JP2019013782A

JP2019013782A - 人工股関節用ステム

Info

Publication number: JP2019013782A
Application number: JP2018178591A
Authority: JP
Inventors: 医晃示野; Iko Shino; 貴夫井田; Takao Ida
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2019-01-31

Abstract

【課題】人工股関節置換術後に粗面部に残存するアルミナ製のブラストメディアによって人工股関節が備える人工骨頭とカップにスクラッチ傷が発生するのを抑制することができる人工股関節用ステムを提供する。【解決手段】算術平均粗さ（Ｒａ）が４〜８μｍであり、且つ、アルミナ製のブラストメディアが残存する粗面部３を表面２に備え、粗面部３の元素マッピング画像において、式：（アルミナ製のブラストメディアのピクセル数／画像の総ピクセル数）×１００から算出されるブラストメディアの残存量が、５％以下である、人工股関節用ステム１である。【選択図】図１

Description

本発明は、人工股関節用ステムに関する。

従来から、疾患や事故などで低下した股関節の機能を回復させるために、股関節を人工のものに置換する人工股関節置換術が行われている。人工股関節は、大腿骨に固定される人工股関節用ステム（以下、「ステム」と言うことがある。）と、ステムのネック部に嵌合する人工骨頭と、人工骨頭を摺動可能に収容するとともに寛骨の臼蓋に固定されるカップを備えている。

ところで、ステムと骨との接合力を向上させるために、ステムの表面をブラスト処理して粗面にすることがある。ブラスト処理では、アルミナ製のブラストメディアを使用することがあり、形成される粗面部にアルミナ製のブラストメディアが残存することがある。そして、残存するアルミナ製のブラストメディアが、人工股関節置換術後に粗面部から脱粒して人工骨頭とカップとの間に侵入し、両部材にスクラッチ傷を発生させることがあった（例えば、非特許文献１、２参照）。この問題は、ツバイミューラー（Zweymuller）型のステムにおいて顕著であった。

M.Bohler, 「Adverse tissue reactions to wear particles from Co-alloy articulations, increased by alumina-blasting particle contamination from cementless Ti-based total hip implants」, J Bone Joint Surg, 2002, 84-B, p. 128-136 Alexander Kolb, 「Contamination of surfaces for osseointegration of cementless total hip implants by small aluminium oxide particles: analysis of established implants by use of a new technique」, J Orthop Sci, 2013, 18, p. 245-249

本発明の課題は、人工股関節置換術後に粗面部に残存するアルミナ製のブラストメディアによって人工股関節が備える人工骨頭とカップにスクラッチ傷が発生するのを抑制することができる人工股関節用ステムを提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。

（１）算術平均粗さ（Ｒａ）が４〜８μｍであり、且つ、アルミナ製のブラストメディアが残存する粗面部を表面に備え、前記粗面部の元素マッピング画像において、式：（アルミナ製のブラストメディアのピクセル数／画像の総ピクセル数）×１００から算出される前記ブラストメディアの残存量が、５％以下である、人工股関節用ステム。

（２）ツバイミューラー型である、前記（１）に記載の人工股関節用ステム。

本発明によれば、人工股関節置換術後にステムの粗面部に残存するアルミナ製のブラストメディアによって人工股関節が備える人工骨頭とカップにスクラッチ傷が発生するのを抑制することができるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る人工股関節用ステムを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のａ矢視平面図である。本発明の一実施形態に係る人工股関節用ステムに対して画像処理を実施した結果を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る人工股関節用ステムについて、図１および図２を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態のステム１は、ツバイミューラー型である。ステム１の構成材料としては、例えば、チタン合金などが挙げられる。チタン合金としては、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖなどが挙げられる。

ステム１は、その表面２に粗面部３を備えている。粗面部３は、その算術平均粗さ（Ｒａ）が、４〜８μｍである。算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳＢ０６０１−２０１３に準拠して測定される値である。

粗面部３は、表面２に対してブラスト処理を施すことによって形成されている。ブラスト処理では、アルミナ製のブラストメディアを使用する。ブラストメディアは、実質的にアルミナで構成されていればよく、アルミナ以外の他の物質を若干含んでいてもよい。ブラストメディアの粒度は、ＩＳＯ８４８６−１：１９９６のＦ２４に準拠しているのがよい。

ここで、ブラスト処理では、上述のとおり、アルミナ製のブラストメディアを使用することから、粗面部３にはアルミナ製のブラストメディアが残存している。本実施形態では、粗面部３の元素マッピング画像において、式：（アルミナ製のブラストメディアのピクセル数／画像の総ピクセル数）×１００から算出されるブラストメディアの残存量が、５％以下である。このような構成によれば、人工股関節置換術後に粗面部３から脱粒するブラストメディアの量を少なくすることができる。その結果、人工股関節置換術後に粗面部３に残存するブラストメディアによって人工股関節が備える人工骨頭とカップにスクラッチ傷が発生するのを抑制することができる。なお、ブラストメディアの残存量の下限値は、特に限定されない。

ブラストメディアの残存量の具体的な算出方法について、ステム１がチタン合金からなる場合を例にとって説明する。まず、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を使用して粗面部３の反射電子像を得る。

次に、ステム１の主成分であるチタン（Ｔｉ）と、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）製のブラストメディアの主成分であるアルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）に対し、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）による元素マッピングを実施する。

観察条件は、以下のとおりである。

蒸着：なし
加速電圧：１５ｋＶ
倍率：１５０倍
解像度：５１２×４００
フレーム数：３２
マッピング元素：チタン、アルミニウム、酸素
次に、画像処理ソフトを使用して画像処理を行う。画像処理ソフトとしては、例えば、アメリカ国立衛生研究所製の「ImageJ 1.49u」などが挙げられる。

画像処理は、演算処理、モノクロ加工およびピクセル数の測定の順に行う。

＜演算処理＞
酸素およびアルミニウムが検出された部位で、且つ、チタンが検出されない部位にブラストメディアが存在していると考えられることから、以下の演算処理を実施する。

（酸素およびアルミニウムが検出された部位の算出）
Process → Image Calculator
Image1：酸素のマッピング画像
Operation：AND（論理積）
Image2：アルミニウムのマッピング画像

（酸素およびアルミニウムが検出された部位で、且つ、チタンが検出されない部位の算出）
Process → Image Calculator
Image3：酸素およびアルミニウムが検出された部位の算出画像
Operation：Subtract（減算）
Image4：チタンのマッピング画像

＜モノクロ加工＞
モノクロ加工は、以下の条件で行う。
Image → Adjust → Threshold

＜ピクセル数の測定＞
１ピクセル（画素）以上の塊をブラストメディアとして認識するように設定し、ピクセル数を算出する。
Analyze → Analyze particle
Size：1-Infinity
Circularity：0.00-1.00

算出されたブラストメディアのピクセル数と、画像の総ピクセル数とを、上述した式に当てはめれば、ブラストメディアの残存量を算出することができる。具体例を挙げると、図２では、算出されるブラストメディアのピクセル数が８５５５ピクセル、画像の総ピクセル数が２０４８００ピクセルである。これらの値を上述した式に当てはめて算出されるブラストメディアの残存量は、４．１％である。なお、図２では、チタンのマッピングで検出されない部位に酸素およびアルミニウムが強く検出されている。したがって、上述のとおり、チタンが検出されず、且つ、酸素およびアルミニウムが検出される部位にブラストメディアが存在していると考えられる。

粗面部３のブラストメディアの残存量を上述した数値にするには、例えば、酸処理、ドライアイス処理などを粗面部３に対して施せばよい。なお、粗面部３に対する処理は、ブラストメディアの残存量を上述した数値にできる限り、例示したものに限定されるものではない。

以上、本発明に係る好ましい実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

例えば、上述の実施形態では、ステム１がツバイミューラー型である場合を例にとって説明したが、ステム１はツバイミューラー型以外の他の形状を有していてもよい。

１人工股関節用ステム
２表面
３粗面部

Claims

算術平均粗さ（Ｒａ）が４〜８μｍであり、且つ、アルミナ製のブラストメディアが残存する粗面部を表面に備え、
前記粗面部の元素マッピング画像において、式：（アルミナ製のブラストメディアのピクセル数／画像の総ピクセル数）×１００から算出される前記ブラストメディアの残存量が、５％以下である、人工股関節用ステム。
ツバイミューラー型である、請求項１に記載の人工股関節用ステム。