KR101087772B1 - 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치 - Google Patents

중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비구컵과 라이너 사이에, 비구컵이 골반에서 팽창되는 범위가 다르더라도 비구컵과 라이너 간의 접촉응력 변화를 최소로 하는 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 비구컵과 라이너 사이에 중간자켓을 도입함으로써, 비구컵 안으로 라이너가 삽입되는 정도가 달라서 비구컵이 골반에서 팽창되는 범위가 다른 경우에도 비구컵과 라이너간의 접촉응력 변화를 최소화하고, 이에 의해 비구컵과 골반 간의 접촉응력과 비구컵과 라이너 간의 접촉응력을 최적상태로 유지하도록 할 수 있다.

Description

중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치{ACETABULAR CUP IMPLANT INCLUDING INTER-JACKET}
본 발명은 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비구컵과 라이너 사이에, 비구컵이 골반에서 팽창되는 범위가 다르더라도 비구컵과 라이너 간의 접촉응력 변화를 최소로 하는 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치에 관한 것이다.
인공고관절 비구컵 임플란트 장치는, 손상된 고관절을 인공 관절로 대치하는 장치이다. 이러한 인공고관절 비구컵 임플란트 장치는, 골반의 비구 부위에 삽입되고 중공부를 구비하는 반구 형태이며 원둘레 팽창이 가능한 비구컵과, 중공부에 삽입되는 대퇴 골두와 비구컵 사이에서 대퇴 골두의 베어링 역할을 담당하는 라이너를 포함한다.
이러한 인공고관절 비구컵 임플란트 장치에 있어서, 1) 인공고관절 수술시의 뼈의 강성이나 가공 정도에 차이가 있으므로, 그에 따라 비구컵의 팽창 정도에 차이가 있어야 하며, 2) 또한 수술 후 초기 약 1년간은 뼈의 재형성 과정으로 인하여 비구컵이 추가로 팽창할 필요가 발생한다.
그러나 종래의 인공고관절 비구컵 임플란트 장치에 있어서는, 라이너가 비구컵 안으로 삽입되고 일정한 크기로 고정됨으로 인하여 위의 두 경우와 같은 요구를 수용할 수가 없었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 비구컵과 라이너 사이에 중간자켓을 도입함으로써, 비구컵 안으로 라이너가 삽입되는 정도가 달라서 비구컵이 골반에서 팽창되는 범위가 다른 경우에도 비구컵과 라이너간의 접촉응력 변화를 최소화하고, 이에 의해 비구컵과 골반 간의 접촉응력과 비구컵과 라이너 간의 접촉응력을 최적상태로 유지하도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 수술시 뼈의 강성 또는 뼈의 절삭 정도에 따라 다양한 크기의 비구컵을 시도함에 따르는 뼈의 손상을 초래하지 않도록, 하나의 비구컵을 설치한 후, 뼈에 무리한 힘을 가하지 않고 수술 중에 필요에 따라 다양한 두께의 중간자켓을 교체할 수 있도록 함으로써 요구조건을 맞출 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치는, 대체로 반구 형상을 가지며, 골반의 비구 부위에 삽입되며, 대퇴골의 골두 부분 및 라이너를 수용하는 중공부를 구비하는 비구컵(acetabular cup); 상기 반구형 비구컵 중공부에 삽입되고, 내부에 대퇴골의 골두 부분을 수용함으로써 대퇴골의 회전운동을 가능하게 하는 라이너; 및 윗면 및 아랫면이 없는 원통형 구조로서 상기 비구컵과 상기 라이너 사이에 삽입되고, 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 힌지(hinge) 접촉하고 있는 비구컵 내부면과의 마찰을 줄이도록 매끄러운 면으로 구성되는 외면 및, 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 라이너에 대한 상대적 회전없이 라이너의 표면과 지속적인 면 접촉을 유지하는 내면을 구비하는 중간자켓을 포함한다.
상기 비구컵은, 골반뼈와 접촉하는 외부 표면이 탄탈륨, 타이타늄 또는 타이타늄 합금 재질로 구성될 수 있다.
상기 비구컵은, 골반뼈와 접촉하는 외부 표면이 골 친화성 물질을 구비할 수 있다.
상기 골 친화성 물질은, 타이타늄 비드(titanium bead), 타이타늄 와이어(titanium wire), 플라스마 코팅 또는 산화막(micro arc oxidation)을 포함할 수 있다.
상기 비구컵은, 외부 표면에 크기 팽창이 용이하도록 자오선을 따라 형성된 다수의 금(crack)을 구비할 수 있다.
상기 비구컵은, 중간자켓이 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 상기 중간자켓이 적절한 위치를 유지하면서 비구컵의 내부면에 대하여 힌지 회전하면서 삽입될 수 있도록, 상기 중간자켓과 힌지 접촉하는 내부면에 회전 원주 방향을 따라 중간자켓 외면의 돌출부를 수용하는 슬롯(slot) 또는 중간자켓 외면의 슬롯(slot)에 수용되는 돌출부를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 비구컵과 라이너 사이에 삽입되어, 비구컵과 라이너 간의 접촉응력을 최적상태로 유지하기 위한 중간자켓은, 윗면 및 아랫면이 없는 원통형 구조로서 상기 비구컵과 상기 라이너 사이에 삽입되고, 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 힌지(hinge) 접촉하고 있는 비구컵 내부면과의 마찰을 줄이도록 매끄러운 면으로 구성되는 외면; 및 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 라이너에 대한 상대적 회전없이 라이너의 표면과 지속적인 면 접촉을 유지하는 내면을 포함한다.
중간자켓이 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 상기 중간자켓이 적절한 위치를 유지하면서 비구컵의 내부면에 대하여 힌지 회전하면서 삽입될 수 있도록, 상기 외면에 회전 원주 방향을 따라 상기 비구컵 내부면의 돌출부를 수용하는 슬롯(slot) 또는 상기 비구컵 내부면의 슬롯(slot)에 수용되는 돌출부를 구비할 수 있다.
상기 중간자켓이 바깥 방향으로의 확장이 용이하도록 외면에 다수의 금(crack)을 구비할 수 있다.
상기 중간자켓이 바깥 방향으로의 확장이 용이하도록 다수의 구멍을 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 비구컵과 라이너 사이에 중간자켓을 도입함으로써, 비구컵 안으로 라이너가 삽입되는 정도가 달라서 비구컵이 골반에서 팽창되는 범위가 다른 경우에도 비구컵과 라이너간의 접촉응력 변화를 최소화하고, 이에 의해 비구컵과 골반 간의 접촉응력과 비구컵과 라이너 간의 접촉응력을 최적상태로 유지하도록 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 수술시 뼈의 강성 또는 뼈의 절삭 정도에 따라 다양한 크기의 비구컵을 시도함에 따르는 뼈의 손상을 초래하지 않도록, 하나의 비구컵을 설치한 후, 뼈에 무리한 힘을 가하지 않고 수술 중에 필요에 따라 다양한 두께의 중간자켓을 교체할 수 있도록 함으로써 요구조건을 맞출 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치에 포함된 비구컵, 라이너 및 중간자켓의 결합 전 각각의 형태를 나타내는 단면도.
도 3은 라이너 및 중간자켓이 비구컵 안으로 삽입됨에 따른 면 접촉 상태를 나타내는 도면.
도 4는 중간자켓이 바깥 방향으로의 확장이 용이하도록 외면에 다수의 금(crack)을 구비하는 경우를 나타내는 도면.
도 5는 중간자켓이 바깥 방향으로의 확장이 용이하도록 다수의 구멍을 구비하는 경우를 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치(100)의 단면도이며, 도 2는 도 1의 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치(100)에 포함된 비구컵(110), 라이너(120) 및 중간자켓(130)의 결합 전 각각의 형태의 단면도이다. 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
비구컵(acetabular cup)(110)은 대체로 반구 형상을 가지며, 골반의 비구 부위에 삽입되고, 대퇴골의 골두 부분 및 라이너(120)를 수용하는 중공부(113)를 구비한다. 비구컵(110)은 바깥 표면(111)이 거칠고 단단하며 생체친화적인 재료로서 구성되며, 일반적으로 탄탈륨, 타이타늄, 또는 타이타늄 합금을 사용한다. 그 바깥 표면(111)은, 골반 안에서의 팽창이 용이하게 이루어지도록 자오선 방향으로 다수의 금(crack)(미도시)이 형성되어 있을 수 있다. 또한 비구컵(110)은, 골반뼈와 접촉하는 외부 표면(111)이 골 친화성 물질을 구비하는 것이 바람직한데, 이러한 골 친화성 물질은, 타이타늄 비드(titanium bead), 타이타늄 와이어(titanium wire), 플라스마 코팅 또는 산화막(micro arc oxidation)등이 가능하다.
라이너(120)는 상기 반구형 비구컵(110)의 중공부(113)에 삽입되고, 내부(122)에 대퇴골의 골두 부분을 수용함으로써 대퇴골의 회전운동을 가능하게 한다. 라이너(120)는 세라믹 또는 폴리에틸렌 재질로 구성될 수 있으며, 폴리에틸렌의 경우, 과도한 띠 압축 응력을 받지 않도록 금속 띠로 접촉면을 강화하는 것이 바람직하다.
중간자켓(130)은 윗면 및 아랫면이 없는 원통형 구조이며, 이는 도 4 및 도 5에 명확히 도시되어 있다. 중간자켓(130)은 비구컵(110)과 라이너(120) 사이에 삽입되고, 라이너(120)와 함께 비구컵(110) 안으로 삽입시 힌지(hinge) 접촉하고 있는 비구컵 내부면(112)과의 마찰을 줄이도록 매끄러운 면으로 구성되는 외면(131) 및, 라이너(120)와 함께 비구컵(110) 안으로 삽입시 라이너(120)에 대한 상대적 회전없이 라이너(120)의 표면(121)과 지속적인 면 접촉을 유지하는 내면(132)을 구비한다.
본 발명에서는 이러한 중간자켓(130)을 새로이 도입함으로써, 비구컵(110)이 골반에서 팽창되는 범위가 다르더라도 비구컵(110)과 라이너(120)간의 접촉응력 변화를 최소로 하여, 비구컵(110)과 골반 간의 접촉응력 및, 비구컵(110)과 라이너(120) 간의 접촉응력이 최적 상태로 유지되도록 한다.
라이너(120)가 비구컵(110) 속으로 삽입되는 정도는 골반 뼈의 강성에 좌우되고, 수술시의 골반 뼈의 가공 정도에 직접적으로 영향을 받으며, 수술 후, 뼈의 재형성 과정에 많은 영향을 받음으로 경우에 따라 크게 차이가 날 수 있다.
이와 같이 라이너(120)의 비구컵(110) 속으로의 삽입 정도가 차이가 나는 경우, 기존의 방식들에서는 (1) 골반 뼈와 비구컵(110) 간의 접촉응력 분포가 크게 차이가 나게 되며, (2) 비구컵(110)과 라이너(120) 간의 접촉응력이 크게 차이가 나게 되어, 원하는 접촉응력을 기대할 수 없다. 그러나 본 발명에서는 중간자켓(130)을 도입함으로써, 라이너(120)의 비구컵(110) 속으로의 삽입 정도가 차이가 나더라도 중간자켓(130)의 외면(131)이 비구컵 내부면(112)을 따라 회전하면서 동시에 라이너 표면(121)과 중간자켓 내면(132) 간의 면접촉을 유지함으로써, 접촉응력들은 설계값에서 크게 변하지 않도록 한다. 이렇게 되면, 골반뼈와 라이너(120)의 손상을 최대한 억제할 수 있어 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치(100)의 수명을 장기간 확보할 수 있다.
도 3은 라이너(120) 및 중간자켓(130)이 비구컵(110) 안으로 삽입됨에 따른 면 접촉 상태를 나타내는 도면이다. 이하 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
중간자켓(130)은 윗면 및 아랫면이 없는 원통형 구조이며, 이는 도 4 및 도 5에 명확히 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 이러한 중간자켓(130)은 비구컵(110)과 라이너(120) 사이에 삽입되고, 라이너(120)와 함께 비구컵(110) 안으로 삽입시 힌지(hinge) 접촉하고 있는 비구컵 내부면(112)과의 마찰을 줄이도록 매끄러운 면으로 구성되는 외면(131) 및, 라이너(120)와 함께 비구컵(110) 안으로 삽입시 라이너(120)에 대한 상대적 회전없이 라이너(120)의 표면(121)과 지속적인 면 접촉을 유지하는 내면(132)을 구비한다.
도 3에는 라이너(120) 및 중간자켓(130)이 비구컵(110) 안으로 1차 삽입된 상태(10) 및 이후 추가적으로 더욱 깊이 삽입된 상태(20)가 도시되어 있다.
중간자켓(130)은 비구컵 내부면(112)과 접촉하는 외면(131)이, 비구컵 내부면(112)의 원주 방향(11)에 맞추어 원통형 힌지로 되어 있다. 라이너(120)와 중간자켓(130)이 비구컵(110) 안으로 들어가게 되면(21), 비구컵(110)은 팽창 날개가 안쪽이 고정되어 있음으로, 팽창될 때 바깥으로 회전 변형하게 된다(22). 그러나 중간자켓(130)은 비구컵(110) 안으로 들어갈 때, 힌지를 중심으로 안쪽으로 회전하고(23), 중간자켓(130)과 라이너(120)는, 상대적 회전없이 지속적으로 면 접촉을 유지하게 된다(24). 이에 따라, 라이너(120)가 비구컵(110) 안으로 들어가는 정도가 다르더라도, 1) 비구컵(110)과 골반 간의 접촉응력과, 2) 비구컵(110)과 라이너(120) 간의 접촉응력을 모두 이상적인 상태로 유지할 수 있어, 골반의 건강 유지 및 라이너의 파손 예방을 기대할 수 있다.
또한 골반 뼈의 강성과, 뼈의 절삭 가공 정도에 따라 라이너의 초기 삽입정도가 달라지게 되는데, 이때, 인공고관절 수술 중에 중간자켓의 두께가 다른 것으로 교체하여, 라이너의 삽입 정도를 조절할 수 있다.
한편, 비구컵(110)은, 전술한 바와 같이 중간자켓(130)이 라이너(120)와 함께 힌지 회전하면서 비구컵(110) 안으로 삽입될 때, 상기 중간자켓(130)이 비구컵(110)의 내부면(112)에 대하여 적절한 위치를 유지하면서 삽입될 수 있도록, 상기 중간자켓(130)과 힌지 접촉하는 내부면(112)에 회전 원주 방향을 따라 슬롯(slot)(미도시)을 구비할 수 있다. 이 슬롯은, 삽입시 중간자켓(130) 외면에 구비된 돌출부(미도시)를 수용하여 적절한 위치를 유지하면서 삽입될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또는 중간자켓 외면(131)에 슬롯(미도시)을 구비한 경우에는, 비구컵(110)의 내부면(112)은 그 슬롯에 수용되는 돌출부를 구비하여 삽입시 적절한 위치를 유지하면서 삽입될 수 있도록 한다.
도 4는 중간자켓이 바깥 방향으로의 확장이 용이하도록 외면에 다수의 금(crack)(133)을 구비하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 5는 중간자켓이 바깥 방향으로의 확장이 용이하도록 다수의 구멍(134)을 구비하는 경우를 나타내는 도면이다.
100: 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치
110: 비구컵(acetabular cup)
111: 비구컵의 표면 112: 비구컵의 내부면
113: 비구컵의 중공부
120: 라이너
121: 라이너의 표면 122: 라이너의 내부
130: 중간자켓
131: 중간자켓의 외면 132: 중간자켓의 내면
133: 중간자켓 외면의 금(crack) 134: 중간자켓 외면의 구멍
11: 비구컵 내부면의 원주 방향 21: 라이너와 중간자켓의 삽입방향
22: 라이너와 중간자켓의 삽입시 비구컵의 팽창 방향
23: 라이너와 중간자켓의 삽입시 비구컵에 대한 중간자켓의 상대적 회전방향
24: 중간자켓과 라이너의 접촉면

Claims (10)

  1. 중간자켓을 구비하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치로서,
    대체로 반구 형상을 가지며, 골반의 비구 부위에 삽입되며, 대퇴골의 골두 부분 및 라이너를 수용하는 중공부를 구비하는 비구컵(acetabular cup);
    상기 반구형 비구컵 중공부에 삽입되고, 내부에 대퇴골의 골두 부분을 수용함으로써 대퇴골의 회전운동을 가능하게 하는 라이너; 및
    윗면 및 아랫면이 없는 원통형 구조로서 상기 비구컵과 상기 라이너 사이에 삽입되고, 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 힌지(hinge) 접촉하고 있는 비구컵 내부면과의 마찰을 줄이도록 매끄러운 면으로 구성되는 외면 및, 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 라이너에 대한 상대적 회전없이 라이너의 표면과 지속적인 면 접촉을 유지하는 내면을 구비하는 중간자켓
    을 포함하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 비구컵은,
    골반뼈와 접촉하는 외부 표면이 탄탈륨, 타이타늄 또는 타이타늄 합금 재질로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 비구컵은,
    골반뼈와 접촉하는 외부 표면이 골 친화성 물질을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 골 친화성 물질은,
    타이타늄 비드(titanium bead), 타이타늄 와이어(titanium wire), 플라스마 코팅 또는 산화막(micro arc oxidation)을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 비구컵은,
    외부 표면에 크기 팽창이 용이하도록 자오선을 따라 형성된 다수의 금(crack)을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 비구컵은,
    중간자켓이 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 상기 중간자켓이 적절한 위치를 유지하면서 비구컵의 내부면에 대하여 힌지 회전하면서 삽입될 수 있도록, 상기 중간자켓과 힌지 접촉하는 내부면에 회전 원주 방향을 따라 중간자켓 외면의 돌출부를 수용하는 슬롯(slot) 또는 중간자켓 외면의 슬롯(slot)에 수용되는 돌출부를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 인공고관절 비구컵 임플랜트 장치.
  7. 비구컵과 라이너 사이에 삽입되어, 비구컵과 라이너 간의 접촉응력을 최적상태로 유지하기 위한 중간자켓으로서,
    윗면 및 아랫면이 없는 원통형 구조로서 상기 비구컵과 상기 라이너 사이에 삽입되고,
    라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 힌지(hinge) 접촉하고 있는 비구컵 내부면과의 마찰을 줄이도록 매끄러운 면으로 구성되는 외면; 및
    라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 라이너에 대한 상대적 회전없이 라이너의 표면과 지속적인 면 접촉을 유지하는 내면
    을 포함하는, 비구컵과 라이너 사이에 삽입되는 중간자켓.
  8. 청구항 7에 있어서,
    중간자켓이 라이너와 함께 비구컵 안으로 삽입시 상기 중간자켓이 적절한 위치를 유지하면서 비구컵의 내부면에 대하여 힌지 회전하면서 삽입될 수 있도록, 상기 외면에 회전 원주 방향을 따라 상기 비구컵 내부면의 돌출부를 수용하는 슬롯(slot) 또는 상기 비구컵 내부면의 슬롯(slot)에 수용되는 돌출부를 구비하는 것
    을 특징으로 하는, 비구컵과 라이너 사이에 삽입되는 중간자켓.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 중간자켓이 바깥 방향으로의 확장이 용이하도록 외면에 다수의 금(crack)을 구비하는 것
    을 특징으로 하는, 비구컵과 라이너 사이에 삽입되는 중간자켓.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 중간자켓이 바깥 방향으로의 확장이 용이하도록 다수의 구멍을 구비하는 것
    을 특징으로 하는, 비구컵과 라이너 사이에 삽입되는 중간자켓.
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