KR101281446B1 - 탄성계수를 고려한 원위조립형 대퇴스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공 고관절 중 대퇴스템에 관한 것으로써, 금속 대퇴스템과 대퇴골의 탄성계수가 동일하게 구성하여 인공관절 수술후 발생하는 합병증인 대퇴부 동통, 미세금속 마모편의 발생 감소와 길이가 짧은 스템으로 개발을 하기 위한 것이다. 몸통과 하지를 연결하는 고관절은 고령화나 감염 기타 관절염, 무혈성 괴사 등의 질환으로 고관절에 장애가 온 경우 최선의 치료방법은 인 공고관절 치환술이다. 인공 고관절 구성은 대퇴골두 대퇴경부,대퇴몸통인 대퇴스템으로 대별하고 있다. 최근에 인공 고관절의 치환수술은 대퇴스템을 시멘트 사용 여부에 따라 시멘트 스템, 무시멘트 스템으로 구별하고 있다. 무시멘트 대퇴스템의 단점으로는 대퇴스템 표면은 거칠기에 따라서 골형성이 되어야 하며, 금속은 티타늄의 합금이나 코발트 크롬의 합금으로 구성되지만 금속과 인체 대퇴골의 탄성계수(modulus of elastic) 차이로 인한 통증 그리고 미세금속의 방출과 이로 인한 골용해 근위부 스트레스 차단에 의한 골소실 등이 문제점으로 작용하고 있다. 그래서 인체의 대퇴골과 같은 탄성계수를 갖는 대퇴스템의 개발(isoelastic femoral stem)을 위해 발명된 것이다.

인공고관절(total hip arthroplasty), 원위 조립형 스템( distal modular femoral stem), 탄성계수가 같은 원위부(isoelastic nonmetal rod), 생흡수성 봉(bioabsorbable rod)

Description

탄성계수를 고려한 원위조립형 대퇴스템{ distal modular femoral stem used by isoelastic nonmetal rod or bioabsorbable rod }

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 분해 사시도

1: 인공골두 2: 대퇴경부, 3: 대퇴 몸통부, 4: 조립형 원위단

도 2는 본 발명의 원위부 비금속 중합체 봉의 사시도

도 3은 종래의 인공관절을 나타낸 사시도

도 4는 본 발명을 이용한 원위 조립형 인공관절 사용 상태도

40: 원위 조립형 연결부

41: 나사산 부위, 42: 원뿔 형태 결합부위,

41a: 중합체의 나사산, 42a: 중합체의 원뿔결합부, 43a: 중합체의 원위단, 41b: 생흡수성 원위봉 나사산, 42b: 생흡수성 원위봉 원뿔 결합부,

43b: 생흡수성 원위단.

도 5는 종래의 인공관절의 체중부하 시 대퇴골 원위단의 통증과 마찰을 발생 을 보여주는 역학도

5: 근위 대퇴골 내측부(femoral calcar) W: 체중부하 P: 통증발생

본 발명은 인공 고관절의 구성에 있어서 대퇴스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 대퇴스템의 원위단에 대퇴골과 유사한 탄력성을 갖는 비금속 재질인 고강도 플라스틱 중합체나 흡수용 원위단을 만들어서 인공관절 사용 후에 발생하는 합병증인 골용해와 금속마모, 근위부 정상 스트레스 차단에 의한 골소실, 탄성계수 차이에 따른 대퇴골 통증을 해결하고자 대퇴스템 원위부에 조립형으로 구성을 하고 탄성계수가 같은 중합체(polymer)를 이용하거나 생 흡수성 원위봉을 이용한 원위 조립형 대퇴스템에 대한 발명을 한 것이다.

종래의 형태를 보여주는 대표적인 인공 고관절 대퇴스템(도 3)으로 이를 이용한 대퇴 치환술은 병변이 있는 대퇴골두를 잘라내고 여기에 대퇴스템을 삽입한다. 종래의 인공관절은 대퇴골두에 하중이 부하되면 대퇴골 근위부로 정상적인 스트레스 분포가 이루어져야 하나 강도가 강한 금속물질인 대퇴스템에 걸린 하중(W)은 대퇴부 근위부(5)를 거치치 않고 바로 원위부로 전달되는 것이다. 그러므로 상기 대퇴 근위부는 정상적인 스트레스 받지 못하면 점진적인 골소실을 초래한다, 우리는 이것은 역학적으로 스트레스 방패현상( stress shield effect)이라 하며 이를 방지하기 위한 노력을 하고 있다.

강한 금속재질의 대퇴스템은 원위단 스트레스가 전달되어 대퇴골과 대퇴스템의 원위단이 마찰로 인한 수술 후 대퇴골의 통증(P)의 원인이 된다. 금속물은 시간이 지나면서 인체에서 서로 마찰로 인한 금속 미세마모편의 발생하고 마모편을 대식세포가 탐식하여 사멸되면 효소가 퍼져나와 주변의 골을 녹여서 골용해가 발생하는 것이다. 그러므로 인공 고관절 치환술의 가장 큰 문제점인 인공 대퇴골두의 마모도 없어야 하지만 대퇴스템의 원위부로 스트레스가 전달되지 않는, 즉 대퇴골 전체에 정상처럼 스트레스가 전달되도록 하기 위해 탄성계수가 비슷한 물질의 사용과 젖자 자기 공명장치(MRI)에 방해를 받지 않는 물질 등이 개발되고 있다. 인공골두는 마찰 계수가 적고 닳아지지 않는 세라믹-세라믹이나 금속-금속의 인공대퇴골두가 개발되고 있으며 대퇴스템 역시 길이가 짧으면서도 정상적인 스트레스가 근위부(5)로 가중되는 인공관절을 개발하기 위해 노력하고 있다.

본 연구에 의한 발명은 상기의 금속형 대퇴스템의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서 금속 대퇴스템의 문제점인 대퇴부 동통이나 스트레스 차단에 의한 근위부 골소실의 방지, 금속 마모편의 감소가 되어야 한다. 상기와 같은 목적을 이루기 위하여서 본 발명은 주된 통증의 원인인 대퇴부 원위부를 조립형으로 개발 하였다. 인체의 대퇴골과 같은 탄성계수를 얻기 위하여서는 최근에 인체와 동일한 탄성계수를 갖는 중합체나 생 흡수성 원위봉을 삽입하여 인공관절이 신체 내에서 안정성을 얻도록 유지하여야 한다. 골형성이 되기까지 안정적인 구실을 하여야 할 것이다. 일반적으로 보행은 수술 후 2주 만에 목발 의존하여 부분적인 보행을 허락하며, 수술 후 대퇴부 표면의 골형성이 완료되는 6주 이후부터 보행기 없이 정상보행 이 가능하며, 6개월 부터서는 정상적인 운동을 할 수 있다. 그러므로 상기 목적에 부합되는 생흡수봉은 점진적인 흡수가 6개월 이후 부터서 시작되므로 상기 기술한 인공 고관절의 목적을 얻을 수 있다.

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현 할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 발명의 일 실시에 따른 사시도로써 . 인공골두(1)와 대퇴경부(2), 그리고 대퇴골과 밀착되는 대퇴 몸통(3)과 조립형 원위단을 설치한 모습으로 점진적인원추형 형태(4)를 하고 있다.

도 2는 원위부의 구성 상태를 나타내는 분해도로서 조립형태 구성의 사시도를 보여준다

도 3은 일반적인 대퇴스템을 보여주는 대표적인 종래의 인공관절이다. 직선형태의 몸통과 원위단의 총알모양의 전통적인 원통형 대퇴스템이다.

도 4는 본 발명의 원위 조립형태를 보여주는 사시도로써 시술자는 인공관절의 문제점인 대퇴통증, 근위부 대퇴골소실, 금속 마찰 등을 줄이기 위해 조립형 원위단(4)의 내부로 인입되는 나사산 부위(41)와 원뿔 형태(cone shape) 결합부위(42)를 만들었다. 이것은 종래의 기존 스템과 달리 몸통길이가 짧아졌으며, 조립형 원위단(4)은 인체와 균등한 탄성계수를 갖는 중합체 원위단(43a)이나 생흡수성 원위단(43b)을 삽입할 수 있게 하였다. 이로써 인체 대퇴골과 유사한 탄성계수를 갖는 중합체를 사용한 중합체 원위단(43a)은 대퇴골두에 가해지는 스트레스가 골과 유사하게 유연성을 갖게 되어 하중(w)을 받을시에도 대퇴골과 동일한 탄력으로 굽힘력에 견딜 수 있어 탄성계수 차이에 따른 대퇴부 통증(p) 발생을 줄일 수 있게 하였다. 또한, 생흡수성 물질 (polylactic acid) 등으로 제작된 생흡수성 원위봉 나사산(41b), 생흡수성 원위봉 원뿔결합부(42b) 및 생흡수성 원위단(43b)은 시간이 지남에 따라서 최소 6-개월부터 1년 반 이내에 점진적으로 흡수됨으로써 시간이 경과 함에 따라 정상적인 스트레스가 대퇴 근위부로 전달된다. 만일 이상이 있는 경우 재치환수술이 요하는 경우라도 짧은 형태의 대퇴스템은 교체가 쉬운 장점이 있다.

도 5는 인체의 도 5는 인체의 대퇴골로써 대퇴골두가 관절염이나 괴사로 망가지거나, 외상에 의한 골절이 있는 경우, 인공 고관절 치환술을 시행한다. 도면은 하중이 대퇴골로 전달되면 근위부부터 전달되지 않고 강한 금속인 대퇴스템 원위단으로 전달되어 대퇴골과 마찰이 되어 대퇴골의 중간부위가 점진적인 비후가 되거나 통증을 일으키고 반대로 근위부(5)는 정상적인 하중=스트레스를 받지 못한 뼈가 되어, 점진적이 위축이 일어나는 것이다. 이것이 스트레스 차단 효과이다. 그러나 상기 탄성계수가 같은 중합체 원위단(43a)을 이용하여 원위부를 고정하면 가장 많은 합병증인 대퇴부 통증을 줄일 수 있다. 생흡수성 원위단(43b)은 시간이 지남에 따라 점진적인 자연흡수 과정을 거치므로 원위부에 가해지는 스트레스가 점진적으로 시간이 지남에 따라서 근위부로 강제로 가게 하는 것이며, 결국은 근위부 금속만 남게 되어 정상적인 스트레스를 받는 대퇴골 형태의 구조를 이룰 수 있는 것이다.

상술 한 바와 같이 본 발명은 인공관절 중 특히 인공 고관절에서 금속 대퇴 스템에 의한 금속의 마모, 스트레스 차단의 효과, 인공 고관절 수술 후 호소하는 대퇴부의 통증을 줄일 수 있는 효과를 위한 것이다. 또한, 교체가능한 대퇴스템 원위부는 인체의 대퇴골의 해부학적인 문제점인 근위부와 골 중간부의 불일치를 해결하며 균일하지 않은 대퇴골격에 적합한 종류의 원위부를 선택할 수 있는 기회를 제공하여 성공적인 인공관절을 이룰 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 인공골두(1);

   일측에 상기 인공골두(1)가 체결되는 대퇴경부(2);

   하단에 원위 조립형 연결부(40)가 형성되고 상기 원위 조립형 연결부(40)의 상측방향으로 함입되는 원뿔 형태의 결합부위(42) 및 상기 결합부위(42)의 상측면으로부터 상측방향으로 함입되는 나사산 부위(41)를 포함하는 대퇴 몸통부(3);

   상기 나사산 부위(41)에 삽입 고정되는 조립형원위단(4);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 원위 조립형 인공 고관절 대퇴스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 조립형원위단(4)은

   인체와 균등한 탄성계수를 갖는 중합체의 나사산(41a)과 상기 중합체의 나사산(41a)의 하단으로부터 연장되며 상기 원뿔 형태의 결합부위(42)와 접촉되어 이중고정 되는 중합체의 원뿔결합부(42a) 및 상기 중합체의 원뿔결합부(42a)의 하측방향으로 연장형성되며 인체와 균등한 탄성계수를 갖는 중합체의 원위단(43a)을 포함하거나,

   생흡수성 물질(Polylactic acid)로 형성되며 상기 나사산 부위(41)에 삽입 고정되는 생흡수성 원위봉 나사산(41b)과 상기 원뿔 형태 결합부위(42)와 접촉되도록 상기 생흡수성 원위봉 나사산(41b)의 하단으로부터 연장되는 생흡수성 원위봉 원뿔결합부(42b) 및 상기 생흡수성 원위봉 원뿔결합부(42b)의 하측방향으로 연장형성되며 생흡수성 물질(Polylactic acid)로 형성되는 생흡수성 원위단(43b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 원위 조립형 인공 고관절 대퇴스템.

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