KR101794177B1 - 비구 컵 및 컵 삽입물의 규정된 후방 측 충돌에 의한 고관절 보철물들용 세라믹 컵 삽입물들의 파괴 하중의 증가 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고관절 보철물(12)을 위한 비구 컵(4) 및 컵 삽입물(3)에 관한 것이며, 컵 삽입물(3)는 2 개의 구성요소들(3, 4)의 적도 구역 내의 원뿔형 클램핑 장치의 클램핑 콘(5)에 의해 비구 컵에 결합되고, 컵 삽입물(3)의 하중을 받지 않은 상태에서, 갭(8)이 극(6)으로 클램핑 콘(5)아래에 2 개의 구성요소들(3, 4)사이에 제공되고, 상기 갭은 2 개의 구성요소들(3, 4)의 반경방향 외형들에 의해 범위가 정해진다. 컵 삽입물의 인장 응력들을 감소시키기 위해, 2 개의 구성요소들(3, 4)의 반경방향 외형들은, 하부 콘 단부(9)로부터 시작하여 극(6)까지, 동일한 배열로 동일한 기하학적 요소들을 갖고, 접선 또는 실질적으로 접선 천이부들이 기하학적 요소들 사이에 존재한다.

Description

비구 컵 및 컵 삽입물의 규정된 후방 측 충돌에 의한 고관절 보철물들용 세라믹 컵 삽입물들의 파괴 하중의 증가{INCREASING THE BREAKING LOAD OF CERAMIC CUP INSERTS FOR HIP JOINT PROSTHESES BY A DEFINED BACK SIDE COLLISION OF THE CUP INSERT AND ACETABULAR CUP}

본 발명은 고관절 보철물을 위한 힙 소켓(hip socket) 및 소켓 삽입물에 관한 것이며, 소켓 삽입물는 2 개의 구성요소들의 적도 구역(equatorial region)에서 원뿔형 클램핑 연결부의 클램핑 콘(cone)에 의해 힙 소켓에 결합되고, 클램핑 콘 아래에 2 개의 구성요소들 사이에서 극(pole) 까지 갭이 생기고, 이 갭은 2 개의 구성요소들의 반경방향 외형들에 의해 범위가 정해진다.

다양한 재료들이 최근의 고관절 보철물들을 위한 생체에 적합하고, 낮은 마모의 베어링을 달성하기 위해 사용된다. 종래 기술에 따른 소위 경질-경질 접합(hard-hard pairing)들이 환자의 긴 기간의 신뢰할 수 있는 관리(care)를 위해 가장 적합하다. 이러한 접합들에서, 힙 스템(stem) 상에 장착된 볼 헤드 뿐만 아니라 힙 소켓 내에 장착되는 소켓 삽입물는 기술적 의미의 경질 재료로 만들어진다. 세라믹-세라믹 및 금속-금속 접합들이 현재 사용된다. 현재의 연구들은 또한 세라믹-금속 접합의 임상 효과들을 조사한다.

의사에게 환자를 위한 최적의 슬라이드 접합을 수술 중에 선택하는 기회를 제공하기 위해, 최근의 고관절 보철물들은 모듈형 설계를 갖는다(도 1 참조). 임플란트들은 일반적으로 볼 헤드(2)에 결합되는 섕크(1), 그리고 소켓 삽입물(3)에 결합되는 힙 소켓(4)으로 구성된다. 섕크 및 힙 소켓은 일반적으로 금속 합금들로 만들어지고, 각각 대퇴골(femur)과 반골(pelvic bone) 안으로의 내부 성장물에 의해 신체에 합쳐진다. 섕크 및 힙 소켓은, 각각 볼 헤드 및 소켓 삽입물를 위한 지지부들이다. 볼 헤드는 하나의 자유도를 가지고 소켓 삽입물의 구형 리세스 내에 회전 가능하게 지지된다.

소켓 삽입물와 힙 소켓 사이의 결합은 플라스틱과 같은 적합 재료의 삽입 없이 직접 결합에 의해, 그리고 대개는, 원뿔형 클램핑 연결에 의해 달성된다. 이에 관한 접근은, 예컨대 EP 0 649 641, EP 0 826 347, 및 DE 196 54 409 에서 설명된다. 구성요소들은 보통 소위 힙 소켓의 적도 구역 내에 위치되는 클램핑 콘에 의해 결합된다. 용어 "적도"의 도시를 위해, 도 2, 도면 부호 5 를 참조한다. 소위 구성요소들의 극 구역에서는 접촉이 없고; 대신, 상당한 갭이 이 구역 내의 구성요소들의 접촉을 회피하기 위해 제공된다(EP 0 649 641, 도 1, 및 EP 0 826 347, 도 1 내지 도 4 참조). 용어 "극"의 도시를 위해, 도 2, 도면 부호 6 을 참조한다.

소켓 삽입물의 후방 측 구역(극까지의 클램핑 콘 아래의 기하학적 영역) 내의 구성요소들의 접촉을 회피해야 하는 필요는 이하의 내용을 기본으로 한다:

1. 소켓 삽입물 상의 하중은 힙 소켓 안으로의 소켓 삽입물의 미세한 하중 의존 함몰(sinking)을 야기한다. 접촉이 후방 측 구역 내의 구성요소들 사이에 조기에 발생한다면, 이는 클램핑 콘 상의 하중의 경감을 초래한다. 그 결과, 결합의 클램핑력은 더 증가하지 않으며, 오히려 가능한 최저 레벨로 남아있게 된다. 인장력들이 그 후 볼 헤드와 소켓 삽입물 사이의 접착에 의해 소켓 삽입물로 전달된다면, 소켓 삽입물는 힙 소켓으로부터 상승될(lifted) 수 있다.

결합의 이러한 불량은 최종적으로 생체 내의 보철 시스템의 고장을 유도할 수 있다.

다른 한편, 구성요소들 사이에 충분한 갭이 있다면, 클램핑력은 소켓 삽입물 상의 하중의 증가에 의해 방해 없이 증가하고, 따라서 구성요소들의 적절한 클램핑을 보장한다.

2. 구성요소들 사이의 접촉이 후방 측 구역 내에 발생한다면, 접촉이 특정한 지점들에서 일어나지 않고, 오히려 표면 영역에 걸쳐 일어나는 것이 보장되어야만 한다. 점 접촉은 응력의 국부적인 증가를 초래하고 이는 과하중 및 조기 고장을 유도한다. 하지만, 표면 접촉은 나타낸 기하학적 형상들에 대하여 보장될 수 없다.

허용 가능한 공차들의 범위 내에서 언제든 가능한, 경미한 기하학적 편차들, 뿐만 아니라 비대칭적 하중들 등에 의한 힙 소켓 내의 미세한 기울어짐은 점 접촉들을 초래하고, 따라서 조기 고장을 초래한다. 몇몇의 연구들은 후방 측 구역 내의 제어된 표면 접촉이 본 기하학적 형상들에 의해서 가능하지 않은 것을 나타내었다.

설명된 문제들을 회피 또는 해결하면서, 구성요소들의 제어된 후방 측 접촉이 소켓 삽입물 내의 인장 응력들의 감소를 초래하고, 세라믹 소켓 삽입물들이 사용될 때 특히 긍정적인 효과를 갖는 것으로 추정된다. 소켓 삽입물들의 파괴 하중은 따라서 상당히 증가될 것이다. 금속 합금으로 만들어진 소켓 삽입물들이 사용될 때, 응력들의 감소가 더 적은 변형을 초래하는 것이 예상된다. 이는 슬라이딩 표면들의 하중 유도된 형상 편차의 감소 및 슬라이딩 파트너들의 마모의 감소를 초래할 수 있다.

몇몇의 연구들은 이러한 또는 유사한 기하학적 형상을 갖는 구성요소들 사이의 후방 측 갭에 대한 필요를 강조한다.

본 발명의 목적은 소켓 삽입물 내의 인장 응력들의 감소가 달성되는 방식으로 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 고관절 보철물을 위한 힙 소켓 및 소켓 삽입물를 개선하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 제 1 항의 특징부에 의해 달성된다.

하부 콘 단부로부터 시작하여 극까지의, 동일한 배열로 동일한 기하학적 요소들을 갖는 2 개의 구성요소들의 반경방향 외형들, 그리고 기하학적 요소들 사이에서 발생하는 접선 또는 실질적으로 접선 천이부들의 결과, 소켓 삽입물 내의 인장 응력들의 감소가 달성된다.

하나의 바람직한 실시예에서, 갭은 초기의 갭이며 이는 소켓 삽입물의 하중을 받지 않은 상태에서 가장 크고, 하중이 소켓 삽입물에 인가될 때 감소하고, 적어도 부분적으로는 특정 하중 이상에서 폐쇄되어, 구성요소들의 접촉이 또한 클램핑 콘 아래에서 발생한다. 소켓 삽입물의 파괴 하중은 따라서 제어된 후방 측 접촉에 의해 상당히 증가된다.

콘 근처의 구역 내의 소켓 삽입물의 하중을 받지 않은 상태의 구성요소들 사이의 초기의 갭의 폭은 바람직하게는 극의 구역 내의 갭의 폭보다 더 적거나 또는 동일하다.

대안적으로는, 소켓 삽입물의 하중을 받지 않은 상태의 구성요소들 사이의 초기 갭의 폭은, 콘 근처의 구역으로부터 시작하여 극까지 연속적으로 증가한다.

힙 소켓은 바람직하게는 금속으로 만들어지고 얇은 벽들을 가지며, 따라서 특히 가요성 설계를 갖는다. 그 결과, 하중이 소켓 삽입물에 인가될 때 힙 소켓은 확장할 수 있고, 클램핑 콘 상의 소켓 삽입물는, 특정 하중 이상에서, 구성요소들의 접촉이 또한 클램핑 콘 아래에서 발생할 때까지 힙 소켓의 내부 안으로 슬라이드할 수 있다.

소켓 삽입물는 유리하게는 세라믹으로 만들어질 수 있고, 바람직하게는 산화 알루미늄 세라믹 또는 산화 알루미늄 또는 산화 지르코늄을 기반으로 하는 혼합형 세라믹들, 또는 질화규소 세라믹으로 만들어질 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 정확하게 힙 소켓의 내부 기하학적 형상과 동일한, 소켓 삽입물의 후방 측은 볼 구체(sphere)의 일부분의 설계를 갖는다.

하나의 실시예에서, 클램핑 콘을 제외하고, 소켓 삽입물의 후방 측의 반경 R_{삽입물 후방 측}(R_ER)은 힙 소켓의 내부 기하학적 형상의 반경 R_{소켓 극}(R_PP)보다 더 크거나 이와 동일하다.

클램핑 콘과 볼 구체 사이의 천이부에서, 소켓 삽입물의 후방 측의 곡면부 반경(R_{삽입물 곡면부})은 바람직하게는 힙 소켓의 내부 기하학적 형상의 곡면부 반경(R_{소켓 곡면부})과 동일하다.

하나의 바람직한 실시예는, 클램핑 콘과 볼 구체 사이의 천이부에서, 각각의 경우 곡면부 반경이 존재하고, R_{삽입물 후방 측}(R_ER)은 R_{소켓 극}(R_PP)과 대략 동일하고, R_{삽입물 곡면부}(R_EV)는 R_{소켓 곡면부}(R_PV)보다 더 크고, 소켓 삽입물는 산화 알루미늄 혼합형 세라믹으로 만들어지고, 힙 소켓은 얇은 벽형 금속 소켓이다.

이하의 접근은 상기 설명된 문제들을 회피하기 위해 그리고 소위 제어된 후방 측 접촉, 또는 또한 "제어된 후방 접촉"을 달성하기 위해 제안된다.

소켓 삽입물의 후방 측 기하학적 형상 및 힙 소켓의 내부 기하학적 형상은

ㆍ 하부 콘 단부로부터 시작하여 특별한 구성요소의 극으로의, 반경방향 외형 상에서, 단지 접선 또는 실질적으로 접선 천이부들이 기하학적 요소들 사이에서 발생하는 방식으로,

ㆍ 하부 콘 단부로부터 시작하여 극으로의, 연관된 구성요소들의 반경방향 외형들은 단지 동일한 기하학적 요소들을 갖고, 치수들은 반드시 동일할 필요는 없는 방식으로,

ㆍ 콘 근처의 구역 내의, 구성요소들 사이의 초기의, 즉 하중을 받지 않은 상태의 갭은 극의 구역 내의 갭보다 더 작거나 또는 동일한 방식으로,

서로에 대하여 조정된다.

본 발명은 3 개의 도면들을 참조하여 이하에 더욱 상세하게 설명된다.

도 1 은, 모듈형 설계를 갖는, 종래 기술에 따른 고관절 보철물(12)을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3 은 고관절 보철물(12)을 위한 본 발명을 따른 소켓 삽입물 및 힙 소켓의 하나의 바람직한 실시예를 도시하는 도면이다.

도 1 은, 모듈형 설계를 갖는, 종래 기술에 따른 고관절 보철물(12)을 나타내는 도면이다. 고관절 보철물(12)은 볼 헤드(2)에 결합되는 섕크(1) 그리고 소켓 삽입물(3)에 결합되는 힙 소켓(4)으로 구성된다. 섕크(1) 및 힙 소켓(4)은 일반적으로 금속 합금들로 만들어지고, 각각 대퇴골과 반골 안으로의 내부 성장물에 의해 신체에 합쳐진다. 섕크 및 힙 소켓은, 각각 볼 헤드(2) 및 소켓 삽입물(3)를 위한 지지부들이다. 볼 헤드(2)는 하나의 자유도를 가지고 소켓 삽입물(3)의 구형 리세스 내에 회전 가능하게 지지된다.

도 2 및 도 3 은 고관절 보철물(12)을 위한 본 발명을 따른 소켓 삽입물 및 힙 소켓의 하나의 바람직한 실시예를 도시하는 도면이다. 소켓 삽입물(3)는 클램핑 콘(5)에 의해 힙 소켓(4) 내에 고착된다. 적도 구역은 참조 부호 7 로 나타내고, 극은 참조 부호 6 으로 나타낸다. 이러한 실시예에서, 소켓 삽입물(3)의 후방 측 기하학적 형상 및 힙 소켓(4)의 내부 기하학적 형상은 볼 구체들 또는 볼 구체들의 일부분들로서 설계된다. 클램핑 콘(5)으로의 천이부에서, 각각의 경우 곡면부(R_EV 및 R_PV)가 있다. 소켓 삽입물(3)의 후방 측(11)의 볼 구체의 반경 R_{삽입물 후방 측}(R_ER)은 힙 소켓(4)의 내부 기하학적 형상의 반경 R_{소켓 극}(R_PP)보다 미세하게 더 크다. 소켓 삽입물(4)의 곡면부 반경 R_{삽입물 곡면부}(R_EV)은 힙 소켓(4)의 내부 기하학적 형상의 곡면부 반경 R_{소켓 곡면부}(R_PV)과 동일하다. 구성요소들(3, 4) 사이의 결과적인 갭(8)은, 하부 콘 단부(9)에 가까운 구역으로부터 시작하여 구성요소들(3, 4)의 극(6)으로 증가한다. 갭(8)의 폭은 참조 부호 10 으로 나타낸다.

Claims (10)

1. 고관절 보철물(12)을 위한 힙 소켓(4) 및 소켓 삽입물(3)의 결합체로서,
   상기 소켓 삽입물(3)은 2 개의 구성요소들(3, 4)의 적도 구역(7) 내의 원뿔형 클램핑 연결부의 클램핑 콘(cone; 5)에 의해 상기 힙 소켓에 결합되고, 상기 소켓 삽입물(3)이 하중을 받지 않은 상태에서, 상기 클램핑 콘(5) 아래에 갭(8)이 상기 2 개의 구성요소들(3, 4) 사이에서 극(6)까지 생기고, 상기 갭은 상기 2 개의 구성요소들의 반경방향 외형들에 의해 범위가 정해지는, 힙 소켓 및 소켓 삽입물의 결합체에 있어서,
   상기 2 개의 구성요소들(3, 4)의 상기 반경방향 외형들은, 하부 콘 단부(9)로부터 시작하여 상기 극(6)까지의, 동일한 배열로 동일한 기하학적 요소들을 갖고, 접선 천이부들이 상기 기하학적 요소들 사이에 발생하고,
   상기 갭(8)은 초기 갭(8)이고, 상기 초기 갭은 상기 소켓 삽입물(3)의 하중을 받지 않은 상태에서 가장 크고, 상기 초기 갭은 하중이 상기 소켓 삽입물(3)에 인가될 때 감소하고, 상기 초기 갭은 적어도 부분적으로는 특정 하중 이상에서 폐쇄되어, 상기 구성요소들(3, 4)의 접촉이 상기 클램핑 콘(5) 아래에서 또한 발생하고,
   상기 힙 소켓(4)의 내부 기하학적 형상과 정확하게 동일한, 상기 소켓 삽입물(3)의 후방 측(11)은 볼 구체의 일부분의 설계를 갖고,
   상기 클램핑 콘(5)을 제외하고, 상기 소켓 삽입물(3)의 상기 후방 측(11)의 반경 R_{삽입물 후방 측}(R_ER)은 상기 힙 소켓(4)의 내부 기하학적 형상의 반경 R_{소켓 극}(R_PP) 이상인 것을 특징으로 하는,
   힙 소켓 및 소켓 삽입물의 결합체.
   
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 콘 근처의 구역 내의 상기 소켓 삽입물(3)이 하중을 받지 않은 상태에서 상기 구성요소들(3, 4) 사이의 상기 초기의 갭(8)의 폭은 상기 극(6)의 구역에서의 상기 갭의 폭 미만이거나 동일한 것을 특징으로 하는,
   힙 소켓 및 소켓 삽입물의 결합체.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 소켓 삽입물(3)이 하중을 받지 않은 상태에서 상기 구성요소들(3, 4) 사이의 상기 초기의 갭(8)의 폭(10)은, 상기 콘 근처의 구역으로부터 시작하여 상기 극(6)까지 연속적으로 증가하는 것을 특징으로 하는,
   힙 소켓 및 소켓 삽입물의 결합체.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 힙 소켓(4)은 금속으로 만들어지고 그리고 상기 힙 소켓(4)은, 상기 힙 소켓(4)이 가요성 설계를 가질 정도로 얇은 벽들(thin walls)을 가지는 것을 특징으로 하는,
   힙 소켓 및 소켓 삽입물의 결합체.
   
6. 제 1 항, 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소켓 삽입물(3)은 세라믹으로 만들어지는 것을 특징으로 하는,
   힙 소켓 및 소켓 삽입물의 결합체.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 클램핑 콘(5)과 상기 볼 구체 사이의 천이부에서, 상기 소켓 삽입물(3)의 상기 후방 측(11)의 곡면부 반경 R_{삽입물 곡면부}(R_EV)은 상기 힙 소켓(4)의 내부 기하학적 형상의 곡면부 반경 R_{소켓 곡면부}(R_PV)과 동일한 것을 특징으로 하는,
   힙 소켓 및 소켓 삽입물의 결합체.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑 콘(5)과 상기 볼 구체 사이의 천이부에서, 상기 소켓 삽입물(3)의 상기 후방 측(11)과 상기 힙 소켓(4)의 내부 기하학적 형상의 각각의 경우 곡면부 반경이 존재하고, R_{삽입물 후방 측}(R_ER)은 R_{소켓 극}(R_PP)과 동일하고, R_{삽입물 곡면부}(R_EV)는 R_{소켓 곡면부}(R_PV)보다 더 크고, 상기 소켓 삽입물은 산화 알루미늄 혼합형 세라믹으로 만들어지고, 상기 힙 소켓(4)은, 상기 힙 소켓(4)이 가요성 설계를 가질 정도로 얇은 벽형(thin-walled) 금속 소켓인 것을 특징으로 하는,
    힙 소켓 및 소켓 삽입물의 결합체.

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