KR101389087B1 - 특성 주파수의 조정과 억제를 위한 소켓 및/또는 소켓 인서트의 비대칭 형성 - Google Patents

특성 주파수의 조정과 억제를 위한 소켓 및/또는 소켓 인서트의 비대칭 형성 Download PDF

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세람테크 게엠베하
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Abstract

본 발명은 고관절 보철물용 소켓 및/또는 소켓 인서트에 관한 것이며, 상기 소켓 및/또는 소켓 인서트의 축(1)이 볼 헤드(2)에 결합되고 차례로 소켓 인서트(3)의 반원 오목부 내에 회전가능한 방식으로 삽입될 수 있으며, 상기 소켓 인서트(3)가 골반뼈의 내측으로 직접적으로 또는 히프 소켓(4)을 통해서 이식될 수 있다. 본 발명에 따라, 삐걱거림을 방지하기 위해 상기 소켓(4) 및/또는 소켓 인서트(3)의 외측 형상 및/또는 내측 형상 및/또는 재료 조성을 비대칭으로 형성하는 것이 제안되었다.

Description

특성 주파수의 조정과 억제를 위한 소켓 및/또는 소켓 인서트의 비대칭 형성 {ASYMMETRIC FORMATION OF SOCKETS AND/OR SOCKET INSERTS FOR THE MANIPULATION AND SUPPRESSION OF NATURAL FREQUENCIES}
본 발명은 고관절 보철물용 소켓 및/또는 소켓 인서트에 관한 것이며, 고관절 보철물의 축은 볼 헤드에 결합되며 차례로 소켓 인서트의 원형 오목부 내에 회전가능하게 삽입될 수 있으며, 상기 축은 대퇴골 내측에 이식될 수 있으며, 소켓 인서트는 직접적으로 또는 히프 소켓을 통해서 골반뼈 내측에 이식될 수 있다.
인체 고관절을 대체하기 위한 복수의 보철 시스템이 시판되고 있다. 일반적으로, 이들은 볼 헤드(2)와 결합되는 축(1) 및 소켓 인서트(3)와 결합되는 히프 소켓(4)으로 구성된다. 축(1)과 히프 소켓(4)은 대퇴골과 골반뼈 내측으로의 성장의 결과로써 신체에 연결되며 각각 볼 헤드(2)와 소켓 인서트(3)를 지지한다. 볼 헤드(2)는 자유도 1 정도로 소켓 인서트(3)의 반원 오목부 내에 회전가능하게 장착된다(도 1 참조).
다양한 이유와 특히 고 레벨의 강도를 갖는 재료(예를 들어, 금속 합금, 세라믹 재료)가 볼 헤드 및 소켓 인서트용으로 사용될 때, 소켓 인서트의 반원 오목부 내에서 볼 헤드가 관절 운동하는 동안에 미끄럼 부위 사이에서 바람직하지 않은 물체-신체(solid-body) 간의 마찰이 발생될 수 있다. 이러한 경우에, 내부 부품의 공명 거동의 결과로서 상이한 현상이 초래되며, 그로인해 소음 발생, 소위 삐걱거림 소리가 날 수 있다. 이후, 3 가지 현상을 간략히 설명한다.
1. 재료 조합, 두 마찰 부위의 표면 조직과 상대 속도에 따라, 물체-신체 간의 마찰 효과 하의 운동 중에 소위 스틱-슬립 효과(stick-slip effect)가 발생한다. 이는 근접 결합시, 반원 오목부 내에서의 볼 헤드의 반연속적 운동이 매우 일시적이고 매우 짧은 운동 사이클을 형성함을 의미하며, 이 경우 짧은 운동은 급속한 정지를 바로 초래하며 차례로 갑작스런 운동을 초래한다. 이러한 스틱-슬립 효과는 정적인 미끄럼 마찰의 일정한 교대가 근원이다.
스틱-슬립 효과의 발생의 결과로서 발생되는 진동은 여기(excitation)로서 작용하여 개별 부품들 또는 인공 조인트의 개별 부품들의 진동을 초래한다. 상기 부품들의 하나 또는 그 이상의 특성 주파수가 가청 범위(대략 16 내지 20000 ㎐) 내에 놓이면, 이들은 인공 고관절의 캐리어로서 환자에게 소리로, 예를 들어 삐걱거림으로 인식될 수 있다. 이는 환자에게 바람직하지 못하며, 또한 환자의 주변 사람에게도 인식될 가능성이 있으며, 적용된다면 상당한 개인적 제한을 초래할 것이다.
2. 빈번히 반복되는 운동 패턴과 미세-분리(운동 사이클 중의 윤활 시스템 볼-헤드/인서트의 약간의 분열)의 발생의 결과로, 볼 헤드 또는 인서트 각각에 스트립 마모의 형성과 스트립의 길이 전반에 걸쳐서 일정한 규칙성을 갖는 스트립 마모 패턴의 전개가 초래될 수 있다. 볼 헤드가 스트립 마모 영역에서 상기 부품들 사이의 접촉으로 인서트에 대해 특별한 개별 조건(자세, 운동 순서) 하에서 이동되면, 이는 자려 진동(self excited vibration)을 초래할 수 있다. 이러한 자려 진동이 포함된 시스템의 특성 주파수 범위 내에 놓이면, 이는 특성 형태의 전파 및 소음 발생을 초래한다. 부품들의 하나 또는 그 이상의 특성 주파수가 가청 범위(대략 16 내지 20000 ㎐) 내에 놓이면, 이는 인공 고관절의 캐리어로서 환자에게 소리로, 예를 들어 삐걱거림으로 인식될 수 있다.
3. 인공 고관절의 삽입 후에, 특히 극단적인 소켓 위치의 경우에 금속 축과 금속 소켓 사이 또는 금속 축과 세라믹 인서트(달리 표현하면 소켓 인서트) 사이의 접촉이 초래될 수 있다. 이러한 접촉이 점 대 점(point by point)으로 발생되지 않아서 일정한 각도 위에서 대응하는 레그 운동의 결과로 소켓/인서트 위에서의 금속 축의 "항력"이 초래되면, 이는 자려 진동을 초래할 것이다. 이러한 자려 진동이 포함된 시스템의 특성 주파수 범위 내에 놓이면, 이는 특성 형태의 전파 및 소음 발생을 초래한다. 상기 부품들의 하나 또는 그 이상의 특성 주파수가 가청 범위(대략 16 내지 20000 ㎐) 내에 놓이면, 이는 인공 고관절의 캐리어로서 환자에게 소리로, 예를 들어 삐걱거림으로 인식될 수 있다.
본 발명의 근본 목적은 삐걱거림이 발생하지 않도록 청구의 범위 제 1항의 전제부에 따라 소켓 및/또는 소켓 인서트를 더욱 발전시키고자 하는 것이다.
용어, 소켓과 히프 소켓은 동일한 용어이며 호환가능하다.
이러한 목적은 소켓 및/또는 소켓 인서트의 내측 및/또는 외측 형상 및/또는 재료 조성을 비대칭으로 형성함으로써 달성된다.
소켓 및/또는 소켓 인서트를 특별한 비대칭으로 형성한 결과로써, 소켓 및/또는 소켓 인서트의 특정 형태로의 확장이 방지될 수 있으며 가청 주파수 범위 내에서 부품의 진동 발생이 상당히 감쇄될 수 있다. 이 경우에 제안된 소켓 및/또는 소켓 인서트의 비대칭은 다음과 같은 형태, 즉
- 공간 내의 모든 3 방향(횡단면적 방향과 또한 길이방향)으로의 비대칭 외측 형상의 형태,
- 공간 내의 모든 3 방향(횡단면적 방향과 또한 길이방향)으로의 비대칭 내측 형상의 형태,
- 상이한 강도와 감쇄 특성을 갖는 재료에 의한 소켓 및/또는 소켓 인서트의 비대칭 복합 구성 형태,를 바람직하게 서로 조합될 수 있는 다수의 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 소켓 및/또는 소켓 인서트의 내측 및 외측 형상의 대칭 축들은 평행하게 변위된다. 내측 및 외측 형상의 대칭 축들의 평행한 변위의 결과로써, 회전가능한 대칭 부품이 더 이상 존재하지 않는다. 단지 평면에 대한 단순 대칭만이 존재한다.
또한, 내측 형상의 대칭 축선은 바람직하게 각도(α)만큼 외측 형상의 대칭 축선에 대해 경사져 있으며, 그 결과로써 비대칭 소켓 및/또는 소켓 인서트가 진동 거동시 대응 효과로 존재한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 각도(α)는 5도 < α < 25도의 범위 내에 놓인다.
대체 실시예에서, 소켓 및/또는 소켓 인서트는 상이한 강도 및 감쇄 특성을 갖는 재료로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상이한 강도와 감쇄 특성을 갖는 재료의 일부 성분들이 소켓 및/또는 소켓 인서트 내에 배열된다.
소켓 및/또는 소켓 인서트는 또한 내측 및/또는 외측 형상에 오목부를 가질 수 있다.
유리하게, 강도 및/또는 감쇄 특성 및/또는 재료는 소켓 및/또는 소켓 인서트 축선의 대칭 축선을 따라 상이하게 구성된다.
종래 기술과 본 발명이 도면을 참조한 다음의 상세한 설명에서 설명된다.
도 1은 종래 기술을 도시한다. 히프 보철물은 일반적으로 볼 헤드(2)와 결합되는 축(1) 및 소켓 인서트(3)와 결합되는 히프 소켓(4)으로 구성된다. 축(1)과 히프 소켓(4)은 각각 대퇴골(5)과 골반뼈(15) 내측으로의 성장의 결과로써 환자의 신체에 연결되며 각각 볼 헤드(2)와 소켓 인서트(3)를 지지한다. 볼 헤드(2)는 소켓 인서트(3)의 반원 오목부 내에 회전가능하게 장착된다.
도 2는 골반뼈(11)(도 1 참조) 내측으로의 이식에 적용되는 외측 형상(12)을 갖는 본 발명에 따른 소켓(4)을 도시한다. 소켓(4)의 내측 형상(13)은 소켓 인서트(3)의 외측 형상에 적용된다. 삐걱거림을 방지하기 위해, 소켓(4)의 내측 형상(13) 및 외측 형상(12)의 대칭 축선(5,6)이 평행하게 변위된다. 이러한 소켓(4) 의 내측 형상(13) 및 외측 형상(12)의 대칭 축선(5,6)의 평행 변위의 결과로써, 회전가능한 대칭 부품이 더 이상 존재하지 않게 된다. 단지 평면에 대한 단순 대칭만이 존재하게 된다.
또한 내측 형상(13)의 대칭(5) 축선이 외측 형상(12)의 대칭 축선(6)과 관련하여 더욱 경사지면 진동 거동시 대응 효과를 제공하는 비대칭 소켓(4)이 존재하게 된다. 이와 관련하여 도 3을 참조. 동일한 참조 부호는 또한 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 4는 상이한 강도와 감쇄 특성을 갖는 재료를 구성하는 일부 성분(7)이 내부에 배열되어 있는 본 발명에 따른 소켓(4)을 도시한다. 상이한 강도와 감쇄 특성을 갖는 재료로 소켓(4)을 구성한 결과 또는 기존의 소켓(4)과 강도 및 감쇄 특성에서 상이한 재료로 구성된 소켓(4)의 기존 형체 내측으로 일부 성분(7)을 삽입한 결과로써, 삐걱거림이 제거된다.
극단의 경우에, 소켓(4) 내의 오목부(8)에 의해서도 동일한 효과가 달성된다. 즉, 형상을 매우 비대칭으로 하거나 상이한 재료 특성을 갖는 성분을 삽입함으로써(도 5 참조) 동일한 효과가 달성된다.
도 4 및 도 5에 도시된 소켓(4)의 경우에, 내측 형상(13)의 대칭 축선과 외측 형상(12)의 대칭 축선이 일치되어 공통의 소켓 축선(9)을 형성한다.

Claims (8)

  1. 축(1)이 볼 헤드(2)에 결합될 수 있고, 상기 볼 헤드는 소켓 인서트(3)의 반원 오목부 내에 회전가능한 방식으로 삽입될 수 있으며, 상기 축(1)이 대퇴골의 내측으로 이식될 수 있으며, 상기 소켓 인서트(3)가 골반뼈의 내측으로 직접적으로 또는 히프 소켓(4)을 통해서 이식될 수 있는, 고관절 보철물용 소켓과 소켓 인서트의 조립체에 있어서,
    상기 소켓(4) 및 소켓 인서트(3) 중 하나 이상의 외측 형상, 내측 형상 및 재료 조성 중 하나 이상이 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    고관절 보철물용 소켓과 소켓 인서트의 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소켓 및 소켓 인서트(3) 중 하나 이상의 내측 형상(13) 및 외측 형상(12)의 대칭 축선(5,6)이 평행하게 변위되는 것을 특징으로 하는,
    고관절 보철물용 소켓과 소켓 인서트의 조립체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 형상(13)의 대칭 축선(5,6)은 상기 외측 형상(12)의 대칭 축선에 대해 각도(α)만큼 경사져 있는 것을 특징으로 하는,
    고관절 보철물용 소켓과 소켓 인서트의 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 각도(α)는 5도 < α < 25도의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는,
    고관절 보철물용 소켓과 소켓 인서트의 조립체.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소켓(4) 및 소켓 인서트(3) 중 하나 이상은 상이한 강도와 감쇄 특성의 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    고관절 보철물용 소켓과 소켓 인서트의 조립체.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상이한 강도와 감쇄 특성을 갖는 재료의 일부 성분(7)이 상기 소켓 및 소켓 인서트(3) 중 하나 이상의 내부에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    고관절 보철물용 소켓과 소켓 인서트의 조립체.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소켓(4) 및 소켓 인서트(3) 중 하나 이상은 상기 내측 형상(13) 및 외측 형상(12) 중 하나 이상에 오목부(8)를 가지는 것을 특징으로 하는,
    고관절 보철물용 소켓과 소켓 인서트의 조립체.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    강도, 감쇄 특성 및 재료 중 하나 이상은 소켓 축선 및 소켓 인서트 축선(9) 중 하나 이상을 따라 상이한 것을 특징으로 하는,
    고관절 보철물용 소켓과 소켓 인서트의 조립체.
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