KR101747088B1

KR101747088B1 - 인공보철물 및 골절치료용 내고정 부목

Info

Publication number: KR101747088B1
Application number: KR1020140177737A
Authority: KR
Inventors: 이부락
Original assignee: 이부락
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2017-06-14
Also published as: KR20160070584A

Abstract

본 발명은 인공보철물에 관한 것으로서, 상세하게는 인체의 천연뼈와 인공보철물 사이의 골유합(bone fusion) 결합력을 현저히 향상시키는 인공보철물에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은, 인공보철물로서, 상기 인공보철물의 외형을 형성하는 본체부와; 상기 본체부의 외부 표면을 덮도록 구비되고, 복수 개의 미세 홈으로 이루어진 다공성 표면구조를 구비하며, 상기 인체의 천연뼈와 접촉 및 유합하는 인체유합 표면부;를 포함하고, 상기 미세 홈 각각은, 상기 인체유합 표면부의 외측에 형성되는 유입용 개구부와, 상기 유입용 개구부와 연통되고, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 형성되며 인체세포가 성장 및 충진되는 공간인 세포충진부;를 포함하며, 상기 세포충진부는 적어도 일부분에서, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 형성되는 역구배 측면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공보철물에 관한 것이다.

Description

인공보철물 및 골절치료용 내고정 부목{PROSTHESIS AND INTERNALLY-FIXED SPLINT FOR TREATING BONE FRACTURE}

본 발명은 인공보철물 및 골절치료용 내고정 부목에 관한 것으로서, 상세하게는 인체의 천연뼈와 인공보철물 사이의 골유합(bone fusion) 결합력을 현저히 향상시키는 인공보철물 및 골절치료용 내고정 부목에 관한 것이다.

일반적으로 인공 보철물은 인체의 골격이 파손되거나 손상된 경우, 환부인 골격 또는 관절 또는 디스크를 대체한 후 인체의 천연뼈와 골 유합되거나, 또는 환부인 골격들을 지지 및 고정하여 골격들을 골 유합시키는 인공 구조물이다. 이러한 인공 보철물에는 예를 들어 손상된 척추 디스크를 대체하여 삽입되는 추간판 인공디스크, 손상된 관절을 대체하는 고관절 인공보철물, 골절된 뼈들을 고정 및 지지하여 골절된 뼈들의 유합을 보조 및 강화하는 내고정 부목 등이 있다.

이렇게, 인공 보철물들은 인체의 천연뼈(natural bone)와 골 유합되며, 이러한 인공 보철물과 천연뼈의 골유합으로 환부인 골격의 본래 기능을 복원시킬 수 있다.

이러한 인공 보철물이 환부인 골격 본래의 기계적 특성(강성 및 강도)을 구비하기 위해서는 인공 보철물과 상기 인공 보철물이 골유합될 인체의 천연뼈 사이에 고정력 또는 결합력이 강해야 한다.

이를 위하여, 종래기술에 따른 인공보철물들은 예를 들어 대한민국 공개특허번호 제10-2002-0071855호에 개시된 인공보철물과 같이 천연뼈(예를 들어, 척추뼈)와의 접촉면에 돌기 또는 돌출부를 구비하여 천연뼈와의 고정력을 향상시키는 구성을 구비하고 있다.

그러나, 이러한 종래기술에 따른 인공보철물들은 천연뼈와의 골유합 면적이 넓지 않아 골유합이 완료된 경우 인공보철물과 천연뼈 사이의 골유합 결합력이 그리 높지 않다는 문제점이 존재하여 왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 인공보철물과 천연뼈 사이의 골유합 결합력을 향상시키는 인공보철물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 인공보철물로서, 상기 인공보철물의 외형을 형성하는 본체부와; 상기 본체부의 외부 표면을 덮도록 구비되고, 복수 개의 미세 홈으로 이루어진 다공성 표면구조를 구비하며, 상기 인체의 천연뼈와 접촉 및 유합하는 인체유합 표면부;를 포함하고, 상기 미세 홈 각각은, 상기 인체유합 표면부의 외측에 형성되는 유입용 개구부와, 상기 유입용 개구부와 연통되고, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 형성되며 인체세포가 성장 및 충진되는 공간인 세포충진부;를 포함하며, 상기 세포충진부는 적어도 일부분에서, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 형성되는 역구배 측면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공보철물을 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 역구배 측면부는 상기 역구배 측면부가 위치하는 부분의 횡단면적이 상기 유입용 개구부의 횡단면적보다 크도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 역구배 측면부는 마주하는 한 쌍의 직선 형상 또는 마주하는 한 쌍의 볼록한 곡선 형상 또는 마주하는 한 쌍의 오목한 곡선 형상의 종단면을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 세포충진부는 상기 유입용 개구부로부터 내측 두께방향으로 형성되는 항아리 형상을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 유입용 개구부는 0.5 내지 3 mm의 직경을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 세포충진부는 상기 세포충진부의 최외곽 폭이 상기 세포충진부의 깊이보다 크도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 세포충진부는 내측면에 복수 개의 극미세 요철부를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 극미세 요철부는 블라스팅 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수 개의 미세 홈은, 하나의 미세 홈의 세포충진부와 상기 하나의 미세 홈에 이웃하는 다른 하나의 미세 홈의 세포충진부와 연통되도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하나의 미세 홈의 세포충진부와 상기 다른 하나의 미세 홈의 세포충진부는, 각각의 역구배 측면부의 최외곽 폭 부분에서 연통되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 인공보철물은, 생체적합성 금속, 생체적합성 폴리머 및 세라믹 중 하나 이상의 물질로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 세포충진부 내부에는 골유합 유도물질이 기설정된 부피만큼 충진되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 골절된 뼈를 치료하기 위해 골절된 뼈를 둘러싸서 고정하는 골절치료용 내고정 부목으로서, 골절된 제1 천연뼈의 둘레 및 상기 제1 천연뼈와 접합할 피접합부의 둘레에 함께 고정되는 신장형 부재와; 상기 신장형 부재를 상기 제1 천연뼈 및 상기 피접합부 각각에 결합시키는 결합부재와; 상기 신장형 부재의 내측면 중 상기 제1 천연뼈와 접촉하는 부분에 구비되고, 복수 개의 미세 홈으로 이루어진 다공성 표면구조를 구비하며, 상기 제1 천연뼈와 접촉 및 유합하는 인체유합 표면부;를 포함하고, 상기 미세 홈 각각은, 상기 인체유합 표면부의 외측에 형성되는 유입용 개구부와, 상기 유입용 개구부와 연통되고, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 형성되며 인체세포가 성장 및 충진되는 공간인 세포충진부;를 포함하며, 상기 세포충진부의 내측면은 역구배 측면부를 적어도 일부분 포함하는 것을 특징으로 하는 골절치료용 내고정 부목을 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 피접합부가 제2 천연뼈인 경우, 상기 인체유합 표면부는 상기 신장형 부재의 내측면 중 상기 제2 천연뼈와 접촉하는 부분에 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 양단부에 구비되어 천연뼈에 유합되는 제1 골유합부 및 제2 골유합부와; 상기 제1 골유합부와 상기 제2 골유합부를 연결하는 지지부재;를 포함하고, 상기 제1 골유합부 및 상기 제2 골유합부 중 적어도 하나 이상의 골유합부에 구비되고, 복수 개의 미세 홈으로 이루어진 다공성 표면구조를 구비하며, 상기 천연뼈와 접촉 및 유합하는 인체유합 표면부;를 포함하고, 상기 미세 홈 각각은, 상기 인체유합 표면부의 외측에 형성되는 유입용 개구부와, 상기 유입용 개구부와 연통되고, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 형성되며 인체세포가 성장 및 충진되는 공간인 세포충진부;를 포함하며, 상기 세포충진부의 내측면은 역구배 측면부를 적어도 일부분 포함하는 것을 특징으로 하는 인공보철물을 제공할 수 있다.

전술한 과제해결수단에 의하면, 본 발명은 인공보철물의 표면에 다공성 표면구조를 구비함으로써, 인공보철물과 상기 인공보철물이 골유합되는 인체의 천연뼈 사이의 골유합 표면적을 현저히 향상시킬 수 있고, 이로 인해 인공보철물과 천연뼈 사이의 골유합 결합력 및/또는 고정력을 현저히 향상시킬 수 있다.

게다가, 본 발명은 인공보철물의 표면구조에 역구배 측면부를 구비함으로써, 미세 홈의 상부부분(즉, 인체유합 표면부 중 역구배 측면부의 상부부분)이 상기 미세 홈 내에 골생성된 골세포 및/또는 골조직에 대해 일종의 걸림턱 역할을 하므로, 인공보철물의 표면과 골생성 및/또는 골유합된 천연뼈 사이의 골유합 결합력을 보다 더 향상시킬 수 있고, 이로 인해 인공보철물와 천연뼈에 가해지는 인장하중에 대해 더욱 향상된 골유합 결합력 및/또는 고정력을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공보철물에 대한 개략적인 사시도 및 부분 확대 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공보철물에 대한 개략적인 사시도 및 부분 확대 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인공보철물에 대한 개략적인 사시도 및 부분 확대 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체유합 표면부에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이다.
도 5는 도 4의 제1 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이다.
도 6은 도 4의 제2 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이다.
도 7은 도 4 내지 도 6에 대한 개략적인 부분 확대 평면도이다.
도 8은 도 4의 제3 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이다.
도 9는 도 4의 제4 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이다.
도 10은 도 9에 대한 개략적인 부분 확대 평면도이다.
도 11은 도 9의 변형 실시예에 대한 개략적인 부분 확대 평면도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부에 대한 개략적인 종단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

참고로, 이하에서 기술하는 인공보철물은 척추간 인공디스크, 인공뼈, 골절된 뼈 사이를 고정하는 내고정 부목 등을 모두 포함하는 개념이다. 그러나, 설명의 명확성을 위하여, 이하에서는 척추간 인공디스크(도 1 참고), 내고정 부목(도 2 참고) 및 인공뼈(도 3 참고)를 기준으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공보철물(100)에 대한 개략적인 사시도 및 부분 확대 종단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공보철물(100)은 인공보철물의 일 예인 척추간 인공디스크로서, 손상된 척추간 천연 디스크를 대체하여 상기 인공보철물(100)의 상부에 위치하는 상부 척추뼈(예를 들어, 경추, 요추 등)와, 상기 인공보철물(100)의 하부에 위치하는 하부 척추뼈(예를 들어, 경추, 요추 등) 사이에 삽입되어 천연 디스크와 동일한 기능을 수행하는 인공보철물이다.

구체적으로, 상기 인공보철물(100)은 상부부재(110)와, 상기 상부부재(110)의 하부에서 상기 상부부재(110)에 대해 전후방향 및/또는 좌우방향으로 소정 각도 회동가능하게 연결되는 하부부재(120)와, 상기 인공보철물(100)을 상기 상부 척추뼈의 하부면 및/또는 상기 하부 척추뼈의 상부면에 고정(또는 가(假)고정)시키는 고정부재(130)를 포함한다.

상기 상부부재(110)는 상기 상부 척추뼈의 하부면과 면접촉하는 상부면을 구비하고, 상기 상부부재(110)의 상부면에는 적어도 하나 이상의 고정부재(130)가 구비된다. 상기 상부부재(110)의 상부면과 상기 상부 척추뼈의 하부면 사이에는 시간의 경과에 따라 새로운 골세포 또는 골조직이 생성되어 상기 상부 척추뼈의 하부면이 상기 상부부재(110)의 상부면에 골유합된다.

마찬가지로, 상기 하부부재(120)는 상기 하부 척추뼈의 상부면과 면접촉하는 하부면을 구비하고, 상기 하부부재의 하부면에는 적어도 하나 이상의 고정부재(130)가 구비된다. 상기 하부부재의 하부면과 상기 하부 척추뼈의 상부면 사이에는 시간의 경과에 따라 새로운 골세포 또는 골조직이 생성되어 상기 하부 척추뼈의 상부면이 상기 하부부재의 하부면에 골유합된다.

본 발명에 따르면, 상기 인공보철물(100)의 두께방향(즉, 종단면)을 기준으로, 상기 상부부재(110) 및 상기 하부부재(120)는 상기 상부부재(110) 및 상기 하부부재(120)의 외형을 형성하는 본체부(101)와, 상기 본체부(101)의 표면에 구비되는 인체유합 표면부(300)를 포함한다.

이때, 상기 본체부(101)와 상기 인체유합 표면부(300)는 별도의 공정으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 상기 본체부(101)와 상기 인체유합 표면부(300)는 하나의 공정으로 일체형으로 형성될 수도 있다.

예를 들어, 상기 본체부(101)는 주조 또는 사출 방식으로 제조되고, 제조된 본체부의 표면에 3D 프린터의 적층법을 실행하여 인체유합 표면부(300)를 형성할 수 있다. 또는, 상기 본체부(101)와 상기 인체유합 표면부(300)는 전체적으로 3D 프린터의 적층법으로 제조될 수도 있다.

상기 인체유합 표면부(300)는 복수 개의 미세 홈(310)으로 이루어진 다공성 표면구조를 구비하고, 상기 다공성 표면구조는 상기 본체부(101)의 외부 표면을 전체적으로 또는 일정 면적 이상 덮도록 구비된다. 이로 인해, 상기 인체유합 표면부(300)는 새로운 골세포의 생성 표면적 및 골유합 표면적을 현저히 증가시킬 수 있다. 상기 인체유합 표면부(300)에 대한 구체적인 설명은 이하에서 도 4 내지 도 11을 참고하여 보다 구체적으로 기술하기로 한다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공보철물(100)에 대한 개략적인 사시도 및 부분 확대 종단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공보철물(100)은 인공보철물(100)의 일 예인 골절치료용 내고정 부목(200)으로서, 골절된 뼈와 상기 골절된 뼈와 골유합시킬 피접합부(B2)의 외주면에 직접 접촉된 상태에서 상기 골절된 뼈와 상기 피접합부(B2)가 맞닿는 부분을 함께 둘러싸도록 배치되어 상기 골절된 뼈와 상기 피접합부(B2)가 정위치에서 이탈되지 않도록 하여 골유합이 용이하게 이루어질 수 있도록 골절된 뼈와 피접합부(B2)를 고정하는 역할을 하는 인공보철물(100)이다.

여기서, 상기 골절된 뼈를 제1 천연뼈(B1)라고 정의할 때, 상기 피접합부(B2)는 상기 제1 천연뼈(B1)에 골유합되는 인공뼈이거나, 또는 상기 제1 천연뼈(B1)의 골절부분(C)의 형상에 대응되는 형상을 구비하는 제2 천연뼈일 수 있다.

구체적으로, 상기 인공보철물(100)(즉, 내고정 부목(200))은, 골절된 제1 천연뼈(B1) 중 골절부분(C)의 둘레 및 상기 제1 천연뼈(B1)와 접합할 피접합부(B2)의 둘레에 함께 고정되는 적어도 하나 이상의 신장형 부재(210)와, 상기 적어도 하나 이상의 신장형 부재(210)를 상기 제1 천연뼈(B1) 및 상기 피접합부(B2) 각각에 결합시키는 결합부재와, 상기 신장형 부재(210)가 복수 개인 경우 상기 신장형 부재(210)들을 상기 제1 천연뼈(B1) 및 상기 피접합부(B2)의 둘레방향으로 연결하는 연결부재(220)를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 신장형 부재(210)의 두께방향(즉, 종단면)을 기준으로, 상기 신장형 부재(210)는 상기 제1 천연뼈(B1)와 상기 피접합부(B2)의 외부 표면에 직접 접촉하여 골유합 과정이 진행되어 고정되는 내측면(211)을 포함한다. 그리고, 상기 신장형 부재(210)는 상기 신장형 부재(210)의 외형을 형성하는 본체부(210a)와, 상기 본체부(210a)의 표면(즉, 내측면(211)) 중 적어도 일부분에 구비되는 인체유합 표면부(300)를 포함한다.

여기서, 예를 들어, 상기 피접합부(B2)가 인공뼈인 경우, 상기 인체유합 표면부(300)는 상기 신장형 부재(210)의 내측면(211) 중 상기 제1 천연뼈(B1)(즉, 상기 제1 천연뼈(B1)의 외측 둘레면)와 접촉하는 부분에 구비된다.

다만, 상기 피접합부(B2)가 제2 천연뼈(예를 들어, 골절전 상기 제1 천연뼈(B1)와 맞닿아 있었던 천연뼈, 또는 환자의 다른 부위에서 획득된 천연뼈 등)인 경우, 상기 인체유합 표면부(300)는 상기 신장형 부재(210)의 내측면(211) 중 상기 제2 천연뼈(즉, 상기 제2 천연뼈의 외측 둘레면)와 접촉하는 부분에 더 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 본체부(210a)와 상기 인체유합 표면부(300)는 별도의 공정으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 상기 본체부(210a)와 상기 인체유합 표면부(300)는 하나의 공정으로 일체형으로 형성될 수도 있다.

상기 인체유합 표면부(300)는 복수 개의 미세 홈(310)으로 이루어진 다공성 표면구조를 구비하고, 이로 인해 상기 인체유합 표면부(300)는 새로운 골세포의 생성 표면적 및 골유합 표면적을 현저히 증가시킬 수 있다. 상기 인체유합 표면부(300)에 대한 구체적인 설명은 이하에서 도 4 내지 도 11을 참고하여 보다 구체적으로 기술하기로 한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인공보철물(100)에 대한 개략적인 사시도 및 부분 확대 종단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인공보철물(100)은 인공보철물(100)의 일 예인 인공뼈로서, 양단부에 구비되어 천연뼈에 유합되는 제1 골유합부(102) 및 제2 골유합부(103)와, 상기 제1 골유합부(102)와 상기 제2 골유합부(103)를 연결하는 지지부재(104)를 포함한다.

여기서, 상기 제1 골유합부(102) 및 상기 제2 골유합부(103) 중 적어도 하나 이상의 골유합부는 상기 인공뼈(즉, 제1 골유합부(102) 및/또는 제2 골유합부(103))의 외형을 형성하는 본체부(101)와, 상기 본체부(101)의 표면에 구비되는 인체유합 표면부(300)를 포함한다.

이때, 상기 본체부와 상기 인체유합 표면부(300)는 별도의 공정으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 상기 본체부와 상기 인체유합 표면부(300)는 하나의 공정으로 일체형으로 형성될 수도 있다.

상기 인체유합 표면부(300)는 복수 개의 미세 홈(310)으로 이루어진 다공성 표면구조를 구비하고, 상기 다공성 표면구조는 상기 본체부의 외부 표면을 전체적으로 또는 일정 면적 이상 덮도록 구비된다. 이로 인해, 상기 인체유합 표면부(300)는 새로운 골세포의 생성 표면적 및 골유합 표면적을 현저히 증가시킬 수 있다. 상기 인체유합 표면부(300)에 대한 구체적인 설명은 이하에서 도 4 내지 도 11을 참고하여 보다 구체적으로 기술하기로 한다.

도 3에서는 인공뼈만을 도시하였으나, 추가 실시예에 따른 인공보철물(100)은 척추뼈를 대체하여 삽입되는 척추간 케이지일 수도 있고, 이 경우 상기 제1 골유합부(102) 및 상기 제2 골유합부(103)는 상기 척추간 케이지의 상부면 및 하부면에 대응되며, 상기 척추간 케이지의 상부면 및 하부면 또한 케이지의 외형을 형성하는 본체부와, 상기 본체부의 표면에 구비되는 인체유합 표면부(300)를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 도 1 내지 도 3에서 전술한 인공보철물(100)들은 생체적합성 금속(예를 들어, 티타늄, 티타늄합금, 크롬합금 등), 생체적합성 폴리머(예를 들어, PEEK 또는 PAEK) 및 세라믹 중 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다.

그리고, 바람직하게는, 상기 인체유합 표면부(300)에는 골세포 생성 유도 물질 또는 골세포 생성 촉진 물질이 표면처리되어 있을 수 있다.

이하에서는, 도면을 참고하여 인체유합 표면부(300)에 대하여 보다 구체적으로 기술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이고, 도 5는 도 4의 제1 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이고, 도 6은 도 4의 제2 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이고, 도 7은 도 4 내지 도 6에 대한 개략적인 부분 확대 평면도이고, 도 8은 도 4의 제3 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이고, 도 9는 도 4의 제4 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)에 대한 개략적인 부분 확대 종단면도이고, 도 10은 도 9에 대한 개략적인 부분 확대 평면도이고, 도 11은 도 9의 변형 실시예에 대한 개략적인 부분 확대 평면도이고, 도 12a 및 도 12b는 본 발명의 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부에 대한 개략적인 종단면도이다.

도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 인체유합 표면부(300)는 복수 개의 미세 홈(310)으로 이러우진 다공성 표면구조를 구비하며, 인체의 천연뼈(예를 들어, 척추뼈의 상부면 및/또는 하부면, 또는 골절된 천연뼈의 골절부분(C) 둘레면 등)와 직접 접촉 및/또는 골유합하는 부분이다.

본 발명에 따르면, 상기 미세 홈(310) 각각은 유입용 개구부(311)와, 상기 유입용 개구부(311)의 하부(도 4 기준)에서 상기 유입용 개구부(311)와 연통되는 세포충진부(312)를 포함한다.

상기 유입용 개구부(311)는 천연뼈로부터 생성 및/또는 성장된 새로운 골세포 또는 골조직이 미세 홈(310) 내부로 유입될 수 있도록 하는 입구이며, 상기 세포충진부(312)는 상기 인체유합 표면부(300)의 내측 두께방향으로 형성되며 상기 유입용 개구부(311)를 통하여 유입된 새로운 인체세포(즉, 새로운 골세포 또는 골조직)가 성장 및 충진되는 공간을 형성한다.

바람직하게는, 상기 유입용 개구부(311)는 0.5 mm 내지 3 mm의 직경을 구비할 수 있다.

상기 세포충진부(312)의 적어도 일부분에는, 상기 인체유합 표면부(300)의 내측 두께방향으로 형성되는 역구배 측면부(313)가 구비된다.

이때, 역구배 측면부(313)란 세포충진부(312)의 측면부 중에서 내측 두께방향으로 갈수록 상기 세포충진부(312)의 대향되는 내측면(312a)들 사이의 거리가 점차 커지는 부분(즉, 상기 세포충진부(312)의 횡단면 폭(W)이 점차 증가하는 부분)을 의미한다.

상기 역구배 측면부(313)는 상기 세포충진부(312)에서 상기 역구배 측면부(313)가 위치하는 부분(또는 높이에서)의 횡단면적이 상기 유입용 개구부(311)의 횡단면적보다 크도록 형성된다.

도면에 도시된 바와 같이, 역구배 측면부(313)의 종단면 형상은 볼록한 곡선 형상이며, 상기 역구배 측면부(313)의 종단면은 세포충진부(312) 전체를 기준으로 할 때 상기 세포충진부(312)의 내측면(312a)에서 서로 마주하는 한 쌍의 볼록한 곡선 형상을 구비한다.

도면에 도시되진 않았지만, 변형 실시예로서, 상기 역구배 측면부(313)의 종단면 형상은 마주하는 한 쌍의 직선 형상(즉, 역 테이퍼(reverse tapered) 형상)이거나, 또는 마주하는 한 쌍의 오목한 곡선 형상일 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 역구배 측면부(313)를 구비하는 세포충진부(312)의 종단면은 전체적으로 상기 유입용 개구부(311)로부터 내측 두께방향으로 형성되는 항아리 형상을 구비할 수 있다. 이때, 이러한 항아리 형상의 세포충진부(312) 중 최외곽 폭(W) 부분(또는 높이)의 상부부분이 역구배 측면부(313)를 형성하게 된다.

도면에 도시되진 않았지만, 변형 실시예로서, 상기 세포충진부(312)는 역구배 측면부(313)의 최하부 부분에서 평평한 평면부를 구비하여 전체적으로 도브테일 조인트(dovetail joint)와 동일한 또는 유사한 형상의 종단면 형상을 구비할 수 있다.

이렇게, 상기 인체유합 표면부(300)가 미세 홈(310)을 구비함으로써, 인공보철물(100)과 상기 인공보철물(100)이 골유합되는 인체의 천연뼈 사이의 골유합 표면적을 현저히 향상시킬 수 있고, 이로 인해 인공보철물(100)과 천연뼈 사이의 골유합 결합력 및/또는 고정력을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 인체유합 표면부(300)가 역구배 측면부(313)를 구비함으로써, 인공보철물(100)과 천연뼈가 골유합된 부분에 인장력이 작용할 때 새롭게 생성되어 세포충진부(312) 내에 충진된 후 고체화된 새로운 골세포 또는 골조직에 대해 상기 역구배 측면부(313)가 걸림턱 기능을 수행하게 되므로, 골유합 결합력 및/또는 고정력을 현저히 향상시킬 수 있다.

도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)의 세포충진부(312)는 내측면(312a)에서 복수 개의 극미세요철부(315)를 구비한다.

그리고, 상기 극미세요철부(315)는 블라스팅(blasting) 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 상기 블라스팅 공정은 예를 들어 샌드 블라스팅(sand blasting) 공정일 수 있다. 물론, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 극미세요철부(315)를 형성할 수 있는 공정이라면 어떠한 공정이라도 적용가능하다.

이렇게, 극미세요철부(315)를 세포충진부(312)의 내측면(312a)에 형성함으로써, 인공보철물(100)과 상기 인공보철물(100)이 골유합되는 인체의 천연뼈 사이의 골유합 표면적을 보다 더 증가시킬 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)는 상기 세포충진부(312)의 최외곽 폭(W)이 상기 세포충진부(312)의 깊이(t)보다 크도록 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)의 세포충진부(312)는 전체적으로 가로방향이 장방향인 타원형상의 종단면 형상을 구비할 수 있다.

본 실시예에 따를 경우, 상기 역구배 측면부(313)가 더 길고 넓게 형성될 수 있으므로, 세포충진부(312)에 충진된 새로운 골세포 또는 골조직에 대해 더 넓은 걸림턱 면적을 확보할 수 있으므로, 인공보철물(100)과 천연뼈 사이의 골유합 결합력 및/또는 고정력을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제3 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)의 미세 홈(310)(또는 세포충진부(312))들은 하나의 미세 홈(310)과 상기 하나의 미세 홈(310)에 이웃한 다른 하나의 미세홈을 하나의 쌍을 이루도록 구성되고, 이렇게 쌍을 이루는 상기 하나의 미세 홈(310)과 상기 다른 하나의 미세 홈(310)은 세포충진부(312)가 서로 연통되도록 구성된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 인체유합 표면부(300)는 미세 홈(310)이 2개씩 서로 연통되도록 구성된다. 물론, 이를 응용하여, 상기 인체유합 표면부(300)는 미세 홈(310)이 3개 이상씩 서로 연통되도록 구성될 수도 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제3 추가 실시예에 따른 인체유합 표면부(300)의 미세 홈(310)(또는 세포충진부(312))들은 전체적으로, 하나의 미세 홈(310)의 세포충진부(312)와 상기 하나의 미세 홈(310)에 이웃하는 다른 하나의 미세 홈(310)의 세포충진부(312)와 연통되도록 구성된다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이 복수 개의 미세 홈(310)의 세포충진부(312)가 행(行)방향으로 서로 연통되어 상기 세포충진부(312) 내에 충진된 새로운 골세포 또는 골조직이 세포충진부(312)의 연통부분을 통하여 서로 체인 방식으로 연결될 수 있다.

또는 변형 실시예로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 복수 개의 미세 홈(310)의 세포충진부(312)가 행(行)방향 및 열(列)방향으로 서로 연통되어 상기 세포충진부(312) 내에 충진된 새로운 골세포 또는 골조직이 세포충진부(312)의 연통부분을 통하여 서로 그물망 방식으로 연결될 수 있다.

여기서, 역구배 측면부(313)의 면적을 최대한 확보하기 위하여, 상기 하나의 미세 홈(310)의 세포충진부(312)와 상기 다른 하나의 미세 홈(310)의 세포충진부(312)는, 각각의 역구배 측면부(313)의 최외곽 폭 부분에서 연통되는 것이 바람직하다.

이렇게, 적어도 일부분에서 또는 전체적으로 세포충진부(312)를 연통시킴으로써, 인체유합 표면부(300)에 미세 홈(310) 및 역구배 측면부(313)를 보다 더 넓은 면적으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 2차적으로 이웃하는 미세 홈(310) 내의 새로운 골세포들 또는 골조직들이 세포충진부(312) 내부에서 서로 연결됨으로써 인공보철물(100)과 천연뼈 사이의 골유합 결합력 및/또는 고정력을 한층 더 증가시킬 수 있다. 물론, 이때 도 8의 인체유합 표면부(300)보다는 도 9의 인체유합 표면부(300)가, 그리고 도 9의 인체유합 표면부(300)보다는 도 10의 인체유합 표면부(300)가 더 큰 인공보철물(100)과 천연뼈 사이의 골유합 결합력 및/또는 고정력을 가진다.

또한, 추가 실시예로서, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 상기 인체유합 표면부의 세포충진부 내부에는, 골유합 유도물질이 기설정된 부피만큼 충진되는 것이 바람직하다.

상기 골유합 유도물질은 인공보철물이 인체 내에 안착된 후 인공보철물과 인체의 천연뼈 사이에 골조직 또는 골세포의 생성을 촉진 및/또는 유도하는 물질이다. 상기 골유합 유도물질은 예를 들어 티타늄, 하이드록시아파타이트(HA; Hydroxyapatite), β-TCP(β-tricalcium phosphate), 골형성단백질(BMP; Bone Morphogenetic Protein) 및 탈회골기질(DBM; Demineralized Bone Matrix) 중 적어도 하나 이상의 물질로 구성된다. 상기 골유합 물질은 분말상태 또는 젤 상태로 상기 세포충진부에 충진된다.

상기 골유합 유도물질의 상기 기설정된 부피는 상기 세포충진부의 전체 부피 및/또는 상기 세포충진부의 유입용 개구부의 직경에 따라 결정되는 것이 바람직하다.

전술한 바에 의하면, 본 발명은 인공보철물의 표면에 다공성 표면구조를 구비함으로써, 인공보철물과 상기 인공보철물이 골유합되는 인체의 천연뼈 사이의 골유합 표면적을 현저히 향상시킬 수 있고, 이로 인해 인공보철물과 천연뼈 사이의 골유합 결합력 및/또는 고정력을 현저히 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

100 : 인공보철물
200 : 내고정 부목
300 : 인체유합 표면부
310 : 미세 홈
311 : 유입용 개구부
312 : 세포충진부
313 : 역구배 측면부
315 : 미세요철부

Claims

인체에 적용되는 인공보철물로서,
상기 인공보철물의 외형을 형성하는 본체부와;
상기 본체부의 외부 표면을 덮도록 구비되고, 복수 개의 미세 홈으로 이루어진 다공성 표면구조를 구비하며, 상기 인체의 천연뼈와 접촉 및 유합하는 인체유합 표면부;를 포함하고,
상기 미세 홈 각각은,
상기 인체유합 표면부의 외측에 형성되는 유입용 개구부와,
상기 유입용 개구부와 연통되고, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 형성되며 인체세포가 성장 및 충진되는 공간인 세포충진부를 포함하며,
상기 세포충진부는,
상기 유입용 개구부에 인접하여, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 갈수록 상기 세포충진부의 대향되는 내측면들 사이의 거리가 점차 커지는 부분인 역구배 측면부를 포함함으로써, 상기 역구배 측면부가 걸림턱 기능을 수행할 수 있도록 상기 역구배 측면부가 위치하는 부분의 횡단면적이 상기 유입용 개구부의 횡단면적보다 크도록 형성되어 상기 유입용 개구부로부터 내측 두께 방향으로 항아리 형상 또는 도브 테일 조인트 형상의 종단면 형상을 구비하며,
내측면에 블라스팅 공정과 같은 방식으로 형성된 복수 개의 극미세 요철부를 구비하도록 구성되는 한편,
상기 복수 개의 미세 홈들은, 하나의 미세 홈의 세포충진부와 상기 하나의 미세 홈에 이웃하는 다른 하나의 미세 홈의 세포충진부가 각각의 역구배 측면부 최외곽 폭 부분에서 행(行) 및 열(列) 방향으로 연결된 그물망 방식으로 상호 연통되도록 구성된 것을 특징으로 하는 인공보철물.
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제1항에 있어서,
상기 유입용 개구부는 0.5 내지 3 mm의 직경을 구비하는 것을 특징으로 하는 인공보철물.
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제1항에 있어서,
상기 인공보철물은, 티타늄, 크롬합금과 같은 생체적합성 금속, PEEK와 같은 생체적합성 폴리머 및 세라믹 중 하나 이상의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공보철물.
제1항, 제5항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세포충진부 내부에는 티타늄, 하이드록시아파타이트(HA; Hydroxyapatite), β-TCP(β-tricalcium phosphate), 골형성단백질(BMP; BoneMorphogenetic Protein) 및 탈회골기질(DBM; Demineralized Bone Matrix) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 골유합 유도물질이 기설정된 부피만큼 충진되는 것을 특징으로 하는 인공보철물.
골절된 뼈를 치료하기 위해 골절된 뼈를 둘러싸서 고정하는 골절치료용 내고정 부목으로서,
골절된 제1 천연뼈의 둘레 및 상기 제1 천연뼈와 접합할 피접합부의 둘레에 함께 고정되는 신장형 부재와;
상기 신장형 부재를 상기 제1 천연뼈 및 상기 피접합부 각각에 결합시키는 결합부재와;
상기 신장형 부재의 내측면 중 상기 제1 천연뼈와 접촉하는 부분에 구비되고, 복수 개의 미세 홈으로 이루어진 다공성 표면구조를 구비하며, 상기 제1 천연뼈와 접촉 및 유합하는 인체유합 표면부;를 포함하고,
상기 미세 홈 각각은,
상기 인체유합 표면부의 외측에 형성되는 유입용 개구부와, 상기 유입용 개구부와 연통되고, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 형성되며 인체세포가 성장 및 충진되는 공간인 세포충진부를 포함하며,
상기 세포충진부는, 상기 유입용 개구부에 인접하여, 상기 인체유합 표면부의 내측 두께방향으로 갈수록 상기 세포충진부의 대향되는 내측면들 사이의 거리가 점차 커지는 부분인 역구배 측면부를 포함함으로써, 상기 역구배 측면부가 걸림턱 기능을 수행할 수 있도록 상기 역구배 측면부가 위치하는 부분의 횡단면적이 상기 유입용 개구부의 횡단면적보다 크도록 형성되어 상기 유입용 개구부로부터 내측 두께 방향으로 항아리 형상 또는 도브 테일 조인트 형상의 종단면 형상을 구비하며,
내측면에 블라스팅 공정과 같은 방식으로 형성된 복수 개의 극미세 요철부를 구비하도록 구성되는 한편,
상기 복수 개의 미세 홈들은, 하나의 미세 홈의 세포충진부와 상기 하나의 미세 홈에 이웃하는 다른 하나의 미세 홈의 세포충진부가 각각의 역구배 측면부 최외곽 폭 부분에서 행(行) 및 열(列) 방향으로 연결된 그물망 방식으로 상호 연통되도록 구성된 것을 특징으로 하는 골절치료용 내고정 부목.
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