JPH0690972A - Bone implant and its production - Google Patents

Bone implant and its production

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JPH0690972A
JPH0690972A JP34794191A JP34794191A JPH0690972A JP H0690972 A JPH0690972 A JP H0690972A JP 34794191 A JP34794191 A JP 34794191A JP 34794191 A JP34794191 A JP 34794191A JP H0690972 A JPH0690972 A JP H0690972A
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JP
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filled
bone implant
raw material
bone
material powder
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JP34794191A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuyoshi Azeyanagi
Takeo Katakura
Noboru Matsunaga
Takaaki Osawa
Ichiro Sogaishi
Yoshihisa Ueda
義久 上田
孝明 大澤
一郎 曽我石
昇 松永
健男 片倉
和好 畦柳
Original Assignee
Janome Sewing Mach Co Ltd
Terumo Corp
テルモ株式会社
蛇の目ミシン工業株式会社
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    • B29L2031/753Medical equipment; Accessories therefor
    • B29L2031/7532Artificial members, protheses

Abstract

PURPOSE:To provide the bone implant which has excellent affinity to a biobone and can assist a bone increasing effect. CONSTITUTION:A compd. prepd. by mixing raw material powder and a resin binder is filled into a splittable filling mold 2 and thereafter, a gate port 3 of the filling mold 2 is sealed and the filling mold 2 is rotated and oscillated in the state of housing the filling mold into a cylindrical holder. A molding 8 having such a grain size gradient at which the raw material powder of larger grain sizes of the raw material powder in the compd. is distributed to a surface side and the raw material powder of small grain sizes is distributed to the central side is thereby obtd. This molding 8 is taken out by dividing the filling mold 2 and is subjected to a binder removing treatment and powder sintering at a prescribed temp., by which the sintered body of the implant having the density gradient consisting of the coarse surface part and the dense central part according to the grain size gradient of the molding 8 is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は整形外科治療において人体内に埋め込まれる骨インプラントおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a bone implant and a manufacturing method thereof are embedded in the human body in orthopedic treatment.

【0002】 [0002]

【従来の技術】人体の関節に変形、欠損、壊死等が生じた場合に関節を補綴して関節機能を再建するための人工関節(特にその人工骨頭側のステム部)や、骨幹部の骨折の場合の骨髄内釘治療に用いる髄内釘等、整形外科治療において人体内に埋め込まれる骨インプラントは、ステンレスSUS316L、Co−Cr、Co−Cr−N BACKGROUND ART variant of the human body joints, defects, artificial joints (especially stem portion of the artificial bone cephalad) for by prosthetic joint rebuilding joint function when the necrosis or the like occurs and fractures of the diaphysis intramedullary nail or the like used in the intramedullary nail treatment cases, the bone implant to be implanted into the human body in orthopedic treatment, stainless SUS316L, Co-Cr, Co-Cr-N
i、Ti−6%Al−4%V等の金属インプラント材を利用して、鋳造、鍛造、焼結等の適宜手段によって形成されるのが主流であった。 i, by using the metallic implant materials, such as Ti-6% Al-4% V, casting, forging, being formed by a suitable means such as sintering has been mainly used.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、金属インプラント材を利用した骨インプラントには様々な問題があり、例えば、人の皮質骨の曲げ弾性率はおよそ16GP The object of the invention is to be Solved However, there are various problems with the bone implant using a metal implant material, for example, the flexural modulus of the cortical bone of the people is about 16GP
aであるのに対し、ステンレスSUS316L、Co− While it is a, stainless steel SUS316L, Co-
Cr、Ti−6%Al−%4Vの曲げ弾性率はそれぞれ200、213、124GPaであって、骨の約8〜1 Cr, flexural modulus of Ti-6% Al-% 4V is a respective 200,213,124GPa, about bone 8 to 1
3倍もあるため、人工関節がたわんだり、ねじれたりすることによって局所的に応力が集中し、その応力集中部分で骨を破壊してしまう虞れがある。 Because of three times, locally concentrated stress Dari arthroplasty bent by twisting, there is a possibility that destroy the bone at the stress concentration portion.

【0004】また、アクリルベースのセメントを用いずに直接インプラントと骨を固着するセメントレス人工股関節の臨床において、骨髄腔と良く嵌合して体重や歩行等の運動による応力の作用を繰り返し受けるステム先端部では骨の増勢がみられるが、応力が作用しない部分では骨への刺激がなくなるために逆に骨組織の吸収が起こって骨量が減少するという結果が報告されている。 [0004] In addition, in clinical cementless hip prosthesis to secure the direct implant and the bone without using an acrylic-based cement, receive well-fitted to the bone marrow cavity repeat the action of the stress caused by movement such as body weight and walking stem Although momentum of bone is observed at the tip, it has been reported results that in the portion where the stress does not act to reduce the amount of bone resorption occurred in the bone tissue reversed to eliminate irritation to the bone. 則ち、応力が作用しない部分においては、骨と人工関節との嵌合にズレや緩みが増長され、人工関節を安定して保持することができなくなる虞れがある。 Sokuchi, in the portion where stress is not applied, displacement or looseness is length increasing the engagement between the bone and the artificial joint, it is stable can not be held by fear the prosthesis.

【0005】また、比重の大きな金属インプラント材による人工関節は、患者にとって挿入中の負担が大きいという問題がある。 [0005] In addition, artificial joints due to the large metal implant material of specific gravity, there is a problem that the large burden during insertion for the patient.

【0006】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、生体骨との親和性に優れ、増骨作用を助長することのできる、新規な構成の骨インプラントおよびその製造方法を提供することを目的とする。 [0006] The present invention is, in view of the problems of the prior art, excellent in affinity with living bone, capable of promoting increased bone action, to provide a bone implant and a manufacturing method thereof novel structure With the goal.

【0007】 [0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために創案された本発明による骨インプラントは、表面部を粗とし中心部を密とする密度傾斜を有するものとして一体的に形成されてなることを特徴とする。 Means for Solving the Problems] Bone implant according to the present invention was invented in order to achieve the above object, formed by integrally forming a central portion and a surface portion and roughness as having a density gradient that dense it is characterized in.

【0008】このような骨インプラントは、充填型のゲート口より、原料粉末と樹脂バインダーとを混合したコンパウンドを充填し、充填型のゲート口を封止した後、 [0008] Such bone implants than filled the gate opening, the compound obtained by mixing a raw material powder and a resin binder filled, after sealing the filled gate opening,
充填型に所要の運動を与えることにより、コンパウンドにおける原料粉末のうち、粒径の大きなものが表面側に、粒径の小さなものが中心側に分布されるような粒度傾斜を有する成形体とし、この成形体を充填型から取り出して、所定温度にて脱バインダー処理し、更に粉体焼結を行って、成形体における粒度傾斜に応じて、表面部を粗とし中心部を密とする密度傾斜を有する焼結体を得ることを特徴とする本発明方法によって、効率的に製造することができる。 By giving the required movement filled, of the raw material powder in the compound, the large surface side of the particle size, and molded product having a particle size gradient such as particle size of the little ones are distributed toward the center, the molded body is taken out from the filled, and binder removal treatment at a predetermined temperature, further subjected to powder sintering, depending on the particle size gradient in the molded body, the density gradient of the central portion and the surface portion and the coarse and fine by the present invention wherein the obtaining a sintered body having a can be efficiently produced.

【0009】原料粉末としては、任意の金属材料やセラミックス材料を選択して用いることができ、複数の材料を混合して混合原料粉末としても良い。 [0009] As the raw material powder, can be used to select any metal material or a ceramic material, may be a mixed raw material powder by mixing a plurality of materials.

【0010】異なる材料を混合して用いる場合には、それぞれの材料の比重を考慮しつつ粒径範囲を決定する。 [0010] When using a mixture of different materials, it determines the particle size range while considering the specific gravity of each material.
比重の大なる粉体材料の粒径を大きく設定すれば、この粉体材料が重力によって型内キャビティー下方(則ち成形体の表面側)に沈殿しやすくなり、他方の粉体材料は成形体の内面側に集中するので、密度傾斜を持たせた骨インプラント焼結体を得ることができる。 The larger set the particle diameter of the large becomes powder material of specific gravity, the powder material is likely to precipitate in the mold cavity downwardly by gravity (the surface side of the Sokuchi molded body), the other powder material is molded since concentrates on the inner surface side of the body, it is possible to obtain a bone implant sintered body which gave a density gradient.

【0011】成形後の脱バインダー処理は、溶媒または熱分解法により、大気または窒素あるいはアルゴン中にて、毎時3〜100℃の昇温速度にて300〜700℃ [0011] debinder treatment after molding, by solvent or thermal decomposition method, at atmospheric or nitrogen or argon, 300 to 700 ° C. at a heating rate per hour 3 to 100 ° C.
の温度範囲で行うことができる。 It can be carried out at a temperature range.

【0012】粉体焼結は、真空や水素等の非酸化性雰囲気にて、1000〜1400℃の温度範囲で行うことができる。 [0012] Powder sintering, in a non-oxidizing atmosphere such as vacuum or hydrogen, may be carried out in a temperature range of 1000 to 1400 ° C..

【0013】充填型の運動は、一般に、充填型を収容固定する筒状ホルダーを回転および/または揺動することによって与えることができる。 [0013] Filling-kinematic can generally be provided by rotating and / or rocking a cylindrical holder accommodating fixing the filled. この際の運動は適宜プログラムすることができ、その運動方向および/または速度を調整し、同一条件の運動を繰り返し、あるいは異なる条件の運動を組み合わせることによって、成形体に所定の粒度傾斜を与えることができる。 Movement at this time can be programmed as appropriate, to adjust the direction of movement and / or speed, repeating the movement of the same conditions, or by combining movements of the different conditions, to give a predetermined particle size gradient in the molded body can.

【0014】充填型として、ガラスフリット、焼結金属、石膏または多孔性セラミックス等の多孔質材料よりなるものを用いることができる。 [0014] filled, it is possible to use one made of a porous material of a glass frit, sintered metal, gypsum or porous ceramics. 成形中に、コンパウンド中の水分が充填型多孔質材料の小孔内に吸収除去されるので、成形後の脱バインダーの際に、多少昇温速度が大きくなっても、成形体にひび割れを生じさせない効果が得られる。 During the molding, the moisture in the compound is absorbed and removed in the pores of the filled porous material, when the binder removal after molding, be increased slightly heating rate, cause cracking in the molded body let no effect can be obtained.

【0015】 [0015]

【実施例】原料粉末としてチタン粉末を用い、600〜 Using titanium powder as EXAMPLES material powder, 600
700μmの粒径のもの30wt%と、100〜180 And 30 wt% that of grain size of 700 .mu.m, 100 to 180
μmの粒径のもの30wt%と、3〜45μの粒径のもの40wt%を混合する。 And 30 wt% that of the particle size of [mu] m, mixing 40 wt% that of the particle size of 3~45Myu.

【0016】バインダーとしてはアルギン酸アンモニウム1%水溶液を用い、上記原料粉末と混練して、粘度1 [0016] Using ammonium alginate 1% aqueous solution as a binder, and the raw material powder and kneaded, viscosity 1
500〜2000cpのコンパウンドを調製する。 The preparation of a compound of 500~2000cp.

【0017】このコンパウンド1を、図1に示すように、特級石膏を使用した分割可能な筒状充填型2(図2)にそのゲート口3より注入し、キャビティー内に完全に充填した後、ゲート口3を、充填型2と同一材料である特級石膏よりなる栓4にて密封する。 [0017] The compound 1, as shown in FIG. 1, after the injected from the gate opening 3, was completely filled into the cavity in a special grade gypsum can be divided using tubular filled 2 (FIG. 2) the gate opening 3 is sealed by filling type 2 consisting of special grade gypsum of the same material as the plug 4.

【0018】次に、この充填型2を筒状ホルダー5に固定状態に収納し、モータ6により筒状ホルダー5をその軸心のまわりに4〜6rpmの遠心力が働かない程度の低速度で回転させ(図3)、更に、サーボモータ7により180°の角度範囲に亙って筒状ホルダー5を交互に逆方向に揺動させる(図4)。 Next, the filled 2 accommodated in a fixed state to the tubular holder 5, at a low rate that the centrifugal force of 4~6rpm the tubular holder 5 by motor 6 about its axis does not work rotate (Fig. 3), further, it is swung in the opposite direction to the tubular holder 5 over an angular range of 180 ° by the servo motor 7 alternately (Fig. 4). これによって、充填型2 Thus, filled 2
のキャビティー内の粒子には図5に示すような動きが与えられる。 Of the particles in the cavity movement is given as shown in FIG.

【0019】充填型2のキャビティー内に充填された状態のコンパウンド1においては、原料粉末同志の間には、付着力、凝集力、バインダーの浮力等の様々な力が働いているが、これらの力に比べて原料粉末の粒子に働く重力が十分に大きければ、粒子は力学的に最も安定な状態に並ぼうとする。 [0019] In Compound 1 in a state of being filled in the cavity filled 2 between the raw material powder comrades, adhesion, cohesive strength, although worked various forces of buoyancy or the like of the binder, these compared to the force if is sufficiently large gravity acting on the particles of the raw material powder, the particles will try line up in the most stable state dynamics.

【0020】したがって、同一材料の粉末であれば、粒子に働く重力は粒子径のみによって決まるので、粒子径が大きいほど粒子に働く重力が大きくなる。 [0020] Therefore, if the powder of the same material, since the gravity acting on the particles is determined by only the particle diameter, increases gravity acting on the particles larger the particle diameter. つまり、静止した充填型2においては、型の下方に径の大きい粒子が分布し、上方の中心に向かうにつれて径の小さい粒子が分布することになる。 That is, in the filled 2 stationary and large particles the distribution of the diameters below the mold, having a small diameter particles toward the upper center will be distributed.

【0021】しかも、充填型2を上述のように遠心力が働かない程度の低速で回転揺動することにより、図5に示すような重力の働きとなり、上記のような粒子分布状態がキャビティー内面の全般に亙って得られる。 [0021] Moreover, by rotating rocking the filled 2 at a low speed to the extent that the centrifugal force does not work as described above, it is the action of gravity, as shown in FIG. 5, the particle distribution as described above cavity obtained over the whole of the inner surface.

【0022】すなわち、成形体8は、その中心部側には最も小さな粒径の粒子が分布しており、表面側に向かうにつれて徐々に大きな粒径の粒子が分布している、粒度傾斜を有する断面状態のものとして得られる。 [0022] That is, the molded body 8, are distributed particles of the smallest particle size in the center portion side, and gradually a large particle size particles toward the surface side are distributed, having a particle size slope obtained as the cross state.

【0023】このような成形体8を、充填型2を分割して取り出した後、アルゴン雰囲気中で毎時50℃の昇温速度で700℃まで上げ、この温度に3時間保持して脱バインダー処理し、次に真空中(1×10 −5 tor [0023] Such a molded body 8, after removal by dividing the filled 2, raised to 700 ° C. at a heating rate per hour 50 ° C. in an argon atmosphere, 3 hour hold to remove the binder at this temperature and then in vacuo (1 × 10 -5 tor
r)で1300℃にて3時間焼結することにより、チタン製の人工股関節ステム部が製造される。 By 3 hours sintered at 1300 ° C. in r), prosthetic hip stem of titanium is produced.

【0024】この焼結体10における断面状態は図7に示す通りであり、その中心部側は成形体8(図6)における小径の粒子が焼結されるので高密度層11となり、 The cross-sectional state in the sintered body 10 is as shown in FIG. 7, next to the high density layer 11 so that the center portion side of the small diameter of the particles in the molded body 8 (FIG. 6) is sintered,
表面側は大径の粒子が焼結されるので凹凸表面(径50 Surface because large particles are sintered irregular surface (diameter 50
0μm前後、深さ500〜1000μm程度の凹部が多数形成されている)を有する低密度層12となり、中間部分は独立空孔13を内包し得る中密度層14となる。 0μm longitudinal, low-density layer 12 becomes to have a recess depth of about 500~1000μm are formed a number), the intermediate portion is a density layer 14 in which may enclosing independent holes 13.
則ち、表面部側を粗とし、中心部側を密とする密度傾斜を有する焼結体10が得られる。 Sokuchi, the surface portion side is rough, the sintered body 10 having a density gradient of the central portion and dense can be obtained.

【0025】 [0025]

【発明の効果】本発明による骨インプラントは、表面が粗で多孔性となっているので、金属材料を用いた場合にも全体としての軽量化を達成すると共に、生体骨に近似した曲げ弾性率となり、しかも中心部は密であるので、 Bone implant according to the invention according to the present invention, since the surface has a porosity in the coarse, with achieving weight reduction as a whole even when using a metal material, flexural modulus which approximates to the living bone next, and since the center is dense,
骨インプラントに必要な機械的強度は得られている。 Mechanical strength required for bone implants have been obtained.

【0026】また、表面に多数形成された前記したような径と深さを持った凹部は増骨作用に適しているので、 Further, since the recess having a diameter and depth as described above which is formed in a large number on the surface is suitable for increasing bone action,
セメントレスであっても、骨髄腔内に埋入された骨インプラントは増骨作用により骨との強力な固定状態が得られる。 Even cementless bone implants implanted in the bone marrow cavity is a strong fixed state of the bone obtained by Zokotsu action.

【0027】更に、本発明による骨インプラントは、表面が粗で皮膜との密着性が良く、人工関節の骨頭部とステム部とを一体で形成し、骨頭部には耐摩耗性に優れた皮膜を被覆し、従来のように骨頭部とステム部とを別体とした場合に生ずる両者間のねじ緩み等の問題も解決する。 Furthermore, the bone implant according to the present invention, the surface has good adhesion to the film in the crude to form integrally the bone head and a stem portion of the prosthesis, the bone head excellent in wear resistance coating covering the, also solves the conventional screw loosening problems between both occurring in the case where the bone head and the stem portion separately provided as.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明方法の一実施例に用いられる充填型およびそのキャビティー内の充填コンパウンドを示す縦断面図である。 1 is a longitudinal sectional view showing a filling compound filling type and in that cavity used in one embodiment of the present invention method.

【図2】図1の充填型を示す斜視図である。 2 is a perspective view of a filled in FIG.

【図3】図1の充填型を回転揺動させるための装置構成例を示す平面図である。 3 is a plan view showing an apparatus configuration example for rotating swing filled in FIG.

【図4】図3の装置構成例を示す正面図である。 4 is a front view showing a device configuration example of FIG.

【図5】回転揺動される充填型内の原料粉体の動きを示す説明図である。 5 is an explanatory diagram showing the movement of the raw material powder in the filled rotated swing.

【図6】回転揺動後の静止状態の充填型およびそのキャビティー内の成形体を示す縦断面図、並びに成形体の一部分についてのその拡大図である。 Figure 6 is a longitudinal sectional view showing a molded body filling type and in that the cavity of the stationary state after rotating the swing, as well as an enlarged view of a portion of the molded body.

【図7】焼結体の一部分についての拡大断面図である。 7 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the sintered body.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 コンパウンド 2 充填型 3 ゲート口 4 栓 5 筒状ホルダー 6 モータ 7 サーボモータ 8 成形体 10 焼結体 11 高密度層 12 低密度層 13 独立空孔 14 中密度層 1 Compound 2 filled third gate opening 4 plug 5 cylindrical holder 6 motor 7 a servomotor 8 molded body 10 sintered 11 dense layer 12 low density layer 13 density layer independent pores 14

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽我石 一郎 東京都中央区京橋3丁目1番1号 蛇の目 ミシン工業株式会社内 (72)発明者 片倉 健男 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内 (72)発明者 大澤 孝明 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内 (72)発明者 上田 義久 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Soga stone Ichiro, Chuo-ku, Tokyo Kyobashi 3-chome No. 1 No. 1 Janome Sewing Machine industry Co., Ltd. in the (72) inventor Takeo KATAKURA Kanagawa Prefecture ashigarakami district Nakai-cho, Inokuchi 1500 address Terumo Corporation the inner (72) inventor Osawa Kanagawa Prefecture ashigarakami district Nakai-cho, Inokuchi 1500 address Terumo within the Corporation Takaaki (72) inventor Yoshihisa Ueda Kanagawa Prefecture ashigarakami district Nakai-cho, Inokuchi 1500 address Terumo within the Corporation

Claims (6)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 表面部を粗とし中心部を密とする密度傾斜を有するものとして一体的に形成されてなることを特徴とする骨インプラント。 1. A bone implant, characterized in that formed by integrally forming a central portion and rough surface section as having a density gradient that dense.
  2. 【請求項2】 多孔性表面を有することを特徴とする請求項1の骨インプラント。 2. A bone implant according to claim 1, characterized in that it comprises a porous surface.
  3. 【請求項3】 充填型のゲート口より、原料粉末と樹脂バインダーとを混合したコンパウンドを充填し、前記充填型のゲート口を封止した後、前記充填型に所要の運動を与えることにより、前記コンパウンドにおける前記原料粉末のうち、粒径の大きなものが表面側に、粒径の小さなものが中心側に分布されるような粒度傾斜を有する成形体とし、この成形体を前記充填型から取り出して、所定温度にて脱バインダー処理し、更に粉体焼結を行って、前記成形体における粒度傾斜に応じて、表面部を粗とし中心部を密とする密度傾斜を有する焼結体を得ることを特徴とする、骨インプラントの製造方法。 Than 3. A filled gate opening, the compound obtained by mixing a raw material powder and a resin binder filled, after sealing the filled gate opening, by providing the required movement to the filled, among the raw material powder in the compound, the large surface side of the particle size, and molded product having a particle size gradient such as particle size of the little ones are distributed in the center side, it is taken out the molded body from the filled Te, and binder removal treatment at a predetermined temperature, further subjected to powder sintering, depending on the particle size gradient in the molded body to obtain a sintered body having a density gradient of the central portion and the surface portion and the coarse and fine wherein the method of manufacturing a bone implant.
  4. 【請求項4】 前記充填型が多孔質材料にて形成されることを特徴とする、請求項3の骨インプラントの製造方法。 4., characterized in that the filling type is formed of a porous material, method for producing a bone implant of claim 3.
  5. 【請求項5】 前記脱バインダー処理を、溶媒または熱分解法により、大気または窒素あるいはアルゴン中にて、毎時3〜100℃の昇温速度にて300〜700℃ The method according to claim 5, wherein said debinding treatment, by solvent or thermal decomposition method, at atmospheric or nitrogen or argon, at a Atsushi Nobori rate per hour 3 to 100 ° C. 300 to 700 ° C.
    の温度範囲で行うことを特徴とする、請求項3または4 And carrying out at the temperature range, according to claim 3 or 4
    の骨インプラントの製造方法。 Method for producing a bone implant.
  6. 【請求項6】 前記粉体焼結を、非酸化性雰囲気にて、1000〜1400℃の温度範囲で行うことを特徴とする、請求項3ないし5のいずれかの骨インプラントの製造方法。 The method according to claim 6, wherein said sintered powder, in a non-oxidizing atmosphere, and carrying out in a temperature range of 1000 to 1400 ° C., claims 3 to any of the processes for preparation of the bone implant 5.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014002795A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-03 京セラメディカル株式会社 Artificial joint stem, artificial joint stem component, and artificial joint stem manufacturing method

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WO2014002795A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-03 京セラメディカル株式会社 Artificial joint stem, artificial joint stem component, and artificial joint stem manufacturing method

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