JPH09103441A - 鋳造整形外科的補綴物 - Google Patents

鋳造整形外科的補綴物

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JPH09103441A
JPH09103441A JP8198112A JP19811296A JPH09103441A JP H09103441 A JPH09103441 A JP H09103441A JP 8198112 A JP8198112 A JP 8198112A JP 19811296 A JP19811296 A JP 19811296A JP H09103441 A JPH09103441 A JP H09103441A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔質表面層を補綴物の基体に接合するのに
必要とされる時間及び資源を少くする。 【解決手段】 多孔質層の孔の部分がろう材料で満たさ
れるように、前記補綴物のろうレプリカ上に多孔質層を
配することを含む多孔質表面層を有する鋳造整形外科的
補綴物を形成する方法を開示する。このろうレプリカ及
び多孔質表面層は、セラミック材料により被包される。
このセラミック材料は、前記多孔質層の前記孔の群の残
りの部分を充填する。このセラミック材料が凝固した
後、前記ろう材料を溶かして前記セラミック材料内に空
洞を形成する。溶融金属を前記空洞に注いで露出した多
孔質層を部分的に溶かして、前記溶融金属と溶融結合を
形成する。前記金属が冷えてから、前記セラミック材料
をはぎ取り、前に前記セラミック媒体で満たされた前記
多孔質層の部分を露出させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、整形外科的補綴物
と整形外科的補綴物を製造する方法とに関し、特にキャ
スティングにより形成される整形外科的補綴物に関す
る。
【０００２】
【発明の背景】ヒトの解剖学的構造の部位を置きかえる
のに用いられる整形外科的補綴物は、種々の周知の製造
方法を用いて、種々の周知の材料で形成され得る。例え
ば、前記補綴物は、チタンのブロックから機械で造るこ
とができ、又はコバルト／クロム合金から鍛造すること
ができる。ポジ型鋳型をろうから成形してセラミックシ
ェルインベストメントで被包して、ネガ型鋳型を形成す
るインベストメント鋳造法からも、補綴物を形成するこ
とができる。ろうを被包して前記セラミックシェルを固
めた後、該ろうを溶かして、後に溶融金属で満たされる
ネガ型鋳型を取り去る。いくつかの補綴物においては、
骨のセメント質との機械的な連結のための多孔質外面を
提供すること、又は骨が成長するための空間を提供する
ことが必要であり、これにより、補綴物が骨に固定され
る。典型的には、このような多孔質表面は、本産業で公
知であるような、小さな金属ビーズの層又は金属メッシ
ュの層から形成される。この多孔質金属表面層は、拡散
接合又は焼結により補綴物の基体に典型的に冶金学的に
結合する。焼結は、少くとも一つの接合すべき材料の融
点が、接合すべき部品間に流れる液状金属の形成を許容
する温度を少し超えるようにすることにより、物理的な
金属結合を形成する接合方法である。拡散接合は同様の
方法であるが、いずれかの接合すべき材料のいずれかの
融点を越える温度を必要としない。溶解するより一般的
に少し低い温度で、結合すべき界面を圧縮するのに適用
される圧力は、単に固状拡散のための物理的な結合を生
じさせるために用いられる。多孔質層から補綴物の基体
への拡散結合は、特に該補綴物の表面が円形、又は他の
平滑でない形状の時に困難な製造工程であり得る。この
工程は、多孔質層が適切に補綴物に結合することを確実
にするために、各々のサイクルが温度及び圧力の工程パ
ラメータに対する厳密な合致を必要とする多重拡散結合
サイクルを必要とする。従って前記拡散接合工程は、必
要とされる工数と資本消費との形で、多数の製造者資源
を消費する。
【０００３】
【発明の概略】本補綴物及び本発明の方法は、多孔質表
面層を補綴物の基体に接合するのに必要とされる時間及
び資源の量を大きく減少させる。本発明は改良された形
態でインベストメント鋳造法を利用して、冶金学的に補
綴物に結合した多孔質表面層を有する鋳造補綴物を提供
する。本発明の方法においては、前記補綴物のろうのパ
ターンを形成した後、適当な位置のろうのパターン近辺
に多孔質表面層を形成する。好ましくは、前記多孔質層
をろうのパターンにプレスするか、又は付着させて、該
多孔質層の一部分をろうで互いに入り込ませ、充満す
る。従って、多孔質層の一部分は、その孔が開き、ろう
が存在しない状態で露出されている。あるいは、多孔質
層をろうのパターンに接触させる前に、孔の部分をふさ
ぐ又は充填するために、前記ろう又は類似の充填材料
を、前記多孔質層に充満させることができるであろう。
次に多孔質表面層が付着しているろうのパターンをセラ
ミックインベストメント材料の多重層で被包して、周知
の様式で鋳型の空洞を形成する。被包工程の間、前にろ
うで充満させていない多孔質層の部分をセラミック材料
で充填する。ヒドロキシアパタイト又は他のカルシウム
リン酸塩のような生適合性（ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌ
ｅ）を有するセラミックインベストメント材料を用いる
ことが有利であり得る。従って、前記ろうパターンが前
記セラミック鋳型から溶け出す前に、前記多孔質層の一
部分はろうで満たされて、該多孔質層の他の部分は前記
セラミック材料で満たされる。前記ろうが前記セラミッ
ク鋳型内から溶解した後、前記補綴物の形の空洞が残
る。多孔質層に関する限りでは、前にろうで充填された
部分は、現時点でも空洞内に広がっており、露出され、
又は言い換えれば、充填ろう材料がない状態である。前
記材料を固めるためのセラミック鋳型の処理工程の後、
溶融金属を鋳型に注いで、前記補綴物を形成する。前記
溶融金属は、前記多孔質層の露出された部分を溶かし、
それにより、前記多孔質層と冶金学的に結合する。冷却
した後、前にセラミック材料で充填された多孔質層の一
部分が現時点で露出するよう、前記補綴物及び前記多孔
質層から前記セラミック鋳型を除去する。前記インベス
トメントとして生適合性被包を用いることの利点は、本
方法のこの段階に見られ得る。標準的には、前記補綴物
から全ての前記セラミックインベストメントを除去する
ことが極めて重要であろう。前記多孔質表面から全ての
前記インベストメントを除去することが特に困難であり
得る。しかしながら、前記インベストメントが生適合性
を有していれば、前記多孔質表面の前記孔内に残留する
インベストメントは患者に不利な影響を与えないであろ
う。実際、仮に前記インベストメントが周知の骨成長増
強剤であるヒドロキシアパタイトから形成されているな
らば、植入された時に骨の成長を促進するために、前記
多孔質層の前記孔をふさぐインベストメントを残すこと
は有利であり得る。
【０００４】他の実施形態において、前記多孔質表面層
は、薄い金属バリアーとこの各々の面上の多孔質材料と
を含む。前記金属バリアー層は、前記ろう材料が互いに
入り込むのを制限するのに役立つ。更に、前記バリアー
は、前記多孔質材料の領域における前記インベストメン
ト材料とろうパターンとの近密な接触を防止し、最終的
に補綴物のより完全な除去を助長する。
【０００５】従って、本発明の目的は、キャスティング
の間に形成される多孔質表面層を有する鋳造補綴物を提
供することである。更に他の本発明の目的は、多孔質表
面層を有する鋳造補綴物を形成する方法を提供すること
である。更に他の本発明の目的はインベストメント鋳造
法を用いて多孔質層を有する鋳造補綴物を形成する方法
を提供することである。
【０００６】更に他の本発明の目的は、セラミックイン
ベストメント材料で被包する前に補綴物のろうパターン
が多孔質表面層により覆われるインベストメント鋳造法
を用いて、鋳造補綴物を形成する方法を提供することで
ある。更に他の本発明の目的は、インベストメント材料
が生適合性を有するインベストメント鋳造法を用いて鋳
造補綴物を形成する方法を提供することである。
【０００７】他の本発明の目的は、添付される図面と共
に提供される以下の記載を読むことにより明らかになる
であろう。
【０００８】
【好ましい実施例の記載】以下の好ましい実施例の記載
は、余す所のない記載を意図したものではなく、又は本
発明を開示される正確な形態に限定することを意図した
ものではない。むしろ、それは、当業者がこの教示を利
用することができるように選択され、開示される。
【０００９】図面を参照すると、整形外科的股関節幹部
補綴物のろうレプリカ又はパターン１０を図１に示す。
これは、股関節幹部補綴物を単に実例の目的のために示
したものであり、本発明を限定することを意図したもの
ではないことを理解されたい。図１は、ろうパターン１
０の一部分を包む多孔質表面層１２を更に示す。示され
る多孔質表面層１２は金属ワイヤーメッシュから形成さ
れる。しかしながら、これは本発明を限定するものでは
ないことを考慮されたい。前記多孔質表面層は、焼結さ
れて層を形成する金属ビーズのような種々の周知の材料
から形成され得る。多孔質表面層１２内に形成された孔
の一部分が、図２に示されるように、ろうパターン材料
で充填又はふさがれるように、多孔質表面層１２を加熱
してろうパターン１０の外側表面にプレスする。示され
るように、多孔質表面層の外側部分はろうが侵入してお
らず、それゆえ、もとの多孔性を維持する。多孔質表面
層１２の正確な形又は位置は本発明の限定を考慮すべき
ものでなく、実例となる目的のみのために提供されるも
のである。次に、多孔質表面層が付着したろうパターン
１０を、セラミックインベストメント媒体１４にくり返
し浸して公知の方法で凝固させて図３に示される構造体
を形成する。セラミック鋳型が形成される時、前記セラ
ミックインベストメント媒体が多孔質表面層の外側の孔
を満たすので、セラミック鋳型が完全に形成された後、
多孔質層の一部分はろうパターン材料で満たされ、多孔
質層の一部分はセラミック材料で満たされる。それゆ
え、セラミック鋳型が完成した時、多孔質層の本質的に
全ての孔は、ろう又はセラミック媒体のいずれかの充填
材料で満たされる。次に、インベストメントキャスティ
ングの技術において一般的であるように、前記セラミッ
ク鋳型を加熱して該鋳型を硬化し、ろうパターン１０を
溶かし出す。図４に示すように、ろうパターン１０が溶
解すると、セラミック材料が多孔質表面層の一部分へ相
互に入り込むため、多孔質表面層１２はその位置に残
る。図５は、ろうを除去した後、多孔質表面層が、セラ
ミック鋳型から、除去されたろうより形成された空洞１
６に広がっていることを示す。ろうパターンは、業界基
準と矛盾のない方法で除去された後、図６に示すように
溶融金属１８をセラミック鋳型に流し込み、ろうパター
ンにより形成された空洞１６を満たす。前記溶融金属は
空洞１６内に広がる多孔質表面層１２の露出した部分を
溶かす。それゆえ、図７及び図８に示すように溶融金属
への多孔質層の一部の溶融一体化のため、前記多孔質表
面層は治金学的に補綴物に結合する。前記鋳型及び金属
を冷却した後、周知の方法でセラミック鋳型を補綴物か
ら離す。加えて、前記セラミック材料で満たされた多孔
質層の孔は、セラミック残留物が残らないように除去さ
れる。図７及び８に示されるような製造された補綴物２
０は、金属基体２２に付着した多孔質表面層を有する該
金属基体２２を含む。
【００１０】標準的に用いられるインベストメント材料
の代わりとして、セラミックインベストメント材料は、
ヒドロキシアパタイト又は他のカルシウムリン酸塩のよ
うな生適合性材料から形成され得る。生適合性インベス
トメントのいずれかが多孔質表面内に残留するなら、そ
れは患者に不利な影響を与えないであろうという利点が
ある。更に、生適合性インベストメント材料を、骨の成
長を促進するために、多孔質表面内に意図的に残すこと
ができるであろう。
【００１１】本発明の更に他の実施例を図９に示す。図
９の他の実施例において、多孔質層１２は、薄い金属バ
リアー層２６の各々の面に結合した多孔質材料２８を有
する該薄い金属バリアー層２６を含むよう形成される。
使用においては、前記バリアー層は２つの機能を提供す
る。第１に前記バリアーは、ろう鋳型内への多孔質層の
組み入る量を制限することにより、最少量、即ち最終的
な補綴物上の多孔質層の厚さを確実なものとする。第２
に、前記バリアー層は、多孔質表面層に沿ったインベス
トメント材料とろうパターンとの間の近密な接触を防止
する。このように近密な接触を防止することは、多孔質
表面層からインベストメント材料を除去するのを助ける
ことができる。
【００１２】本発明は、開示される正確な形態に限定さ
れず、むしろ、添付される請求の範囲の範囲内で改良さ
れ得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ろうパターンに付着した多孔質表面層を有する
補綴物のろうパターンの透視図である。
【図２】図１において円で囲まれた領域の、一部分を切
り離した拡大図である。
【図３】セラミック材料の層内に被覆された多孔質表面
層を有するろうパターンの、一部を切り離した正面図で
ある。
【図４】ろうパターンが多孔質表面層及びセラミックか
ら溶出して空洞を形成することを示す、図３の正面図で
ある。
【図５】空洞内に露出して広がる部分とセラミック材料
で満たされた部分とを有する繊維金属を示す、図４にお
いて円で囲まれた領域の拡大図である。
【図６】溶融金属で満たされている多孔質表面層を有す
るセラミック鋳型を示す図である。
【図７】冷却され、セラミック鋳型が除去された後の最
終的な補綴物の透視図である。
【図８】多孔質表面層と補綴物基体との間の接合を示
す、図７において円で囲まれた領域の拡大部分断面図で
ある。
【図９】多孔質層が、バリアー層の各々の面上の多孔質
材料を有するバリアー層を含む他の実施例の拡大図であ
る。
【符号の説明】
１０…パターン １２…多孔質表面層 １４…インベストメント媒体 １６…空洞 １８…溶融金属 ２０…補綴物 ２２…金属基体 ２６…金属バリアー層 ２８…多孔質材料
フロントページの続き (72)発明者 レスリー エヌ．ギルバートソン アメリカ合衆国，インディアナ 46580, ワルソー，ピー．オー．ボックス 1726 （番地なし)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 整形外科的補綴物に接合された多孔質表
    面層を有する該補綴物を製造する方法であって、 ａ．第１の材料から形成された整形外科的補綴物のレプ
    リカを供するステップと、 ｂ．多孔質層が該多孔質層内の複数の孔を有し、該孔の
    群の第１の部分が前記第１の材料で満たされるように、
    第２の材料から形成された前記多孔質層を、前記レプリ
    カの少くとも一部分に付着させるステップと、 ｃ．第３の材料が前記多孔質層の前記孔の群の第２の部
    分を満たすように、前記第３の材料で前記レプリカ及び
    多孔質層を被包するステップと、 ｄ．前記第１の材料を除去して、前記被包内に空洞を形
    成することにより、前記孔の群の前記第１の部分を露出
    させるステップと、 ｅ．第４の材料が前記孔の群の前記第１の部分近傍の前
    記多孔質層と一体化された結合を形成するように、前記
    空洞を前記第４の材料で満たすステップと、 ｆ．前記第４の材料が凝固した後に、前記第３の材料を
    除去することにより、前記孔の群の前記第２の部分を露
    出させるステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記第３の材料が生適合性（ｂｉｏｃｏ
    ｍｐａｔｉｂｌｅ）であることを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記第１の材料がろうであり、前記第２
    の材料が金属であり、前記第３の材料がセラミックイン
    ベストメント材料であり、及び前記第４の材料が溶融金
    属であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記多孔質層がチタンファイバー金属メ
    ッシュから形成されることを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 前記多孔質層が、薄い金属バリアーと該
    薄い金属バリアーの第１及び第２の面に結合した多孔質
    金属材料とを含み、前記金属バリアーの前記第１の面上
    の前記多孔質金属材料が、前記孔の群の前記第１の部分
    を構成し、前記金属バリアーの前記第２の面上の前記多
    孔質金属材料が、前記孔の群の前記第２の部分を構成す
    ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 鋳造整形外科的補綴物の一部分を包む金
    属多孔質表面層を有する前記補綴物を形成する方法であ
    って、 ａ．整形外科的補綴物のろうのパターンを供するステッ
    プと、 ｂ．複数の孔を有する金属多孔質表面層を供するステッ
    プと、 ｃ．前記複数の孔の第１の部分がろうのパターンで満た
    されるように、前記ろうのレプリカに前記金属多孔質表
    面層をプレスするステップと、 ｄ．前記金属多孔質表面層の前記孔の群の第２の部分が
    セラミックインベストメント材料で満たされるよう、前
    記金属多孔質表面層が付着している前記ろうのパターン
    を前記セラミックインベストメント材料で被包してセラ
    ミック鋳型を形成するステップと、 ｅ．前記セラミック鋳型から前記ろうのパターンを除去
    することにより前記多孔質材料の孔の群の前記第１の部
    分を露出させるステップと、 ｆ．溶融金属が前記多孔質金属表面層の孔の群の前記第
    １の部分近傍の前記多孔質金属表面層に結合するよう、
    前記セラミック鋳型を前記溶融金属で満たすステップ
    と、 ｇ．前記溶融金属が冷却した後、セラミック鋳型を除去
    するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 前記セラミックインベストメント材料が
    生適合性であることを特徴とする請求項６に記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 前記セラミック鋳型が除去された後、前
    記セラミックインベストメント材料の一部分が、前記多
    孔質金属表面層の前記孔の群の前記第２の部分内に保持
    されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記多孔質金属表面層が、薄い金属バリ
    アー層と該金属バリアーの第１及び第２の面に結合した
    多孔質材料とを含み、前記金属バリアーの前記第１の面
    に結合した前記多孔質材料が、前記多孔質金属表面層の
    孔の群の前記第１の部分を構成し、前記金属バリアーの
    前記第２の面に結合した前記多孔質材料が、前記多孔質
    金属表面層の前記孔の群の前記第２の部分を構成するこ
    とを特徴とする請求項６に記載の方法。
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