JPH07155341A - 人工骨 - Google Patents
人工骨Info
- Publication number
- JPH07155341A JPH07155341A JP30661993A JP30661993A JPH07155341A JP H07155341 A JPH07155341 A JP H07155341A JP 30661993 A JP30661993 A JP 30661993A JP 30661993 A JP30661993 A JP 30661993A JP H07155341 A JPH07155341 A JP H07155341A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bone
- artificial
- artificial bone
- bones
- long period
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/32—Joints for the hip
- A61F2/36—Femoral heads ; Femoral endoprostheses
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 表面形状を工夫することにより、結合組織
（シャーピー線維）付着様式である人工骨を提供する。 【構成】 表面に膨隆部と陥凹部が交互に形成された波
状形態であることを特徴とする人工骨であって、その材
質は金属、セラミックス又はサーメットである。
（シャーピー線維）付着様式である人工骨を提供する。 【構成】 表面に膨隆部と陥凹部が交互に形成された波
状形態であることを特徴とする人工骨であって、その材
質は金属、セラミックス又はサーメットである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、本来の骨と人工骨と
を結合組織（シャーピー線維）付着様式で接合する人工
骨に関する。
を結合組織（シャーピー線維）付着様式で接合する人工
骨に関する。
【０００２】
【従来の技術】骨折したり摩耗した自然の骨に代えて、
人工の成形物を自然の骨に癒着・接合したり、自然の骨
をある部分で人工のものにとり代えることが行われてい
る。しかし、人工骨には材料の特性や技術面に未解決の
問題が残っている。従来の人工骨は、骨と金属又は骨と
セラミックスという剛体どうしを骨性癒着や骨接合とい
った剛システムで結合させるものである。骨と金属又は
骨とセラミックスとはヤング率とポアソン比が異なるも
のであるため、反復性の荷重下では時間の経過とともに
両者は離開を生ずる。結合にセメント等を介在させてヤ
ング率やポアソン比の相違を少しでもやわらげた形の傾
斜勾配とすることも考えられているが、破壊に対して十
分ではない。このことは人工骨を実用化するに当って致
命的な問題であった。
人工の成形物を自然の骨に癒着・接合したり、自然の骨
をある部分で人工のものにとり代えることが行われてい
る。しかし、人工骨には材料の特性や技術面に未解決の
問題が残っている。従来の人工骨は、骨と金属又は骨と
セラミックスという剛体どうしを骨性癒着や骨接合とい
った剛システムで結合させるものである。骨と金属又は
骨とセラミックスとはヤング率とポアソン比が異なるも
のであるため、反復性の荷重下では時間の経過とともに
両者は離開を生ずる。結合にセメント等を介在させてヤ
ング率やポアソン比の相違を少しでもやわらげた形の傾
斜勾配とすることも考えられているが、破壊に対して十
分ではない。このことは人工骨を実用化するに当って致
命的な問題であった。
【０００３】生体には異なった可動機能を持つ硬組織
間、例えば骨と骨、骨と軟骨、骨と歯など、や材料係数
の異なる硬組織間（荷重下では必ず異なった力学対応を
生じる）には次の４種類の結合様式が存在する。すなわ
ち、（１）線維結合、（２）軟骨結合、（３）滑膜性結
合（狭義の関節）、（４）骨性結合である。この中で骨
性結合のみは材料係数の等しい骨同志が生長段階で別々
に大きくなり生長が完了した時に、一体の骨として関節
部が化骨して、可動機能を失い、結合して一つの骨にな
る現象である。このように材料係数の異なる剛体を剛シ
ステムで結合する様式は哺乳動物では進化の過程で捨て
去られている。剛システムは一時的機能を生きているか
ぎり繰り返す化石爬虫類や、現生の爬虫類の歯と顎骨と
の結合にのみ唯一のシステムとして見出すことができ
る。しかし、このシステムは、歯と顎骨の弾性係数の違
いから、使用中に必ず破損がおこり、歯の破損、脱落、
再萌芽を繰り返すものであり、クッションのある線維結
合の歯に進化するのに約１億年を要したとされている。
間、例えば骨と骨、骨と軟骨、骨と歯など、や材料係数
の異なる硬組織間（荷重下では必ず異なった力学対応を
生じる）には次の４種類の結合様式が存在する。すなわ
ち、（１）線維結合、（２）軟骨結合、（３）滑膜性結
合（狭義の関節）、（４）骨性結合である。この中で骨
性結合のみは材料係数の等しい骨同志が生長段階で別々
に大きくなり生長が完了した時に、一体の骨として関節
部が化骨して、可動機能を失い、結合して一つの骨にな
る現象である。このように材料係数の異なる剛体を剛シ
ステムで結合する様式は哺乳動物では進化の過程で捨て
去られている。剛システムは一時的機能を生きているか
ぎり繰り返す化石爬虫類や、現生の爬虫類の歯と顎骨と
の結合にのみ唯一のシステムとして見出すことができ
る。しかし、このシステムは、歯と顎骨の弾性係数の違
いから、使用中に必ず破損がおこり、歯の破損、脱落、
再萌芽を繰り返すものであり、クッションのある線維結
合の歯に進化するのに約１億年を要したとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の人工
骨の欠点を克服し、生体特有のしなやかさを持つ柔構造
の線維組織を介して骨と結合する人工骨を提供すること
を目的とする。
骨の欠点を克服し、生体特有のしなやかさを持つ柔構造
の線維組織を介して骨と結合する人工骨を提供すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成するため鋭意検討した結果、材質が金属又はセラミッ
クにかかわらず、人工骨の表面の形状を工夫することに
より上記目的が達成されるとの知見を得た。本発明は、
表面に膨隆部と陥凹部が交互に形成された波状円筒形状
であることを特徴とする人工骨である。以下、本発明の
要旨である各構成要件を従来例と比較しながら説明す
る。
成するため鋭意検討した結果、材質が金属又はセラミッ
クにかかわらず、人工骨の表面の形状を工夫することに
より上記目的が達成されるとの知見を得た。本発明は、
表面に膨隆部と陥凹部が交互に形成された波状円筒形状
であることを特徴とする人工骨である。以下、本発明の
要旨である各構成要件を従来例と比較しながら説明す
る。
【０００６】図３は従来の人工股関節の１例を示すもの
で、その表面はなめらかである。これに対して、図１は
本願発明の人工骨の１例を示すものである。人工股関節
１のステムの表面には、膨隆部２と陥凹部３が交互に設
けられ全体として波状となっている。表面に膨隆部と陥
凹部が交互に形成された波状円筒形状であることによ
り、人工骨から周囲の骨への応力の伝達が直接的となる
ことを避け、周囲骨への応力分散と均等化が行われる。
しかも該形状は、図２に示されるようななめらかな表面
を有する従来例と比べて、人工骨周辺に極めて薄い線維
組織の生成を促進する効果を有し、これにより人工骨が
安定して体内で固定されるとともに、人工骨の周囲の骨
も長期に安定して骨の新生と改造を維持することができ
る。線維骨の外層には皮質骨が形成されるため反復荷重
下でも長期に骨組織の改造が維持される。図２は図１で
示される人工骨を移植した後の断面図である。人工骨１
と骨４の間に線維組織５が形成されている。
で、その表面はなめらかである。これに対して、図１は
本願発明の人工骨の１例を示すものである。人工股関節
１のステムの表面には、膨隆部２と陥凹部３が交互に設
けられ全体として波状となっている。表面に膨隆部と陥
凹部が交互に形成された波状円筒形状であることによ
り、人工骨から周囲の骨への応力の伝達が直接的となる
ことを避け、周囲骨への応力分散と均等化が行われる。
しかも該形状は、図２に示されるようななめらかな表面
を有する従来例と比べて、人工骨周辺に極めて薄い線維
組織の生成を促進する効果を有し、これにより人工骨が
安定して体内で固定されるとともに、人工骨の周囲の骨
も長期に安定して骨の新生と改造を維持することができ
る。線維骨の外層には皮質骨が形成されるため反復荷重
下でも長期に骨組織の改造が維持される。図２は図１で
示される人工骨を移植した後の断面図である。人工骨１
と骨４の間に線維組織５が形成されている。
【０００７】本発明は、形状の異なる人工骨の生体反応
を研究するとともに、有限要素解析による形状効果の研
究に基づいたものである。発明者は、基礎研究で波状形
態の人工骨は荷重下で主応力線が直交する二成分に変換
されることを明きらかにした。骨柱（骨組織の単位）は
適度な強さの主応力線の走行に従って形成される性質を
有するから、応力を分散し主応力線を分離する形状が周
囲骨の改造には有利である。これにより骨の力学刺激に
よる破壊を防止することが可能となる。さらに、有限要
素解析と動物実験結果との対比により両者がほぼ一致す
る結果を得た。本発明の人工骨の周囲には線維組織が形
成されるが、波状形態の膨隆部２の付近では線維組織の
多くは平行又は斜めに走行し、陥凹部３では直角に走向
して人工骨に付着する。本発明の人工骨で表面を波状形
態とすることの理由は以上のとおりである。本発明の人
工骨は、一般に外科的に代替手術が可能な骨であればど
れにも適用が可能である。特に、関節に適する。その中
でも股、肘、膝、顎、手指等に適用される。
を研究するとともに、有限要素解析による形状効果の研
究に基づいたものである。発明者は、基礎研究で波状形
態の人工骨は荷重下で主応力線が直交する二成分に変換
されることを明きらかにした。骨柱（骨組織の単位）は
適度な強さの主応力線の走行に従って形成される性質を
有するから、応力を分散し主応力線を分離する形状が周
囲骨の改造には有利である。これにより骨の力学刺激に
よる破壊を防止することが可能となる。さらに、有限要
素解析と動物実験結果との対比により両者がほぼ一致す
る結果を得た。本発明の人工骨の周囲には線維組織が形
成されるが、波状形態の膨隆部２の付近では線維組織の
多くは平行又は斜めに走行し、陥凹部３では直角に走向
して人工骨に付着する。本発明の人工骨で表面を波状形
態とすることの理由は以上のとおりである。本発明の人
工骨は、一般に外科的に代替手術が可能な骨であればど
れにも適用が可能である。特に、関節に適する。その中
でも股、肘、膝、顎、手指等に適用される。
【０００８】本発明の人工骨の材料は金属、セラミック
ス、サーメットなどである。金属材料の中でも適当なも
のについて説明する。純ＴｉやＴｉ合金は、生体用の金
属材料として医科および歯科の分野で幅広い応用が試み
られている。特に、純Ｔｉは生体為害性が極めて少な
く、生体との親和性が良いため、体内に挿入する人工骨
として適している。また、形状記憶効果を利用すること
で挿入後の固定が容易に行える利点を活かし、Ｔｉ系の
形状記憶合金を人工骨として実用化する研究も行われて
いる。その中でもＴｉＰｄ系形状記憶合金は、歯科で長
年用いられてきたＰｄと耐食性に優れたＴｉを主組成と
する合金であり、生体為害性の少ない人工骨用の材料と
して用いることができる。
ス、サーメットなどである。金属材料の中でも適当なも
のについて説明する。純ＴｉやＴｉ合金は、生体用の金
属材料として医科および歯科の分野で幅広い応用が試み
られている。特に、純Ｔｉは生体為害性が極めて少な
く、生体との親和性が良いため、体内に挿入する人工骨
として適している。また、形状記憶効果を利用すること
で挿入後の固定が容易に行える利点を活かし、Ｔｉ系の
形状記憶合金を人工骨として実用化する研究も行われて
いる。その中でもＴｉＰｄ系形状記憶合金は、歯科で長
年用いられてきたＰｄと耐食性に優れたＴｉを主組成と
する合金であり、生体為害性の少ない人工骨用の材料と
して用いることができる。
【０００９】セラミックス材料は一般に親水性であり、
生体となじみやすいので本発明に適している。特にバイ
オセラミックスと呼ばれるものが好適である。生体とほ
とんど化合反応しないバイオイナートであるアルミナ、
ジルコニアや、逆に生体と反応するバイオアクティブで
ある３ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5多孔質体、水酸アパタイト、アパ
イト含有結晶化ガラスの緻密体あるいはこれらの多孔体
が好適である。以上の金属材料やセラミック材料はあく
まで例示であって、本願発明はこれらのみに限定される
ものではない。
生体となじみやすいので本発明に適している。特にバイ
オセラミックスと呼ばれるものが好適である。生体とほ
とんど化合反応しないバイオイナートであるアルミナ、
ジルコニアや、逆に生体と反応するバイオアクティブで
ある３ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5多孔質体、水酸アパタイト、アパ
イト含有結晶化ガラスの緻密体あるいはこれらの多孔体
が好適である。以上の金属材料やセラミック材料はあく
まで例示であって、本願発明はこれらのみに限定される
ものではない。
【００１０】
【実施例】本発明の人工骨は用いる部位および材料によ
って最適の形状が異なる。以下それ等を具体的に図面に
よって説明する。図１は人間の股関節用の人工関節の説
明図である。
って最適の形状が異なる。以下それ等を具体的に図面に
よって説明する。図１は人間の股関節用の人工関節の説
明図である。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の人工骨は
結合組織付着を形成するので、従来の人工骨に比較する
と応力が極めて有効に分散され、骨の改造が長期的に維
持されるため破壊されにくく、長期に安定である。
結合組織付着を形成するので、従来の人工骨に比較する
と応力が極めて有効に分散され、骨の改造が長期的に維
持されるため破壊されにくく、長期に安定である。
【図１】本発明の人工骨の１例である人工関節の外形の
説明図、
説明図、
【図２】本発明の人工関節の移植後の説明図、
【図３】従来の人工関節の外形の説明図。
１ 人工関節 ２ 膨隆部 ３ 陥凹部 ４ 骨 ５ 線維関節
Claims (4)
- 【請求項１】 表面に膨隆部と陥凹部が交互に形成され
た波状円筒形態であることを特徴とする人工骨。 - 【請求項２】 人工骨が人工関節の人工骨部分である請
求項１記載の人工骨。 - 【請求項３】 人工骨を形成する材質が金属である請求
項１または２記載の人工骨。 - 【請求項４】 人工骨を形成する材質がセラミックスま
たはサーメットである請求項１または２記載の人工骨。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30661993A JPH07155341A (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 人工骨 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30661993A JPH07155341A (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 人工骨 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07155341A true JPH07155341A (ja) | 1995-06-20 |
Family
ID=17959269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30661993A Pending JPH07155341A (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 人工骨 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07155341A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5296966A (en) * | 1976-02-12 | 1977-08-15 | Hitachi Ltd | Treatment of exhaust gas containing nitrogen oxides and sulfur oxides |
| JPH01313052A (ja) * | 1988-04-27 | 1989-12-18 | Thera G Fur Patentverwelt Mbh | 人工補装具シャフト |
-
1993
- 1993-12-07 JP JP30661993A patent/JPH07155341A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5296966A (en) * | 1976-02-12 | 1977-08-15 | Hitachi Ltd | Treatment of exhaust gas containing nitrogen oxides and sulfur oxides |
| JPH01313052A (ja) * | 1988-04-27 | 1989-12-18 | Thera G Fur Patentverwelt Mbh | 人工補装具シャフト |
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