JP2013540012A - セラミック製カッティングテンプレート - Google Patents

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Abstract

本発明の対象は、カッティングテンプレートもしくはソーブロック、有利には医療技術において用いるためのカッティングテンプレートもしくはソーブロックである。

Description

本発明の対象は、カッティングテンプレートもしくはソーブロック、有利には医療技術において用いるためのカッティングテンプレートもしくはソーブロックである。
カッティングテンプレートもしくはソーブロックは、例えば移植をしようとする場合に、手術領域を整えるもしくは適合させるために、外科において多く用いられる。
例えば、各々の膝のTEP移植の際、カッティングテンプレートもしくはソーブロックを大腿骨に固定する。このカッティングテンプレートを用いて、通常の場合、大腿骨表面を大腿骨の構成要素の形状に適合させるために3つのカットを実施する。各々のカットのために、カッティングテンプレート内にはガイドがある(1つのテンプレート内に3もしくは4つのカッティングガイド)。このガイド内で、切断器具を用いて、通常の場合は振動鋸刃を用いてカットが実施される。鋸刃並びにカッティングテンプレートは、現在、原則的に生体適合性金属合金から製造されている。
ソーブロック内でのガイドレールは、製造元によって1.2〜1.5mmの幅を有する。鋸刃の振動および鋸刃とガイドレールとの間に生じる摩擦に起因して、ガイドレールの側には多くの金属破片が生じる。それらの破片は、手術中に傷口から除去されないか、もしくは不充分にしか除去できない。従って、この破片が再度、感染の原因となることがあり、且つ、とりわけ、患者のアレルギー反応をもたらすことがある。この理由から、これらの破片を根本的に低減することが重要であり、しかしながら殊に、セラミック製の大腿骨構成要素を用いることによって潜在的なアレルギー体質者(Allergiker)において移植の反応を回避すべき場合に重要である。
現在の知見の水準によれば、金属破片の大部分は、カッティングテンプレート内のガイドレールの摩耗によって生じる。膝のTEP移植において、カッティングテンプレートを約20〜40回使用した後、ガイドレールは約0.5〜1.5mmだけ拡大されたガイドスリットを有する。その結果、カッティングプレートのガイドの精度は著しく低下する。それに応じて、外科医にとっては、鋸刃の正確なカッティングガイドがもはや可能ではなく、大腿骨の切断面の整合性および平面性のばらつきが増加するという結果となる。このことが、カッティング面と大腿骨構成要素との間により大きな隙間をもたらす。この隙間を、手術中に、通常の体積よりも多い骨セメントで満たさなければならず、そのことが系の寿命に悪影響を及ぼすことがある。
本発明の基礎をなす課題は、従来技術のカッティングテンプレート/ソーブロックの欠点を排除すること、殊に、
・ 金属破片を低減すること、その際、従来の金属離脱に対して90%までの金属破片の低減を目標とすべきである、
・ カッティングテンプレートの寿命を長くし、ひいてはコストを削減すること
・ アレルギーのリスク並びに感染のリスクを低減すること
であった。
本発明による課題は、意外なことに、独立請求項の特徴を有するセラミック製カッティングテンプレート/ソーブロック(以下で、本発明によるカッティングテンプレート/本発明によるソーブロックについて、焼結成形体または焼結体という用語も使用される)によって解決された。有利な態様は、下位請求項に記載される。意外なことに、列挙されている課題の解決は、とりわけ特別な組成を有する焼結成形体を必要とすることが確認された。
列挙されている課題の解決を可能にする焼結成形体は、いわゆる「イットリア安定化正方晶系ジルコニアセラミック」であり、Y−TZPセラミックとも称される。本発明によれば、医療用途の基準に相応するようなY−TZPセラミックが適している。
適したY−TZPセラミックは、
3〜8質量%のY23、有利には4〜6質量%のY23、特に好ましくは4.5〜5.5質量%のY23
0〜0.5質量%のAl23、有利には0.05〜0.4質量%のAl23、特に好ましくは0.1〜0.3質量%のAl23、および
残り100質量%までのZrO2
を含有し、ここで、3質量%までのHfO2、有利には2質量%までのHfO2をジルコニウム酸化物(Zirkonoxid)中に含有してよい。
この際、ZrO2中の単斜晶の割合は、2体積%未満、有利には1体積%未満である。
適したY−TZPセラミックの特性は、強度900〜1600MPa、有利には1000〜1500MPaを有する。この際、セラミックの粒径は、<0.5μmの範囲内、有利には0.1〜0.3μmの範囲内で変動する。
有利な構成を以下の表に示す:
Figure 2013540012
有利に用いられるセラミックの特性を以下の表に示す:
Figure 2013540012
Figure 2013540012
本発明によりY−TZPセラミックから製造されたカッティングテンプレートもしくはソーブロックの場合、金属破片は、従来の金属製カッティングテンプレートもしくはソーブロックに対して90%まで低減されている。使用における本発明によるカッティングテンプレートもしくは本発明によるソーブロックの寿命は明らかに長くなり、なぜなら、カッティングテンプレートのわずかな摩耗しか生じないからである。これにより、費用が削減される。さらに、アレルギーのリスクもしくは患者のアレルギー反応、並びに感染のリスクが低減される。
好ましくは、本発明によるカッティングテンプレートは医療技術において、殊に手術に際する骨の加工のために、好ましくは膝のTEP移植に際して使用される。
本発明によるセラミックのカッティングテンプレートもしくはそれが製造されるセラミックの利点は以下である:
・ カッティングテンプレートが極めてわずかな破片を有すること、
・ 材料が生体適合性であること、
・ 本発明によるカッティングテンプレートがレーザーでマーキングされる場合、それは非常に良好に見え、且つ読取り可能であり、ひいては、該カッティングテンプレートを用いる際の誤った取り扱いを低減できること、
・ 該カッティングテンプレートが、良好なトライボロジー特性を有すること。
該カッティングテンプレートの製造は、従来のセラミック技術を用いて行われる。
本質的な工程段階は以下である:
a) 沈殿を回避するために液化器を使用して、規定された組成に従って水中で粉末混合物を作る段階、
b) 溶解機内で均質化する段階(高速攪拌機)、
c) 攪拌ボールミル内で粉砕する段階、ここで、粉末混合物の比表面が増加する(=粉砕)、
d) 有機結合剤を添加する段階、
e) 噴霧乾燥する段階、ここで、定義された特性を有する流動性の粒質物が生じる、
f) 該粒質物を水で加湿する段階、
g) 軸方向または等方的にプレスする段階、
h) 未焼結体を切削加工する段階、ここで、焼結による収縮を考慮に入れ、最終の輪郭を大幅に形成する、
i) 仮焼成段階、ここで、理論密度の約98%に収縮。まだ残っている残留孔が外側から閉じられる、
j) 高温且つ高ガス圧下での熱間等方圧プレス段階、これによって実用上完全な最終圧縮がなされる、
k) いわゆる本焼成(Weissbrand)段階、これによって、熱間等方圧プレスの際に生じた、セラミック中での酸素の不均衡を、均一にする、
I) 研削および研磨による硬化処理段階、
m) 焼き戻し段階。
人工膝関節の移植の際に用いるための本発明によるセラミック製カッティングテンプレート1を種々の仰角で示す図である。 人工膝関節の移植の際に用いるための本発明によるセラミック製カッティングテンプレート1を種々の仰角で示す図である。 人工膝関節の移植の際に用いるための本発明によるセラミック製カッティングテンプレート1を種々の仰角で示す図である。 人工膝関節の移植の際に用いるための本発明によるセラミック製カッティングテンプレート1を種々の仰角で示す図である。 人工膝関節の移植の際の、本発明によるカッティングテンプレートの手術中の使用を示す図である。
図1〜4は、例示的に、人工膝関節の移植の際に用いるための本発明によるセラミック製カッティングテンプレート1を種々の仰角で示す。かかるカッティングテンプレート1は、外科用切断器具、例えば鋸刃またはドリルをガイドするために役立つ。図5は、人工膝関節の移植の際の、本発明によるカッティングテンプレートの手術中の使用を図示している。
示されたカッティングテンプレートは、平坦な形状の切断器具、例えば鋸刃を通し且つ正確にガイドするためのスリット状の切欠部3を備えた基体2からなり、ここで、スリット状の切欠部3は、互いに向かい合ったガイド面4を有する。切断過程の際、このガイド面4に切断器具が接する(図5参照)。基体2において、カッティングテンプレート1を大腿骨に固定するために役立つ貫通孔5が設けられている。
当業者にとって、本発明によるカッティングテンプレートを使用目的によって適合できることは自明である。例えばそれを、例えば1つまたはそれより多くの切欠部3が、切断器具としてのドリルを通し且つ正確にガイドするための貫通孔として仕上げられている、ドリルガイド(Bohrlehre)の形態で構成することもできる。
本発明においては、焼結成形体/焼結体との用語は、カッティングテンプレートもしくはソーブロックの形態のセラミック、もしくはカッティングテンプレートもしくはソーブロックとして使用するためのセラミックを示す。本発明により構成されたドリルガイドも、本発明の意味におけるカッティングテンプレートもしくはソーブロックとして理解されるべきである。
上記から、本発明による教示は、以下のセラミック製カッティングテンプレートに関するということがわかる:
・ 切断器具を通し且つ正確にガイドするための1つまたはそれより多くの切欠部3を有する基体2からなり、ここで、前記セラミックは3〜8質量%のY23、有利には4〜6質量%のY23、特に好ましくは4.5〜5.5質量%のY23、0〜0.5質量%のAl23、有利には0.05〜0.4質量%のAl23、特に好ましくは0.1〜0.3質量%のAl23、および残り100%までのZrO2を含有し、且つ、3質量%までのHfO2、有利には2質量%までのHfO2をZrO2中に含有することがあり、且つ、ZrO2中の単斜晶の割合は有利には2体積%未満、有利には1体積%未満である。
以下のセラミック製カッティングテンプレートが好ましい:
・ セラミックが、強度900〜1600MPa、有利には強度1000〜1500MPaを有する;
・ セラミック中の粒径が、<0.5μmの範囲、有利には0.1〜0.3μmの範囲で変動する;
・ 切断器具を通し且つ正確にガイドするための切欠部3が、スリット状である;
・ 切断器具を通し且つ正確にガイドするための切欠部3が、貫通孔である;
・ スリット状の切欠部3が、互いに向かい合ったガイド面4を有する;
・ 基体2において、追加的に、1つまたはそれより多くの貫通孔5が設けられている。

Claims (9)

  1. セラミック製カッティングテンプレートであって、切断器具を通し且つ正確にガイドするための1つまたはそれより多くの切欠部3を有する基体2からなり、前記セラミックが3〜8質量%のY23、有利には4〜6質量%のY23、特に好ましくは4.5〜5.5質量%のY23、0〜0.5質量%のAl23、有利には0.05〜0.4質量%のAl23、特に好ましくは0.1〜0.3質量%のAl23、および残り100%までのZrO2を含有し、且つ、3質量%までのHfO2、有利には2質量%までのHfO2が前記ZrO2中に含まれていてよく、且つ、前記ZrO2中の単斜晶の割合は有利には2体積%未満、有利には1体積%未満であることを特徴とする、前記セラミック製カッティングテンプレート。
  2. セラミックが、強度900〜1600MPa、有利には強度1000〜1500MPaを有することを特徴とする、請求項1に記載のセラミック製カッティングテンプレート。
  3. セラミックの粒径が、0.5μm未満の範囲、有利には0.1〜0.3μmの範囲で変動することを特徴とする、請求項1または2に記載のセラミック製カッティングテンプレート。
  4. 切断器具を通し且つ正確にガイドするための切欠部3が、スリット状であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載のセラミック製カッティングテンプレート。
  5. 切断器具を通し且つ正確にガイドするための切欠部3が、貫通孔であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載のセラミック製カッティングテンプレート。
  6. スリット状の切欠部3が、互いに向かい合ったガイド面4を有することを特徴とする、請求項4に記載のセラミック製カッティングテンプレート。
  7. 基体2において、追加的に、1つまたはそれより多くの貫通孔5が設けられていることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載のセラミック製カッティングテンプレート。
  8. 請求項1から6までのいずれか1項に記載のセラミック製カッティングテンプレートの、医療技術における、殊に手術に際して骨を加工するための使用。
  9. 請求項1から6までのいずれか1項に記載のセラミック製カッティングテンプレートの、膝のTEP移植に際する使用。
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