JPH08252273A - 寛骨臼窩補綴物 - Google Patents

寛骨臼窩補綴物

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JPH08252273A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 標準化された半径方向剛性に実質的に一致す
るように構成を行うことができかつポリマー陥凹体と金
属裏打ちとの間の適切な結合を可能にする寛骨臼窩補綴
物を提供することを目的とする。 【解決手段】 大腿骨頭を収容するためのポリマー陥凹
体と、このポリマー陥凹体の周囲に結合せしめられた、
気孔内部にポリマー陥凹体の一部を受理するサイズを有
しておりかつその内部において骨の成長を可能にするよ
うにできている気孔を有している多孔質の裏打ちとを含
むように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は寛骨臼窩補綴物に関
し、さらに詳しく述べると、金属の裏打ちを有している
ポリマー製寛骨臼窩補綴物に関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック製の杯状陥凹体(以下、
「陥凹体」と記す)と金属の裏打ちを有している寛骨臼
窩補綴物を提供することは公知である。金属の裏打ち
は、編織した金属格子の形を有していて、またその金属
格子は、その内部への骨組織の成長を可能とするような
寸法を有することができる。
【0003】公知の寛骨臼窩補綴物では、その寛骨臼窩
補綴物が植え込まれるべき患者の骨盤骨の大きさに応じ
て杯状陥凹体の外径を変更することが可能である。さら
に、寛骨臼窩の外径の変化に応じて、陥凹体の半径方向
の剛性も変化する。半径方向の剛性が十分な剛さとなっ
ていないと、ポリマー陥凹体の性能低下を促進しかつ大
腿骨頭の締めつけを引き起こすことが可能であり、ま
た、半径方向の剛性があまりにも剛すぎると、金属裏打
ちの内部への骨の成長を促進するのに適当な程度の骨組
織の導入及び刺激を行うことができない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この技術分野において
求められているものは、したがって、寛骨臼用杯状陥凹
体であって、標準化された半径方向剛性に実質的に一致
するように、その杯状陥凹体の外径とは無関係に、構成
を行うことができるものである。この技術分野において
別に求められているものは、ポリマー陥凹体と金属裏打
ちとの間の適切な結合を可能にする寛骨臼用杯状陥凹体
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、ポリマー陥凹
体と金属裏打ちとを有していて、そのポリマー陥凹体と
金属裏打ちとの間の界面強度がポリマー陥凹体を構成す
る材料の引張強度に実質的に等しいような寛骨臼用杯状
陥凹体を提供する。金属裏打ち中へのポリマー陥凹体の
侵入深さ及び(又は)金属裏打ちの厚さは、予め定めら
れた設計基準に従って変更することができる。
【0006】本発明は、その1つの態様おいて、骨盤骨
中に埋入するための寛骨臼窩補綴物にある。大腿骨頭を
収容するためのキャビティを有する陥凹体は、予め定め
られた引張強度を有しているポリマー材料から形成され
ている。裏打ちは、このポリマー陥凹体の周囲に配置さ
れかつそれに結合せしめられる。裏打ちは、間隙状の気
孔を規定する多孔質構造を有していて、それらの気孔
は、その内部にポリマー陥凹体の一部を受理するサイズ
を有しておりかつその内部において骨の成長を可能にす
るようにできている。ポリマー陥凹体のうち気孔の内部
に受理された部分は、ポリマー陥凹体と裏打ちとの間
で、ポリマー材料の引張強度に実質的に等しい界面強度
を発生する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の上記及びその他の特徴及
び利点、そしてそれらを達成するための手法は、添付の
図面を参照しながら以下に説明する本発明の態様からよ
り明らかとなりかつより良好に理解することができるで
あろう。なお、添付の図面ではいくつかの斜視図及び断
面図を示すけれども、それらの全体を通じて、対応の部
材には対応の参照番号が示されている。また、以下に例
示して説明するものは、本発明の好ましい1態様にしか
過ぎず、したがって、この説明をもって本発明の範囲が
いかなる形でも限定されるものではないことを理解され
たい。
【0008】先ず、図面、特に図1〜図3を参照する
と、本発明の寛骨臼用杯状陥凹体10が示されている。
この杯状陥凹体10は、一般的に、ポリマー陥凹体1
2、金属裏打ち14及びシェル(外殻)16を包含して
いる。シェル16は、以下において記載するように、製
造プロセス中に金属裏打ち14の予め定められた横断厚
さを一時的に占有するフィラー材料から構成されてい
る。シェル16は、例えば、ポリスルホン、ポリエーテ
ルスルホン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド又
はポリメチルメタクリレートのような非晶質のポリマー
から構成することができる。
【0009】ポリマー陥凹体12は、大腿骨頭を収容す
るためのキャビティ18を含んでいる。面取りしたエッ
ジ部20で、キャビティ18内に大腿骨頭を適切に関節
接合することが可能である。外側の周囲フランジ部22
は、金属裏打ち14の一部の上に重なって位置してお
り、そしてその金属裏打ち14のリム部の外側の直径に
向かって延在している。ポリマー陥凹体12は、比較的
に低い摩擦係数及び適当な磨耗特性を有しているポリマ
ー材料、例えば高密度ポリエチレン(HDPE)又は超
高分子量ポリエチレン(UHMWP)から形成されてい
る。図面に示した態様において、ポリマー陥凹体12
は、1〜8百万の分子量を有している線状UHMWPか
ら形成されている。
【0010】金属裏打ち14は、ポリマー陥凹体12に
対して結合せしめられており、そして半径方向内側の部
分13及び半径方向外側の部分15の間を延在する厚さ
“t”を有している。金属裏打ち14は、ポール部26
のところにおいて軸24を中心にして実質的に軸対称で
あり、そしてリム部28のところで最大の外径を有して
いる。図示の態様において、金属裏打ち14は、一緒に
焼結せしめられた繊維金属から構成されている。金属繊
維は、金属裏打ち14の体積の約50%を占有してお
り、そしてその体積の残りの部分は、初期の段階で、空
気によって占有されている。金属裏打ち14は、したが
って、多孔質の構造を有しており、また、金属繊維の間
のスペース(空間)で、金属裏打ち14の間隙状の気孔
を規定している。
【0011】一般的に説明すると、寛骨臼用陥凹体10
の製造は、次のようにして実施する。最初に、例えば繊
維金属の焼結のような公知の製造方法を使用して多孔質
の金属裏打ち14を形成する。シェル16の内部に裏打
ち14を収容し、次いで、このシェル16を金属裏打ち
14中に拡散させる。このような方法の詳細に関して
は、米国特許第5,236,457号を参照されたい。
【0012】金属裏打ち14は、その内部に拡散せしめ
られたシェル16も含めて、金型中に収容され、そして
この金型に、ポリマー陥凹体12を規定しかつ形成する
ため、ポリマー材料が注入せしめられる。金属裏打ち1
4の半径方向外側の部分15にはシェル16だけが予め
定められた深さで侵入するので、金型中に注入せしめら
れたポリマー材料もまた、侵入深さ30によって指示さ
れるように(図3)、金属裏打ち14の半径方向内側の
部分13に侵入する。次いで、金属裏打ち14の半径方
向外側の部分に、そこにおける骨組織の成長を可能にす
るのに適当な多孔質の表面が存在するようにするため、
適当な溶媒を使用して金属裏打ち14からシェル16を
溶解除去する。
【0013】次いで、図5、図6及び図8を参照して、
ポリマー陥凹体12と金属裏打ち14の間の相互関係を
さらに詳細に説明することにする。図5は、ポリマー陥
凹体12と金属裏打ち14の間の界面強度の一般的な概
念を説明するための単純化した模式図である。一般的に
述べると、侵入深さ30は、ポリマー陥凹体12を金属
裏打ち14からポリマー陥凹体12の永久的変形を伴う
ことなく分離することが不可能であるのに十分な程度で
なければならない。さらに詳しく述べると、金属裏打ち
14は、ランダムに配向して配置された多数個の金属繊
維32を包含している(しかし、図5では、説明を簡単
にすることが目的で、所定のかつ整理された配列で示さ
れている)。金属繊維32の間の空間が間隙状の気孔3
4を規定していて、また、これらの気孔34は、ポリマ
ー陥凹体12及び骨組織(図示せず)の侵入を可能とす
るサイズを有している。ポリマー陥凹体12を金属裏打
ち14中に成形する場合、多数個の指状体36が形成せ
しめられ、そして金属裏打ち14の間隙状の気孔34中
に侵入せしめられる。もしも、侵入深さ30が十分な程
度ではなくかつポリマー陥凹体12と金属裏打ち14の
中間に引張力又は分離力がかかるとすると、間隙状の気
孔34から指状体36がたやすく分離し、その結果とし
て、ポリマー陥凹体12と金属裏打ち14との間の界面
強度は比較的に低いものとなるであろう。
【0014】他方において、ポリマー陥凹体12は、そ
のポリマー陥凹体12が形成されている特定の材料に関
連した固有の引張強度を有している。もしも間隙状気孔
34中への指状体36の侵入深さ30が十分な大きさで
あるならば、界面38に対して一般的に垂直に分離力が
適用された場合、それらの指状体36が間隙状気孔34
から剥離するようなことはないであろう。むしろ、指状
体36は界面38に沿って引き裂け、ポリマー陥凹体1
2の永久的な変形を生じるであろう。周知のように、指
状体36の引張強度は、ポリマー陥凹体12の残りのも
のの引張強度に同一である。さらに、材料の引張強度
は、その材料に加えられる引張力、そしてその引張力が
適用される領域の関数である。ポリマー陥凹体12と金
属裏打ち14との間の分離力が適用される領域は、それ
らの中間に存在する領域の全体ではなく、しかし、それ
らの中間の有効面積、すなわち、指状体36の断面積の
全体の合計である。図1〜図3に示した特定の態様の場
合には、そして上記したように、金属裏打ち14は、約
50%の容積多孔率(%)を有している。したがって、
界面38における金属裏打ち14の有効面積は、界面3
8における金属裏打ち14の全面積に0.50を掛けた
値にほぼ同じである。
【0015】それぞれのかつすべての指状体36に関し
ての侵入深さ30が十分に大きいというような理想的な
条件を仮定すると、それぞれの指状体36は、ポリマー
陥凹体12と金属裏打ち14の間の界面38のところで
分離力を適用した場合、引き裂けを生じるであろう。し
かしながら、侵入深さ30は、分離力を適用した場合に
指状体36の大半が引き裂け、間隙状の気孔34からは
より少数の指状体36が剥離するような程度となること
が可能である。したがって、ポリマー陥凹体12と金属
裏打ち14の間の界面強度は、ポリマー陥凹体12の引
張強度の70〜100%である。さらに、進入深さ30
及び間隙状気孔34の寸法は、特定の寛骨臼窩の場合、
ポリマー陥凹体12と金属裏打ち14の間の界面強度
が、ポリマー陥凹体12が形成されている材料の引張強
度の70〜80%、80〜90%及び(又は)90〜1
00%の範囲に入るようなものであることができる。
【0016】次いで、図6を参照すると、ポリマー陥凹
体12及び金属裏打ち14の界面38に沿った界面強度
と、金属裏打ち14中への指状体36の侵入深さとの相
互関係が、グラフの形で示されている。このグラフの図
は、図1〜図3の態様に対応している。水平方向の線分
40は、図1〜図3のポリマー陥凹体12が形成されて
いる超高分子量ポリエチレン(UHMWP)の引張強度
に対応しており、そしてポリマー陥凹体12と金属裏打
ち14との間で可能な界面強度の最大値である。図示さ
れるように、ポリマー陥凹体12と金属裏打ち14の間
の界面強度は、侵入深さが増加するとともにそれに対応
して増加し、そして約0.050インチ(1.27mm)
の侵入深さのところで最大値、UHMWPの引張強度に
対応、に到達する。
【0017】図8は、ポリマー陥凹体12と金属裏打ち
14の間の界面強度を測定する方法を示したブロック図
である。この界面強度を測定する1つの可能な方法は、
寛骨臼用陥凹体10から小部分あるいは供試サンプルを
切り出し、そして界面38に対して一般的に垂直な方向
で引張力Fを適用するため、ポリマー陥凹体12及び金
属裏打ち14のそれぞれに対して適当なデバイスを取り
付ける。引張力Fの大きさを、ポリマー陥凹体12が界
面38に沿って金属裏打ち14から分離するまで、増加
させる。ポリマー陥凹体12を金属裏打ち14から分離
するに要した引張力Fの数値を、金属裏打ち14の界面
38における有効面積で割り算する。有効面積は、供試
サンプルの界面38における断面積に金属裏打ち14の
容量多孔率(%)、例えば50%、を掛けることによっ
て算出する。
【0018】図4は、本発明の寛骨臼用陥凹体42のも
う1つの態様を示したものである。寛骨臼用陥凹体42
は、図3に示した態様に同様であり、しかし、リム部4
において異なる外径を有しており、また、異なる侵入深
さ46を有している。寛骨臼用陥凹体42の半径方向に
おける剛性は、その寛骨臼用陥凹体42がリム部44に
おいて異なる外径を有しているので、通常、図3に示さ
れている寛骨臼用陥凹体10のそれとは異なるものとな
るであろう。ポリマー陥凹体48の金属裏打ち50中へ
の侵入深さ46を変更することによって、寛骨臼用陥凹
体10と寛骨臼用陥凹体42との間の半径方向における
剛性を実質的に標準化すること、すなわち、均等化する
ことが可能である。すなわち、寛骨臼用陥凹体10及び
寛骨臼用陥凹体42のそれぞれは、実質的に、半径方向
において同一の剛性を有している。
【0019】図4に示した態様において、侵入深さ46
は、図3に示した侵入深さ30とは相違しており、よっ
て、寛骨臼用陥凹体10と寛骨臼用陥凹体42との間の
剛性を標準化している。しかしながら、異なる直径を有
する寛骨臼用陥凹体の間で共通的な侵入深さを維持する
こと、そして陥凹体ごとに金属裏打ちの厚さを変更し、
よって、半径方向剛性を標準化することも同様に可能で
あるということも理解されたい。
【0020】次いで、図7を参照すると、本発明の寛骨
臼用陥凹体52のもう1つの態様が示されている。この
図7に示した態様は、図3及び図4に示した態様とは対
照的に、ポール部58におけるよりもリム部56におい
てのほうが大きな侵入深さ54を有している。理論的に
は、骨盤骨の寛骨臼に寛骨臼用陥凹体を押しつけて嵌合
させた場合、その骨盤骨によって寛骨臼用陥凹体52に
対して加えられる半径方向の圧縮力は、リム部56にお
いて、ポール部58におけるよりも大である。寛骨臼用
陥凹体52の構成は、ポール部58におけるよりもリム
部56においてより大きな侵入深さを有するようにする
ことによって、リム部56における半径方向剛性がポー
ル部58における半径方向剛性よりも大であるように行
うことが可能である。
【0021】以上、本発明をその好ましい形のものを参
照して説明したけれども、本願明細書の開示の精神及び
範囲内において本発明のさらなる変更及び改良を行い得
ることを理解されたい。本願は、したがって、本発明の
一般的な基本の要件を使用して、本発明のあらゆる変
更、使用又は応用を行うことまでも意図したものであ
る。さらに、本願は、本願明細書からの上記のような逸
脱を本発明が関与する技術分野において公知あるいは一
般的な実施の範囲に含まれかつ特許請求の範囲に記載の
制限の範囲に含まれるとみなすことを意図している。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明の1つの利点は、ポリマー陥凹体と金属裏打ちの間の
界面強度が、ポリマー陥凹体が形成されているポリマー
材料の引張強度にほぼ等しいということにある。本発明
のもう1つの利点は、多数個の外径を異にする寛骨臼窩
を構成するとともに、それらの多数個の寛骨臼窩に標準
化された半径方向剛性を付与することが可能であるとい
うことにある。
【0023】本発明のさらにもう1つの利点は、ポール
部におけるよりもリム部におけるほうが半径方向剛性が
大であるような寛骨臼窩を構成することが可能であると
いうことにある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の寛骨臼用杯状陥凹体の1態様を示した
斜視図である。
【図2】図1に示した寛骨臼用杯状陥凹体を展開すると
ともに、シェルの斜視図も含めた斜視図である。
【図3】図1に示した寛骨臼用杯状陥凹体の線分3−3
に沿った断面図である。
【図4】本発明の寛骨臼用杯状陥凹体の別の態様を示し
た、予め定められた侵入深さを異にするものの断面図で
ある。
【図5】多孔質の金属裏打ち中へのポリマー陥凹体の侵
入を示した、単純化のために細断して示した断面図であ
る。
【図6】寛骨臼用杯状陥凹体の界面強度と金属裏打ち中
へのポリマー陥凹体の侵入深さとの関係を示したグラフ
である。
【図7】本発明の寛骨臼用杯状陥凹体の別の態様を示し
た、裏打ちのリム部において侵入深さがより大きくかつ
裏打ちのポール部において侵入深さがより小さいものの
断面図である。
【図8】金属裏打ちとポリマー陥凹体の間の界面強度を
測定するための1方法を単純化して示した模式図であ
る。
【符号の説明】
10…寛骨臼用杯状陥凹体 12…ポリマー陥凹体 14…金属裏打ち 16…シェル 18…キャビティ 20…面取りエッジ部 22…フランジ部 28…リム部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム エル.ローア,ジュニア アメリカ合衆国,インディアナ 46580, ウォーソー,イースト リバープール ロ ード 3118 (72)発明者 スティーブ,ティー.リン アメリカ合衆国,インディアナ 46804, フォート ウェイン,シー ウィンド プ レイス 9117 (72)発明者 シルマライ デバナサン アメリカ合衆国,インディアナ 46580, ウォーソー,ウェスト ブライアー リッ ジ ロード 1597 (72)発明者 スティーブン エル.クレブス アメリカ合衆国,インディアナ 46804, フォート ウェイン,ソートゥース カウ ンティ 9906 (72)発明者 ポール ディー.スコーンル アメリカ合衆国,インディアナ 46614, サウス ベンド,ファーミントン レーン 19265

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 骨盤骨中に埋入するための寛骨臼窩補綴
    物であって、 大腿骨頭を収容するためのキャビティを有していて、予
    め定められた引張強度を有するポリマー材料から本質的
    に構成された陥凹体、そして前記ポリマー陥凹体の周囲
    に配置されかつそれに結合せしめられた裏打ちであっ
    て、該裏打ちが間隙状の気孔を規定する多孔質構造を有
    しており、そして前記気孔が、その内部にポリマー陥凹
    体の一部を受理するサイズを有しておりかつその内部に
    おいて骨の成長を可能にするようにできているような裏
    打ち、を含み、その際、 前記ポリマー陥凹体のうち前記気孔の内部に受理された
    部分は、前記ポリマー陥凹体と前記裏打ちの中間で、前
    記ポリマー材料の引張強度に実質的に等しい界面強度を
    発生していることを特徴とする、寛骨臼窩補綴物。
  2. 【請求項2】 前記ポリマー陥凹体が超高分子量ポリエ
    チレンから本質的に構成されていることを特徴とする、
    請求項1に記載の寛骨臼窩補綴物。
  3. 【請求項3】 前記超高分子量のポリエチレンが線状の
    超高分子量ポリエチレンでありかつ1000000〜8
    000000の分子量を有していることを特徴とする、
    請求項1に記載の寛骨臼窩補綴物。
  4. 【請求項4】 前記裏打ちが金属の裏打ちからなること
    を特徴とする、請求項1に記載の寛骨臼窩補綴物。
  5. 【請求項5】 前記裏打ちが金属繊維の裏打ちからなる
    ことを特徴とする、請求項4に記載の寛骨臼窩補綴物。
  6. 【請求項6】 前記界面強度が、前記ポリマー陥凹体と
    前記裏打ちの界面に対して一般的に垂直に適用される引
    張力をその界面における前記裏打ちの有効面積で割った
    数値でもって規定されることを特徴とする、請求項1に
    記載の寛骨臼窩補綴物。
  7. 【請求項7】 前記有効面積が、前記界面における前記
    裏打ちの全面積に前記裏打ちの容積多孔率(%)を掛け
    て得られる積でもって規定されることを特徴とする、請
    求項6に記載の寛骨臼窩補綴物。
  8. 【請求項8】 前記界面強度が前記引張強度の70〜1
    00%であることを特徴とする、請求項6に記載の寛骨
    臼窩補綴物。
  9. 【請求項9】 前記界面強度が前記引張強度の70〜8
    0%であることを特徴とする、請求項8に記載の寛骨臼
    窩補綴物。
  10. 【請求項10】 前記界面強度が前記引張強度の80〜
    90%であることを特徴とする、請求項8に記載の寛骨
    臼窩補綴物。
  11. 【請求項11】 前記界面強度が前記引張強度の90〜
    100%であることを特徴とする、請求項8に記載の寛
    骨臼窩補綴物。
  12. 【請求項12】 第1及び第2の寛骨臼窩補綴物であっ
    て、 前記第1及び第2の寛骨臼窩補綴物のそれぞれが、その
    リム部において異なる外径を有しており、そして前記第
    1の寛骨臼窩補綴物及び前記第2の寛骨臼窩補綴物のそ
    れぞれが、 大腿骨頭を収容するためのキャビティを有するポリマー
    陥凹体、そして前記ポリマー陥凹体の周囲に配置されか
    つそれに結合せしめられた裏打ちであって、該裏打ちが
    厚さを有しておりかつさらに間隙状の気孔を規定する多
    孔質構造を有しており、そして該裏打ちに対して前記ポ
    リマー陥凹体が、前記気孔中に予め定められた侵入深さ
    でもって侵入することによって結合せしめられているよ
    うな裏打ち、を含み、その際、 前記裏打ちの厚さ及び前記侵入深さの少なくとも一方
    が、前記第1の寛骨臼窩補綴物と前記第2の寛骨臼窩補
    綴物の間で変化し、よって、前記第1の寛骨臼窩補綴物
    及び前記第2の寛骨臼窩補綴物のそれぞれが、半径方向
    において実質的に同一の剛性を有していることを特徴と
    する、寛骨臼窩補綴物。
  13. 【請求項13】 骨盤骨中に埋入するための寛骨臼窩補
    綴物であって、 大腿骨頭を収容するためのキャビティを有しているポリ
    マー陥凹体、そして前記ポリマー陥凹体の周囲に配置さ
    れかつそれに結合せしめられた裏打ちであって、該裏打
    ちが間隙状の気孔を規定する多孔質構造を有しており、
    そして前記気孔が、その半径方向内側の部分に前記ポリ
    マー陥凹体の一部を受理するサイズを有しておりかつそ
    の半径方向外側の部分において骨の成長を可能にするよ
    うにできているような裏打ち、を含み、その際、 前記ポリマー陥凹体が、前記半径方向内側の部分で、前
    記気孔中に少なくとも0.050インチ(1.27mm)
    の距離で延在しており、そして骨が、前記半径方向外側
    の部分で、前記気孔中に少なくとも0.035インチ
    (0.89mm)の距離で延在可能であることを特徴とす
    る、寛骨臼窩補綴物。
  14. 【請求項14】 骨盤骨中に埋入するための寛骨臼窩補
    綴物であって、 大腿骨頭を収容するためのキャビティを有しているポリ
    マー陥凹体、そして前記ポリマー陥凹体の周囲に配置さ
    れかつそれに結合せしめられた裏打ちであって、該裏打
    ちがリム部及びポール部を有しておりかつさらに間隙状
    の気孔を規定する多孔質構造を有しており、該裏打ちに
    対して前記ポリマー陥凹体が、前記気孔中に予め定めら
    れた侵入深さでもって侵入することによって結合せしめ
    られており、その際、前記侵入深さは、前記ポール部に
    おけるよりも前記リム部におけるほうが大であるような
    裏打ち、を含んでなることを特徴とする、寛骨臼窩補綴
    物。
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