JPH02280746A - 小直径セラミックボールを使用する大腿骨プロテーゼ - Google Patents

小直径セラミックボールを使用する大腿骨プロテーゼ

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JPH02280746A
JPH02280746A JP2075342A JP7534290A JPH02280746A JP H02280746 A JPH02280746 A JP H02280746A JP 2075342 A JP2075342 A JP 2075342A JP 7534290 A JP7534290 A JP 7534290A JP H02280746 A JPH02280746 A JP H02280746A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、円錐スリーブ固定によって組み立てられた、
金属ロッドと大腿骨頂部又はセラミックボール（好まし
くはジルコニア）とから成る大腿骨プロテーゼに係わる
。前記大腿骨頂部は一般的に高密度ポリエチレン（ＰＥ
）の寛骨日杯状窩と組み合わされる。
従来の技術 全股関節プロテーゼが埋め込まれる時には、用いられる
外科的手順により、通常は２２．２２〜３２ｍの間の直
径の大腿骨頂部が使用される。前記大腿骨頂部を作るの
に使用される材料は、ステンレス鋼、Ｃｒ−Ｃｏ−Ｍｏ
合金、チタン等のような金属、又は高密度焼結アルミナ
のようなセラミックであることが好ましい。そうしたセ
ラミック材料は、生物学的適合性に関して極めて明確な
有利性をもたらし、及び、金属に比べてより良好な、高
密度ＰＨに対する摩擦係数をもたらす。しかし、確かに
高度ではあるが、しかし不十分であるその機械的特性を
考慮すると、円錐スリーブマウンティングによってアル
ミナボールに取り付けられている金属ロッドから成る大
腿骨プロテーゼを埋め込むことが望ましい場合には、そ
の使用は、２８−以上の直径の大腿骨頂部に限定され、
及び制限された幾何学的形状に限定される（特に、直径
２８ｍの大腿骨頂部については最大頚部間隔が４ｍｍ、
直径３２ｍの大腿骨頂部については最大頚部間隔が８Ｗ
＋）。
現在では、円錐スリーブマウンティングによって大腿骨
ロッドに固定される小直径の大腿骨頂部を備えるプロテ
ーゼが移植されることが望ましい場合には、金属のみが
使用され、こうした金属は幾つかの欠点を有し、特に、
高密度ＰＥ杯状窩に対する摩擦特性が不適切であるとい
う欠点を有する。
その優れた摩擦係数という利点を利用するために、高密
度アルミナ大腿骨頂部を使用する試みが行われてきたが
、それらの不適切な機械的特性が考慮に入れられなけれ
ばならず、即ち、そうした大腿骨頂部は直径２８＋ｍ未
満では使用不可能であり、及び円錐スリーブフィットメ
ントによって大腿骨頂部上に取り付けられる場合には、
常に前記頂部の破損の危険性があるということが考慮さ
れなければならない。
従って、この問題を克服するために、円錐スリーブフィ
ットメントの様々な配置及び変形が提案されてきている
。これらの配置は一般的に、金属ロッドとセラミック頂
部との間において、円錐スリーブフィットメントの中に
「応力緩衝器」を導入することにある。
例えば次のような例を挙げることができる。
フランス特許第２５８ｆｔ１７０号（ＦＩＢｅ＊ａ）　
：様々な手段（特に金属被覆、鑞付は等）によって、大
腿骨頂部を形成するセラミックカップと結合される中間
金属スリーブを使用し、前記スリーブが前記大腿骨頂部
の円錐台状の部分と噛み合わされる。
フランス特許第２６１０５１４号（Ｃｕｉｌｌｅｒｏｏ
）　：金属をセラミックカップに注入し、固体化したこ
の金属塊の中に、大腿骨頂部の端部が収容される凹部が
備えられる。
一フランス特許第２３９１７１１号（Ｓａｌｗｅｒ）　
：セラミック材料と金属との間に挿入されたプラスチッ
クスリーブを使用する。
これらの解決策の全ては、高密度アルミナ大腿骨頂部の
機械的強度の問題に対する解決をもたらすが、そのプロ
テーゼの位置を決めることが必要な時にはそうした解決
策を用いることが困難であることが多く、及び、−船釣
にそれらの解決策は外科医の要求を満たさない。
発明が解決しようとする課題 上記の理由により、本出願人は、中間部材の補助なしに
、及び／又は接着、鑞付け、はぞ等のような他の付属固
定手段の補助なしに、セラミック材料による直径２６１
以下の大腿骨頂部と金属大腿骨ウッドとの間を円錐スリ
ーブフィットメントで直接的に継ぎ合わせることから成
る大腿骨プロテーゼを完成させることを求めてきた。
従って、こうしたプロテーゼは、強度の機械的応力を受
ける時に破損することがなく、同時に、使用及び位置決
めが容易である。
発明の説明 本発明は、円錐スリーブフィットメントによって組み合
わされる、その一端が雄部の円錐台形部分から成る金属
ロッドと、少な（とも１つの円錐台形の盲凹部を有する
セラミック大腿骨頂部とから構成される大腿骨プロテー
ゼであって、更に、前記プロテーゼは、安定化された高
密度ジルコニアであることが好ましいセラミック材料か
ら成る直径２６閣以下の前記頂部と、その頂点における
全角度が一般的にじより大きい、円錐スリーブフィット
メントに使用される円錐台形の盲凹部と、大腿骨頂部の
周囲で測定されたその入口直径が８〜１４ｍの間であり
、及び好ましくは１０〜１１ｍの間である、円錐スリー
ブフィットメントに使用される前記切頭円錐とを有する
ことを特徴とする。
ジルコニアセラミックは、粉末ジルコニアと、当業者に
は公知な安定剤例えばＹ　　Ｏ、ＭｇＯ１ＣａＯ１希土
類酸化物又はそれらの混合物とから成る、Ｚ　ｒ　Ｏ２
の最終含量が一般的に９５重量％より大きな混合物を焼
結することによって得られる。
成形及び常温圧縮の後で自然焼結が行われても、又は、
荷重を加えての焼結が行われても、更に好ましくは、荷
重を加えない予備焼結段階を恐らくは含むであろう静水
圧荷重の下での焼結（ＨＩＰ＝ホットアイソスタティッ
ク成形）が行われてもよい。
従って、安定化されたジルコニアセラミックは、本発明
に従って使用されることが可能な正方晶相の形で得られ
る。前記セラミックは少なくとも次の物理学的特性を有
することが好ましい。
６　ｇ　／　ａ／、又は理論密度の９８％を越える比質
量（比重）、 １ミクロン以下の平均粒度（Ａ　Ｓ　ＴＭ　：Ｎ　Ｐ　
Ａ　０４１０２の方法による、電子走査顕微鏡を用いて
測定）、 ９２０Ｍ　Ｐ　ａよりも高い３点屈曲破壊係数（Ｆｒｅ
＋ｅｈ　Ｈｓ＋ｄｓｒｄｓ　Ｂ４１０　Ｄｏｃ１２草案
）、及び、２２０Ｇ　Ｐ　ａより高い弾性係数（＾ＳＴ
Ｍ　Ｃ６７４法）。
ジルコニアに関して前述された屈曲抵抗性、ヤング率及
び粒度を少なくとも有する限り、及び明らかに本応用物
に必要な生物学的適合性を満たす限り、例えば酸化物、
炭化物、窒化物のような別のタイプの焼結セラミックも
同様に本発明に従うて使用されることが可能である。
有利には、例えばＨＩＰによって得られた安定化ジルコ
ニアの部品が使用可能であり、これらの部品は少なくと
も次のような特性を有する。
６ｇ／ａ／を越える比質量、 １ミクロン未満の平均粒度、 ・１６０［ＩＭ　Ｐ　ａを越える６屈曲抵抗性、及び、
２２０Ｇ　Ｐ　ａを越えるヤング率。
前記２つの組の１つ以上の特性を少なくとも有する他の
セラミックも、同様に使用されてよい。
大腿骨頂部は一般的に球形であり、２６−以下の直径を
有する。２２．２２閣の直径を持つ球に関して本発明は
特に重要である。前記頂部は、その袖が半径方向にある
円錐台形の盲凹部を少なくとも１つ含み、及び、移植時
の破損の危険性を最小とするような十分に高い機械的強
度を持つ小直径（２６−以下）の頂部を備えた大腿骨プ
ロテーゼを得るために、その頂点において６°以上の全
角度を用いることが好ましくは必要であることを、本出
願人は発見している。大腿骨頂部は損傷又は破損をこう
むることな（約３０〜３５ｋＮの最低荷重に耐えること
が可能でなければならないと一般的に見なされている。
この極限荷重は、８８年２月１０日付のＦｒｅｎｃｈ　
Ｓｔｃ＋＋ｄ＊ｒｄｓ　ＰＲ，Ｓ、９ｆ１４４３草案に
従って測定され、この測定法では、アセンブリの釉に沿
って、金属ロッドの上に取り付けられた大腿骨頂部に対
して次第に増加する力が加えられる。
好ましくは約１０°の角度を使用することによって、著
しい堅固性が得られる。
同様に、円錐の入口直径が同時に上記の定義通りである
ことが不可欠であるが、特に、この直径の値が１４ｒｍ
を上回る値である場合には、大腿骨頂部の破損の危険性
が著しく増大する恐れがある。
円錐台形の盲凹部は、円錐スリーブフィットメントによ
る自己固定アセンブリを確実にするように働き及び好ま
しくは同一の円錐形である対応する雄部の金属円錐の壁
と接触している側壁を有する。大腿骨ロッドの一方の端
部は大腿骨の中に埋め込まれ、このロッドの他方の端部
には前記雄部の円錐が位置し、この円錐は前記円錐台形
の凹部の中に力によって嵌め込まれ、従って直接的に固
定される。
スリーブ状フィットメントとして働く前記円錐台形の盲
凹部は、後述されるように、直接的に、又は、僅かでは
あるがより大きく開いた別の切頭円錐を介して、前記頂
部の表面上に開口する。
金属大腿骨ロッドは、整形外科学的移植を行うために使
用されるチタン合金、ステンレス鋼、Ｃｒ−Ｃｏ−Ｍｏ
もしくは他の何れかの金属又は合金であってよい。
いずれかの公知の手段を用いて、及び特にフランス特許
出願第８８−０９０４２号に開示される器具を用いて、
金属ロッド上への大腿骨頂部の取付けを最適化すること
が可能であり、前記特許出願では、自己固定式円錐スリ
ーブマウンティングによるアセンブリを確実なものにす
るための前記ロッドの雄部円錐と前記頂部の雌部円錐と
の間の接触は、セラミック頂部内の盲凹部の奥まった円
錐台領域内でのみ起こる。
第１図は、本発明による大腿骨プロテーゼを示す。この
図では、 照合番号１は大腿骨を示し、 照合番号２は金属大腿骨ロッドを示し、このロッドの端
部３は大腿骨内に埋め込まれ、このロッドの円錐台形端
部４は、小直径のセラミック大腿骨頂部５に円錐スリー
ブフィットメントによって組み合わされるように働き、 照合番号６は、前記雄部の円錐４の側壁７とその全高に
亘って接触する前記大腿骨頂部５の中に備えられた円錐
台形の凹部の側部壁を示し、及び、 照合番号８は、前記雄部切頭円錐４の頂部と、前記頂部
５中に備えられた切頭円錐形凹部の底部との間の間隙を
示す。
この場合に、前記盲凹部は、大腿骨頂部５の表面上に直
接開口する単一の切頭円錐から成る。
第２図及び第３図は、フランス特許出願第８８−０９０
４２号に開示される器具を用いて行われる、本発明によ
る円錐スリーブフィットメントの最適化の方法を示し、
前記特許出願によれば、前記雄部円錐と前記雌部円錐と
の間の接触は前記セラミック大腿骨頂部５内の盲凹部の
奥まった領域内で生じる。
第２図は、セラミック大腿骨頂部５と金属大腿骨ロッド
４との間の自己固定式スリーブフィッティングによる接
触領域が、前記盲凹部の「奥まった」領域内の９におい
て生じることを示す。本発明による前記頂部における全
角度は、この円錐台接触領域の全角度である。非接触領
域１１は前記盲凹部の外側に向かって位置し、この場合
には、この領域は大腿骨頂部５を更にフレア状に機械加
工することによって得られる。接触が生じる円錐台形の
盲凹部の入口直径１０は、大腿骨頂部５の外側表面と接
触円錐台９の延長部分との交わりによって得られる円に
ついて測定される。
第３図では、接触領域９は同様に前記盲凹部の「奥まっ
た」領域内に位置する。非接触領域１１は、この場合に
は、金属大腿骨ロッド上の雄部円錐４の相当部分を逃げ
機械加工することによって得られる。同様に、円錐台形
の盲接触凹部の入口直径１０は、前記円錐台形凹部と大
腿骨頂部５外側表面との交わりによって得られる円につ
いて測定される。
実施例 本発明の重要性を示すめたに、ＦｒｅａｃｈＳｌ■ｄｔ
ｒｄ　ＰＲＳ　９０４４３草案ｒＰｉｅｃｅｔ　ｆｅｍ
ｏｒｘｌｅｓｄｅ　ｐｒｏｌｈ■ｅ　ｄｅ　ｈｓ＋ｃｈ
ｒ　ｔｗｅｃ　ｒｅ＋ｅ　ｒｔｐｐｏｒｌｅｅ　　：ｔ
ｐｓｃＮｉｅｓ目ｏｎ　ｄｅ　！ｓ　ｊｅｌｓ　ｅｔ　
ｄｅ　Ｉｔ　ｐ＊ｒｔｉｅｍｓｌｅ　ｄｅ　Ｉ’　ｅｉ
ｂｏｉｔｅｍｃｎｔ　Ｊ　　（嵌め込み式環部を有する
股関節プロテーゼ大腿骨部品二大腿骨頂部についての及
びソケットフィットメ〉・トの雄部部品についての詳ｔ
Ｈ１）に従って、様々なプロテーゼのセラミック大腿骨
頂部に対して、破断試験が行われた。この試験の原理は
、前記頂部が破断されるまで、そのアセンブリの軸に沿
ってセラミック頂部に対して荷重を加えることである。
実施例１ 高密度アルミナから成る大腿骨頂部を用いてプロテーゼ
が用意された。このアルミナの物理学的特性は５ｔｘｎ
ｄｘｒｄ　ＡＳＴＭ　Ｆ２Ｏ３又はＩｓＯ６’４７４に
基づくものである。
幾つかのタイプの大腿骨プロテーゼの製作にこの材料を
適用することによって生じる問題を説明するために、盲
目部及び雄部円錐について同一の角度を用いながら、第
１図に示されるタイプの円錐スリーブフィッティング（
大腿骨頂部内の前記盲目部の全壁面に亘っての、雄部円
錐と盲目部との間の接触）を使用して、金属大腿骨ロッ
ド上に小直径（２６ｍ）のアルミナ大腿骨頂部が取付け
られた。　その幾何学的特徴は次のものである。
・大腿骨頂部の直径　　　　＝２６閣、・凹部の頂点に
おける全角度＝　６゜ ・円錐人口の直径　　　　　：１４閤。
行われた試験は、２５ｋｌｌで破損を発生させ、このレ
ベルは破断の危険性がないインブラントには不十分であ
ると評価される。
実施例２ 本発明を説明するよう意図されたこの実施例では、大腿
骨頂部は自然焼結によって得られた高密度焼結ジルコニ
アであり、その品質は前述の説明で示された特徴に従っ
ている。その大腿骨頂部は２６■の直径を持ち、その円
錐スリーブフィッティングは実施例１と同一のものであ
る。その試験結果は次の表に示される。
本発明により、試験Ｎα１は改善された破断荷重を示し
、これはプロテーゼが埋め込み可能であることと、及び
破断抵抗性が３０〜３５ｋＮの限界閾値を明らかに著し
く上回ることとを意味するということが理解できる。
同様に、試験Ｎα３（角度ＬＯ°及び円錐入口半径１１
　ｗａ　）の結果が特に良好であることが理解できる。
実施例３ 同様に、この実施例も本発明を説明する。これらの試験
では、大腿骨頂部は２２．２２ｍの直径を有し、及び、
円錐スリーブフィッティングは、第２図に関して説明さ
れたものと同一のタイプであり、即ち、盲目部の前部部
分をフレア加工することによって、雄部円錐が盲目部の
壁の一部分上にだけ接触するタイプである。
２つのタイプのセラミックが使用された。即ち、その一
方は、自然焼結によって得られる実施例２のジルコニア
と同一の高密度ジルコニアであり、他方は、前述の説明
で示された特徴を持つ、１（ＩＰによって得られるジル
コニアである。得られた試験結果は次の通りである。
これらの試験は、小直径の大腿骨頂部に用いてさえ、本
発明によって非常に、高い破断荷重が得られることを示
している。
従って、本発明の組み合わされた特徴は、金属ロッド上
への円錐スリーブフィッティングによって、埋め込み後
に破損する恐れのない大腿骨プロテーゼを製作するため
に、直径の小さい（２６−以下の、及び特に２２．２２
ｍの）大腿骨頂部を使用することを可能にし、一方、そ
うした結果は従来技術の高密度アルミナの大腿骨頂部で
は実現不可能なのである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による大腿骨プロテーゼを示す図、 第２図及び第３図は、本発明による円錐スリーブフィッ
トメントの最適化の方法を示す図である。 ｌ・・・・・・大腿骨、　　２・・・・・・金属大腿骨
ロッド、３・・・・・・大腿骨に埋め込まれる金属大腿
骨ロッド端部、　　４・・・・・・金属大腿骨ロッドの
円錐台形端部（雄部円錐）、　　５・・・・・・セラミ
ック大腿骨頂部、６・・・・・・円錐台形凹部側壁、７
・・・・・・雄部円錐の側壁、８・・・・・・雄部円錐
と円錐台形凹部との間の間隙、９・・・・・・接触円錐
台、　１０・・・・・・入口直径。 ＦＩＧ、１

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）円錐スリーブ状フィッティングによって組み合わ
    される、その一方の端部が雄部の切頭円錐から成る金属
    ロッドと、少なくとも１つの円錐台状の盲凹部を有する
    セラミック大腿骨頂部とから構成される大腿骨プロテー
    ゼであって、前記頂部が直径２６ｍｍ以下のセラミック
    材料から成り、円錐フィットメントとして働く前記円錐
    台形の盲凹部の頂点における全角度が４°より大きく、
    円錐スリーブ状フィットメントとして働く前記切頭円錐
    の、前記大腿骨頂部の周囲で測定された入口直径が８〜
    １４ｍｍ、好ましくは１０〜１１ｍｍであることを特徴
    とするプロテーゼ。
  2. （２）前記大腿骨頂部が安定化された高密度ジルコニア
    セラミック材料で作られることを特徴とする請求項１に
    記載のプロテーゼ。
  3. （３）前記安定化されたジルコニアセラミック材料が９
    ５重量％以上のＺｒＯ＿２を含むことを特徴とする請求
    項２に記載のプロテーゼ。
  4. （４）頂点における全角度が６°より大きく、好ましく
    は約１０°に等しいことを特徴とする請求項１〜３のい
    ずれか一項に記載のプロテーゼ。
  5. （５）前記円錐の入口における直径が１０ｍｍであるこ
    とを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプ
    ロテーゼ。
  6. （６）前記セラミック頂部の直径が２２．２２ｍｍであ
    ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載
    のプロテーゼ。
  7. （７）前記大腿骨頂部のセラミック材料が少なくとも、
    以下の特性： ・６ｇ／ｃｍ＾３を越える比質量と、 ・１ミクロン以下の平均粒度と、 ・９２０ＭＰａより高い屈曲抵抗性と、及び、・２２０
    ＧＰａを越える弾性係数 を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項
    に記載のプロテーゼ。
  8. （８）前記大腿骨頂部の前記セラミック材料が少なくと
    も、以下の特性： ・６ｇ／ｃｍ＾３を越える比質量と、 ・１ミクロン未満の平均粒度と、 ・１６００ＭＰａを越える屈曲抵抗性と、及び、・２２
    ０ＧＰａを越えるヤング率 を有することを特徴とする請求項７に記載のプロテーゼ
    。
  9. （９）前記大腿骨頂部が、請求項７又は８のいずれか一
    項に記載の特性を少なくとも有する、酸化物、炭化物、
    窒化物もしくはホウ化物のセラミック材料であることを
    特徴とする請求項１、請求項４〜８のいずれか一項に記
    載のプロテーゼ。
  10. （１０）前記セラミック大腿骨頂部がＨＩＰ（ホットア
    イソスタティック成形）によって得られる請求項１〜９
    のいずれか一項に記載のプロテーゼ。
  11. （１１）円錐スリーブ状フィッティングを前記大腿骨ロ
    ッドの雄部円錐と盲凹部内の深く窪んだ領域内に位置す
    る盲凹部の一部分のみとの間の接触によって行い、及び
    、前記凹部の最前部部分が非接触領域であることを特徴
    とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプロテー
    ゼ。
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