JP3808551B2 - 鋳造整形外科的補綴物 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整形外科的補綴物と整形外科的補綴物を製造する方法とに関し、特にキャスティングにより形成される整形外科的補綴物に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ヒトの解剖学的構造の部位を置きかえるのに用いられる整形外科的補綴物は、種々の周知の製造方法を用いて、種々の周知の材料で形成され得る。例えば、前記補綴物は、チタンのブロックから機械で造ることができ、又はコバルト／クロム合金から鍛造することができる。ポジ型鋳型をろうから成形してセラミックシェルインベストメントで被包して、ネガ型鋳型を形成するインベストメント鋳造法からも、補綴物を形成することができる。ろうを被包して前記セラミックシェルを固めた後、該ろうを溶かして、後に溶融金属で満たされるネガ型鋳型を取り去る。いくつかの補綴物においては、骨のセメント質との機械的な連結のための多孔質外面を提供すること、又は骨が成長するための空間を提供することが必要であり、これにより、補綴物が骨に固定される。典型的には、このような多孔質表面は、本産業で公知であるような、小さな金属ビーズの層又は金属メッシュの層から形成される。この多孔質金属表面層は、拡散接合又は焼結により補綴物の基体に典型的に冶金学的に結合する。焼結は、少くとも一つの接合すべき材料の融点が、接合すべき部品間に流れる液状金属の形成を許容する温度を少し超えるようにすることにより、物理的な金属結合を形成する接合方法である。拡散接合は同様の方法であるが、いずれかの接合すべき材料のいずれかの融点を越える温度を必要としない。溶解するより一般的に少し低い温度で、結合すべき界面を圧縮するのに適用される圧力は、単に固状拡散のための物理的な結合を生じさせるために用いられる。多孔質層から補綴物の基体への拡散結合は、特に該補綴物の表面が円形、又は他の平滑でない形状の時に困難な製造工程であり得る。この工程は、多孔質層が適切に補綴物に結合することを確実にするために、各々のサイクルが温度及び圧力の工程パラメータに対する厳密な合致を必要とする多重拡散結合サイクルを必要とする。従って前記拡散接合工程は、必要とされる工数と資本消費との形で、多数の製造者資源を消費する。
【０００３】
【発明の概略】
本補綴物及び本発明の方法は、多孔質表面層を補綴物の基体に接合するのに必要とされる時間及び資源の量を大きく減少させる。本発明は改良された形態でインベストメント鋳造法を利用して、冶金学的に補綴物に結合した多孔質表面層を有する鋳造補綴物を提供する。本発明の方法においては、前記補綴物のろうのパターンを形成した後、適当な位置のろうのパターン近辺に多孔質表面層を形成する。好ましくは、前記多孔質層をろうのパターンにプレスするか、又は付着させて、該多孔質層の一部分をろうで互いに入り込ませ、充満する。従って、多孔質層の一部分は、その孔が開き、ろうが存在しない状態で露出されている。あるいは、多孔質層をろうのパターンに接触させる前に、孔の部分をふさぐ又は充填するために、前記ろう又は類似の充填材料を、前記多孔質層に充満させることができるであろう。次に多孔質表面層が付着しているろうのパターンをセラミックインベストメント材料の多重層で被包して、周知の様式で鋳型の空洞を形成する。被包工程の間、前にろうで充満させていない多孔質層の部分をセラミック材料で充填する。ヒドロキシアパタイト又は他のカルシウムリン酸塩のような生適合性（ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）を有するセラミックインベストメント材料を用いることが有利であり得る。従って、前記ろうパターンが前記セラミック鋳型から溶け出す前に、前記多孔質層の一部分はろうで満たされて、該多孔質層の他の部分は前記セラミック材料で満たされる。前記ろうが前記セラミック鋳型内から溶解した後、前記補綴物の形の空洞が残る。多孔質層に関する限りでは、前にろうで充填された部分は、現時点でも空洞内に広がっており、露出され、又は言い換えれば、充填ろう材料がない状態である。前記材料を固めるためのセラミック鋳型の処理工程の後、溶融金属を鋳型に注いで、前記補綴物を形成する。前記溶融金属は、前記多孔質層の露出された部分を溶かし、それにより、前記多孔質層と冶金学的に結合する。冷却した後、前にセラミック材料で充填された多孔質層の一部分が現時点で露出するよう、前記補綴物及び前記多孔質層から前記セラミック鋳型を除去する。前記インベストメントとして生適合性被包を用いることの利点は、本方法のこの段階に見られ得る。標準的には、前記補綴物から全ての前記セラミックインベストメントを除去することが極めて重要であろう。前記多孔質表面から全ての前記インベストメントを除去することが特に困難であり得る。しかしながら、前記インベストメントが生適合性を有していれば、前記多孔質表面の前記孔内に残留するインベストメントは患者に不利な影響を与えないであろう。実際、仮に前記インベストメントが周知の骨成長増強剤であるヒドロキシアパタイトから形成されているならば、植入された時に骨の成長を促進するために、前記多孔質層の前記孔をふさぐインベストメントを残すことは有利であり得る。
【０００４】
他の実施形態において、前記多孔質表面層は、薄い金属バリアーとこの各々の面上の多孔質材料とを含む。前記金属バリアー層は、前記ろう材料が互いに入り込むのを制限するのに役立つ。更に、前記バリアーは、前記多孔質材料の領域における前記インベストメント材料とろうパターンとの近密な接触を防止し、最終的に補綴物のより完全な除去を助長する。
【０００５】
従って、本発明の目的は、キャスティングの間に形成される多孔質表面層を有する鋳造補綴物を提供することである。
更に他の本発明の目的は、多孔質表面層を有する鋳造補綴物を形成する方法を提供することである。
更に他の本発明の目的はインベストメント鋳造法を用いて多孔質層を有する鋳造補綴物を形成する方法を提供することである。
【０００６】
更に他の本発明の目的は、セラミックインベストメント材料で被包する前に補綴物のろうパターンが多孔質表面層により覆われるインベストメント鋳造法を用いて、鋳造補綴物を形成する方法を提供することである。
更に他の本発明の目的は、インベストメント材料が生適合性を有するインベストメント鋳造法を用いて鋳造補綴物を形成する方法を提供することである。
【０００７】
他の本発明の目的は、添付される図面と共に提供される以下の記載を読むことにより明らかになるであろう。
【０００８】
【好ましい実施例の記載】
以下の好ましい実施例の記載は、余す所のない記載を意図したものではなく、又は本発明を開示される正確な形態に限定することを意図したものではない。むしろ、それは、当業者がこの教示を利用することができるように選択され、開示される。
【０００９】
図面を参照すると、整形外科的股関節幹部補綴物のろうレプリカ又はパターン１０を図１に示す。これは、股関節幹部補綴物を単に実例の目的のために示したものであり、本発明を限定することを意図したものではないことを理解されたい。図１は、ろうパターン１０の一部分を包む多孔質表面層１２を更に示す。示される多孔質表面層１２は金属ワイヤーメッシュから形成される。しかしながら、これは本発明を限定するものではないことを考慮されたい。前記多孔質表面層は、焼結されて層を形成する金属ビーズのような種々の周知の材料から形成され得る。多孔質表面層１２内に形成された孔の一部分が、図２に示されるように、ろうパターン材料で充填又はふさがれるように、多孔質表面層１２を加熱してろうパターン１０の外側表面にプレスする。示されるように、多孔質表面層の外側部分はろうが侵入しておらず、それゆえ、もとの多孔性を維持する。多孔質表面層１２の正確な形又は位置は本発明の限定を考慮すべきものでなく、実例となる目的のみのために提供されるものである。次に、多孔質表面層が付着したろうパターン１０を、セラミックインベストメント媒体１４にくり返し浸して公知の方法で凝固させて図３に示される構造体を形成する。セラミック鋳型が形成される時、前記セラミックインベストメント媒体が多孔質表面層の外側の孔を満たすので、セラミック鋳型が完全に形成された後、多孔質層の一部分はろうパターン材料で満たされ、多孔質層の一部分はセラミック材料で満たされる。それゆえ、セラミック鋳型が完成した時、多孔質層の本質的に全ての孔は、ろう又はセラミック媒体のいずれかの充填材料で満たされる。次に、インベストメントキャスティングの技術において一般的であるように、前記セラミック鋳型を加熱して該鋳型を硬化し、ろうパターン１０を溶かし出す。図４に示すように、ろうパターン１０が溶解すると、セラミック材料が多孔質表面層の一部分へ相互に入り込むため、多孔質表面層１２はその位置に残る。図５は、ろうを除去した後、多孔質表面層が、セラミック鋳型から、除去されたろうより形成された空洞１６に広がっていることを示す。ろうパターンは、業界基準と矛盾のない方法で除去された後、図６に示すように溶融金属１８をセラミック鋳型に流し込み、ろうパターンにより形成された空洞１６を満たす。前記溶融金属は空洞１６内に広がる多孔質表面層１２の露出した部分を溶かす。それゆえ、図７及び図８に示すように溶融金属への多孔質層の一部の溶融一体化のため、前記多孔質表面層は治金学的に補綴物に結合する。前記鋳型及び金属を冷却した後、周知の方法でセラミック鋳型を補綴物から離す。加えて、前記セラミック材料で満たされた多孔質層の孔は、セラミック残留物が残らないように除去される。図７及び８に示されるような製造された補綴物２０は、金属基体２２に付着した多孔質表面層を有する該金属基体２２を含む。
【００１０】
標準的に用いられるインベストメント材料の代わりとして、セラミックインベストメント材料は、ヒドロキシアパタイト又は他のカルシウムリン酸塩のような生適合性材料から形成され得る。生適合性インベストメントのいずれかが多孔質表面内に残留するなら、それは患者に不利な影響を与えないであろうという利点がある。更に、生適合性インベストメント材料を、骨の成長を促進するために、多孔質表面内に意図的に残すことができるであろう。
【００１１】
本発明の更に他の実施例を図９に示す。図９の他の実施例において、多孔質層１２は、薄い金属バリアー層２６の各々の面に結合した多孔質材料２８を有する該薄い金属バリアー層２６を含むよう形成される。使用においては、前記バリアー層は２つの機能を提供する。第１に前記バリアーは、ろう鋳型内への多孔質層の組み入る量を制限することにより、最少量、即ち最終的な補綴物上の多孔質層の厚さを確実なものとする。第２に、前記バリアー層は、多孔質表面層に沿ったインベストメント材料とろうパターンとの間の近密な接触を防止する。このように近密な接触を防止することは、多孔質表面層からインベストメント材料を除去するのを助けることができる。
【００１２】
本発明は、開示される正確な形態に限定されず、むしろ、添付される請求の範囲の範囲内で改良され得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ろうパターンに付着した多孔質表面層を有する補綴物のろうパターンの透視図である。
【図２】図１において円で囲まれた領域の、一部分を切り離した拡大図である。
【図３】セラミック材料の層内に被覆された多孔質表面層を有するろうパターンの、一部を切り離した正面図である。
【図４】ろうパターンが多孔質表面層及びセラミックから溶出して空洞を形成することを示す、図３の正面図である。
【図５】空洞内に露出して広がる部分とセラミック材料で満たされた部分とを有する繊維金属を示す、図４において円で囲まれた領域の拡大図である。
【図６】溶融金属で満たされている多孔質表面層を有するセラミック鋳型を示す図である。
【図７】冷却され、セラミック鋳型が除去された後の最終的な補綴物の透視図である。
【図８】多孔質表面層と補綴物基体との間の接合を示す、図７において円で囲まれた領域の拡大部分断面図である。
【図９】多孔質層が、バリアー層の各々の面上の多孔質材料を有するバリアー層を含む他の実施例の拡大図である。
【符号の説明】
１０…パターン
１２…多孔質表面層
１４…インベストメント媒体
１６…空洞
１８…溶融金属
２０…補綴物
２２…金属基体
２６…金属バリアー層
２８…多孔質材料

Claims (9)

  1. 多孔質表面層の接合された整形外科的補綴物を製造する方法であって、
    ａ．第１の材料から形成された整形外科的補綴物のレプリカを供するステップ、
    ｂ．前記レプリカの少くとも一部分に第２の材料から形成された多孔質層を付着させるステップ、ここで当該多孔質層は複数の孔を有し、該孔の群の該多孔質層の内側、即ち、当該レプリカに隣接する側に位置する第１の部分は前記第１の材料で満たされている、
    ｃ．前記レプリカ及び多孔質層を第３の材料で被包するステップ、ここで該第３の材料は前記孔の群の該多孔質層の外側に位置する第２の部分を満し、
    ｄ．前記第１の材料を除去して、前記被包内に空洞を形成することにより、前記孔の群の前記第１の部分を露出させるステップ、
    ｅ．前記空洞を第４の材料で満たし、該第４の材料が前記孔の群の前記第１の部分近傍の前記多孔質層と一体化された結合を形成するようにするステップ、そして
    ｆ．前記第４の材料が凝固した後に、前記第３の材料を除去することにより、前記孔の群の前記第２の部分を露出させるステップ、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記第３の材料が生適合性（ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の材料がろうであり、前記第２の材料が金属であり、前記第３の材料がセラミックインベストメント材料であり、及び前記第４の材料が溶融金属であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記多孔質層がチタンファイバー金属メッシュから形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記多孔質層が、薄い金属バリアーと該薄い金属バリアーの第１及び第２の面に結合した多孔質金属材料とを含み、前記金属バリアーの前記第１の面上の前記多孔質金属材料が、前記孔の群の前記第１の部分を構成し、前記金属バリアーの前記第２の面上の前記多孔質金属材料が、前記孔の群の前記第２の部分を構成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 鋳造整形外科的補綴物の一部分を包む金属多孔質表面層を有する前記補綴物を形成する方法であって、
    ａ．整形外科的補綴物のろうのパターンを供するステップと、
    ｂ．複数の孔を有する金属多孔質表面層を供するステップと、
    ｃ．前記複数の孔の前記多孔質表面層の内側に位置する第１の部分がろうのパターンで満たされるように、前記ろうのレプリカに前記金属多孔質表面層をプレスするステップと、
    ｄ．前記金属多孔質表面層の前記孔の群の前記多孔質表面層の外側に位置する第２の部分がセラミックインベストメント材料で満たされるよう、前記金属多孔質表面層が付着している前記ろうのパターンを前記セラミックインベストメント材料で被包してセラミック鋳型を形成するステップと、
    ｅ．前記セラミック鋳型から前記ろうのパターンを除去することにより前記多孔質材料の孔の群の前記第１の部分を露出させるステップと、
    ｆ．溶融金属が前記多孔質金属表面層の孔の群の前記第１の部分近傍の前記多孔質金属表面層に結合するよう、前記セラミック鋳型を前記溶融金属で満たすステップと、
    ｇ．前記溶融金属が冷却した後、セラミック鋳型を除去するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  7. 前記セラミックインベストメント材料が生適合性であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 前記セラミック鋳型が除去された後、前記セラミックインベストメント材料の一部分が、前記多孔質金属表面層の前記孔の群の前記第２の部分内に保持されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 前記多孔質金属表面層が、薄い金属バリアー層と該金属バリアーの第１及び第２の面に結合した多孔質材料とを含み、前記金属バリアーの前記第１の面に結合した前記多孔質材料が、前記多孔質金属表面層の孔の群の前記第１の部分を構成し、前記金属バリアーの前記第２の面に結合した前記多孔質材料が、前記多孔質金属表面層の前記孔の群の前記第２の部分を構成することを特徴とする請求項６に記載の方法。
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