JP2011135932A - Implant material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インプラント材に関する。詳しくは、人工歯根、人工関節、人工骨等に用いられるインプラント材に関する。 The present invention relates to an implant material. In detail, it is related with the implant material used for an artificial tooth root, an artificial joint, an artificial bone, etc.
近年、人工歯根、人工関節等のインプラント材について、様々な研究が行われている。その中でも金属繊維からなる不織布または織布を細胞の誘導層としたインプラント材は、埋入された骨との結合性が高く、かつ、その結合が早期に行われるとして知られている(特許文献1、2)。
しかし、近年はインプラント材のさらなる強度の向上、また、患者への負担を軽減すべくコンパクト化が求められている。そして、インプラント材における誘導層の配置、固定について様々な研究がされている(特許文献3)。
In recent years, various studies have been conducted on implant materials such as artificial tooth roots and artificial joints. Among them, an implant material in which a non-woven fabric or a woven fabric made of metal fibers is used as a cell induction layer is known to have a high binding property with an embedded bone, and the binding is performed at an early stage (Patent Document). 1, 2).
However, in recent years, there has been a demand for compactness in order to further improve the strength of the implant material and reduce the burden on the patient. Various studies have been conducted on the arrangement and fixation of the induction layer in the implant material (Patent Document 3).
本発明は、人工歯根、人工関節等のインプラント材であって、強度が一層高く、コンパクト化されたものを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide an implant material such as an artificial tooth root and an artificial joint, which has higher strength and is made compact.
本発明のインプラント材は、基材と、その基材の外周の一部にチタン線を略規則的に多重に巻いて形成される繊維体とからなることを特徴としている。
本発明のインプラント材の第2の態様は、体内と機械的に結合するための嵌合部を有した第1基材と、前記第1基材に連結される第2基材と、前記第1基材と第2基材との間で狭持される筒状の繊維体とからなり、前記第1基材と第2基材の一方が繊維体を挿入する軸部とその軸部の下端に形成される雄部を有し、他方が雌部を有し、前記雄部が雌部内に挿入されることにより、第1基材と第2基材とが連結されることを特徴としている。
The implant material of the present invention is characterized by comprising a base material and a fibrous body formed by winding a plurality of titanium wires substantially regularly around a part of the outer periphery of the base material.
According to a second aspect of the implant material of the present invention, a first base material having a fitting portion for mechanically coupling with the body, a second base material connected to the first base material, It consists of a cylindrical fibrous body sandwiched between a base material and a second base material, and one of the first base material and the second base material inserts a fibrous body and the shaft portion The first base material and the second base material are connected by having a male part formed at the lower end, the other part having a female part, and inserting the male part into the female part. Yes.
(1)本発明のインプラント材は、チタン線を略規則的に多重に巻いた繊維体によって、多数の小孔がほぼ連続的に、かつ、規則正しく配列された多孔質空間を構成する。そのため、細胞がそれらの規則的な小孔に入り込み、欠落のない細胞配列体、とくに骨などの硬質組織が形成される。さらにチタン線は基材に対し、連続的に巻き付けているので、基材がチタン線により補強され、インプラント自体の強度がアップする。また、チタン線を巻き付けた構成であるので、その構成自体で一体化されており、従来のチタンウエブないしチタン不織布のように、焼結等によって全体を接合する必要がない。
(2)前記繊維体が、基材の外周に一方から他方に向かってチタン線を巻き付け、ついでその巻き付けた層の上に、他方から前記一方に向かって巻き付けることを繰り返して形成されたインプラント材では、1本のチタン線で多層に巻き付けることができ、製造が容易である。しかもチタン線にほとんど切れ目がないので、一層強度が向上する。
(3)本発明のインプラント材の第2の態様は、体内と機械的に結合するための嵌合部を有した第1基材と、前記第1基材に連結される第2基材と、前記第1基材と第2基材との間で狭持される筒状の繊維体とからなり、前記第1基材と第2基材の一方が繊維体を挿入する軸部とその軸部の下端に形成される雄部を有し、他方が雌部を有し、前記雄部が雌部内に挿入されることにより、第1基材と第2基材とが連結されるため、雌部に挿入される雄部を太くすることができ、インプラント材としての強度を向上させることができる。また、雄部を雌部内に挿入して第1基材と第2基材とを連結しているため、全体を短くすることができる。また、繊維によって形成される繊維体は、複雑な三次元構造を呈しているため、インプラント材を体内に埋入後、その部位において細胞の誘導性が高く、インプラント材と体内とが早期に結合する。
(4)前記いずれかのインプラント材であって、繊維体の径が40〜100μmのチタン製の線材により形成されている場合、繊維体は細胞にとって最も好ましい三次元構造を呈することになり、細胞の誘導性が一層向上する。
(1) In the implant material of the present invention, a porous space in which a large number of small holes are arranged almost continuously and regularly is formed by a fibrous body in which titanium wires are wound in a regular and multiple manner. As a result, cells enter their regular small pores, and a cell array without defects, particularly hard tissues such as bones, are formed. Furthermore, since the titanium wire is continuously wound around the base material, the base material is reinforced by the titanium wire, and the strength of the implant itself is increased. Moreover, since it is the structure which wound the titanium wire, it is integrated by the structure itself, and it is not necessary to join the whole by sintering etc. like the conventional titanium web thru | or a titanium nonwoven fabric.
(2) Implant material in which the fibrous body is formed by repeatedly winding a titanium wire on the outer periphery of a base material from one side to the other, and then winding the wound wire on the wound layer from the other side to the one side. Then, it can be wound in multiple layers with a single titanium wire and is easy to manufacture. Moreover, since the titanium wire has almost no breaks, the strength is further improved.
(3) The second aspect of the implant material of the present invention includes a first base material having a fitting portion for mechanically coupling with the body, and a second base material connected to the first base material. A cylindrical fiber body sandwiched between the first base material and the second base material, and one of the first base material and the second base material inserts a fiber body and The first base and the second base are connected by having a male part formed at the lower end of the shaft part, the other having a female part, and inserting the male part into the female part. The male part inserted into the female part can be thickened and the strength as an implant material can be improved. Moreover, since the male part is inserted into the female part and the first base material and the second base material are connected, the whole can be shortened. In addition, since the fibrous body formed of fibers has a complicated three-dimensional structure, after implant material is embedded in the body, the cell is highly inductive at that site, and the implant material and the body are bound early. To do.
(4) When any of the above implant materials is formed of a titanium wire having a fiber body diameter of 40 to 100 μm, the fiber body has a three-dimensional structure that is most preferable for the cell. Inductivity is further improved.
図1aのインプラント材10は、人工歯根として用いられるものであり、下部が顎骨と機械的に結合する第1基材11と、その第1基材11の上端に連結される第2基材12と、第1基材11と第2基材12との間に機械的に固着され、細胞を誘導する繊維体13とからなる。このインプラント材10の上端には、アパットメントを係合するための孔14が下方に向かって形成されている。このインプラント材10の長さは、5〜24mm、特に7.2〜20mmが好ましい。
The
図1bの第1基材11は、円筒状のものであり、外周に雄ネジが形成された嵌合部16と、その上端に設けられた円柱状のフランジ部17とからなり、フランジ部17の上面中央から下方に向かって中心孔18が形成されている。この第1基材の長さは、2〜12mm、特に2〜4mmが好ましい。
The
嵌合部16の外周に形成された雄ネジは、先端の2.5山以下、特に1山がテーパーとなっており、先端は扇状に1/12〜1/4、特に1/8カットされたタッピングネジとなっている。しかし、雄ネジの先端はテーパーとなってなくてもよい。この雄ネジは、ネジピッチが0.8〜1.5mmとなっており、その山数は1〜5山、特に3山からなっている。嵌合部16は顎骨などの骨に埋入される部位であり、インプラント材10の全体の長さに対して20〜50%、特に25〜40%占めるように構成されている。これにより、埋入される顎骨あるいは骨にしっかり固定することができる。なお、インプラント材によって外径が3.3〜6.0mmの種類がある。
The external thread formed on the outer periphery of the
フランジ部17の外径は、嵌合部16のネジ山の外径と実質的に同じとなるように構成されている。
この中心孔18は、内面の上部(フランジ部付近)に雌ネジが形成された上部18aと、この上部より小径で、後述する第2基材の下端内径と同径でアパットメントの下端と係合し、底部18cを備えた下部18bとからなる。つまり、中心孔18は、下端が閉じたものとなっている。また、上部18aと下部18bとの間には第2基材12の下端が当接する段部が形成される。
The outer diameter of the
The
図1bの第2基材12は、上下に貫通する貫通孔21が形成された円筒状のものであり、前記第1基材の中心孔の上部18aに螺合される連結部22と、その上端から拡径して設けられた軸部23と、その上端からさらに拡径して設けられた頭部24とからなる。この第2基材12の長さは、2〜20mm、特に、2.5〜10mmが好ましい。
The
貫通孔21は、下方に向かって縮径するようにテーパー状に形成されたテーパー部21aと、その下端から下方に延びる円柱部21bとからなる。第1基材11と第2基材12とが連結することにより、第1基材の中心孔の下部18bと、第2基材の貫通孔12の円柱部21bとが連通し、インプラント材10の孔14を形成する。
連結部22は、外周に中心孔18の上部18aの雌ネジと螺合する雄ネジが形成された円筒状の部位である。この連結部の雄ネジは、第1基材11のネジと逆ネジになっていればよく、ピッチや条数などはとくに限定されるものではない。
The through-
The connecting
第1基材11および第2基材12としては、生体親和性の高いチタン、または、チタン合金、ステンレススチール、金、プラチナ、コバルト合金などが用いられる。
As the
繊維体13は、チタン線を第2基材12の軸部23に直接規則的に多重に巻き付けて構成した略円筒状の構造体である。チタン線は、あらかじめ第1基材11と第2基材12を結合して糸巻き状にしたものの周囲に巻き付ければよい。この場合は焼結などでチタン線同士を接合する必要はない。この構成では実際には繊維体13を第2基材12から外すと形状を維持できない。ただし図1bでは便宜上、独立した部品として示している。なお、図1bのインプラント材10のように、第1基材11と第2基材12を分離しておく場合は、円筒状に形成したチタン線の繊維体13をあとから装着することもできる。その場合はチタン線を棒材などの周囲に巻き付けた上で、焼結などで繊維同士を接合して円筒状に構成する。
The
この繊維体13の長さは、2〜20mm、特に2〜18mmが好ましく、インプラント材10の全体に対し20〜100%、特に30〜80%を占めるように構成されている。なお、基材の全体を繊維体で覆うようにしてもよい。これにより細胞の誘導を全体の強度を失わないように効率的に行うことができる。繊維体13を構成するチタン線は、外径が40〜100μm、好ましくは50〜80μmのものが用いられる。また圧延して平板材ないし帯状、リボン状のチタン線として巻き付けるようにしてもよい。
第2基材12へのチタン線の巻き付けピッチは、線径の5〜30倍程度、すなわち0.5〜3mm程度が好ましい。また巻き付けは多層にわたって行われ、多重の構造体となる。得られる繊維体の空隙率は50〜90%、好ましくは60〜87%としたものが挙げられる。また、そのポアサイズは20〜500μm、特に100〜250μmが好ましい。
The length of the
The winding pitch of the titanium wire around the
1本のチタン線を巻き付ける場合は、たとえば上端から下端に向かって巻き付け、下端に達すると上端に向かって巻き付け、さらに上端に達したときに下端に向かって巻き付ける操作を得ようとする層の数だけ繰り返す。機械で巻き付ける場合は、たとえばボビンに巻き付けたチタン線を繰り出しながら第2基材12の周囲に向かって案内し、順に第2基材12に整列状態で巻き付けていく。この場合、チタン線を案内するガイドを第2基材12の回りに周回させるか、逆に第2基材12を自軸回りに回転させる。そしてその間、チタン線を案内するガイドあるいは第2基材12のいずれか一方または両方を軸方向に往復移動させる。
When winding one titanium wire, for example, the number of layers to be wound from the upper end toward the lower end, when reaching the lower end, winding toward the upper end, and when reaching the upper end, the number of layers to be wound toward the lower end. Just repeat. In the case of winding with a machine, for example, a titanium wire wound around a bobbin is guided toward the periphery of the
このように構成されているため、第1基材11の中心孔の上部18aと、第2基材12の連結部22とをネジ嵌合により連結させることにより、第1基材のフランジ部17と、第2基材の頭部24とが繊維体13を挟み、繊維体13を機械的に保持する。このインプラント材10は、第1基材11と第2基材12とのネジ嵌合による連結部が繊維体が設けられる位置(第2基材の軸部)より下方にあるため、第2基材の連結部22の雄ネジおよび第1基材の中心孔の上部18aの雌ネジの径を大きくすることができ、インプラント材10全体の強度が向上している。また、第2基材12の一部を第1基材11に挿入して連結しているため、インプラント材10全体の長さを小さくすることができる。なお、第1基材11と第2基材12を別部品とせず、始めから一体の部品とすることもできる。
Since it is comprised in this way, the
このインプラント材10は、図2aのようにして用いられる。初めに、インプラント材(人工歯根)10を手術により顎骨Bに埋入させる。この場合、顎骨Bに形成した下穴に、嵌合部16の切刃付きの雄ネジをねじ込んで仮固定する。その後、インプラント10と顎骨Bとが十分に結合するまで、つまり、インプラント材10と顎骨近辺の細胞とが十分に結合するまで、この状態で放置する。このとき、インプラント10は繊維体13を備えているため、骨芽細胞等の誘導を早期に行うことができる。インプラント10と顎骨Bとの結合後、人口歯Tを取り付けるためのアパットメントA(土台)を設置する。最後に、人工歯Tを取り付けて完了する。
このインプラント材10は、繊維体13を備えているため、嵌合部と顎骨との嵌合が比較的浅くしてもしっかりした結合が得られる。つまり、嵌合部16は、繊維体13と細胞との結合が十分に得られるまでの仮固定が主な役割であるため、従来のようにその長さを短くしてもよい。これにより、インプラント材10の全体の長さを短くすることができる。さらに、繊維体13を第1基材11と第2基材12との間で挟持させることにより保持させているため、繊維体13が他の部品と外れるおそれもない。さらに、第1基材11と第2基材12との連結を比較的径の大きいネジで行っているため、第1基材11と第2基材12との間で繊維体13をしっかり保持しつつ、半径方向にかかる外力に対して強度が強い。
This
Since the
図1および図2aでは、人工歯根として用いるための本発明のインプラント材について説明したが、図2bのように人工関節(人工骨)として用いても良い。この場合、インプラント材10を骨Bに埋入した後、アバットメント(図示せず)を介して人工歯ではなく、人工関節部27を設けることになる。アバットメント等の連結具を介さず直接人工関節を設けても良い。
人工関節として用いる場合、インプラント材10は、骨との結合箇所に繊維体を設け。その後、ロッドで対応する。
Although FIG. 1 and FIG. 2a demonstrated the implant material of this invention for using as an artificial tooth root, you may use as an artificial joint (artificial bone) like FIG. 2b. In this case, after the
When used as an artificial joint, the
次に本発明の別の実施形態を示す。
図3aのインプラント材30は、顎骨と機械的に結合する第1基材31と、その第1基材31の下端に連結される第2基材32と、それらの間に狭持され、細胞を誘導する繊維体33とからなる。このインプラント材10も人工歯根に用いられるものであり、その長さは、5〜24mm、特に7.2〜20mmが好ましい。繊維体33は、図1の繊維体13と実質的に同じものである。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
The
第1基材31は、図3bに示すように、円筒状のものであり、外周に雌ネジが形成された嵌合部34と、その上端に設けられた円柱状の頭部35と、嵌合部34の下端に形成された軸部36と、その下端に形成された連結部37とからなり、フランジ部35の上面中央から下方に向かって中心孔38が形成されている。
軸部36の周囲にはチタン線が多重に巻き付けられ、前述の繊維体33とされている。連結部37は、外周に雄ネジが形成された円筒状のものであり、その大きさは、図1の連結部22と実質的に同じである。中心孔38は、アパットメントの下部と係合する部位である。嵌合部34は図1の嵌合部16と、頭部35は図1の頭部24と実質的に同じものである。
As shown in FIG. 3b, the
A plurality of titanium wires are wound around the
第2基材32は、図3bに示すように、半球状のものである。その上面中央には、下方に向かって延びる連結孔40が形成されている。第2基材32の上面は、第1基材31の軸部36より径が大きくなっており、挿入される繊維体33の軸部36からの抜けを防止する。この連結孔40には第1基材31の連結部37の雄ネジが螺合する雌ネジが形成されている。
The
このように構成されているため、第1基材31の連結部37と第2基材32の連結孔40とを連結させることにより、第1基材の嵌合部34と、第2基材32とが繊維体33を挟み、繊維体33を機械的に保持する。このインプラント材30は、第1基材31と第2基材32とのネジ嵌合による連結を繊維体33(繊維体の位置)より下で行っているため、第1基材の連結部37の雄ネジおよび第2基材の連結孔の雌ネジの径を大きくすることができ、インプラント材30全体の強度が大きい。また、第1基材31の一部を第2基材32に挿入するようにして連結しているため、インプラント材30全体の長さを小さくすることができる。
このインプラント材30も、人工歯根用ものであるが、図2bのように人工関節(あるいは、人工骨)に利用してもよい。
Since it is comprised in this way, the
The
図3cのインプラント材30aは、第1基材41と第2基材42とを連結した後の外観は、図3aのインプラント材30となるものである。第1基材41は、図3cに示すように、円筒状のものであり、外周に雄ネジが形成された嵌合部46と、その上端に設けられた円柱状の頭部47と、嵌合部46の下端に形成された連結部48とからなり、頭部47の上面中央から下方に向かって貫通孔49が形成されている。チタン線を巻き付ける軸部は備えていない。
連結部48は、外周に雄ネジが形成された円筒状のものであり、その構成は、図1の連結部22と実質的に同じである。貫通孔49は、第1基材41を貫通した孔であり、アパットメントの下部を挿入する部位である。嵌合部46は図1の嵌合部16と、フランジ部47は図1のフランジ部17と、それぞれ実質的に同じものである。
The appearance of the
The connection part 48 is a cylindrical thing by which the external thread was formed in the outer periphery, and the structure is substantially the same as the
第2基材42は、図3cに示すように、チタン線を巻き付ける円筒状の軸部51と、その下端を閉じるように設けられた半球状の係止部52とからなる。軸部51には、上端から下方に向かって延びる中心孔53が形成されている。
係止部52は、半球状の部位であり、軸部51の下端より外方に突出するように形成されている。
中心孔53は、内面の上部に雌ネジが形成された上部53aと、第1基材の貫通孔49の内径と同径でアパットメントの下端と係合し、閉口した下部53bとからなる。
The
The locking
The center hole 53 includes an upper portion 53a in which a female screw is formed on the upper surface of the inner surface, and a lower portion 53b that is the same diameter as the inner diameter of the through
このように構成されているため、第1基材41の連結部48と第2基材42の中心孔の上部53aとを連結させることにより、第1基材の嵌合部46と、第2基材の係止部52とが繊維体43を挟み、繊維体43を機械的に保持する。このインプラント材30は、第1基材41と第2基材42とのネジ嵌合による連結を繊維体と同じ位置で行っているため、第1基材の連結部48の雄ネジおよび第2基材の中心孔の上部53aの雌ネジの径は図1のインプラント10のより小さくなる。しかし、第2基材52の一部を第1基材51に挿入するようにして連結しているため、インプラント材10全体の長さを小さくすることができる。
Since it is comprised in this way, the connection part 48 of the
図3dのインプラント材55は、円筒状の基材56と、その外周にチタン線を巻き付けた繊維体57とからなる。基材56は、図3eに示すように、円筒状の軸部56aと、その上端に設けられたフランジ部56bとを備えており、軸部56aの外周に繊維体57が設けられる。このものは、繊維体57が2つの基材によって保持されるものではなく、基材56の周囲に巻き付けた繊維体57と軸部56aの摩擦力によって保持される。また、基材56と繊維体57とを連結し、焼結等により繊維体57を基材56に融着させてもよい。
図3aのインプラント材30、図3cのインプラント材30a、図3dのインプラント材55は、いずれも基材32、52、56aの下端が球面状にされているが、図3f、図3gのインプラント材56、56のように下端を平坦にして、その端まで繊維体57を設けるようにしてもよい。
このインプラント材55は、上述した人工歯根、人工関節、人工骨以外にも、図4a、図4b、図4c、図4dに示すように、骨折部分を連結したり、骨の欠損部分を埋めたりするために用いることができる。
The
The
As shown in FIGS. 4a, 4b, 4c, and 4d, the
図4aのインプラント材60は、平板状の基材61と、その外周に巻き付けられたチタン線によって構成される繊維体62とからなる。基材61は平板状である事を除けば図1aの第1基材11、第2基材12等と同様であり、ほぼ同様の方法で製造することができる。繊維体62は、図1aの繊維体13と実質的に同じものであり、同様の方法で形成することができる。このインプラント材60は、骨折部に添えて固定するプレートとして、あるいは骨補填材として用いることができる。
The
さらに図4b、図4cに示すように、骨折部分B1に直接チタン線を巻き付けて繊維体57とし、あるいは、連結させ、骨補填材としても利用してもよい。この場合、基材は自然骨となる。また、図4dに示すように、予め基材の形状を整えて、腸骨B2の欠損部に連結させることができる。
Further, as shown in FIGS. 4b and 4c, a titanium wire may be directly wound around the fracture portion B1 to form a
A アバットメント
B 骨
T 人工歯
10 インプラント材
11 第1基材
12 第2基材
13 繊維体
14 孔
16 嵌合部
17 フランジ部
18 中心孔
18a 上部
18b 下部
18c 底部
21 貫通孔
21a テーパー部
21b 円柱部
22 連結部
23 軸部
24 頭部
24a 円筒部
24b 円錐台部
27 人工関節部
30 インプラント材
31 第1基材
32 第2基材
33 繊維体
34 嵌合部
35 フランジ部
36 軸部
37 連結部
38 中心孔
39 係止部
40 連結孔
41 第1基材
42 第2基材
43 繊維体
46 嵌合部
47 フランジ部
48 連結部
49 貫通孔
51 軸部
52 係止部
53 中心孔
53a 上部
53b 下部
55 インプラント材
56 基材
56a 軸部
56b フランジ部
57 繊維体
60 インプラント材
61 基材
62 繊維体
A abutment B bone T
43
Claims (4)
その基材の外周の一部にチタン線を略規則的に多重に巻いて形成される繊維体とからなる、
インプラント材。 A substrate;
It consists of a fibrous body formed by winding multiple regular titanium wires around a part of the outer periphery of the substrate.
Implant material.
前記第1基材に連結される第2基材と、
前記第1基材と第2基材との間で狭持される筒状の繊維体とからなり、
前記第1基材と第2基材の一方が繊維体を挿入する軸部とその軸部の下端に形成される雄部を有し、他方が雌部を有し、
前記雄部が雌部内に挿入されることにより、第1基材と第2基材とが連結される、インプラント材。 A first substrate having a fitting portion for mechanically coupling with the body;
A second substrate coupled to the first substrate;
It consists of a cylindrical fibrous body sandwiched between the first base material and the second base material,
One of the first base material and the second base material has a shaft portion into which a fibrous body is inserted and a male portion formed at the lower end of the shaft portion, and the other has a female portion,
An implant material in which the first base and the second base are connected by inserting the male part into the female part.
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