JPH0592018A - 人工関節 - Google Patents
人工関節Info
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- JPH0592018A JPH0592018A JP27846991A JP27846991A JPH0592018A JP H0592018 A JPH0592018 A JP H0592018A JP 27846991 A JP27846991 A JP 27846991A JP 27846991 A JP27846991 A JP 27846991A JP H0592018 A JPH0592018 A JP H0592018A
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Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters 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
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/32—Joints for the hip
- A61F2/36—Femoral heads ; Femoral endoprostheses
-
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- Prostheses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 本発明の人工関節1は、球状の頭部2と、こ
れに続くネック部3と、これに続くステム部4とで構成
されている。頭部2は、金属またはセラミックスのよう
な硬質材料で構成されている。ネック部3は、金属繊維
7の集合体を例えば粉体燒結により固めたような金属で
構成されで構成されている。ステム部4は、骨髄腔に埋
入、固定される部分であり、比較的太いステム基部5と
先細り形状のステム先端部6とで構成されている。この
ステム部4は、例えばポリエーテルエーテルケトンのよ
うな生体用樹脂材料に、ネック部3から連続して延長す
る金属繊維7の集合体を埋入したものである。 【効果】 骨髄腔への埋入、固定をより強固で確実なも
のとし、また摩耗粉の発生がなくマクロファージの活性
化を防止する。
れに続くネック部3と、これに続くステム部4とで構成
されている。頭部2は、金属またはセラミックスのよう
な硬質材料で構成されている。ネック部3は、金属繊維
7の集合体を例えば粉体燒結により固めたような金属で
構成されで構成されている。ステム部4は、骨髄腔に埋
入、固定される部分であり、比較的太いステム基部5と
先細り形状のステム先端部6とで構成されている。この
ステム部4は、例えばポリエーテルエーテルケトンのよ
うな生体用樹脂材料に、ネック部3から連続して延長す
る金属繊維7の集合体を埋入したものである。 【効果】 骨髄腔への埋入、固定をより強固で確実なも
のとし、また摩耗粉の発生がなくマクロファージの活性
化を防止する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、生体の骨関節を代替す
る人工関節に関する。
る人工関節に関する。
【0002】
【従来の技術】人体内の骨関節の変形や欠損を人工関節
を用いて代替えする治療は、整形外科等で広く行なわれ
ている。例えば、大腿骨骨頭壊死に対し、壊死した骨頭
を除去した後、人工関節を補綴し、関節機能を回復させ
ることが頻繁に行なわれている。
を用いて代替えする治療は、整形外科等で広く行なわれ
ている。例えば、大腿骨骨頭壊死に対し、壊死した骨頭
を除去した後、人工関節を補綴し、関節機能を回復させ
ることが頻繁に行なわれている。
【0003】すなわち、この治療では、骨頭およびステ
ム部を有する人工関節のステム部を大腿骨の骨髄腔に埋
入して固定すると共に、カップ(ソケット)を腰骨に固
定し、該カップの凹部に骨頭を嵌合してこれらを回動自
在に連結する。
ム部を有する人工関節のステム部を大腿骨の骨髄腔に埋
入して固定すると共に、カップ(ソケット)を腰骨に固
定し、該カップの凹部に骨頭を嵌合してこれらを回動自
在に連結する。
【0004】このような人工関節には、機械的強度、弾
性(靱性)、耐久性、生体内での安定性(体液に対する
腐食、劣化等がないこと)、生体親和性(造骨促進作用
等の周辺組織との適合性)、安全性(毒性、分解性等が
ないこと)、加工性等の特性が要求されている。
性(靱性)、耐久性、生体内での安定性(体液に対する
腐食、劣化等がないこと)、生体親和性(造骨促進作用
等の周辺組織との適合性)、安全性(毒性、分解性等が
ないこと)、加工性等の特性が要求されている。
【0005】しかしながら、これら全ての特性を満足す
る材料は未だ発見されておらず、現在では、人工関節の
構成材料として、主に、ステンレス鋼、コバルト−クロ
ム合金、チタン、チタン合金等の金属、またはアルミナ
等のセラミックスが用いられている。
る材料は未だ発見されておらず、現在では、人工関節の
構成材料として、主に、ステンレス鋼、コバルト−クロ
ム合金、チタン、チタン合金等の金属、またはアルミナ
等のセラミックスが用いられている。
【0006】ところで、金属製の人工関節は、生体骨に
比べ曲げ弾性率が著しく大きい。すなわち、ヒト皮質骨
の曲げ弾性率は、約16GPa であり、人工関節に用いら
れているステンレス鋼(SUS316L)、Co−Cr
合金、Ti−6%Al−4%V合金の曲げ弾性率は、そ
れぞれ、200、213、124GPa であり、骨の8〜
13倍である。
比べ曲げ弾性率が著しく大きい。すなわち、ヒト皮質骨
の曲げ弾性率は、約16GPa であり、人工関節に用いら
れているステンレス鋼(SUS316L)、Co−Cr
合金、Ti−6%Al−4%V合金の曲げ弾性率は、そ
れぞれ、200、213、124GPa であり、骨の8〜
13倍である。
【0007】また、金属製の人工関節は、重量が重く、
患者の負担(または負担感)が大きいという欠点があ
る。
患者の負担(または負担感)が大きいという欠点があ
る。
【0008】人工関節とこれを埋入する生体骨との間に
は、例えば体重や歩行等の運動により荷重、特に繰り返
し荷重が加わるが、金属製の人工関節では、上述のよう
に、曲げ弾性率が高いため、前記荷重により曲げ、ねじ
れ、たわみが生じると、局所的に応力が集中し、この集
中部分において骨が破壊されることがある。
は、例えば体重や歩行等の運動により荷重、特に繰り返
し荷重が加わるが、金属製の人工関節では、上述のよう
に、曲げ弾性率が高いため、前記荷重により曲げ、ねじ
れ、たわみが生じると、局所的に応力が集中し、この集
中部分において骨が破壊されることがある。
【0009】また、前記荷重が人工関節のステム部から
生体骨に伝達される部分では骨の増勢(造骨作用)が見
られるが、前記応力集中部以外の荷重が加わらない部分
では、骨への刺激がなくなるため、逆に骨組織の吸収が
起こり、骨量が減少して人工関節の生体骨への固定に緩
みが生じることが報告されている。
生体骨に伝達される部分では骨の増勢(造骨作用)が見
られるが、前記応力集中部以外の荷重が加わらない部分
では、骨への刺激がなくなるため、逆に骨組織の吸収が
起こり、骨量が減少して人工関節の生体骨への固定に緩
みが生じることが報告されている。
【0010】人工関節の曲げ弾性率を生体骨のそれに適
合させるためには、人工関節のステム部を細くする方
法、ステム部を中空にする方法および弾性率の小さい材
料を用いる方法等がある。
合させるためには、人工関節のステム部を細くする方
法、ステム部を中空にする方法および弾性率の小さい材
料を用いる方法等がある。
【0011】ステム部を細くする方法では、埋入する骨
髄腔との接触面積が小さくなり、またステム部を骨髄腔
に均等に密着させることが困難であるため、強固な固定
を得ることができないという欠点がある。
髄腔との接触面積が小さくなり、またステム部を骨髄腔
に均等に密着させることが困難であるため、強固な固定
を得ることができないという欠点がある。
【0012】ステム部を中空にする方法としては、中空
形状の人工関節ステムが開示されている(特開平01ー
148254号公報)。しかし、この発明では、弾性率
の改善が十分になされておらず、また、中空とされたス
テム部の内部空間は、一部分開放されて外部と連通する
ようになっているため、ステム部の内部空間に大量の出
血した血液やその他の体液が貯留し、患部の治癒を遅延
させ、また細菌の繁殖による感染が生じるという欠点が
ある。
形状の人工関節ステムが開示されている(特開平01ー
148254号公報)。しかし、この発明では、弾性率
の改善が十分になされておらず、また、中空とされたス
テム部の内部空間は、一部分開放されて外部と連通する
ようになっているため、ステム部の内部空間に大量の出
血した血液やその他の体液が貯留し、患部の治癒を遅延
させ、また細菌の繁殖による感染が生じるという欠点が
ある。
【0013】弾性率の小さい材料を用いる方法として
は、エンジニアリングプラスチックスを用いて人工関節
を作製することが提案されている(米国特許第4902
297号)。この場合、人工関節の骨頭は、耐摩耗性
や、摩擦抵抗の理由から、高硬度の材料である上記金属
またはセラミックスで構成され、骨頭に続くネック部お
よびステム部を、金属等に比べて軟質なエンジニアリン
グプラスチックスで構成することとなる。
は、エンジニアリングプラスチックスを用いて人工関節
を作製することが提案されている(米国特許第4902
297号)。この場合、人工関節の骨頭は、耐摩耗性
や、摩擦抵抗の理由から、高硬度の材料である上記金属
またはセラミックスで構成され、骨頭に続くネック部お
よびステム部を、金属等に比べて軟質なエンジニアリン
グプラスチックスで構成することとなる。
【0014】しかしながら、骨頭とネック部との硬度が
異なることから、歩行等の運動により人工関節に繰返し
荷重が作用したとき、微小振動によりネック部が摩耗
し、エンジニアリングプラスチックスの摩耗粉が発生す
る。このような摩耗粉は、マクロファージを活性化(増
殖)し、関節炎等を誘発するという、生体への毒性につ
いての報告がなされている(整形外科MOOK、No. 4
5、金原出版)。
異なることから、歩行等の運動により人工関節に繰返し
荷重が作用したとき、微小振動によりネック部が摩耗
し、エンジニアリングプラスチックスの摩耗粉が発生す
る。このような摩耗粉は、マクロファージを活性化(増
殖)し、関節炎等を誘発するという、生体への毒性につ
いての報告がなされている(整形外科MOOK、No. 4
5、金原出版)。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、人工
関節を構成するステム部の弾性率の適正化により生体埋
入部への固定をより強固で確実なものとすると共に、摩
耗粉の発生を防止し、生体への安全性を向上することが
できる人工関節を提供することにある。
関節を構成するステム部の弾性率の適正化により生体埋
入部への固定をより強固で確実なものとすると共に、摩
耗粉の発生を防止し、生体への安全性を向上することが
できる人工関節を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(6)の本発明により達成される。
(1)〜(6)の本発明により達成される。
【0017】(1) 硬質材料よりなる頭部と、これに
続くネック部と、これに続くステム部とで構成された人
工関節において、前記ネック部は、金属繊維の集合体を
含む金属で構成され、前記ステム部は、生体用樹脂材料
に前記金属繊維の集合体を埋入したものであることを特
徴とする人工関節。
続くネック部と、これに続くステム部とで構成された人
工関節において、前記ネック部は、金属繊維の集合体を
含む金属で構成され、前記ステム部は、生体用樹脂材料
に前記金属繊維の集合体を埋入したものであることを特
徴とする人工関節。
【0018】(2) 前記ネック部は、前記金属繊維の
集合体を粉体燒結法により燒結してなるものである上記
(1)に記載の人工関節。
集合体を粉体燒結法により燒結してなるものである上記
(1)に記載の人工関節。
【0019】(3) 前記金属繊維の集合体は、金属繊
維の織物、編物または網状物である上記(1)または
(2)に記載の人工関節。
維の織物、編物または網状物である上記(1)または
(2)に記載の人工関節。
【0020】(4) 前記金属繊維は、形状記憶合金で
構成されている上記(1)ないし(3)のいずれかに記
載の人工関節。
構成されている上記(1)ないし(3)のいずれかに記
載の人工関節。
【0021】(5) 前記金属繊維の直径は、0.01
〜2.0mmである上記(1)ないし(4)のいずれかに
記載の人工関節。
〜2.0mmである上記(1)ないし(4)のいずれかに
記載の人工関節。
【0022】(6) 前記生体用樹脂材料は、ポリエー
テルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリル
エーテルケトン、ポリフェニレンサルフィド、ポリサル
フォンよりなる群から選ばれた少なくとも一種である上
記(1)ないし(5)のいずれかに記載の人工関節。
テルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリル
エーテルケトン、ポリフェニレンサルフィド、ポリサル
フォンよりなる群から選ばれた少なくとも一種である上
記(1)ないし(5)のいずれかに記載の人工関節。
【0023】
【発明の構成】以下、本発明の人工関節を添付図面に示
す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
【0024】図1は、本発明の人工関節の構成例を示す
正面図、図2は、図1中のA−A線での断面図である。
図1に示すように、人工関節(人工骨頭)1は、頭部2
と、これに続くネック部3と、これに続く金属製のステ
ム部4とで構成されている。
正面図、図2は、図1中のA−A線での断面図である。
図1に示すように、人工関節(人工骨頭)1は、頭部2
と、これに続くネック部3と、これに続く金属製のステ
ム部4とで構成されている。
【0025】頭部2は、例えば球状のような湾曲面を有
する部材であり、この頭部2は、図示しないカップ(ソ
ケット)の凹部に嵌合してこれらが回動自在に連結され
る。
する部材であり、この頭部2は、図示しないカップ(ソ
ケット)の凹部に嵌合してこれらが回動自在に連結され
る。
【0026】頭部2の構成材料としては、耐摩耗性に優
れるという理由から、硬質材料が用いられる。具体的に
は、例えば、ステンレス鋼(例えば、SUS316、S
US316L)、コバルト−クロム合金、コバルト−ク
ロム−ニッケル合金、チタン、チタン合金(例えばTi
−6%Al−4%V)等の耐食性に優れる金属、合金、
または、例えばアルミナ、ジルコニア等のセラミックス
を用いることができる。
れるという理由から、硬質材料が用いられる。具体的に
は、例えば、ステンレス鋼(例えば、SUS316、S
US316L)、コバルト−クロム合金、コバルト−ク
ロム−ニッケル合金、チタン、チタン合金(例えばTi
−6%Al−4%V)等の耐食性に優れる金属、合金、
または、例えばアルミナ、ジルコニア等のセラミックス
を用いることができる。
【0027】また、頭部2は、中空でも中実でもよい。
【0028】ネック部3は、後述する金属繊維7の集合
体を含む金属で構成されている。すなわち、金属繊維7
の集合体を燒結、特に後述するような粉体燒結法により
固めたものが好適である。粉体燒結法は、要求形状を自
在に成形でき、材料の複合化も容易であるという利点が
あるからである。
体を含む金属で構成されている。すなわち、金属繊維7
の集合体を燒結、特に後述するような粉体燒結法により
固めたものが好適である。粉体燒結法は、要求形状を自
在に成形でき、材料の複合化も容易であるという利点が
あるからである。
【0029】なお、ネック部3は、最終的に金属で構成
されていればよく、金属繊維7が原形をとどめた状態で
存在している必要はなく、例えば、金属繊維7同士が溶
着した状態、または金属繊維7が溶融、固化した状態で
あってもよい。特に、ネック部3の外表面付近は、金属
繊維7が存在しなくてもよい。
されていればよく、金属繊維7が原形をとどめた状態で
存在している必要はなく、例えば、金属繊維7同士が溶
着した状態、または金属繊維7が溶融、固化した状態で
あってもよい。特に、ネック部3の外表面付近は、金属
繊維7が存在しなくてもよい。
【0030】ネック部3と頭部2との連結は、例えば、
同時燒結、ネジ止め、テーパ嵌合、接着等によりなされ
るのが好ましい。
同時燒結、ネジ止め、テーパ嵌合、接着等によりなされ
るのが好ましい。
【0031】このように、ネック部3は金属で構成され
ているため、人工関節に繰返し荷重が作用し、微小振動
が生じても、頭部2との接合部(エッジ部)において、
摩耗粉が生じることはない。
ているため、人工関節に繰返し荷重が作用し、微小振動
が生じても、頭部2との接合部(エッジ部)において、
摩耗粉が生じることはない。
【0032】なお、金属製の頭部2を用いる場合、ネッ
ク部3を構成する金属は、頭部2の構成金属と同一でも
異なっていてもよい。
ク部3を構成する金属は、頭部2の構成金属と同一でも
異なっていてもよい。
【0033】ステム部4は、骨髄腔に埋入されて固定さ
れる部分であり、好ましくは前記ネック部3と連続して
一体的に形成されている。このステム部4は、ネック部
3側のステム基部5とステム先端部6とで構成されてい
る。
れる部分であり、好ましくは前記ネック部3と連続して
一体的に形成されている。このステム部4は、ネック部
3側のステム基部5とステム先端部6とで構成されてい
る。
【0034】主に、ステム基部5の外周と骨髄腔(特
に、リーミングにより拡大されて骨髄腔)とが密着する
ため、ステム基部5はネック部3やステム先端部6より
太くなっており、その形状は、埋入する骨髄腔の形状と
一致するように成形されている。また、ステム先端部6
は、骨髄腔の奥部まで挿入されるため、先細りの形状を
なしている。
に、リーミングにより拡大されて骨髄腔)とが密着する
ため、ステム基部5はネック部3やステム先端部6より
太くなっており、その形状は、埋入する骨髄腔の形状と
一致するように成形されている。また、ステム先端部6
は、骨髄腔の奥部まで挿入されるため、先細りの形状を
なしている。
【0035】図示のように、ステム先端部6の軸線は、
ネック部3の軸線に対し、例えば15〜35度程度傾斜
している。
ネック部3の軸線に対し、例えば15〜35度程度傾斜
している。
【0036】このようなステム部4は、生体用樹脂材料
8に、前記ネック部3からステム先端部6へ向かって延
長された金属繊維(金属細線)7の集合体を埋入したも
のである。
8に、前記ネック部3からステム先端部6へ向かって延
長された金属繊維(金属細線)7の集合体を埋入したも
のである。
【0037】ステム部4を金属材料のみで構成した場合
には、前述したように曲げ弾性率が著しく大きくなり骨
の破壊や吸収が生じ、しかも、ニッケルやバナジウムの
ような生体にとって毒性のある物質の溶出が生じる。逆
に、ステム部4を生体用樹脂材料のみで構成した場合に
は、強度(特に、引っ張り、曲げ、ねじれに対する強
度)が不足し、耐久性が劣る。本発明では、ステム部4
は、生体用樹脂材料8内に金属繊維7の集合体を埋入し
てなる複合強化繊維樹脂材料で構成されているため、金
属材料および生体用樹脂材料のそれぞれの利点を併有す
るとともに、それらの相乗作用により、適度な強度およ
び弾性率を有し、耐久性にも優れ、毒性物質の溶出も防
止される。
には、前述したように曲げ弾性率が著しく大きくなり骨
の破壊や吸収が生じ、しかも、ニッケルやバナジウムの
ような生体にとって毒性のある物質の溶出が生じる。逆
に、ステム部4を生体用樹脂材料のみで構成した場合に
は、強度(特に、引っ張り、曲げ、ねじれに対する強
度)が不足し、耐久性が劣る。本発明では、ステム部4
は、生体用樹脂材料8内に金属繊維7の集合体を埋入し
てなる複合強化繊維樹脂材料で構成されているため、金
属材料および生体用樹脂材料のそれぞれの利点を併有す
るとともに、それらの相乗作用により、適度な強度およ
び弾性率を有し、耐久性にも優れ、毒性物質の溶出も防
止される。
【0038】なお、金属繊維7は、ステム部4のうち少
なくともステム基部5に配設されていればよい。すなわ
ち、ステム基部5にのみ配設されていてるもの、ステム
部4の全長にわたって配設されていているもの、または
ステム基部5とこれに続くステム先端部6の一部に配設
されていてるもの(図1参照)のいずれでもよい。
なくともステム基部5に配設されていればよい。すなわ
ち、ステム基部5にのみ配設されていてるもの、ステム
部4の全長にわたって配設されていているもの、または
ステム基部5とこれに続くステム先端部6の一部に配設
されていてるもの(図1参照)のいずれでもよい。
【0039】人工関節1を例えば大腿骨に埋入、固定す
る場合、ステム先端部6は緻密質の部分(コンパクトボ
ーン)まで挿入され、その上部のステム基部5は海綿骨
の部分に位置することとなるが、海綿骨ではリーミング
により骨髄腔が拡大しているため、ステム基部5の外周
との接触面積が大きくなり、よって、人工関節1と生体
骨との曲げ弾性率のバランスが重要となる。金属製のス
テム部に見られるような曲げ弾性率の過多による骨の破
壊や吸収(特にカルカー部の骨の吸収)を防止するため
には、人工関節埋入時の小転子より上部であるステム基
部5の曲げ弾性率を改善することが特に有効となる。
る場合、ステム先端部6は緻密質の部分(コンパクトボ
ーン)まで挿入され、その上部のステム基部5は海綿骨
の部分に位置することとなるが、海綿骨ではリーミング
により骨髄腔が拡大しているため、ステム基部5の外周
との接触面積が大きくなり、よって、人工関節1と生体
骨との曲げ弾性率のバランスが重要となる。金属製のス
テム部に見られるような曲げ弾性率の過多による骨の破
壊や吸収(特にカルカー部の骨の吸収)を防止するため
には、人工関節埋入時の小転子より上部であるステム基
部5の曲げ弾性率を改善することが特に有効となる。
【0040】また、ステム部4において、金属繊維7
は、ステム部4の外表面に露出していないか、または、
露出していたとしても僅かであるのが好ましい。
は、ステム部4の外表面に露出していないか、または、
露出していたとしても僅かであるのが好ましい。
【0041】金属繊維7としては、短繊維、長繊維のい
ずれでもよく、また、直線状でも、屈曲部分を有するも
の(例えば、バルキー加工されたもの)でもよい。
ずれでもよく、また、直線状でも、屈曲部分を有するも
の(例えば、バルキー加工されたもの)でもよい。
【0042】また、金属繊維7の集合体の集合形態は、
特に限定されず、金属繊維7を単に束ねたものでもよい
が、金属繊維7の織物、編物または網状物(メッシュ)
であるのが好ましい。これにより、強度、特に、ステム
部4の軸方向およびこれと直交する方向の強度が増し、
ステム部4において後述する生体用樹脂材料との密着力
が高まり、金属繊維強化樹脂としてより効果的に機能す
る。
特に限定されず、金属繊維7を単に束ねたものでもよい
が、金属繊維7の織物、編物または網状物(メッシュ)
であるのが好ましい。これにより、強度、特に、ステム
部4の軸方向およびこれと直交する方向の強度が増し、
ステム部4において後述する生体用樹脂材料との密着力
が高まり、金属繊維強化樹脂としてより効果的に機能す
る。
【0043】さらに、金属繊維7の集合体が金属繊維の
織物、編物または網状物である場合、図3に示すよう
に、金属繊維7の織物等を筒状に形成し、この筒状体7
1を複数個同心的に配置するのが好ましい。このような
配置とすることにより、上記機能がより一層向上する。
この場合、隣接する筒状体71同士の設置間隔は、平均
0.1〜2mm程度とするのが好ましい。また、各筒状体
71の長さは、同一でも異なっていてもよい。
織物、編物または網状物である場合、図3に示すよう
に、金属繊維7の織物等を筒状に形成し、この筒状体7
1を複数個同心的に配置するのが好ましい。このような
配置とすることにより、上記機能がより一層向上する。
この場合、隣接する筒状体71同士の設置間隔は、平均
0.1〜2mm程度とするのが好ましい。また、各筒状体
71の長さは、同一でも異なっていてもよい。
【0044】なお、ネック部3とステム部4とにおい
て、上記金属繊維7の集合形態が同一でも、異なってい
てもよい。
て、上記金属繊維7の集合形態が同一でも、異なってい
てもよい。
【0045】金属繊維7の構成材料としては、例えば、
ステンレス鋼(例えば、SUS316、SUS316
L)、コバルト−クロム合金、コバルト−クロム−ニッ
ケル合金、チタン、チタン合金(例えばTi−6%Al
−4%V、Ti−49〜51%Ni)等の耐食性に優れ
る金属を用いることができる。その中でも特に、形状記
憶合金(Ti−49〜51%Ni)を用いるのが好まし
い。この形状記憶合金は、繰り返し荷重に対する追従
性、復元性、疲労特性が優れるため、長期の埋入におい
て安定性、耐久性が向上する。
ステンレス鋼(例えば、SUS316、SUS316
L)、コバルト−クロム合金、コバルト−クロム−ニッ
ケル合金、チタン、チタン合金(例えばTi−6%Al
−4%V、Ti−49〜51%Ni)等の耐食性に優れ
る金属を用いることができる。その中でも特に、形状記
憶合金(Ti−49〜51%Ni)を用いるのが好まし
い。この形状記憶合金は、繰り返し荷重に対する追従
性、復元性、疲労特性が優れるため、長期の埋入におい
て安定性、耐久性が向上する。
【0046】金属繊維7の直径の好適な範囲は、その構
成金属の種類にもよるが、通常は、0.01〜2.0mm
であるのが好ましく、0.1〜1.0mmであるのがより
好ましい。金属繊維7の直径が0.01mm未満では、焼
結時に粉体との混合が困難となり、2.0mmを超える
と、樹脂との複合体としての強度が低下する。
成金属の種類にもよるが、通常は、0.01〜2.0mm
であるのが好ましく、0.1〜1.0mmであるのがより
好ましい。金属繊維7の直径が0.01mm未満では、焼
結時に粉体との混合が困難となり、2.0mmを超える
と、樹脂との複合体としての強度が低下する。
【0047】また、金属繊維7の集合体における金属繊
維の本数は特に限定されないが、上記直径の金属繊維7
の場合、400万〜100本程度、特に、40000〜
400本程度とするのが好ましい。
維の本数は特に限定されないが、上記直径の金属繊維7
の場合、400万〜100本程度、特に、40000〜
400本程度とするのが好ましい。
【0048】ステム部4、特に、ステム基部5における
金属繊維7の配設密度は特に限定されないが、100万
〜20本/cm2 程度、特に、10000〜100本/cm
2 程度とするのが好ましい。なお、このような金属繊維
7の配設密度は、ステム部4の中心部と周縁部とで異な
っていてもよい。
金属繊維7の配設密度は特に限定されないが、100万
〜20本/cm2 程度、特に、10000〜100本/cm
2 程度とするのが好ましい。なお、このような金属繊維
7の配設密度は、ステム部4の中心部と周縁部とで異な
っていてもよい。
【0049】生体用樹脂材料8とは、生体内において安
定であり、すなわち分解、変質、劣化等を生じず、かつ
有害な溶出物を生じることがない樹脂材料であり、例え
ば、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリアリルエーテルケトンのようなケトン系樹脂
や、ポリフェニレンサルフィド、ポリサルフォン等の熱
可塑性樹脂が挙げられる。本発明では、これらのうちの
1種または2種以上を任意に組み合せて用いることがで
きる。
定であり、すなわち分解、変質、劣化等を生じず、かつ
有害な溶出物を生じることがない樹脂材料であり、例え
ば、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリアリルエーテルケトンのようなケトン系樹脂
や、ポリフェニレンサルフィド、ポリサルフォン等の熱
可塑性樹脂が挙げられる。本発明では、これらのうちの
1種または2種以上を任意に組み合せて用いることがで
きる。
【0050】ポリエーテルケトンとしては、例えば、下
記化1に示すようなものが挙げられる。
記化1に示すようなものが挙げられる。
【0051】
【化1】
【0052】ポリエーテルエーテルケトンとしては、例
えば、下記化2、化3に示すようなものが挙げられる。
えば、下記化2、化3に示すようなものが挙げられる。
【0053】
【化2】
【0054】
【化3】
【0055】ポリフェニレンサルフィドとしては、例え
ば、下記化4に示すようなものが挙げられる。
ば、下記化4に示すようなものが挙げられる。
【0056】
【化4】
【0057】ポリサルフォンとしては、例えば、下記化
5に示すようなものが挙げられる。
5に示すようなものが挙げられる。
【0058】
【化5】
【0059】このような生体用樹脂材料8中には、例え
ば、安定剤、強化材のような各種添加剤が添加されてい
てもよい。
ば、安定剤、強化材のような各種添加剤が添加されてい
てもよい。
【0060】以上のようなネック部3およびステム部4
は、例えば、次のようにして製造される。
は、例えば、次のようにして製造される。
【0061】まず、所望形状の金属繊維7の集合体を製
造し、そのネック部3となるべき部分に、例えば、粒径
1〜200μm 程度の金属粉末を含むコンパウンド(ス
ラリー状)を充填してネック部3の形状に加圧成形し、
これを真空中(10-5torr)で例えば500〜1300
℃、60〜180分程度の条件で燒結(粉体燒結法)し
てネック部3を形成する。
造し、そのネック部3となるべき部分に、例えば、粒径
1〜200μm 程度の金属粉末を含むコンパウンド(ス
ラリー状)を充填してネック部3の形状に加圧成形し、
これを真空中(10-5torr)で例えば500〜1300
℃、60〜180分程度の条件で燒結(粉体燒結法)し
てネック部3を形成する。
【0062】次に、ステム部4となるべき部分の金属繊
維7の集合体を射出成形金型内に固定し、この金型内に
前記生体用樹脂材料8を注入、固化し、生体用樹脂材料
8によるインサート成形を行なう。この場合、射出条件
は、樹脂材料の種類にもよるが、通常は、金型温度12
0〜180℃程度、射出時の保圧120〜600kg/cm2
程度とされる。
維7の集合体を射出成形金型内に固定し、この金型内に
前記生体用樹脂材料8を注入、固化し、生体用樹脂材料
8によるインサート成形を行なう。この場合、射出条件
は、樹脂材料の種類にもよるが、通常は、金型温度12
0〜180℃程度、射出時の保圧120〜600kg/cm2
程度とされる。
【0063】このようにして得られたネック部3および
ステム部4のネック部3に、別途製造された金属製また
はセラミックス製の頭部2を連結して本発明の人工関節
とする。
ステム部4のネック部3に、別途製造された金属製また
はセラミックス製の頭部2を連結して本発明の人工関節
とする。
【0064】上記粉体燒結法において、燒結に用いる金
属粉末の組成は、金属繊維7の構成金属と同一でも異な
っていてもよいが、十分な結合力、靭性を得る等の理由
から、同一成分が含まれているのが好ましい。
属粉末の組成は、金属繊維7の構成金属と同一でも異な
っていてもよいが、十分な結合力、靭性を得る等の理由
から、同一成分が含まれているのが好ましい。
【0065】また、このような製造技術上から見れば、
金属繊維7および燒結用の金属粉末は、チタン、チタン
合金またはステンレス鋼(特に、SUS316L)であ
るのが好ましい。
金属繊維7および燒結用の金属粉末は、チタン、チタン
合金またはステンレス鋼(特に、SUS316L)であ
るのが好ましい。
【0066】なお、ネック部3と頭部2とを一体成形に
より製造する場合には、これらを同時燒結して製造する
ことができる。
より製造する場合には、これらを同時燒結して製造する
ことができる。
【0067】以上、本発明の人工関節を図示の構成例に
基いて説明したが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
基いて説明したが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
【0068】なお、本発明の人工関節は、上記人工骨頭
に限らず、例えば、人工膝関節、人工肩関節、人工肘関
節、人工指関節あるいは人工股関節や寛骨に埋入される
臼蓋カップの一部に適用することもできる。
に限らず、例えば、人工膝関節、人工肩関節、人工肘関
節、人工指関節あるいは人工股関節や寛骨に埋入される
臼蓋カップの一部に適用することもできる。
【0069】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。
る。
【0070】(実施例1)以下の方法により、股関節用
人工関節(人工骨頭)を製造した。
人工関節(人工骨頭)を製造した。
【0071】[1]ネック部およびステム部の製造 まず、繊維直径が0.5mmのTi−50%Ni合金繊維
を20メッシュの網状に織り、これを筒状にしたもの7
個(筒の直径が3〜15mmの範囲)を平均2mm間隔でほ
ぼ同心的に配置し(図3参照)、それらの一端部(長さ
15mm)を残して石膏で硬めた。
を20メッシュの網状に織り、これを筒状にしたもの7
個(筒の直径が3〜15mmの範囲)を平均2mm間隔でほ
ぼ同心的に配置し(図3参照)、それらの一端部(長さ
15mm)を残して石膏で硬めた。
【0072】次に、石膏から露出した金属繊維網部分
に、チタン粉末(平均粒径40μm )とバインダーとし
てアルギン酸アンモニウム1%水溶液とを混練したコン
パウンド(粘度2000cP)を充填し、等方向加圧装置
により加圧成形してネック部の形状とした。
に、チタン粉末(平均粒径40μm )とバインダーとし
てアルギン酸アンモニウム1%水溶液とを混練したコン
パウンド(粘度2000cP)を充填し、等方向加圧装置
により加圧成形してネック部の形状とした。
【0073】その後、これを真空中(10-5torr)で、
700℃、180分間焼成し、金属繊維を含む燒結金属
よりなるネック部を製造した。
700℃、180分間焼成し、金属繊維を含む燒結金属
よりなるネック部を製造した。
【0074】次に、1Nの塩酸にて洗浄し、石膏を溶
解、除去した後、これを射出成形用の金型内に支持、固
定し、上記化3に示すポリエーテルエーテルケトン(三
井東圧社製)を注入、固化して、インサート成形を行な
い、ネック部およびステム部の一体成形物を得た。
解、除去した後、これを射出成形用の金型内に支持、固
定し、上記化3に示すポリエーテルエーテルケトン(三
井東圧社製)を注入、固化して、インサート成形を行な
い、ネック部およびステム部の一体成形物を得た。
【0075】なお、射出条件は、溶融樹脂温度365
℃、金型温度165℃、射出時の保圧600kg/cm2であ
った。
℃、金型温度165℃、射出時の保圧600kg/cm2であ
った。
【0076】[2]頭部の製造 球状アルミナより、ほぼ球形のアルミナ製頭部(骨頭)
を製造した。なお、この頭部には、テーパ嵌合用の嵌合
孔をも形成した。
を製造した。なお、この頭部には、テーパ嵌合用の嵌合
孔をも形成した。
【0077】[3]組み立て 前記[1]で得られた一体成形物のネック部を頭部の嵌
合孔にテーパ嵌合し、その後、人工関節の表面を研磨し
て、図3に示す本発明の人工関節を得た。この人工関節
の寸法等は、次の通りである。 頭部直径:38mm ネック部全長:35mm ネック部直径:15mm ステム部全長:120mm ステム基部の長径:40mm ステム基部の短径:25mm ステム先端部の外径:12mm
合孔にテーパ嵌合し、その後、人工関節の表面を研磨し
て、図3に示す本発明の人工関節を得た。この人工関節
の寸法等は、次の通りである。 頭部直径:38mm ネック部全長:35mm ネック部直径:15mm ステム部全長:120mm ステム基部の長径:40mm ステム基部の短径:25mm ステム先端部の外径:12mm
【0078】(実施例2)金属繊維の集合体として、繊
維直径0.4mm、長さ140mmの直線状のTi−50%
Ni合金繊維1600本を束ねたものを用いた以外は、
実施例1と同様にして、図1および図2に示す本発明の
人工関節を製造した。この人工関節の寸法は、前記実施
例1と同様である。
維直径0.4mm、長さ140mmの直線状のTi−50%
Ni合金繊維1600本を束ねたものを用いた以外は、
実施例1と同様にして、図1および図2に示す本発明の
人工関節を製造した。この人工関節の寸法は、前記実施
例1と同様である。
【0079】(実施例3)金属繊維および燒結用金属粉
末として、ステンレス鋼(SUS316L)を用いた以
外は、実施例1と同様にして、図3に示す本発明の人工
関節を製造した。この人工関節の寸法は、前記実施例1
と同様である。
末として、ステンレス鋼(SUS316L)を用いた以
外は、実施例1と同様にして、図3に示す本発明の人工
関節を製造した。この人工関節の寸法は、前記実施例1
と同様である。
【0080】(実施例4)金属繊維および燒結用金属粉
末として、Co−50%Cr合金を用いた以外は、実施
例1と同様にして、図3に示す本発明の人工関節を製造
した。この人工関節の寸法は、前記実施例1と同様であ
る。
末として、Co−50%Cr合金を用いた以外は、実施
例1と同様にして、図3に示す本発明の人工関節を製造
した。この人工関節の寸法は、前記実施例1と同様であ
る。
【0081】(実施例5)生体用樹脂材料として、上記
化4に示すポリフェニレンサルフィド(フィリップス社
製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、図3に示
す本発明の人工関節を製造した。この人工関節の寸法
は、前記実施例1と同様である。
化4に示すポリフェニレンサルフィド(フィリップス社
製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、図3に示
す本発明の人工関節を製造した。この人工関節の寸法
は、前記実施例1と同様である。
【0082】(比較例1)ネック部およびステム部をT
i−50%Ni合金製の中実の一体成形物とした以外は
前記実施例1と同様にして、人工関節を製造した。この
人工関節の寸法は、前記実施例1と同様である。
i−50%Ni合金製の中実の一体成形物とした以外は
前記実施例1と同様にして、人工関節を製造した。この
人工関節の寸法は、前記実施例1と同様である。
【0083】(比較例2)ネック部およびステム部の一
体成形物として、上記化3に示すポリエーテルエーテル
ケトン(三井東圧社製)による中実の射出成形物を用い
た以外は前記実施例1と同様にして、人工関節を製造し
た。この人工関節の寸法は、前記実施例1と同様であ
る。
体成形物として、上記化3に示すポリエーテルエーテル
ケトン(三井東圧社製)による中実の射出成形物を用い
た以外は前記実施例1と同様にして、人工関節を製造し
た。この人工関節の寸法は、前記実施例1と同様であ
る。
【0084】[実験1]上記実施例1〜5および比較例
1の各人工関節を、頭部を上方にして、頭部の中心とス
テム部の先端とを結ぶ線(ネック部の軸線と約25度傾
斜)が鉛直方向となるように固定し、頭部に対し、鉛直
方向下方に500kgf の荷重を負荷し、荷重負荷による
頭部の変位量を測定した。
1の各人工関節を、頭部を上方にして、頭部の中心とス
テム部の先端とを結ぶ線(ネック部の軸線と約25度傾
斜)が鉛直方向となるように固定し、頭部に対し、鉛直
方向下方に500kgf の荷重を負荷し、荷重負荷による
頭部の変位量を測定した。
【0085】その結果は、比較例1の人工関節における
変位量を1としたとき、本発明の実施例1〜5における
変位量は、それぞれ、4.5、2.5、4.0、4.
0、4.5であった。このことから、実施例1〜5の本
発明の人工関節は、いずれも生体骨の曲げ弾性率に近
く、生体骨への応力伝達がより広い領域に対し均一に行
なわれることが確認された。
変位量を1としたとき、本発明の実施例1〜5における
変位量は、それぞれ、4.5、2.5、4.0、4.
0、4.5であった。このことから、実施例1〜5の本
発明の人工関節は、いずれも生体骨の曲げ弾性率に近
く、生体骨への応力伝達がより広い領域に対し均一に行
なわれることが確認された。
【0086】[実験2]上記実施例1〜5および比較例
2の各人工関節を、頭部を上方にして、頭部の中心とス
テム部の先端とを結ぶ線(ネック部の軸線と約25度傾
斜)が鉛直方向となるように固定し、頭部に対し、鉛直
方向下方に300kgf および500kgfの荷重を10Hz
の周期で24時間負荷し、ネック部の頭部との接合部付
近の摩耗状況を調べた。
2の各人工関節を、頭部を上方にして、頭部の中心とス
テム部の先端とを結ぶ線(ネック部の軸線と約25度傾
斜)が鉛直方向となるように固定し、頭部に対し、鉛直
方向下方に300kgf および500kgfの荷重を10Hz
の周期で24時間負荷し、ネック部の頭部との接合部付
近の摩耗状況を調べた。
【0087】比較例2の人工関節では、試験台上に樹脂
の摩耗粉が約0.001g認められたが、本発明の実施
例1〜5の人工関節では、いずれも全く摩耗粉は生じな
かった。
の摩耗粉が約0.001g認められたが、本発明の実施
例1〜5の人工関節では、いずれも全く摩耗粉は生じな
かった。
【0088】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の人工関節に
よれば、十分な強度および耐久性が得られると共に、ス
テム部の弾性率の適正化が図れ、荷重が広範囲に均等に
加わる。その結果、荷重の集中による骨の破壊や、荷重
がかからないことによる骨組織の吸収が抑制され、骨髄
腔への埋入、固定をより強固で確実なものとすることが
できる。
よれば、十分な強度および耐久性が得られると共に、ス
テム部の弾性率の適正化が図れ、荷重が広範囲に均等に
加わる。その結果、荷重の集中による骨の破壊や、荷重
がかからないことによる骨組織の吸収が抑制され、骨髄
腔への埋入、固定をより強固で確実なものとすることが
できる。
【0089】さらに、ネック部の頭部との接合部分に摩
耗粉が生じないため、摩耗粉によるマクロファージの増
殖が防止される。
耗粉が生じないため、摩耗粉によるマクロファージの増
殖が防止される。
【0090】また、人工関節の軽量化により、患者の負
担を軽減することができる。
担を軽減することができる。
【図1】本発明の人工関節の構成例を示す正面図であ
る。
る。
【図2】図1中のA−A線での断面図である。
【図3】本発明の人工関節のステム基部における横断面
図である。
図である。
1 人工関節 2 頭部 3 ネック部 4 ステム部 5 ステム基部 6 ステム先端部 7 金属繊維 71 筒状体 8 生体用樹脂材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 昇 東京都八王子市狭間町1463番地 蛇の目ミ シン工業株式会社内 (72)発明者 畔柳 和好 東京都八王子市狭間町1463番地 蛇の目ミ シン工業株式会社内 (72)発明者 曽我石 一郎 東京都八王子市狭間町1463番地 蛇の目ミ シン工業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項1】 硬質材料よりなる頭部と、これに続くネ
ック部と、これに続くステム部とで構成された人工関節
において、 前記ネック部は、金属繊維の集合体を含む金属で構成さ
れ、前記ステム部は、生体用樹脂材料に前記金属繊維の
集合体を埋入したものであることを特徴とする人工関
節。 - 【請求項2】 前記ネック部は、前記金属繊維の集合体
を粉体燒結法により燒結してなるものである請求項1に
記載の人工関節。 - 【請求項3】 前記金属繊維の集合体は、金属繊維の織
物、編物または網状物である請求項1または2に記載の
人工関節。 - 【請求項4】 前記金属繊維は、形状記憶合金で構成さ
れている請求項1ないし3のいずれかに記載の人工関
節。 - 【請求項5】 前記金属繊維の直径は、0.01〜2.
0mmである請求項1ないし4のいずれかに記載の人工関
節。 - 【請求項6】 前記生体用樹脂材料は、ポリエーテルケ
トン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリルエーテ
ルケトン、ポリフェニレンサルフィド、ポリサルフォン
よりなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項1
ないし5のいずれかに記載の人工関節。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27846991A JPH0592018A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 人工関節 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27846991A JPH0592018A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 人工関節 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0592018A true JPH0592018A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17597767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27846991A Pending JPH0592018A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 人工関節 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0592018A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007144000A3 (en) * | 2006-06-14 | 2008-05-08 | Cartificial As | Medical device comprising a metal fabric for insertion into a joint |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP27846991A patent/JPH0592018A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007144000A3 (en) * | 2006-06-14 | 2008-05-08 | Cartificial As | Medical device comprising a metal fabric for insertion into a joint |
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