JPH04166148A - 生体補綴部材 - Google Patents

生体補綴部材

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JPH04166148A
JPH04166148A JP29650890A JP29650890A JPH04166148A JP H04166148 A JPH04166148 A JP H04166148A JP 29650890 A JP29650890 A JP 29650890A JP 29650890 A JP29650890 A JP 29650890A JP H04166148 A JPH04166148 A JP H04166148A
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Hirotaka Iguchi
井口 普敬
Noriyuki Ishida
典之 石田
Katsuhiro Ono
大野 勝宏
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    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
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    • A61F2/30Joints
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    • A61F2/30771Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth applied in original prostheses, e.g. holes or grooves
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、生体の骨欠損部を補綴するための補綴部材あ
るいは、変形した生体の関節部を置換する人工関節など
の表面構造に関するもので、主に骨軟部腫瘍、リウマチ
関節、変形性関節症、骨折などの疾患の治療に用いる人
工骨や人工関節及び人工歯根に用いられるものである。
〔従来の技術〕
骨軟部腫瘍などによって切除を余儀なくされた上肢、下
肢などの骨の一部又は全部を代替するものとして人工物
の補綴材が用いられることかある。
また、交通事故なとの骨折によって高度な損傷を受けて
しまった場合や、非常に治癒しにくい部位でおこった骨
折、あるいはリウマチ関節、変形性関節症、骨頭壊死な
どの疾患によって変形か起こり正常ではなくなった人体
の関節を人工関節に置換する場合には各種の人工関節か
用いられている。
同じように歯の場合でも抜歯後の代替物として人工歯根
か使用されており、これら人工骨、人工関節、人工歯根
は今後も益々需要か増加していく。
これまで使用されてきた人工骨、人工関節、人工歯根の
表面構造は、様々な形式のものか存在する。人工骨や人
工関節置換術の術後成績に大きな影響を与える人工物の
生体の骨組織に対する固着性を良好に保つために、補綴
材の表面構造に関する様々な技術か研究され、実際の製
品に応用されている。その代表的なものは、金属素材の
表面に金属の球状粒子(200μ〜500μ程度の粒径
)を焼結させて固定したものや、金属(主にチタン材)
の網状体を加圧・高温処理したものがある。これらの方
法によって補綴部材表面に出来上がった100ミクロン
オーダーの気孔(pore)か骨組織と接触すると、良
好な応力状態のもとては、気孔に骨組織の侵入か起こり
、これか人工補綴物の支持力の向上に大きな効果を発揮
する。
また、これとは別な方法として特開平1−265955
に示されるように、骨組織の侵入に適する形状の気孔を
規則正しく設置するために工夫したものもある。
この2つの代表例は表面の構造に関するものであり、本
発明もこれらに類するものであるか、骨組織とのいわゆ
る親和性を高める手段としては、素材表面に骨伝導能や
骨誘導能をもって物質のコーティング等の処理を行うも
のも数多くある。
〔発明か解決しようとする課題〕
表面構造を改善するために金属粒子を金属素地上で焼結
させる方法は焼結という高温処理がはいるため金属素地
の強度劣化、特に疲労強度の低下は免れず素材状態での
疲労強度の約10〜6096にまで下かってしまう。ま
た、金属粒子か補綴部材の挿込時に表面から脱落して、
関節摺動面に侵入し人工材料の摩擦を引き起こすという
問題点も指摘されている。
また金属網状体を用いる方法では、金属粒子を焼結させ
る方法はど金属素地の強度劣化はないか、網状体の気孔
の分布は必ずしも均一にはならず改善の余地を残してい
る。
特開平1−265955の発明のものは、気孔の存在す
る部材を補綴材に組み込むという工程か不可欠で、その
工程のために適応できない範囲か発生したり、組込みの
やり方によっては金属腐蝕や強度劣化を起こしうる。
以上のいずれの方法においても、補綴部材を製造する通
常の工程に金属粒子の焼結工程なとの工程か追加される
ことになり、当然製造コストの上昇につながる。また品
質保証という面からもより高度な技術か必要になってし
まう。
本発明は、上述された人工材料の固着性の向上に伴って
発生する製造工程の複雑化を解消し、なおかつ生体補綴
材の支持性や固着性においては同等の効果を与えようと
するものである。
〔課題を解決するための手段〕
前記課題を解決するため、本発明においては補綴部材表
面に、該表面部の法線方向を基準に0゜から60’の範
囲の角度θを存する微小孔あるいは微小溝を穿孔するこ
とにより、多数の方向性をもった微小空間を付与する。
微小孔はドリル等の通常金属を加工する際に用いられる
ものであけることか好ましい。微小孔の孔径は0.2〜
0.5mm程度がよく、深さも孔径と同じ程度かその数
倍でよい。
〔作用〕
上記のように多数の方向性を有する微小孔かあるいは微
小溝が多数表面に形成された生体補綴材は、その表面に
おいて骨芽細胞の働きによって骨組織の増殖が微小孔あ
るいは微小溝近傍で発生し、微小孔中あるいは微小溝中
に健全な骨組織の侵入が実現することになる。その結果
当然骨組織も微小孔あるいは微小溝と同様に多数の方向
性をもつことになり、骨組織と補綴物との剥離強度は様
々な方向に対して理論上飛躍的に増大する。生体補綴部
材の表面は生体内で圧縮応力、引張応力、せん断応力か
複合的に作用しているか、このような状態ても補綴部材
の固着力を保つことに対して十分な効果を生じせしめる
ことかできる。
〔実施例〕
実施例について図面を参照して説明する。
第1図(イ)には脛骨Tに、生体補綴部材である人工膝
関節脛骨部材1が設置された状態か示されている。第1
図(ロ)には、該人工膝関節脛骨部材Jの、脛骨Tの切
除面Taと接する面1aに微小孔Hを設置した図を示し
ている。第1図(ハ)は面1aの一部の拡大とその断面
を表しているか、本発明の微小孔Hは脛骨面Taと接す
る面1aの垂線Xに対して角度θをなしており、これに
は、それぞれ逆方向の傾きをもつものかある。これによ
って、第1図(イ)に示すような荷重Fが脛骨部材1に
かかったとしてもこれに対して大きな抵抗力を示すこと
かできる。
実際に試作した脛骨部材1の面1aには、直径0.3 
mm (300μ)と直径0.5 mm (500μ)
で穴深さはそれぞれ0.4mmと0.6mmの微小孔H
か穿孔され、骨か増生侵入する微小空間を成している。
θはlOoで時計回りの10″と反時計回りのIOoを
それぞれ互い違いに設置した。
微小孔Hの配置は、試作では単純な格子状としたか、最
密充填を考慮したものや、微小孔Hの占拠率をあらかじ
め設定した上で算出された中心間距離を選択することも
できる。試作の格子の寸法は、直径0.3mmのものは
0.6mmとし、直径0.5mmのものは1.0mmと
した。
また、微小孔Hは同一の脛骨切除面に同じ直径の微小孔
Hだけが配置される必要はなく、異なる直径の微小孔H
が同時に同一の脛骨切除面、あるいは骨組織との接触面
に配置される事の方か望ましい場合もある。
また、微小孔Hを穿孔する材料、すなわち補綴部材の材
料はいわゆる生体材料として現在使用されているもので
あれば全く問題なく採用できる。
たとえば、チタン合金、コバルトクロム合金なとの金属
材料、アルミナ、ジルコニア、アパタイトなとのセラミ
ックス材料、超高分子量ポリエチレンなとの有機材料か
あげられる。また、これらの複合材料やコーティング材
料も含まれる。
本発明の実施例として、素材としてチタン合金(Ti−
6A!−4V)を用いた。また、微小孔の効果を確認す
るために次のような実験を実施した。
板状(IOX 15X 2 mm)のチタン合金(Ti
−6Al −4V)を作製し、1010X15の平面(
2面)に微小孔を穿孔した。
すなわち、テストピースAには、微小孔直径0.3mm
、孔深さ0.4mm格子間距離0.6 mm、テストピ
ースBには、微小孔直径0.5mm、孔深さ0.6mm
、格子間距離1.0mmの微小孔か両面にあけられてい
る。微小孔の角度は10°である。
以上のテストピースA、Bを各々3ケずつ、成熟家兎脛
骨近位に挿入し、術後8週て骨とともに摘出した。次に
テストピースは骨との固着性を評価するため、摘出した
骨、テストピース複合体について引き剥がし試験を行っ
た。
測定結果は、テストピースAで2.53Kg±0.71
Kg、テストピースBては、3.28Kg±0.65K
gであった。
これに対し対象として埋入した、微小孔Hかないコント
ロールのテストピースCては、引き剥がし力は0.53
Kg±0.29Kgであり、これを基準にすると、平均
値でテストピースAは4.8倍、テストピースBは6.
2倍となり、微小孔Hの効果か確認された。
第2図には、細長い微小溝Mである場合か図示しである
。人工関節や補綴部材の表面は平面でよりも曲面で構成
されることがあり、このような複雑な表面に対応するた
めには、微小孔Hのみならず、微小溝Mを形成したもの
も必要である。
また、微小孔Hに対して微小溝Mでは細長い形状であり
、侵入する骨組織の量か増加するので、骨組織との結合
強度の向上につながる。
第2図には第1図(ロ)の面1aを拡大した図で、微小
溝Mは脛骨面Taと対接する面iaの垂線Xに対して角
度θをなしており、これには、それぞれ逆方向の傾きを
もった微小溝Mか複数個形成しである。
さらに第3図(イ)及び(c7)には、本発明による表
面構造を全人工股関節に用いられる人工補綴部材として
の金属製大腿骨側部材Sに適用した例を示す。微小孔H
か付与されている範囲は機械的なロッキングか難しい部
分であるか、この様な部分に本発明の微小孔Hを設ける
と大腿骨と金属製大腿骨側部材Sとの支持力か向上する
同様に、第4図には生体補綴材の中で大腿骨近位補綴材
Pを選び微小孔Hをその髄腔挿込部材P。
と骨切除付近P2の補綴部に適用した例を示す。
また、第5図には本発明に係る微小孔Hをもった生体補
綴部材を人工歯根りに応用した例を示し、顎骨との結合
強度の大きいものが得られた。
〔発明の効果〕
本発明は以上説明したように構成されているので以下の
ような効果を奏する。
生体補綴材、人工関節、人工歯根の骨組織に接するある
いは埋入される部分、またはその近傍に本発明の微小孔
を施すことによって、健全な骨組織か微小孔内に増生侵
入し、骨と補綴物との界面の固定力を増大させ、微小な
動きの発生をも防止することか可能となる。特に平面を
引き剥がすような力、すなわち引張力やせん断力に対す
る強度を上げることかできる。
また、補綴部材を製造する過程において、余分な熱処理
が不要であるため、素材の強度劣化、特に疲労強度の劣
化に悩まされることはない。したかって、比較的細い丸
棒状の補綴部材て疲労破損の危険のあるものにても応用
することかできる。
また、穿孔された微小孔あるいは微小溝の寸法形状は均
一であり、孔径すなわち気孔径のコントロールは極めて
容易であることから、骨組織に適切とされる200μ〜
400μ程度の気孔をどの面にも規則正しくあけること
かでき、補綴部材を骨組織か包囲して両者間のゆるみを
長期間にわたって防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)は本発明に係る生体補綴部材としての人工
膝関節脛骨部材を脛骨近位端に装着した状態を示す正面
図であり、第1図(ロ)、(ハ)はそれぞれ脛骨部材l
に微小孔Hか形成された実施例と微小孔Hか形成された
表面の部分拡大断面図である。 第2図は第1図(ハ)に相当する部位の他の実施例を示
す斜視立体拡大図である。 第3図、第4図、第5図はともに本発明実施例に係る生
体補綴部材をそれぞれ人工股関節のステム、大腿骨近位
の補綴材、人工歯根に応用した例を示す側面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  人工関節あるいは骨補綴部材において骨組織と接する
    表面部に、該表面部の法線方向を基準に0゜から60゜
    の範囲の角度θを有する微小空間を有する表面構造を特
    徴とする生体補綴部材。
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