JP2732058B2 - 人工関節 - Google Patents
人工関節Info
- Publication number
- JP2732058B2 JP2732058B2 JP62292736A JP29273687A JP2732058B2 JP 2732058 B2 JP2732058 B2 JP 2732058B2 JP 62292736 A JP62292736 A JP 62292736A JP 29273687 A JP29273687 A JP 29273687A JP 2732058 B2 JP2732058 B2 JP 2732058B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bone
- stem
- elastic modulus
- artificial joint
- sleeve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
- A61F2/30907—Nets or sleeves applied to surface of prostheses or in cement
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
Landscapes
- Prostheses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、人体に適用する人工関節に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 従来から用いられている全置換型人工関節の代表的な
ものは、第4図に示す如く、寛骨Aと大腿骨Bに骨セメ
ントCで固定されるソケットDとステムEより構成さ
れ、このうちステムEはステンレス鋼、コバルトクロム
合金、チタン合金などの金属からなり、ソケットDは超
高分子ポリエチレン製のものが最も多く使用されてい
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、上記人工関節の最大の欠点は、長期間、例
えば10年から20年間にわたって体内に埋入され続ける
と、ステムE及びソケットDの固定性が損なわれること
である。(これを人工関節のルースニングと整形外科領
域では言われている)一旦、固定性を失った人工関節は
微小な動き(マイクロムーブメント)を開始し、痛みの
原因となり、人工関節の入れ替えを必要とする事態にな
る。このように固定性を失うことの原因として考えられ
ることは、骨セメントCの生体内劣化、ステムE及びソ
ケットDの形状不適合、感染、無理な荷重など様々なも
のがあげられるが、生体の中に人工物が設置されること
によって関節付近での応力分布が大きく変化し、骨のリ
モデリング機能を充分に生かすことができないことも一
大要因として上げられる。 人工股関節を埋入した後の大腿骨は中心に変形し難い
金属ステムがあり、その回りに金属と比較して極めて変
形し易い筒状の骨及び骨セメントが存在していることに
なる。このため、荷重が印加された時、すなわち立脚時
や歩行時には、金属の変形量に比べ骨や骨セメントの変
形量が大きいものとなり、各々の界面において剪断力が
発生し、ゆるみの原因とる。 また、印加される荷重が衝撃的な場合、つまり、ジャ
ンプしたり、走ったりした場合には剛性の高い人工股関
節では衝撃エネルギーを吸収する性質に乏しいため、骨
や骨セメントへの従来よりも大きな衝撃がかかることと
なり、骨や骨セメントの変成を促進する結果になる。 〔問題点を解決するための手段〕 上記のステム、セメントなどの界面に発生する剪断応
力と衝撃力の伝達という二つの問題点をより一層軽減す
るため、弾性率を徐々に変化させ、しかも衝撃吸収能を
有し、なおかつ生体内での劣化の少ないチタンファイバ
ーメッシュからなるスリーブをステム芯材の外周に積層
させることにより問題点を解消する。 〔実施例〕 以下、図によって本発明実施例を説明する。 第1図は、本発明人工関節の例として股関節のステム
1を示し、(イ)図は人工股関節の一部を破断した正面
図、(ロ)図は(イ)図におけるX−X線断面図を示し
たもので、このステム1はステム芯材2と積層スリーブ
3、及びボール4から構成され、ステム芯材2とボール
4はテーパ嵌合により固定されている。このステム芯材
2には積層スリーブ3が高温状態下、あるいは加圧する
ことにより固定される。しかし特別な場合には固定され
ず単にステム芯材2を積層スリーブ3に挿入した状態の
ものを使用してもよい。 なお、ステム芯材2は一般に生体金属材料として用い
られているステンレス鋼、コバルトクロム合金、チタン
合金等で形成される。 また、積層スリーブ3は、複数層のスリーブからな
り、第1図に示した実施例では3層の場合を図示してあ
り、内側よりそれぞれ3a、3b、3cのスリーブ層を有す
る。これらの積層スリーブ3はチタンファイバーを素材
とするメッシュからなっているため適度の空隙を有し、
弾力性に富むが、これらはメッシュの製造条件やファイ
バーの太さなどを適当に選択することにより弾性率を変
化させることが可能である。これを利用し、ステム芯材
2の弾性率と骨(皮質骨)の弾性率の中間領域でファイ
バーメッシュの弾性率が均等に分布し、ステム芯材2か
ら骨へと徐々に弾性率が変化するように設定する。 即ち、第2図で示す如く弾性率の大きなステム芯材2
より外周に向かってスリーブ層3a→スリーブ層3b→スリ
ーブ層3cと、骨に接近するに従って弾性率を漸減せし
め、弾性率の変化がなだらかであるように組合せてある
ため、剪断応力の発生を抑制することができる。 尚、この実施例ではステム芯材2に対してスリーブ層
3a、3b、3cの3つの層を重ねた例をあげたが、これに限
らず材質の特性によっては一層だけでもよく、その他2
層、あるいは4層以上のスリーブを設けたものであって
もよい。 また、緻密な金属の撓みによる衝撃力の吸収はごくわ
ずかであるが、本実施例のスリーブのように多孔空隙を
有する材料で構成したことにより、衝撃力を吸収する衝
撃材としても機能することができる。その結果、骨組織
に対する過大な衝撃力の伝搬を抑えることができる。な
お、有機材料でも衝撃力の吸収が可能となるが、生体内
の苛酷な環境下では材料の劣化が起こり、有する特性が
長期に亘って一定であることが非常に難しいのに対し
て、本発明の構成に用いる例えばチタンファイバーメッ
シュなどでは、チタンそのものが劣化しにくい材料であ
り、しかもそれを織り込んだ構造を有することで、緻密
な金属材料と同等の寿命に近づけることができる。 さらに、人工関節では、骨組織との親和性や固定力の
長期安定性が重要である。このうち生体親和性はセラミ
ックス材料≧有機材料>金属材料の順で高いといわれて
いる。固定力については材料の差だけでなくインプラン
トのデザインや表面構造によっても大きく左右される。
同じ金属材料でも、表面にポーラスな層があり、骨が3
次元方向、特に内部に増生侵入するようにしたインプラ
ントが固定力の点ではすぐれている。 この点に関して、本発明のチタンファイバーメッシュ
などから成る積層スリーブで被覆されたステムは、全表
面に空隙を配置することが容易であり、骨の成長を最大
限活用することができる。 また、かかる積層スリーブ3の表面に骨誘導能や骨伝
導能を有する物質、すなわち、水酸化アパタイトなどを
コーティングすることによって、骨とインプラントの固
定をより早期に、かつ安定的に長期間保証することがで
きる。 上記の第1図では人工股関節としての応用例である
が、これに限らず、他部位の例えば第3図に示したよう
な大腿骨に装着する大腿骨部材Tと脛骨に挿入する脛骨
部材Sから成る人工膝関節の脛骨部材Sなどにも応用で
き、長期間にわたり一層安定的に固定することができ
る。 〔発明の効果〕 叙上のように本発明によれば、人工関節の固定力が強
化され、より自然な応力の分布状態や衝撃吸収機構を実
現することができるため、従来の人工関節の寿命を延す
ことが可能となり人類の福祉に寄与するところ大であ
る。
る。 〔従来の技術〕 従来から用いられている全置換型人工関節の代表的な
ものは、第4図に示す如く、寛骨Aと大腿骨Bに骨セメ
ントCで固定されるソケットDとステムEより構成さ
れ、このうちステムEはステンレス鋼、コバルトクロム
合金、チタン合金などの金属からなり、ソケットDは超
高分子ポリエチレン製のものが最も多く使用されてい
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、上記人工関節の最大の欠点は、長期間、例
えば10年から20年間にわたって体内に埋入され続ける
と、ステムE及びソケットDの固定性が損なわれること
である。(これを人工関節のルースニングと整形外科領
域では言われている)一旦、固定性を失った人工関節は
微小な動き(マイクロムーブメント)を開始し、痛みの
原因となり、人工関節の入れ替えを必要とする事態にな
る。このように固定性を失うことの原因として考えられ
ることは、骨セメントCの生体内劣化、ステムE及びソ
ケットDの形状不適合、感染、無理な荷重など様々なも
のがあげられるが、生体の中に人工物が設置されること
によって関節付近での応力分布が大きく変化し、骨のリ
モデリング機能を充分に生かすことができないことも一
大要因として上げられる。 人工股関節を埋入した後の大腿骨は中心に変形し難い
金属ステムがあり、その回りに金属と比較して極めて変
形し易い筒状の骨及び骨セメントが存在していることに
なる。このため、荷重が印加された時、すなわち立脚時
や歩行時には、金属の変形量に比べ骨や骨セメントの変
形量が大きいものとなり、各々の界面において剪断力が
発生し、ゆるみの原因とる。 また、印加される荷重が衝撃的な場合、つまり、ジャ
ンプしたり、走ったりした場合には剛性の高い人工股関
節では衝撃エネルギーを吸収する性質に乏しいため、骨
や骨セメントへの従来よりも大きな衝撃がかかることと
なり、骨や骨セメントの変成を促進する結果になる。 〔問題点を解決するための手段〕 上記のステム、セメントなどの界面に発生する剪断応
力と衝撃力の伝達という二つの問題点をより一層軽減す
るため、弾性率を徐々に変化させ、しかも衝撃吸収能を
有し、なおかつ生体内での劣化の少ないチタンファイバ
ーメッシュからなるスリーブをステム芯材の外周に積層
させることにより問題点を解消する。 〔実施例〕 以下、図によって本発明実施例を説明する。 第1図は、本発明人工関節の例として股関節のステム
1を示し、(イ)図は人工股関節の一部を破断した正面
図、(ロ)図は(イ)図におけるX−X線断面図を示し
たもので、このステム1はステム芯材2と積層スリーブ
3、及びボール4から構成され、ステム芯材2とボール
4はテーパ嵌合により固定されている。このステム芯材
2には積層スリーブ3が高温状態下、あるいは加圧する
ことにより固定される。しかし特別な場合には固定され
ず単にステム芯材2を積層スリーブ3に挿入した状態の
ものを使用してもよい。 なお、ステム芯材2は一般に生体金属材料として用い
られているステンレス鋼、コバルトクロム合金、チタン
合金等で形成される。 また、積層スリーブ3は、複数層のスリーブからな
り、第1図に示した実施例では3層の場合を図示してあ
り、内側よりそれぞれ3a、3b、3cのスリーブ層を有す
る。これらの積層スリーブ3はチタンファイバーを素材
とするメッシュからなっているため適度の空隙を有し、
弾力性に富むが、これらはメッシュの製造条件やファイ
バーの太さなどを適当に選択することにより弾性率を変
化させることが可能である。これを利用し、ステム芯材
2の弾性率と骨(皮質骨)の弾性率の中間領域でファイ
バーメッシュの弾性率が均等に分布し、ステム芯材2か
ら骨へと徐々に弾性率が変化するように設定する。 即ち、第2図で示す如く弾性率の大きなステム芯材2
より外周に向かってスリーブ層3a→スリーブ層3b→スリ
ーブ層3cと、骨に接近するに従って弾性率を漸減せし
め、弾性率の変化がなだらかであるように組合せてある
ため、剪断応力の発生を抑制することができる。 尚、この実施例ではステム芯材2に対してスリーブ層
3a、3b、3cの3つの層を重ねた例をあげたが、これに限
らず材質の特性によっては一層だけでもよく、その他2
層、あるいは4層以上のスリーブを設けたものであって
もよい。 また、緻密な金属の撓みによる衝撃力の吸収はごくわ
ずかであるが、本実施例のスリーブのように多孔空隙を
有する材料で構成したことにより、衝撃力を吸収する衝
撃材としても機能することができる。その結果、骨組織
に対する過大な衝撃力の伝搬を抑えることができる。な
お、有機材料でも衝撃力の吸収が可能となるが、生体内
の苛酷な環境下では材料の劣化が起こり、有する特性が
長期に亘って一定であることが非常に難しいのに対し
て、本発明の構成に用いる例えばチタンファイバーメッ
シュなどでは、チタンそのものが劣化しにくい材料であ
り、しかもそれを織り込んだ構造を有することで、緻密
な金属材料と同等の寿命に近づけることができる。 さらに、人工関節では、骨組織との親和性や固定力の
長期安定性が重要である。このうち生体親和性はセラミ
ックス材料≧有機材料>金属材料の順で高いといわれて
いる。固定力については材料の差だけでなくインプラン
トのデザインや表面構造によっても大きく左右される。
同じ金属材料でも、表面にポーラスな層があり、骨が3
次元方向、特に内部に増生侵入するようにしたインプラ
ントが固定力の点ではすぐれている。 この点に関して、本発明のチタンファイバーメッシュ
などから成る積層スリーブで被覆されたステムは、全表
面に空隙を配置することが容易であり、骨の成長を最大
限活用することができる。 また、かかる積層スリーブ3の表面に骨誘導能や骨伝
導能を有する物質、すなわち、水酸化アパタイトなどを
コーティングすることによって、骨とインプラントの固
定をより早期に、かつ安定的に長期間保証することがで
きる。 上記の第1図では人工股関節としての応用例である
が、これに限らず、他部位の例えば第3図に示したよう
な大腿骨に装着する大腿骨部材Tと脛骨に挿入する脛骨
部材Sから成る人工膝関節の脛骨部材Sなどにも応用で
き、長期間にわたり一層安定的に固定することができ
る。 〔発明の効果〕 叙上のように本発明によれば、人工関節の固定力が強
化され、より自然な応力の分布状態や衝撃吸収機構を実
現することができるため、従来の人工関節の寿命を延す
ことが可能となり人類の福祉に寄与するところ大であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)は本発明実施例に係る人工股関節のステム
のみの一部を破断した正面図、同図(ロ)は(イ)図に
おけるX−X線断面図、第2図は本発明実施例に係る人
工股関節のステムを構成する各部材の弾性率の比較を表
わしたグラフ図である。 第3図は本発明に係る他の人工関節の例を示す斜視図で
ある。第4図は従来例による人工股関節が骨に設置され
た状態を表わす模式図である。 1:ステム、2:ステム芯材 3:積層スリーブ、4:ボール
のみの一部を破断した正面図、同図(ロ)は(イ)図に
おけるX−X線断面図、第2図は本発明実施例に係る人
工股関節のステムを構成する各部材の弾性率の比較を表
わしたグラフ図である。 第3図は本発明に係る他の人工関節の例を示す斜視図で
ある。第4図は従来例による人工股関節が骨に設置され
た状態を表わす模式図である。 1:ステム、2:ステム芯材 3:積層スリーブ、4:ボール
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭47−9244(JP,A)
特開 昭62−137050(JP,A)
特開 昭62−26056(JP,A)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.骨に挿入されるステムが、生体金属材料からなる芯
材とそのまわりに着装されたチタンファイバーメッシュ
からなる積層スリーブからなり、かつ上記芯材の弾性率
と皮質骨の弾性率の中間領域で上記積層スリーブの弾性
率が外周に向かって漸減していることを特徴とする人工
関節。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62292736A JP2732058B2 (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | 人工関節 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62292736A JP2732058B2 (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | 人工関節 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01135348A JPH01135348A (ja) | 1989-05-29 |
JP2732058B2 true JP2732058B2 (ja) | 1998-03-25 |
Family
ID=17785660
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62292736A Expired - Lifetime JP2732058B2 (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | 人工関節 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2732058B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2393043A1 (en) | 2002-07-11 | 2004-01-11 | Luiz Marcelo Aucelio Paternostro | Formal test case definitions |
DE102015105100A1 (de) * | 2015-04-01 | 2016-10-06 | Aesculap Ag | Gelenkimplantatteil, Gelenkendoprothese und Verfahren zum Herstellen eines Gelenkimplantatteils und einer Gelenkendoprothese |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH666608A5 (de) * | 1985-07-15 | 1988-08-15 | Sulzer Ag | Zementfrei im becken zu verankernde hueftgelenkspfanne. |
US4636219A (en) * | 1985-12-05 | 1987-01-13 | Techmedica, Inc. | Prosthesis device fabrication |
-
1987
- 1987-11-19 JP JP62292736A patent/JP2732058B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01135348A (ja) | 1989-05-29 |
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