると、挿入口側の圧力、中間位置の圧力及び奥側の圧力が、いずれも同じ立ち上がり方で上昇を開始する。そして、挿入される模擬ステム部（３０、３１、３２）の先端側が挿入口側の位置に配置された圧力ゲージ３４ａの側方を通過すると、挿入口側の圧力が中間位置の圧力及び奥側の圧力とは異なる圧力で推移を始めることになる。更に、模擬ステム部（３０、３１，３２）の先端側が中間位置に配置された圧力ゲージ３４ｂの側方を通過すると、中間位置の圧力が奥側の圧力とは異なる圧力で推移を始めることになる。
【００６５】
そして、試験の結果、図１４乃至図２２に示すように、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入開始後における骨セメントの圧力の立ち上がり方については、模擬ステム部３０、模擬ステム部３１、模擬ステム部３２の順で段々と緩やかな立ち上がり方になることが確認できた。即ち、溝のない模擬ステム部３０の場合は最も急激な圧力の立ち上がり方となり、溝３１ａが２本設けられた模擬ステム部３１の場合はより緩やかな圧力の立ち上がり方となり、溝３２ａが４本設けられた模擬ステム部３２の場合は最も緩やかな立ち上がり方となることが確認できた。尚、溝のない模擬ステム部３０の場合、奥側の圧力については、圧力ゲージ３４ｃが測定可能な上限圧力（５．５ＭＰａ）を超えてしまう結果となった。
【００６６】
また、図２３乃至図２５に示すように、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入中の押し込み荷重については、模擬ステム部３０、模擬ステム部３１、模擬ステム部３２の順で段々と小さくなることが確認できた。即ち、溝のない模擬ステム部３０の場合は最も押し込み荷重が大きくなり、溝３１ａが２本設けられた模擬ステム部３１の場合はより押し込み荷重を小さくでき、溝３２ａが４本設けられた模擬ステム部３２の場合は最も押し込み荷重を小さくできることが確認できた。
【００６７】
また、図１４乃至図２２に示すように、模擬ステム部（３０、３１、３２）の模擬髄腔部３３ａへの挿入中に達する骨セメントの最大圧力については、溝のない模擬ステム部３０に対して、溝（３１ａ、３２ａ）が設けられた模擬ステム部（３１、３２）では、奥側の圧力を低下させるとともに挿入口側の圧力を上昇させることができることが確認できた。即ち、挿入される模擬ステム部（３１、３２）の先端側（模擬髄腔部３３の奥側）の領域において骨セメントの圧力を低下させ、模擬ステム部（３１、３２）の連結部側（模擬髄腔部３３の挿入口側）の領域において骨セメントの圧力を上昇させることができることを確認できた。よって、模擬ステム部（３１、３２）の側面と模擬髄腔部３３ａとの間の領域において、模擬ステム部（３１、３２）の先端側から連結部側にかけて全体に亘って効率よく圧力を分散させて作用させることができることが確認できた。また、奥側の圧力を低下させるとともに挿入口側の圧力を上昇させる傾向については、溝３１ａが２本設けられた模擬ステム部３１の場合よりも溝３２ａが４本設けられた模擬ステム部３２の場合において、より明瞭に確認することができた。
【００６８】
以上のように、上述した試験を行って本発明の効果について検証した結果、本発明によ
ると、ステム部における髄腔部に挿入される側面の全体に亘って骨セメントから高い圧力が作用する状態に維持したままでステム部を髄腔部へ挿入していくことが容易となり、骨セメントによる固定状態を良好な状態とすることを容易に実現することができる人工関節用コンポーネントを提供することができることが確認できた。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、次のように変更して実施することができる。
【００７０】
（１）本実施形態では、人工股関節用大腿骨コンポーネント及び人工膝関節用脛骨コンポーネントとして本発明が適用された場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、人工膝関節用大腿骨コンポーネントとして本発明が適用されてもよく、また、人工股関節及び人工膝関節以外の人工関節（人工肘関節、人工肩関節、人工指関節、人工足関節、等）における人工関節用コンポーネントとして本発明が適用されてもよい。
【００７１】
（２）本実施形態では、ステム部の側面において、先端側から連結部側にかけて溝断面の断面積が減少する溝が周方向の均等角度の位置に４本設けられた場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、ステム部の側面において、先端側から連結部側にかけて溝断面の断面積が減少する溝が周方向の均等角度の位置に少なくとも２本設けられていれば本発明の効果を奏することができる。
【００７２】
（３）ステム部の側面に設けられる溝の形状については、本実施形態で例示した形状に限らず、先端側から連結部側にかけて溝断面の断面積が減少する溝の形状であれば、種々変更して実施することができる。また、溝断面の断面積が先端側から連結部側にかけて徐々に減少する中途において、断面積が変化しない部分が部分的に設けられているものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントとして、広く適用することができるものである。
【符号の説明】
【００７４】
１ 人工関節用コンポーネント
１１ 連結部
１２ ステム部
１３、１３ａ、１３ｂ 溝
１００ 大腿骨（骨）
１００ａ 髄腔部
１０２ 骨頭ボール部材（他のコンポーネント）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントであって、
人工関節における他のコンポーネントに連結される連結部と、
先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定される軸状の部分として形成されるとともに、先端側とは反対側の端部において、前記連結部と一体に形成され又は前記連結部が固定されるステム部と、
を備え、
前記ステム部の側面には、その側面の表面に対して内側に凹むように形成されるとともに、先端側から前記連結部に連なる連結部側にかけて当該ステム部の軸方向に沿って延びるように形成された溝が少なくとも２本設けられ、
前記溝は、前記ステム部の軸中心を中心とする周方向において当該軸中心に対して均等角度となる位置に配置され、
前記溝のそれぞれは、前記ステム部の軸方向に対して垂直な断面における前記側面の表面に対する凹み領域である溝断面の断面積が、前記ステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように、形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項２】
請求項１に記載の人工関節用コンポーネントであって、
前記溝のそれぞれは、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、溝深さが徐々に浅くなるように形成されることで、前記溝断面の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の人工関節用コンポーネントであって、
前記溝のそれぞれは、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、溝幅が徐々に狭くなるように形成されることで、前記溝断面の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の人工関節用コンポーネントであって、
前記ステム部の軸方向に対して垂直な断面における前記溝の形状は、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の人工関節用コンポーネントであって、
前記ステム部は、円柱軸状の部分として形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の人工関節用コンポーネントであって、
人工股関節において用いられ、先端側が大腿骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに、骨盤の寛骨臼側に配置されてボール状に形成された骨頭ボール部材として設けられた他のコンポーネントに前記連結部が連結する、人工股関節用大腿骨コンポーネントとして設けられ、
前記溝は、前記ステム部が大腿骨に埋植された状態における人体の前後方向及び内外側方向のうちの少なくともいずれかにおいて当該ステム部の軸中心を中心として点対称な位置に配置されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項１】
人工関節において用いられ、先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに先端側とは反対側で他のコンポーネントに連結される人工関節用コンポーネントであって、
人工関節における他のコンポーネントに連結される連結部と、
先端側が骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定される軸状の部分として形成されるとともに、先端側とは反対側の端部において、前記連結部と一体に形成され又は前記連結部が固定されるステム部と、
を備え、
前記ステム部の側面には、その側面の表面に対して内側に凹むように形成されるとともに、先端側から前記連結部に連なる連結部側にかけて当該ステム部の軸方向に沿って延びるように形成された溝が少なくとも２本設けられ、
前記溝は、前記ステム部の軸中心を中心とする周方向において当該軸中心に対して均等角度となる位置に配置され、
前記溝のそれぞれは、前記ステム部の軸方向に対して垂直な断面における前記側面の表面に対する凹み領域である溝断面の断面積が、前記ステム部の先端側から連結部側にかけて徐々に減少するように、形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項２】
請求項１に記載の人工関節用コンポーネントであって、
前記溝のそれぞれは、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、溝深さが徐々に浅くなるように形成されることで、前記溝断面の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の人工関節用コンポーネントであって、
前記溝のそれぞれは、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、溝幅が徐々に狭くなるように形成されることで、前記溝断面の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の人工関節用コンポーネントであって、
前記ステム部の軸方向に対して垂直な断面における前記溝の形状は、前記ステム部における先端側から連結部側にかけて、同一の曲率半径の円の円弧として形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の人工関節用コンポーネントであって、
前記ステム部は、円柱軸状の部分として形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の人工関節用コンポーネントであって、
人工股関節において用いられ、先端側が大腿骨の髄腔部に挿入されて骨セメントにより固定されるとともに、骨盤の寛骨臼側に配置されてボール状に形成された骨頭ボール部材として設けられた他のコンポーネントに前記連結部が連結する、人工股関節用大腿骨コンポーネントとして設けられ、
前記溝は、前記ステム部が大腿骨に埋植された状態における人体の前後方向及び内外側方向のうちの少なくともいずれかにおいて当該ステム部の軸中心を中心として点対称な位置に配置されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−７２３２６（Ｐ２０１１−７２３２６Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３６９７（Ｐ２００９−２２３６９７）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（５０４４１８０８４）日本メディカルマテリアル株式会社 (106)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（５０４４１８０８４）日本メディカルマテリアル株式会社 (106)
【Ｆターム（参考）】
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