JPS62201157A - 人工骨とその製造方法 - Google Patents
人工骨とその製造方法Info
- Publication number
- JPS62201157A JPS62201157A JP61043171A JP4317186A JPS62201157A JP S62201157 A JPS62201157 A JP S62201157A JP 61043171 A JP61043171 A JP 61043171A JP 4317186 A JP4317186 A JP 4317186A JP S62201157 A JPS62201157 A JP S62201157A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bone
- artificial bone
- ceramic
- particles
- small particles
- Prior art date
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- Pending
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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。
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）
本発明は人体において、疾病、災害などにより失われた
機能や硬組織を修復するための人工骨とその製造方法に
関するものである。
機能や硬組織を修復するための人工骨とその製造方法に
関するものである。
（従来の技術）
人体の骨格部に発生する骨腫瘍等の病気で手足の長管骨
の内部が侵された場合には、整形外科手術にて病巣部を
掻爬しなければならない。掻爬後にできた大きな空洞を
埋める為に従来より自家骨移植として患者の腸骨の一部
を採取して移植する方法がとられてきたが、最近はアル
ミナセラミック製フィラー（例えば特開昭５８−１４４
１）やハイドロキシアパタイト多孔質体などが用いられ
るようになってきた。
の内部が侵された場合には、整形外科手術にて病巣部を
掻爬しなければならない。掻爬後にできた大きな空洞を
埋める為に従来より自家骨移植として患者の腸骨の一部
を採取して移植する方法がとられてきたが、最近はアル
ミナセラミック製フィラー（例えば特開昭５８−１４４
１）やハイドロキシアパタイト多孔質体などが用いられ
るようになってきた。
一方を雄部の腫瘍や椎間板欠損、もしくは不慮の事故に
よるを雄部損傷の場合には、患者の骨格の他の部位から
採取された骨栓、骨挨を挿入して隣接椎骨を融合させる
手術のほか、クロワード術式として知られる固定法、す
なわち欠損椎間板間にまたがり、かつ隣接椎骨の一部を
含むを柱にドリルで穴をあけ、この穴に円筒形の骨栓又
は骨合釘を充填して椎骨を相互に融合する手術法が用い
・られてきた。
よるを雄部損傷の場合には、患者の骨格の他の部位から
採取された骨栓、骨挨を挿入して隣接椎骨を融合させる
手術のほか、クロワード術式として知られる固定法、す
なわち欠損椎間板間にまたがり、かつ隣接椎骨の一部を
含むを柱にドリルで穴をあけ、この穴に円筒形の骨栓又
は骨合釘を充填して椎骨を相互に融合する手術法が用い
・られてきた。
（発明が解決しようとする問題点）
上記の如き従来の術法には次の問題点がある。
例えば自家骨移植を施行する症例では、本来の手術部位
と別箇所を切開及び骨採取されるため、患者の苦痛は甚
大である。この苦痛を軽減すべく人工充填材としてセラ
ミック製フィラー等が考案された。ところが症例によっ
ては、充填材の強度不足という重大欠点のために従来の
治療法を用いる事ができないケースも多い。即ち、自家
骨移植等にて骨掻爬後の空洞を埋める手術の場合には、
長管骨周辺部の皮質骨が健全であり、かつ充分な強度を
持っていることが必要条件とされる。たとえセラミック
フィラーを用いた場合でも、皮質骨部が脆弱であれば、
術後骨折を起こすこともあり、このような症例では、術
式不適応として手足は切断される事になる。以上の様に
たとえ骨内充填物といえども症例によっては強度特性が
大きいことが必要条件である。特に、後述のを雄部への
適用の場合には強度が不十分であれば患者を死に至らし
める恐れがある。
と別箇所を切開及び骨採取されるため、患者の苦痛は甚
大である。この苦痛を軽減すべく人工充填材としてセラ
ミック製フィラー等が考案された。ところが症例によっ
ては、充填材の強度不足という重大欠点のために従来の
治療法を用いる事ができないケースも多い。即ち、自家
骨移植等にて骨掻爬後の空洞を埋める手術の場合には、
長管骨周辺部の皮質骨が健全であり、かつ充分な強度を
持っていることが必要条件とされる。たとえセラミック
フィラーを用いた場合でも、皮質骨部が脆弱であれば、
術後骨折を起こすこともあり、このような症例では、術
式不適応として手足は切断される事になる。以上の様に
たとえ骨内充填物といえども症例によっては強度特性が
大きいことが必要条件である。特に、後述のを雄部への
適用の場合には強度が不十分であれば患者を死に至らし
める恐れがある。
ところが、従来の術弐で用いられる患者の自家骨（移植
骨）においては圧縮荷重に対する強度は全く期待できな
い。例えば前述のテトラポット型のアルミナセラミック
フィラーは自家骨と混ぜて用いられるが、これも−粒一
粒が小さい為、全体として荷重に耐える事はできない。
骨）においては圧縮荷重に対する強度は全く期待できな
い。例えば前述のテトラポット型のアルミナセラミック
フィラーは自家骨と混ぜて用いられるが、これも−粒一
粒が小さい為、全体として荷重に耐える事はできない。
又、ポーラス状セラミックは良好な骨の増生侵入を受は
入れ、骨と一体化する事から最近脚光をあびているが、
ハイドロキシアパタイトやＴＣＰ製ポーラスセラミック
は言うに及ばず、アルミナ、ジルコニア製ポーラスセラ
ミックにおいてもその圧縮強度は、ノンポーラスセラミ
ックブロックの数十分の一〜数百分の−しかない。
入れ、骨と一体化する事から最近脚光をあびているが、
ハイドロキシアパタイトやＴＣＰ製ポーラスセラミック
は言うに及ばず、アルミナ、ジルコニア製ポーラスセラ
ミックにおいてもその圧縮強度は、ノンポーラスセラミ
ックブロックの数十分の一〜数百分の−しかない。
もちろん強度上の問題点のみ解決を図るのであれば緻密
質セラミックブロックの単体が、良好な生体親和生を持
つ点からも最も好ましい。しかしながら手術中の骨掻爬
部の複雑な形状にアルミナセラミック等の緻密質セラミ
ックを手術中に整形加工することは、セラミックが高硬
度であるため不可能に近い。
質セラミックブロックの単体が、良好な生体親和生を持
つ点からも最も好ましい。しかしながら手術中の骨掻爬
部の複雑な形状にアルミナセラミック等の緻密質セラミ
ックを手術中に整形加工することは、セラミックが高硬
度であるため不可能に近い。
手術時に容易に任意の形状に加工でき、さらに骨と一体
化するポーラスセラミック体が望まれる理由はこの点に
ある。
化するポーラスセラミック体が望まれる理由はこの点に
ある。
（問題点を解決するための手段）
本発明はポーラス状セラミックの骨増生侵入の特性と緻
密質セラミックの高強度特性を兼ね備えたものである。
密質セラミックの高強度特性を兼ね備えたものである。
即ちポーラス状セラミックが、セラミック体中に空孔を
作るために原料粉体とボア剤を一体成型した後に焼成し
て作られるため酸化物粒子間のガラスマトリックス形成
が不十分で強度が低かったのに対し、本発明の人工骨は
ノンポーラスのセラミック小粒体を適当な鋳型に流し込
み、一定条件のもとに１３００〜１８０６℃で焼結固着
させたものである。これによって緻密質セラミック小粒
体の粒子間に空孔が形成される一方で、緻密質な小粒体
による十分な強度を持つ人工骨が得られた。もちろん手
術中の加工は容易である。
作るために原料粉体とボア剤を一体成型した後に焼成し
て作られるため酸化物粒子間のガラスマトリックス形成
が不十分で強度が低かったのに対し、本発明の人工骨は
ノンポーラスのセラミック小粒体を適当な鋳型に流し込
み、一定条件のもとに１３００〜１８０６℃で焼結固着
させたものである。これによって緻密質セラミック小粒
体の粒子間に空孔が形成される一方で、緻密質な小粒体
による十分な強度を持つ人工骨が得られた。もちろん手
術中の加工は容易である。
また、本発明はセラミックに限らず金属材料を用いて同
等の人工骨を得る事ができる。即ち、チタン基合金等の
小粒体を適当な鋳型につめ、その金属の融点の約９０％
の温度に加熱する事により本発明金属製の人工骨が得ら
れる。金属材料を用いた場合、生体親和性の点ではセラ
ミックス材料に劣るものの、製造技術はセラミックの場
合に比べてはるかに容易であり、コトス的にも安価に製
造できるメリットがある。
等の人工骨を得る事ができる。即ち、チタン基合金等の
小粒体を適当な鋳型につめ、その金属の融点の約９０％
の温度に加熱する事により本発明金属製の人工骨が得ら
れる。金属材料を用いた場合、生体親和性の点ではセラ
ミックス材料に劣るものの、製造技術はセラミックの場
合に比べてはるかに容易であり、コトス的にも安価に製
造できるメリットがある。
（実験例 １）
球状に整形した純度９９％のアルミナ粉末体を３１０〜
４４０μに分級し、内部形状が直径２０ｍｍ、高さ２０
ｍｍの円柱状金型中に流し込んだ。その上から水蒸気を
約１分間あて、１０ｋｇ／ ｃＩＩｉの荷重を１０秒間
加えた後、金型中より取り出し約１７００℃にて焼成し
圧縮テスト用サンプルを作製した。同時に比較テスト用
として同じ金型を用−Ａて緻密質セラミ・ツク体、従来
法により作成したポーラス４ｙ、セラミ・ツク体及びス
ポンジ状セラミック体も’Ｊ（乍し、本実験例サンプル
と共に圧縮テストに供した。
４４０μに分級し、内部形状が直径２０ｍｍ、高さ２０
ｍｍの円柱状金型中に流し込んだ。その上から水蒸気を
約１分間あて、１０ｋｇ／ ｃＩＩｉの荷重を１０秒間
加えた後、金型中より取り出し約１７００℃にて焼成し
圧縮テスト用サンプルを作製した。同時に比較テスト用
として同じ金型を用−Ａて緻密質セラミ・ツク体、従来
法により作成したポーラス４ｙ、セラミ・ツク体及びス
ポンジ状セラミック体も’Ｊ（乍し、本実験例サンプル
と共に圧縮テストに供した。
結果は以下の様であった。
参考；ハイドロキシアノくタイト製ポーラスセラミック
の圧縮強度；１００〜３ＱＯＫｇｆ／ ｃＪ本発明サン
プルは緻密質セラミ・ツク体の約６０１の圧縮強度を持
ち、この（＋ｉ＆ま従来法ポーラスセラミック体の約１
３倍、スポンジ状セラミック体の実に１４００倍であっ
た。
の圧縮強度；１００〜３ＱＯＫｇｆ／ ｃＪ本発明サン
プルは緻密質セラミ・ツク体の約６０１の圧縮強度を持
ち、この（＋ｉ＆ま従来法ポーラスセラミック体の約１
３倍、スポンジ状セラミック体の実に１４００倍であっ
た。
Ｒｅｌｌｌｙ氏らの報告によれば成人ヒトの皮質骨の圧
縮強度は約Ｌ３００Ｋｇｆ／ｃ＋＋ｌである。よってス
ポンジ状セラミックや〕＼イドロキシ了／くタイト製ポ
ーラスセラミックは言うに及ばず、従来法ポーラス状セ
ラミックでも圧縮強度が不足しているのに対し、本実験
例による人工骨は緻密質セラミック体には劣るものの、
なお人骨の１０倍以上の強度（安全率）を持つ有用な材
料である事が判明した。
縮強度は約Ｌ３００Ｋｇｆ／ｃ＋＋ｌである。よってス
ポンジ状セラミックや〕＼イドロキシ了／くタイト製ポ
ーラスセラミックは言うに及ばず、従来法ポーラス状セ
ラミックでも圧縮強度が不足しているのに対し、本実験
例による人工骨は緻密質セラミック体には劣るものの、
なお人骨の１０倍以上の強度（安全率）を持つ有用な材
料である事が判明した。
（実験例２）
球状に成型した純度９９．５χのアルミナ粉末体を約１
５００℃で焼成し、２５０〜３５０μｍに分級した。
５００℃で焼成し、２５０〜３５０μｍに分級した。
この小粒体を内部形状が直径１６ｍｍ、高さ１６ｍｍの
アクリル系プラスチック製の鋳型に、同じアルミナ粉末
と有機粘結剤を水と共に混ぜあわせたスラリーと共に入
れ、十分乾燥後約１５００℃で焼成した。
アクリル系プラスチック製の鋳型に、同じアルミナ粉末
と有機粘結剤を水と共に混ぜあわせたスラリーと共に入
れ、十分乾燥後約１５００℃で焼成した。
完成したサンプルを実験例１と同じ方法で圧縮テストを
行った所、１１５００Ｋｇｆ／ ｃｎｌの強度を示した
。
行った所、１１５００Ｋｇｆ／ ｃｎｌの強度を示した
。
ただし、小粒体間に形成される空孔は、実験例１の場合
が１００〜１５０μｍであるのに対して９０〜１４０μ
ｍと若干小さめであったが、十分使用に耐え得るものと
判断される。
が１００〜１５０μｍであるのに対して９０〜１４０μ
ｍと若干小さめであったが、十分使用に耐え得るものと
判断される。
（実験例３）
スプレーアトマイズ法にて球状に成したチタン！合金（
Ｔｉ ９０Ｘ 、ＡＩ ６Ｘ 、Ｖ ４Ｘ）製の７１％
粒体を２５０〜３５０μｍに分級した。これを内部形４
犬直マ条２０ｍｍ、高さ２０ｍｍのセラミック製鋳型に
流し込み、１０−’ＴｏｒｒＯ高真空下にて４００℃に
加熱した。次し＼で鋳型を取り除き同じ真空炉中で１３
００°Ｃで焼′４吉固着させた。本サンプルを実験例１
と同じ圧縮テストに供した所、６７００にｇｆ／ｃｄの
強度を示した。
Ｔｉ ９０Ｘ 、ＡＩ ６Ｘ 、Ｖ ４Ｘ）製の７１％
粒体を２５０〜３５０μｍに分級した。これを内部形４
犬直マ条２０ｍｍ、高さ２０ｍｍのセラミック製鋳型に
流し込み、１０−’ＴｏｒｒＯ高真空下にて４００℃に
加熱した。次し＼で鋳型を取り除き同じ真空炉中で１３
００°Ｃで焼′４吉固着させた。本サンプルを実験例１
と同じ圧縮テストに供した所、６７００にｇｆ／ｃｄの
強度を示した。
（実験例４）
前述の実験例１〜３で製作したサンプル椎体スペーサー
として動物実験に（兵した。各々のサンプルをオートク
レーブにて滅菌したｉｋ、雑）重成犬の腰椎部１ヶ個づ
つ埋入した． ｊ＋ｊ後４週、８週、１２週時にテトラ
サイクリンラバ１Ｊンク゛後層殺し、サンプルを含む生
骨を取り出してホルマ１Ｊン固定後、非脱灰標本として
光学顕微鏡などを用し）て天然骨との接合状態を観察し
た１吉果を次表Ｇこ以上の結果から、本発明人工骨は従
来のポーラス状セラミックと同等以上の骨の増生侵入を
受ける能力を有する事が判明した。
として動物実験に（兵した。各々のサンプルをオートク
レーブにて滅菌したｉｋ、雑）重成犬の腰椎部１ヶ個づ
つ埋入した． ｊ＋ｊ後４週、８週、１２週時にテトラ
サイクリンラバ１Ｊンク゛後層殺し、サンプルを含む生
骨を取り出してホルマ１Ｊン固定後、非脱灰標本として
光学顕微鏡などを用し）て天然骨との接合状態を観察し
た１吉果を次表Ｇこ以上の結果から、本発明人工骨は従
来のポーラス状セラミックと同等以上の骨の増生侵入を
受ける能力を有する事が判明した。
本実験例では同時に力学的試験も行った。術後に実験例
１，２．３の本発明サンプル埋入犬により腰椎部を取り
出し、一端を固定して、他端に荷重を加えた所、いずれ
も約４５Ｋｇで破断したが、破断部位は全て椎間板部で
あり、椎体スペーサーにて固定された部位には全く影響
は及ぼされていなかった。よって本発明人工骨が椎体ス
ペーサーとして実用上耐え得る固定性及び強度を持つも
のと考えられる。
１，２．３の本発明サンプル埋入犬により腰椎部を取り
出し、一端を固定して、他端に荷重を加えた所、いずれ
も約４５Ｋｇで破断したが、破断部位は全て椎間板部で
あり、椎体スペーサーにて固定された部位には全く影響
は及ぼされていなかった。よって本発明人工骨が椎体ス
ペーサーとして実用上耐え得る固定性及び強度を持つも
のと考えられる。
ところで、焼結固着せしめる小粒体の平均粒径としては
、骨細胞が増生じ、入り込むのに適した間隙が１００〜
３００μｍ（最適には１００〜１５０μｆｆ１）である
事が知られており、実験的には、１００〜６００μｍの
小粒体によって形成し得るものであって、１００μｍ以
下の小粒体では１００μｍより小さな間隙しか作る事が
できなかった。小粒体間の空隙の大きさは使用する小粒
体の粒度によって決定される。
、骨細胞が増生じ、入り込むのに適した間隙が１００〜
３００μｍ（最適には１００〜１５０μｆｆ１）である
事が知られており、実験的には、１００〜６００μｍの
小粒体によって形成し得るものであって、１００μｍ以
下の小粒体では１００μｍより小さな間隙しか作る事が
できなかった。小粒体間の空隙の大きさは使用する小粒
体の粒度によって決定される。
粒径２５００μｍを越す粒度の小粒体にあっては形成さ
れる空隙の平均径は１０００μ以上となり、骨の増生侵
入上不利である。即ち骨の増生侵入に長時間を要し、実
用上の価値に乏しい。
れる空隙の平均径は１０００μ以上となり、骨の増生侵
入上不利である。即ち骨の増生侵入に長時間を要し、実
用上の価値に乏しい。
また焼結固着せしめる小粒体の充填密度については、初
期固定性に寄与する骨増生侵入に適した１００〜３００
μ−の間隙が形成される範囲においてできるだけ高密度
に充填されている事が望ましいが、これを成し得る平均
粒径１００〜６００μｍの小粒体による実験では１−当
たり３００００〜６０００個が最適であった。
期固定性に寄与する骨増生侵入に適した１００〜３００
μ−の間隙が形成される範囲においてできるだけ高密度
に充填されている事が望ましいが、これを成し得る平均
粒径１００〜６００μｍの小粒体による実験では１−当
たり３００００〜６０００個が最適であった。
なお、上記においてはアルミナセラミック小粒体を焼結
固着させた例を挙げたが、生体部材を成す場合、生体親
和性があり、機械的強度の大きなジルコニアセラミック
体を用いたものであってもほぼ同様である。
固着させた例を挙げたが、生体部材を成す場合、生体親
和性があり、機械的強度の大きなジルコニアセラミック
体を用いたものであってもほぼ同様である。
以上のように小粒体を焼結固着させた本発明に係る人工
骨は整形外科治療領域への応用に際して、次の様な効果
を成し得るものである。即ち、骨腫瘍等の病気で皮質骨
部にまで病巣が及び従来の治療法では手足の切断を余儀
なくされていた症例においても、単なる充填手術のみで
手足の温存を可能ならしめ、さらに骨と一体化する高強
度高性能人工骨を提供する事ができる。特に強度的安全
性が絶対条件であるを雄部の骨欠損症例において高い安
全性を持ち、骨と一体化する人工椎体スペーサーを提供
し、患者の苦痛の軽減と共に優秀な治療効果を発揮する
ものである。
骨は整形外科治療領域への応用に際して、次の様な効果
を成し得るものである。即ち、骨腫瘍等の病気で皮質骨
部にまで病巣が及び従来の治療法では手足の切断を余儀
なくされていた症例においても、単なる充填手術のみで
手足の温存を可能ならしめ、さらに骨と一体化する高強
度高性能人工骨を提供する事ができる。特に強度的安全
性が絶対条件であるを雄部の骨欠損症例において高い安
全性を持ち、骨と一体化する人工椎体スペーサーを提供
し、患者の苦痛の軽減と共に優秀な治療効果を発揮する
ものである。
このように本発明によれば、小粒体を焼結固着させた人
工骨は、従来のポーラス状セラミックの骨増生侵入の特
性と緻密質セラミックの高強度特性を兼ね備えた画期的
なインブラントであり、整形外科治療領域等において、
十分な治療法の無かった多くの患者に対して福音をもた
らすものである。
工骨は、従来のポーラス状セラミックの骨増生侵入の特
性と緻密質セラミックの高強度特性を兼ね備えた画期的
なインブラントであり、整形外科治療領域等において、
十分な治療法の無かった多くの患者に対して福音をもた
らすものである。
Claims (5)
- （１）金属またはセラミック製小粒体の多数個の焼結固
着体から成ることを特徴とする人工骨。 - （２）上記の金属製小粒体が純チタン、チタン基合金、
コバルト基合金及びステンレス合金のうち少なくとも１
種からなり、平均粒径１００〜２５００μｍの範囲にあ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の人工骨
。 - （３）上記のセラミック製小粒体がアルミナ、ジルコニ
アの少なくとも一種からなり、平均粒径１００〜２５０
０μｍの範囲にある事を特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の人工骨。 - （４）任意形状をした鋳型中に金属製小粒体を充填し、
該小粒体を成す金属材の融点の５０〜９５％の温度で真
空炉中にて焼結固着せしめることを特徴とする人工骨の
製造方法。 - （５）任意形状をした鋳型中に未焼成又は焼成ずみのセ
ラミック小粒体を充填し、１３００〜１８００℃で焼結
固着することを特徴とする人工骨の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61043171A JPS62201157A (ja) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | 人工骨とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61043171A JPS62201157A (ja) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | 人工骨とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62201157A true JPS62201157A (ja) | 1987-09-04 |
Family
ID=12656435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61043171A Pending JPS62201157A (ja) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | 人工骨とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62201157A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01119246A (ja) * | 1987-11-02 | 1989-05-11 | Haruyuki Kawahara | 骨内インプラント |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113092A (en) * | 1976-03-17 | 1977-09-21 | Kyoto Ceramic | Living body bone prosthetic ceramic implant member |
| JPS6021763A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-04 | ティーディーケイ株式会社 | 人工骨材料 |
-
1986
- 1986-02-27 JP JP61043171A patent/JPS62201157A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113092A (en) * | 1976-03-17 | 1977-09-21 | Kyoto Ceramic | Living body bone prosthetic ceramic implant member |
| JPS6021763A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-04 | ティーディーケイ株式会社 | 人工骨材料 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01119246A (ja) * | 1987-11-02 | 1989-05-11 | Haruyuki Kawahara | 骨内インプラント |
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