JP4138242B2 - プロステーシスの人工関節 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、プロステーシス又はインプラントのためのセラミック焼結材料、並びに少なくとも一方の関節パートナーが前記セラミック材料から成るプロステーシスの人工関節に関する。
【０００２】
人工関節を有するプロステーシスの場合、人間又は動物の組織との所要の適合性、即ちいわゆる生体適合性と、関節パートナーの高い摩擦負荷とに基づき、僅かな材料しか使用できない。金属材料については、例えばＴｉＡｌ６Ｖ４，ＴｉＡｌ６Ｎｂ７及びコバルトクロム（ＣｏＣｒＭｏ）等のチタンベースの合金が有利であることが判った。プラスチックについては、特にポリエチレンが股関節−生体プロステーシスのソケットに使用されており、酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウムが使用可能なセラミック材料である。前記の材料の内の１つから成るプロステーシスは、人間又は動物の組織において問題を生ぜしめることはないが、しかし前記材料は人工関節の場合のように、互いに重なり合って任意に組み合わされることに基づき摩擦対が生ぜしめられる場合は、互いに重なり合って任意に組み合わせることはできない。更に、腐食媒体としての体液の存在を顧慮しなければならない。
【０００３】
関節においては、例えば股関節−生体プロステーシスの場合のように酸化アルミニウムから成る関節パートナー対が特に有利であることが判った。。ボールもソケットも、同じセラミック材料から製作されている。刊行物”Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ”,１８（１９９７），Ｎｏ．１２，第８７３〜８７６頁に記載のＦｒｕｅｈ，Ｗｉｌｌｍａｎｎ及びＰｆａｆｆ著の”Ｗｅａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ−ｏｎ−ｃｅｒａｍｉｃ ｆｏｒ ｈｉｐ ｅｎｄｏｐｒｏｓｔｈｅｓｅｓ”に基づき公知のように、酸化アルミニウムから成る関節パートナーと酸化ジルコニウムとから成る関節パートナーとは、互いに対を成すことはできない。なぜならば、これにより許容不可能な摩耗が生じるからである。また、酸化ジルコニウムから成る各関節パートナーのカップリングも、摩耗に基づき不可能である。
【０００４】
但し、酸化ジルコニウム−セラミックによって、同じ寸法の場合に、特に比較的高い交番負荷に対してより高い安全性を有する工作物が製作され得る。この理由に基づき、例えば股関節−生体プロステーシスのボールヘッド直径を直径２８ｍｍ未満で酸化アルミニウムから製作することは有利ではない。しかし、２８ｍｍ未満の直径は、所要の強度及び疲れ強さを備えた酸化ジルコニウムから成るセラミックから問題無く実現可能である。但し、酸化ジルコニウム−セラミックから成るボールを、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとから成るソケットに対しては支承できないという欠点がある。従って、酸化ジルコニウムから成るボールをポリエチレンのソケットに支承することは一般的ではあるが、このことは、ポリエチレン粒子の摩耗を惹起し、これにより、医学的な問題が結果として生じる。
【０００５】
米国特許第４９５０２９４号明細書に基づき、人工骨又はインプラントのための、主に酸化アルミニウム成分を含有する酸化ジルコニウムから成る材料が公知である。この場合、前記の両材料の量は、各使用目的のために互いに最適に調整することができる。前記刊行物には、上で述べた公知の材料から成る構成部材を、関節パートナーとして耐摩耗性の関節を形成するように組み立てることは記載されていない。
G.Willmannの刊行物、 20 Jahre Aluminiumoxidkeramik fuer die Medizintechnik, Biomed. Technik, 39(1994), 73-78には、人工股関節生体プロステーシスの公知の材料の特性が紹介されている。この場合、インプラントに適した材料から成るソケットとボールヘッドとの可能な組合わせが評価される。セラミック焼結材料としては、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとが個別に挙げられている。これによれば、プロステーシス構成部材はそれぞれ前記セラミック材料の内の１つだけから成っている。酸化アルミニウムの酸化ジルコニウムとの材料カップリング及び酸化ジルコニウム同士の材料カップリングは、人工股関節においては不適切であると見なされる。
従って、本発明の課題は、セラミック材料から成る関節パートナーを有するプロステーシスに関して可能な材料カップリングを紹介することであり、これにより、最適な摩耗特性を備えた新たな構成が可能になる。
【０００６】
この課題は、本発明では請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。本発明の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。
【０００７】
更に、０．１〜４０質量パーセントの酸化アルミニウム添加物を含有する酸化ジルコニウムから成る材料は、関節パートナーの寸法、例えば２８ｍｍ未満の股関節−生体プロステーシスのボール直径を実現するという可能性を提供する。この場合、酸化ジルコニウムの良好な熱及び機械特性を、酸化アルミニウムの卓越した摩擦特性と組み合わせることができる。
【０００８】
本発明による材料カップリングは、例えば摩耗の理由に基づき従来は実現され得なかったプロステーシスの人工関節を可能にする。
【０００９】
特に良好な摩擦特性、耐摩耗性、良好な熱及び機械特性に関連した僅かな加熱及び疲れ強さにおける高い強度に基づき、１５〜２５質量パーセントの酸化アルミニウム添加物を含有する酸化ジルコニウムから成る焼結材料が提供される。
【００１０】
酸化ジルコニウム相の安定化は、有利には例えば希土類酸化物、アルカリ土類酸化物、酸化チタン、酸化クロム又は酸化ハフニウム等の公知の安定剤成分が１０質量パーセント未満である場合に達成される。
【００１１】
両関節パートナーが同じ材料組成を有していると、更に有利である。これにより、滑動パートナーの摩耗特性が一致する。酸化アルミニウム量の増大に伴って、摩耗に対する抵抗が増大する。
【００１２】
しかし、関節パートナーの内の一方が、他方のパートナーよりも多くの酸化ジルコニウム量を有している場合が有利であってもよい。このことは、例えば股関節−生体プロステーシスのボールの場合が該当していてよく、これにより、酸化ジルコニウムの好適な材料特性を、特にボール寸法に関して完全に利用できるようになる。
【００１３】
この材料組成は、５質量パーセント以上の酸化アルミニウム量を有する酸化ジルコニウムから成る１関節パートナーが、純粋な酸化アルミニウムからなる１関節パートナーとカップリングされ得るということも可能にする。これにより、酸化アルミニウムの良好な摩擦特性が十分に利用され得る。
【００１４】
材料組成の特性は、有利には人工股関節において利用され得る。この場合、関節のボールは比較的多くの酸化ジルコニウム量を有する材料から成っている。特に、ボールは最も激しく負荷される関節パートナーなので、前記のような材料組成を以て、酸化アルミニウムの良好な摩擦特性が酸化ジルコニウムの良好な熱及び機械特性と組み合わされる。
【００１５】
酸化ジルコニウムの機械的及び熱的材料特性に基づき、直径が２８ｍｍよりも小さな股関節プロステーシスのボールを製作し、最適な摩耗特性を可能にするために酸化アルミニウム−セラミックから成るソケットと対にすることが有利に可能である。
【００１６】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１７】
股関節−生体プロステーシス１は、２つの部分から成るソケット２を有しており、このソケット２は、金属のソケットケーシング３と一緒に骨に固定されており且つセラミックのソケット挿入部材４を収容している。このソケット挿入部材４の中空の球形の支承面５において、ボール６が運動することができる。このボール６もやはりセラミックから成っており且つ円錐形の孔７を有している。例えばコバルト合金ＣｏＣｒＭｏ等の生体に適した金属から成るシャフト８は、テーパがボール６に設けられた孔７のテーパと一致するピン９を有している。このピン９は、プレス嵌めによってボール６の孔７に固定される。
【００１８】
本実施例では、関節パートナー、即ちボール６とソケット挿入部材４とに関して、前記ボール６は、５質量パーセント以上の酸化アルミニウム量を含有する酸化ジルコニウムから成っている。ソケット挿入部材４は、公知の組成の酸化アルミニウムセラミックから成っている。ボール６は、２８ｍｍよりも小さな直径を有している。本発明による材料組成は、純粋な酸化アルミニウムから成る材料によって可能なボール直径よりも著しく小さなボール直径を可能にする。前記材料から成るボールは、酸化アルミニウムから成るソケット挿入部材と一緒に、摩耗及び腐食による損傷が生じること無しに安全に関節対を形成するように組み立てられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 モジュール式で構成された本発明による材料から成る股関節−生体プロステーシスの個別部材を概略的に示した図である。
【符号の説明】
１ 股関節−生体プロステーシス
２ ソケット
３ ソケットケーシング
４ ソケット挿入部材
５ 支承面
６ ボール
７ 円錐形の孔
８ シャフト
９ ピン

Claims (7)

1. プロステーシスの人工関節であって、プロステーシスの関節パートナー（４，６）がセラミック焼結材料から成っており、該焼結材料が、主として酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムである形式のものにおいて、
   両関節パートナー（４，６）が、それぞれ０．１〜４０質量パーセントの酸化アルミニウム添加物を含有する酸化ジルコニウムから成る焼結材料から成っていることを特徴とする、プロステーシスの人工関節。
2. 焼結材料が、１５〜２５質量パーセントの酸化アルミニウム添加物を含有する酸化ジルコニウムから成っている、請求項１記載のプロステーシスの人工関節。
3. 焼結材料が、１０質量パーセント未満の量の、酸化ジルコニウム相のための公知の安定剤を有している、請求項１又は２記載のプロステーシスの人工関節。
4. 一方の関節パートナーが、他方の関節パートナーよりも多くの酸化ジルコニウム量を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のプロステーシスの人工関節。
5. 関節が人工股関節（１）である、請求項１から４までのいずれか１項記載のプロステーシスの人工関節。
6. 関節（１）のボール（６）が、関節（１）のソケット挿入部材（４）よりも多くの酸化ジルコニウム量を含有する材料から成っている、請求項４記載のプロステーシスの人工関節。
7. 関節（１）のボール（６）の直径が２８ｍｍよりも小さい、請求項６記載のプロステーシスの人工関節。

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