【発明の詳細な説明】
人工骨および人工骨移植方法
Ｉ．発明の背景
関連出願についての説明
本出願は、1993年３月12日に出願された米国出願第08/030,722号の一部継続出
願である。
Ａ．発明の分野
本発明は、一般的には骨移植（implants）に係り、特に、予めセメント製の被
膜（mantle）を設けた人工骨（prosthesis）の移植に関する。
Ｂ．関連技術
人工骨とは、肢、骨または他の身体部分を人工的に置換するものである。人工
骨は、置換される身体部分の機能に相当すべきでものである。本発明は、人間そ
の他の身体の骨に移植する人工骨を提供することを目的とする。
新しい人工骨の骨への移植は、いくつかの態様において必要とされる。第１の
態様は、重度の関節炎のために治療不可能な場所に用いる場合である。このよう
な場合、関節の損傷部分は切断され取り除かれる。他の態様は、癌または病気に
冒された骨組織を取り除く場合である。両方の態様では、失われた骨の長さや関
節の動きを補うために、人工骨が移植される。さらに別の態様では、例えば人工
骨が骨の中で動くために生じたゆるむ等、既に移植された人工骨に問題が生じる
ときに、新しい人工骨が必要となる場合が挙げられる。またさらに、身体に移植
済みの人工骨に対する拒否反応によって、置換が必要となる場合もある。既存す
る人工骨の置換は、再手術において行われる。
一般的に、骨内移植用人工骨は、(1)移植骨を骨にねじ込むか、または(2)骨に
空洞（cavity）を開け、開けた空洞に人工骨を挿入し、接着剤またはセメントを
用いて人工骨を骨内の空洞に固定する等の機械的手段によって骨に移植される。
本発明は、後者の移植手段を目的とするものである。
人工骨移植を成功させるために重要な要素は、人工骨を骨に固定する手段及び
セメントを人工骨に固定する手段の強度と安定性である。より強く、より安定し
た固定手段によって、移植の成功率が高められる。近年、骨内へ人工骨を固定す
る様々な方法が多くの研究開発対象となっており、これらは本発明の基礎となる
ものである。
人体において、大腿骨とは、骨盤と頚骨の間に位置する骨のことをいう。説明
を容易にするために、以下においては、大腿骨を人工骨の移植に適する骨とする
。しかし、本発明は、大腿骨への移植のような狭い範囲に限らず、骨の移植一般
を対象としている。
大腿骨の上部は、転倒または関節炎の進行により破壊され易く、通常、ほとん
どの人工大腿骨は股関節置換手術として知られている手術に用いられている。股
関節置換手術においては、大腿骨の上部が人工大腿骨と置換される。特に、股関
節置換手術においては、人工大腿骨は本体と寛骨臼カップ（acetabular cup）と
から構成される。本体は、幹部（stem）、首部および球部を含む。幹部は大腿骨
に固定されているが、寛骨臼カップは、骨盤の股関節の空間に固定される。球部
は寛骨臼カップにはまる。
股関節置換手術において、外科医はまず関節窩を露出させる。寛骨臼をリーマ
ーした後に、寛骨臼カップがは骨盤内に設置される。次に、外科医は、大腿骨の
組織の患部又は傷ついた部分を全部取り除くか、抜髄針（broach）とリーマーを
使用して、円錐形状に大腿の空洞をくり抜く。幹部は大腿骨の空洞に挿入され、
これに固定される。先行技術の大腿骨の幹部は、機械的な嵌合（interlock）、
被膜（coating）、ポリマー・セメント（polymer cement）、またはこれらの組
み合わせを含む多様の方法で骨に固定される。これらの方法は、いずれも周知技
術である。マローリー（Mallory）氏らに付与された米国特許第4,994,759号には
、ねじと被膜との組み合わせ例が開示されている。ホロヴィッツ（Horowitz）氏
に付与された米国特許第4,983,183号には、人工骨の固定方法として、被膜とセ
メントとの組み合わせ例が開示されている。
人工骨の幹部の固定方法として被膜を使用する例は、クロウィンシールド（Cr
owinshield）氏に付与された米国特許第4,718,912号に開示されている。
通常、二種類の被膜方法、多孔質（porous）とヒドロキシアパタイト（Hydrox
yapatite）、が用いられる。ヒドロキシアパタイトとは、カルシウムとリン酸塩
との通常の混合物である。合成ヒドロキシアパタイトは、高密度、非多孔質、非
溶性かつ不活性な多結晶アパタイト・セラミックである。生体の骨と強く結合し
、これと一体化する。
いずれの方法においても、被膜は幹部の外面（outer surface）に施される。
被膜が施された後に、幹部は大腿骨の空洞に押しはめられる。多孔質コーティン
グ
は、大腿骨と直接接触する。被膜は多孔質であるため、骨が容易に再生し成長す
るための間隙を含んでいる。このように骨が幹部の内部へ向かって成長すること
によって、幹部と骨との界面における安定性および強度が増し、これにより人工
骨が骨内に固定される。より強い固着により、人工大腿骨の移植の成功率を高め
るのである。
骨移植に使用されるポリマー・セメントは、通常、ポリメチル・メタクリレー
ト（PMMA：polymethyl methacrylate）から構成されるが、より低い弾性係数を
有するポリマー・セメントの他の組成物も使用される。ポリマー・セメントは、
当業者にアクリル・セメントと言われる。ポリマー・セメントは、二種の別個の
組成物のまま粉末の状態で貯蔵され、これらの組成物は、セメントの特徴を活か
すために、流動的なペースト状の堅さにまで混合される。セメントは、その特徴
として、混合後約10分以内に固化する。
ポリマー・セメントを使用して人工骨を固定する際に、外科医は、空洞を満た
し、かつ幹部を被覆するに充分な量のセメントを混合する。この混合段階には、
約２分を要する。混合後、外科医は、空気の取り込みを防止するため大腿骨の空
洞の側面を避けるように注意を払いながら、セメント・ガン（cement gun）を使
用して大腿骨の空洞にセメントを入れる。人工骨は、セメントで被覆され、大腿
骨の空洞に押し込まれ、かつセメントが固まるまで保持される。幹部の挿入によ
って押し退けられた余分のセメントは、拭き取られる。
しかしながら、人工骨の固定方法としてセメントを使用する標準的な方法には
、いくつかの短所がある。まず、セメントが固まるまでの間にセメントにエア・
ポケットが生じ、よってセメントの構造の一体性が脅かされ、同時に幹部とセメ
ントとの界面や骨とセメントとの界面における接合も脅かされる。
さらに、手術室の職員が、挿入前に移植用の人工骨片に接触した場合には、脂
肪、血や混合されていないセメント粉末等の異質物が移植片に付着し、よってセ
メントと幹部との間の結合が剥離し、その結果幹部が大腿骨の空洞の中でゆるん
だり、ガタツキを生じたりする可能性がある。
ポリマー・セメントによる固定方法の別の短所は、幹部と骨とが接触する危険
性である。上記したように、ポリマー・セメントは、混合され、かつ大腿骨の空
洞に注入され、または、幹部がポリマー・セメントで被覆され、かつ空洞に挿入
されて、その際に流し込まれたセメントを押し退ける。幹部を設置する間に、幹
部は空洞の中の一方向に押し込まれ過ぎる可能性があり、このためその領域のセ
メントが完全に押し退けられ、幹部の一部が骨と直接接触することとなる。正し
く設置し直されない場合、セメントは固まり、かつ幹部は永久的に骨と直接接触
した状態で固定されてしまう。この直接接触によって、セメントの厚さの配分が
最良以下のものとなるので、セメントの破壊と粒子状の破片（debris）を生ずる
。このようなことになると、セメントを壊し、取り除き、幹部を取り替える、と
いう再手術を行わなければならない。このことは、移植処置の費用を増大させ、
移植を成功させ人工骨を安定させるのには致命的な、骨材のさらなる損失を招く
おそれがある。
ポリマー・セメントによる固定方法の更なる短所は、セメントが固まるまでの
間に、約４％の容積縮小を受けることである。この縮小が、幹部が挿入された後
に大腿骨の空洞の中で生じた場合には、セメントと空洞、及び、セメントと幹部
の界面における一体性が危険にさらされる。
ポリマー・セメントによる固定方法の別の短所は、骨セメントの混合中に発熱
反応が起こることである。大腿骨の空洞内のセメントが固まることから生じる結
果的な温度上昇は、周囲の身体組織の壊死を引き起こす可能性がある。
ポリマー・セメントによる固定方法の直接的でない別の短所は、再手術の困難
性である。ある不運な状況においては、人工骨を取り除くための再手術を行う必
要性が生じる。再手術の必要性を誘発する要因には、骨の感染症、セメント破損
または幹部破損が含まれる。従来の幹部とポリマー・セメントが用いられている
場合には、幹部とセメントを取り除くための再手術が困難となる。
上記の問題の解決案としては、予め設けられたセメント被膜を、移植手術に先
立って幹部に被覆する方法がある。この解決法は、プラット（Pratt）氏らによ
って開発され、かつ米国特許第4,283,799号（プラット特許）において、ここで
引用した全ての内容を含む開示によって論じられている。本発明の発明者は、プ
ラット特許の発明の共同発明者として挙げられている。
プラット特許には、３ないし５ミリメートルの間の厚さに亘って予め被覆され
たセメント被膜と、第２の量の乾燥したセメントで予め覆われた大腿骨の空洞と
を備えた人工骨が開示されている。空洞を覆うセメントが堅くなった後に、第三
の量のセメントが骨空洞に挿入され、被膜が空洞を覆うセメントに結合する。従
って、プラット特許においても多量のセメントが混合され、人工骨を設置するた
めに大腿骨の空洞内に設けることを要する。これに加え、被膜と大腿骨の空洞と
の間に２層のセメントを必要とするため、空洞に異質物が挿入される可能性が増
大する。さらに、プラット特許では、接着セメントの第三量が挿入され乾燥する
までに空洞を覆うセメントが乾燥することを要するため、空洞の組織が高温にさ
らされる時間が倍増する。
ダンカン（Duncan）氏らに付与された米国特許第5,133,771号（ダンカン特許
）（その開示内容はここでの引用に完全に含む）には、挿入に先だって十分な厚
さの被膜を一時的に人工骨に取り込む旨が開示されている。しかし、ダンカン特
許も、
実際の大腿骨の空洞を被膜の鋳型として使用している。それゆえに、多量のセメ
ントを空洞に流し込み、幹部を挿入するという不可避の工程が従来の手術処置と
変わらないので、セメント被膜におけるエア・ポケットの形成や均一性、および
幹部とセメントの間の接合の問題は残存する。
パーク（Park）氏に付与された米国特許第4,491,987号（パーク特許）（その
開示内容は、ここでの引用で完全に含まれる）には、外科的ではない環境下での
幹部へのポリマー製被膜の塗着について開示されている。しかし、再手術により
人工骨を取り除く困難性の問題は残る。
本発明が開発される以前は、幹部とセメント及びセメントと骨との強い接合を
同時に提供し、エア・ポケットを排除することによって均質なセメントの固定を
提供し、セメントの収縮を減らし、骨のセメントの発熱反応から生じる身体組織
の壊死が生ずる機会を減らし、人工骨と大腿骨の空洞の間に緊密な接合を提供し
、かつ再手術における人工骨の摘出の容易性を提供する装置は存在しなかった。
本発明は、幹部の製造中に、工場内の高度に管理された条件下で、厚いセメント
被膜を大腿骨の幹部と組み合わせることにより、上記長所を備えるものである。
厚いセメント被膜を大腿骨の幹部に組み合わせる際には、骨組織の感染や壊死
、転倒による大腿骨の骨折等人工骨およびセメントの置換のための摘出を必要と
する将来的な可能性に配慮する必要がある。このような考えに基づいて、再手術
において人工骨の摘出を容易にするよう、本発明を構成することも有効である。
これは、幹部に沿って縦方向の溝（channels）、溝または開口を設け、かつ外面
を滑らかにしながら、縦溝、溝または開口を満たすセメント被膜を設けることに
よって達成される。縦溝によって、幹部の大腿骨からの摘出が容易になる。
そこで、本発明の目的は、均質であって、手術室内でのセメント混合および流
し込み作業に付随するエア・ポケットを生ずることのないセメント被膜を備えた
人工骨を提供することである。被膜の厚さが最良であれば、手術に用いられ大腿
骨の空洞を満たすセメントのうち、わずかな割合のみがエア・ポケットを生じ、
また、人工骨・ポリマー構造の膨張のために、セメントが骨の間げきへの加圧力
を増すことが、保証される。
本発明の他の目的は、人工骨の全断面積のうちポリマー・コーティングの断面
面積を少なくとも30%および40%以上となるように、人工骨の幹部の被膜を製作す
ることである。このため、厚い被膜と幹部との組み合わせは、大腿骨空洞のほぼ
全部を占め、また空洞に流し込むことを要するセメントの大幅な容量の削減が達
成され、これによって流し込まれたセメントの容積の縮小が削減される。このた
め、骨用の注入したセメントの収縮する容量と骨セメントの反応熱が削減される
。
本発明のさらに他の目的は、大腿骨空洞の中で幹部を幹部全体を被覆する被膜
を用いることにより、幹部と骨との接触を排除することである。
本発明の更なる目的は、幹部に縦方向の溝を備えることにより、再手術におい
て人工骨の大腿骨の摘出を容易にすることである。
本発明の他の目的は、幹部より小さく、かつ、骨セメントより大きい弾性係数
を有する被膜を提供することである。
II．発明の概要
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものである。本発明は、基部端、末端及
び外面を有する幹部と、幹部の外面全体に亘って予め設けられた被膜とを備えた
移植用人工骨である。被膜は、大腿骨の空洞の寸法および形状にほぼ対応するよ
うに予め整形された最外面を有する。
本発明の一態様においては、被膜は、射出成形によって移植用人工骨の幹部に
予め設けられる。
本発明の別の態様においては、被膜の射出成形に先だってプリコートの薄膜が
設けられている。プリコートは、ポリマーであってもよく、原形質の吹き付け（
plasma spray）によって塗着させたものであってもよい。従来のＰＭＭＡ製被膜
に対して、被膜の柔軟性を従来のＰＭＭＡ製の被膜よりも高めるために、添加物
を添加することも可能である。幹部は、再手術における人工骨の摘出を容易にす
るために、縦方向の溝を設けるものであってもよい。
本発明の更なる特徴および長所、ならびに本発明の多様な実施例の構造および
作用を、以下、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
III．図面の簡単な説明
本発明を、以下の添付図面を参照しながら説明する。
図１は、従来技術による大腿骨の構造を示す断面図である。
図２は、患者への移植した直後の本発明による大腿骨の構造を示す断面図である
。
図３は、図２における正方形３の詳細な図である。
図４は、図２の線４−４に沿った断面図である。
図５は、本発明による人工骨の一実施例の側面図である。
図６は、図５による人工骨の前面図である。
図７は、図５を線７−７に沿って切断した断面図である。
図８は、図５を線８−８を沿って切断した、断面図である。
IV．好適な実施例の詳細な説明
添付図面において、同一の参照番号が同一または機能的に類似の要素を示す。
添付図面において、図１は、周知の移植後における人工大腿骨の断面図である。
基部端１８と末端２０とを有する幹部１６を備えた移植片または人工骨１０が示
されている。球部１２と首部１４が基部端１８に隣接して設けられている。幹部
１６は、人工骨全体を大腿骨３０へ固定する手段として機能し、耐荷重および荷
重分散能力を発揮する。首部１４は、幹部１６と球部１２との間を接続し、球部
１２を設置する基台として機能する。
人工骨１０は、身体の大腿骨３０に移植された態様で示されている。大腿骨３
０は、大腿距２２（外部骨カバー）と骨内部２４とを含む。カラー（collar）（
図示せず）が首部と幹部との間に設置可能である。設置する場合には、大腿距２
２と骨内部２４の上に設けられる。
人工骨１０を大腿骨３０に設置する前に、抜髄針とリーマー（図示せず）を大
腿距２２の中に空洞３４をくり抜くために用いる。骨せん（bone plug）３１が
挿入され、空洞３４の底にしっかりと嵌入される。ポリマー・セメント２６が混
合され、かつ空洞３４の開口部３６から内部へ注入される。人工骨１０が開口部
３６から空洞３４の内部へに挿入されると、セメント２６が開口部３６上方向に
押し退けられる。余分なセメント２６は、首１４が基部端１８が露出するように
拭い取られる。骨せん３１は、セメント２６を大腿骨３０の髄管に向かって下方
に流れるのを防ぐことにより、セメント２６を基部端２８の方へ押し流す。
図２には、本発明による移植片または人工骨１００が図示されている。人工骨
１００は、幹部１６０と首部１４０と球部１２０とを含む図１に示したものと類
似するものである。カラー（図示せず）が首部と幹部との間に設置可能であり、
設置する場合には、大腿距２２と骨内部２４の上に設けられる。本発明は、人工
骨１００が適用される骨に応力を伝えるために充分な強度および幾何学的形状を
有する耐荷重幹部１６０を用いる。
幹部１６０と首部１４０は、従来用いられてきた素材、例えば、コバルト・ク
ローム合金、チタン合金、ステンレス鋼、プラチナ金属、炭素繊維、複合材料等
で構成することが可能である。複合素材で形成する場合には、素材は、複数の炭
素ファイバーまたはウィスカー（whiskers）を含んでもよい。他に可能な複合素
材は、金属合金と、高密度ポリエチレンまたはポリテトラフルオロエチレン（po
lytetrafluoroethylene）との組み合わせである。より好適な幹部の素材は、コ
バルト−クローム合金である。
本発明の特徴的な一態様は、均質な外皮２８０の結合である。これによって、
管理された条件の下で外面に対し、開発中の幹部１６０は最高の強度となる。被
膜２８０は、人工骨の幹部１６０にポリマーを被覆することによって形成される
。幹部１６０の表面は、被覆のための汚れのない表面を提供するために、ポリマ
ーの塗着に先だって、酸によるエッチングまたはグリッドブラストによって洗浄
してもよい。ポリマーは、小さい弾性係数を有するどのような従来のセメントで
あってもよい。
被膜２８０を製造するために好適なポリマーは、プレキシガラス（plexiglass
）を製造するにあたっても使用されるＰＭＭＡであるが、多種の弾性係数を有す
る他のポリマーも考えられる。工場で製造した被膜２８０を用いれば、手術室に
おいて多量のＰＭＭＡ粉末の組成を組み合わせる必要をなくす。ポリマーの被膜
２８０は、幹部１６０が挿入された鋳型の中で、射出成形によって清潔な幹部１
６０に塗着される。ポリマーは、この鋳型に注入されることによって、幹部１６
０を取り囲み、これに塗着する。さらに、被膜２８０の幹部１６０との塗着が工
場内で管理された条件下で行われるため、気温、圧力および位置等の環境的要素
のすべてを、最良の結合を確実にするために管理することができる。ＰＭＭＡの
みから構成される被膜２８０よりも高い柔軟性を有する被膜２８０を提供するた
めに、被膜２８０の幹部１６０への塗着前に、ＰＭＭＡに添加物を添加すること
も可能である。被膜２８０への添加物としては、スチレンとバリウムの硫化物が
ある。被膜２８０は、幹部１６０と比較して、大きな断面積を占める。被膜２８
０は、空洞３４の中に挿入されたときに、空洞３４の直径とほぼ等しくなるよう
、空洞３４の内部表面からできるだけ少なく、例えば1.0mmの間隔のみずれるよ
う、設置する。
他の方法として、ポリマー被膜２８０を射出成形する前に、洗浄された人工骨
幹部１６０にＰＭＭＡの薄膜を血漿の吹き付け（plasma spray）をすることが考
案されている。血漿吹き付けにより形成された薄膜は、幹部とセメントとの最適
な接合および射出成形された被膜２８０についてよりよい接合面となる。薄膜は
、被膜を形成するために射出成形された素材とは同一の素材で形成する必要がな
いことは判っている。
人工骨１００を受注生産することによる長所の一つは、そのすべての寸法が有
限要素解析により計算できることである。この計算は、人工骨１００を空洞３４
に挿入している間に再整形される大腿骨の空洞３４の長さに沿った、人工骨１０
０の寸法を最大にするような計算である。幹部の幾何学的形状は、本発明の臨界
的な態様である。目的関数は、三つの臨界的な応力係数の線形結合からなる。す
なわち、応力係数は、セメント被膜２８０内における最大有効応力（フォン・ミ
ー
ゼス応力：von Mises stress）、金属核（metal core）内における最大有効応力
、及び、基部端の中間の皮質骨内における最大応力差（応力保護度：degree of
stress protection）をいう。各係数値を種々変更して得られる一連の人工骨見
本のために、最少臨界応力係数（目的関数の「極小値」）を生成するための係数値
（溝底の径：core diameter）を決定することができる。コバルト・クローム合
金のモデル及びチタン合金のモデルを使用することができる。最良解は、目的関
数において展開（減算：reduction）がもはや不可能になったときに得られる。
他の結果と併せて、これらモデルは、人工骨係数についての関数として、皮質骨
における主応力と、人工骨と骨との界面におけるせん断応力との定量的関係を与
える。皮質骨内の主応力は、金属核の素材性能の関数として応力保護値を評価す
るために、無傷の大腿骨を想定した対応応力にまで正規化される。
かかる解析の結果得られた幹部１６０は、好適には円形の断面を有しないが、
その理由は、そのような断面は、ねじり荷重に対し充分な強度を示さない可能性
があるからである。これに加え、幹部１６０は、好適には鋭角を有しないが、そ
の理由は、そのような幾何学的形状によって被膜２８０が分割され、その完全性
を侵すおそれがあるからである。そのため、幹部１６０は、被膜２８０としての
完全性を提供すると共に、ねじり強度をも提供する幾何学的形状を有する必要性
がある。
人工骨１００の被膜２８０は、2.0ないし5.0ミリメートルの半径方向の厚さを
有する。
人工骨１００は、以下の方法によって大腿骨３０に移植される。まず、大腿骨
の空洞３４が造られる。そして、骨せん３１が空洞３４の底に嵌入される。次に
、少量のセメント２６が空洞３４に注入され、被膜２８０を被覆するために用い
られる。被膜２８０の幾何学的形状によって、空洞３４と被膜２８０との間のよ
い結合が得られるため、溝を埋めるために少量のセメントのみを必要とする。人
工骨１００の幹部１６０およびこれに被覆された被膜２８０は、空洞３４に挿入
される。被膜２８０と空洞３４の壁の間の近接するために、被膜２８０がセメン
ト２６を加圧すると、これを上方向に流し、被膜２８０を完全に囲ませる。骨せ
ん３１は空洞３４の中にしっかりと嵌入される。セメント２６が下方向に大腿骨
３０の髄管に流れ込むのを防ぐことにより、セメント２６が幹部１６０の基部端
１８の方向に流れる。
図３には、図２の一部分の拡大図を示す。特に、被膜２８０が骨２４の間げき
３２に浸潤するセメント２６と接触した様子を示している。セメント２６で満た
された被膜２８０と骨２４との最大距離は、約2.0ミリメートルである。図示し
たとおり、幹部１６０を空洞３４に挿入することによって、セメント２６が加圧
さ
れ、骨２４の間げき３２の中に押し込まれる。間げき３２をセメント２６で満た
せば、大腿骨３０とセメント２６の間により強い接合が形成され、かつ間げき３
２が満たされないことに起因して生ずるエア・ポケットの形成が防止されるので
、非常に好ましい。
図４は、被膜２８０の周囲のセメント２６の形成を図示する。人工骨１００の
断面積は、被膜２８０と幹部１６０との断面積とを合わせたものとして定義され
る。被膜２８０は、人工骨１００の全断面積の少なくとも30%、および40%それ以
上の断面積を占める。幹部１６０には、複数の縦方向の溝３６０が設けられてい
る。縦溝３６０によって、大腿骨の構造物１００を大腿骨から容易に摘出するこ
とができる。摘出するには、再手術において、溝にドリルを挿入して、幹部１６
０を被膜２８０から分離する。好適には、幹部１６０の縦溝３６０は鋭角を有し
ないが、その理由は、そのような幾何学的形状によって被膜２８０が割れて、被
膜２８０の一体性を害する危険性があるからである。このように、本発明の他の
態様は、可能な限り最良の幹部１６０を、骨を破壊することなく人工骨１００を
取り除く手段と合わせて、可能な限り最良の被膜２８０と組み合わせることであ
る。
人工骨１００は、被膜２８０が幹部１６０に被覆されたときに形成される。被
膜２８０は、室温よりも高い温度で幹部１６０に被覆される。加えて、被膜２８
０を被覆する間に、幹部１６０を加熱してもよい。
被膜２８０を手術前に幹部１６０に適用することには、いくつかの長所がある
。まず、ポリマーを幹部１６０へ管理しながら塗着することによって、被膜２８
０と幹部１６０の間の最良の接合が確保される。管理は、量、温度、圧力、及び
、時間等の要因に亘って行われる。幹部１６０と周囲の被膜２８０を冷却する場
合には、幹部１６０および被膜２８０に幹部１６０と被膜２８０との機械的接合
を強めるとともに、幹部１６０と被膜２８０に関する非均一な収縮を防止するた
めの管理が必要である。
人工骨１００は、また、大腿骨管を実質的に満たすと共に、全体の不撓性を削
減するという相対的な長所を有する。
手術室の中では、大腿骨構造物１００を大腿骨３０に挿入する前に、少量のセ
メント２６が混合され、大腿骨空洞３４に注入される。そして、上記に記載され
たとおり、人工骨１００が大腿骨空洞３４に挿入される。被膜２８０が混合セメ
ント２６を加圧する結果、セメントは上方向に流れ、大腿骨空洞３４全体に亘っ
て分布した固化したセメント２６の薄膜を形成する。ＰＭＭＡの被膜２８０と混
合セメント２６とは、化学的に同一の組成物であってもよく、またＰＭＭＡ被膜
２８０は、上記のような添加物を含んでもよい。化学的に変化した添加物を含む
被膜２８０は、大腿骨空洞３４に沿って固まった混合セメント２６の層より柔軟
でありながら、被膜２８０（添加物を含む）と混合セメント２６との間の化学的
接合を可能とする。
図５ないし図８においては、本発明の好適な実施例が示されている。図５は、
人工骨５０の実施例を図示する。人工骨５０は、末端５２と基部端５４とを有す
る。さらに、この人工骨は、内側５６と外側５８とを有する。図６においては、
人工骨５０の前側６０と後側６２が示されている。人工骨の構成部分としては、
幹部６４、首部６６と球部６８とを含む。首部７０の中心線と幹部７２の中心線
とは、図５に示された平面において、約４５度の角度を形成する。図６に示され
た平面においては、幹部中心線７２と首中心線７０の間の角度は約17.5度である
。
上記において図１ないし４に言及して説明されたように、本発明は、主として
予め被覆される被膜に関する。この被膜は本発明の目的に示すように、できる限
り大きい割合で骨髄管の容積を占めるものである。骨髄管と特化した幹部は、同
じように先細りせず、予め被覆された被膜が異なる厚さとなる可能性がある。つ
まり、最外部の表面の形状に関しては、幹部の形状により限定されるというより
もむしろ、大部分は幹部が挿入される骨髄管の機能により決定される。
図５ないし図８は、本発明の特定の幾何学的形状とより好適な本発明の実施例
を図示する。図示されたように、被膜７４は、幹部６４の表面に配されている。
予め被覆された被膜７４は、人工骨５０の内側５６における幹部６４の基部端７
６において、約３ないし４ミリメートルの厚さを有する。被膜が３ないし４ミリ
メートルの厚さを有する点は、図５にＡとして示されている。人工骨５０の内側
５６において、被膜の厚さは約1.5ミリメートルまで減る。位置Ａの被膜の厚さ
から、位置Ｂにおける1.5ミリメートルの被膜の厚さまでは、滑らかに移行する
。人工骨５０の内側５６の被膜７４の厚さは、位置Ｂから、人工骨５０の基部端
５２に近い点である位置Ｃへの間で、比較的一定している。つまり、人工骨５０
の内側５６における位置ＢとＣの間では、被膜の厚さはほぼ一定しており、約1.
5ミリメートルである。
人工骨５０の外側５８においては、被膜７４は、幹部６４の末端７６に近い位
置であるＤにおいて、約1.5ミリメートルの厚さを有する。予め被覆された被膜
７４から幹部６４の幹部６４の基部端７６まで、滑らかな移行部７９があること
が、特筆すべきである。人工骨５０の外側５８における被膜７４の厚さは、位置
Ｄから、幹部６４の長さのほぼ半分の点である位置Ｅまでは、一定して1.5ミリ
メートルで維持される。被膜は、位置Ｅから、人工骨５０の末端５２まで、先細
りする。しかし、幹部６４はわずかに大きく先細りするので、被膜の厚さは位置
Ｆにおいて、約２ミリメートルまで増える。
図６においては、被膜の厚さは、人工骨５０の前側６０と後側６２の両側にお
いて、約1.5ミリメートルであり、ほぼ一定している。
図５および６において容易に見られるように、予め被覆された被膜は人工骨の
最末端において、特に厚く形成してもよい。この厚い領域は、符号７８として特
定されている。
図５および６において透視した態様で示されているものは、骨髄管８０の壁で
ある。骨髄管８０と被膜７４の最外部壁の間には小さい隙間がある。この隙間は
、最終的には、手術室において、前記した方法を用いて、骨セメントで満たされ
る。手術室で混合される骨セメントで最終的に満たされる骨髄管８０の容積は、
約１０％である。これに対して、予め被覆された被膜７４が占める骨髄管８０の
容積は、約２０ないし２５％である。一般的には、幹部が占める骨髄管８０の容
積は、約６５ないし７０％である。
図７は、図５を線７−７に沿って切断した断面図であり、図８は、図５を線８
−８に沿って切断した断面図である。
好適な実施例についての上記説明は、本発明およびその実施例の原理をよりよ
く説明するために選択されかつ説明されている。これによって、他の当業者にと
って、本発明を多種の実施例や特定の用途に適する多種の変形例について、本発
明の最良な実施を可能とするものである。上記説明は全てを網羅したものではな
く、開示された実施形式に本発明を限定するものではない。上記の示唆に鑑み、
多数の修正および変更が可能であることは明かである。例えば、本発明は、図面
において大腿骨に挿入された態様で示されているが、本発明は、人体や動物の身
体におけるいかなる骨においても、骨移植片として利用することが可能である。
被膜は、上記において説明されたものとは異なる幾何学的形状を有することも可
能である。例えば、被膜の外側の幾何学的形状は、一定の直径を有しているのに
対して、幹部は先細りするので、被膜の厚さが基部端に向かって増加する。その
ため、本発明の幅および範囲は、上記実施例の例に一切限定すべきではなく、こ
こに添付された以下の請求項およびその均等物のみに基づいて定義されるべきで
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Artificial Bone and Artificial Bone Grafting Method I. BACKGROUND OF THE INVENTION Description of Related Applications This application is a continuation-in-part of US Application No. 08 / 030,722, filed March 12, 1993. A. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to bone implants, and more particularly to implanting prosthesis with a pre-cemented mantle. B. Related Art Artificial bone is the artificial replacement of a limb, bone or other body part. The artificial bone should correspond to the function of the body part being replaced. It is an object of the present invention to provide an artificial bone to be transplanted into human or other body bone. Implantation of new artificial bone into bone is required in some embodiments. The first aspect is for use in places that cannot be treated due to severe arthritis. In such cases, the damaged part of the joint is cut and removed. Another aspect is in removing bone tissue affected by cancer or disease. In both embodiments, artificial bone is implanted to compensate for lost bone length and joint movement. In yet another aspect, there is a case where a new artificial bone is needed when there is a problem with an already implanted artificial bone, for example, loosening caused by movement of the artificial bone in the bone. In addition, the rejection of artificial bone that has been implanted in the body may necessitate replacement. Replacement of the existing artificial bone is performed in the re-operation. In general, artificial bone for bone graft is (1) screw the bone graft into the bone, or (2) open a cavity in the bone, insert the artificial bone into the opened cavity, and use an adhesive or cement. Is used to implant an artificial bone into the bone by a mechanical means such as fixing the artificial bone in a cavity in the bone. The present invention is directed to the latter transplantation means. An important factor for a successful artificial bone graft is the strength and stability of the means for fixing the artificial bone to the bone and the means for fixing the cement to the artificial bone. Stronger, more stable fixation means increase the success rate of transplantation. In recent years, various methods for fixing artificial bone in bone have been the subject of much research and development, and these are the basis of the present invention. In the human body, the femur is a bone located between the pelvis and the tibia. For ease of explanation, in the following, the femur will be referred to as a bone suitable for implanting an artificial bone. However, the present invention is not limited to a narrow range such as a femur implantation, but is intended for bone implantation in general. The upper part of the femur is easily destroyed by falls or the progression of arthritis, and most artificial femurs are commonly used in a procedure known as hip replacement surgery. In hip replacement surgery, the upper part of the femur is replaced with an artificial femur. In particular, in hip replacement surgery, the artificial femur is composed of a body and an acetabular cup. The body includes a stem, a neck and a bulb. The trunk is fixed to the femur while the acetabular cup is fixed in the hip space of the pelvis. The bulb fits into the acetabular cup. In hip replacement surgery, the surgeon first exposes the glenoid. After reaming the acetabulum, the acetabular cup is placed in the pelvis. The surgeon then either removes all the affected or injured part of the femoral tissue, or uses a broach and reamer to hollow out the femoral cavity in a conical shape. The trunk is inserted into the femoral cavity and secured thereto. Prior art femoral shafts are secured to bone in a variety of ways, including mechanical interlocks, coatings, polymer cements, or combinations thereof. All of these methods are well-known techniques. U.S. Pat. No. 4,994,759 to Mallory et al. Discloses an example of a screw and coating combination. U.S. Pat. No. 4,983,183 issued to Horowitz discloses an example of a combination of a coating and cement as a method of fixing artificial bone. An example of using a coating as a method of anchoring a stem of an artificial bone is disclosed in US Pat. No. 4,718,912 to Crowinshield. Two types of coating methods are commonly used, porous and Hydroxyapatite. Hydroxyapatite is the usual mixture of calcium and phosphate. Synthetic hydroxyapatite is a dense, non-porous, insoluble and inert polycrystalline apatite ceramic. It binds strongly to the bones of living organisms and integrates with them. In either method, the coating is applied to the outer surface of the trunk. After being coated, the trunk is pushed into the femoral cavity. The porous coating makes direct contact with the femur. Since the coating is porous, it contains interstices for easy bone regeneration and growth. This growth of bone towards the interior of the stem increases the stability and strength at the stem-bone interface, thereby anchoring the artificial bone within the bone. The stronger fixation increases the success rate of implanting the artificial femur. The polymer cement used for bone graft is usually polymethylmethacrylate (PMMA: p oly m ethyl m ethacryl a te), but other compositions of polymer cements having a lower modulus of elasticity are also used. Polymer cements are referred to by those skilled in the art as acrylic cements. Polymer cements are stored in powder form in two separate compositions, which are mixed to a fluid pasty consistency to take advantage of the characteristics of the cement. The cement characteristically solidifies within about 10 minutes after mixing. When using polymer cement to secure artificial bone, the surgeon mixes sufficient cement to fill the cavity and cover the trunk. This mixing step takes about 2 minutes. After mixing, the surgeon places the cement in the femoral cavity using a cement gun, taking care to avoid the sides of the femoral cavity to prevent air entrapment. The artificial bone is coated with cement, pushed into the femoral cavity and held until the cement sets. The excess cement that has been pushed away by the insertion of the trunk is wiped off. However, the standard method of using cement as a method of fixing artificial bone has some disadvantages. First, air pockets are created in the cement before it hardens, which threatens the structural integrity of the cement and at the same time the joints at the trunk-cement and bone-cement interfaces. Furthermore, if the operating room staff contacts the artificial bone fragment for transplantation before insertion, foreign substances such as fat, blood and unmixed cement powder will adhere to the implant, and thus cement and trunk The bond between the two can become detached, resulting in the trunk loosening or rattling within the femoral cavity. Another disadvantage of the polymer cement fixation method is the risk of trunk-bone contact. As mentioned above, the polymer cement is mixed and injected into the femoral cavity, or the trunk is coated with the polymer cement and inserted into the cavity to dislodge the cement that has been cast. During placement of the trunk, the trunk may be pushed too far in one direction into the cavity, causing the cement in that area to be completely displaced, leaving a portion of the trunk in direct contact with the bone. If improperly repositioned, the cement will set and the trunk will become permanently in direct contact with the bone. This direct contact results in a sub-optimal distribution of cement thickness, resulting in cement fracture and particulate debris. When this happens, the cement must be destroyed, removed, and the trunk replaced, requiring a second surgery. This increases the cost of the implantation procedure and can lead to further loss of aggregate, which is fatal to successful implantation and stabilization of the artificial bone. A further disadvantage of the polymer cement fixation method is that it undergoes a volume reduction of about 4% before the cement sets. If this reduction occurs in the femoral cavity after the stem has been inserted, the cement-cavity and integrity at the cement-trunk interface are compromised. Another disadvantage of the polymer cement fixation method is that an exothermic reaction occurs during the mixing of the bone cement. The resulting increase in temperature resulting from the setting of cement within the femoral cavity can cause necrosis of surrounding body tissue. Another disadvantage of the polymer cement fixation method that is not straightforward is the difficulty of re-operation. In some unfortunate situations, it may be necessary to re-operate to remove the artificial bone. Factors that induce the need for re-operation include bone infections, cement breaks or trunk breaks. If traditional trunks and polymer cements are used, then re-operation to remove the trunks and cement becomes difficult. As a solution to the above problem, there is a method of coating a cement coating provided in advance on the trunk portion before the transplant operation. This solution was developed by Pratt et al. And is discussed in U.S. Pat. No. 4,283,799 (Platt patent), with a disclosure including all the contents cited herein. The inventor of the present invention is listed as a co-inventor of the invention of the Pratt patent. The Pratt patent discloses an artificial bone with a cement coating precoated over a thickness of between 3 and 5 millimeters and a femoral cavity precoated with a second amount of dry cement. Has been done. After the cement overlying the cavity hardens, a third amount of cement is inserted into the bone cavity and the coating bonds to the cement overlying the cavity. Therefore, the Pratt patent also requires a large amount of cement to be mixed and placed in the femoral cavity for placement of the artificial bone. In addition to this, the requirement of two layers of cement between the capsule and the femoral cavity increases the likelihood of foreign material being inserted into the cavity. Furthermore, the Pratt patent doubles the time the tissue of the cavity is exposed to high temperatures, as the cement covering the cavity must dry before a third amount of adhesive cement is inserted and dried. US Pat. No. 5,133,771 issued to Duncan et al. (Duncan patent, the disclosure of which is hereby fully incorporated) includes a temporary artificial coating of sufficient thickness prior to insertion. It is disclosed to be incorporated into bone. However, the Duncan patent also uses the actual femoral cavity as a coating mold. Therefore, the unavoidable process of pouring a large amount of cement into the cavity and inserting the trunk is no different from conventional surgical procedures, thus creating and uniforming of air pockets in the cement coating and the bond between the trunk and cement. The problem remains. U.S. Pat. No. 4,491,987 (Park patent) to Park, the disclosure of which is fully incorporated herein by reference, is made of polymer for the trunk in a non-surgical environment. The application of coatings is disclosed. However, the problem of difficulty in removing artificial bone by re-operation remains. Prior to the development of the present invention, it provided a strong joint between the trunk and cement and cement and bone at the same time, providing a homogenous cement fixation by eliminating air pockets, reducing cement shrinkage, and reducing bone loss. There are devices that reduce the chance of body tissue necrosis resulting from the exothermic reaction of cement, provide a tight joint between the artificial and femoral cavities, and provide ease of removal of the artificial bone during re-operation. I didn't. The present invention provides the above advantages by combining a thick cement coating with the femoral stem during the manufacture of the stem under highly controlled conditions in the factory. When combining a thick cement coating to the femoral trunk, consider future possibilities that require extraction for replacement of artificial bone and cement, such as bone tissue infection, necrosis, or fracture of the femur due to a fall. There is a need. Based on this idea, it is also effective to configure the present invention so as to facilitate the extraction of the artificial bone in the re-operation. This is accomplished by providing longitudinal channels, grooves or openings along the trunk and providing a cement coating that fills the longitudinal grooves, grooves or openings while smoothing the outer surface. The flute facilitates removal of the trunk from the femur. SUMMARY OF THE INVENTION An object, therefore, of the invention is to provide an artificial bone with a cement coating that is homogeneous and does not create air pockets associated with cement mixing and pouring operations in the operating room. With the best coating thickness, only a small percentage of the cement used in surgery to fill the femoral cavity creates air pockets, and due to the expansion of the artificial bone / polymer structure Increased pressure on the bone gap is guaranteed. Another object of the present invention is to fabricate the trunk of the artificial bone so that the cross-sectional area of the polymer coating is at least 30% and 40% or more of the total cross-sectional area of the artificial bone. Thus, the combination of thick cap and trunk occupies almost all of the femoral cavity and achieves a significant volume reduction of the cement that needs to be poured into the cavity, which reduces the volume of cement poured. Be reduced. This reduces the shrinking capacity of the injected cement for bone and the heat of reaction of the bone cement. Yet another object of the present invention is to eliminate contact between the trunk and the bone by using a coating that covers the trunk in the femoral cavity. A further object of the present invention is to facilitate the extraction of the femoral bone of the artificial bone during re-operation by providing the trunk with a longitudinal groove. Another object of the present invention is to provide a coating that has a modulus of elasticity that is less than that of the trunk and greater than that of the bone cement. II. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems. The present invention is an artificial bone graft for transplant that includes a stem having a proximal end, a distal end, and an outer surface, and a coating previously provided over the entire outer surface of the trunk. The coating has an outermost surface that is pre-shaped to approximately correspond to the size and shape of the femoral cavity. In one aspect of the invention, the coating is pre-applied to the trunk of the implantable artificial bone by injection molding. In another aspect of the invention, a pre-coated thin film is provided prior to injection molding the coating. The precoat may be a polymer or it may be applied by plasma spray. It is also possible to add additives to the conventional PMMA coating in order to increase the flexibility of the coating as compared with the conventional PMMA coating. The trunk may be provided with a longitudinal groove to facilitate removal of the artificial bone during re-operation. Further features and advantages of the invention, as well as the structure and operation of various embodiments of the invention, are described in detail below with reference to the accompanying drawings. III. Brief Description of the Drawings The present invention will be described with reference to the following accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a femur according to the related art. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the femur according to the present invention immediately after being transplanted into a patient. FIG. 3 is a detailed view of the square 3 in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. FIG. 5 is a side view of an embodiment of the artificial bone according to the present invention. 6 is a front view of the artificial bone according to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of FIG. 5 taken along line 7-7. 8 is a cross-sectional view of FIG. 5 taken along line 8-8. IV. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS In the accompanying drawings, identical reference numbers indicate identical or functionally similar elements. In the accompanying drawings, FIG. 1 is a cross-sectional view of a known artificial femur after implantation. Shown is an implant or artificial bone 10 with a stem 16 having a proximal end 18 and a distal end 20. A sphere 12 and a neck 14 are provided adjacent the base end 18. The trunk portion 16 functions as a means for fixing the entire artificial bone to the femur 30 and exerts load resistance and load dispersion capability. The neck portion 14 connects the trunk portion 16 and the ball portion 12 and functions as a base on which the ball portion 12 is installed. The artificial bone 10 is shown implanted in the femur 30 of the body. The femur 30 includes a femoral distance 22 (external bone cover) and a bone interior 24. A collar (not shown) can be installed between the neck and the trunk. When installed, it is provided above the thigh distance 22 and the bone interior 24. Prior to placing the artificial bone 10 on the femur 30, a spinal extraction needle and reamer (not shown) are used to hollow a cavity 34 into the femoral distance 22. A bone plug 31 is inserted and fits tightly into the bottom of cavity 34. The polymer cement 26 is mixed and injected through the opening 36 in the cavity 34. When the artificial bone 10 is inserted into the cavity 34 through the opening 36, the cement 26 is pushed upward in the opening 36. The excess cement 26 is wiped off the neck 14 so that the proximal end 18 is exposed. The bone marrow 31 pushes the cement 26 toward the proximal end 28 by preventing the cement 26 from flowing downward toward the medullary canal of the femur 30. FIG. 2 illustrates a graft or artificial bone 100 according to the present invention. The artificial bone 100 is similar to that shown in FIG. 1 including a stem 160, a neck 140, and a sphere 120. A collar (not shown) can be placed between the neck and trunk and, if installed, over the thigh distance 22 and the bone interior 24. The present invention uses a load bearing stem 160 that has sufficient strength and geometry to transmit stress to the bone to which the artificial bone 100 is applied. The stem portion 160 and the neck portion 140 can be made of conventionally used materials such as cobalt-chromium alloy, titanium alloy, stainless steel, platinum metal, carbon fiber, and composite material. When formed of a composite material, the material may include multiple carbon fibers or whiskers. Another possible composite material is a combination of metal alloys and high density polyethylene or polytetrafluoroethylene. A more preferred trunk material is cobalt-chrome alloy. One characteristic aspect of the present invention is the bonding of the uniform skin 280. This provides the highest strength of the developing trunk 160 to the exterior under controlled conditions. The coating 280 is formed by coating the stem 160 of the artificial bone with a polymer. The surface of the trunk 160 may be cleaned by acid etching or grid blasting prior to polymer application to provide a clean surface for coating. The polymer can be any conventional cement that has a low modulus of elasticity. A suitable polymer for making the coating 280 is PMMA, which is also used in making plexiglass, but other polymers with various moduli of elasticity are also contemplated. Using the factory manufactured coating 280 eliminates the need to combine large amounts of PMMA powder composition in the operating room. The polymer coating 280 is applied to the clean trunk 160 by injection molding in a mold with the trunk 160 inserted. Polymer is injected into the mold to surround and coat the trunk 160. Furthermore, because the coating 280 is applied to the executive 160 under controlled conditions within the plant, all environmental factors such as temperature, pressure and location are controlled to ensure the best bond. be able to. Additives can be added to the PMMA prior to application of the coating 280 to the stem 160 to provide a coating 280 that is more flexible than a coating 280 composed of PMMA alone. Additives to coating 280 include styrene and barium sulfides. The coating 280 occupies a large cross-sectional area as compared to the trunk 160. The coating 280 is as little as possible from the inner surface of the cavity 34, such as 1. Install them so that they are offset by 0 mm. Alternatively, it has been devised to plasma spray a thin film of PMMA onto the washed artificial diaphysis 160 prior to injection molding the polymer coating 280. The thin film formed by plasma spraying provides an optimal bond between the trunk and the cement and a better interface for the injection molded coating 280. It has been found that the thin film need not be formed of the same material that was injection molded to form the coating. One of the advantages of manufacturing the artificial bone 100 on order is that all its dimensions can be calculated by finite element analysis. This calculation is such as to maximize the size of the artificial bone 100 along the length of the femoral cavity 34 being reshaped while inserting the artificial bone 100 into the cavity 34. The geometry of the trunk is a critical aspect of the invention. The objective function consists of a linear combination of three critical stress factors. That is, the stress coefficient is the maximum effective stress in the cement coating 280 (von Mises stress), the maximum effective stress in the metal core, and the maximum stress in the cortical bone in the middle of the base end. The difference (degree of stress protection). Determine the coefficient value (core diameter) for generating the minimum critical stress coefficient (“minimum value” of the objective function) for a series of artificial bone samples obtained by changing each coefficient value variously. can do. Models of cobalt-chrome alloys and models of titanium alloys can be used. The best solution is obtained when expansion in the objective function is no longer possible. Together with other results, these models give a quantitative relationship between the principal stress in cortical bone and the shear stress at the artificial bone-bone interface as a function of artificial bone modulus. Principal stresses in cortical bone are normalized to corresponding stresses assuming intact femurs in order to evaluate stress protection values as a function of metal core material performance. The stem 160 obtained as a result of such an analysis preferably does not have a circular cross section, because such a cross section may not exhibit sufficient strength against torsional loads. In addition to this, the stem 160 preferably does not have an acute angle, because such geometry may cause the coating 280 to split and compromise its integrity. As such, the stem 160 needs to have a geometry that provides integrity as the coating 280 and also provides torsional strength. The coating 280 of the artificial bone 100 is 2. 0 to 5. It has a radial thickness of 0 millimeters. The artificial bone 100 is transplanted to the femur 30 by the following method. First, the femoral cavity 34 is created. Then, the bone rib 31 is fitted into the bottom of the cavity 34. Next, a small amount of cement 26 is injected into the cavity 34 and used to coat the coating 280. The geometry of the coating 280 provides a good bond between the cavity 34 and the coating 280 so that only a small amount of cement is needed to fill the groove. The trunk 160 of the artificial bone 100 and the coating 280 coated on the trunk 160 are inserted into the cavity 34. Due to the close proximity between the coating 280 and the walls of the cavity 34, the coating 280 pressurizes the cement 26 and causes it to flow upwardly, causing the coating 280 to be completely enclosed. The bone marrow 31 is firmly fitted into the cavity 34. Preventing the cement 26 from flowing downward into the medullary canal of the femur 30 causes the cement 26 to flow toward the proximal end 18 of the stem 160. FIG. 3 shows an enlarged view of a part of FIG. In particular, the coating 280 is shown in contact with the cement 26 infiltrating the interstitial spaces 32 of the bone 24. The maximum distance between the coating 280 filled with cement 26 and the bone 24 is about 2. It is 0 mm. As shown, by inserting the stem 160 into the cavity 34, the cement 26 is pressurized and forced into the gap 32 of the bone 24. Filling the gap 32 with cement 26 forms a stronger bond between the femur 30 and the cement 26 and prevents the formation of air pockets that result from the gap 32 not being filled. Very preferred. FIG. 4 illustrates the formation of cement 26 around coating 280. The cross-sectional area of artificial bone 100 is defined as the combined cross-sectional area of coating 280 and stem 160. The coating 280 occupies at least 30% and 40% or more of the total cross-sectional area of the artificial bone 100. The trunk 160 is provided with a plurality of longitudinal grooves 360. The longitudinal groove 360 allows the femoral structure 100 to be easily extracted from the femur. To remove, during re-operation, a drill is inserted into the groove to separate the stem 160 from the cap 280. Preferably, the flutes 360 of the trunk 160 do not have acute angles, as such geometry may cause the coating 280 to crack and impair the integrity of the coating 280. Thus, another aspect of the invention is to combine the best possible stem 160 with the best possible coating 280, along with a means of removing the artificial bone 100 without destroying the bone. The artificial bone 100 is formed when the coating 280 is coated on the trunk 160. The coating 280 is coated on the trunk 160 at a temperature higher than room temperature. In addition, the trunk 160 may be heated while coating the coating 280. Applying the coating 280 to the trunk 160 prior to surgery has several advantages. First, the controlled application of the polymer to the trunk 160 ensures the best bond between the coating 280 and the trunk 160. Management is over factors such as volume, temperature, pressure, and time. When cooling the trunk 160 and the surrounding coating 280, control is performed to strengthen the mechanical bonding between the trunk 160 and the coating 280 and to prevent non-uniform shrinkage of the trunk 160 and the coating 280. is necessary. The artificial bone 100 also has the relative advantage of substantially filling the femoral canal and reducing overall stiffness. In the operating room, a small amount of cement 26 is mixed and injected into the femoral cavity 34 before inserting the femoral structure 100 into the femur 30. The artificial bone 100 is then inserted into the femoral cavity 34, as described above. As a result of the coating 280 pressurizing the mixed cement 26, the cement flows upwardly, forming a thin film of solidified cement 26 distributed throughout the femoral cavity 34. The PMMA coating 280 and the mixed cement 26 may be chemically the same composition, and the PMMA coating 280 may include additives such as those described above. The coating 280 containing the chemically modified additive is softer than the layer of mixed cement 26 that has solidified along the femoral cavity 34, while the chemistry between the coating 280 (containing the additive) and the mixed cement 26. Allows for dynamic joining. A preferred embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 5 illustrates an embodiment of artificial bone 50. The artificial bone 50 has a distal end 52 and a proximal end 54. Further, the artificial bone has an inner side 56 and an outer side 58. In FIG. 6, the front side 60 and the back side 62 of the artificial bone 50 are shown. The constituent parts of the artificial bone include a trunk portion 64, a neck portion 66 and a ball portion 68. The center line of the neck portion 70 and the center line of the trunk portion 72 form an angle of about 45 degrees in the plane shown in FIG. In the plane shown in FIG. 6, the angle between the trunk centerline 72 and the neck centerline 70 is about 17. 5 degrees. As explained above with reference to Figures 1 to 4, the present invention relates primarily to pre-coated coatings. This coating occupies as much of the volume of the medullary canal as is shown for the purposes of the present invention. The medullary canals and specialized trunks do not taper in the same way, and the pre-coated caps can have different thicknesses. That is, the shape of the outermost surface is largely determined by the function of the medullary canal into which the trunk is inserted, rather than being limited by the shape of the trunk. 5-8 illustrate certain geometries of the present invention and more preferred embodiments of the present invention. As shown, the coating 74 is disposed on the surface of the trunk 64. The pre-coated coating 74 has a thickness of about 3-4 millimeters at the proximal end 76 of the stem 64 on the inner side 56 of the artificial bone 50. The point where the coating has a thickness of 3-4 millimeters is shown as A in FIG. At the inner side 56 of the artificial bone 50, the thickness of the coating is about 1. Reduce to 5 mm. From the thickness of the coating at position A, 1. With a coating thickness of 5 mm, the transition is smooth. The thickness of the coating 74 on the inner side 56 of the artificial bone 50 is relatively constant from the position B to the position C, which is a point close to the base end 52 of the artificial bone 50. That is, between the positions B and C on the inner side 56 of the artificial bone 50, the thickness of the coating is almost constant, and about 1. It is 5 mm. On the outer side 58 of the artificial bone 50, the coating 74 is about 1. at D, which is near the end 76 of the stem 64. Has a thickness of 5 mm. It should be noted that there is a smooth transition 79 from the pre-coated coating 74 to the base end 76 of the trunk 64 of the trunk 64. The thickness of the coating 74 on the outer side 58 of the artificial bone 50 is constant from position D to position E, which is approximately half the length of the trunk 64. Maintained at 5 mm. The coating tapers from position E to the end 52 of the artificial bone 50. However, as the stem 64 tapers slightly larger, the coating thickness at position F increases to about 2 millimeters. In FIG. 6, the thickness of the coating is about 1. on both sides of the front side 60 and the rear side 62 of the artificial bone 50. It is 5 mm and is almost constant. As readily seen in FIGS. 5 and 6, the pre-coated coating may be formed particularly thick at the extreme ends of the artificial bone. This thick region is identified as 78. Shown in perspective in FIGS. 5 and 6 is the wall of the medullary canal 80. There is a small gap between the medullary canal 80 and the outermost wall of the coating 74. This gap is finally filled with bone cement in the operating room using the method described above. The volume of the medullary canal 80 that is finally filled with bone cement mixed in the operating room is approximately 10%. In contrast, the volume of the medullary canal 80 that is occupied by the pre-coated coating 74 is about 20-25%. In general, the volume of the medullary canal 80 occupied by the trunk is about 65-70%. 7 is a sectional view taken along line 7-7 in FIG. 5, and FIG. 8 is a sectional view taken along line 8-8 in FIG. The above description of the preferred embodiments has been chosen and described in order to better explain the principles of the invention and its embodiments. This will enable others skilled in the art to best practice the invention with respect to its various embodiments and variations to suit its particular application. The above description is not exhaustive and does not limit the invention to the disclosed forms of implementation. Obviously, numerous modifications and changes are possible in light of the above suggestions. For example, although the present invention is shown in the drawing as being inserted into the femur, the present invention can be used as a bone graft on any bone in the human or animal body. The coating can also have different geometric shapes than those described above. For example, the outer geometry of the coating has a constant diameter, while the taper of the stem increases the thickness of the coating toward the proximal end. Therefore, the breadth and scope of the present invention should not be limited to the examples of embodiments above, but should be defined only on the basis of the following claims appended hereto and their equivalents.
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(72)発明者 ポス，ロバート
アメリカ合衆国，マサチューセッツ州
01945，マーブルヘッド，ハーバード ス
トリート １
(72)発明者 ドュ−リン，ティム
アメリカ合衆国，インディアナ州 46581
―0708，ワルシャワ，ピー．オー．ボック
ス 708
(72)発明者 ウェンツ，ダグ
アメリカ合衆国，インディアナ州 46581
―0708，ワルシャワ，ピー．オー．ボック
ス 708
(72)発明者 クリスクマー，クリス
アメリカ合衆国，インディアナ州 46581
―0708，ワルシャワ，ピー．オー．ボック
ス 708────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Poss, Robert
Massachusetts, United States
01945, Marblehead, Harvard
Treat 1
(72) Inventor Durin, Tim
Indiana, United States 46581
―0708, Warsaw, Pee. Oh. Bock
S 708
(72) Inventor Wentz, Doug
Indiana, United States 46581
―0708, Warsaw, Pee. Oh. Bock
S 708
(72) Inventor Chris Kumar, Chris
Indiana, United States 46581
―0708, Warsaw, Pee. Oh. Bock
S 708