JPH01153152A - 骨補綴具の製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は骨補綴具、詳しくは骨内補綴具、大腿骨頭補
綴具および寛骨臼補綴具等の人工骨補綴具およびその製
造方法に関する。
綴具および寛骨臼補綴具等の人工骨補綴具およびその製
造方法に関する。
(従来技術)
上記骨補綴具の先行技術として次のものが知られている
。
。
−G、 Giebel等による“Fertigung
von Knochenm。
von Knochenm。
dellen nach Computer−Tomo
graphie−Daten zurVerwendu
ng in Chirurgie und Ortho
pMdie″と題する、バイオメディツイニッシェ・テ
クニク(Biomedizinische Techn
ik) 、第30巻、第5号、111〜114頁に記載
の論文。
graphie−Daten zurVerwendu
ng in Chirurgie und Ortho
pMdie″と題する、バイオメディツイニッシェ・テ
クニク(Biomedizinische Techn
ik) 、第30巻、第5号、111〜114頁に記載
の論文。
−E、 L、 Trickey等による膝外科手術及び
関節鏡検査法の第1回ヨーロッパ会議、1984年4月
9〜14日、ベルリンでの講演集、 −DEU、 Munzinger等による“Biome
chanjcs orknee prostheses
” と題する、スブリンガーフエルラーク (Spri
nger−Verlag) 、ベルリン、ノ\イデルベ
ルグ、324〜334頁記載の論文。
関節鏡検査法の第1回ヨーロッパ会議、1984年4月
9〜14日、ベルリンでの講演集、 −DEU、 Munzinger等による“Biome
chanjcs orknee prostheses
” と題する、スブリンガーフエルラーク (Spri
nger−Verlag) 、ベルリン、ノ\イデルベ
ルグ、324〜334頁記載の論文。
−米国特許下4153953号、°グロベラー(Gro
bbelaar) 、コラム3.19〜28頁、56〜
61頁。
bbelaar) 、コラム3.19〜28頁、56〜
61頁。
一西独国特許第2805868号、エンゲルブレヒト(
):1g61brecht)等、第1図。
):1g61brecht)等、第1図。
−英国特許第2096003号、バースタイン(Bur
stein) 、第2頁。
stein) 、第2頁。
−ヨーロッパ特許第0149527号、り一(Lee)
等、第1図、第2図 一英国特許第2045082号、ラーゾ(Raab)、
第1頁 (解決しようとする課題) 本発明の第1の目的は前記従来技術を改良することにあ
る。
等、第1図、第2図 一英国特許第2045082号、ラーゾ(Raab)、
第1頁 (解決しようとする課題) 本発明の第1の目的は前記従来技術を改良することにあ
る。
本発明のもう1つの目的は人工骨補綴具と骨との界面部
に作用する引張り応力、圧縮応力および剪断応力を、当
該補綴具にセメント質外被を有するかどうかに拘わらず
、調整可能とすることにある。理論上、骨の吸収又は壊
死は補綴具に基づき骨を覆う応力によって発生するとい
われている。
に作用する引張り応力、圧縮応力および剪断応力を、当
該補綴具にセメント質外被を有するかどうかに拘わらず
、調整可能とすることにある。理論上、骨の吸収又は壊
死は補綴具に基づき骨を覆う応力によって発生するとい
われている。
(課題の解決手段及び作用効果)
本発明の骨補綴具製造方法は、骨と補綴具に掛かる所望
の応力パターンを予め設定し、上記骨と補綴具の材料特
性を設定し、1つ又はそれ以上の外部負荷状態を設定し
、上記補綴具の選択された初期形態に対する骨と補綴具
に掛かる応力パターンを演算し、上記補綴具の一連の形
態から演算された応力と上記所望の応力パターンとの相
差が予め定められた値に到達するまで、上記補綴具の形
態を繰り返し変更して補綴具模型を設計し、該模型に基
づいて補綴具を製造することを特徴とするものである。
の応力パターンを予め設定し、上記骨と補綴具の材料特
性を設定し、1つ又はそれ以上の外部負荷状態を設定し
、上記補綴具の選択された初期形態に対する骨と補綴具
に掛かる応力パターンを演算し、上記補綴具の一連の形
態から演算された応力と上記所望の応力パターンとの相
差が予め定められた値に到達するまで、上記補綴具の形
態を繰り返し変更して補綴具模型を設計し、該模型に基
づいて補綴具を製造することを特徴とするものである。
□
上記補綴具によれば骨と当該補綴具間に作用する、局部
的な法線応力及び剪断応力が最小のものにされる。現在
実用されている骨内補綴具は一般に骨と直接接触する人
造材料製外被により被覆された金属コアから構成された
ものである。本発明によれば、いわゆる有限エレメント
法によりある構成の数理的シュミレーション模型が作成
される。
的な法線応力及び剪断応力が最小のものにされる。現在
実用されている骨内補綴具は一般に骨と直接接触する人
造材料製外被により被覆された金属コアから構成された
ものである。本発明によれば、いわゆる有限エレメント
法によりある構成の数理的シュミレーション模型が作成
される。
この模型により、人造材料製外被と骨との接続平面又は
界面領域に作用する応力が計算される。この種の応力は
とりわけ当該補綴具の形状寸法に依存する。数理検索手
法により、上記形状寸法が決定され、これにより予め選
定された骨と補綴具との界面での応力パターンが作成さ
れる。
界面領域に作用する応力が計算される。この種の応力は
とりわけ当該補綴具の形状寸法に依存する。数理検索手
法により、上記形状寸法が決定され、これにより予め選
定された骨と補綴具との界面での応力パターンが作成さ
れる。
上記手法が大腿骨頭補綴具および寛骨臼補綴具の2−D
模型に適用された。
模型に適用された。
また、本発明は特定形状を有する大腿骨頭補綴具を提供
しようとするものである。
しようとするものである。
上記特定形状は従来技術文献、例えば下記の特許公報類
から知ることが出来ない; 西独国特許第3243861号、西独国特許第2805
868号、ベルギー国特許第2247721号、英国特
許第2078523号、英国特許第2045082号、
ヨーロッパ特許第146192号、ヨーロッパ特許第1
2146号、米国特許第4021865号。
から知ることが出来ない; 西独国特許第3243861号、西独国特許第2805
868号、ベルギー国特許第2247721号、英国特
許第2078523号、英国特許第2045082号、
ヨーロッパ特許第146192号、ヨーロッパ特許第1
2146号、米国特許第4021865号。
更に、本発明は骨内での補綴具位置決め方法に係るもの
である。
である。
大腿骨頭補綴具の製造方法についての先行技術として、
例えば米国特許第4718909号が知られている。
例えば米国特許第4718909号が知られている。
更にまた、本発明は特殊な形状を有する寛骨臼補綴具を
提供するものである。この特殊形状は従来技術、例えば
米国特許第4566138号および第4563778号
から知ることは出来ない。
提供するものである。この特殊形状は従来技術、例えば
米国特許第4566138号および第4563778号
から知ることは出来ない。
関節症、関節炎、外傷又はその他の原因に基づ(関節の
欠陥は当該人の幸福な生活を阻害しかつ社会に多大な迷
惑を掛ける。成功例が増大するにつれて、上記欠陥は関
節形成術により矯正された。
欠陥は当該人の幸福な生活を阻害しかつ社会に多大な迷
惑を掛ける。成功例が増大するにつれて、上記欠陥は関
節形成術により矯正された。
世界中で毎年、上記処置が500000回以上行われて
いる。その殆どの欠陥が股関節および膝関節に関するも
のである。一方、足、足指、肩、腕、手、及び手指関節
等は人工関節を取り付けることが可能である。
いる。その殆どの欠陥が股関節および膝関節に関するも
のである。一方、足、足指、肩、腕、手、及び手指関節
等は人工関節を取り付けることが可能である。
従来形式の補綴具は一般に金属材とプラスチック材とか
ら構成されている。大抵の補綴具はアクリルセメント材
を介して骨内に固定される金属ステム又はプラトーを有
する。アクリルセメント材はモノメチル−メタクリレー
ト液とポリメタルメタクリレート粉末とから成る速硬性
混合物である。
ら構成されている。大抵の補綴具はアクリルセメント材
を介して骨内に固定される金属ステム又はプラトーを有
する。アクリルセメント材はモノメチル−メタクリレー
ト液とポリメタルメタクリレート粉末とから成る速硬性
混合物である。
この粘稠素材は骨髄内管又は骨梁内に導入される。
その後、当該補綴具がアクリルセメント素材中に挿入さ
れる。硬化後、金属コアと骨との間にセメント外被が残
存する。この骨セメント材は接着性を有さす、当該セメ
ント材と骨との接続は単に機械的結合により行われてい
るに過ぎない。堅固な結合はセメント材を骨梁内に奥深
く透過させることにより実現される。この透過はアクリ
ルセメント材の粘性が十分に低くかつ所定期間加圧すれ
ば行われる。
れる。硬化後、金属コアと骨との間にセメント外被が残
存する。この骨セメント材は接着性を有さす、当該セメ
ント材と骨との接続は単に機械的結合により行われてい
るに過ぎない。堅固な結合はセメント材を骨梁内に奥深
く透過させることにより実現される。この透過はアクリ
ルセメント材の粘性が十分に低くかつ所定期間加圧すれ
ば行われる。
アクリルセメント材が使用されない場合、補綴具は骨内
に直接導入される。そのような補綴具は完全に金属から
製作することが可能であり、又は金属コア及びコーテイ
ング材から構成することが可能である。この場合、補綴
具と骨とは予備固定する必要がない。一方、そのような
固定は補綴具の表面構造部内に伸ばすことにより達成す
ることが出来る。
に直接導入される。そのような補綴具は完全に金属から
製作することが可能であり、又は金属コア及びコーテイ
ング材から構成することが可能である。この場合、補綴
具と骨とは予備固定する必要がない。一方、そのような
固定は補綴具の表面構造部内に伸ばすことにより達成す
ることが出来る。
これまでに良く知られている関節の取り換え手術におけ
る問題点は補綴具の緩みが生じることである。この緩み
は大抵補綴具と骨との界面部内で生じる。この厄介な問
題点は手術時の患者の年令の低年令化、したがって活動
性が高くなるに伴って発生度合の増大することが知られ
ている。補綴具の緩みは骨の吸収を来たし、終局的に苦
痛の激しいものとなる。これらの苦痛の訴えは古い補綴
具を取り外すとともに新しい補綴具を挿入する補修手術
においてすざましいものである。一方、長時間掛かった
補修手術結果は初期の関節取り換え結果よりも良くはな
く、かつ該補修手術は任意に何度も繰り返し行うことが
出来ない。
る問題点は補綴具の緩みが生じることである。この緩み
は大抵補綴具と骨との界面部内で生じる。この厄介な問
題点は手術時の患者の年令の低年令化、したがって活動
性が高くなるに伴って発生度合の増大することが知られ
ている。補綴具の緩みは骨の吸収を来たし、終局的に苦
痛の激しいものとなる。これらの苦痛の訴えは古い補綴
具を取り外すとともに新しい補綴具を挿入する補修手術
においてすざましいものである。一方、長時間掛かった
補修手術結果は初期の関節取り換え結果よりも良くはな
く、かつ該補修手術は任意に何度も繰り返し行うことが
出来ない。
緩みの原因又は理論について一般的な見解は現在存在し
ない。次のようなことは可能性がありそのようなことと
考えられる;界面での骨の壊死はセメントモノマーの毒
性、発熱性硬化骨セメント材からの異常加熱、機械的負
荷に基づくセメント質外被の崩壊、局部的応力ピークに
よる界面部の破損、応力遮蔽により生′じる骨への負荷
の低減化等に基因するものと考えられる。
ない。次のようなことは可能性がありそのようなことと
考えられる;界面での骨の壊死はセメントモノマーの毒
性、発熱性硬化骨セメント材からの異常加熱、機械的負
荷に基づくセメント質外被の崩壊、局部的応力ピークに
よる界面部の破損、応力遮蔽により生′じる骨への負荷
の低減化等に基因するものと考えられる。
本発明のその他の利点、特徴は一実施例を示す添付図面
とともに以下に説明する。
とともに以下に説明する。
(実施例)
人工骨補綴具の緩みはアクリルセメントと骨の界面への
機械的過負荷によって惹起する。ここでは、特に、界面
での法線応力および剪断応力のピークの発生とか、界面
でのセメント質における高圧力エネルギー密度部の発生
とかを意味する。本発明によれば、当該補綴具の骨とセ
メント質間の界面での応力パターンが限定素子模型によ
り算出された。そのような模型において、特定の形状寸
法が限定された種類の素子から概算された。この模型に
対し、外部負荷、材料特性および境界条件がうまく与え
られた。該模型における応力および歪みが高級ディジタ
ルコンピュータにより算出することができる。
機械的過負荷によって惹起する。ここでは、特に、界面
での法線応力および剪断応力のピークの発生とか、界面
でのセメント質における高圧力エネルギー密度部の発生
とかを意味する。本発明によれば、当該補綴具の骨とセ
メント質間の界面での応力パターンが限定素子模型によ
り算出された。そのような模型において、特定の形状寸
法が限定された種類の素子から概算された。この模型に
対し、外部負荷、材料特性および境界条件がうまく与え
られた。該模型における応力および歪みが高級ディジタ
ルコンピュータにより算出することができる。
所望の応力パターンは最良のものと近似されるこれらの
応力パターンを発生する形状寸法を決定するための数理
検索または最適化処理における目標とされる。
応力パターンを発生する形状寸法を決定するための数理
検索または最適化処理における目標とされる。
第1図の限定素子模型において、素子10,11および
12は骨皮質を、素子3、(3−)、4は骨梁を、素子
5.9、(9′)は骨セメント質を、6.7および8は
人工骨補綴具を示す。
12は骨皮質を、素子3、(3−)、4は骨梁を、素子
5.9、(9′)は骨セメント質を、6.7および8は
人工骨補綴具を示す。
第2図において、ステップ13で任意に選定された人工
骨の初期の形状寸法、例えば既知の人工骨補綴具の形状
寸法Gが骨模型に導入される。ステップ14で、外部負
荷M、材料特性Eおよび境界条件Bが与えられる。各補
綴具−骨界面の結節点iでの応力が計算されるとともに
関数f 、= f(節点iでの法線応力、剪断応力、正
接応力)に代入される。重量因子Wlが節点lの関数f
、に割り当てられるとともにこれらの全関数値が累算さ
れて当該初期形状寸法Gに関する目的関数FG=Σ W
□・fl とされる。
骨の初期の形状寸法、例えば既知の人工骨補綴具の形状
寸法Gが骨模型に導入される。ステップ14で、外部負
荷M、材料特性Eおよび境界条件Bが与えられる。各補
綴具−骨界面の結節点iでの応力が計算されるとともに
関数f 、= f(節点iでの法線応力、剪断応力、正
接応力)に代入される。重量因子Wlが節点lの関数f
、に割り当てられるとともにこれらの全関数値が累算さ
れて当該初期形状寸法Gに関する目的関数FG=Σ W
□・fl とされる。
ステップ15において、目的関数F。は設計基準りに応
じたもので、所望の応力パターンを表す。
じたもので、所望の応力パターンを表す。
この目的関数値F。が最小化される。例えば、関数f、
において応力が高い均等力、例えば6まで高められ、よ
って各応力ピークが滑らかなものとされる。例えばfl
−U13とされ、ここでU、は節点iでの応力エネルギ
ーである。
において応力が高い均等力、例えば6まで高められ、よ
って各応力ピークが滑らかなものとされる。例えばfl
−U13とされ、ここでU、は節点iでの応力エネルギ
ーである。
次に、金属ステムとセメント皮質問界面の結節点jが小
間隔をもって移動され、新しい形状寸法GJが求められ
る。この新しい関G、における関数値fOJが算出され
る。この操作は全結節点jに対してなされる。得られた
関数値FGJが初期値Fcと比較される。ステップ16
において、この関数値F。、が初期値F6と比較して減
少した量に応じて、所定のアルゴリズム、いわゆる最小
Pアルゴリズムを介して形状寸法GがG−に変換され、
この結果F。゛がF。より小さくなる。次いで、この形
状寸法G′が帰還ループ17を介してステップ13にお
けるGと置換され、この操作手順が再び開始される。基
準りにより定義される所望の形状寸法に到達すると、関
数値F。′はそれよりも減少することがなく、この操作
はステップ18で終了する。
間隔をもって移動され、新しい形状寸法GJが求められ
る。この新しい関G、における関数値fOJが算出され
る。この操作は全結節点jに対してなされる。得られた
関数値FGJが初期値Fcと比較される。ステップ16
において、この関数値F。、が初期値F6と比較して減
少した量に応じて、所定のアルゴリズム、いわゆる最小
Pアルゴリズムを介して形状寸法GがG−に変換され、
この結果F。゛がF。より小さくなる。次いで、この形
状寸法G′が帰還ループ17を介してステップ13にお
けるGと置換され、この操作手順が再び開始される。基
準りにより定義される所望の形状寸法に到達すると、関
数値F。′はそれよりも減少することがなく、この操作
はステップ18で終了する。
以下に、上述の設計方法により得られた人工骨補綴具の
実施例、特に大腿骨頭補綴具および寛骨臼補綴具の具体
例を示す。上述した算出方式を他の人工骨補綴具に適用
可能であることは明らかなことである。
実施例、特に大腿骨頭補綴具および寛骨臼補綴具の具体
例を示す。上述した算出方式を他の人工骨補綴具に適用
可能であることは明らかなことである。
大腿骨頭補綴具例
第1図の模型において、内および外皮買置を接続する三
次元実体構造が第1図中の素子網を背景とした側板によ
って概算される。
次元実体構造が第1図中の素子網を背景とした側板によ
って概算される。
第2図に示す操作手順を適用するにあたり、第1図に示
す人工骨補綴具lの設計基準は次ぎのとおりである。
す人工骨補綴具lの設計基準は次ぎのとおりである。
一剪断応力および法線応力は出来る限り低くする。
一均一な剪断応力分布とする。
一均一な法線応力分布とする。
一セメント質と支骨間の引っ張り応力を無くす。
−セメント質と骨梁間の引っ張り応力を制限する。
一界面近傍のセメント質における応力エネルギー密度を
低くする。
低くする。
このように難儀して得られた第1図および第3図に示す
ような形状寸法は当該人工骨補綴具の頭部25における
外部負荷(モーメントまたは力)の特性感度を示す。し
かしながら、当該人工骨補綴具1.20の材料、例えば
ステンレススチール、CoCrMo、チタニューム等は
設計を著しく変更するものではない。本実施例は補綴具
材料としてCoCrMoを選択したものに基づくもので
ある。
ような形状寸法は当該人工骨補綴具の頭部25における
外部負荷(モーメントまたは力)の特性感度を示す。し
かしながら、当該人工骨補綴具1.20の材料、例えば
ステンレススチール、CoCrMo、チタニューム等は
設計を著しく変更するものではない。本実施例は補綴具
材料としてCoCrMoを選択したものに基づくもので
ある。
第3図に示す設計物の顕著な特徴は次のとおりである。
一金属ステム22は基部近くにテーパー部を有する。
一上記金属ステム22は末端テーパー部を有する。
一上記金属ステムを骨に挿入した後、当該ステムチップ
は骨髄軸の中間部に配置しなければならない。
は骨髄軸の中間部に配置しなければならない。
一第1図におけるセメント質外皮は中間側部の切断面に
おける厚みが±10mmとされる。
おける厚みが±10mmとされる。
−七メン°ト質外皮はその中間部において切断面の下1
.5cmから末端部に向かってその厚みが2から4.5
mmに漸増するとともに中間部から下方に当該ステム先
端部に向かって中間側部のセメント質外皮の厚みが4.
5mmに維持されている。
.5cmから末端部に向かってその厚みが2から4.5
mmに漸増するとともに中間部から下方に当該ステム先
端部に向かって中間側部のセメント質外皮の厚みが4.
5mmに維持されている。
一側方末端部におけるセメント質外皮の厚みが下方のス
テム先端部に向かって増大する。
テム先端部に向かって増大する。
第3図に示す補綴具20はステム22、首部23、円錐
部24から構成され、この頂部に大腿頭骨25が位置す
る。このモジュール構造体は首部の長さ及び大腿頭骨の
材質を種々のものが選択可能とされる。この材質として
はセラミックまたは他の人造材料が含まれる。第3図か
ら解るように、当該補綴具2Iの側方端部は平坦状とさ
れる一方、上方に向かって幅広かつ丸形背部19とされ
る。
部24から構成され、この頂部に大腿頭骨25が位置す
る。このモジュール構造体は首部の長さ及び大腿頭骨の
材質を種々のものが選択可能とされる。この材質として
はセラミックまたは他の人造材料が含まれる。第3図か
ら解るように、当該補綴具2Iの側方端部は平坦状とさ
れる一方、上方に向かって幅広かつ丸形背部19とされ
る。
この背部19は前及び後側部に剥取り部を有する。
これらの剥取り部は当該ステム基部の強度を設定すると
ともにセメント質外皮に良好な応力分布をもたらす。ス
テム末端部と首部軸及び骨髄軸との交点間の合計長さは
125mmとされる。この図を尺度として他の特性寸法
が第3図から読み取ることができる。
ともにセメント質外皮に良好な応力分布をもたらす。ス
テム末端部と首部軸及び骨髄軸との交点間の合計長さは
125mmとされる。この図を尺度として他の特性寸法
が第3図から読み取ることができる。
第4図の5種類の金属補綴具34〜38により、種々の
患者に殆どの場合ぴったりと嵌合する人工骨補綴具を提
供することが出来る。これらの補綴具34〜38は側部
寸法のみが相違している。これらのうちのいずれか1つ
の補綴具により、一連の骨に上述したような応力パター
ンに近似したものを生起させることが出来る。
患者に殆どの場合ぴったりと嵌合する人工骨補綴具を提
供することが出来る。これらの補綴具34〜38は側部
寸法のみが相違している。これらのうちのいずれか1つ
の補綴具により、一連の骨に上述したような応力パター
ンに近似したものを生起させることが出来る。
第3図において、本発明にしたがって設計された寛骨臼
補綴具26はUHMWPE (ta高分子量ポリエチレ
ン)から成るインサート29および金属支持体もしくは
裏打ち体28から構成される。
補綴具26はUHMWPE (ta高分子量ポリエチレ
ン)から成るインサート29および金属支持体もしくは
裏打ち体28から構成される。
第3図及び第5図から解るように、その形状寸法は前述
したように大腿頭骨補綴具に対して記述されたものと同
様の基準をもって形成されたものであり、それらは次の
とおりである。
したように大腿頭骨補綴具に対して記述されたものと同
様の基準をもって形成されたものであり、それらは次の
とおりである。
−リム30は一定の厚み3mmのセメント質を保証する
。
。
一金属支持体の厚みは不均一である。
−金属支持体が最外側部で寛骨臼の外平面と連続してい
る。
る。
−金属支持体が中間側部で寛骨臼の出来る限り離間した
外事面と連続している。
外事面と連続している。
一金属支持体は周辺部で1mm以上の厚みを有する部分
がない。
がない。
一金属支持体は中心部または周辺近傍で最大厚み例えば
5mmを有する。
5mmを有する。
第5A図〜第5G図に示す金属支持体の外径寸法はセメ
ント質外皮を含めて46〜53mmとされる。大腿頭骨
の直径は28mm、ポリエチレン最小厚みは5mmとさ
れた。その他の寸法は第1表に掲げる。
ント質外皮を含めて46〜53mmとされる。大腿頭骨
の直径は28mm、ポリエチレン最小厚みは5mmとさ
れた。その他の寸法は第1表に掲げる。
上記金属支持体またはカップにスペーサー64が取り付
けられ、これらのスペーサー641.を金属支持体28
の穴27に装着され、このようにして挿入時のセメント
質性皮厚の均一性が保証される。
けられ、これらのスペーサー641.を金属支持体28
の穴27に装着され、このようにして挿入時のセメント
質性皮厚の均一性が保証される。
ポリエチレン製インサート29は金属支持体28に凹所
および鋲32を介して装着される。このインサート29
にリム30が設けられ、該リム30に金属支持体28の
リム31を受容する溝90が形成されている。このリム
30はリーマ−仕上げされた骨盤に当該寛骨臼補綴具を
位置決めするとともに後述するように操作時セメントを
加圧する作用を行う。ポリエチレン製インサートは寛骨
盤に対し10度の角度をもって位置決めして装着され、
これにより当該大腿頭骨25の脱臼を防止する。
および鋲32を介して装着される。このインサート29
にリム30が設けられ、該リム30に金属支持体28の
リム31を受容する溝90が形成されている。このリム
30はリーマ−仕上げされた骨盤に当該寛骨臼補綴具を
位置決めするとともに後述するように操作時セメントを
加圧する作用を行う。ポリエチレン製インサートは寛骨
盤に対し10度の角度をもって位置決めして装着され、
これにより当該大腿頭骨25の脱臼を防止する。
大腿頭骨補綴具の挿入および位置決め手順大腿頭骨補綴
具の形状寸法がそのセメント質外皮の形状を考慮して正
確に上述した方法で形成される。このような補綴具38
は、第6図に示すように正確に位置決めされる。なお、
補綴具が上述した方法により設計されたものでない場合
には後述する方法で位置決めする。第4図に示すような
平面Rで大腿骨を切断した後、該大腿骨の骨髄内管が円
筒状にリーマ−仕上げする。ドリル穴内に案内部材とし
て作用する滑らかなステム末端部のやすりかけ作用によ
り大腿骨基部が正確な寸法にやすりがけされる。それ自
体が当該モールドとされる石目やすりにより、基部スペ
ーサー51に正確な凹所が形成される。
具の形状寸法がそのセメント質外皮の形状を考慮して正
確に上述した方法で形成される。このような補綴具38
は、第6図に示すように正確に位置決めされる。なお、
補綴具が上述した方法により設計されたものでない場合
には後述する方法で位置決めする。第4図に示すような
平面Rで大腿骨を切断した後、該大腿骨の骨髄内管が円
筒状にリーマ−仕上げする。ドリル穴内に案内部材とし
て作用する滑らかなステム末端部のやすりかけ作用によ
り大腿骨基部が正確な寸法にやすりがけされる。それ自
体が当該モールドとされる石目やすりにより、基部スペ
ーサー51に正確な凹所が形成される。
第3図および第6図に示すように、2つのスペーサー5
1および48が取り付けられた人工骨補綴具38は骨4
7内に位置決めされる。第1スペーサー51はステム基
部の切断面の高さ位置に配置される。補綴具用開口91
とは別に、この基部スペーサー51は排気チューブ53
用の穴55および骨セメント材注入用の穴54を有する
。このようにして基部スペーサー51はステム基部を位
置決めするとともに接合しなければならない大腿骨管9
2を封鎖する。
1および48が取り付けられた人工骨補綴具38は骨4
7内に位置決めされる。第1スペーサー51はステム基
部の切断面の高さ位置に配置される。補綴具用開口91
とは別に、この基部スペーサー51は排気チューブ53
用の穴55および骨セメント材注入用の穴54を有する
。このようにして基部スペーサー51はステム基部を位
置決めするとともに接合しなければならない大腿骨管9
2を封鎖する。
第2スペーサー48は円筒状に穿孔された骨幹49に最
小の遊びをもって嵌合され、これにより骨47に対しス
テム先端部の正確な位置決めおよび大腿管92の下側部
の封止を確実なものにする。
小の遊びをもって嵌合され、これにより骨47に対しス
テム先端部の正確な位置決めおよび大腿管92の下側部
の封止を確実なものにする。
t[スペーサー48にはその全長にわたり複数の管52
が形成され、これらの管52は環状溝49と接続される
。
が形成され、これらの管52は環状溝49と接続される
。
接着時、排気チューブ53はこれらの管52の1つにそ
の一端部が取り付けられる。骨髄空間をブラシ掛けする
とともにすすぎ、補綴具38、スペーサー48.51お
よび排気チューブ53から成るアッセンブリが挿入され
る。このようにして残りの骨髄空間が2次的に接着され
る。セメント材が充填穴54を介して骨髄管92に射出
される。
の一端部が取り付けられる。骨髄空間をブラシ掛けする
とともにすすぎ、補綴具38、スペーサー48.51お
よび排気チューブ53から成るアッセンブリが挿入され
る。このようにして残りの骨髄空間が2次的に接着され
る。セメント材が充填穴54を介して骨髄管92に射出
される。
例えば、小さい直径のノズルを有する図示しないセメン
ト銃を介して注入が行われる。この骨髄管92の充填完
了後、セメント材は末端スペーサー48の管52を透過
して骨47内に透過するように加圧される。このセメン
ト注入は骨構造体の一部分にドリル穴をあけ、鎖式を介
して行うことも出来る。
ト銃を介して注入が行われる。この骨髄管92の充填完
了後、セメント材は末端スペーサー48の管52を透過
して骨47内に透過するように加圧される。このセメン
ト注入は骨構造体の一部分にドリル穴をあけ、鎖式を介
して行うことも出来る。
スペーサー48および51は好ましくはPMMA(ポリ
メチルメタクリレート)から製作し、硬化セメント材を
介して強固な接着を行うようにする。短時間骨セメント
材を加圧した後、排気チューブ53はゆっ(りと回収さ
れ、その間セメント素材は加圧状態にされる。排気チュ
ーブ53を取り外した後、残りの空間にセメント材が充
填される。
メチルメタクリレート)から製作し、硬化セメント材を
介して強固な接着を行うようにする。短時間骨セメント
材を加圧した後、排気チューブ53はゆっ(りと回収さ
れ、その間セメント素材は加圧状態にされる。排気チュ
ーブ53を取り外した後、残りの空間にセメント材が充
填される。
排気チューブ53は空気、流体および骨髄の排出管とし
て作用し、該チューブ53は接着時セメント材により大
腿管92を押し圧する。セメント材と骨とを強固に結合
するために、排気チューブ53を取り外した後もセメン
ト材の加圧状態を保持するようにするようにしてもよい
。
て作用し、該チューブ53は接着時セメント材により大
腿管92を押し圧する。セメント材と骨とを強固に結合
するために、排気チューブ53を取り外した後もセメン
ト材の加圧状態を保持するようにするようにしてもよい
。
上述の方法は大腿頭骨補綴具に関して適用したものであ
るが、その他、長尺の骨内に位置決めすべきステムを備
えた種々の補綴具における位置決めおよび固定に適用で
きることは勿論のことである。末端スペーサー51にお
ける開口50は円形ではなくかつ偏心状に配置してもよ
い。その他の補綴具に適用する場合、この開口50は例
えば円形とし又は同心状に配置するようにしてもよい。
るが、その他、長尺の骨内に位置決めすべきステムを備
えた種々の補綴具における位置決めおよび固定に適用で
きることは勿論のことである。末端スペーサー51にお
ける開口50は円形ではなくかつ偏心状に配置してもよ
い。その他の補綴具に適用する場合、この開口50は例
えば円形とし又は同心状に配置するようにしてもよい。
第7図、第8図および第9図に示すように、本発明の大
腿頭骨補綴具の第2実施例は寸法りおよびWに対し寸法
Kをもって画定される曲り形状のものとすることにより
骨からの取り外しが容易におこなうことが出来、これは
補修処理に重要なものである。
腿頭骨補綴具の第2実施例は寸法りおよびWに対し寸法
Kをもって画定される曲り形状のものとすることにより
骨からの取り外しが容易におこなうことが出来、これは
補修処理に重要なものである。
図示するように第1実施例から剥取り部を無くした形状
の第2実施例のものはセメント質外皮の適用空間をさら
に提供するものである。
の第2実施例のものはセメント質外皮の適用空間をさら
に提供するものである。
好ましくは、中型の補綴具に関し、寸法しか135mm
、寸法Wが41mmのものに対し寸法には11.25m
mとされる。
、寸法Wが41mmのものに対し寸法には11.25m
mとされる。
第10図に示すように、本発明の第2実施例の寛骨臼補
綴具は好ましくはポリエチレンから成るスペーサー71
を有し、外部から支持体72に挿入されるようになって
いる。インサート73に中心穴76に挿入される固定中
心素子74が設けられる。このインサート73にはリム
78に配置された溝77が設けられ、このリム78には
インサート73の周囲に等間隔で3つの切り欠き79が
設けられている。
綴具は好ましくはポリエチレンから成るスペーサー71
を有し、外部から支持体72に挿入されるようになって
いる。インサート73に中心穴76に挿入される固定中
心素子74が設けられる。このインサート73にはリム
78に配置された溝77が設けられ、このリム78には
インサート73の周囲に等間隔で3つの切り欠き79が
設けられている。
第1図は本発明の好ましい1実施例の大腿頭骨補綴具の
概略平面図、 第2図は第1図の補綴具の設計手順の一例を示すフロー
チャート、 第3図は本発明の大腿頭骨補綴具の好ましい設計例の分
解斜視図、 第4図は本発明の5種類の形状寸法を有する大腿頭骨補
綴具を示す図、 第5A〜5G図は本発明の寛骨臼補綴具の7種類の形状
を示す図、 第6図は大腿頭骨補綴具を固定する手順の説明図、 第7.8及び9図は本発明の第2実施例の大腿頭骨補綴
具を示し、それぞれ該補綴具の背面図、側面図、および
各部所面図、 第10図は本発明の寛骨臼補綴具の分解斜視図である。 20・・・補綴具、 22・・・ステム、25・・・大
腿骨頭部、 26・・・寛骨臼補綴具、28・・・金属
支持体、 29・・・ポリエチレン製インサート、30・・・リム
、 38・・・補綴具、47・・・骨、 48・・・第
2スペーサー、49・・・円形溝、 51・・・第1ス
ペーサー、53・・・排気チューブ、 54・・・充填
穴、64・・・スペーサー、 71・・・ポリエチレン製スペーサー、72・・・バッ
キング、 73・・・インサート、74・・・固定中
心素子、 92・・・大腿骨管。 特許出願人 オルソペーディック・テクノロジー・ベス
ロテン・ペンノソトシャップ 代理 人弁理士青 山 葆 はか1名 図面の浄Z、C内5に変更なし)
概略平面図、 第2図は第1図の補綴具の設計手順の一例を示すフロー
チャート、 第3図は本発明の大腿頭骨補綴具の好ましい設計例の分
解斜視図、 第4図は本発明の5種類の形状寸法を有する大腿頭骨補
綴具を示す図、 第5A〜5G図は本発明の寛骨臼補綴具の7種類の形状
を示す図、 第6図は大腿頭骨補綴具を固定する手順の説明図、 第7.8及び9図は本発明の第2実施例の大腿頭骨補綴
具を示し、それぞれ該補綴具の背面図、側面図、および
各部所面図、 第10図は本発明の寛骨臼補綴具の分解斜視図である。 20・・・補綴具、 22・・・ステム、25・・・大
腿骨頭部、 26・・・寛骨臼補綴具、28・・・金属
支持体、 29・・・ポリエチレン製インサート、30・・・リム
、 38・・・補綴具、47・・・骨、 48・・・第
2スペーサー、49・・・円形溝、 51・・・第1ス
ペーサー、53・・・排気チューブ、 54・・・充填
穴、64・・・スペーサー、 71・・・ポリエチレン製スペーサー、72・・・バッ
キング、 73・・・インサート、74・・・固定中
心素子、 92・・・大腿骨管。 特許出願人 オルソペーディック・テクノロジー・ベス
ロテン・ペンノソトシャップ 代理 人弁理士青 山 葆 はか1名 図面の浄Z、C内5に変更なし)
Claims (22)
- 1.骨に固定する補綴具を製造するにあたり、骨と補綴
具に掛かる所望の応力パターンを予め設定し、 上記骨と補綴具の材料特性を設定し、 1つ又はそれ以上の外部負荷状態を設定し、上記補綴具
の選択された初期形態に対する骨と補綴具に掛かる応力
パターンを演算し、 上記補綴具の一連の形態から演算された応力と上記所望
の応力パターンとの差異が予め定められた値に到達する
まで、上記補綴具の形態を繰り返し変更して補綴具模型
を設計し、該模型に基づいて補綴具を製造することを特
徴とする補綴具製造方法。 - 2.補綴具設計模型がセメント外被およびその材料特性
を含むとともに該セメント外被の内側に作用する歪みエ
ネルギー密度が予め設定された値に到達するまで設計変
更される、第1項記載の方法。 - 3.補綴具と骨に作用する法線応力および剪断応力が最
小となるようにした、第1項記載の方法。 - 4.繰り返し設計された補綴具形態模型における各結節
点から補間を行って補綴具輪郭を滑らかにする、第1項
記載の方法。 - 5.骨内に挿入した後、接触面での応力が出来る限り低
くかつ均一分布値を有する形態とした、補綴具。 - 6.ステムが大腿骨の切断面下方の基部中間側部位置に
腹部を有する、大腿骨頭補綴具。 - 7.ステム基部にテーパー部を有する、第6項記載の補
綴具。 - 8.ステム末端部にテーパー部を有する、第6項記載の
補綴具。 - 9.ステム末端部のテーパー部がステム基部のテーパー
部より細い、第7項記載の補綴具。 - 10.大腿骨内に挿入したとき、ステム先端部が骨髄軸
の中間部に位置するような形態を有する、第5項〜第9
項のいずれかに記載の補綴具。 - 11.骨髄軸に対し湾曲した形態を有する、第5項〜第
9項のいずれかに記載の補綴具。 - 12.骨内へ補綴具を位置決めするとともに該骨をアク
リルセメント材を介して固定するにあたり、 骨内にアクリルセメント材を挿入する前に該骨内に上記
補綴具を好ましくは単に一回の位置決め操作を行うこと
を特徴とする、補綴具取り付け方法。 - 13.ステム末端部位置決め素子及びステム基部位置決
め素子を設けた、第12項に記載の方法。 - 14.大腿骨頭補綴具の首部と嵌合するとともに当該大
腿骨の切断面位置に設定される、位置決め素子又はスペ
ーサー。 - 15.排気チューブ用穴を有する、第14項記載の位置
決め素子又はスペーサー。 - 16.アクリルセメント材の射出用穴を有する、第14
項又は第15項に記載の位置決め素子又はスペーサー。 - 17.接合表面用インサート及び金属支持体を有する寛
骨臼補綴具。 - 18.金属支持体が種々の厚み部を有する第17項記載
の補綴具。 - 19.金属支持体が寛骨臼平面状の最外側部に延びる第
17項または第18項記載の補綴具。 - 20.金属支持体が中間下方側部から出来るかぎり離間
して寛骨臼平面と連続する、第17項〜第19項のいず
れかに記載の補綴具。 - 21.金属支持体が周辺部で1mm以下の厚みとされる
、第17項〜第19項のいずれかに記載の補綴具。 - 22.金属支持体の厚みが周辺部におけるよりもその中
央ドーム部又はその周囲近傍で大きい、第17項〜第2
1項のいずれかに記載の補綴具。
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