JPH10155822A - 人工股関節 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】骨セメントを使わずに骨の新生、増殖、進入を
誘導することによって、人工股関節のステムと骨が隙間
無くフィットし、金属イオン溶出などの問題も起こりに
くい安全な人工股関節を提供する。 【解決手段】ステム本体４の転子間部位５表面に肌荒面
を形成し、且つステム本体４全面にリン酸カルシウム系
材料７のコーティング層を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人体に適用する人
工股関節に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来から用いられている人工
股関節は寛骨に埋入したソケットと、該ソケットに対し
回動自在に嵌合する骨頭球を先端に備えたステムとで構
成されている。

【０００３】此のうちステムはステンレス鋼、コバルト
クロム等合金などの金属からなり、大腿骨髄腔中に挿入
し、ステムと骨との間にセメントを介在させて固定し、
一方の臼蓋側は骨頭球を受座するソケットを骨盤にセメ
ントを用いて固定するのが一般的である。

【０００４】特に大腿骨側においてはステムが長管骨中
に奥深く（長く）挿入されるが骨と金属のヤング率の相
違により荷重を受けた場合の変形量が大きく異なり、セ
メント−骨、セメント−金属ステム間での緩みに伴う沈
み込みが大きな問題となっており、人工股関節が骨から
離脱したり、部材間にガタが生ずるなどにより、関節機
能を喪失してしまうという結果を招いていた。

【０００５】そこで、かかるセメント−骨、セメント−
金属ステム間の緩みを生じさせないために、多くの試み
がなされてきた。また、ステムの材質を従来のステンレ
ス鋼やコバルトクロム合金に代えて純チタンやチタン合
金などが用いられるようになり、より骨に近いヤング率
のものを用いて骨の撓みに追従しようとする試みも行わ
れているが、それだけでは完全に問題を解決するに至っ
ていない。

【０００６】また、臼蓋ソケット、ステムなど補綴物の
外径を複雑な形状とした骨との間隙をできるだけ小さく
し、且つセメントを用いないでステムを固定しようとす
るデザイン的な改良の試みもなされている。

【０００７】しかし、セメントを用いないで全体形状を
骨の形状に相似させることは生体には固体差があるため
極めて困難なことである。

【０００８】そこで、最近の試みとして、例えば、米国
特許第４，５８９，８８３号明細書に記載されているよ
うに金属製のビーズや針金を金属製ステムの表面に焼き
付けたり、拡散結合させるなどして表面の多くの空孔内
へ骨の新生、増殖、進入させて骨にステムを強固に固定
することも行われている。

【０００９】ところが、表面に３次元的空孔を形成する
ことにより、多孔質化すると表面積が飛躍的に増加し、
その結果、金属イオンが多量に溶出することとなり、生
体への悪影響が大きな問題となってきている。

【００１０】また、上記技術ではビーズ等が全周には形
成されておらず、ビーズ等のない部分では骨との間に隙
間が残り、ここからポリエチレンなどの摩耗粉が骨髄腔
内に進入してしまうこともあった他、ビーズ等のある部
分のみが骨との固定力が大きいので、この部分に応力が
集中して好ましくない骨吸収が発生、進行してしまう恐
れがあった。

【００１１】さらに、焼付などの高温熱処理によって強
度低下をもたらすこととなり、ステムの破折といった事
態にまで発展し、大きな問題点となっている。

【００１２】

【発明の目的】上記従来技術の問題点に鑑み、本発明
は、骨セメントを使わずに骨の新生、増殖、進入を誘導
することによって、人工股関節のステムと骨が隙間無く
フィットし、金属イオン溶出などの問題も起こりにくい
安全な人工股関節を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記従来技術の問題点を
解決するべく、転子間部位の骨と接する表面に肌荒面を
形成したステム本体全面にリン酸カルシウム系材料のコ
ーティング層を形成してなる人工股関節を特徴とするも
のである。

【００１４】

【作用】かかるステムから成る人工関節の作用として、 ■ステム全面にリン酸カルシウム系材料のリン酸カルシ
ウム系材料のコーティング層を形成したことにより、金
属材料がコートされ金属材料の溶出が抑えられるので生
体に安全である。

【００１５】■焼き付けなどステムの母材の機械的強度
を劣化させる工程が不必要であり、強度低下を回避でき
る。

【００１６】３．ステム本体の近位端部を［肌荒面＋リ
ン酸カルシウム系材料コーティング］とし、骨の増殖、
進入を促すことによりシーリング（封止）効果が発現す
る。すなわち、関節摺動により発生するポリエレン粉が
骨髄腔内に進入するのを防止する。

【００１７】４．ステム本体表面の肌荒面とした部位以
外にもリン酸カルシウム系材料をコーティングし、ステ
ム本体と増殖骨をフィットさせることにより、ステム本
体の遠位部にも応力が分散伝達するので、骨吸収が起こ
り難い。

【００１８】５．ステム本体表面の肌荒面とした部位以
外は微小凹凸による機械的アンカリングではなく密着フ
ィットにより骨と接した状態となるので、経年後、人工
股関節を再置換しなければならない事態が発生しても、
比較的容易にステムを抜去できる。

【００１９】６．ステムの形状が単純化できることか
ら、製作が容易となる。

【００２０】７．骨との結合固定においてもセメントを
使用しなくてもよく、セメント固定時の重合熱による生
体への悪影響が減少する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図によ
って説明する。実施形態１ 図１は人工股関節を成す大腿骨部材を骨Ｂに装着した状
態を示す、前側からの破断面図で、１は骨頭球であり、
チタン合金又はコパルトクロム合金製のステム２のネッ
ク３先端に嵌着されている。また図２は、図１の大腿骨
部材を構成するステム２の外側からの側面図であり、同
図に示すように、ステム２は特に再置換術に対応するた
めに長めの寸法となっており、且つ骨髄腔内の形状に合
わせて下端（遠位端）部が後ろ側に若干反った形になっ
ている。

【００２２】上記ステム２は、ステム本体４の表面のう
ち、骨Ｂの転子間部に対応する転子間部位５に後述の、
溶射材料にチタンワイヤーを用い、特殊なチャンバー内
の不活性ガス流中にてアーク溶射を行う、イナートガス
・シールドアーク溶射法によってチタンを融着させた肌
荒面６とし、さらに、図３（図１の領域Ｘ）および図４
（図１の領域Ｙ）の部分拡大断面図に示すようにフレー
ム溶射などの方法によりステム本体４全面にハイドロキ
シアパタイトや第三リン酸カルシウムなどのリン酸カル
シウム材料７を被着せしめてある。

【００２３】図５は、前記イナートガス・シールドアー
ク溶射法とそれに用いる装置を示す概略破断面図であ
り、底有円筒状のチャンバー内に上記ステム２を回転自
在に設置し、側部および溶射ガン側からアルゴンガスを
チャンバー内に奔流せしめてアルゴン雰囲気とし、溶射
ガンを作動させて、その前に設置したチタンワイヤーか
らチタンをステム２のターゲット部分に溶射するという
ものであり、この装置を用いる利点としては内部欠陥が
ほとんど存在しない良好な溶射膜を形成できることが挙
げられる。

【００２４】このように構成される上記ステム２を備え
た人工股関節は、ステム本体４の転子間部位５の表面を
肌荒面とし、且つステム本体４全面にリン酸カルシウム
系材料７のコーティング層を形成したことにより、骨セ
メントを使わずに骨の新生、増殖、進入を誘導し、人工
股関節のステム２と骨が隙間無くフィットし、金属イオ
ン溶出などの問題も起こりにくくなる。

【００２５】また、ステム本体４の転子間部位５を［肌
荒面６＋リン酸カルシウム系材料７のコーティング］と
し、肌荒面６凹凸内への骨の増殖、進入を促すことによ
り、骨髄腔の開口を完全にシーリング（封止）し、関節
摺動により発生するポリエレン粉が骨髄腔内に進入する
のを防止する。また、肌荒面６以外の表面にもリン酸カ
ルシウム系材料７をコーティングしたのでステム本体４
と増殖骨がフィットする。したがってステム本体４の遠
位部にも応力が分散伝達し、骨吸収が起こり難い。さら
に、上記肌荒面６以外は密着フィットにより骨と接した
状態となるので、経年後、人工股関節を再置換しなけれ
ばならない事態が発生しても、比較的容易にステムを抜
去できる。

【００２６】なお、上記肌荒面６の面粗さとしては、Ｒ
ｍａｘ＝２００〜６００μｍであることが好ましい。Ｒ
ｍａｘ＝２００μｍ未満の場合、骨との機械的アンカリ
ングによる固定力が若干弱くなるので、緩みなどにより
隙間が生じてしまう恐れがある。他方、Ｒｍａｘ＝６０
０μｍより大きい場合、表面の強度が低下し、膜の剥離
等が発生する恐れがある。また、リン酸カルシウム系材
料７のコーティング厚みとしては、５〜１００μｍの範
囲であることが好ましい。厚みが５μｍ以下では、剥離
し易く、また骨誘導能も不充分となる恐れがあり、他方
１００μｍ以上では、コーティング膜の強度が低下し、
膜内亀裂が生じる恐れがある。

【００２７】実施形態２ 次ぎに、本発明の別実施形態を説明する。図６および図
７は、前記図１および図２に対応した図、図８は図７の
Ａ矢視図で、図１、２と共通する部位には共通の番号を
付与しており、ともに別形態のステム２０を示す。この
ステム２０は本体４の転子間部位５に肌荒面６を形成
し、且つステム本体４の全面にリン酸カルシウム材料を
コーティングしている点で、前記ステム２と共通するも
のであるが、異なるのは、このステム２０が、転子間部
内側の骨が脆弱化するか又は消失してしまった場合に用
いられるもので、外側と下側に残った（又は残した）骨
Ｂと当接するべくＬ字状をなし且つボルト孔８を備えた
張出部９が形成されている点である。

【００２８】そして、肌荒面６は上記張出部９の外面１
０と該外面１０の外方の表面のみに形成されている。こ
れは、張出部９の内面１１と該内面１１の内方の表面は
当接する骨Ｂがないので肌荒面６が必要なく、さらに下
面１２に肌荒面６を形成して骨と固着させた場合、この
部分に応力集中が起こり易くなることを見出したためで
ある。

【００２９】なお上記ステム２０および前記ステム２
（実施形態１）のいずれについても、肌荒面６の境界部
位において表面粗さを、肌荒面６以外との境界１３に向
けて傾斜的に小さくしても良い。

【００３０】これは、表面粗さが上記境界１３で一気に
変わる場合、骨との固着力もそこで一気にかわり、境界
１３で応力伝達がスムーズにいかなくなることも考えら
れるので、表面粗さを傾斜的に変えていくことで、その
ような問題に対処しようとするものである。

【００３１】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明はこれら形態に限定されるものでなく、発明の目的
を逸脱しない限り任意の形態とすることができることは
言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】叙上のように本発明によれば、人工股関
節を構成するステムの本体の転子間部位表面を肌荒面と
し、且つステム本体全面にリン酸カルシウム系材料のコ
ーティング層を形成したことにより、骨セメントを使わ
ずに骨の新生、増殖、進入を誘導し、人工股関節のステ
ムと骨が隙間無くフィットし、金属イオン溶出などの問
題も起こりにくくなる。

【００３３】また、ステム本体の転子間部位のシーリン
グ（封止）効果により、関節摺動により発生するポリエ
レン粉が骨髄腔内に進入するのを防止することができ、
また、それ以外の部位の表面もリン酸カルシウム系材料
のコーティングにより骨と密着するので、ステム本体の
遠位部にも応力が分散伝達するので、骨吸収が起こり難
い。

【００３４】さらに、ステム本体表面の肌荒面とした部
位以外は密着フィットにより骨と接した状態となるの
で、経年後、人工股関節を再置換しなければならない事
態が発生しても、比較的容易にステムを抜去できる等の
極めて優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の人工股関節を成す大腿骨部材を示す前
側からの破断面図である。

【図２】図１の大腿骨部材を構成するステムの側面図で
ある。

【図３】図２の領域Ｘの拡大断面図である。

【図４】図２の領域Ｙの拡大断面図である。

【図５】インナートガス・シールドアーク溶射法に用い
る装置の概略破断面図である。

【図６】本発明別実施形態の人工股関節を成す大腿骨部
材を示す前側からの破断面図である。

【図７】図６の大腿骨部材を構成するステムの側面図で
ある。

【図８】図７のＡ矢視図である。

【符号の説明】

１ 骨頭球 ２，２０ ステム ３ ネック ４ ステム本体 ５ 転子間部位 ６ 肌荒面 ７ リン酸カルシウム材料 ８ ボルト孔 ９ 張出部 １０ 外面 １１ 内面 １２ 下面 １３ 境界 Ｂ 骨 Ｘ，Ｙ 領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】寛骨に埋入するソケットと、該ソケットに
   対し回動自在に嵌合する骨頭球をステム本体から延設す
   るネックの先端に備えたステムからなる人工股関節であ
   って、上記ステムの転子間部位の骨と接する表面に肌荒
   面を形成するとともにステム本体全面にリン酸カルシウ
   ム系材料のコーティング層を形成してなる人工股関節。
2. 【請求項２】チタンなど生体為害性のない金属材を不活
   性ガス流中にてアーク溶射することによって上記肌荒面
   を形成したことを特徴とする請求項１の人工股関節。