JPS61106149A - 骨組織凝着促進部材，骨植込み部材および製法 - Google Patents

骨組織凝着促進部材，骨植込み部材および製法

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JPS61106149A
JPS61106149A JP60158491A JP15849185A JPS61106149A JP S61106149 A JPS61106149 A JP S61106149A JP 60158491 A JP60158491 A JP 60158491A JP 15849185 A JP15849185 A JP 15849185A JP S61106149 A JPS61106149 A JP S61106149A
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    • Y10S623/901—Method of manufacturing prosthetic device

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に体内に植込む医学的補綴部材、さらに特
定すれば補綴部材に骨を内生させる手段によって体内に
固定する補綴部材に関する。
〔従来の技術〕 骨板、爪、ビン、ねじおよび結合補綴部材のような医学
的器具を人間および動物の骨格構造に通常植込み、破損
した骨の部分を多年多こわたって結合するか、または損
失もしくは損傷した骨格部分に置換える。これらの部分
は身体の永久的な部分となるように意図することが多い
。このような場合、この部材が骨格の骨構造に強力にか
つ永久に固定されることが重要である。
このような部材の全部または一部に多孔性表面を使用し
、多孔の孔径が約５０μｍを超えるのであれば、強力な
永久的固定を得ることが、１０年以上にわたって知られ
ていた。しかし、骨の古い固定方法、すなわちメチルメ
タクリレート骨セメントを使用するか、または摩擦はめ
合いによって主として固定する方法が、固定方法として
もつとも支配的に使用されている。しかし摩擦はめ合い
またはセメント結合された補綴部材が時の経過につれて
弛緩することが重要な医学的問題として残る。これは骨
の内生によって良好に固定できるように、患者は骨の生
長がおきるまで骨格植込みに力または負担を加えないこ
とが必要であるにも拘らず、摩擦はめ合いまたはセメン
ト結合の場合に骨格への負担が直ちに加わるためである
。
本明細書において、術語「生物的吸収性および再吸収性
」の意味は、このような性質を有する物質が、骨が完全
に結合する期間より短い期間のうちに生物的に吸収され
る器具の部分の物理的構造を変えるのに十分な量で宿主
身体によって化学的に分解され、吸収され、または他の
方法で除去されることである。明らかなように、すべて
の物質は、たとえ鋼であっても、身体によって僅かに化
学的に吸収される。しかし骨の癒合期間にわたって生物
的吸収性器具の物理的構造を変えない程度の僅かな吸収
は、この術語［生物的吸収性および再吸収性」には含ま
ない。また明らかなように、一つの物質が生物的吸収性
であるとしても、特定の少量ならば、体内に長期間残る
ことができる。
植込み部材の多孔性表面に迅速に骨を内生させる一つの
方法は、多孔性金属繊維を水酸化りん灰石３　Ｃａ３　
（ＰＯ４）　ｚ　　・Ｃａ　（叶）２の水性スラリーに
浸漬し乾燥させるごとによって、多孔性金属繊維を水酸
化りん灰石で被覆する。水酸化りん灰石は人体に再溶解
性であるとは一般に考えられない。水酸化りん灰石は植
込み後４週間までの間に多孔性金属の表面に骨がより急
速に内生ずることを促進するが、この効果は短期間であ
って、４週間後には、孔のなかの骨組繊の量は減少する
ことが見出されたＰ、　Ｄｕｃｈｅｙｎｅら、「多孔性
被覆植込み部材の骨格結合に対する水酸化りん灰石の含
浸」ジャーナル　オブ　バイオメディカル　マテリアル
ス　リサーチＶｏ１．１４．　２２５−２３７　　（１
９８０）　、この内生が永久的に増加するのではないこ
とに加えて、固定位置において骨組繊が長期にわたって
生長するのではなくて、水酸化りん灰石は繊維状生長を
促進する。その結果補綴が緩くなることか見出された。
さらにＤｕｃｈｅｙｎｅらの論文の水酸化りん灰石被覆
は比較的壊れやすく、市販品として通常の取扱をすると
容易に破損するので、広（商業用として適合することが
できなかった。
次の米国特許は前述のように本発明の一つの曲に関する
。Ｈ，Ｈａｈｎの米国特許第３，６０５，１２３号の開
示によれば補綴部材上に金属多孔性表面をプラズマ溶射
する。Ｄａｖｉｄ　　Ｃ，Ｐｈ１ｌｉｐｓの米国特許第
３．８９２，６４８号および同第３，８９２，６４９号
の開示によれば、植込み部材に骨およびコラーゲンを電
着させ、または植込み部材にプラスチック網状組織を形
成して、植込み部材に骨が付着することを促進する。
米国特許第３，９１９，７２３号の開示によれば、カル
シウムおよびりん酸塩の原子をセラミ・ツク植込み部材
の表面に着床させるのに加熱してりん酸カルシウム塩物
質を溶融し着床させる。特に温度が１３００℃を超える
とりん酸カルシウム物質が分解されるので、この温度よ
り高い温度を使用しないことを注意している。高温にお
ける分解はりん酸カルシウム物質の特徴である。Ｅ、Ｈ
ａｙｅｋおよび１１、　Ｎｅｗｅｓｅｌｙ、　　イノ−
ガニツク　シンセシイス７　　（１９６３）　　６３゜ Ｒｅ１ｎｅｒらの米国特許第４，２０２，０５５号の開
示によれば、補綴部材の表面に生物的吸収性の生物活性
りん酸カルシウムを重合体と組合せて、重合体内に骨を
内生させる。Ｄｒａｅｎｅｒ　ｔの米国特許第４，３６
５゜３５７号および同第４，３７３．２１７号の開示に
よれば、吸収性りん酸三石灰物質を骨セメントと組合せ
て、セメント内に骨を内生させる。上記３つの特許は、
いずれも表面を形成する物質に吸収性物質を一体化させ
て、多孔性表面を吸収性物質の吸収によって生じさせ、
この吸収性物質の吸収によって形成された空の場所にお
いて表面に細孔を残すことを考えている。これらの特許
はいずれも予め多孔性である表面を吸収性物質で被覆し
て骨の生成を促進することを示唆していない。
Ｋｕｍｍｅｒらの米国特許第４，３３８．９２６号の開
示によれば、植込み部材の表面に厚み０．１〜１１層の
生物的吸収性層を加えて、物質が吸収されるにつれて植
込み部材を弛緩させることを意図している。吸収性層を
有する補綴部材は、骨の内生を抑制するために、特に非
多孔性としである。
〔発明の解決しようとする問題点〕
本発明の目的は迅速かつ永久的な骨の内生を多孔性表面
に生じ、これによって植込み部材を容易に強力にかつ永
久的骨格構造に固定する補綴部材を提供することである
。
本発明の他の目的は従来技術の補綴部材の欠点を克服し
、骨に永久的に固定することを意図する補綴部材および
その製法を提供することである。
〔問題点を解決するだめの手段〕 本発明の一つの面は、多孔性金属表面層、およびこの表
面層に溶着した生物的吸収性物質を有する骨植込み部材
である。
本発明の他の面は、骨組繊の凝着を促進するのに適した
部材であって、この部材が表面に多孔性領域を有する基
材を含み、多孔性領域の少なくとも一部分が、この多孔
性領域中に骨の永久的内生を増大させる生物的吸収性物
質で被覆されている部材である。
本発明のさらに他の面は、体内植込み部材として使用す
る補綴部材の製造方法であって、骨を付着させようとす
る多孔性表面を有する基材を準備し、被覆物質を準備し
、この被覆物質を多孔性表面の少なくとも一部分に付着
させ、十分なエネルギーを与えてこの物質を生物的吸収
性を有する状態に変換させる工程を有する補綴部材の製
造方法である。
〔作　用〕
基材の多孔性表面被覆は従来技術の示唆のように吸収さ
れて弛緩することがないことが見出された。吸収性物質
は、十分に・は理解されていないが被覆した多、孔性表
面内への骨の内生を迅速にかつ強力になるように促進す
る。さらにこの促進された内生が永久的に残り、しかも
水酸化りん灰石被覆は従来知られているような組織の繊
維化による劣化はおきずに、骨物質となる。
この被覆物質は水酸化りん灰石およびβ−りん酸三石灰
、および加熱して冷却後に主としてα−りん酸三石灰に
変換する物質からなる群から選択された少なくとも一つ
の物質を含むことが好ましい。
〔発明の効果〕
被覆物質に高温度を与えることによって、従来技術の被
覆より凝着力が強くて生物的吸収性のある被覆を得るこ
とを見出した。この被覆は十分な凝着力があるので、基
材から弛緩することなく、一般に植込みの目的に箱詰め
し、滅菌し、取扱うことができる。
本発明は当業界において長く懸案となっていた問題を解
決した。
〔実施例〕
添付図面を参照して次の詳細な記載を読めば、本発明の
多くの他の面、特徴、目的および利点を明らかにするこ
とができる。　　　゛ 第１図を参照して、体内植込み部材として使用するため
の補綴部材を示す。この特殊な補綴部材は腰の補綴部材
である。このような補綴部材は、腰の関節の一つの表面
を形成して腰のソケント内で回転する平滑な球形頭部１
０と、頚部１４と１、基部すなわち幹部１５とを含む。
幹部１５は人間または動物の患者の大腿骨内に錠止めす
る。幹部１５の大腿骨内への固定を強化するために、幹
部１５の表面領域１６は多孔性である。第１図の実施態
様において、幹部の多孔性領域１６は、Ｗｉｌｌｉａｍ
　ＲｏｓｔｏｋｅｒおよびＪｏｒｇｅ　Ｇａ１ａｎｔｅ
の米国特許第３．９０６．５５０号に記載するように、
金属の短繊維を圧縮したマットを含む。本発明によって
、金属繊維網状組！ｔｌｉ１７は後に詳述するように生
物的吸収性物質で被覆しである。
第２図は本発明の第２の実施態様を例示する。
植込むための部材２０は腰の寛骨臼補線部材であり、通
常ヒップカップといわれる。これは平滑な球形表面２１
を有し、腰の関節の他の表面を形成し、第１図の補綴部
材の球形表面ＩＯを受入れる。
ヒップカップ２０の外側表面′２３は寛骨臼に植込まれ
るので、プラズマ溶射によって多孔性金属表面層２４を
被覆する。プラズマ溶射はＨ，Ｈａｈｎの米国特許第３
，６０５．１２３号に記載されている。本発明によって
、多孔性層２４はその表面の少なくとも一部分に生物的
吸収性物質を含む。この物質は多孔性領域への骨の永久
的な内生を促進する。被覆については後に詳述する。
本発明で通常使用することができる他の多孔性被覆は金
属粒の焼結被覆である。
上記型の多孔性表面は例示に限られず、本発明は、身体
内に一体化する植込み部材の固定に使用する多様な多孔
性表面を含むことを理解すべきである。
さて第３図はマットのような多孔性表面を有する網状組
織１７の約２０倍拡大図を示す。網状組織１７は短い金
属繊維１８を相互に圧縮してあり、生物的吸収性物質１
９、ここでは主としてα−りん酸三石灰で被覆されてい
る。
第４図は走査電子顕微鏡写真で調べた網状組織１７の断
面を示す。網状組織の表面（第３図の走査電子顕微鏡写
真の示す方向）は第４図の右下隅を示す。この断面の走
査電子顕微鏡写真は６３．５倍に拡大しである。ワイヤ
の典型的な断面は３１および３２で示す。ワイヤ断面３
２は断面の平面がワイヤの直径に斜角をなしているので
長くなっている。３３で示す点は離れた粒に見えるが、
これは実際に離れているのではなくて、断面の平面の外
で結合されている粒子を単に表わすのにすぎない。ワイ
ヤの面３４．３５．３７および３８はα−りん酸三石灰
で被覆されている。この実施態様では被覆の最大厚みは
約３０μｍで、網状組織の外側のワイヤの外面たとえば
３７では平均厚みが３０μｍである。この被覆は網状組
織のなかに約５００μｍ（０，０２０インチ）入り込み
、外側から内側に向けて被覆の連続性が減少する。第５
図は第４図の実施態様を９４８倍に拡大した他の断面で
ある。
第１　．３．４および５図に示す被覆された繊維金属部
材は次のようにして製造される。市販縁純度のワイヤを
パッドに形成し、米国特許第３，９０６゜５５０号記載
の方法に従って補綴部材上に焼結する。
プラズマ溶射して冷却後に生物的吸収性となる物質を網
状組織に次にプラズマ溶射する。同様に第２図に示す被
覆された部材は表面２４の下にある基材に金属面をまず
プラズマ溶射し、得られた多孔性表面に、冷却後に生物
的吸収性物質となる物質を次にプラズマ溶射する。
金属円筒もこれと同じ方法で製造する。使用したワイヤ
は市販縁純度のチタンで、直径約０．０２！５ｃｍ　（
約０．０１インチ）、長さ約２．５ｃｍ（約１インチ）
であった。網状組織は厚み約２＋＋＋＋ａとして中心の
チタン棒に焼結し、この棒は機械的試験装置に取付ける
ためにねじを切った部分を有した。この円筒は直径９．
５ｆｉ、長さ５９ｍｍであった。繊維の網状組織円筒は
次に水酸化りん酸石灰およびβ−りん酸三石灰を約５０
％ずつ含む物質をプラズマ溶射した。プラズマ溶射は、
米国特許第３，６０５，１２３号記載のような通常の方
法を使用した。プラズマ溶射した物質をＸ線回折によっ
て分析すると、水酸化りん酸石灰およびβ−りん酸三石
灰を５０　：　５０含む物質は主としてα−りん酸三石
灰に変換しており、β−りん酸三石灰および水酸化りん
酸石灰はいくらか残っていた。なおＸ線回折データには
同定できない線がいくつか認められたが高温度りん酸石
灰と考えられる。回折線の幅は結晶の大きさが通常のセ
ラミックよりも小さいことを示した。
円筒は文献に骨形成原として記載されてきた多数の他の
物質で処理した同様な円筒と一緒に犬の大腿骨に植込ん
だ。他の物質はβ−りん酸三石灰、無機分を減少させた
骨粉、および白虎的な骨および骨髄であった。２〜６週
間経過後に動物を殺して試料を大腿骨から引出した。本
発明の技術によって製造した試料は引出すのにもっとも
強い力を必要とした。強い引出し力は固定がもっとも強
いことを明らかに示し、これは当業界において骨の内生
が改良されたことを示すと一般に考えられている。本発
明によって製造された試料は動物の体内に埋込み、植込
む通常の方法によって取扱うことができ、損傷すること
がない。
水酸化りん酸石灰／β−りん酸三石灰の物質がα−りん
酸三石灰に変換することは、プラズマ溶射によって変換
エネルギーがこの物質に与えられるためと考えられてい
る。この観点から変換用のエネルギーを別に供給する他
の方法、たとえばスパッタリング、電気泳動、静電噴射
などを被覆に使用することができる。
上記のように、固定および骨の内生を改良し、その他多
くの特徴および利点を有する、体内植込用の新規な部材
およびその製造方法を記載した。
上記特殊な実施態様について本発明を記載したのである
が、補綴部材の多孔性表面を生物的吸収性物質で被覆す
る利点は、当業者が本発明の概念を逸脱することなく、
ここに記載した特殊な実施態様から出発して、変化され
た多くの用途に使用することができる。たとえば被覆さ
れた多孔性表面を、ここに記載した以外の多様な植込み
用固定材、たとえば膝の補綴部材、骨板、髄内の棒など
に組合せて使用することができる。同様にここに特記し
た以外の厚みも使用することができ、また同様に補綴部
材の基材および／または多孔性層も、たとえばコバルト
クロム合金鋼、ステンレス鋼などの金属、および骨に植
込むのに適する他の物質から作ることができる。このよ
うに本発明の原理を記載しであるので、当業者が多くの
均等な部材に置換えできることは明らかであろう。従っ
て本発明は特許請求の範囲に記載する新規な特徴および
これらの特徴の新規な組合せを包含することを理解すべ
きである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施態様の体内植込み部材の側面図で
あり、 第２図は本発明の他の実施態様の斜視図であり、第３図
は第１図の実施態様で使用した型の被覆された多孔性表
面の２０倍拡大図であり、第４図は第３図の物質の金属
組織学的断面の走査電子顕微鏡による６３．５倍拡大図
であり、試料の表面は第３図の下台に位置する。 第５図は第４図の断面の９４８倍拡大図であり、多孔性
表面を形成する金属ワイヤの一つの一部分およびワイヤ
の被覆のみを示す。 １６・・・多孔性領域、　　　１７・・・網状組織、２
０・・・植込み部材、 ２４・・・多孔性金属表面層。 以下分白 ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、体内植込み部材として使用する補綴部材の製造方法
    であって、 骨を付着させようとする多孔性表面を有する基材を準備
    し、 被覆物質を準備し、 この被覆物質を多孔性表面の少なくとも一部分に付着さ
    せ、十分なエネルギーを与えてこの物質を生物的吸収性
    を有する状態に変換させる 工程を有する補綴部材の製造方法。 ２、被覆物質を多孔性表面の少なくとも一部分に付着さ
    せる工程が、 高温度に加熱した後に冷却して生物的吸収性を有する状
    態になる物質を準備し、 かつこの物質を１３５０℃より高い温度に加熱し、この
    物質を多孔性表面領域の少なくとも一部に付着させる工
    程を含む、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、被覆物質の加熱および付着工程が、この物質を基材
    の表面にプラズマ溶射する工程を含む、特許請求の範囲
    第２項記載の方法。 ４、被覆物質の付着工程が、この物質を多孔性表面領域
    の少なくとも一部分にスパッタリングする工程を含む、
    特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、被覆物質の付着工程が、この物質を多孔性表面領域
    の少なくとも一部分に静電噴射する工程を含む、特許請
    求の範囲第１項記載の方法。 ６、被覆物質がカルシウムおよびりんを含む、特許請求
    の範囲第１項記載の方法。 ７、被覆物質が水酸化りん灰石およびβ−りん酸三石灰
    を含み、エネルギーを受けたときに主としてα−りん酸
    三石灰に変換する、特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８、被覆物質がピロリン酸塩を含む、特許請求の範囲第
    １項記載の方法。 ９、骨組繊の凝着を促進するのに適した部材であって、 この部材が表面に多孔性領域を有する基材を含み、 多孔性領域の少なくとも一部分が、この多孔性領域中に
    骨の永久的内生を増大させる生物的吸収性物質で被覆さ
    れている部材。 １０、生物的吸収性物質がα−りん酸三石灰を含む、特
    許請求の範囲第９項記載の部材。 １１、多孔性金属表面層、およびこの表面層に溶着した
    生物的吸収性物質を有する骨植込み部材。 １２、生物的吸収性物質がα−りん酸三石灰を含む、特
    許請求の範囲第１１項記載の骨植込み部材。
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