JP2008206677A - Prosthetic object for living body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、事故や疾病等による骨欠損部あるいは切除部を補綴するために用いる生体用補綴体に関する。 The present invention relates to a bioprosthesis used for prosthesis of a bone defect or excision due to an accident or disease.
事故や疾病等によって生じた骨欠損部あるいは切除部を補綴するための補綴体として様々なタイプのものが提案されている。 Various types of prosthetics have been proposed as prosthetics for prosthetic bone defects or excised parts caused by accidents or diseases.
例えば、大略ストレート形状のステム部を骨髄腔に形成された挿入穴の中に挿入してセメントを用いて生体用補綴体を骨に固定する場合、リウエルやサージエアトームやヤスリ等を使用して、回旋止め部に対応する凹部を骨切り面に設ける必要があるが、所望形状の凹部を形成するためには、高度な切除術が要求される。また、補綴体は、そのステム部の根元において、突出した回旋止め部を備える複雑な形状ゆえに、ステム部の根元での応力集中によって破損しやすいという問題がある。 For example, when inserting a generally straight stem into an insertion hole formed in the bone marrow cavity and fixing the bioprosthesis to the bone using cement, use a rewell, surge air tome, file, etc. However, it is necessary to provide a recess corresponding to the antirotation portion on the osteotomy surface, but in order to form a recess having a desired shape, a high degree of resection is required. Further, the prosthesis has a problem that it is easily damaged by stress concentration at the root of the stem portion because it has a complicated shape with a protruding rotation stop at the root of the stem portion.
また、相対向するステム部と補助プレートとの間で骨を挟むようにしてストレート形状のステム部を骨髄腔に挿入し、固定用ボルトを補助プレートの貫通孔を挿通してステム部の有底ボルト穴に螺合させて、セメントを用いずに生体用補綴体を骨に強固に固定する方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照のこと)。 In addition, the straight stem portion is inserted into the bone marrow cavity so that the bone is sandwiched between the opposing stem portion and the auxiliary plate, and the fixing bolt is inserted through the through-hole of the auxiliary plate, and the bottomed bolt hole of the stem portion is inserted. And a method for firmly fixing the bioprosthetic body to the bone without using cement (see, for example, Patent Document 1).
上記補助プレートによる螺合固定方法は、生体用補綴体の補助プレートが骨に対して回旋することに抗することができるので、生体用補綴体を骨に対して初期的に強固に固定することができるという優れた特長を有している。しかしながら、当該固定方法には、正確な穴開けを行わないと螺合固定することができないという問題がある。さらに、長期間の使用中に、骨への高負荷部分であるボルト螺合部分以外の低負荷部分において、すなわち典型的にはステム部を挿入する骨切り面近傍において、骨への刺激が欠乏するために骨吸収が発生してしまう。そして、骨吸収の発生した骨切り面近傍領域での骨が脆くなって、補綴体のズレやガタツキが発生するようになる。その結果、ステム部を支持する支持領域がボルト螺合部分に限定的になってしまうために、生体用補綴体に対する負荷がボルト螺合部分に集中してしまうので、骨や生体用補綴体のステム部の折損事故に至ってしまうという問題がある。 The screw fixing method using the auxiliary plate described above can resist the rotation of the auxiliary plate of the bioprosthetic body with respect to the bone, so that the bioprosthetic body is initially firmly fixed to the bone. It has the excellent feature of being able to However, the fixing method has a problem that it cannot be screwed and fixed unless accurate drilling is performed. Furthermore, during long-term use, there is a lack of irritation to the bone in low-load parts other than the bolted parts that are high-load parts to the bone, that is, typically near the osteotomy surface where the stem part is inserted. Therefore, bone resorption occurs. Then, the bone in the region near the osteotomy surface where bone resorption has occurred becomes brittle, and the prosthesis is displaced or rattled. As a result, since the support region for supporting the stem portion is limited to the bolt screwing portion, the load on the bioprosthesis is concentrated on the bolt screwing portion. There is a problem that the stem part is broken.
いずれの固定方法においても、回旋止め部用凹部やネジ止め用穴を上手に形成する必要があることに加えて、生体用補綴体のステム部の外径と大略同等以上の穴径を持った挿入穴を骨髄腔に形成して、大略ストレート形状のステム部を骨髄腔の挿入穴に挿入するだけという挿入形態であるために、長期的に見て、骨髄腔の挿入穴の骨切り面近傍領域には上述した骨刺激の欠乏に起因した骨吸収によって、補綴体のズレやガタツキが発生するという問題がある。 In any of the fixing methods, in addition to the need to well form the concavity for the rotation preventing portion and the hole for screwing, the diameter of the stem portion of the bioprosthesis has a hole diameter approximately equal to or larger than that. Since the insertion hole is formed in the bone marrow cavity and the stem portion with a substantially straight shape is simply inserted into the bone marrow cavity insertion hole, in the long term, near the osteotomy surface of the bone marrow cavity insertion hole There is a problem in the region that the prosthesis is displaced or loosened due to bone resorption caused by the lack of bone stimulation described above.
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、設置が容易であるとともに、初期固定並びに長期固定に優れた生体用補綴体を提供することである。 Therefore, a technical problem to be solved by the present invention is to provide a bioprosthesis that is easy to install and excellent in initial fixation and long-term fixation.
上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、以下の生体用補綴体が提供される。 In order to solve the above technical problem, according to the present invention, the following bioprosthesis is provided.
すなわち、本発明に係る生体用補綴体は、
骨随腔内に挿入されるステム部を有する生体用補綴体であって、
前記ステム部は、
その先端側がストレート形状をしているストレート部と、
その根元側が先端側に向けて先細のテーパ形状をしているテーパ部と、を備え、
前記テーパ部の上には粗面部が形成されていることを特徴とする。
That is, the bioprosthesis according to the present invention is
A bioprosthesis having a stem portion inserted into the bone space,
The stem portion is
A straight portion having a straight shape on the tip side, and
A taper portion whose base side is tapered toward the tip side, and
A rough surface portion is formed on the tapered portion.
上記構成によれば、本発明に係る生体用補綴体は、骨随腔内にテーパ穴を形成するだけでよくて回旋止め部用凹部やネジ止め用穴等の高度で熟練を要する加工術が不要であることに加えて、いわば、テーパ部に形成された粗面部の微小な凸凹と、テーパ形状による圧入固定とで初期的な固定が保証されるとともに、テーパ部に形成された粗面部の微小な凸凹によって骨の成長を促進することで長期的な固定が保証される。したがって、生体用補綴体を初期的及び長期的に骨随腔内に固定することができる。 According to the above configuration, the living body prosthesis according to the present invention only needs to form a taper hole in the bone space, and a highly skilled technique such as a concavity for convolution and a screw hole is required. In addition to being unnecessary, the initial fixing is ensured by the minute unevenness of the rough surface portion formed in the tapered portion and the press-fitting fixing by the tapered shape, and the rough surface portion formed in the tapered portion is also guaranteed. Long-term fixation is assured by promoting bone growth with minute irregularities. Therefore, the bioprosthesis can be fixed in the bone space in an initial and long term.
ステム部のストレート部とテーパ部との間での境界を画定する境界線は、微視的に見れば屈曲変異線を形成するために、機械的強度の面で劣った特異部分である。そのような特異部分を、粗面部の形成の際の各種処理(高温熱処理や化学的処理等)に曝すことにより、強度低下が起こる可能性を含んでいる。そこで、粗面部の先端側が、ストレート部とテーパ部との間での境界を画定する境界線から離間していることが好ましい。 The boundary line that defines the boundary between the straight portion and the tapered portion of the stem portion is a unique portion that is inferior in mechanical strength in order to form a bending variation line when viewed microscopically. There is a possibility that the strength is lowered by exposing such a unique portion to various treatments (high-temperature heat treatment, chemical treatment, etc.) in forming the rough surface portion. Therefore, it is preferable that the leading end side of the rough surface portion is separated from the boundary line that defines the boundary between the straight portion and the tapered portion.
粗面部の先端側の離間距離が近ければ、各種処理の際にダメージを受けてしまう。粗面部の先端側の離間距離が遠ければ、粗面部の粗面領域が小さくなるので固着に寄与する粗面面積が少なくなってしまう。そこで、粗面部の先端側の離間距離が、好ましくは約2乃至約6mmであり、より好ましくは約4mmである。 If the separation distance on the front end side of the rough surface portion is short, damage will occur during various processing. If the separation distance on the front end side of the rough surface portion is long, the rough surface area of the rough surface portion becomes small, so that the rough surface area contributing to fixation is reduced. Therefore, the separation distance on the front end side of the rough surface portion is preferably about 2 to about 6 mm, more preferably about 4 mm.
粗面部は、金属ビーズや金属ファイバーメッシュのコーティング、あるいはエッチングやフライス削りやエンボス加工やサンドブラスト加工や機械加工や熔射等で形成することができるが、強度低下の一因となる表面の微小傷の発生難さの面から、熔射によって形成することが好適である。熔射にはプラズマ熔射やアーク熔射が用いられているが、熔射材が脱落しにくい点から、アーク熔射がより好ましい。 The rough surface can be formed by coating with metal beads or metal fiber mesh, or by etching, milling, embossing, sandblasting, machining, or spraying. From the viewpoint of the difficulty of occurrence, it is preferable to form by spraying. Although plasma spraying or arc spraying is used for the spraying, arc spraying is more preferable because the sprayed material is difficult to fall off.
母材との密着性の面から、粗面部として用いられる熔射材料は、ステム部の母材と実質的に同系の材料から構成されていることが好適である。 From the viewpoint of adhesion to the base material, it is preferable that the spray material used as the rough surface portion is composed of a material substantially the same as the base material of the stem portion.
生体親和性や生体内安定性や骨成長の面から、粗面部の熔射材料は、純チタン又はチタン合金である。 From the viewpoint of biocompatibility, in-vivo stability, and bone growth, the spray material of the rough surface portion is pure titanium or a titanium alloy.
より強固な骨密着性の面から、粗面部の最表面には、リン酸カルシウム化合物が形成されている。 From the viewpoint of stronger bone adhesion, a calcium phosphate compound is formed on the outermost surface of the rough surface portion.
粗面部が形成される生体用補綴体の母材の表面から粗面部が突出していると、骨髄腔内に圧入したときに粗面部の厚みが段差となって段差引っ掛かり効果が得られる。粗面部の突出量が小さいと、段差引っ掛かり効果が小さくなる。粗面部の突出量が大きいと、圧入時の抵抗が過大となって設置不可能になることがある。そこで、熔射による粗面部の厚みは、好ましくは約0.3乃至約0.7mmであり、より好ましくは約0.5mmである。また、熔射による粗面部の平均表面粗さ(Ra)は、30乃至60μmである。 If the rough surface portion protrudes from the surface of the base material of the bioprosthesis in which the rough surface portion is formed, the thickness of the rough surface portion becomes a step when pressed into the bone marrow cavity, and a step catching effect is obtained. If the protruding amount of the rough surface portion is small, the step catching effect is reduced. If the protruding amount of the rough surface portion is large, the resistance at the time of press-fitting may be excessive and installation may be impossible. Therefore, the thickness of the rough surface portion by spraying is preferably about 0.3 to about 0.7 mm, and more preferably about 0.5 mm. Further, the average surface roughness (Ra) of the rough surface portion by spraying is 30 to 60 μm.
テーパ部のテーパ角度が小さいと、テーパによるくさび圧入効果が小さくなる。テーパ部のテーパ角度が大きいと、骨切り面での穴径が大きくなって骨の切削量が大きくなるので、骨の細い患者ではステムを維持する周囲骨が壊れやすくなる。そこで、テーパ部のテーパ角度は、好ましくは約5度乃至約9度であり、より好ましくは約7度である。 When the taper angle of the taper portion is small, the wedge press-fit effect due to the taper becomes small. When the taper angle of the taper portion is large, the hole diameter at the osteotomy surface increases and the amount of bone cut increases, so that the surrounding bone that maintains the stem is easily broken in a thin bone patient. Therefore, the taper angle of the taper portion is preferably about 5 degrees to about 9 degrees, and more preferably about 7 degrees.
ステムの回旋を防止するために、テーパ部の軸方向に直交する断面が多角形であることが好ましい。 In order to prevent the rotation of the stem, it is preferable that the cross section perpendicular to the axial direction of the tapered portion is a polygon.
特に、テーパ部の断面の多角形が六角形であることがより好ましい。 In particular, it is more preferable that the polygon of the cross section of the tapered portion is a hexagon.
以下に、本発明に係る生体用補綴体10の一実施形態を、図1乃至8を参照しながら詳細に説明する。
Hereinafter, an embodiment of a
図1は、本発明の一実施形態に係る生体用補綴体10の正面図である。図2は、図1に示した生体用補綴体10の要部拡大図である。図3は、図1に示した生体用補綴体10を脛骨近位端に置換する様子を説明する図である。(A)は、脛骨近位端の切除位置の決定を示す。(B)は、脛骨近位端の切除を示す。(C)は、ストレートリーミングを示す。図4は、図1に示した生体用補綴体10を脛骨近位端に置換する様子を説明する図である。(D)は、脛骨近位端のテーパリーミングを示す。(E)は、脛骨2の骨髄腔6への生体用補綴体10の挿入を示す。(F)は、アライメントバー42による回旋アライメントの確認を示す。図5は、図1に示した生体用補綴体10を脛骨近位端に置換する様子を説明する図である。(G)は、インパクター40及びハンマー50を用いた脛骨2の骨髄腔6への生体用補綴体10の設置を示す。図6は、図1に示した生体用補綴体10を脛骨近位端に置換する様子を説明する図である。(H)は、コンポーネント60の装着を示す。(I)は、コンポーネント60のネジ止めを示す。(J)は、脛骨置換術の完成を示す。図7は、骨髄腔6におけるテーパ部22の形成を説明する断面図である。図8は、生体用補綴体10を骨髄腔6に挿入する様子を説明する断面図である。
FIG. 1 is a front view of a
図1に示すように、生体用補綴体10は、骨髄腔6内に挿入されるステム部12と、ステム部12と一体的に構成されて骨切り面4に当接する骨幹部18と、骨幹部18と一体的に構成されて接続ネジ穴16を有する嵌合部14と、を備えている。生体用補綴体10の母材は、Ti合金(例えば、生体用Ti合金として、Ti−6Al−4V、Ti−15Mo−5Zr−3Al、Ti−6Al−2Nb−1Ta)やCo−Cr−Mo合金やステンレス等の金属製若しくはアルミナ等のセラミックス製等の生体安全性の高い材料からできている。
As shown in FIG. 1, the
大略円柱形状をしているステム部12は、その先端部12bの側がストレート形状をしているストレート部20と、その根元部12aの側が先端部12bの側に向けて先細のテーパ形状をしているテーパ部22と、を備えている。ストレート部20は、平滑面である。テーパ部22は、後述するように、骨との結合力を高める粗面と、平滑面とから構成されている。
The
テーパ部22のテーパ角度が小さいと、テーパによるくさび圧入効果が小さくなる。テーパ部22のテーパ角度が大きいと、骨切り面4での穴径が大きくなって骨の切削量が大きくなるので、骨の細い患者ではステムを維持する周囲骨が壊れやすくなる。そこで、テーパ部22のテーパ角度は、好ましくは約5度乃至約9度であり、より好ましくは約7度である。
When the taper angle of the
テーパ部22の表面には、ステム部12の母材と実質的に同系の材料が熔射されることで、表面が粗面化しており、粗面部としての熔射部24が形成されている。例えば、ステム部12の母材がTi合金であれば、純Tiやステム部12の母材と同じあるいは同系のTi合金がアーク熔射される。あるいは、ステム部12の母材がCo−Cr−Mo合金である場合でも、純Tiや同系のTi合金がアーク熔射される。すなわち、骨成長の面から、粗面部としての熔射部24として純TiやTi合金が好適である。
On the surface of the
さらに、新生骨の生成を早めるために、粗面部としての熔射部24の最表面には、ハイドロキシアパタイト等のリン酸カルシウム化合物がプラズマ熔射等で形成されていることが好適である。なお、粗面部としての熔射部24は、強度低下の一因となる表面の微小傷の発生し難さの面から好適であるが、粗面部は、表面を微小な凹凸を持った粗面にすることによって骨組織との結合力を向上させるためのものであるから、エッチングやフライス削りやサンドブラスト加工やエンボス加工や機械加工等で形成することもできる。
Furthermore, in order to accelerate the generation of new bone, it is preferable that a calcium phosphate compound such as hydroxyapatite is formed on the outermost surface of the
ステム部12のストレート部20とテーパ部22との間での境界を画定する境界線28は、微視的に見れば屈曲変異線を形成するために、機械的強度の面で劣った特異部分である。そのような特異部分を、熔射部24の形成の際の各種処理(高温熱処理や化学的処理等)に曝すことにより、強度低下が起こる可能性を有している。そこで、図2に示すように、上述した熔射部24の先端部12bの側は、ストレート部20とテーパ部22との間での境界を画定して特異部分をなす境界線28から離間している(テーパ部22の長さ>熔射部24の範囲)。したがって、テーパ部22においては、所定領域が粗面であり、その他の領域が平滑面であり、熔射部24の先端部12bの側と境界線28との間には、非熔射面26すなわち平滑面が存する。
The
熔射部24の先端部12bの側と境界線28との離間距離が近ければ、熔射時の各種処理でダメージを受けてしまう。熔射部24の先端側12bと境界線28との離間距離が遠ければ、熔射部24の粗面領域が小さくなるので固着に寄与する粗面面積が少なくなってしまう。そこで、熔射部24の先端部12bの側と境界線28との離間距離が、好ましくは約2乃至約6mmであり、より好ましくは約4mmである。
If the separation distance between the
また、熔射部24が形成される生体用補綴体10の母材の表面から熔射部24が突出していると、熔射部24の厚みが圧入しろとして、骨髄腔6内に圧入したときに段差引っ掛かり効果が得られる。熔射部24の突出量が小さいと、段差引っ掛かり効果が小さくなる。熔射部24の突出量が大きいと、圧入時の抵抗が過大となって設置不可能になることがある。そこで、熔射部24の厚みは、好ましくは約0.3乃至約0.7mmであり、より好ましくは約0.5mmである。また、粗面部24の平均表面粗さ(Ra)は、30乃至60μmである。
Moreover, when the spraying
次に、上記生体用補綴体10の使用態様について、図3乃至8を参照しながら説明する。なお、以下の一実施形態においては、生体用補綴体10を脛骨2に適用した場合について説明するが、本発明に係る生体用補綴体10は大腿骨にも適用可能である。
Next, a usage mode of the living
図3の(A)に示すように、事故や疾病等によって切除することが必要になった脛骨2の近位側の患部がオッシレータ80によって切除される。図3の(B)に示すように、患部の切除された脛骨2の骨切り面4には、骨随腔6が現れる。図3の(C)に示すように、ステム部12のストレート部20が挿入可能な外径を持ったストレートリーマ82が骨随腔6に挿入されて、ストレート穴8の穴開け加工が行われる。
As shown in FIG. 3A, the affected part on the proximal side of the
図4の(D)に示すように、先端が先細に傾斜したテーパ部を持ったテーパリーマ84が骨随腔6のストレート穴8に挿入されて、テーパの穴開け加工が行われる。その結果、脛骨2の骨随腔6には、図7に示すように、遠位側がストレート穴8であり、近位側が拡径したテーパ穴9が形成される。例えば、ストレート穴8の穴径が8乃至15mmであり、テーパ穴9の長さが25mmであり、テーパ角度が約7度である。
As shown in FIG. 4D, a
骨随腔6に形成された穴8,9に対して上記生体用補綴体10のステム部12が挿入されて(図4の(E))、インパクタ40が生体用補綴体10の嵌合部14に装着され、インパクタ40のアライメントバー42を用いて生体用補綴体10が位置決めされる(図4の(F))。そして、アライメントバー42を付けたまま、ハンマー50でインパクタ40を打撃して(図5の(G))、ステム部12が骨随腔6の穴8,9に圧入される(図8)。
The
インパクタ40を取り外したあと、コンポーネント60が生体用補綴体10の嵌合部14に装着され(図6の(H))、コンポーネント60の貫通穴62と嵌合部14の接続ネジ穴16との軸が一致していることを確認して(図6の(I))、コンポーネント60と生体用補綴体10とが固定用ネジ66で一体的にネジ止めされ(図6の(J))、脛骨コンポーネントとして使用される。
After the impactor 40 is removed, the
そして、脛骨コンポーネントに対して大腿骨側の大腿骨コンポーネント(フェモラルコンダイル)がヒンジシャフトを介して連結されることで、人工膝関節が形成される。 Then, the femoral component (femoral condyle) on the femur side is connected to the tibial component via the hinge shaft, thereby forming an artificial knee joint.
なお、上記実施形態では、ステム部12のテーパ部22の軸方向に直交する断面が円形状であるが、ステム部12の回旋を防止するために、テーパ部22の軸方向に直交する断面が多角形であることが好ましい。特に、テーパ部22の断面の多角形が六角形であることがより好ましい。
In the above embodiment, the cross section perpendicular to the axial direction of the tapered
2:脛骨
4:骨切り面
6:骨髄腔
8:ストレート穴
9:テーパ穴
10:生体用補綴体
12:ステム部
12a:根元部
12b:先端部
14:嵌合部
16:接続ネジ穴
18:骨幹部
20:ストレート部(平滑面)
22:テーパ部
24:熔射部(粗面)
26:非熔射部(平滑面)
28:境界線
40:インパクター
42:アライメントバー
50:ハンマー
60:コンポーネント
62:貫通穴
66:固定用ネジ
80:オッシレータ
82:ストレートリーマ
84:テーパリーマ
2: Tibia 4: Osteotomy surface 6: Bone marrow cavity 8: Straight hole 9: Tapered hole 10: Prosthetic body 12:
22: Tapered portion 24: Sprayed portion (rough surface)
26: Non-sprayed part (smooth surface)
28: boundary 40: impactor 42: alignment bar 50: hammer 60: component 62: through hole 66: fixing screw 80: oscillator 82: straight reamer 84: taper reamer
Claims (11)
前記ステム部は、
その先端側がストレート形状をしているストレート部と、
その根元側が先端側に向けて先細のテーパ形状をしているテーパ部と、を備え、
前記テーパ部の上には粗面部が形成されていることを特徴とする生体用補綴体。 A bioprosthesis having a stem portion inserted into the bone space,
The stem portion is
A straight portion having a straight shape on the tip side, and
A taper portion whose base side is tapered toward the tip side, and
A prosthetic body for living body, wherein a rough surface portion is formed on the tapered portion.
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