KR101509023B1 - 금속 대 금속 인공 고관절 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공 고관절에 관한 것으로 본 발명의 실시예에 의하면, 인공 고관절 표면 치환술에 이용되는 금속 대 금속 인공 고관절의 강성을 높여 파손을 방지함으로써 고관절의 안정성과 운동성을 높일 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 인공 고관절 전치환술에 이용되는 인공 고관절이 폴리에틸렌 대 금속 관절면으로 형성되는 것에 비하여 마모 입자가 절게 발생되고 강성이 높아 인체에 발생되는 부작용을 방지하고 생체 친화력을 높이는 효과가 있게 된다.

Description

금속 대 금속 인공 고관절{Metal on Metal Artificial Hip Joint}

본 발명은 의료용으로 사용되는 인공 고관절에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인공 고관절 표면 치환술에 이용되는 금속 대 금속 인공 고관절의 강성을 높여 파손을 방지함으로써 고관절의 안정성과 운동성을 높일 수 있고 또한, 인공 고관절 전치환술에 이용되는 인공 고관절이 폴리에틸렌 대 금속 관절면으로 형성되는 것에 비하여 마모 입자가 절게 발생되고 강성이 높아 인체에 발생되는 부작용을 방지하고 생체 친화력을 높일 수 있는 금속 대 금속 인공 고관절에 관한 것이다.

일반적으로, 고관절은 공 모양의 대퇴골두와 이를 감싸고 있는 소켓 모양의 비구로 구성되어 있으며, 대퇴골을 골반골에 연결시켜 보행을 가능하게 하는 매우 중요한 관절 중의 하나이다.

또한, 대퇴골두와 비구의 표면은 초자연골이라는 매우 부드러운 구조물로 덮여 있어 관절에 가해지는 충격을 흡수 또는 완충시키는 역할을 수행한다.

이러한 고관절은 관절낭으로 둘러싸여 있는데, 관절낭의 내면에서 관절액이라고 하는 윤활작용이 뛰어난 윤활액을 분비하여 얼음 위로 얼음이 미끄러지는 것보다도 더 부드럽게 관절 운동이 이루어지게 하고 있다. 물론, 고관절의 적당한 위치 유지와 정상적인 보행을 위해서는 건강한 근육과 인대가 필수적이며, 근육은 뼈와 함께 회전과 내전 및 외전과 같은 기본적인 고관절의 운동을 담당하고 있다.

그러나, 이와 같은 대퇴골은 인체의 노화 등에 의하여 골유합을 얻을 수 없거나, 고관절염, 대퇴골두의 무혈성 괴사, 대퇴골의 결부 골절 및 전자간 골절 등과 같은 질병이 있는 경우에는 그 기능을 충실하게 수행하지 못하게 된다.

따라서, 이러한 환자의 대퇴골을 인공 고관절로 치환하여 환자의 보행이 가능하게 하고 있다. 인공 고관절 삽입술의 종류는 단극성 인공 고관절 삽입술, 양극성 인공 고관절 삽입술, 인공 고관절 전치환술, 인공 고관절 표면 치환술 등으로 구별된다.

도 1은 종래 기술에 따른 인공 고관절이 시술된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 인공 고관절은 인공 고관절 전치환술에 이용되는 것으로, 골반골(101)과 대퇴골(103) 사이에 마련되어 골반골(101)에 대해 대퇴골(103)을 상대운동 및 상대회전가능하게 연결하기 위한 용도로 시술된다.

이러한 인공 고관절의 개략적인 구조를 살펴보면, 골반골(101)에 고정되는 비구컵(115)과, 비구컵(115)의 내부공간으로 수용결합되는 라이너(113)와, 대퇴골(103)에 고정되는 스템(117)과, 스템(117)의 일단부에 결합된 상태에서 라이너(113)의 내부공간으로 삽입되어 라이너(113) 내에서 회전하는 헤드(111)를 갖는다.

라이너(113)는 주로 인체용 폴리에틸렌으로 형성되는데, 그 위치별로 세밀한 차이가 있고 환자의 특성이나 선호도에 따라 선택적으로 채용될 수 있다는 점이 차이점이기는 하나, 모두 동일한 비구컵(115) 내에 수용결합될 수 있고 헤드(111)가 자유회전가능하게 끼워진다는 구성이라는 점에서는 동일하다.

그러나, 이와 같은 종래의 인공 고관절은 인공 고관절 전치환술의 특성으로 인해 폴리에틸렌 대 금속 관절면에서의 마모와 마모 입자에 의한 골용해, 탈구, 감염, 해리, 대퇴부 동통 등이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 대퇴골두와 비구컵의 어느 한 부위에 응력이 집중되어 대퇴골두와 비구컵 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두 파손되어 재수술을 해야 하거나 재수술 자체가 어려워지는 안전상의 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 인공 고관절 표면 치환술에 이용되는 금속 대 금속 인공 고관절의 강성을 높여 파손을 방지함으로써 고관절의 안정성과 운동성을 높이는데 그 목적이 있다.

또한, 인공 고관절 전치환술에 이용되는 인공 고관절이 폴리에틸렌 대 금속 관절면으로 형성되는 것에 비하여 마모 입자가 절게 발생되고 강성이 높아 인체에 발생되는 부작용을 방지하고 생체 친화력을 높이는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는 골반골에 고정되며 내측이 중공으로 형성되는 반구 형상의 비구컵과, 비구컵에 삽입되어 밀착되며 회전가능하도록 일측이 절단된 구형의 외주면을 구비하고 내측은 중공으로 형성되되, 내측 중심의 기저면에서 반대쪽으로 연장된 봉형상의 지지부가 구비되어 대퇴골에 고정되는 대퇴골두부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 대 금속 인공 고관절을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 인공 고관절 표면 치환술에 이용되는 금속 대 금속 인공 고관절의 강성을 높여 파손을 방지함으로써 고관절의 안정성과 운동성을 높일 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 인공 고관절 전치환술에 이용되는 인공 고관절이 폴리에틸렌 대 금속 관절면으로 형성되는 것에 비하여 마모 입자가 절게 발생되고 강성이 높아 인체에 발생되는 부작용을 방지하고 생체 친화력을 높이는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 인공 고관절이 시술된 상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 금속 대 금속 인공 고관절을 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 금속 대 금속 인공 고관절 중 비구컵을 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 금속 대 금속 인공 고관절 중 대퇴골두부를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 금속 대 금속 인공 고관절이 시술된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 금속 대 금속 인공 고관절을 나타내는 사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 금속 대 금속 인공 고관절 중 비구컵을 나타내는 단면도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 금속 대 금속 인공 고관절 중 대퇴골두부를 나타내는 단면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 금속 대 금속 인공 고관절이 시술된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 금속 대 금속 인공 고관절은, 골반골(510)에 고정되며 내측이 중공으로 형성되는 반구 형상의 비구컵(210); 비구컵(210)에 삽입되어 밀착되며 회전가능하도록 일측이 절단된 구형의 외주면을 구비하고 내측은 중공으로 형성되되, 내측 중심의 기저면(223)에서 반대쪽으로 연장된 봉형상의 지지부(229)가 구비되어 대퇴골(520)에 고정되는 대퇴골두부(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

비구컵(210)은 내측이 중공으로 형성되는 대략적인 반구 형상으로 정반구(1/2 구)의 반경에서 대략 반경이 15% 작게 절개하여 형성되며, 외측면이 골반골(510)에 고정되어 후술할 대퇴골두부(220)의 회전을 지지한다.

대퇴골두부(220)는 비구컵(210)에 삽입되어 밀착되며 회전가능하도록 일측이 절단된 구형의 외주면을 구비하고 있으며 내측은 중공으로 형성되는데, 내측 중심의 기저면(223)에서 반대쪽인 대퇴골(520)쪽으로 연장된 봉형상의 지지부(229)가 구비되어 있어서, 지지부(229)가 대퇴골(520)에 삽입 고정된다.

즉, 대퇴골두부(220)는 비구컵(210)에 삽입되어 밀착되는 구형상부(221)와 대퇴골(520)에 삽입되어 고정되는 지지부(229)로 이루어진다.

이와 같은 비구컵(210)과 대퇴골두부(220)는 인공 고관절 표면 치환술에 이용되며 운동성 및 안정성을 위해 Co-Cr-Mo 합금으로 형성되는데, 기존의 인공 고관절 전치환술에 이용되던 인공 고관절이 폴리에틸렌 대 금속 관절면으로 형성되는 것에 비하여 마모 입자가 적게 발생되게 된다.

비구컵(210)은 내주면의 끝단부에서 외주면의 상측으로 소정의 각도로 절개된 절개면(215)이 형성되어 있는데 절개면(215)이 형성되는 각도(A)는 수평면에서 상측방향의 9° ~ 15°로 이루어진다.

이렇게 형성되는 비구컵(210)의 절개면 각도(A)는 비구컵(210) 자체의 강성뿐만 아니라 대퇴골두부(220)의 지지부(229)와의 접촉에 의한 파손과도 밀접한 관계가 있다.

즉, 비구컵(210)과 대퇴골두부(220)의 응력 해석 시뮬레이션과 실물 테스트를 반복한 결과 비구컵(210)의 절개면(215) 형성 각도(A)가 9°보다 작은 경우에는 비구컵(210) 끝단부의 강성은 유지되나 대퇴골두부(220)의 지지부(229)에 가해지는 응력이 커지는 문제가 발생된다.

또한, 비구컵(210)의 절개면(215) 형성 각도(A)가 15°보다 큰 경우에는 대퇴골두부(220)의 지지부(229)에 가해지는 응력은 줄어드나 비구컵(210) 끝단부의 강성이 낮아져 파손되는 문제가 발생된다.

따라서, 본발명에 개시한 바와 같이 비구컵(210)의 절개면(215) 형성 각도(A)는 9° ~ 15°로 이루지는 것이 좋고 바람직하게는 11° ~ 12°로 형성되는 것이 좋다.

한편, 대퇴골두부(220)는 중공의 구형상의 일측을 절단하여 형성하는데, 절단되는 부위는 구의 반경에 대해 대략 25% 의 비율로 절단된다. 즉, 구의 반경과 절단되는 부위의 반경 길이비가 1 : 0,25 의 비율로 절단되므로 구 전체의 직경을 기준으로 하면 12.5% 가 절단되게 형성된다.

또한, 대퇴골두부(220)의 내측에는 절단된 끝단부로부터 상부 내측으로 동일한 직경으로 내주면이 형성된 실린더부(225)가 구비되어 있으며, 이로 인해 대퇴골두부(220)의 끝단부 강성을 높이게 되어 있다.

즉, 대퇴골두부(220)의 내주면은 구면으로 형성되지 않고 지지부(229)가 시작되는 기저면(223)이 내측 중심에 평면으로 형성되어 있고 대퇴골두부(220)의 절단된 끝단부로부터 직경이 동일한 실린더부(225)가 원통형으로 형성되어 있으며 또한, 실린더부(225)와 기저면(223)을 소정의 각도로 연결하는 경사면(227)이 형성되어 있다.

여기서, 실린더부(225)와 경사면(227)이 이루는 각도(B)는 140° ~ 160°로 이루어진다.

이렇게 실린더부(225)와 경사면(227)이 이루는 각도(B)는 대퇴골두부(220) 자체의 강성뿐만 아니라 특히, 지지부(229)와 실린더부(225)의 강성을 높여 파손을 방지할 수 있게 되어 있다.

즉, 대퇴골두부(220)의 응력 해석 시뮬레이션과 실물 테스트를 반복한 결과 실린더부(225)와 경사면(227)이 이루는 각도(B)가 140°보다 작은 경우에는 지지부(229)와 기저면(223)이 연결된 부위와 경사면(227)의 강성은 유지되나 실린더부(225)에 가해지는 응력이 커지는 문제가 발생된다.

그리고, 실린더부(225)와 경사면(227)이 이루는 각도(B)가 160°보다 큰 경우에는 실린더부(225)에 가해지는 응력은 줄어드나 지지부(229)와 기저면(223)이 연결된 부위와 경사면(227)의 강성이 낮아져 파손되는 문제가 발생된다.

또한, 대퇴골두부(220)에 있어서 실린더부(225)와 경사면(227)이 이루는 각도뿐만 아니라 대퇴골두부(220)의 외경과 실린더부(225)의 내경이 이루는 비도 대퇴골두부(220)의 강성에 큰 영향을 미치게 된다.

따라서, 대퇴골두부(220)의 외경 즉, 구형상부(221)의 외경과 실린더부(225)의 내경이 이루는 비는 1 : 0.6 ~ 0.8 로 이루어지게 된다. 즉, 대퇴골두부(220)의 구형상부(225) 외경에 대해 실린더부(225)의 내경이 대략 60 ~ 80% 의 비율로 형성되는 것이 좋다.

대퇴골두부(220)의 외경과 실린더부(225)의 내경이 이루는 비가 0.6 보다 작은 경우에는 실린더부(225)에 가해지는 응력이 커지는 문제가 발생되고, 대퇴골두부(220)의 외경과 실린더부(225)의 내경이 이루는 비가 0.8 보다 큰 경우에는 실린더부(225)의 강성은 높아지지만 대퇴골두부(220) 전체의 무게가 증대되고 대퇴골과 골유착되는 면적이 줄어들어 인공 고관절을 고정한 후 뼈 세포의 재생시 뼈 조직과 인공 고관절과의 결합력이 낮아지는 문제가 발생된다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 인공 고관절 표면 치환술에 이용되는 금속 대 금속 인공 고관절의 강성을 높여 파손을 방지함으로써 고관절의 안정성과 운동성을 높일 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 인공 고관절 전치환술에 이용되는 인공 고관절이 폴리에틸렌 대 금속 관절면으로 형성되는 것에 비하여 마모 입자가 절게 발생되고 강성이 높아 인체에 발생되는 부작용을 방지하고 생체 친화력을 높이는 효과가 있게 된다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

210: 비구컵 215: 절개면
220: 대퇴골두부 221: 구형상부
223: 기저면 225: 실린더부
227: 경사면 229: 지지부
510: 골반골 520: 대퇴골

Claims (7)

1. 골반골에 고정되며 내측이 중공으로 형성되는 반구 형상의 비구컵;
   상기 비구컵에 삽입되어 밀착되며 회전가능하도록 일측이 절단된 구형의 외주면을 구비하고 내측은 중공으로 형성되되, 내측 중심의 기저면에서 반대쪽으로 연장된 봉형상의 지지부가 구비되어 대퇴골에 고정되는 대퇴골두부를 포함하며,
   상기 대퇴골두부의 내측에는 절단된 끝단부로부터 상부 내측으로 동일한 직경으로 내주면이 형성된 실린더부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 대 금속 인공 고관절.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 비구컵은 내주면의 끝단부에서 외주면의 상측으로 소정의 각도로 절개된 절개면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 대 금속 인공 고관절.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 각도는 9° ~ 15°로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 대 금속 인공 고관절.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 대퇴골두부는 상기 실린더부와 기저면을 소정의 각도로 연결하는 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 대 금속 인공 고관절.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 실린더부와 경사면이 이루는 각도는 140° ~ 160°로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 대 금속 인공 고관절.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 대퇴골두부의 외경과 상기 실린더부의 내경이 이루는 비는 1 : 0.6 ~ 0.8 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 대 금속 인공 고관절.
   

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