JPH0360270B2 - - Google Patents

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JPH0360270B2
JPH0360270B2 JP60088473A JP8847385A JPH0360270B2 JP H0360270 B2 JPH0360270 B2 JP H0360270B2 JP 60088473 A JP60088473 A JP 60088473A JP 8847385 A JP8847385 A JP 8847385A JP H0360270 B2 JPH0360270 B2 JP H0360270B2
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JP
Japan
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implant
adhesive surface
adhesive
laser
rows
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Rin Ban Kamupen Kureigu
Neiru Hotsukaato Eritsuku
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Original Assignee
Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、人体内用の、とくに組織の侵入が可
能な、完全な接着面を有する移植体に関する。レ
ーザーを用いた移植体接着面の形成法がこの発明
に含まれている。
〔従来の技術〕
移植体を人体内で恒久化する為に、その固着法
や装置が数多く開発されている。成形外科的移植
の分野で良く知られている一つの方法は移植体を
固定するために、ポリメタクリレートのような接
合剤の利用である。移植の永続性を改善するもう
一つの方法は、人体組織の侵入を受容し得る移植
体の作製である。例えば米国特許第3605123号、
同第3808606号、同第3855638号に示されているよ
うな多孔性表面を有する移植体等がある。
米国特許第4272855号は、このような多孔性表
面を有する移植体は、接着面の鋭角的な角や端部
により、その機械的強度が減少させられるのでは
ないかと指摘し、その利点に異議を唱えている。
当該特許によれば、鋭角的な角な端部は、ひび割
れを誘発しやすく、これが移植体の中心部にまで
ひろがり、結果として破損をひき起こす。この欠
点は、角や端部を持たない、多数の凹凸を有する
接着面により克服され得ることが明らかにされて
いる。そのような接着面は、エンボス（型押し）
加工、鋳造、化学エツチング、切削加工やその他
種々の機械的加工により製作されると記述されて
いる。
角や端部を持たない表面が組織の侵入にとつて
最善であるとは一般に信じられていない。一方、
角を持たない表面は一般に移植体の内部応力を減
少させるが同時に組織との接触面積をも減少させ
る。接着は、ほとんど移植体・組織間の機械的相
互作用に依存する為、接触面積の減少は、移植体
の組織への接着強度を著しく減少させることにな
る。ここでいう機械的相互作用には大別して二種
ある。その一つは、移植体の背部もしくは周囲に
組織が成長するように連結部を形成することであ
る。もう一つは、摩擦力である。すなわち、移植
体表面に組織が密着するように成長すれば、その
結果ある程度強い摩擦力による接着が生じる。
米国特許第4272855号による接着面は機械的相
互作用の双方の強さを著しく減少させている。全
く角をもたない表面は組織が入り込み連結を生じ
る構造を少ししか持たない。さらに全く角を持た
ない表面は組織との接触面積及び摩擦による組織
−移植体間のずれを抑制する面積を小さくする。
本発明における移植体は、鋭角部による内部応力
の発生を極小化しつつ、これらの欠点を克服して
いる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、人体内用の移植体が提供され
る。この移植体は、生体組織の侵入を受け入れ得
る完全な接着面を有する。この接着面は、(1)内部
接着部を形成する交差し列状のリムを持つ、隣接
する多数の凹面部と、(2)この内部接着部から突き
出た列をなす多数の間隔をもつて並ぶ柱状物とか
ら成り、この柱状物は、それぞれ、多数の側部接
着面を持ち、この側部接着面は(1)一般に円柱状く
ぼみ形をしており、(2)柱状物の角を形成するよう
に交差し、そして(3)前記凹面部との交差部で円弧
状にカツトされている。
本発明では更に人体内用の移植体に接着面を形
成する方法が提供されている。この方法は、 (a) 移植体表面へパルスレーザービームを向ける
工程、 (b) レーザービームにより移植体表面に円柱状凹
部をあける工程、 (c) レーザービームを移植体表面上で一定距離移
動させる工程、 (d) 工程ｂ及び工程ｃを繰り返して、接着面上に
(1)内部接着部を形成する交差部のある、列状の
リムを持ち、隣接する多数の凹面部、(2)この内
部接着部から突き出た、列をなす多数の間隔を
もつて並ぶ柱状物で、この柱状物はそれぞれ多
数の側部接着面をもつと共にこの側部接着面
は、(1)一般に円柱状凹部を持ち、(2)柱状物の角
を形成するように交差し、そして(3)前記の凹面
部との交差部で円弧状にカツトされている接着
面を形成する工程、から成つている。
詳細な説明 第１図は移植体１０の平面図であり、この移植
体１０は柄を持つ腰部大腿骨である。移植体１０
は予め除去された大腿骨頂に置換するものであ
る。大腿骨頂を取り出し、移植体１０を移植する
方法は従来良く知られている。移植体１０は、従
来アメリカン ソサイアテイ フオー テステイ
ング アンド マテリアルズ スタンダード第75
号（American Society for Testing and
Materials StandardNo.75）に準拠するコバル
ト・クローム合金の鋳造物のような合金から成つ
ている。移植体１０は大腿骨頂として示され説明
されているが、本発明の移植体は他の多数の形態
を取り得るわけで、大腿骨頂に限定されるわけで
はない。例えば、この移植体は、腰部人工寛臼骨
の一部、肩部人工上腕骨もしくは人工関節窩、ひ
ざの人工大腿骨もしくは人工脛側骨の一部、靭帯
の一部や腱を骨に固定する人工のとめ具や装置、
骨の組織移植や部分的な骨の置換等の為の装置、
指関節グロメツト（grommet）、歯根の移植体等
ともなり得る。同様にこの移植体は他の材質から
も構成される。例えば、鍛造コバルト・クローム
合金、チタン６・アルミニウム４・バナジウム合
金、ステンレス鋼合金、超高分子量ポリエチレ
ン、アルミナのようなセラミツクス等がある。と
りあえず上記の移植体は整形外科的利用に関する
ものであるが、使用材質例はこれに限られず、
又、本発明は整形外科的利用に限られず、材質も
上記例に限られるわけではない。例えば、組織の
侵入を受け入れ得る移植体の表面を形態的に改善
することが望ましいような医学的応用がある。例
えば、経皮的な連結装置、ペースメーカー容器、
人工心臓血管系、移植体の安定化が要求されるよ
うな軟組織の移植を含む。このよう医学的応用に
は、一般的分類によるところのフツ素ポリマー、
シリコンポリマー、ポリアセタル、ポリウレタン
ポリスルフオン、ポリアラミド、ポリエステル、
ポリオレフイン等の材質の利用も可能である。
移植体１０は、大腿骨骨髄管に挿入される大腿
骨頂１２と大腿骨茎１４を含む。大腿骨茎１４は
カラー１６、骨端中節部１８、骨端末部２０を含
む。カラー１６は生体の大腿骨頚部の骨皮質部に
固定するように作られている。骨端中節部１８
は、従来の骨端中節部と連結するようになつてい
る。骨端末部２０は大腿の対応する部分に連結す
るように作られる。
接着面２２は骨端中節部１８の前面２１と図に
は示されていない背部とに設けられていることが
望ましい。接着面２２の第１実施例である一部分
２４が第２図に示されている。この一部分２４は
多数の球面の一部をなす凹面部２６と多数の細長
く好ましくは長さのそろつた柱状物２８とから形
成される。凹面部２６は互いに隣接し、第３図に
も示されているように、交差している一般に列状
のリム３０を有する。
第２，３図に示されているように、交差部をも
つ列状のリム３０によつて内部接着部３２が形成
される。内部接着部３２からの突起が柱状物２８
である。柱状物２８は４つの側部接着面３４と端
面３５をもつ。この端面３５は、外向きの接着面
となる。またこの端面３５は移植体１０の表面に
平行である。側部接着面３４は、それぞれ、好ま
しくは内部接着部３２に垂直な軸に関して、円柱
状のくぼみ形となつている。側部接着面３４は、
柱状物２８一つあたり、通常４つの鋭角的な角３
６を作る。この角３６は、通常互いに平行で、好
ましくは内部接着面３２にほぼ垂直に延びてい
る。側部接着面３４は、凹面部２６との交差部３
８で円弧状にカツトされている。凹面部２６の柱
状物２８との間の交差部３８は、そこの点での応
力の発生を削除するために円弧状にカツトされて
いる。応力は、幾何学的研究により、応力集中が
生じる鋭角部で発生することが良く知られてい
る。高い応力集中は、材料の疲労に基づく破損を
誘発するひび割れを生じ易くする。
交差部３８は円弧状にカツトされているが、各
柱状物２８の側部接着面３４は、円柱状のくぼみ
形となつており、鋭角的な柱状物の角３６で交差
している。このように円柱状にくぼんだ側部接着
面３４は、このようなくぼみ形を持たない面と比
較して、際立つた利点をもつ。円柱状にくぼんだ
側部接着面３４を有する柱状物２８は局所的な組
織の侵入にとつて、どの面の方向から見てもくぼ
みのある空間を提供している。このことは、部分
的な機械的連結に依る移植体１０の安定性を増
す。このような連続はくぼみ形をもたない面のみ
では不可能である。さらに、このようなくぼみ形
をもつ柱状物２８は、移植体１０から組織を剥離
させるような力に対する摩擦抵抗のための表面積
を増加させる。
円柱状のくぼみ形を有する側部接着面３４を有
する柱状物２８と、くぼみ形のない円筒状突起物
とを比較すると、双方の表面積を直ちに計算する
ことができる。摩擦抵抗は、直接、表面積に比例
する為、円柱状のくぼみ形をもつ側部接着面３４
に伴う摩擦抵抗の相対的な増加が決定される。柱
状突起物の中心間距離を500μｍ、高さを450μｍ
と仮定すると、表面積は、以下のように算出され
る。側面にくぼみ形のない柱状物はほぼ以下のよ
うな３つの部分に分けられる。150μｍの直径を
もつ半球状の先端部、250μｍの高さと直径150μ
ｍの上底、直径250μｍの下底をもつ円錐台状の
中間部、そして、125μｍの高さで上底の直径が
250μｍ、下底の直径が400μｍの円錐台状の基部
である。これら各部の表面積は、通常の求積法に
より求められ、その値はこのようなくぼみ形を持
たない突起１個あたり0.344mm2である。円柱状の
くぼみ形を有する側部接着面３４をもつ柱状物２
８もまた、ほぼ３つの部分に分けられる。即ち、
先端部は300μｍの弦長と50μｍのせりの高さをも
つ４つの円弧に近い300μｍ四方の正方形状、中
間部は300μｍの弦長と50μｍのせりの高さをもつ
４つの円弧で高さが325μｍ、そして基部は125μ
ｍの高さ、上底が225μｍ、下底が325μｍの円錐
台である。再び通常の求積法を用いて、このよう
な円柱状のくぼみ形を有する側部接着面３４をも
つ柱状物２８一つあたりの前表面積を求めると
0.605mm2となる。これは、くぼみ形のない場合と
比較して、くぼみ形を側面にもつ柱状物２８を有
する移植体は、固着する際に接触面積として1.76
倍、すなわち76％増の摩擦抵抗力をもつことにな
る。このように柱状物28における強化された機械
的連結及び摩擦抵抗力は移植体１０が体内に移植
された際にうけるねじれ力に耐え得る。このねじ
れ力は、例えば腰部移植体では、移植体が継ぎ手
として用いられることが多いため無視し得ない。
このような力は腰部移植体のゆるみや故障の主因
となる可能性がある。
移植体１０と組織の界面におけるねじり力に対
する耐性に加えて、組織と接触する接着面２２も
また、移植体１０から組織を剥離させようとする
界面に垂直な力に対しても耐性を持たねばならな
い。まず、円柱状のくぼみ形を有する側部接着面
３４をもつ柱状物２８は、移植体１０から組織と
の界面に垂直な力が加えられたとき、剥離に対し
て76％増の面積、すなわち76％増の抵抗力を有す
る。この第１の移植体１０からの組織の微視的な
剥離に続いて、内部接着部３２に、好ましくはほ
ぼ垂直であり、従つて移植体−組織界面に垂直な
円柱状のくぼみ形をもつ側部接着面３４は、移植
体１０からさらに組織が剥離しようとする傾向を
くいとめる摩擦抵抗を与える。一方、側面にくぼ
み形を持たない突起物は、初期の微視的な剥離の
後に、移植体１０から組織が剥離する傾向をくい
とめる抵抗力をもたない。とりわけ上述した寸法
の柱状物においては、各柱状物２８の４つの円柱
状のくぼみ形をもつ側部接着面３４は表面に垂直
な力に対する摩擦抵抗を与える表面として0.418
mm2を有する。こうして、平坦な表面積の１cm2あた
り、本発明の柱状物は界面に垂直な力に抗する垂
直方向の表面積として167mm2をもつことになる。
多数の凹面部２６と、柱状物２８とが接着面２
２を形成する。接着面２２は、凹面部２６と柱状
物２８の大きさを適当にすれば、生体組織の侵入
を受け入れるようになる。文献によれば以下のこ
とが明らかにされている。生体組織は移植体を作
る際従来用いられている材質の窪みに入り込んで
成長する。そして、もし、この窪みが脈管形成を
支持し得る充分な大きさをもつていれば、生体組
織は生存し続ける。骨などの硬い組織が侵入し得
る最小の窪みは、約150μｍであると考えられて
いる。皮膚や筋膜のような軟かい組織は少なくと
も50μｍ程度の小さな窪みの中へ成長してゆく。
移植体１０中への組織の侵入の深さは、理論的に
は移植体１０と侵入する組織との生化学的及び機
械的な適合性と脈管形成に充分な空間が与えられ
れば無制限である。そこで部分的に球状の凹面部
２６は、軟かな組織移植体については約50〜
150μｍ、硬いものについては、200〜400μｍの直
径をもつことが望ましい。第２，３図に示された
実施例においては、各柱状物２８は、凹面部２６
の直径と同程度の横幅をもつことも望ましい。
第９図は50倍の倍率で撮つた第２図の平面図の
走査型電子顕微鏡像である。この図は、以下に述
べる方法により形成された個々の凹面部２６と、
柱状物２８を示している。第１０図は、第９図と
同様な走査型電子顕微鏡像であるが、視点が第９
図の場合から30度傾けられている。第１０図は、
柱状物２８の円柱状のくぼみ形を有する側部接着
面３４を示している。第９，１０図の走査型電子
顕微鏡像は、接着面の一部分２４の構造中の不規
則性を示している。この不規則性は、以下に述べ
る製造法によつている。
このような不規則構造の一つは、柱状物が様々
に位置、すなわち、先端部、リムに沿つた部分、
もしくは側面上からのびている突起であるからで
あろう。このような突起は、組織・移植体間の強
化された連結の為の窪みの面積を与えるという点
で利点となる。接着面２２の第２の実施例の一部
分４０が第４図の平面図および第５の断面図中に
示されている。第５図は、部分的に球状な凹面部
４２と、第２，３図の多数の柱状物２８と同様
な、多数の細長い柱状物４４を示す。相違点は各
柱状物４４の先端に位置する膨んだ突起４６であ
る。突起４６は球根から生じた形をしており、接
着面２２が形成される方法によつて生じ、以下詳
細に説明される。
第２，３図の接着面の一部分２４と同様に第
４，５図の接着面の一部分４０は、交差部のある
列状のリム４８を凹面部４２と連結して内部接着
部５０を形成する。内部接着部５０からの突起物
が柱状物４４である。各柱状物４４は４つの側部
接着面５２を持つ。この側部接着５２は、一般
に、互いに平行で、長軸方向の軸のまわりに関し
て円柱状のくぼみ形を有し、内部接着部５０に垂
直であることが望ましい。この側部接着面５２
は、第２，３図とは異なる様式で、各柱状物４４
あたり４つの角５４を形式するように面が交わつ
ている。この相違は、接着面の一部分４０が形成
される後述の方法に関係している。柱状物の角５
４は通常互いに平行で、長軸をそろえて列をな
し、内部接着部５０に垂直に伸びている。この側
部接着面５２は、凹面部４２との交差部５６で前
述のように円弧状にカツトされている。
接着面２２の第３実施例の一部分５８が平面図
である第６図と断面図である第７図に示されてい
る。第７図は、多数の、部分的に球状で、凹面部
６０と第２，３図中の柱状物２８及び第４，５図
中の柱状物４４と同様に、多数の柱状物６２を示
している。第２，３図中の接着面の一部分２４と
第４，５図中の一部分４０とそれぞれ同様に、一
部分５８は、凹面部６０と、内部接着部６６を形
成する、交差し列状をなすリム６４と連結させて
いる。内部接着部６６からの突起物が柱状物６２
である。この柱状物は各々、８つの側部接着面６
８をもつ。この側部接着面６８の各々は、内部接
着部６６にほぼ垂直な軸のまわりに円柱状のくぼ
み形となつている。側部接着面６８は、第２，３
図及び第４，５図とは、異なつた様式で交差し、
各柱状物６２あたり８つの鋭角的な柱状物上の角
７０を形成する。この差異は、接着面の一部分５
８が形成される後述の方法に関連している。柱状
物上の角７０は、内部接着部６６にほぼ垂直な方
向に伸びていることが望ましい。側部接着面６８
は、凹面部６０との交差部７２の位置で前述よう
に円弧状にカツトされている。
接着面の一部分２４，４０，５８を作成する方
法は、それぞれ第２，４，６図とともに、第８図
を参照しながら以下に述べる。はじめに、第８図
は、移植体１０と、その上に接着面の一部分２
４，４０，５８を形成するための装置を示してい
る。その装置は全て従来良く使用されているもの
である。すなわち、レーザー７４、その為の電源
７６、レーザー７４から移植体１０上に放出され
るエネルギービームの焦点をあわせ、方向を決定
するための光学系７８、光学系７８を移植体１０
に対して位置決めをするための位置決め光学装置
８０、移植体１０を光学系７８に対して位置決め
するための位置決め装置８２、位置決め光学装置
８０のための制御系８４および位置決め装置８２
のための制御系８６を含んでいる。レーザー７４
は従来良く使われている形式のものでよく、たと
えば、CO2レーザー、ネオジミウム・ガラスレー
ザー、ネオジミウム：イツトリウム・アルミニウ
ム・ガーネツト（Nd：YAG）レーザー、アルゴ
ンレーザー等である。レーザービーム７５は移植
体１０に接着面の一部分２４，４０，５８の様に
示されている接着面２２を形成する為に向けられ
る。
レーザーを用いる製法の特長は、気化していな
い残りの材料が非常に速く冷却することに関連し
ている。1000000℃／sec程度の冷却速度はレーザ
ーの表面加工ではよくあることである。急速な冷
却速度は材料の本体内部に対して表面加工の影響
を減らすばかりでなく、ほとんど非晶質と考えら
れる。極めて微細な粒子から成る表面を形成す
る。以下の例１で述べられているレーザー加工さ
れたコバルト・クローム合金の微細な強度測定で
は、ダイアモンド微細硬度数で約350（約35ロツク
ウエル（Rockwell）Ｃ）の本体に対して、レー
ザーによつて融解された表面領域では約520のダ
イアモンド微細硬度（約50ロツクウエル
（Rockwell）Ｃ）と硬さが増している。このよう
に、レーザー加工より得られる極めて微細な粒子
サイズは、表面の物理的性質を改善し、非晶質金
属で良く知られている特性である腐食抵抗を強化
させるだろう。
接着面の一部分２４が形成される方法は、第２
図に示された矢印Ａ，Ｂで例示されている。予め
定められた時間、矢印Ａの前面にレーザービーム
７５の焦点を直接あわせ、最初に、円柱状の穴８
８があけられる。レーザービーム７５は矢印Ａの
方向に予め定められた方向に動かされ、２番目の
円柱状の穴９０があけられる。移植体１０に対す
るレーザービーム７５は、従来のように、位置決
め光学装置８０、位置決め装置８２、制御系８４
及び８６によつて、穴８８と９０が交差し上記の
ようにリム３０を形成するように移動させられ
る。穴８８と９０の直径はレーザービーム７５が
動かされる距離よりも大きい。その方法は、はじ
めＡに沿つて、次に内部接着部３２を形成するた
めに組み合わせパターンでＢに沿つて繰り返され
る。Ｂに沿つてレーザービーム７５が穴の間で動
かされる距離は、柱状物２８を形成させる為、約
２倍となる。
湾曲した交差部３８は、レーザービーム７５を
用い、接着面２２の局所的な領域を融解し、気化
させることによつて形成された。接着面２２の最
終的な形状は、第９，１０図に示されているよう
なレーザーによる穴あけの硬化を組み合わせるこ
とによつて作られる。これらの効果は、融解した
材料の表面張力、ビームの強度分布、側部接着面
からのビームの反射及び、材料の気化を含んでい
る。湾曲した交差部３８の最終的な形状を決める
正確な機構は正確にはわかつていないが、それ
は、上述のようなレーザーの穴あけによる繰り返
し可能で再現性のある結果を有する。
他の接着面の一部分４０，５８は同様に形成さ
れる。接着面の一部分４０では、柱状物４４は第
２図の柱状物２８より相対的に小さく、より近接
して並べられている。この小さめの柱状物４４
は、それゆえに、レーザーの穴あけの複雑な効果
により、明らかにより大きな影響を受ける。結果
として、柱状物４４はより丸められた柱状物の角
５４を有する傾向となり、柱状物４４の自由端
は、球根状にふくらんだ隆起物４６となる。小さ
めで、より近接して並べられた柱状物４４の最終
的な形状を決定する機構は正確には、わからない
が、融解物の表面張力、リムの入口の融解物の流
動や凝固、反射の減少による材料が除去される量
の増加、側部接着面からの反射による材料が除去
される量の増加、蒸気圧を増加させる効果、そし
て、リムの入口に注入された材料の再凝固に関連
しているように考えられる。各柱状物４４の自由
端での球根状に膨らんだ隆起物４６は、移植体接
着面２２に垂直な力に対抗する界面での機械的連
結を可能にする上で明らかな利点をもつ。一方、
より丸められているような柱状物の角５４では、
ねじれ力に抗する機械的な連結が弱められる。明
らかに、これらの異なつた効果があることを、所
定の移植体の適用に対して、適当な表面構造を選
択する際、考慮するこが重要である。
第３実施例である第６図中の接着面の一部分５
８は、第４図で行われた方法によつて作られる。
ただし以下の点が異なる。一列にならんだ穴の列
の間隔は、およそならんだ穴の距離の３倍とし、
その列は、矢印Ｃ，Ｄに示されている様に、他の
穴の列と十字形に交差する点が異なる。線Ｃにそ
つた穴の列の間隔および線Ｄにそつた穴の列の間
隔は、ほぼ等しいように示されているが、適当な
接着面２２を作るためには、間隔が等しくなるこ
とは、特に必要ではない。
他の多くの実施態様が位置決め光学装置８０、
位置決め装置８２の従来的調整の仕方で形成され
る。例えば、一つの柱状物あたりの側部接着面の
数を変えることができる。またレーザービームの
強度は、柱状物上の隆起部の大きさ、形状、位置
に影響を与えるように変えることが可能である。
また、内部接着部から柱状物が突き出る角度を変
えることも可能である。最終的には、円形でない
レーザービームの使用も可能である。すなわち、
四角形のレーザービームも用いることができる。
四角形のビームは、適当な柱状物を形成する為に
要求される、穴と穴との間隔を狭くするし、その
結果交差するリムは同強度の円形ビームによつて
作られるリムよりも短くなると思われる。さらに
四角形ビームによつて作られる柱状物は円形ビー
ムで作られたものよりも、よりくぼみの浅い側部
接着面をもつことになるだろう。他の適当なビー
ムの形として、三角形、六角形、また他の多角形
を含む。
上述の方法を用い、以下の接着面が移植体上に
形成された。
例 １ HDEシステム容器（System unit）中のモデ
ル（Model）No.SS−500として、レイセオン社
（Raytheon）より入手したネオジミウム・YAG
パルスレーザーが、第２、第３図の接着面の一部
分２４に示された接着面を形成する為に使われ
た。このレーザーは、パルス長1.2ｍsec、パルス
速度毎秒20パルスに調整された。毎秒20パルスの
パルス速度で使用されると、出力は20.0ワツト
で、パルス当り平均1.0ジユールに当る。５cmの
焦点距離のレンズを用いた。ビームは移植体表面
下約0.64mmの位置に焦点をあわせた。移植体は、
既に述べたようなコバルト・クローム合金製であ
る柄のある大腿骨頂である。
まず接着面の一部分２４が第２図の矢印Ａの線
に沿つての穴あけにより形成される。レーザーは
毎分25.4cmの走査速度で動かされた。矢印Ａのそ
れぞれ直線的な部分の端で、レーザーは直前に作
られた部分に垂直に約0.51mmステツプし、新しい
列が作られた。新しい列は、その前の列に平行に
作られる。次に、矢印Ｂの線にそつた穴が同様に
作られた。始点は矢印Ａの始点から約0.25mm離
れ、走査速度は、毎分61.0cmに高められたが、ス
テツプの大きさは、0.51mmのままであつた。走査
されたのは約1.5cm×2.5cmの領域であつた。
平均的な穴の深さは、約320μｍであつた。矢
印Ａ，Ｂに沿つて穴があけられた結果、向いあう
側部接着面３４の間隔は約250μｍとなつた。多
数のつき出た柱状物２８は、それぞれ約250μｍ
の横幅となつた。
例 ２ コヒーレント（Coherent Inc.）の子会社であ
るレーザー社（Laser Inc.、）からモデル
（Model）No.11Dとして入手したネオジミウム・
ガラスレーザーが、上述の様な、コバルト・クロ
ーム合金製の別なタイプの柄のある大腿骨頂の製
作に用いられた。第４，５図中の接着面が移植体
上に形成された。レーザーはパルス長1.0ｍsec.そ
して、１回に１発のパルスを手動で発するように
調整された。パルス当りのエネルギーは、0.5ジ
ユールである。6.4cmの焦点距離をもつレンズを
用いた。ビーム焦点は移植体表面にあわせた。
接着面の一部分４０は、マイクロメーター駆動
のＸ−Ｙステージを用いた手動位置合わせにより
第４図の線にそつての穴あけにより形成された。
隣り合つた穴の間と、矢印の各直線部分の端で、
レーザーは約0.25mmステツプさせられた。走査さ
れたのは、約２mm×４mmの領域であつた。
穴の平均的な深さは1000μｍであつた。向い合
う側部接着面５２の間隔は約100〜200μｍの範囲
にあつた。多数の突き出た柱状物４４は、それぞ
れ150μｍの横幅となつた。
例 ３ 例１で使用された、ネオジミウム・YAGパル
スレーザーが前述のようなコバルト・クローム合
金製の別なタイプの柄のある大腿骨頂の製作に用
いられた。第６，７図に示されている接着面が移
植体上に形成された。レーザーは、パルス長1.2
ｍsec毎秒20パルスの速度に調整された。出力は
20.0ワツト、すなわち、パルス当り平均1.0ジユ
ールとなるよう調整した。ビームは、移植体表面
下、約0.64mmに焦点をあわせた。
接着面の一部分５８は、まず第６図の矢印Ｃの
線にそつての穴あけにより形成された。レーザー
を毎分25.4cmの走査速度で動かした。矢印Ｃで示
された直線部分の両端で、レーザーは直前に作ら
れた線に垂直に約0.76mmステツプし、新しい線が
形成された。この方法を矢印Ｄの線に沿つて繰り
返すことで、十字形のパターンが形成された。走
査されたのは、約1.5cm×2.5cmの領域であつた。
平均的な穴の深さは、約300μｍ〜700μｍの範
囲内となつた。向いあう側部接着面６８の間隔は
約250μｍとなつた。多数の柱状物６２は各々約
500μｍの横幅となつた。
例 ４ コヒーレント社（Coherent Inc.）、モデル
（Model）No.525として入手できるCO2パルスレー
ザーが腰部人工寛臼骨用の素材として良く用いら
れている超高分子量ポリエチレン上に接着面を形
成する為に用いられた。移植体上に形成された接
着面は、第２，３図に示されているものと同様で
あつた。レーザーは１ｍsecのパルス長、毎秒10
パルスのパルス速度に調整された。出力は毎秒10
パルスで使用すると５ワツトで、これはパルス当
り平均0.5ジユールのエネルギーに相当する。２
倍のビーム拡張器と組み合わせて12.7cmの焦点距
離をもつレンズが使用された。ビームの焦点は移
植体表面上にあわせた。
例１と同様なパターンとなるように、一部分２
４が穴あけにより形成された。レーザーは毎分
20.3cmの走査速度で線Ａに沿つて移動させ、各線
の間で0.51mmステツプさせた。同様に線Ｂに沿つ
た穴は、走査速度40.6cm／分で線Ａから0.25mm離
れた点からステツプ幅を0.51mmに保つたまま形成
された。走査されたのは、約６mm×６mmの領域で
あつた。
金属材料と比較して、プラスチツク材料のレー
ザー加工は、可成り困難である。プラスチツク材
料は一般に融け易く気化しにくい。上記の方法を
用いて矢印Ａ，Ｂの線に沿つた穴あけを行うと、
向いあう側部接着面３４の間隔は約220μｍとな
つた。多数のつき出た柱状物２８は、それぞれ
440μｍの横幅を持つた。この試料での穴の平均
的な深さは測定しなかつたが、約500μｍ程度と
思われる。
例 ５ 例２が使用された、ネオジミウム・ガラスレー
ザーが、通常多く移植体に利用されるチタン６・
アルミニウム４・バナジウム合金製の別なタイプ
の柄のある大腿骨頂に用いられた。第２，３図に
示されたのと同様な接着面が移植体上に形成され
た。レーザーはパルス長1.0ｍsecに調整し、１回
に１発のパルスを手動で出した。パルス当りのエ
ネルギーは0.5ジユールである。焦点距離6.4cmの
レンズがレーザーの出力ミラーと２mm離して置か
れ、ビームの焦点は移植体表面上にあわせられ
た。
接着面の一部分２４は、例２のように各穴が一
度に一発のパルスであけられたことを除けば、例
１と同様のパターンの穴あけにより形成された。
個々の穴は、マイクロメーター駆動のＸ−Ｙステ
ージを用いた手動位置合わせにより、0.2mm間隔
であけられた。各直線部Ａの端でレーザーを直前
に形成された線と垂直な方向に約0.4mmステツプ
させ、新しい線を形成した。新たに作られた線
は、その直前の線と平行に保たれた。次に線Ｂに
沿つて、同様に穴が作られた。始点は、線Ａから
約0.2mm離れており、各穴の間隔は２倍の約0.4mm
となつている。線の間のステツプ幅は約0.4mmに
保たれた。走査されたのは、約２mm×４mmの領域
であつた。
矢印Ａ，Ｂに沿つた穴あけの結果、向いあう側
部接着面３４の間隔は約220μｍとなつた。多数
の突き出た柱状物２８は各々約220μｍの横幅と
なつた。平均的な穴の深さは測定されなかつた
が、500μｍ程度と思われる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による接着面を有する移植体の
平面図である。第２図は、第１図における接着面
の一部の第１実施例の拡大平面図である。第３図
は、第２図の略３−３の線による断面図である。
第４図は、第１図の接着面の一部の第２実施例の
拡大平面図である。第５図は、第４図の略５−５
の線による断面図である。第６図は、第１図の接
着面の一部の第３実施例の拡大平面図である。第
７図は、第６図の略７−７の線による断面図であ
る。第８図は、移植体の接着面を形成する為の移
植体と装置の概略を示す。第９図は、50倍の倍率
でとつた第２図の平面図に相当する走査型電子顕
微鏡像である。第１０図は、第９図と同様な走査
型電子顕微鏡像であるが第９図の始点から30度傾
いた位置からの写真である。尚、第９図及び第１
０図の写真はコバルト・クローム合金製移植体の
表面組織（金属組織）を示す。 １０……移植体、１２……大腿骨頂、１４……
大腿骨茎、２０……骨端末部、２２……接着面、
２６……凹面部、２８……柱状物、３０……リ
ム、３２……内部接着部、３４……側部接着面、
３５……端面、３６……角、３８……交差部、４
４……柱状物、４６……突起、４８……リム、５
０……内部接着部、５２……側部接着面、６０…
…凹面部、６２……柱状物、６４……リム、６６
……内部接着部、６８……側部接着面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 人体内用の移植体であつて、これは生体組織
    の侵入を受け入れる完全な接着面を有し、この接
    着面は、(1)内部接着部を形成する、交差し列状の
    リムを持つ、隣接する多数の凹面部と、(2)この内
    部接着部から突き出た列をなす多数の間隔をもつ
    て並ぶ柱状物とから成り、この柱状物は、それぞ
    れ、多数の側部接着面を持ち、この側部接着面は
    (1)一般に円柱状くぼみ形をしており、(2)柱状物の
    角を形成するように交差し、そして(3)前記凹面部
    との交差部で円弧状にカツトされていることを特
    徴とする移植体。 ２ 当該接着面はレーザーにより形成される特許
    請求の範囲第１項記載の移植体。 ３ 以下の工程から成る人体内用の移植体上に接
    着面を形成する方法。 (a) 移植体表面へパルスレーザービームを向ける
    工程、 (b) レーザービームにより移植体表面に円柱状凹
    部をあける工程、 (c) レーザービームを移植体表面上で一定距離移
    動させる工程、 (d) 工程ｂ及び工程ｃを繰り返して、接着面上に
    (1)内部接着部を形成する交差部のある、列状の
    リムを持つ、隣接する多数の凹面部、(2)この内
    部接着部から突き出た、列をなす多数の間隔を
    もつて並ぶ柱状物で、この柱状物はそれぞれ多
    数の側部接着面をもつと共にこの側部接着面
    は、(1)一般に円柱状凹部を持ち、(2)柱状物の角
    を形成するように交差し、そして(3)前記の凹面
    部との交差部で円弧状にカツトされている接着
    面を形成する工程。
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