JPS60182945A - 人工股関節 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、人の関節、殊に股関節を補綴するための人工
股関節に関するもである。

従来から用いられている人工股関節は骨頭球及びステム
がステンレス鋼、コバルークロム−モリブデン系合金な
どで一体的に形成され、セメントを用いて大腿骨中に挿
ノい固定され、一方、骨頭球を受座する臼蓋側は合成樹
脂のみから成るソケットを骨盤にセメントを用いて固定
するものであった。ところが、このようなステム及び臼
蓋から成る人工股関節では骨頭球が金属製であり、その
ための骨頭球の真球度は１０μが限界であり、さらに極
度に研磨された表面状態においても凸状の微小突起が存
在し、このような微小突起が、この骨頭球を受座する合
成樹脂のソケット表面を摩耗させる原因を成していた。

しかも体液によって骨頭球表面の腐蝕に起因した摩耗が
起こる結果、表面の荒れが生じ、そのため受座するソケ
ット表面を削り取ることになり、人工股関節の寿命を大
幅に縮める要因を成していた。また、関節の寿命を全う
する以前に表面状態の悪化に伴い関節機能が著しく損な
われ、関節の回動に要するトルクが大きくなり、その結
果、ソケット、ステムがセメントによってそれぞれ固定
されている骨との間に弛みを生じるようになり、ついに
は歩行不能に陥る。

一方、ソケットは骨盤にセメント固定されるが、合成樹
脂単身より成るため剛性が小さく、荷重時の骨盤の変形
に伴いソケット自体も変形しやすい。

その結果、固定に用いているセメントとの接合面あるい
はセメントと骨の接合面のいずれかにおいて弛みが生じ
易（、その結果、人工股関節が生体から離脱したり、人
工股関節を構成している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。

上記のような金属製骨頭球の不都合を解決するため、骨
頭球のみをアルミナセラミック製にしたものもあるが、
機械的強度に限界があり、強度を増すには大型化を避け
ることができなかった。けれども大型の骨頭では、該骨
頭を受座するソケ・ノドも大型とならざるを得ない。し
かし、骨盤に固定するソケットの大きさには自から限界
があり、そのような骨頭を受座するにはソケ・ノドの構
成部材である合成樹脂の厚みは薄いものを用いなけれは
ならず、それがため荷重時の骨盤変形に際し、ソケット
も一層変形し易すく弛みを生じることとなる。

このような合成樹脂製のソケットの欠点を排除し、かつ
、それが有する長所を活用せんがため、外周部に溝が形
成されたセラミックよりなる臼蓋の内側に合成樹脂製の
半球状の受座を備えた骨盤埋入型のソケットが提案され
ており、この場合、荷重時における合成樹脂のクリープ
変形が剛性の大きいセラミックより成る口蓋でもって受
容され、包囲されているためクリープ変形が生じ難く、
かつ口蓋が生体親和性の大きなセラミック材で構成され
いることから、骨セメントを用いることなく骨盤に埋入
することにより骨との接合が図られるなどの長所がある
。反面、ソケットの大きさには限界があることから、合
成樹脂製受座をセラミ・ツク製臼蓋で包囲している分だ
け当該受座を構成する合成樹脂の厚みは薄いものとなり
、その結果、より長期にわたって使用できる人工股関節
をもたらすには至らなかった。

本発明は上記の如き従来の人工股関節の欠点に鑑みて開
発してしたもので、より長期間安定した関節機能を維持
し、もって人工股関節の適用年齢を下げることを可能な
さしめんとするものである。

以下、本発明実施例を図によって具体的に詳述する。

第１図においては、人工股関節としての一実施例を示し
たものであって、Ｂ１は腰骨、Ｂ２は大腿骨で、これら
両者は人工股関節で相対的に回動自在に連結される。こ
の人工股関節は、チタン合金製ステムＭが大腿骨Ｂ２に
挿入され固定される。また、チタン合金製のステム門の
先端には、表面が鏡面状に仕上げられたジルコニアセラ
ミンクよりなる骨頭球Ｋがテーパー嵌合してあり、この
骨頭球には腰骨旧に埋設固定されるソケットＳに設けら
れた球面凹部Ｐにて回動自在に嵌合した状態で連結しで
ある。

かかる如く、腰骨Ｂ１と大腿骨Ｂ２とを連結する人工股
関節の要部拡大部図を第２面にて示すが、このうちソケ
ットＳは生体骨盤（ｌｉｉ骨）に埋入し、当接台する外
枠部材Ｃにはアルミナセラミックスなどの剛性が大きく
、生体親和性のあるセラミックで構成され、外周部には
生体骨中に固定ずべく螺入し、あるいは骨の増生と進入
を許容して接合力を強化すべく、溝Ｃ１が形成しである
。また、この外枠部材Ｃの周端部には、骨への埋入位置
を規定し、ソケソ）Ｓに作用する荷重を安定的に受容す
べくフランジ部Ｃ２が一体的に形成しである。このよう
なセラミック製の外枠部材Ｃの半球状凹部は、プラスチ
ック体Ｐとして、例えばポリエチレンをモールド成形法
により製作して物理的に固定し、骨頭球にと良好なる摺
動面を形成する如く成形加工が施しである。

この場合、前記外枠部材Ｃの半球状凹部にはアンダーカ
ッ１〜型の四部Ｃ３が形成してあり、該凹部Ｃ３中にプ
ラスチック体Ｐの一部が進入することによってアンダー
カット部Ｐ１が形成され、その結果、プラスチック体Ｐ
が外枠部材Ｃから離脱したり、全体をセラミック材で構
成した上記のものに限らず、金属材で基体を形成してお
き腰骨Ｂｌ中に埋入された場合、少なくとも生体組織と
接する部位には、生体との親和性に冨んだアルミナ、ア
パタイトなどのセラミック材を溶射手段等によって被着
したものでもよく、また外枠部材Ｃの凹部へのプラスチ
ック体Ｐの結合方法には上記モールド成形法による他圧
入法あるいは螺着手段によってもよい。

ところで、上記の如く、ソケットＳの球面凹部Ｆに受座
される骨頭球にはジルコニアセラミックで構成されてい
るため極度とに鏡面状に研磨された状態においては金属
製の骨頭球では同一の研磨状況下において、微細な無数
の突起が存在するのに対し、ジルコニアなどのセラミッ
ク材では微細セラミック材で構成したブロックと在来の
金属製骨頭球材で構成したブロックを同一条件のもとて
同一のプラスチックソケット材で構成したリングに押し
つけてプラスチックのリングを生理的食塩水中にて回転
させ、両者の摩耗量を測定比較した。

この摩耗テストは押圧力４０ｍ！　ｂの圧力で各々のブ
ロックをプラスチックのリングに押し付は回転数が１３
ｒｐｍで一定時間回転させた後に摩耗量を測定したとこ
ろ従来のステンレス製材料では１．２ｍｍであったのに
対し、ジルコニアセラミンク製のブロックでは、　０．
３ｍｍでありしたがって同一条件のもとにおいて、本発
明に係るジルコニアセラミック製の骨頭球Ｋを用いたも
のではプラスチックＰで形成した球面凹部Ｆの摩耗量は
大幅に小さいものとなることが判った。

なお、セラミック材のうち、アルミナセラミック（多結
晶）及びジルコニアセラミンクより成る同一条件の骨頭
球Ｋを作成し、該骨頭球を受座する球面凹部Ｆの摩耗量
の小さいものは多結晶アルミナとジルコニアセラミック
より成る骨頭球であった。

そこで、次に多結晶アルミナとジルコニアセラミンクの
機械的特性を第１表にて示すが、この表から明らかなよ
うにジルコニアセラミックは多結晶アマミナに比較して
、とりわけ強度が大きいことが判る。

第１表 このように、球面凹部Ｆに対する摩耗の少ない多結晶ア
ルミナとジルコニアセラミンクにおいて、後者では硬度
及び圧縮強さが若干劣るものの曲げの強さ、靭性が大幅
に大きいことがら、体重かがかる股関節）構成するには
ジルコニアセラミンク製のｆｉ−凹球Ｋが最適である。

したがって、いま、多結晶アルミナ型の刊゛叩球にとほ
ぼ同じ機械的強度をもったものをジルコニアセラミンク
で製作する場合には、多結晶アルミナ製骨頭球にの約７
０％の大きさでよいこととなり、それ故、外枠部材Ｃの
大きさ、型状が同一であるとすれば、球面凹部Ｆを備え
たプラスチックＰの厚みを大幅に大きいものとすること
ができることから人工股関節として長寿命化を図ること
ができ、あるいは、ソケットＳを小型化することができ
る。

以上のように構成された本発明人工股関節によれば、特
にソケットＳが腰骨Ｂｌ中に固定される場合、外枠部材
Ｃがアルミナセラミックスあるいは金属製のものにあた
っては外周部に被着したアルミナ、アバフィト等のセラ
ミックが生体骨と極めて良好なる親和性があるためであ
り、しかも生体為害性がないことから永年にわたって安
定的な結合（固定）関係を維持できることができる。

また、このように生体骨と強固に結合した外枠部材Ｃ中
に固定されたプラスチック体Ｐのほぼ中央部に形成した
球面凹部Ｆと、該球面四部Ｆに受座された骨頭球にとは
ポリエチレンなどのプラスチックの有する良好な滑り特
性、耐衝撃性、鏡面を成したジルコニアセラミンクとの
組合せによる、優れた耐摩耗性によって永年にわたり優
れた摺動性を備えた結合状態を維持することができる。

かかる如く、人工股関節のソケットの埋設固定に際して
生体為害性を有する骨セメントを用いる必要がなく、し
かも骨頭球をジルコニアセラミンクで作成したものを用
いることにより、骨頭球自体をし小型にすることができ
、かつ、チタン合金より成るステムとテーパー嵌合によ
り組合せたことによってジルコニア製骨頭球の強度は従
来のステンレス系、あるいはコバルト−クロム系材料よ
りなるステムをジルコニア製骨頭球とテーパー嵌合によ
り組合せた場合に比べて約５０％もの向上が見られた。

そのうえ骨頭球を小型化することにより摺動面を成すプ
ラスチックの厚みを増すことができ、併せてソケット全
体を小型化することが可能となり、かつ摺動面を摩耗さ
せず、強度の大きな骨頭球と摺動面をのすぐれたソケッ
トでもって構成されているなど人体への適合性にすぐれ
、必要かつ充分なる機械的強度を具備し、高性能で耐久
性があり、しかも低コストの人工股関節を提供すること
が可能となり、人類の福祉向上に寄与するところが大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例による人工股関節を人体の骨に装
着した状態を示す側面図、第２図は本発明実施例による
人工股関節の要部断面図である。 Ｍ：ステム　Ｋ：骨頭球　Ｓ：ソケソ１−Ｃ：外枠部材
　Ｐニブラスチック Ｐ１：アンダーカント 出願人　京セラ株式会社 代表者　稲盛和夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外周部に溝が形成されたセラミックより成る口蓋の内側
   にプラスチックより成る球面凹部を備えた骨盤埋入ソケ
   ットと、上記球面凹部にて可動自在となるジルコニア製
   骨頭球を備えたチタン合金製ステムとで構成されたこと
   を特徴とする人工股関節。