JP2000014685A

JP2000014685A - 人工股関節

Info

Publication number: JP2000014685A
Application number: JP10185021A
Authority: JP
Inventors: Susumu Fujioka; 進藤岡; Tatsuhiro Ishihara; 辰浩石原; Takeshi Sumiya; 岳司住谷; Masaharu Onishi; 雅晴大西; Yasunori Tamura; 保典田村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】ポリエチレン摩耗粉の問題や耐衝撃性の問題を
解消すると同時に、生産性にも優れた人工股関節を提供
する。【解決手段】人工股関節を構成する臼蓋ソケット５にお
ける摺動部６がセラミックから成るとともに該摺動部６
を略円柱状部６ａとドーム状部６ｂとにより構成し、ポ
リエチレン等の樹脂材料からなるライナー７の内部空間
１０内に圧入せしめる。また、摺動部６はソケットの回
動防止機構として、下面側外周に外方に突出する複数の
回転防止用ツメ２１を設けている。他方、図４に示すよ
うに前記ライナー７の内周に上記回転防止用ツメ２１を
嵌合する回転防止用溝２２を形成し、両者が嵌合するよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は人の関節、殊に人工
股関節に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から用いられている人工股関節にお
いてはステンレス鋼、コバルトクロム系合金などの金属
製の骨頭球とステムが一体的もしくはテーパー嵌合によ
って固定されており、上記ステムを大腿骨中に挿入し、
骨とステムとの隙間をセメントを用いて固定し、また一
方の臼蓋側は上記骨頭球を受座する合成樹脂よりなるソ
ケットを、骨盤の臼蓋ソケットにセメントを用いて固定
するものが多数使用されてきた。なお、近年、骨頭球に
はセラミック、特にアルミナが強度、表面粗さ、真円度
等の特性の優秀さと体ポリエチレンとの摩耗係数の低
さ、摩耗量の低さ等の理由により採用されている。

【０００３】ところが、上述の人工関節において骨頭球
とこれを受座するポリエチレンのソケットは、歩行のた
びに摺動し、１年間にソケットのポリエチレンの厚みは
０．２ｍｍ程度摩耗減少してしまう。

【０００４】ここで発生するポリエチレンの摩耗粉は大
変小さい粉であり生体内で細胞に取り込まれ、体外に排
出されることなく体内に蓄積されてしまう。そして、５
年、１０年と経過していくうちに発生した摩耗粉、すな
わち体内に取り込まれ蓄積された摩耗粉の量は多大なも
のとなり、また、それを取り込む細胞の数もインプラン
トされた上記人工股関節の周辺地域を中心に増え続ける
こととなる。その結果、これらの摩耗粉を取り込んだ細
胞が人工関節の周りを取り囲んで群棲するようになり、
この人工関節のまわりを取り囲んだ細胞が人工関節を支
持する骨に悪影響を及ぼし、骨は次第に悪影響により脆
弱になってくる。そして、これらの変化が進につれて人
工関節は徐々に骨との間にゆるみを生じ、生体側はこの
緩みによる人工関節の動揺により痛みを感じるに至る。

【０００５】そこで、このポリエチレンの摩耗粉を嫌っ
て、セラミックの骨頭球に対してセラミックの臼蓋ソケ
ットを用いて、セラミックどおしで摺動面を構成した物
が開発されたが、当初は臼蓋側にセラミック製の臼蓋ソ
ケットをセメントで固定したり骨に直接ネジ込んだりし
て臼蓋に固定し、セラミック製の骨頭球と摺動させるよ
うにしたものであった。

【０００６】セラミック製の骨頭球に対してセラミック
製の臼蓋ソケットを用いるこの人工股関節では、摺動面
にポリエチレン等の合成樹脂を用いていないため、ポリ
エチレンの摩耗粉が発生せず、さらにセラミックどうし
の摺動面は、両構成部分を高精度に一致させると、体液
中では摩耗係数が極端に低く流体潤滑状態となると言わ
れており、摩耗がほとんどないことから、摺動の観点か
らのみ見ると理想的な人工関節であった。しかし、この
人工関節にはセラミック製骨頭球、セラミック製臼蓋、
骨盤とが連接されており、そのため衝撃に弱く、セラミ
ック製部材の破損の発生の危険があった。さらに足の屈
曲時、金属製のステムネックがセラミック製臼蓋に当接
する時に、接触部分に無理な力が生じ、セラミック製臼
蓋の破損の恐れもあった。加えて、金属とセラミックの
接触により金属がセラミックにより削り取られて、金属
の摩耗粉が発生し、金属粉による重大な組織破壊を生ず
る恐れもあった。

【０００７】本出願人はこれらの問題点を解消するべ
く、外表面にアンダーカット状の凸部を設けたセラミッ
ク製の臼蓋ソケットに対し樹脂モールド成形を用いて樹
脂層を形成した樹脂バックの臼蓋ソケットを開発してい
る（実開平５−２１９２３号）。そして、このような樹
脂バックの臼蓋ソケットの周縁部に樹脂材料よりなる樹
脂リングを固定し、ステムネックを樹脂リングで受ける
よう構成した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記樹脂バ
ック＋樹脂リングのセラミック製臼蓋ソケットを備えた
在来の人工股関節は、人工股関節の重大な問題、すなわ
ち、ポリエチレン摩耗粉の問題や耐衝撃性の問題を解消
した非常に優れたものであった。

【０００９】しかしながら、樹脂バックを得るためにモ
ールド成形を行うものであったため作製に手間がかか
り、また、別体で樹脂リングを用意しなくてはならない
ことも面倒であるという問題点があった。

【００１０】しかるに、本発明は上記樹脂バック＋樹脂
リングのセラミック製臼蓋ソケットを備えた従来の人工
股関節の優れた特性を失うことなく、同時に、生産性に
も優れた人工股関節を提供せんとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の人工股関
節は、臼蓋ソケットにおける摺動部がセラミックから成
るとともに該摺動部を略円柱状部とドーム状部とにより
構成し、ポリエチレン等の樹脂材料からなるライナーの
内部空間内に圧入せしめるようになし、樹脂性のライナ
ーによる衝撃吸収製を維持しつつ、セラミック製の部材
と樹脂製の部材を別体で構成できるようにすることによ
り、生産性を高め、さらに、前記摺動部の略円柱状部外
周に外方に突出する回転防止用ツメを設けるとともに、
該回転防止用ツメを嵌合する回動防止用溝を前記ライナ
ーの内周に形成したことにより、回旋トルクに起因する
摺動部とライナーの相対的微動（マイクロムーブメン
ト）を抑え、もって、ポリエチレンの摩耗粉の発生を効
果的に抑えることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より詳述する。

【００１３】図１には本実施形態の人工股関節を示し、
１はアルミナセラミックから成る骨頭球で、該骨頭球１
が、チタン合金の金属製ステム本体２の先端部に形成さ
れた截頭円錐形状をしたステムネック２ａにテーパー嵌
合されている。なお、大腿骨骨幹部に挿入されるステム
本体２は大腿骨３にセメント４を用いて固定されてい
る。また、上記ステム本体２はコバルトクロム合金、チ
タン合金など生体為害性の少ないない金属材で構成され
ている。また、５は臼蓋ソケットであり、骨盤１２の側
に固定され、セラミック製の摺動部６と該摺動部を嵌合
する樹脂製のライナー７から構成され、上記摺動部６の
略半球状をした摺動面８で前記骨頭球１と摺動受座する
ものである。

【００１４】図２（イ）は上記臼蓋ソケット５の上面
図、同図（ロ）には同図（イ）のＡ−Ａ線断面図として
の上記臼蓋ソケット５の垂直断面を示し、これらの図に
示すように前記摺動部６は、略円柱状部６ａとドーム状
部６ｂとにより成り、ライナー７の開口周縁部９から内
部空間１０に突出するツメ１１でもって前記ライナー７
の内部空間１０内に圧入された圧接状態で担持される。
即ち、摺動部６が上記ツメ１１よりも奥側の位置にて固
定せしめてあるので、骨頭球１を固定したステムネック
２ａを樹脂製のライナー７の開口周縁部９でもって受座
し得る。

【００１５】また、図３は前記摺動部６を単独で示し、
この摺動部６はソケットの回動防止機構として、略円柱
状部６ａ外周に外方に突出する複数の回転防止用ツメ２
１を設けている。他方、図４に示すように前記ライナー
７の内周に上記回転防止用ツメ２１を嵌合する回転防止
用溝２２を形成し、両者が嵌合するようにしたことによ
り回旋トルクに起因する摺動部６とライナー７の相対微
動（マイクロムーブメント）を抑え、もってポリエチレ
ンの摩耗粉の発生を抑える。

【００１６】上記回動防止用ツメ２１は嵌合が容易とな
り且つ抜け難い形状として、下面２１ａ水平で且つ肉厚
が外方に向かって小となっている。高さｈは０．３ｍｍ
〜０．８ｍｍであることが好ましく、０．３ｍｍ未満で
は固定性が小さくなり、０．８ｍｍより大きいと嵌合に
大きな力を要し、これにより樹脂製のライナー７の塑性
変形を引き起しセラミックス製の摺動部６とライナー７
間に間隙を生じさせてしまう。この間隙は摺動部６とラ
イナー７間の固定性を小さくしたり、微小な動きにつな
がる為に好ましくない。なお巾ｗは上記高さｈと同寸か
それ以上であることが好ましい。

【００１７】また、回動防止用ツメ２１の個数は複数必
要であり、数が少ないと回旋抵抗が小さく、他方、数が
多すぎると、回転防止用溝２２の周方向の巾が小さくな
り、機械的強度不足となってしまう恐れがある。

【００１８】このように構成される臼蓋ソケット５は、
このまま骨セメントを用いて骨盤１２に固定することも
可能であるが、図１に示すように骨盤１２にネジ固定さ
れたチタン合金などの金属製の外殻１６内に圧入し、外
殻１６の開口周縁部１７から突出するツメ１８でもって
担持するようにすればセメントレスで固定できる。具体
的にはネジ固定用に貫通孔２０を穿設してなる外殻１６
をネジ１９を使用して骨盤１２に固定し、次に複合一体
化された臼蓋ソケット５を外殻１６の内部空間内に圧入
し、上記ツメ１８でもって担持するようにする。なお、
チタン合金製の外殻１６は、ネジ１９を用いて骨盤１２
に固定できるように貫通孔２０が穿設してあり、適宜、
症例によって骨量の豊富な所を選択し固定出来るように
なっている他、外表面にアパタイトなどのリン酸カルシ
ウムが溶射等の方法で粗面状に被着せしめ骨との癒着性
を良好にすることが望ましい。

【００１９】ところで、臼蓋ソケットを成すためのライ
ナー７は、図２（ロ）に示すように摺動部の形状に対応
して、開口周縁部の肉厚が大きくなっている。これによ
り、足の屈曲状態でステムネックが当接するときに臼蓋
ソケットがうける大きな荷重や衝撃を緩衝するのに極め
て大きな効果がある。その結果、臼蓋ソケットの実用上
の機械的強度を大幅に向上せしめることができる。

【００２０】尚、上記人工股関節において骨頭球１と上
記摺動部６とのクリアランスを５ｎｍ〜３５μｍに設定
することが望ましい。上記クリアランスが５ｎｍ未満の
場合、生体内に埋設した際の生体液による潤滑性を十分
得ることができず、摺動特性が悪くなる恐れがあり、他
方、３５μｍより大きい場合には骨頭球１の回動がスム
ーズでなくなり摺動特性が悪化する恐れがある。

【００２１】また、上記骨頭球１が摺動する摺動部とし
ては、アルミナセラミックを用いた例を述べたが、これ
に限らずにその他のセラミック材、例えばジルコニアセ
ラミックを用いてもよい。また、ライナーとしてポリエ
チレンを用いた例を述べたが、これに限らずに、その他
の樹脂材料、例えばテフロン、ジュラコン、デルリン等
を使うことも出来る。これら樹脂材料としては、弾性率
が６００〜１４００Ｍｐａの範囲のものが好ましい。弾
性率が６００Ｍｐａ未満では衝撃吸収能力が十分である
ものの、応力に対する樹脂の変形が大きく、セラミック
ス製の摺動部６の固定性に悪影響を及ぼす恐れがあり、
他方、１４００Ｍｐａより大きいと衝撃吸収能力が不十
分で骨に過大な応力を伝達せしめ骨吸収などの原因とな
る恐れがある。

【００２２】

【実験例】図１乃至図４に示す前記臼蓋ソケット５を股
関節シュミレータにセットし、回旋トルクを測定した。
また、ライナー７から摺動部６を抜去するのに必要な引
き抜き強度を測定した。なお、回動防止用ツメ２１の高
さｈは０．５ｍｍ、巾ｗは０．５ｍｍで２４枚設け、回
動防止用溝２２の高さｈ１は０．５ｍｍ、巾ｗ１は０．
３ｍｍである。

【００２３】また比較例として図５に示すような臼蓋ソ
ケット５０について同様の測定を行った。この臼蓋ソケ
ット５０はソケットの回動防止機構として、前記摺動部
６の所望位置に回動防止用ピン１３との係合溝１４を設
けるとともに、上記摺動部６を前記ライナー７に圧入し
た状態において上記回動防止用ピン１３と上記摺動部６
とを係合し得るように、上記ライナー７に前記内部空間
１０に貫通するピン挿入孔１５を形成して成るものであ
る。

【００２４】測定結果について回旋トルクは、実施例品
が１０９ｋｇｆｃｍであるのに対して、比較例品が６９
ｋｇｆｃｍであった。また、引き抜き強度は実施例品が
３９６ｋｇｆｃｍであるのに対して比較例品が３４８ｋ
ｇｆｃｍであった。

【００２５】

【発明の効果】叙上のような本発明によれば、セラミッ
ク製の摺動部の外側に樹脂を配設することによってセラ
ミックの破損を防止でき、摺動部をセラミックどうしに
することによりポリエチレンの摩耗粉の発生が皆無であ
り、回りの細胞に悪影響を及ぼさず、また、関節の減り
がなく、長期に安全で安定した成績を期待することがで
き、歩行回復に絶大なる威力を発揮し、長期間人工関節
の安定した性能を維持することができる。特に、若い人
にも使用することができる点で有効である。

【００２６】また、本発明によれば臼蓋ソケットを構成
する摺動部とライナーを別体で構成するのでモールド成
形など面倒な製造工程が必要ない上に、摺動部にドーム
状部を設けライナーと垂直面接合の状態で圧接担持され
るようにしたことにより、摺動部の保持力も十分大きな
ものであり、生産性の高い人工股関節を得ることができ
る。

【００２７】さらに、前記摺動部の下面側外周に外方に
突出する回転防止用ツメを設けるとともに、該回転防止
用ツメを嵌合する回動防止用溝を前記ライナーの内周に
形成したことにより、回旋トルクに起因する摺動部とラ
イナーの相対的微動（マイクロムーブメント）を抑え、
もって、ポリエチレンの摩耗粉の発生を効果的に抑え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の人工股関節のステムと臼蓋ソケットを
それぞれ大腿骨と骨盤に装着した状態を示す要部破断側
面図である。

【図２】図１の人工股関節を構成する臼蓋ソケットを示
し、（イ）は上面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線断面図
である。

【図３】上記臼蓋ソケットを構成する摺動部を単独で示
し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面
図、（ｃ）は（ｂ）の領域Ｃの拡大図である。

【図４】上記臼蓋ソケットを構成するライナーに形成し
た回動防止用溝を示す垂直断面図である。

【図５】比較例の臼蓋ソケットを示し、（イ）は上面
図、（ロ）は（イ）のＤ−Ｄ線断面図である。

【符号の説明】

１骨頭球２ステム本体２ａステムネック３大腿骨４セメント５臼蓋ソケット６摺動部７ライナー８摺動面９開口周縁部１０内部空間１１ツメ１２骨盤１６外殻１７開口周縁部１８ツメ２１回動防止用ツメ２２回動防止用溝ｗ，ｗ１巾ｈ，ｈ１高さ

フロントページの続き (72)発明者大西雅晴滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１京セラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者田村保典滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１京セラ株式会社滋賀工場内Ｆターム(参考） 4C081 AB05 BB05 BB08 BC01 CA021 CA131 CA251 CB011 CF121 CF151 DA01 DC15 EA03 4C097 AA06 BB01 CC13 CC14 DD02 DD06 EE02 EE20 SC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人工股関節を構成する臼蓋ソケットにおけ
る摺動部がセラミックから成るとともに該摺動部を略円
柱状部とドーム状部とにより構成し、ポリエチレン等の
樹脂材料からなるライナーの内部空間内に圧入せしめて
なり、前記摺動部の略円柱状部外周に設けた外方に突出
する複数の回転防止用ツメを前記ライナーの内周に形成
した回転防止用溝に嵌合してなる人工股関節。