JP6046709B2 - 経皮的な骨結合補綴インプラント・システム - Google Patents

経皮的な骨結合補綴インプラント・システム Download PDF

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Description

関連出願への相互参照
本出願は、2011年6月6日に出願した米国仮特許出願第61/493,914号、2012年2月3日に出願した米国仮特許出願第61/594,815号、および2012年4月11日に出願した米国仮特許出願第61/622,783号の優先権を主張するものであり、それらの各々は、本明細書によって参照により本明細書に全体として組み込まれる。
本発明は、一般に、人工補綴物を被験体の選択した骨に固着するためのインプラント・システムに関し、より詳細には、被験体の選択した骨への人工補綴物のモジュール方式骨結合固定のためのインプラント・システムに関する。
政府支援の陳述
本発明は、国防総省によって授与された契約番号PR054520、国立衛生研究所によって授与された契約番号R01HD061014、国立衛生研究所によって授与された契約番号1RC1AR058356、退役軍人省によって授与された契約番号#RX000262−01、退役軍人省によって授与された#A5−4159RA、米陸軍医療研究所資材司令部によって授与された契約番号#10091004、および米陸軍の軍事肢切断者研究プログラムの遠隔医療および最先端技術研究センターによって授与された契約番号#W81XWH−05−1−0628の下で米国政府の支援を受けてなされたものである。政府は、本発明における一定の権利を有する。
四肢の切断は、外傷または外科的インターベンションの結果として生じ得る。現在、その制限にも関わらず、ソケット技術が、患者の切断した残りの手足に外部補綴器具を取付けおよび/または合体することについての、標準的なケアのままである。
ソケット補綴物を身に付けた肢切断者に関する最近の臨床総説は、ソケット補綴物を身に付けた肢切断者の8%から50%が、補綴物の使用の一時的な中止を必要とする1つまたは複数の皮膚の病状に悩まされていることを示唆している。これらの肢切断者が一貫して自らの補綴物を使用できないことは、かなり大きい生活の質の低下を表す。下肢切断者においては、補綴物の使用の制限は、追加の共存症に対する肢切断者の罹患性を増加させる。現在のソケット補綴物の設計に関連した多くの病状には、相互につながった生化学と生体力学のきっかけがある。
高い感染率は、現在の補綴物システムの主要な制限のままである。高い感染率は、しばしば、皮膚・インプラント境界面における皮膚シールの欠如に関連し、これによって間質組織へ侵入する日和見感染細菌の理想的な直接路がもたらされ、しばしばサイナストラクト(sinus tract)を形成することになる。これは、続いて深部感染、骨量減少、およびインプラント除去になり得る。抗生物質耐性病原菌の急速な進化、およびメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)症状の高発生率のため、これらの感染症は、従来の抗生物質治療を用いて治療可能でない場合がある。一般に、この結果は、装置の除去、およびさらなる手足組織の喪失となる。
したがって、当技術分野で必要とされているものは、インプラント・皮膚境界面におけるシールの形成を可能にし、ソケット補綴物に関連した皮膚に関する合併症を減少させ、固有受容性を改善し、外部人工補綴物を着用できる期間を延長し、補綴物を着用する肢切断者のエネルギー消費を減少させ、それによって肢切断者の生活の質全体を改善する本質的に適応可能なモジュール方式経皮的骨結合補綴インプラント・システム(modular percutaneous osseointegrated prosthetic implant system)である。
本発明は、被験体の組織領域の選択した骨内の用意部位に人工補綴物を固着するためのインプラント・システムに関する。インプラント・システムは、ステムおよび当接部を備えることができる。ステムは、細長いシャフト部分および襟部を備えることができる。ステムの細長いシャフト部分は、選択した骨の用意部位内に受け入れられるステムの挿入端を画定する。細長いシャフト部分は、骨の内部成長、および骨結合として知られる被移植骨の組織との嵌合を促すステムの長手方向軸に沿って選択した長さを有する多孔性領域を有することができる。ステムの襟部は、ステムの第2の端、および細長いシャフト部分の外面から半径方向外側に延びる肩面を画定する。適宜、肩面は、骨結合を促す多孔性領域を有することができる。襟部および細長いシャフト部分は、協働して、ステムの中心ボアを定める。ステムの長手方向長さと細長いシャフト部分の多孔性領域の選択した長さの間の比は、約3:1から約10:1の範囲とすることができる。襟部の外面の少なくとも一部は、生体接着を抑制するように構成することができる。
当接部は、取付け要素と、柱部と、固定要素とを備える。取付け要素は、当接部がステムに動作可能に結合されるようにステムにしっかり取り付けることができる。柱部は、第1の挿入端部と、対向する第2の端部と、第1の端部と第2の端部の間の中央部とを有することができる。取付け要素をステムに取り付けると、第1の挿入端部は、ステムに対して動作可能に配置することができ、対向する第2の端は、取付け部を人工補綴物に選択的にしっかり取り付けるように構成することができる。柱部の外面の少なくとも一部は、生体接着を抑制するように構成することができる。固定要素は、当接部の長手方向軸に沿って選択した位置で柱部の外面に固着することができる。固定要素は、柱部の隣接部分の外面に対して半径方向外側に延び、それによって選択した骨内の用意部位に近接している被験体の組織に当接するように構成される固定面を画定することができる。適宜、固定要素は、多孔質材料で形成することができる。
本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する添付図面は、後述のいくつかの態様を示し、本説明と共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。図面全体を通じて、同じ番号は、同じ要素を表す。
本明細書に説明されるようなインプラント・システムに用いるための典型的なステムを示す図である。 本明細書に説明されるようなインプラント・システムに用いるための典型的な当接部を示す図である。 本明細書に説明されるようなステムおよび当接部を有する典型的なインプラント・システムを示す図である。 本明細書に説明されるような当接部の柱部の典型的な先細り面の拡大図である。本明細書に説明されるような固定要素に対する先細り面の典型的な構成を示す図である。 本明細書に説明されるような当接部の柱部の典型的な先細り面の拡大図である。本明細書に説明されるような典型的な第1の先細り面および第2の先細り面のそれぞれの配向角度を示す図である。 本明細書に説明されるようなステムの典型的な襟部を示す図である。図6Aおよび図6Bは、先細った細長い部分を有する典型的な襟部を示す図であり、一方、図6Cは、直径がほぼ不変である細長い部分を有する典型的な襟部を示す図である。 本明細書に説明されるような典型的なステムを示す図である。図7A〜図7Bは、選択的に取付け可能な襟部および細長いシャフト部分を有する典型的なステムを示す図であり、一方、図7Cは、襟部のみを有する典型的なステムを示す図である。 後述の実験例の節に記載された滑らかなグループ(n=8)および多孔性コーティングされたグループ(n=14)のカプラン・マイヤー(Kaplan−Meier)生存曲線を示す図である。ログランク検定は、本明細書に説明されるような多孔性コーティングされた皮下障壁は、滑らかな皮下障壁と比べて感染を防ぐことを示すグループ間の有意差(p=0.018)を示した。
本発明は、以下の詳細な説明、実施例、図面、特許請求の範囲、およびその前後の説明を参照することによってより容易に理解することができる。しかし、本装置、システム、および/または方法が、開示および説明される以前には、当然ながらそうしたものは変更できるので、特に定めのない限り、本発明は、開示した特定の装置、システムおよび/または方法に限定されないことを理解されたい。本明細書中に用いられる専門用語は、特定の態様を説明するためのものに過ぎず、限定しているものではないことも理解されたい。
本発明の以下の説明は、現在最もよく知られた実施形態の中で本発明の教示を可能にするものとして与えられる。そのために、当業者は、本明細書に記載の本発明の様々な態様に多くの変更がなされつつ、本発明の有益な結果をさらに得ることができることを認識および理解されよう。本発明の所望の利益のいくつかは、他の特徴を利用することなく本発明の特徴のいくつかを選択することによって得ることができることも明らかであろう。したがって、当業者は、本発明の多くの修正形態および適用形態が可能であり、ある種の状況では望ましいものでさえあり得、本発明の一部であることを認識されよう。したがって、以下の説明は、本発明の原理の例示として与えられ、その限定ではない。
全体を通じて使用されるように、単数形「a」、「an」および「the」は、文脈上別段の意味を明らかに示していない限り、複数の概念を含む。したがって、例えば、「a porous region(多孔性領域)」と呼ぶことは、文脈上別段の意味を示さない限り、2つ以上のそのような人工補綴物を含むことができる。
本明細書に用いられるとき、単語「または(or)」は、特定のリストの中に任意の1つの要素を意味し、そのリストの中の要素の任意の組み合わせも含む。
範囲は、「約(about)」ある特定の値から、および/または「約」別の特定の値までと本明細書に表現することができる。そのような範囲が表現されるとき、別の態様は、ある特定の値からおよび/または他の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を使用することによって値が近似として表現されるとき、この特定の値は、別の態様を形成することが理解されよう。各範囲の端点は、他方の端点に関連して、および他方の端点とは無関係に共に重要であることがさらに理解されよう。
本明細書に用いられるとき、用語「適宜(optional)」または「適宜に(optionally)」は、続いて記載される事象または状況が、生じても生じなくてもよく、この説明は、この事象または状況が生じる例と、この事象または状況が生じない例とを含むことを意味する。
個体は、「被験体」によって表される。被験体なる用語は、人間を包含できると共に、小動物または実験動物、および霊長類も包含できる。実験動物は、ハツカネズミまたはクマネズミなどのげっ歯類を包含するが、それらに限定されない。実験動物の用語は、ハツカネヅミ、クマネズミ、猫、犬、魚、ウサギ、モルモット、げっ歯類などが含まれる動物、小動物、小型実験動物、または被験体と相互に交換可能に使用されもする。実験動物なる用語は、特定の年齢または性別を示さない。したがって、男女を問わず、成体動物および新生動物、ならびに(胚を含む)胎児が含まれる。
本明細書に用いられるとき、用語「挿入点(insertional)」は、第2の要素に挿入するように構成される第1の要素の端を指す。例えば、本明細書に用いられるとき、要素の「挿入」端は、骨内の用意部位(prepared site)に挿入するように、またはインプラント・ステムに挿入するように構成することができる。
本明細書に用いられるとき、用語「超低摩擦面」は、表面と他の材料の間の接着および/または吸着を抑制するように構成される1種類または複数種類の材料を含むまたはそれでコーティングされる表面を指す。例えば、本明細書に説明されるような「超低摩擦面」は、内部成長があったとしても、表面と生体組織、体液および細菌との間の同化および/または接着をほとんど可能にしない。本明細書に説明されるような「超低摩擦面」によって可能にされる生体接着の減少は、創傷治癒の改善のための徹底的な手術後排出を可能にし、「自宅での」洗浄(“at−home” cleaning)を容易にし、感染の発生率を減少させることができると考えられる。典型的な超低摩擦面は、超疎水性材料を含むまたは超疎水性材料でコーティングされる表面を含む。追加の典型的な超低摩擦面は、例えば、限定するものではないが、金、セラミックス、ポリマー(例えば、超高分子量ポリエチレン)、ダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC:diamond−like carbon)コーティング、酸化ジルコニウム、窒化チタンなどを含む。本明細書に説明されるような典型的な「超低摩擦面」は、(超潤滑に近づく)約0.6以下、より好ましくは約0.01以下である摩擦係数を有し得ると考えられる。
本明細書には、人工補綴物を被験体の手足に固着するためのインプラント、インプラント・システム、および方法が開示される。開示したインプラント、インプラント・システム、および方法は、被験体の骨および皮膚を人工補綴物が動作可能に取り付けられるインプラントに組み込むことを可能にするために使用できると考えられる。開示したインプラント、インプラント・システム、および方法は、被験体の皮膚とインプラントの間のシールの形成を可能にし、それによってインプラントと被験体の皮膚の間の境界面で感染の可能性を最小にすることができるとさらに考えられる。開示したインプラント、インプラント・システム、および方法は、被験体の皮膚の植え込み後の移動を最小にすることができ、それによって被験体の皮膚とインプラントの間のポケットの形成の可能性を減少させることがいっそうさらに考えられる。特定の応用では、開示したインプラント、インプラント・システム、および方法は、軍人、退役軍人、および民間人の下肢肢切断者を切断以前の/改善された活動レベルに戻すために使用することができると考えられる。概して、上記の目的は、被験体の骨および周囲組織に対してのインプラントの所望の配置および/または向き、ならびにインプラントと人工補綴物の間の所望の取付けを実現するようにインプラントの様々な特徴、例えば、本明細書に説明されるようなステムおよび/または当接部の特徴などの選択を最適化することによって実現することができると考えられる。
図1〜図5を参照すると、人工補綴物を、被験体の組織領域の選択した骨、例えば、被験体の上肢または下肢内の選択した骨などに固着するためのインプラント・システム10が示される。本明細書に用いられるとき、用語「用意部位」は、従来の外科的方法を用いて、例えば、本明細書に記載のステム・インプラント(stem implant)などのインプラントを受け入れるように用意される被験体の選択した骨内の任意の位置を指す。典型的な態様では、用意部位は、選択した骨の髄内空所であり得る。さらなる典型的な態様では、選択した骨は、被験体の大腿骨であり得る。しかし、開示した方法、システム、ならびにそのステップおよび構成要素は、例えば、被験体の上肢または下肢内の任意の骨を含む、被験体の組織領域内の任意の骨と共に使用することができると考えられる。インプラント・システム10は、人工補綴物を選択した骨内の用意部位に固着するために使用することができると考えられる。典型的な態様では、インプラント・システム10は、ステム20、および当接部50を含むことができる。これらの態様では、ステム20は、取付け部を選択した骨に固着するように構成することができ、当接部50は、取付け部をステムに固着するように構成することができる。当接部50をステム20に取り付けた後、当接部は、取付け部を人工補綴物に固着するように構成することができる。
一態様では、図1および図3に示されるように、ステム20は、長手方向軸22および長手方向長さ24を有することができる。本態様では、ステム20の長手方向長さ24は、約1インチから約10インチの範囲とすることができると考えられる。大腿部の人工補綴物応用では、ステム20の長手方向長さ24は、約2インチから約10インチの範囲とすることができると考えられる。典型的な大腿部の人工補綴物応用では、ステムの長手方向長さ24は、約6インチから約10インチの範囲とすることができると考えられる。別の態様では、適宜、ステム20は、ステムの挿入端30を画定すると共にステムの外径を規定する外面28を有する細長いシャフト部分26を備えることができる。本態様では、ステム20の挿入端30は、選択した骨内の用意部位内に受け入れられるように構成することができる。ステム20は、用意部位内にしっかりと受け入れでき、それによってステムの長手方向軸22は、選択した骨の長手方向軸とほぼ軸方向に揃えられると考えられる。一態様では、ステム20は、例えば、限定するものではないが、医療グレードのチタン、コバルト・クロムなどが含まれる1つまたは複数の金属材料から構成することができる。典型的な態様では、ステム20の細長いシャフト部分26の外面28の少なくとも一部は、細長いシャフト部分に所望の表面粗さを付与するように従来の方法を用いてグリットブラストすることができ、それによって骨の取付けを改善する。適宜、ステム20の細長いシャフト部分26の外面28は、選択した骨との固定を促すように構成される少なくとも1つの溝、少なくとも1つのリブ、および/または少なくとも1つのスロットを備えることができる。典型的な態様では、細長いシャフト部分26の外面28は、ステム20の長手方向軸22にほぼ垂直に向けられる複数の離間したリブを備えることができると考えられる。ステム20の外径は、約0.25インチから約1.00インチ、より好ましくは約0.5インチから約0.75インチの範囲とすることができると考えられる。
適宜、典型的な態様では、ステム20の細長いシャフト部分26は、自然骨(native bone)内の解剖学的湾曲(anatomical bow)の生理学的特性を真似るように構成されてもよく、それによって植え込み後のステムのねじれ変位を減少させおよび/または制限し、ステムの短期性能と長期性能の両方を改善する。ステム20の細長いシャフト部分26は、近位インプラントの結合を防ぎ、応力遮蔽による続く遠位骨の委縮を制限するように構成できるとさらに考えられる。典型的な態様では、選択した骨が大腿骨であるとき、選択した骨は、約100mmから約1,400mmの範囲である曲率半径に沿った骨髄湾曲について構成することができ、約100mmから約1,700mmの範囲である皮質の湾曲について構成することができると考えられる。これらの態様では、ステム20の細長いシャフト部分26は、約600mmから約900mm、より好ましくは約700mmから約800mmの範囲である曲率半径に沿って湾曲するように構成することができると考えられる。係合/インプラントした装置の曲率の量は、ステムの全長、および切断後のステムの最適な着座位置に依存し得ることがさらに考えられる。典型的な大腿部の応用では、切断後のステムの最適な着座位置は、切断された大腿骨の遠位端と膝関節の関節空間の間が約16mmの距離内とすることができると考えられる。これらの応用では、ステムの曲率半径は、ステムの長さが、無傷の/全体の大腿骨の長さに当初少なくともほぼ対応すると仮定することによって決定および/または計算することができると考えられる。典型的な態様では、係合された/植え込まれたステムについての湾曲量は、より大きい転子の下方/下、および切断/骨切除カット(transection/bone resection cut)の遠位端の上方/上に位置するシャフトの残りの長さに存在する湾曲量(すなわち、湾曲した弧の長さ)にほぼ等しいものであり得ると考えられる。非大腿部応用の場合(選択した骨が大腿骨でないとき)、同様のプロセスは、ステムについての所望の骨髄湾曲の特徴を決定するように従うことができると考えられる。
さらなる態様では、細長いシャフト部分26は、ステムの長手方向軸22に沿って選択した長さ34を有する多孔性領域32を備えることができる。典型的な態様では、ステム20の長手方向長さ24と多孔性領域32の選択した長さ34の比は、約1.5:1から約20:1の範囲とすることができ、より好ましくは約4:1から約8:1の範囲とすることができる。したがって、典型的な態様では、多孔性領域32の選択した長さ34は、約0.1インチから約4インチ、より好ましくは約0.5インチから約3インチの範囲とすることができると考えられる。
追加の態様では、ステム20のモジュール方式の特徴は、重大な外科的インターベンションの必要なしで、ステムの設計のさらなる最適化のためのプラットフォームを与えることができると考えられる。例えば、多孔性領域の制約された寸法は、残りの骨の損失または破壊を最小にしてステムを除去および/または修正することを可能にするように構成することができると考えられる。ステムの植え込み後の骨感染症の場合には、ステムを除去することができ、手術によって修正された箇所は、排出することが許容され得るものであり、治療処置法が、際立った組織の損失または被験体への害なく実行できるとさらに考えられる。
別の典型的な態様では、細長いシャフト部分26の多孔性領域32は、細長いシャフト部分の隣接部分の外面28に対して窪まされてもよい。適宜、本態様では、多孔性領域32は、細長いシャフト部分26の外面28の窪んだ部分を備えることができ、この窪んだ部分は、基板をコーティングするための知られた方法を用いて多孔質材料でコーティングされる。適宜、多孔性領域32は、多孔質材料の連続的な外周層を備えてもよいと考えられる。代替として、適宜、多孔性領域32は、多孔性領域の有効な周囲のまわりに離間している複数の多孔性区域を備えてもよいと考えられる。適宜、細長いシャフト部分26の外面28は、多孔性領域32のそれぞれの離間した多孔性区域の外側境界を画定することができる。例えば、細長いシャフト部分26の外面28は、ステム20の長手方向軸22に沿って多孔性領域32を通じて連続的に延在する1つまたは複数の狭い領域を備えることができ、1つまたは複数の狭い領域の各狭い領域は、隣接した多孔性区域間の境界を形成すると考えられる。適宜、別の態様では、多孔性領域32に対応する細長いシャフト部分26の一部は、細長いシャフト部分の外面28が、多孔性領域の位置で不連続であるように多孔質材料の外面を少なくとも有する別個の構造を備えることができ、細長いシャフト部分は、多孔性領域の両側で別個の区域に分割され、多孔性領域32は、細長いシャフト部分の区域同士を接続する。細長いシャフト部分26の多孔性領域32は、知られたミーリング(milling)技法を用いて形成することができると考えられる。
一態様では、多孔性領域32は、多孔性チタンから構成することができる。本態様では、多孔性領域32は、ほぼ純粋な多孔性チタンから構成することができて、それによって多孔性領域の長さに沿った骨の内部成長および結合によって骨結合を改善すると考えられる。しかし、他の医療グレードの多孔性金属、ならびに多孔性ポリマーおよびセラミックスが、本明細書に説明されるように使用されてもよいと考えられる。典型的な態様では、細長いシャフト部分26の多孔性領域32は、約0.5mmから約2.0mmの範囲の厚さを有することができる。さらなる典型的な態様では、細長いシャフト部分26の多孔性領域32の多孔率は、約40%から約80%、より好ましくは約50%から約70%の範囲とすることができる。これらの態様では、多孔性領域32の各細孔のサイズは、約25μmから約1,000μm、より好ましくは約20μmから約400μmの範囲とすることができると考えられる。しかし、理解するように、多孔性領域32についての所望の多孔率および細孔のサイズは、例えば、限定するものではないが、被移植骨のストック(stock)/状態、切断原因、患者の年齢、残りの手足の長さ、最初の損傷からの時間、切断からの時間、患者の血管の健康状態、および他の要因に応じて選択的に変更することができると考えられる。
ステム20を用意部位内にしっかり受け入れると、ステムの多孔性領域32は、被験体の選択した骨のステムの中への結合および内部成長を促進するように構成することができると考えられる。(選択した骨とステム20の多孔性領域32の間の)そのような骨結合は、固有受容性(すなわち、動的な外部人工補綴物の負荷感覚)の改善、および歩行効率(gait efficiency)(すなわち、生理学的エネルギー消費の改善)を通じて被験体の手術後の生活の質の改善をもたらすことができるとさらに考えられる。
追加の態様では、ステム20は、外面46を有すると共にステムの第2の端38を画定する襟部36を備えることができる。本態様では、ステム20の第2の端38は、ステムの長手方向軸22に沿ってステムの挿入端30から離間している。一態様では、襟部36の少なくとも一部は、細長いシャフト部分26の外径より大きい外径を有することができる。本態様では、襟部36は、細長いシャフト部分26の外面28から半径方向外側に延びる肩面40を画定することができると考えられる。肩面40は、選択した骨と同じ高さの境界面および/またはシールを形成するように構成することができると考えられる。肩面40と選択した骨の間に形成される同じ高さの境界面および/またはシールは、グラウンド反力(ground reaction force)を被験体の骨格組織にほぼ直接伝えることを可能にし、それによって骨委縮を防ぐことができるとさらに考えられる。典型的な態様では、肩面40は、ほぼ平坦であり、ステム20の長手方向軸22に対してほぼ垂直に延びることができる。しかし、肩面が、選択した骨と同じ高さの境界面の形成を可能にするならば、肩面40は、面取りした面とすることができ、または別の面形状を有することができると考えられる。肩面は、被験体内の隣接した組織の形状にほぼ適合するように成形することができるとさらに考えられる。典型的な態様では、肩面40は、ステム20の長手方向軸22を中心にしたほぼ円形の断面形状を有し得る。しかし、選択した骨と同じ高さの境界面の形成を可能にし、選択した骨に対する所望の支持を行う楕円形状または他の断面形状も考えられる。適宜、襟部36の外面46の少なくとも一部は、本明細書に説明されるような多孔質材料から構成することができる。
適宜、襟部36の外面46は、ステムの第2の端38から肩面40へステム20の長手方向軸22に沿って外側に先細り、傾斜および/または湾曲した動きがあってもよい。この態様では、襟部36の外面46の先細り、傾斜および/または曲率は、被験体内の隣接した組織構造の形状に実質的に適合するように構成することができると考えられる。
典型的な態様では、肩面40は、少なくとも1つの多孔性領域44を含むことができる。これらの態様では、肩面20の少なくとも1つの多孔性領域44は、医療グレードの多孔性金属、ポリマー、セラミックなどから構成することができる。一態様では、肩面40の少なくとも1つの多孔性領域44は、例えば、限定するものではないが、多孔性チタンから構成することができる。肩面40の少なくとも1つの多孔性領域44は、知られたコーティング法を用いて肩面に施された多孔質コーティングの形態であり得ることが考えられる。代替として、肩面40の少なくとも1つの多孔性領域44は、知られたミーリング技法を用いて形成することができると考えられる。典型的な態様では、肩面40の少なくとも1つの多孔性領域44は、約0.5mmから約2.0mmの範囲の厚さを有することができる。さらなる典型的な態様では、肩面40の少なくとも1つの多孔性領域44の多孔率は、約40%から約70%、より好ましくは約50%から約80%の範囲とすることができる。これらの態様では、肩面40の少なくとも1つの多孔性領域44の各細孔のサイズは、約25μmから約1,000μm、より好ましくは約30μmから約400μmの範囲とすることができると考えられる。襟部36の肩面30の少なくとも1つの多孔性領域44は、骨の結合を促進し、増大させるように構成され、それによってインプラント・システム10と骨の遠位端の間の連続的な荷重伝達を確実にすることができると考えられる。この界面で適切に減らされた荷重伝達によって、切断した骨の遠位骨端における応力遮蔽による骨の再吸収を防ぐことができ、より近位で骨肥厚を促すことができるとさらに考えられる。
適宜、様々な態様では、ステム20の細長いシャフト部分26の多孔性領域32は、ステムの長手方向軸22に沿って襟部36の肩面40から離間していてもよい。これらの態様では、ステム20の細長いシャフト部分26の多孔性領域32と肩面40の間の空間は、残りの手足の最遠位部分で切除切断面を規定できると考えられる。切除が必要とされる場合、骨の最遠位端におけるカット(cut)の導入は、さらなる残りの手足の長さの喪失を避けるのを助けることができるとさらに考えられる。外周のカットが作製され、張力がステム20の第2の端38に加えられると、骨が窪んだ多孔性領域の相互作用面における係合は、ステム20は骨から抜け出すことができるように実質的に弱められ得ることがいっそうさらに考えられる。骨−多孔性領域の境界面に沿った開裂は、残りの皮質骨を破壊せずにステムが「滑らかに」抜けることを可能にすることができるといっそうさらに考えられる。
さらなる態様では、襟部36の外面46の少なくとも一部は、生体接着を抑制するように構成することができる。本態様では、上で定めたように、生体接着を抑制するように構成される襟部36の外面46の一部は、超低摩擦面を備えることができる。超低摩擦面を備える襟部36の外面46の一部は、ステム20の第2の端38を含むことができると考えられる。別の態様では、生体接着を抑制するように構成される襟部36の外面46の一部は、高度研磨面を備えることができ、高度研磨面は、低い摩擦係数を有する。本態様では、高度研磨面を備える襟部36の外面46の一部は、ステム20の第2の端38を含むことができると考えられる。
典型的な態様では、本明細書に記載の高度研磨面は、約20μm未満、より好ましくは約5μm未満、および最も好ましくは約3μm未満である形状測定および/または白色干渉法分析からのR、すなわち最大の山対谷(P−V)の値を有することができると考えられる。さらなる典型的な態様では、本明細書に記載の高度研磨面は、約2μm未満である形状測定および/または白色干渉法分析からのR、すなわち最大の山対谷(P−V)の値を有することができる。これらの値は、ミーリングの刃および/または表面コーティングの適切な組み合わせによって予め決定または設計することができるとさらに考えられる。適切な形状測定分析は、表面上で特定の幾何学的形状を有するプローブを掃引および/またはスライドして表面材料の相対粗度を決定することによって行うことができる。白色光干渉法、光学技法を用いて、光の屈折および光学(および/または物理学)を使用して、所与の表面材料の相対粗度を決定することができる。形状測定と干渉法の両方、および他の知られている同等の技法を互いに併せて使用して開示したインプラント・システムの様々な要素の表面を特徴付けることができると考えられる。適宜、典型的な態様では、本明細書に記載の超低摩擦面は、約20μm未満、より好ましくは約5μm未満、最も好ましくは約3μm未満である形状測定および/または白色干渉法分析からのRt。すなわち最大の山対谷(P−V)の値を有することもできると考えられる。さらなる典型的な態様では、本明細書に記載の超低摩擦面は、約2μm未満である形状測定および/または白色干渉法分析からのR、すなわち最大の山対谷(P−V)の値を有することができる。
別の態様では、襟部36および細長いシャフト部分26は、ステム20の長手方向長さ24の少なくとも一部に沿って延びる中心ボア42を画定するように協働することができる。本態様では、襟部36は、ステムの長手方向長さ24の少なくとも一部に沿ってステム20の第2の端38から延びる内面48を画定することができると考えられる。図3に示されるように、内面48は、中心ボア42の中で実質的に終わり得るとさらに考えられる。典型的な態様では、襟部36の内面48は、ステムの第2の端38からステムの挿入端30に向かってステム20の長手方向軸22に沿って内側に先細りにできる。これらの態様では、襟部36の内面48は、従来のモールス・テーパ(Morse taper)を含むことができる。襟部36の内面48は、ステム20の長手方向軸22に対して約3度から約7度、より好ましくは約4度から約6度の範囲の角度で内側に先細りにできると考えられる。典型的な態様では、襟部36の内面48の先細りの角度は、本明細書に説明されるような当接部50の対応部分の先細りの角度にほぼ一致することができる。襟部36の内面48は、本明細書にさらに記載されるように当接部50の一部を受け入れる「雌」の先細りとして働くように構成することができると考えられる。典型的な態様では、ステムの中心ボアは、ねじ山付きボアであり得る。しかし、ボアは、本明細書に説明されるように取付け部を当接部に固着することを可能にする任意の形状および/または幾何学的構成を有することができると考えられる。
図2〜図3に示されるような典型的な態様では、当接部50は、長手方向軸52と、取付け要素54と、柱部56と、固定要素66とを備えることができる。これらの態様では、取付け要素54は、取付け部をステム20に固着するように構成することができる。一態様では、取付け要素54は、ステム20の中心ボア42内に受け入れられるように構成されるねじ山付きボルトを備えることができる。しかし、取付け要素54は、ステム20の中心ボア42内に取付け要素をしっかりと相補的に受け入れることを可能にする任意の形状および/または幾何学的構成を有することができると考えられる。典型的な態様では、当接部50は、当接部の長手方向全長に沿って延びる中心ボア55を画定することができる。本態様では、取付け要素54が、当接部50の中心ボア55内に配置することができ、ステム20と当接部50の間に取付け部を固着すると、取付け要素は、ステムの中心ボアおよび当接部の中心ボア内にしっかりと配置され、それによって当接部に安定性を与えるようになっていると考えられる。取付け要素54は、ステム20の中心ボア42内にしっかりと配置することができ、それによって当接部50の長手方向軸52は、ステムの長手方向軸22にほぼ揃えられると考えられる。
さらなる態様では、当接部50の柱部56は、外面58と、第1の挿入端部60と、対向する第2の端部62と、第1の端部と第2の端部の間に位置する中央部64とを有することができる。本態様では、第1の挿入端部60は、第1の挿入端61を備えることができ、第2の端部62は、第1の挿入端から当接部50の長手方向軸52に沿って離間した対向する第2の端63を備えることができると考えられる。柱部56は、ほぼ円筒形とすることができるとさらに考えられる。別の態様では、柱部56は、取付け要素54に動作可能に結合することができ、それによって取付け要素の取付け部をステム20に固着すると、当接部50の第1の挿入端部60が、ステム20に対して有効に配置するように構成され、当接部の対向する第2の端部62は、取付け部を人工補綴物に選択的に固着するように構成される。
別の態様では、当接部50の柱部56の外面58は、1つまたは複数の先細り面の一部を備えることができる。本態様では、1つまたは複数の先細り面の一部は、ほぼ一定に先細ることができると考えられる。代替として、1つまたは複数の先細り面の一部は、例えば、限定するものではないが、増加、減少または不定の先細りなどの異なった先細りを有してもよいとさらに考えられる。適宜、1つまたは複数の先細り面の一部は、当接部50の長手方向軸52に沿って離間することができる。典型的な態様では、当接部50の挿入端部60は、柱部56の中央部64から離れて柱部の挿入端61に向かって移動するとき当接部50の長手方向軸52に沿って内側に先細りである第1の先細り面70を備えることができる。これらの態様では、当接部50の挿入端部60の第1の先細り面70は、ステム20の襟部36の内面48内に相補的に受け入れられるように構成される「雄」の先細りとすることができると考えられる。第1の先細り面70は、約0.25度から約3度、より好ましくは約1度から約3度の範囲の角度71で当接部50の長手方向軸52に対して向けることができるとさらに考えられる。
さらなる態様では、図4〜図5に示されるように、柱部56の外面58は、柱部の挿入端部60と柱部の中央部64の間の境界面に近接して位置する第2の先細り面72を画定することができる。典型的な態様では、第2の先細り面72は、柱部56の中央部64から柱部の挿入端61に向かって当接部50の長手方向軸52に沿って内側に先細りにできる。これらの態様では、第2の先細り面72は、約1.5度から約5度の範囲の角度73で当接部の長手方向軸52に対して向けることができる。したがって、図5に示されるように、第2の先細り面72は、当接部50の長手方向軸52に対しての第1の先細り面70の配向角度71より大きい約1度から約1.5度である当接部の長手方向軸に対しての配向角度73を有することができると考えられる。別の典型的な態様では、第2の先細り面72は、本明細書に説明されるような固定要素の固定面に係合するように構成することができる(図4参照)。適宜、第1の先細り面70および第2の先細り面72は、当接部50の長手方向軸52に沿って離間されてもよい(図4参照)。代替として、第1の先細り面70および第2の先細り面72は、当接部50の長手方向軸52に沿ってほぼ連続的であってもよい。
典型的な態様では、柱部56の外面58の少なくとも一部は、生体接着を抑制するように構成することができる。一態様では、上記に定めたように、生体接着を抑制するように構成される柱部56の外面58の一部は、超低摩擦面とすることができる。本態様では、柱部56の中央部64は超低摩擦面であり得ると考えられる。第2の先細り面72が第1の先細り面70から離間配置される柱部56の構成では、第1の先細り面と第2の先細り面の間に配置される柱部の外面の一部が、超低摩擦面であり得るとやはり考えられる。
別の態様では、生体接着を抑制するように構成される柱部56の外面58の一部は、高度研磨面とすることができる。本態様では、柱部56の中央部64は、高度研磨面であり得ると考えられる。第2の先細り面72が第1の先細り面70から離間配置される柱部56の構成では、第1の先細り面と第2の先細り面の間に配置される柱部の外面58の一部は、高度研磨面であり得るとも考えられる。
追加の態様では、当接部50は、当接部50の長手方向軸52に沿って選択した位置で柱部56の外面58に固着される固定要素66を備えることができる。本態様では、固定要素66が、柱部56の隣接部分の外面58に対して半径方向外側に延びることができると考えられる。柱部の外面58に対して半径方向外側に延びる固定要素66の一部が、固定面68を画定できるとさらに考えられる。典型的な態様では、固定面68は、ほぼ平坦であり、当接部50の長手方向軸52に対してほぼ垂直に延びることができる。しかし、固定面68が、選択した骨内の用意部位に近接している被験体の軟組織の少なくとも一部との境界面を形成するように構成されるならば、固定面68は、面取りした面とすることができ、湾曲した面とすることができ、または別の面形状を有することができると考えられる。固定要素66によって画定される固定面68は、選択した骨内の用意部位に近接している被験体の軟組織に当接するように構成することができるといっそうさらに考えられる。固定要素66は、固定を促し、用意部位に近接している軟組織の回転/不安定化を抑制するように構成することができ、それによって炎症が低減され、治癒が速められるようになっているといっそうさらに考えられる。典型的な態様では、固定要素表面66は、選択した位置で柱部56の外面58に溶接することができる。これらの態様では、固定要素66は、知られている技法を用いて柱部56の外面58に冷間溶接することができると考えられる。固定要素66の選択した位置は、ステム20および当接部50を取り付ける人工補綴物の特定の配置および構成に応じて変更することができるとさらに考えられる。
取付け要素54および柱部56は、例えば、限定するものではないが、チタン、コバルト・クロムなどを含む従来の手術品質の金属材料から構成することができると考えられる。固定要素66は、所望の多孔率を有する任意の金属材料、ポリマー材料、またはセラミック材料から構成することができると考えられる。典型的な態様では、固定要素66の所望の多孔率は、約40%から約70%の範囲とすることができる。これらの態様では、固定要素66の各細孔のサイズは、約25μmから 約1,000μm、より好ましくは約30μmから約400μmの範囲とすることができると考えられる。別の態様では、固定要素66は、柱部56を形成する金属材料とは異なる、例えば、多孔性金属材料などの多孔質材料から構成することができると考えられる。例えば、固定要素66は、多孔性チタンから構成することができ、一方、柱部56は、コバルト・クロムから構成することができると考えられる。例えば、コバルト・クロムおよびチタンなどの2種類の異なる金属材料から構成される固定要素66および柱部56を使用することによって、設計要素のつながりを改善する有利な静電表面相互作用をもたらすことができると考えられる。固定要素66の多孔率は、インプラント・システム10と周囲の軟組織の間の相対運動を減少させて、被験体の炎症反応を低下させ、軟組織の捕獲(soft−tissue capture)の促進を通じて感染を減少させるまたは防ぐことによって軟組織の結果を改善することができ、それによって外部環境に対する生物学的障壁を維持するのを助けるとさらに考えられる。
適宜、別の態様では、インプラント・システム10は、過荷重保護機構80をさらに備えることができる。本態様では、過荷重保護機構80は、被験体の選択した骨が、例えば、人工補綴物などの被験体の身体の外側にあるインプラント・システムの一部が受ける破局的な荷重から保護されるように、ステムなどの骨結合した構成要素を外部環境から隔離する任意の従来の手段を含むことができると考えられる。図2〜図3に示されるように、過荷重保護機構80は、柱部56の第2の端部62に動作可能に結合できるとさらに考えられる。
適宜、襟部36は、ステム20の細長いシャフト部分26と一体に形成することができると考えられる。代替として、さらに適宜の態様では、襟部36は、ステムの細長いシャフト部分26と選択的に着脱可能に係合するように構成することができる。例えば、これらの態様では、襟部36は、ステム20の細長いシャフト部分26の少なくとも一部を受け入れるように構成される空所を画定できると考えられる。ステム20の細長いシャフト部分26は、押込嵌め(jam fit)、圧入嵌め、または他の摩擦嵌めで襟部36の空所内に配置するように構成できるとさらに考えられる。
典型的な態様では、図6A〜図7Cに示されるように、襟部36が、ステム20の細長いシャフト部分26と一体に形成されないとき、襟部36は、長手方向軸37を有することができ、(ステム20の第2の端38から離れるように)挿入方向に襟部の長手方向軸に沿って襟部36の肩面40から延びる細長い部分39を備えることができる。これらの態様では、襟部36の細長い部分39は、ステム20の細長いシャフト部分26を受け入れるように構成される襟部の空所の少なくとも一部を画定することができると考えられる。適宜、これらの態様では、襟部36の細長い部分39の少なくとも一部は、本明細書に説明されるような多孔質材料から構成することができるとさらに考えられる。いくつかの典型的な適宜の態様では、ステム20の細長いシャフト部分26は非多孔性とできる一方、襟部36の細長い部分39は多孔性領域を備えることができ、襟部の細長い部分の多孔性領域が、(上記のような)細長いシャフト部分の多孔性領域32とほぼ同様に肩面40に対して配置されることが考えられる。適宜、他の態様では、ステム20の細長いシャフト部分26、および襟部36の細長い部分39はそれぞれ、少なくとも1つの多孔性領域を備えることができる。さらなる態様では、襟部36の細長い部分39の少なくとも一部は、ステム20に所望の表面粗さを付与するようにグリットブラストし、それによってステムと被験体の選択した骨の間の取付け部の強度を増大させることができると考えられる。適宜、襟部36の細長い部分39の少なくとも一部は、ステム20と被験体の選択した骨の間の固定を改善するために溝付け、リブ付け、および/またはスロット付けされてもよいと考えられる。
追加の適宜の態様では、襟部36の細長い部分39は、ほぼ一定の直径を有することができ、したがってほぼ円筒形であり得る。代替として、他の適宜の態様では、襟部36の細長い部分39は、襟部36の長手方向軸37に沿って不定の直径を有することができ、したがって先細りであり得る。これらの態様では、襟部36の細長い部分39は、(ステム20の第2の端38から離れるように)挿入方向に襟部36の長手方向軸37に沿って内側に先細りにできると考えられる。襟部36の細長い部分39は、襟部36の長手方向軸に対して約1°から約30°の範囲の角度で内側に先細りにできるとさらに考えられる。一態様では、襟部36の細長い部分39の先細りは、襟部の長手方向軸37に沿ってほぼ一定しているものにできると考えられる。しかし、他の態様では、襟部36の細長い部分39の先細りは、例えば、限定するものではないが、一定、増加、減少または不定の先細りからなる2つ以上の段を備える先細りなどの複合体とすることができると考えられる。
(a)ステム20の細長いシャフト部分26の長手方向長さ、(b)ステムの襟部36の細長い部分39の長手方向長さ、(c)ステムの襟部の細長い部分の先細り、(d)ステムの細長いシャフト部分の直径、および(e)ステムの襟部の細長い部分の直径のうちの少なくとも1つは、例えば、限定するものではないが、切断レベルを含む選択した骨および用意部位の特徴に応じて選択的に変更できると考えられる。切断レベルがより大きくなるほど、細長いシャフト部分26および襟部36の細長い部分39の直径は、概して小さくなるとさらに考えられる。
典型的な態様では、図6Aを参照すると、ステム20が35%の切断レベルに使用されるとき、肩面40に近接している襟部の細長い部分の直径は、約18mmとすることができる一方、細長い部分の対向する挿入端に近接している襟部の細長い部分の直径は、約14mmとすることができると考えられる。本態様では、ステムの細長いシャフト部分の直径は、約12mmとすることができると考えられる。別の典型的な態様では、図6Bを参照すると、ステム20が50%の切断レベルに使用されるとき、肩面40に近接している襟部の細長い部分の直径は、約14mmとすることができる一方、細長い部分の対向する挿入端に近接している襟部の細長い部分の直径は、約12mmとすることができると考えられる。本態様では、ステムの細長いシャフト部分の直径は、約10mmとすることができると考えられる。さらに別の典型的な態様では、図6Cを参照すると、ステム20が65%の切断レベルに使用されるとき、襟部の細長い部分の直径は、細長い部分の長手方向長さに沿ってほぼ一定に約12mmとすることができると考えられる。本態様では、ステムの細長いシャフト部分の直径は、約12mmとすることができると考えられる。
典型的な態様では、大腿部の応用の場合、ステム20の細長いシャフト部分26の長手方向長さは、約40mmから約150mmの範囲、より好ましくは約75mmから約125mmの範囲とすることができる。
さらなる典型的な態様では、襟部36の肩面40の直径は、約25mmとすることができ、襟部の細長い部分39の長手方向長さは、約40mmとすることができると考えられる。
様々な態様では、細長いシャフト部分26は、本明細書に説明されるような襟部36の空所内に配置されるとき、襟部の空所を通じてステム20の第2の端38を越えて延びるように構成することができると考えられる。これらの態様では、細長いシャフト部分26の端部は、細長いシャフト部分が本明細書に説明されるような取付け要素として効果的に働くことができるように本明細書に説明されるような当接部および/または人工補綴物と係合するように構成することができると考えられる。
適宜、一態様では、図7Cに示されるように、ステム20は、細長いシャフト部分26のない襟部36を備えることができる。本態様では、襟部36の細長い部分39は、選択した骨の用意部位内にしっかり受け止められるように構成することができる。
使用時、開示したインプラント・システムは、人工補綴物を被験体の手足の選択した骨に固着する方法に使用することができる、一態様では、人工補綴物を固着する方法は、インプラントを受け入れるための選択した骨を用意することを含むことができる。本態様では、選択した骨を用意するステップは、インプラントを受け入れるための選択した骨の髄腔を用意することを含むことができると考えられる。別の態様では、人工補綴物を固着する方法は、選択した骨の用意部位内にステムを配置することを含むことができる。適宜、ステムが、ステムの細長いシャフト部分から選択的に着脱可能である襟部を備えるとき、人工補綴物を固着する方法が、襟部の空所内にステムの細長いシャフト部分の一部を固着することをさらに含むことができる。追加の態様では、人工補綴物を固着する方法は、適宜、当接部の長手方向軸が、ステムの長手方向軸とほぼ軸方向に揃えられるように当接部をインプラントに固着することを含むことができる。さらなる態様では、人工補綴物を固着する方法は、人工補綴物を当接部の少なくとも一部に取り付けることを含むことができる。
ステムの長手方向軸が、選択した骨の長手方向軸とほぼ軸方向に揃えられるようにステムが用意部位内にしっかりと受け入れられると、ステムは、被験体の選択した骨および被験体の皮膚がステムに統合することを促すように構成することができる。より詳細には、ステムの多孔質材料コーティングは、被験体の皮膚とインプラントの間にシールが形成されるように 被験体の骨および皮膚がステムに統合することを促すことができると考えられる。被験体の皮膚とステムの間に形成されるシールが、被験体内の感染の可能性を減少させ、被験体の皮膚とステムの間にポケットが形成されるおそれを最小にすることができるとさらに考えら得る。
典型的なステムおよび当接部は、互いに有効に固着するように構成されると本明細書に記載されるが、本明細書に記載のステムは、他の従来の当接部の設計に有効に固着するように構成することができると考えられる。本明細書に記載の当接部は、他の従来のステムの設計に有効に固着するように構成することができるとさらに考えられる。
本明細書に記載のインプラント・システムの個々の構成要素のうちの1つまたは複数が、キットの形態で提供されてもよいと考えられる。本明細書に記載のインプラント・システムの各構成要素は、構成要素が特定の処置における適切な使用であるのか、および/または構成要素がインプラント・システムの他の構成要素にサイズおよび/または機能において相補的であるのか、外科医または他の医師が判断することを可能にする、構成要素の特定のサイズ形成および/または取付け特徴についてのラベル付け、色分け、または他のしるしを含むことができるとさらに考えられる。
実験例
以下の例は、本明細書にクレームされた化合物、合成物、物品、装置および/または方法の作製および評価の仕方についての完全な開示および説明を当業者に与えるように提示され、純粋に典型的なものであることが意図され、本開示を限定することが意図されない。数字(例えば、量、温度など)に関する精度を確保するための努力がなされているが、いくらかの誤差および偏差が、考慮されるべきである。他に示されない限り、部は重量部、温度は摂氏(C)であり、または環境温度におけるものであり、圧力は大気圧もしくは大気圧近くである。
20頭の十分成長した雑種の羊の死体からの第3中手骨が、臨床ベースのCTスキャナ(LightSpeed VCT XT、GE Healthcare、Milwaukee、WI)を管電圧100kVpおよび自動的に較正された可変のミリアンペアの電流で用いて撮像され、DICOMファイルとしてデジタル保存された。これらの画像は、市販のソフトウェア(MIMICS、Materialise Corp.、Plymouth、MI)を用いて再構成され、次いで分析用のカスタム分析プログラム(MatLab、MathWorks Corp.、Natick、MA)に移されて、各骨の長さ全体にわたって1mm刻みで髄内管のAP寸法およびML寸法(AP and ML dimensions)を与える。これらのデータから、25百分位数、50百分位数および75百分位数に対応する3つのインプラント・サイズおよび手術用きりが、設計され(Intelligent Implant Systems、LLC、Charlotte、NC)、医療グレードのTi−6Al−4V合金から製造される(IMDS Co−Innovative、Logan、UT)。
対照群と実験群の両方が、幾何学的に同様であった。髄内部分は、即座の骨の取付けを容易にし、骨・インプラント統合を実現するように、グリフト・ブラストによってざらざらであった。両インプラントは、初期固定を改善するように中央リブを有した。対照群については、Tiの皮下の表面(subdermal surface)は、滑らかに磨かれ[表面粗さ(Ra)=1.7±0.1μm]、人間のインプラントの設計を真似る。実験群については、皮下バリア構造は、純粋なTi多孔質コーティング、pタイプ[多孔率=52±12%、および表面粗さ(Ra)=113±25μm;Thortex Corp.、Portland、OR]でコーティングされた。両群は、骨格取付けを促すために補綴物内部分(endo−prosthetic portion)の基部で多孔性コーティング構造を有した。コーティングは、同じpタイプ・コーティングでなされた。全部のインプラントが、ASTM規格B600−91を用いて不動態化および滅菌された。
初めに、23頭の骨格的に十分成長した2から3歳の雑種の羊は、乱数発生器を用いて、2つの群、すなわちG1−実験群(n=14、多孔性コーティングされたインプラント)、およびG2−対照群(n=9、滑らかなインプラント)に分けられた。各羊は、単一段階の「切断および植え込み手術」を受けた。全ての作業は、AAALACにより承認された動物愛護施設(IMDS Discovery Research、Logan、UT)で、制度的に承認されたIACUCプロトコル(IACUC protocol)に従って行われた。
手術前のX線写真が、サイズ較正のために3D参照物体を用いて手足から標準的な距離で撮られた。テンプレート(template)を使用して最良の適合したインプラントのサイズを決定した。一般的な麻酔[ジアゼパム(0.1〜0.5mg/kg)および塩酸ケタミン(4.4〜7.5mg/kg)]の導入後、羊は、吸入麻酔(0.5〜5%の酸素中のイソフルラン)の下で維持され、右前脚は剃毛され、ベータダイン石鹸(Betadine soap)でごしごし洗われ、ベータダイン(Betadine)とアルコールで準備され、次いで無菌の布で覆われた。一時的なゴム・グローブ圧迫帯(rubber glove tourniquet)が、手根中手関節の近位に施され、一方皮膚の切開が作製され、止血が、電気焼灼器を用いて得られた。次いで、横方向前方切開が、蹄のすぐ上に作製され、解剖が、副蹄の上方の手足の冠状正中線において内側と横方向の両方に近位で行われた。後横方向切開の接続によって、副蹄を除外するように最後の切断を可能にした。慎重な解剖が、皮下脂肪を持っておらず、血液供給が損なわれない前側ベースの皮膚弁(anteriorly based skin flap)を確立した。皮膚弁は、生理食塩水が浸されたガーゼ・スポンジ(gauze sponge)内で保護された。屈筋腱および伸筋腱は、#0ファイバー・ワイヤ(FiberWire)を用いて腱鞘内のニュートラルな接合位置で腱固定され、次いで遠位で切断された。中手骨・指節骨関節は継ぎ目が外され、顆状突起と骨幹の発赤(metaphyseal flare)の間の接合のすぐ上で骨のこぎりを用いて中手骨は切断された。
遠位横方向の海綿骨表面は、管の中に軸方向に穴が開けられ、この管は、インプラントを受容するために大きくされ、広げられた。過熱を最小にするために、生理食塩水による洗浄が使用された。各G1の羊は、多孔性コーティングされた皮下障壁を組み込んだ経皮OIデバイスで手術的にインプラントされ、各G2の羊は、同様のデバイスであるが、滑らかな皮下障壁OIインプラントでインプラントされた。デバイスを管中に打ち込むために、手用槌が使用された。次いで、皮膚弁が変えられ、矢状方向刺し傷が、インプラントのモールス・テーパおよび多孔質カラーよりわずかに小さい弁の中央に作られた。次いで皮膚が、テーパおよび多孔質カラーの周りで伸ばされ、即座に密封した取付け部およびシールを確立した。皮下の閉鎖が、断続した3−0Biosyn縫合(interrupted 3−0 Biosyn suture)で行われ、皮膚は、連続した2−0Biosyn表皮下縫合(running 2−0 Biosyn subcuticular suture)で行われた。手術部位は、Silvasorblヒドロジェル(Silvasorbl hydrogel)で手当てされ、適度に圧縮性のラップが、2週間維持された。外部補綴「蹄」が、OIインプラントのモールス・テーパに固着された。
Naxcel(1.1mg/kg1V)は、抗生物質の予防的投与のために手術中に与えられ、続いてExcede(登録商標)(6.6mg/kg)、ケトプロフェン(Ketoprofen)(4.4mg/kg)、およびフェンタニルパッチ(Fentanyl patch)(100μg/h)の7日間にわたる抗生物質投与が、痛みを抑制するために5〜7日間使用された。皮膚・インプラント境界面は、羊に座るように訓練することによって、PureWorks(登録商標)(塩化ベンゼトニウム)殺菌スプレを用いて毎週組織除去された。保持される間に、右前脚の開口部は、PureWorks(登録商標)に浸された4×4のスポンジを用いて優しく機械的に組織除去された。任意の遊離したデリブ(loose debris)が取り除かれた後、最終的な噴霧が、皮膚・インプラント境界面上に直接なされた。骨・インプラント統合を評価し、早期の緩みおよび可能性のある骨髄炎を調べるために、X線写真が、3ヶ月の間隔で得られた。
骨折の臨床的徴候または放射線的徴候が、手術中または柱部作動期間中に生じた場合、羊は除外された。羊が感染の臨床的徴候を示し、感染部位がCheckettsスケール(Checketts scale)上でグレード3であると評価された場合、羊は、早期に安楽死させられた。(グレード1=わずかな腫れを伴うピン部位の周りのわずかな赤み、グレード2=インプラントの出口部位の周りの腫れ、明らかな放出物、および圧痛、グレード3=グレード2+感染、切断した右脚において化膿性の放出物および免荷を伴った状態。
死体解剖において、周囲および深部の骨感染症を検査するために、スワブ培養が、皮膚の正常細菌叢を特徴付けるインプラントの遠位の部位、皮膚・インプラント境界面における部位、および近位髄管の骨髄から収集された。
死体解剖において、(インプラントされた)右前脚および(インプラントされていない)左前脚が、採取され、処理され、組織学的分析を受けた。少なくとも2つの冠状薄片が、皮膚・インプラント境界面の各標本から用意された。これらは、約50mmの切片に磨かれ、ヘマトキシリンおよびエオシンまたはサンダーソンの迅速な骨の染色で染色され、炎症細胞、生存可能な上皮細胞、および皮膚組織と上皮組織の結合の徴候を検査した。
感染の基準は、(i)感染の臨床的徴候、(ii)組織および/または髄の試料についての陽性の培養結果、あるいは(iii)組織学的証拠であった。動物は、3つの基準のうちの2つが満たされる場合、感染とみなされた。群間の統計分析が、ラグランク検定を用いて、等しくない追跡期間を可能にするように指定の生存時間分析手法を用いて行われ、カプラン・マイヤー(Kaplan−Meier)の残存確率のグラフを用いて説明的に報告された。統計は、Stataバージョン11の統計ソフトウェア(StataCorp LP、College Station、TX)を用いて計算された。小さい試料のサイズが与えられたとすると、ログランク検定の「正確な」バージョンは、StatXactバージョン8のソフトウェア(Cytel,Inc.、Cambridge、MA)を用いてやはり計算された。p値は、p=0.018からp=0.017へ変化しただけであり、したがって通常のログランク検定が報告された。両側の比較が、有意性を示すp<0.05で使用された。
群間の動物数の差異は、ここに示されるデータが86頭の羊のより大きい研究の一部だったことによるものであった。その研究では、77頭の羊は、多孔性コーティングされたインプラントでインプラントされ、9頭は、滑らかな経皮OI人工補綴物でインプラントされた。多孔性コーティングされた群からの羊は、骨と皮膚の結合の経過を調査するために0ヶ月、3ヶ月、6ヶ月、9ヶ月、および12ヶ月の時点で犠牲にされ、そこでは、多孔性のインプラント群からの羊の半分(n=約7/時点)が、生体力学的試験を受け、残り(n=約7/時点)が、組織学的分析に入れられた。これらの結果は、他の所で発行された。より大きい研究からの多孔性の群と滑らかな群の両方は、複雑な事態により除外がもたらされる場合に含められる20%の余分な動物を有した。現在の研究では、手術後の螺旋骨折が、1頭のG2の動物に生じた。これにより、G2に8頭の羊が残った。しかし、組織学は、7頭のG1および8頭のG2の動物で行われた。
手術後および麻酔から回復した後、羊は、最低限の跛行で、1時間以内で歩き回ることができた。跛行は、手術後の第1の週をかけてなくなった。フォース・プレート分析(Force plate analysis)が、より大規模な研究において12ヶ月の羊に対して行われ、これらのデータは、1ヶ月だけ切断前の負荷の80%までインプラントされた手足に負荷をかけていたことが示された。
1頭のG2の動物が、23日目に感染(グレード3)のために安楽死させられ、第2の動物は、ひどい液体排出を伴って(グレード2)表在感染を示したが、研究の終点まで生き残った(表1)。皮膚組織の試料は、細菌成長および感染の組織病理学的証拠を示した。2頭のG1の羊は、深刻な放出物を有したが、安楽死時に感染の臨床的な徴候はなかった。感染までの時間を考慮すると、かなりより大きい感染が、G2の動物に生じた(ログランク検定、p=0.018、図8)。
全ての皮膚・インプラント境界面(100%)が、皮膚の正常細菌叢および/または環境生物(environmental organism)でコロニー形成されたが、潜在的な病原性の微生物培養についての陽性の成長をもたらす骨髄の標本はなかった(表2)。しかし、G2の感染した動物から剖検時に収集された2つの皮膚のパンチ・サンプル(punch sample)は、コアグラーゼ陰性ブドウ球菌、エンテロバクター(Enterobacter)、および細菌生物(Bacilli organism)についての陽性の結果をもたらした。両動物は、臨床所見および組織病理学的所見によって感染が確認された。皮膚・インプラント境界面は、破れた上皮シールを示しており、補綴物周囲の領域の組織の中への炎症細胞の侵入が増加している。滑らかな群からの全ての皮膚・インプラント境界面は、過形成性であり、線維芽細胞の大集団、およびいくつかのリンパ球は、進行中の組織修復過程を示しており、低グレードの感染と関連している可能性がある。免疫組織化学的分析は、この解釈を立証するであろうが、PMMAの埋め込まれた試料に関してはそれをするのは不可能であった。
大部分のG2の動物(6/8、75%)は、感染することなく生き延びたが、群同士の間に皮膚開窓法の差があるG1の群に比べて、より高度の近位皮膚移動が生じた。移動速度は、G1の群については0.6±0.1mm/月、およびG2の群については2.1±0.3mm/月であった。
図に示された角度および寸法は、明確にするために誇張される場合があり、したがって原寸に比例していない可能性があることを理解されたい。
本発明のいくつかの実施形態が、前述の明細書に開示されていたが、本発明に関連し、前述の明細書および関連した図面に示された教示の利益を有する本発明の多くの修正形態および他の実施形態が思い浮かぶことになろうと当業者によって理解されよう。したがって、本発明は、本明細書に開示した特定の実施形態に限定されず、本発明の多くの修正形態および他の実施形態が、本発明の範囲内に含まれることが意図されると理解されよう。さらに、特定の用語が、本明細書中で用いられるが、その用語は、一般的および記述的な観念で用いられるに過ぎず、説明した発明を限定するためではない。

Claims (15)

  1. 被験体の組織領域の選択した骨の髄内空所内の用意部位に人工補綴物を固着するための
    インプラント・システムであって、
    長手方向軸および長手方向長さを有するステムであって、
    外面を有すると共に前記ステムの挿入端を画定する細長いシャフト部分であって、前記ステムの前記挿入端が、前記骨の髄内空所内に受け入れられるように構成され、前記細長いシャフト部分が、前記ステムの前記長手方向軸に沿って選択した長さを有する多孔性領域を備える細長いシャフト部分、および
    前記ステムの第2の端を画定する襟部であって、前記ステムの前記第2の端が、前記ステムの前記長手方向軸に沿って前記ステムの前記挿入端から離間しており、前記襟部が、前記細長いシャフト部分の前記外面から半径方向外側に延びる肩面を画定する襟部を備え、
    前記襟部および前記細長いシャフト部分が、協働して、前記ステムの前記長手方向長さの少なくとも一部に沿って延びる中心ボアを定め、前記ステムの前記長手方向長さと前記多孔性領域の前記選択した長さの間の比が、3:1から10:1の範囲であるステムと、
    長手方向軸、取付け要素、および外面を有すると共に前記取付け要素に動作可能に結合される柱部を有する当接部であって、前記当接部の前記取付け要素が、前記ステムの前記中心ボア内に相補的に受け入れられるように構成され、それによって前記当接部の前記長手方向軸が、前記ステムの前記長手方向軸にほぼ揃えられるようになっており、前記柱部の少なくとも一部が、取付け部を前記人工補綴物に選択的に固着するように構成される当接部と
    を備え、
    前記骨の髄内空所内に前記ステムがしっかりと受け入れられると、前記ステムの前記多孔性領域が、前記被験体の前記選択した骨の内部が前記ステムに統合することを促すように構成され、前記肩面が、前記選択した骨に当接するように構成され、前記当接部の前記柱部の前記外面の少なくとも一部が、生体接着を抑制するように構成されるインプラント・システム。
  2. 前記ステムの前記細長いシャフト部分の前記多孔性領域が、多孔性チタンを含む、請求項1に記載のインプラント・システム。
  3. 前記ステムの前記襟部の前記肩面が、前記被験体の前記選択した骨が前記ステムに統合することを促すように構成される多孔性領域を備える、請求項1に記載のインプラント・システム。
  4. 前記ステムの前記襟部の前記肩面の前記多孔性領域が、多孔性チタンを含む、請求項3に記載のインプラント・システム。
  5. 前記ステムの前記襟部が、外面を備え、前記襟部の前記外面の少なくとも一部が、生体接着を抑制するように構成される、請求項1に記載のインプラント・システム。
  6. 前記ステムの前記細長いシャフト部分の前記多孔性領域が、前記細長いシャフト部分の隣接部分の前記外面に対して窪んでいる、請求項1に記載のインプラント・システム。
  7. 生体接着を抑制するように構成される前記当接部の前記柱部の前記外面の前記一部が、超低摩擦面を備える、請求項1に記載のインプラント・システム。
  8. 生体接着を抑制するように構成される前記当接部の前記柱部の前記外面の前記一部が、高度研磨面を備える、請求項1に記載のインプラント・システム。
  9. 前記当接部の前記柱部が、第1の挿入端部と、対向する第2の端部と、前記当接部の前記長手方向軸に沿って前記第1の挿入端部と前記第2の端部の間に位置する中央部とを有し、前記柱部が、前記取付け要素に動作可能に結合され、それによって前記取付け要素がインプラント・ステム内に相補的に受け入れられると、前記柱部の前記第1の挿入端部が、前記ステムに対して動作可能に配置されるように構成され、前記柱部の前記対向する第2の端部が、取付け部を前記人工補綴物に選択的にしっかり取り付けるように構成される、請求項1に記載のインプラント・システム。
  10. 前記当接部の前記柱部の前記中央部が、生体接着を抑制するように構成される、請求項9に記載のインプラント・システム。
  11. 前記当接部が、前記当接部の前記長手方向軸に沿って選択した位置で前記柱部の前記外面に固着される固定要素をさらに備え、前記固定要素が、前記柱部の隣接部分の前記外面に対して半径方向外側に延びるようになっており、それによって前記用意部位に近接している前記被験体の軟組織に当接するように構成される固定面を画定する、請求項1に記載のインプラント・システム。
  12. 被験体の組織領域の選択した骨の髄内空所内の用意部位に対して動作可能な位置に当接部を固着するためのインプラント・ステムであって、前記インプラント・ステムが、長手方向軸および長手方向長さを有し、
    前記ステムの挿入端を画定すると共に、細長いシャフト部分の外径を画定する外面を有する細長いシャフト部分であって、前記ステムの前記挿入端が、前記骨の髄内空所内に受け入れられるように構成され、前記細長いシャフト部分が、前記ステムの前記長手方向軸に沿って選択した長さを有する多孔性領域を備え、前記細長いシャフト部分の前記多孔性領域が、前記細長いシャフト部分の隣接部分の前記外面に対して窪んでいる、細長いシャフト部分と、
    外面を有すると共に、前記ステムの第2の端を画定する襟部であって、前記ステムの前記第2の端が、前記ステムの前記長手方向軸に沿って前記ステムの前記挿入端から離間しており、前記襟部が、前記細長いシャフト部分の隣接部分の前記外面に対して半径方向外側に延びる肩面を画定し、前記襟部の前記外面の少なくとも一部が、生体接着を抑制するように構成される、襟部と
    を備え、
    前記襟部および前記細長いシャフト部分が、協働して、前記ステムの前記長手方向長さの少なくとも一部に沿って延びる中心ボアを画定し、前記中心ボアが、前記当接部の相補的な一部をしっかり受け入れるように構成され、
    前記ステムの前記長手方向長さと前記多孔性領域の前記選択した長さの間の比が、3:1から10:1の範囲であり、
    前記細長いシャフト部分の前記多孔性領域が、前記被験体の前記選択した骨の内部が前記ステムに統合することを促すように構成されるインプラント・ステム。
  13. 長手方向軸を有し、人工補綴物、および被験体の組織領域の選択した骨の髄内空所内の用意部位内に配置されるインプラント・ステムに取付け部を固着するように構成される当接部であって、
    前記インプラント・ステムに固着するように構成される取付け要素と、
    外面、第1の挿入端部、対向する第2の端部、および前記当接部の前記長手方向軸に沿って前記第1の挿入端部と前記第2の端部の間に位置する中央部を有する柱部であって、前記柱部が、前記取付け要素に動作可能に結合され、それによって前記取付け要素を前記インプラント・ステムに固着すると、前記当接部の前記第1の挿入端部が、前記インプラント・ステムに対して動作可能に配置されるように構成されるようになっており、前記当接部の前記対向する第2の端が、前記人工補綴物に選択的にしっかり取り付けるように構成され、前記柱部の前記外面の少なくとも一部が、生体接着を抑制するように構成される、柱部と、
    前記当接部の前記長手方向軸に沿って選択した位置で前記柱部の前記外面に固着される固定要素であって、前記柱部の隣接部分の前記外面に対して半径方向外側に延びるようになっており、それによって前記用意部位に近接している前記被験体の軟組織に当接するように構成される固定面を画定する固定要素と
    を備える当接部。
  14. 前記柱部が第1の金属材料を含み、前記固定要素が第2の金属材料を含み、前記第1の金属材料が、前記第2の金属材料とは異なる、請求項13に記載の当接部。
  15. 前記柱部の前記外面が、1つまたは複数の先細った部分を備え、
    前記柱部の前記第1の挿入端部が、前記柱部の前記中央部から離れて移動する前記当接部の前記長手方向軸に沿って内側に先細りである第1の先細り面を備え、前記第1の先細り面が、前記ステム内に相補的に受け入れられるように構成され、
    前記柱部の前記外面が、前記柱部の前記挿入端部と前記中央部の間の境界面に近接して位置する第2の先細り面を画定し、前記第2の先細り面が、前記柱部の前記中央部から離れて移動する前記当接部の前記長手方向軸に沿って内側に先細りであり、
    前記第1の先細り面および第2の先細り面が、前記当接部の前記長手方向軸に対しての配向角度をそれぞれ有し、前記第2の先細り面の前記配向角度が、前記第1の先細り面の前記配向角度よりも1度から1.5度だけ大きい、請求項13に記載の当接部。
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