KR101370429B1 - 인공 고관절용 스템 및 그를 구비하는 인공 고관절 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 제1 직선을 이루도록 연장 형성되고, 외면에 나사산이 나선형으로 연장 형성되는 나사산부를 구비하는 몸체; 및 중앙 영역에 위치하는 절곡부와, 상기 절곡부의 일 측에서 연장 형성되며 상기 제1 직선과 교차하도록 배열되는 제2 직선을 이루는 상부와, 상기 절곡부의 타 측에서 연장 형성되어 상기 몸체와 결합되며 상기 제1 직선과 일치하도록 배열되는 제3 직선을 이루는 하부를 구비하는 목을 포함하는, 인공 고관절용 스템 및 그를 구비하는 인공 고관절을 제공한다.

Description

인공 고관절용 스템 및 그를 구비하는 인공 고관절{STEM FOR ARTIFICIAL HIP JOINT AND ARTIFICIAL HIP JOINT HAVING THE SAME}
본 발명은 고관절 대체 수술에 사용되는 인공 고관절용 스템 및 그를 구비하는 인공 고관절에 관한 것이다.
고관절은 인체의 대퇴골과 골반의 관골 사이를 연결하는 관절로서, 사람이 앉거나 서는데 있어서 가장 중요한 작용을 하는 관절이다. 고관절은 결핵과 같은 병적 원인 및, 외상 등에 의해서 손상될 수 있는데, 이를 치유하기 위해서 외과 수술을 통해서 인공 고관절을 삽입할 수 있다.
통상적으로 인공 고관절은 스템(stem)과 비구 컵(acetabular cup)으로 이루어진다. 스템과 비구 컵은 예를 들면 인체에 무해한 티타늄 합금 등으로 제작된다. 인공 고관절용 스템은 대퇴골 내에 삽입되어 고정되고, 비구 컵은 골반의 비구에 고정된다. 스템의 단부에는 세라믹 또는 금속 재료로 형성된 구체가 고정되며, 상기 컵 안에는 상기 구체가 수용되어 회전할 수 있는 대응 형상의 반구체(라이너, 인공 연골에 해당함)가 끼워지게 된다.
이러한 비구컵은 비구에 초기에 견고하게 결합되고 이후에 골유합이 잘 이루어져서, 비구컵이 비구에서 이탈하는 일이 없어야 한다. 또한, 스템은 자신의 목, 그리고 비구컵 등에 하중이 집중되게 하는 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은, 하중의 지지 및 분산 능력이 향상된 인공 고관절용 스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하중의 지지 및 분산 능력이 향상되면서도, 골반에 대한 초기 고정력 및 이후의 골유합 능력이 향상된 인공 고관절 관절을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 인공 고관절용 스템은, 제1 직선을 이루도록 연장 형성되고, 외면에 나사산이 나선형으로 연장 형성되는 나사산부를 구비하는 몸체; 및 중앙 영역에 위치하는 절곡부와, 상기 절곡부의 일 측에서 연장 형성되며 상기 제1 직선과 교차하도록 배열되는 제2 직선을 이루는 상부와, 상기 절곡부의 타 측에서 연장 형성되어 상기 몸체와 결합되며 상기 제1 직선과 일치하도록 배열되는 제3 직선을 이루는 하부를 구비하는 목을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 이루는 각도는 135°~ 145°일 수 있다.
여기서, 상기 몸체의 길이는 30 ~ 60mm 이고, 상기 목의 상부의 길이는 20 ~ 40 mm일 수 있다.
여기서, 상기 몸체의 길이는 상기 목의 상부의 길이의 1.5 ~ 3배일 수 있다.
여기서, 상기 몸체는 일 면이 개방된 중공부를 구비하고, 상기 중공부의 내면에 형성되는 제1 결합부; 및 상기 목의 하부의 외면에 형성되며, 상기 제1 결합부와 결합되는 제2 결합부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 결합부의 내경은 상기 제2 결합부가 억지 끼움 되도록 상기 제2 결합부의 외경보다 작게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제2 결합부는 상기 하부의 자유단으로 갈수록 직경이 작아지도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부 각각 나사산일 수 있다.
여기서, 상기 제2 결합부는, 다각형 단면을 갖는 돌기를 더 포함하고, 상기 제1 결합부는, 상기 다각형 단면에 대응하는 다각형 2개가 서로 엇갈려서 중첩되어 형성되는 수용 공간을 포함할 수 있다.
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본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 고관절은, 위와 같이 구성되는 스템; 상기 스템의 목의 상부가 삽입되는 개방부를 가지며, 구 형상으로 형성되는 헤드; 및 상기 헤드가 삽입되도록 속이 빈 반구형으로 형성되는 본체와, 상기 본체의 외면에 형성되며 나사골의 바닥면은 상기 반구의 외면을 따르는 반구형 궤적의 내측에 위치하고 나사산의 자유단은 상기 반구형 궤적의 외측에 위치하는 나사산부를 구비하는 비구컵을 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 인공 고관절용 스템 및 그를 구비하는 인공 고관절에 의하면, 하중의 지지 및 분산 능력이 향상된 인공 고관절용 스템을 활용하고, 골반에 대한 초기 고정력 및 이후의 골유합 능력이 향상된 비구 컵을 또한 활용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 고관절의 조립 사시도이다.
도 2는 도 1의 인공 고관절의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 비구컵(100)의 나사산부(130)에 대한 확대 개념도이다.
도 4는 도 1의 인공 고관절이 인체에 이식된 상태를 예시된 개념도이다.
도 5는 도 1의 스템(400)의 몸체(410)와 목(430)의 결합 방식에 대한 다른 실시예를 보인 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인공 고관절용 스템 및 그를 구비하는 인공 고관절에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 고관절의 조립 사시도이고, 도 2는 도 1의 인공 고관절의 분해 사시도이다.
본 도면들을 참조하면, 인공 고관절은, 비구컵(100)과, 라이너(200)와, 헤드(300)와, 스템(400)을 포함할 수 있다.
비구컵(100)은 인체의 골반에 식립되는 반구형체로서, 본체(110)와, 나사산부(130)를 포함할 수 있다.
본체(110)는 속이 빈 반구형체로서 쉘(shell)이라 칭해질 수도 있다. 본체(110)는 반구형 궤적(HS, 도 3)을 갖는 외면(111, 도 3)을 갖는다. 외면(111)이 반구형 궤적을 가짐에 의해, 인체의 비구컵과 해부학적으로 가장 유사한 형태를 갖게 된다. 이는 본체(110)가 인체의 비구와 안정적으로 결합될 수 있게 한다. 본체(110)의 상단부는 평단면의 직경이 가장 작은 부분이고, 하단부는 평단면의 직경이 가장 큰 부분이다.
나사산부(130)는 본체(110)의 외면(111)에 형성되며, 하단부에 인접하여 림(rim) 형태로 형성된다. 나사산부(130)는 나사산이 나선형으로 연속적으로 외면(111)에 형성된 것이다. 나사산부(130)는 하단부에서 시작하여 상단부를 향한 방향으로 제1 높이를 갖도록 형성된다. 여기서, 제1 높이는 9.6mm 내지 10.4mm일 수 있다. 인체의 비구는 피질골(corticla bone)과 해면골(cancellous bone)으로 나뉘는데, 피질골이 뼈의 바깥 부분으로서 단단하며 해면골은 뼈의 안쪽 부분으로서 부드럽다. 따라서 본체(110)와 비구 사이의 고정력은 나사산부(130)와 피질골의 결합에 의해서 대부분 달성되며, 피질골의 두께가 대략 10mm이므로 제1 높이를 위와 같이 설정한다.
라이너(200)는 인공 연골의 기능을 하는 속이 빈 반구체이다. 라이너(200)는 비구컵(100) 보다 연성 및 탄성이 큰 소재로 형성된다. 라이너(200)는 비구컵(100)의 개방된 중공부에 삽입되어 고정된다.
헤드(300)는 스템(400)에 결합되어 라이너(200) 내로 삽입된다. 헤드(300)는 거의 구에 가까운 형태를 가지며, 스템(400)의 삽입을 위해 개방부(310)가 형성된다. 개방부(310)는 헤드(300)의 평탄한 일 면 측에서 헤드(300)의 내부를 향해 연장된 중공 부분이다.
스템(400)은 대퇴골(F, 도 4)에 삽입되는 몸체(410)와, 헤드(300)에 삽입되는 목(430)을 포함할 수 있다.
몸체(410)는 전체적으로 제1 직선(L1)을 이루도록 직선형으로 연장된다. 몸체(410)의 상부에는 개방된 중공부(411)이 형성되고, 중공부(411)를 형성하는 내면에는 제1 결합부(412)가 형성된다. 제1 결합부(412)는 중공부(411)의 내측으로 갈수록 직경이 줄어드는 형태이다. 몸체(410)의 외면에는 나사산부(413)가 형성될 수 있다. 나사산부(413)의 일 부분에는 커팅 에지부(cutting edge portion, 415)가 형성될 수 있다. 커팅 에지부(415)는, 몸체(410)를 회전시켜가면서 대퇴골(F)에 식립할 때 과도한 힘이 요구되지 않게 한다.
목(430)은 절곡부(431)와, 상부(433)와, 하부(435)와, 제2 결합부(436)를 포함할 수 있다. 절곡부(431)는 목(430)의 중앙 영역에 위치하며, 또한 몸체(410)의 밖에 위치한다. 상부(433)는 절곡부(431)에서 상측으로 연장하며, 제1 직선(L1)과 교차하는 제2 직선(L2)을 따라 직선으로 연장한다. 하부(435)는 절곡부(431)의 하측으로 연장하며, 제1 직선(L1)과 일치하는 제3 직선(L3)을 따라 직선으로 연장한다. 제2 결합부(436)는 하부(435)의 자유단에 인접한 영역으로서, 제1 결합부(412)와 결합 된다. 제1 결합부(412)와 제2 결합부(436) 간의 결합의 일 형태로서, 제1 결합부(412)의 내경은 제2 결합부(436)의 외경보다 작게 형성될 수 있다. 그에 의해, 제2 결합부(436)는 제1 결합부(412)에 억지 끼움되어 결합 된다. 이때 제2 결합부(436)는 하부(435)의 자유단 측으로 갈수록 직경이 작아지는 형태를 가질 수 있고, 이 경우 상기 억지 끼움이 보다 수월해질 수 있다. 이와 달리, 제1 결합부(412)와 제2 결합부(436)가 각각 나사산 이어서, 이들이 나사 결합될 수도 있다.
이러한 몸체(410)와 목(430)의 배열 관계에 있어서, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2) 사이의 각도(α)는 135°~ 145°일 수 있다. 이 각도(α)는 고관절의 해부학적 구조상 골반으로부터의 하중에 대한 지지 및 분산을 극대화할 수 있는 각도이다.
또한, 몸체(410)의 길이는 30 ~ 60mm 이고, 목(430)의 상부(433)의 길이는 20 ~ 40 mm일 수 있다. 여기서, 몸체(410)의 길이는 목(430)의 상부(433)의 길이의 1.5 ~ 3배이다. 이처럼 몸체(410)가 목(430)의 상부(433)보다 길면서도 상부(433)의 길이의 3배 이하인 것은, 종래의 경우보다 몸체(410)를 짧게 한다. 그에 의해, 몸체(410)는 대퇴골(F, 도 4)의 길이 방향으로 깊숙이 박히는 방식이 아닌, 대퇴골(F)과 교차하는 방향으로 배열된다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 이후에 설명한다.
이상의 비구컵(100)의 나사산부(130)에 대해서는 도 3을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 3은 도 1의 비구컵(100)의 나사산부(130)에 대한 확대 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 나사산부(130)는 본체(110)의 외면(111)에 나선형으로 연장하는 나사산(131)과, 인접한 나사산(131) 사이의 공간인 나사골(133)을 포함한다.
나사산(131)의 밑 부분(131')은 나사골(133)의 바닥면(133')에 접하게 되고, 나사산(131)은 본체(110)의 외측 방향으로 돌출하도록 형성된다. 그에 의해, 나사산(131)의 윗부분은 자유단(131")으로 칭해질 수 있다.
이때, 본체(110)의 외면(111)의 궤적선 또는 윤곽선인 반구형 궤적(HS)은 나사산(131)의 밑 부분(131')과 자유단(131") 사이를 지나게 된다. 그에 의해, 나사산(131)의 밑 부분(131')과 나사골(133)의 바닥면(133')은 반구형 궤적(HS)의 내측에 위치하고, 나사산(131)의 자유단(131")은 반구형 궤적(HS)의 외측에 위치하게 된다. 그에 의해, 인공 고관절용 비구컵(100)을 인체의 비구에 식립할 때, 나사산(131)의 자유단(131") 측 영역이 비구의 피질골을 기계적으로 파고들어가게 된다. 그에 의해, 인공 고관절용 비구컵(100)의 식립 시 초기(골 유합이 되기 전의) 고정력을 얻을 수 있다. 나아가, 나사산(131)의 자유단(131")은 비구를 자극하여 골 유합을 촉진하기도 하며, 나사골(133)과 반구형 궤적(HS) 밖으로 돌출된 나사산(131) 사이에 확보된 충분한 영역에서 골 유합이 효과적으로 일어나기도 한다.
여기서, 나사산부(130)는, 모든 나사산(131)의 나사골(133)의 바닥면(133')이 반구형 궤적(HS)의 내측에 위치하고 모든 나사산(131)의 자유단(131")이 반구형 궤적(HS)의 외측에 위하도록 형성될 수도 있다. 이는 나사산부(130)가 차지할 수 있는 최대 폭 범위에서 최대한으로 초기 고정력을 얻고, 골유합도 극대화할 수 있는 방안이 된다.
나사산(131)의 각도는 35° 내지 45°가 될 수 있다. 이는 인공 고관절용 비구컵(100)의 비구에 대한 식립을 위해 본체(110)를 회전시킬 때, 과도한 힘을 들이지 않고도 상기 회전을 수행할 수 있게 한다. 여기서, 나사산(131)의 각도가 35° 미만이면 나사산(131)이 부러질 우려가 있고, 45°를 초과하면 위에서 말한 대로 필요한 힘이 커질 수 있다.
마지막으로, 이상의 인공 고관절이 인체에 이식된 상태에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 1의 인공 고관절이 인체에 이식된 상태를 예시된 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 비구컵(100)은 골반(P)에 식립된다. 골반(P)에 대한 식립 시에, 나사산부(130, 도 2)가 초기 고정력 및 이후의 골유합을 담당하게 됨은 앞서 설명한 바와 같다.
스템(400)의 목(430)의 상부(433)는 헤드(300)에 결합되고, 몸체(410)는 대퇴골(F)에 삽입된다. 이때, 몸체(410)는 대퇴골(F)의 우측 상부에서 좌측 하부를 향해 사선 방향으로 삽입된다. 이러한 구조상, 몸체(410)는 목(430)의 상부(433) 대비 1.5 ~ 3배 범위 내의 짧은 길이를 갖게 된다. 몸체(410)의 길이가 짧아짐에 의해, 대퇴골(F)의 해면골(CA)을 제거하는 양이 최소화되어 시술 시간이 단축된다. 또한, 몸체(410)의 외면에 형성된 나사산부(413, 도 1)에 의해 몸체(410)를 회전시켜 가면서 보다 용이하게 식립할 수 있다.
몸체(410)가 목(430)의 상부(433) 대비 1.5 ~ 3배 범위의 길이를 가짐에 의해, 몸체(410)는 짧으면서도 대퇴골(F)의 피질골(CO)의 두 지점(417 및 418)에서 지지될 수 있다. 그에 의해, 몸체(410)의 고정성이 향상되고, 하중에 의한 모멘트를 두 지점 지지에 의해 상쇄할 수도 있게 된다.
이렇게 스템(400)의 목(430)의 중앙에 절곡부(431)가 형성된 구조에 의해, 스템(400)은 인공 고관절에 가해지는 하중을 구조적으로 분산하여 지지할 수 있게 한다. 이는 스템(400)의 목(430)과 비구컵(100), 및 헤드(300)에 하중이 집중되는 종래의 인공 고관절의 문제를 해결할 수 있게 한다.
마지막으로, 스템(400)에서 몸체(410)와 목(430) 간의 다른 결합 형태에 대해 도 5를 참고하여 설명한다.
도 5는 도 1의 스템(400)의 몸체(410)와 목(430)의 결합 방식에 대한 다른 실시예를 보인 개념도이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 몸체(410')에는 제1 결합부(412')가 형성되고, 목(430')에는 제2 결합부(436')가 형성된다.
이때, 제2 결합부(436')는 다각형의 단면을 갖고 돌출 형성되는 돌기(436'a)를 포함할 수 있다. 본 도면에서 돌기(436'a)는 4각형의 단면을 갖는 것으로 예시하고 있다.
돌기(436'a)에 대응하여, 제1 결합부(412')에는 수용 공간(412'a)이 형성될 수 있다. 수용 공간(412'a)은 돌기(436'a)의 단면 형상에 대응하는 형상을 가져서, 본 실시예의 경우에 4각형의 단면을 가지도록 형성될 수도 있다. 나아가, 본 도면에 예시된 바와 같이, 돌기(436'a)의 4각형 단면에 대응하는 4각형을 2개로서 준비하여 서로 엇갈리도록 중첩시킨 형태를 만들 수도 있다. 이때, 2개의 4각형은 서로에 대해 대략 45° 회전된 상태로 중첩될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 4각형의 돌기(436'a)를 수용 공간(412'a)에 끼울 때, 그들 간의 정렬의 자유도를 수용 공간(412'a)을 단순히 4각형으로 한 경우보다 2배 높일 수 있게 된다. 또한, 돌기(436'a)가 수용 공간(412'a)에 수용된 후에는 서로 간에 상대 회전이 발생하지 않아서, 목(430')이 몸체(410')에 대해 헛도는 일을 방지할 수 있다.
도 5의 (b)에는 몸체(410")에는 제1 결합부(412")가 형성되고, 목(430")에는 제2 결합부(436")가 형성되는 것을 예시한다.
이때, 제2 결합부(436")는 다각형의 단면을 갖고 돌출 형성되는 돌기(436"a)를 포함할 수 있다. 본 도면에서 돌기(436"a)는 6각형의 단면을 갖는 것으로 예시하고 있다. 돌기(436"a)에 대응하여, 제1 결합부(412")에는 수용 공간(412"a)이 형성될 수 있다. 수용 공간(412"a)은 돌기(436"a)의 단면 형상에 대응하는 형상을 가져서, 본 실시예의 경우에 6각형의 단면을 가지도록 형성될 수도 있다. 나아가, 본 도면에 예시된 바와 같이, 돌기(436"a)의 6각형 단면에 대응하는 6각형을 2개로서 준비하여 서로 엇갈리도록 중첩시킨 형태를 만들 수도 있다. 이때, 2개의 6각형은 서로에 대해 대략 30° 회전된 상태로 중첩될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 6각형의 돌기(436"a)를 수용 공간(412"a)에 끼울 때, 그들 간의 정렬의 자유도를 수용 공간(412"a)을 단순히 6각형으로 한 경우보다 2배 높일 수 있게 된다.
상기와 같은 인공 고관절용 스템 및 그를 구비하는 인공 고관절은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100: 비구컵 110: 본체
130: 나사산부 200: 라이너
300: 헤드 400: 스템
410,410',410": 몸체 411: 중공부
413: 나사산부 430,430',430": 목
431: 절곡부 433: 상부
435: 하부 L1: 제1 직선
L2: 제2 직선 L3: 제3 직선

Claims (11)

  1. 제1 직선을 이루도록 연장 형성되고, 외면에 나사산이 나선형으로 연장 형성되는 나사산부를 구비하는 몸체; 및
    중앙 영역에 위치하는 절곡부와, 상기 절곡부의 일 측에서 연장 형성되며 상기 제1 직선과 교차하도록 배열되는 제2 직선을 이루는 상부와, 상기 절곡부의 타 측에서 연장 형성되어 상기 몸체와 결합되며 상기 제1 직선과 일치하도록 배열되는 제3 직선을 이루는 하부를 구비하는 목을 포함하는, 인공 고관절용 스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 이루는 각도는 135°~ 145°인, 인공 고관절용 스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체의 길이는 30 ~ 60mm 이고, 상기 목의 상부의 길이는 20 ~ 40 mm인, 인공 고관절용 스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 몸체의 길이는 상기 목의 상부의 길이의 1.5 ~ 3배인, 인공 고관절용 스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 일 면이 개방된 중공부를 구비하고,
    상기 중공부의 내면에 형성되는 제1 결합부; 및
    상기 목의 하부의 외면에 형성되며, 상기 제1 결합부와 결합되는 제2 결합부를 포함하는, 인공 고관절용 스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 결합부의 내경은 상기 제2 결합부가 억지 끼움 되도록 상기 제2 결합부의 외경보다 작게 형성되는, 인공 고관절용 스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 결합부는 상기 하부의 자유단으로 갈수록 직경이 작아지도록 형성되는, 인공 고관절용 스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부 각각 나사산인, 인공 고관절용 스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2 결합부는, 다각형 단면을 갖는 돌기를 더 포함하고,
    상기 제1 결합부는, 상기 다각형 단면에 대응하는 다각형 2개가 서로 엇갈려서 중첩되어 형성되는 수용 공간을 포함하는, 인공 고관절용 스템.
  10. 삭제
  11. 제1항에 따른 스템;
    상기 스템의 목의 상부가 삽입되는 개방부를 가지며, 구 형상으로 형성되는 헤드; 및
    상기 헤드가 삽입되도록 속이 빈 반구형으로 형성되는 본체와, 상기 본체의 외면에 형성되며 나사골의 바닥면은 상기 반구의 외면을 따르는 반구형 궤적의 내측에 위치하고 나사산의 자유단은 상기 반구형 궤적의 외측에 위치하는 나사산부를 구비하는 비구컵을 포함하는, 인공 고관절.
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