JPH07155342A - 人工骨 - Google Patents
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- JPH07155342A JPH07155342A JP30817293A JP30817293A JPH07155342A JP H07155342 A JPH07155342 A JP H07155342A JP 30817293 A JP30817293 A JP 30817293A JP 30817293 A JP30817293 A JP 30817293A JP H07155342 A JPH07155342 A JP H07155342A
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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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内部構造を工夫することにより、結合組織
（シャーピー線維）付着様式であって、内部に骨髄が形
成される人工骨を提供する。 【構成】 内部が中空状であって、表面と中空状の内部
との間に多数の貫通孔を有することを特徴とする人工骨
であって、その材質は金属、セラミックス又はサーメッ
トである。
（シャーピー線維）付着様式であって、内部に骨髄が形
成される人工骨を提供する。 【構成】 内部が中空状であって、表面と中空状の内部
との間に多数の貫通孔を有することを特徴とする人工骨
であって、その材質は金属、セラミックス又はサーメッ
トである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、本来の骨と人工骨と
を結合組織（シャーピー線維）付着様式で接合する人工
骨に関する。
を結合組織（シャーピー線維）付着様式で接合する人工
骨に関する。
【０００２】
【従来の技術】骨折したり摩耗した自然の骨に代えて、
人工の成形物を自然の骨に癒着・接合したり、自然の骨
をある部分で人工のものにとり代えることが行われてい
る。しかし、人工骨には材料の特性や技術面に未解決の
問題が残っている。従来の人工骨は、骨と金属又は骨と
セラミックスという剛体どうしを骨性癒着や骨接合とい
った剛システムで結合させるものである。骨と金属又は
骨とセラミックスとはヤング率とポアソン比が異なるも
のであるため、反復性の荷重下では時間の経過とともに
両者は離開を生ずる。結合にセメント等を介在させてヤ
ング率やポアソン比の相違を少しでもやわらげた形の傾
斜勾配とすることも考えられているが、破壊に対して十
分ではない。このことは人工骨を実用化するに当って致
命的な問題であった。
人工の成形物を自然の骨に癒着・接合したり、自然の骨
をある部分で人工のものにとり代えることが行われてい
る。しかし、人工骨には材料の特性や技術面に未解決の
問題が残っている。従来の人工骨は、骨と金属又は骨と
セラミックスという剛体どうしを骨性癒着や骨接合とい
った剛システムで結合させるものである。骨と金属又は
骨とセラミックスとはヤング率とポアソン比が異なるも
のであるため、反復性の荷重下では時間の経過とともに
両者は離開を生ずる。結合にセメント等を介在させてヤ
ング率やポアソン比の相違を少しでもやわらげた形の傾
斜勾配とすることも考えられているが、破壊に対して十
分ではない。このことは人工骨を実用化するに当って致
命的な問題であった。
【０００３】生体には異なった可動機能を持つ硬組織
間、例えば骨と骨、骨と軟骨、骨と歯など、や材料係数
の異なる硬組織間（荷重下では必ず異なった力学対応を
生じる）には次の４種類の結合様式が存在する。すなわ
ち、（１）線維結合、（２）軟骨結合、（３）滑膜性結
合（狭義の関節）、（４）骨性結合である。この中で骨
性結合のみは材料係数の等しい骨同志が生長段階で別々
に大きくなり生長が完了した時に、一体の骨として関節
部が化骨するので、異なった可動機能を失う結果一つの
骨になる現象である。哺乳動物の骨格系には、剛体を剛
システムで結合する様式は存在していない。剛の結合の
システムは、一時的機能を生涯にわたり繰り返す化石爬
虫類や、現生の爬虫類の歯と顎骨との結合にのみ見出す
ことができる。しかし、この段階のシステムは歯と顎骨
の弾性係数の違いから、使用中に必ず破損が起こるた
め、歯の破折・脱落・再萌芽を繰り返すものである。
間、例えば骨と骨、骨と軟骨、骨と歯など、や材料係数
の異なる硬組織間（荷重下では必ず異なった力学対応を
生じる）には次の４種類の結合様式が存在する。すなわ
ち、（１）線維結合、（２）軟骨結合、（３）滑膜性結
合（狭義の関節）、（４）骨性結合である。この中で骨
性結合のみは材料係数の等しい骨同志が生長段階で別々
に大きくなり生長が完了した時に、一体の骨として関節
部が化骨するので、異なった可動機能を失う結果一つの
骨になる現象である。哺乳動物の骨格系には、剛体を剛
システムで結合する様式は存在していない。剛の結合の
システムは、一時的機能を生涯にわたり繰り返す化石爬
虫類や、現生の爬虫類の歯と顎骨との結合にのみ見出す
ことができる。しかし、この段階のシステムは歯と顎骨
の弾性係数の違いから、使用中に必ず破損が起こるた
め、歯の破折・脱落・再萌芽を繰り返すものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の人工
骨の欠点を克服し、生体特有のしなやかさを持つ柔構造
の線維組織を介して骨と結合する人工骨を提供すること
を目的とする。
骨の欠点を克服し、生体特有のしなやかさを持つ柔構造
の線維組織を介して骨と結合する人工骨を提供すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成するため鋭意検討した結果、材質が金属又はセラミッ
クにかかわらず、人工骨の形態と内部構造を工夫するこ
とにより上記目的が達成されるとの知見を得た。本発明
は、内部が中空状であって、表面の中空状の内部との間
に多数の貫通孔を有することを特徴とする人工骨であ
る。更に、内部が中空状であって外形が波状円筒形の人
工骨である。
成するため鋭意検討した結果、材質が金属又はセラミッ
クにかかわらず、人工骨の形態と内部構造を工夫するこ
とにより上記目的が達成されるとの知見を得た。本発明
は、内部が中空状であって、表面の中空状の内部との間
に多数の貫通孔を有することを特徴とする人工骨であ
る。更に、内部が中空状であって外形が波状円筒形の人
工骨である。
【０００６】以下、本発明の要旨である各構成要件を従
来例と比較しながら説明する。図６は従来の人工股関節
の１例の外観を示すもので、その表面はなめらかであ
り、全体としても中空ではない。これに対して、図１は
本願発明の人工関節の１例の外観を示すものであり、図
２はその断面図である。人工股関節１のステムの表面に
は、膨隆部２と陥凹部３が交互に設けられ全体として波
状となっている。人工関節１の内部は中空部４となって
いる。そして該中空部４と外部は多数設けられた貫通孔
５により通じている。
来例と比較しながら説明する。図６は従来の人工股関節
の１例の外観を示すもので、その表面はなめらかであ
り、全体としても中空ではない。これに対して、図１は
本願発明の人工関節の１例の外観を示すものであり、図
２はその断面図である。人工股関節１のステムの表面に
は、膨隆部２と陥凹部３が交互に設けられ全体として波
状となっている。人工関節１の内部は中空部４となって
いる。そして該中空部４と外部は多数設けられた貫通孔
５により通じている。
【０００７】人工骨の内部が中空状であることは、人工
骨としての強度を維持しつつ、軽量化を図るものであ
る。又、貫通孔によって外部と通じているという特徴に
あいまって、詳しく後述するように、中空部内に骨髄組
織が生成するという驚くべき作用をもたらすことが判明
した。例えば、図４に示されるようなヒドロキシアパタ
イトを用いた円筒形人工骨を移植することにより内部に
骨髄が形成されることが実験により確認された。
骨としての強度を維持しつつ、軽量化を図るものであ
る。又、貫通孔によって外部と通じているという特徴に
あいまって、詳しく後述するように、中空部内に骨髄組
織が生成するという驚くべき作用をもたらすことが判明
した。例えば、図４に示されるようなヒドロキシアパタ
イトを用いた円筒形人工骨を移植することにより内部に
骨髄が形成されることが実験により確認された。
【０００８】人工骨の表面と中空状の内部が多数の貫通
孔によって通じていることは、血液や体液が中空部内に
循環し、骨髄組織の生成を促進するとともに、これを維
持させる機能を有するものである。貫通孔の孔径は、人
工骨の材質、人工骨が適用された部位によっても異なる
が、約４ｍｍから６ｍｍである。これより小さいと血
液、体液の循環が十分でないうえに、時間の経過ととも
に閉そくすることもある。又、これより大きいと人工骨
の破損の問題が生ずる。
孔によって通じていることは、血液や体液が中空部内に
循環し、骨髄組織の生成を促進するとともに、これを維
持させる機能を有するものである。貫通孔の孔径は、人
工骨の材質、人工骨が適用された部位によっても異なる
が、約４ｍｍから６ｍｍである。これより小さいと血
液、体液の循環が十分でないうえに、時間の経過ととも
に閉そくすることもある。又、これより大きいと人工骨
の破損の問題が生ずる。
【０００９】本発明の人工骨は、一般に外科的に代替手
術が可能な骨であればどれにも適用が可能である。特
に、関節に適する。その中でも股、肘、膝、顎、手指等
に適用される。又、本発明では、人工骨の表面に膨隆部
と陥凹部が交互に形成された中空状で、かつ波状円筒形
態である場合を含む。図５は本発明の波状円筒形人工骨
を示す。
術が可能な骨であればどれにも適用が可能である。特
に、関節に適する。その中でも股、肘、膝、顎、手指等
に適用される。又、本発明では、人工骨の表面に膨隆部
と陥凹部が交互に形成された中空状で、かつ波状円筒形
態である場合を含む。図５は本発明の波状円筒形人工骨
を示す。
【００１０】表面に膨隆部と陥凹部が交互に形成された
波状円筒形状であることにより、人工骨から周囲の骨へ
の応力の伝達が直接的となることを避け、周囲骨への応
力分散と均等化が行われる。しかも該形状は、図６に示
されるようななめらかな表面を有する従来例と比べて、
人工骨周辺に極めて薄い線維組織の生成を促進する効果
を有し、これにより人工骨が安定して体内で固定される
とともに、人工骨の周囲の骨も長期に安定して骨の新生
と改造を維持することができる。線維骨の外層には皮質
骨が形成されるため反復荷重下でも長期に骨組織の改造
が維持される。図３は図１，２で示される人工骨を移植
した後の断面図である。人工骨１と骨６の間に線維組織
７が形成されている。
波状円筒形状であることにより、人工骨から周囲の骨へ
の応力の伝達が直接的となることを避け、周囲骨への応
力分散と均等化が行われる。しかも該形状は、図６に示
されるようななめらかな表面を有する従来例と比べて、
人工骨周辺に極めて薄い線維組織の生成を促進する効果
を有し、これにより人工骨が安定して体内で固定される
とともに、人工骨の周囲の骨も長期に安定して骨の新生
と改造を維持することができる。線維骨の外層には皮質
骨が形成されるため反復荷重下でも長期に骨組織の改造
が維持される。図３は図１，２で示される人工骨を移植
した後の断面図である。人工骨１と骨６の間に線維組織
７が形成されている。
【００１１】このものは、形状の異なる同一材料の人工
骨の生体反応を研究するとともに、有限要素解析による
形状効果の研究に基づいて開発されたものである。波状
形態の人工骨では荷重下で主応力線が人工骨の表面で直
交する二成分に変換されることを明らかにした。骨柱
（骨組織の単位）は適度な強さの主応力線の走行に従っ
て形成される性質を有するから、応力を分散しつつ主応
力線を分離する形状が周囲骨の改造には有利である。こ
れにより骨の力学刺激による破壊を防止することが可能
となる。さらに、有限要素解析と動物実験結果との対比
により両者はほぼ一致した。本発明の人工骨の周囲には
繊維組織が形成されるが、波状形態の膨隆部２の付近で
は線維組織の多くは平行又は斜めに走行し、陥凹部３で
は直角に走向して人工骨に付着する。本発明の人工骨で
表面を波状形態とすることの理由は以上のとおりであ
る。本発明の人工骨の材料は金属、セラミックスまたは
サーメットである。
骨の生体反応を研究するとともに、有限要素解析による
形状効果の研究に基づいて開発されたものである。波状
形態の人工骨では荷重下で主応力線が人工骨の表面で直
交する二成分に変換されることを明らかにした。骨柱
（骨組織の単位）は適度な強さの主応力線の走行に従っ
て形成される性質を有するから、応力を分散しつつ主応
力線を分離する形状が周囲骨の改造には有利である。こ
れにより骨の力学刺激による破壊を防止することが可能
となる。さらに、有限要素解析と動物実験結果との対比
により両者はほぼ一致した。本発明の人工骨の周囲には
繊維組織が形成されるが、波状形態の膨隆部２の付近で
は線維組織の多くは平行又は斜めに走行し、陥凹部３で
は直角に走向して人工骨に付着する。本発明の人工骨で
表面を波状形態とすることの理由は以上のとおりであ
る。本発明の人工骨の材料は金属、セラミックスまたは
サーメットである。
【００１２】金属材料の中でも適当なものについて説明
する。純ＴｉやＴｉ合金は、生体用の金属材料として医
科および歯科の分野で幅広い応用が試みられている。特
に、純Ｔｉは生体為害性が極めて少なく、生体との親和
性が良いため、体内に挿入する人工骨として適してい
る。また、形状記憶効果を利用することで挿入後の固定
が容易に行える利点を活かし、Ｔｉ系の形状記憶合金を
人工骨として実用化する研究も行われている。その中で
もＴｉＰｄ系形状記憶合金は、歯科で長年用いられてき
たＰｄと耐食性に優れたＴｉを主組成とする合金であ
り、生体為害性の少ない人工骨用の材料として用いるこ
とができる。
する。純ＴｉやＴｉ合金は、生体用の金属材料として医
科および歯科の分野で幅広い応用が試みられている。特
に、純Ｔｉは生体為害性が極めて少なく、生体との親和
性が良いため、体内に挿入する人工骨として適してい
る。また、形状記憶効果を利用することで挿入後の固定
が容易に行える利点を活かし、Ｔｉ系の形状記憶合金を
人工骨として実用化する研究も行われている。その中で
もＴｉＰｄ系形状記憶合金は、歯科で長年用いられてき
たＰｄと耐食性に優れたＴｉを主組成とする合金であ
り、生体為害性の少ない人工骨用の材料として用いるこ
とができる。
【００１３】セラミックス材料は一般に親水性であり、
生体となじみやすいので本発明に適している。特にバイ
オセラミックスと呼ばれるものが好適である。生体とほ
とんど化合反応しないバイオイナートであるアルミナ、
ジルコニアや、逆に生体と反応するバイオアクティブで
ある３ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5多孔質体、水酸アパタイト、アパ
イト含有結晶化ガラスが好適である。以上の金属材料や
セラミック材料はあくまで例示であって、本願発明はこ
れらのみに限定されるものではない。
生体となじみやすいので本発明に適している。特にバイ
オセラミックスと呼ばれるものが好適である。生体とほ
とんど化合反応しないバイオイナートであるアルミナ、
ジルコニアや、逆に生体と反応するバイオアクティブで
ある３ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5多孔質体、水酸アパタイト、アパ
イト含有結晶化ガラスが好適である。以上の金属材料や
セラミック材料はあくまで例示であって、本願発明はこ
れらのみに限定されるものではない。
【００１４】
【実施例】本発明の人工骨は用いる部位および材料によ
って最適の形状が異なる。以下それ等を具体的に図面に
よって説明する。図１は人間および犬の股関節用の人工
関節の外観説明図である。図４は円筒形人工骨（ＨＡ
ｐ）の説明図である。これを成犬に対して移植実験した
ところ内部に骨髄が形成されるとともに荷重下では骨性
癒着せず薄い線維組織を介して骨と結合することを確認
した。
って最適の形状が異なる。以下それ等を具体的に図面に
よって説明する。図１は人間および犬の股関節用の人工
関節の外観説明図である。図４は円筒形人工骨（ＨＡ
ｐ）の説明図である。これを成犬に対して移植実験した
ところ内部に骨髄が形成されるとともに荷重下では骨性
癒着せず薄い線維組織を介して骨と結合することを確認
した。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の人工骨は
結合組織付着を形成するので、従来の人工骨に比較する
と応力が極めて有効に分散され、骨の改造が長期的に維
持されるため破壊されにくく、長期に安定である。又、
内部に骨髄組織が形成されるので形態と機能の調和した
人工器官として、優れた機能を発揮するものである。
結合組織付着を形成するので、従来の人工骨に比較する
と応力が極めて有効に分散され、骨の改造が長期的に維
持されるため破壊されにくく、長期に安定である。又、
内部に骨髄組織が形成されるので形態と機能の調和した
人工器官として、優れた機能を発揮するものである。
【図１】本発明の人工骨の１例である人工関節の外観説
明図、
明図、
【図２】図１で示される人工関節の断面図、
【図３】本発明の人工関節の移植後の説明図、
【図４】本発明の１例である円筒形状の人工骨の説明
図、
図、
【図５】本発明の１例である波状円筒形状の人工骨の説
明図、
明図、
【図６】従来の人工関節の外観説明図。
１ 人工関節 ２ 膨隆部 ３ 陥凹部 ４ 中空部 ５ 貫通孔 ６ 骨 ７ 線維関節 ８ 円筒形状の人工骨
Claims (5)
- 【請求項１】 内部が中空状であって、表面と中空状の
内部との間に多数の貫通孔を有することを特徴とする人
工骨。 - 【請求項２】 人工骨の表面に膨隆部と陥凹部が交互に
形成された波状円筒形態である請求項１記載の人工骨。 - 【請求項３】 人工骨が人工関節の人工骨部分である請
求項１または２記載の人工骨。 - 【請求項４】 人工骨を形成する材質が金属である請求
項１，２または３記載の人工骨。 - 【請求項５】 人工骨を形成する材質がセラミックスま
たはサーメットである請求項１，２または３記載の人工
骨。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30817293A JPH07155342A (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 人工骨 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30817293A JPH07155342A (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 人工骨 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07155342A true JPH07155342A (ja) | 1995-06-20 |
Family
ID=17977774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30817293A Pending JPH07155342A (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 人工骨 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07155342A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01153154A (ja) * | 1987-09-18 | 1989-06-15 | Howmedica Internatl Inc Zweignied Kiel | 股関節プロテーゼの大腿部 |
| JPH01313052A (ja) * | 1988-04-27 | 1989-12-18 | Thera G Fur Patentverwelt Mbh | 人工補装具シャフト |
-
1993
- 1993-12-08 JP JP30817293A patent/JPH07155342A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01153154A (ja) * | 1987-09-18 | 1989-06-15 | Howmedica Internatl Inc Zweignied Kiel | 股関節プロテーゼの大腿部 |
| JPH01313052A (ja) * | 1988-04-27 | 1989-12-18 | Thera G Fur Patentverwelt Mbh | 人工補装具シャフト |
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