KR102028662B1 - 고관절 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

환자의 고관절 내에 이식될 수 있는 본 발명에 따른 고관절 인공 기관이 제공되었다. 고관절 인공 기관은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역은 탄성일 수 있는 제1 재료를 포함하고, 상기 제2 영역은 탄성일 수 있는 제2 재료를 포함하며, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료보다 탄성이 클 수 있다.

Description

고관절 장치 및 방법{HIP JOINT DEVICE AND METHOD}
본 발명은 일반적으로 고관절 인공 기관(hip joint prosthesis)에 관한 것이다.
고관절 골관절염(osteoarthritis)은, 낮은 등급의 염증이, 고관절 내에서 쿠션으로서 작용하는 연골(cartilage)의 이상 마모에 의해 발생되는 고관절의 통증을 발생시키는 증후군이다. 이러한 연골의 이상 마모는 또한, 윤활액(synovial fluid)이라고 지칭되는 관절 윤활액을 감소시킨다. 고관절 골관절염은 65세 이상의 사람의 80%에 대해서 다소간의 심각한 형태로 영향을 주는 것으로 추정된다.
현재의 고관절 골관절염의 치료에는, 고관절의 윤활을 보조하고, 고관절 수술을 통해 고관절의 부분을 인공 기관으로 교체하는 것을 보조하기 위해, NSAID 약, 히알루론산(hyaluronic acid) 또는 당질코르티코이드(glucocorticoid)의 국부적 주입이 포함된다.
고관절의 부분의 교체는, 현재까지 세계적으로 매해 수많은 환자에게 수행되는 가장 일반적인 수술 중 하나이다. 가장 일반적인 방법에는, 대퇴골(femur)에 금속 인공 기관을 위치시키고, 관골구(acetabulum)에 플라스틱 보울(bowl)을 위치시키는 것이 포함된다. 이러한 수술은 둔부(hip) 및 상부 대퇴(upper thigh)에서는 측방향 절개(lateral incision)를 통해 이루어지고, 대퇴의 넙다리근막(fascia lata) 및 측방향 근육을 통해 이루어진다. 관절에 접근하기 위해, 대퇴골 및 장골(ilium)에 부착된 지지 고관절 캡슐을 관통할 필요가 있다. 다음에는 대퇴골은 골 톱(bone saw)으로 목부(neck)에서 절단되고, 인공 기관은 골 시멘트(bone cement)와 함께 또는 골 시멘트 없이 대퇴골 내에 위치된다. 관골구는 관골구 확공기(acetabular reamer)를 사용하여 약간 확장되고, 플라스틱 보울은 스크루 또는 골 시멘트를 사용하여 위치된다.
대퇴골 내에 위치되는 금속 인공 기관은 통상적으로 인간의 뼈보다 경성이어서, 많은 경우에 인공 기관이 대퇴골 뼈에 고정되는 지점에서 대퇴골 뼈를 손상시킨다. 대퇴골 뼈와 고관절 인공 기관 사이의 탄성의 차이는 또한 인공 기관의 고정에 영향을 준다. 인공 기관을 느슨하게 하면 고관절의 재수술을 필요하게 되는 가장 일반적인 이유가 되며, 인공 기관과 대퇴골 뼈 사이의 탄성의 차이는 고정 지점에 인장을 발생시켜 인공 기관이 느슨하게 되는 것을 촉진시킨다.
강성 즉 탄성이 충분하지 않은 인공 기관을 가지는 경우의 추가적 문제점은, 인공 기관이 자연적 뼈로부터 하중 지지를 완전히 떠맡아, 뼈가 수축되게 하고 새로운 뼈 조직의 형성을 감소시킨다. 궁극적으로, 이러한 프로세스는 인공 기관이 느슨하게 되는 것을 전파시킨다. 접촉 표면에서의 변형은, 추가적으로, 통상적으로 걸을 때에 신체를 통해 전파되는 충격, 또는 사람이 쓰러질 때와 같은 사고 상황에서 더욱 광범위한 변형으로부터 온다. 강성 인공 기관은 충격을 흡수하는 방식으로 작용하지 않아, 전체 충격은 인공 기관이 대퇴골 뼈에 고정되는 접촉 표면으로 전달된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 인공 기관을 뼈에 고정시키는 지점에서 뼈와 유사한 탄성 성질을 가지는 고관절 인공 기관을 제공하는 것이고, 및/또는 자연적 고관절과 유사하거나 향상된 방식으로 충격을 흡수하는 고관절 인공 기관을 제공하는 것이다.
환자의 고관절 내에 이식될 수 있는 고관절 인공 기관이 제공되었다. 고관절 인공 기관은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역은 탄성일 수 있는 제1 재료 또는 재료의 부분을 포함하고, 상기 제2 영역은 탄성일 수 있는 제2 재료 또는 재료의 부분을 포함하며, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 클 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은, 상기 고관절 인공 기관의 길이 방향 축을 따라 위치된 제1 단부 및 제2 단부를 더 포함한다. 상기 제1 단부는 상기 제1 재료 또는 재료의 부분을 포함하고, 상기 제2 단부는 상기 제2 재료 또는 재료의 부분을 포함한다. 상기 고관절 인공 기관이 환자에 이식되었을 때, 상기 고관절 인공 기관의 근위 부분은 상기 제1 단부를 포함할 수 있고, 상기 고관절 인공 기관의 원위 단부는 상기 제2 단부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은 상기 제1 단부로부터 상기 단부로 탄성이 점진적으로 커지고 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은 제3 영역, 제4 영역, 및 제5 영역을 더 포함하고, 상기 제3 영역은 제3 재료 또는 재료의 부분을 포함하며, 상기 제4 영역은 제4 재료 또는 재료의 부분을 포함하고, 상기 제5 영역은 제5 재료 또는 재료의 부분을 포함하며, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 재료 또는 재료의 부분은 정미 인력(net attractive forces)을 통해 서로 연결되어 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있으며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있으며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있으며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관이 환자에게 이식되었을 때, 상기 제1 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 최근위 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 제2 최근위 영역이며, 상기 제3 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 제3 최근위 영역이고, 상기 제4 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 제4 최근위 영역이며, 상기 제5 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 제5 최근위 영역이다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있으며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있으며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있으며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 재료 또는 재료의 부분은 모두 임의의 조합의 다른 재료 또는 동일한 재료의 다른 부분을 포함하며, 모든 재료 또는 상기 재료의 다른 부분은 모두 다른 탄성을 가진다.
고관절은, 골반 뼈의 보울형(bowl shaped) 부분인 관골구를 포함한다. 상기 고관절 인공 기관은, 연결 표면을 포함하는 연결 섹션을 더 포함할 수 있다. 상기 연결 표면은 평균 탄성을 가진 제1 표면 재료 또는 재료의 부분을 포함하고, 상기 표면은 관골구 또는 관골구의 인공 교체물과 연결될 수 있다. 상기 고관절 인공 기관은, 고정 표면을 포함하는 고정 섹션을 더 포함한다. 상기 고정 표면은, 상기 고관절 인공 기관을 환자의 대퇴골 뼈에 고정하는 것을 보조할 수 있는, 평균 탄성을 가진 제2 표면 재료 또는 재료의 부분을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 표면 재료 또는 재료의 부분의 평균 탄성은 상기 제2 표면 재료 또는 재료의 부분의 평균 탄성보다 작다.
(재료)
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은 금속을 포함할 수 있고, 상기 금속은 금속 합금일 수 있으며, 상기 합금은 강철 및/또는 생체 호환성 금속을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 마르텐사이트의 퍼센티지는 상기 제2 표면 재료 또는 재료의 부분에서보다 상기 제1 표면 재료 또는 재료의 부분에서 더 높다.
또한, 상기 고관절 인공 기관은 중합체 재료를 포함하는 것도 생각할 수 있다.
고관절 인공 기관이 제1 및 제2 재료 또는 재료의 부분을 포함하는 실시예에서, 상기 제1 및 제2 재료 또는 재료의 부분이 금속을 포함하는 것을 생각할 수 있다. 금속 재료 또는 재료의 부분은, 강철, 강철 합금, 티탄, 티탄 합금 및 생체 호환성 금속으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 금속일 수 있다. 고관절 인공 기관이 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 재료 또는 재료의 부분을 포함하는 실시예에서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 재료 또는 재료의 부분은 모두 금속 재료이며, 금속 재료는, 강철, 강철을 포함하는 합금, 티탄, 티탄 합금 및 생체 호환성 금속으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 금속일 수 있다.
(고정 섹션)
일 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은 목 대퇴골에 고정될 수 있다. 그러한 경우에, 인공 기관은 목 대퇴골 내부에서 목 대퇴골에 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 고관절 인공 기관은 대퇴골 뼈에 고정될 수 있고, 그러한 경우에, 고관절 인공 기관은 대퇴골 뼈 내부에 고정될 수 있다.
(연결 섹션)
일 실시예에 따라, 연결 섹션은, 탄화티탄일 수 있는 세라믹 재료 또는 재료의 부분을 포함한다.
(정미 인력을 통해 연결된 재료)
일 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 정미 인력을 통해 서로 연결된 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다. 제1 영역은 탄성일 수 있는 제1 재료 또는 재료의 부분을 포함하며, 상기 제2 영역은 탄성일 수 있는 제2 재료 또는 재료의 부분을 포함하고, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 클 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은, 상기 고관절 인공 기관의 상기 길이 방향 축에 위치된 제1 단부 및 제2 단부를 더 포함한다. 상기 제1 단부는 상기 제1 재료 또는 재료의 부분을 포함하고, 상기 제2 단부는 상기 제2 재료 또는 재료의 부분을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관이 환자에게 이식되었을 때, 상기 고관절 인공 기관의 근위 부분은 상기 제1 단부를 포함하고, 상기 고관절 인공 기관의 원위 단부는 상기 제2 단부를 포함한다. 또한, 상기 고관절 인공 기관은 상기 제2 단부로부터 상기 제1 단부로 탄성이 점진적으로 커지는 것을 생각할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은 제3 영역, 제4 영역, 및 제5 영역을 더 포함한다. 상기 제3 영역은 제3 재료 또는 재료의 부분을 포함하며, 상기 제4 영역은 제4 재료 또는 재료의 부분을 포함하고, 상기 제5 영역은 제5 재료 또는 재료의 부분을 포함한다. 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 재료 또는 재료의 부분은 정미 인력을 통해 서로 연결되어 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있으며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은 환자에게 이식되었을 때, 상기 제1 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 최근위 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 제2 최근위 영역이며, 상기 제3 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 제3 최근위 영역이고, 상기 제4 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 제4 최근위 영역이며, 상기 제5 영역은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 영역 중 제5 최근위 영역이다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 클 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 재료 또는 재료의 부분은 상기 제2 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크고, 상기 제2 재료 또는 재료의 부분은 상기 제3 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크며, 상기 제3 재료 또는 재료의 부분은 상기 제4 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 크고, 상기 제4 재료 또는 재료의 부분은 상기 제5 재료 또는 재료의 부분보다 탄성이 더 작을 수 있다.
고관절은, 골반 뼈의 보울형 부분인 관골구를 포함한다. 상기 실시예 중 어느 하나에 따른 상기 고관절 인공 기관은, 연결 표면을 포함하는 연결 섹션을 더 포함할 수 있다. 상기 연결 표면은 평균 탄성을 가진 제1 표면 재료 또는 재료의 부분을 포함하고, 상기 표면은 관골구 또는 관골구의 인공 교체물과 연결될 수 있다. 상기 인공 기관은, 고정 표면을 포함하는 고정 섹션을 더 포함한다. 상기 고정 표면은, 상기 고관절 인공 기관을 환자의 대퇴골 뼈에 고정하는 것을 보조할 수 있는, 평균 탄성을 가진 제2 표면 재료 또는 재료의 부분을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 표면 재료 또는 재료의 부분의 평균 탄성은 상기 제2 표면 재료 또는 재료의 부분의 평균 탄성보다 작다.
(재료)
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은 금속 합금 같은 금속을 포함할 수 있고, 상기 합금은 강철 및/또는 생체 호환성 금속을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 마르텐사이트의 퍼센티지는 상기 제2 표면 재료 또는 재료의 부분에서보다 상기 제1 표면 재료 또는 재료의 부분에서 더 높다.
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은 중합체 재료를 포함한다.
고관절 인공 기관이 제1 및 제2 재료 또는 재료의 부분을 포함하는 실시예에서, 상기 제1 및 제2 재료 또는 재료의 부분이 금속인 것을 생각할 수 있다. 금속 재료는, 강철, 강철 합금, 티탄, 티탄 합금 및 생체 호환성 금속으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 재료 또는 재료의 부분은 금속 재료일 수 있으며, 금속 재료는, 강철, 강철을 포함하는 합금, 티탄, 티탄 합금 및 생체 호환성 금속으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수 있다.
(고정 섹션)
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은 목 대퇴골에 고정될 수 있고, 상기 고정은 목 대퇴골 내부로부터 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은 대퇴골 뼈에 고정될 수 있으며, 상기 고정은 대퇴골 뼈 내로부터 이루어질 수 있다. 상기 실시예의 조합도 생각할 수 있다.
(연결 섹션)
일 실시예에 따라, 상기 연결 섹션은 탄화티탄과 같은 세라믹 재료를 포함한다. 또한, 연결 섹션의 재료가 다공성 재료인 것도 생각할 수 있다.
(굽힘 및 트위스팅)
상기 고관절 인공 기관은, 고정 섹션, 연결 섹션, 및 상기 고정 섹션과 상기 연결 섹션 사이에 위치된 중간 섹션을 포함할 수 있다. 상기 실시예 중 어느 하나에 따른 상기 고관절 인공 기관은, 힘에 노출되었을 때 곡선으로 굽혀질 수 있는 중간 섹션을 통해 탄성적으로 변형될 수 있거나, 힘에 노출되었을 때 트위스팅될 수 있는 중간 섹션을 통해 탄성적으로 변형될 수 있거나, 상기 고관절 인공 기관은, 힘에 노출되었을 때 곡선으로 굽혀지고 트위스팅될 수 있는 상기 중간 섹션을 통해 탄성적으로 변형될 수 있다.
상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은, 일 실시예에 따라, κ>2인 곡선으로 굽혀질 수 있고, 다른 실시예에 따라, κ>4인 곡선으로 굽혀질 수 있고, 또 다른 실시예에 따라, κ>8인 곡선으로 굽혀질 수 있다.
상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은, 일 실시예에 따라, (φ)>0.005π의 트위스팅의 각도까지 트위스팅될 수 있고, 다른 실시예에 따라, (φ)>0.01π의 트위스팅의 각도까지 트위스팅될 수 있으며, 또 다른 실시예에 따라, (φ)>0.02π의 트위스팅의 각도까지 트위스팅될 수 있다. 또한, 상기 중간 섹션은, 상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, κ>2인 곡선으로 굽혀지고 (φ)>0.005π의 트위스팅의 각도까지 트위스팅될 수 있는 것도 생각할 수 있다.
(방법)
상기 실시예 중 어느 하나에 따른 고관절 인공 기관을 사용하여 환자의 고관절 내의 힘을 흡수하는 방법이 더 제공되었다. 상기 방법은, 상기 고관절 인공 기관이 탄성적으로 변형되는 단계를 포함하며, 상기 고관절 인공 기관이 탄성적으로 변형되는 단계는, 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 상기 제1 영역의 상기 재료가 탄성적으로 변형되는 단계, 및 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 상기 제2 영역의 상기 재료가 상기 고관절 인공 기관의 상기 제1 영역의 상기 재료보다 덜 탄성적으로 변형되는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 상기 제1 영역의 상기 재료가 탄성적으로 변형되는 상기 단계는, 상기 재료가 대퇴골 뼈의 재료보다 더 탄성적으로 변형되는 단계를 포함하고, 상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 상기 제2 영역의 상기 재료가 상기 고관절 인공 기관의 상기 제1 영역의 상기 재료보다 덜 탄성적으로 변형되는 상기 단계는, 상기 재료가 대퇴골 뼈의 재료와 실질적으로 동일하게 탄성적으로 변형되는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 상기 제1 영역의 상기 재료가 탄성적으로 변형되는 상기 단계는, 상기 재료가 대퇴골 뼈의 재료보다 더 탄성적으로 변형되는 단계를 포함하고, 상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 상기 제2 영역의 상기 재료가 상기 고관절 인공 기관의 상기 제1 영역의 상기 재료보다 덜 탄성적으로 변형되는 상기 단계는, 상기 재료가, 상기 고관절 인공 기관을 대퇴골 뼈에 고정시키기위해 사용되는 뼈 시멘트(bone cement)와 실질적으로 동일하게 탄성적으로 변형되는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 고관절 인공 기관은, 고정 섹션, 연결 섹션, 및 상기 고정 섹션과 상기 연결 섹션 사이에 위치되는 중간 섹션을 포함한다. 상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관이 탄성적으로 변형되는 상기 단계는, 상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되고 대퇴골 뼈가 완전한 상태로 유지되는 동안에, 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 곡선으로 굽혀지는 단계, 또는 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 트위스팅되는 단계, 또는 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 굽혀지고 트위스팅되는 단계를 포함한다.
상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은, 일 실시예에 따라, κ>2인 곡선으로 굽혀지고, 다른 실시예에 따라, κ>4인 곡선으로 굽혀지고, 또 다른 실시예에 따라, κ>8인 곡선으로 굽혀진다.
상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은, 일 실시예에 따라, (φ)>0.005π의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되거나, 다른 실시예에 따라, (φ)>0.01π의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되거나, 또 다른 실시예에 따라, (φ)>0.02π의 트위스팅의 각도까지 트위스팅된다.
또한, 상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션이 κ>2인 곡선으로 굽혀지고 (φ)>0.005π의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되는 것을 생각할 수 있다. 또한, 상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션이 κ>2인 곡선으로 굽혀지고 (φ)>0.005π의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되는 것을 생각할 수 있다.
일 실시예에 따라, 이식되었을 때, 상기 고관절 인공 기관의 근위 부분은 상기 제1 단부를 포함하고, 상기 고관절 인공 기관의 원위 단부는 상기 제2 단부를 포함하며, 상기 고관절 인공 기관은 상부에서 상기 제1 단부의 표면에 경성의 덜 탄성적인 층을 더 가지고 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 단부의 상기 표면에서 상부 경성 덜 탄성적인 층의 아래에/말단에서, 상기 인공 기관은 실질적으로 탄성이 크며, 더욱 말단에서는 말단 방향에서 점진적으로 탄성이 작다.
일 실시예에 따라, 말단 방향에서 더욱 말단으로 갈수록 점진적으로 탄성이 작아지는 상기 인공 기관의 부분은, 이식되었을 때 상기 인공 기관이 대퇴골 뼈와 접촉하는 말단에서 종료되고 있다.
일 실시예에 따라, 대퇴골 뼈 내에 위치되는 상기 인공 기관의 부분은, 이식되었을 때의 말단 방향에서 더욱 말단으로 갈수록 점진적으로 탄성이 커진다.
일 실시예에 따라, 대퇴골 뼈 내에 위치되는 상기 인공 기관의 부분은, 뼈의 탄성에 가까운 탄성을 가지고 있다.
임의의 실시예 또는 실시예의 부분 및 임의의 방법 또는 방법의 부분은 임의의 방식으로 조합될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
도 1은, 종래의 고관절 수술이 수행될 때의 환자의 측면도이다.
도 2는, 수술 방법으로 절개가 이루어진 때의 환자의 정면도이다.
도 3은 절개가 복강경 방법에서 이루어질 때의 환자의 정면도이다.
도 4는 복강경(laparoscopic) 방법의 환자 및 툴의 정면도이다.
도 5는 복강경 방법이 수행될 때의 환자의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관의 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관의 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관의 상세도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관의 다른 상세도면이다.
도 10은, 대퇴골 뼈에 고정되었을 때의 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관의 상세도면이다.
도 11은, 목 대퇴골(collum femur)에 고정되었을 때의 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관의 상세도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관의 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관의 도면이다.
도 14는 고관절 인공 기관 및 고관절 인공 기관의 다른 부분의 도면이다.
도 15는 곡률을 가진 고관절 인공 기관의 도면이다.
도 15a는 비틀림이 고관절 인공 기관의 일부에 영향을 미치는 방법을 개략적으로 도시하는 도면이다.
이제 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명한다.
탄성은 탄성 방식으로 변형되는 재료의 능력으로서 이해되어야 한다.
탄성 변형은, 재료가 응력(예를 들면) 하에 변형될 때 일어나지만 응력이 제거될 때 원래의 형상으로 복귀되는 것이다. 더 탄성적인 재료는 낮은 탄성률을 가진 재료로서 이해되어야 한다. 물체의 탄성률은 탄성 변형 영역에서의 물체의 응력-변형 곡선의 기울기로서 정의된다. 탄성률은 응력/변형으로서 계산되며, 여기에서 응력은, 힘이 인가되는 영역에 의해 나누어진 변형을 발생시키는 힘이고, 변형은 응력에 발생되는 변화의 비율이다.
강성은, 인가된 힘에 의한 변형에 대한 탄성 몸체의 저항으로서 이해되어야 한다.
정미(net) 인력은, 원자 또는 분자 레벨에서 재료가 서로 연결되게 하는 인력으로서 이해되어야 한다. 이들 정미 인력은 반데르발스의 힘, 쌍극성(bipolar) 힘, 또는 공유결합 힘일 수 있다. 정미 인력을 통해 연결되는 재료는 동일한 재료, 다른 처리에 의한 동일한 베이스 재료, 또는 몇 가지 종류의 결합력을 통해 서로 고정되는 다른 재료일 수 있다.
고관절 인공 기관의 근위부(proximal part)는, 이식되었을 때에 환자에 있어서 근위하여 위치되는 부분으로서 이해되어야 한다. 따라서, 근위부는 관골구와 연결되는 연결부를 포함하는 부분이다. 원위부(distal part)는, 이식되었을 때에 환자에 있어서 말단에 위치되는 인공 기관의 부분으로서 이해되어야 한다. 원위부는, 인공 기관을 대퇴골 뼈 및/또는 목 대퇴골(collum femur)에 고정시킬 수 있는 고정부를 포함한다.
재료의 부분은, 동일한 재료의 다른 부분과 반드시 동일한 성질을 갖지 않는 재료의 부분으로서 이해되어야 하며, 예를 들면, 금속 재료의 부분은, 2개의 부분이 동일한 베이스 재료의 부분이더라도 금속 재료의 다른 부분과 다르게 경화될 수 있고, 이것은 중합체 및 세라믹 재료에 대해서도 유사하다.
생체 호환성 재료는 낮은 레벨의 면역 감응을 가진 재료로서 이해되어야 한다. 생체 호환성 재료는 종종 또한 생체 재료라고 지칭된다. 티탄 또는 탄탈과 같은 낮은 면역 감응을 가진 생체 호환성 금속이 유사하다. 생체 호환성 금속은 또한, 하나 이상의 생체 호환성 금속을 포함하는 생체 호환성 합금일 수 있다.
금속 합금은, 주성분이 금속인 고용체 내의 2개 이상의 원소의 혼합물로서 이해되어야 한다. 따라서 강철 합금은, 철과 탄소의 합금인 강철이 성분 중 하나인 합금이다. 따라서 티탄 합금은, 성분 중 하나가 티탄인 합금이다.
마르텐사이트는 매우 경성인 형태의 강철 결정 구조이지만, 또한 치환 변태(displacive transformation)에 의해 형성되는 임의의 결정 구조이다. 그것은, 래드(lath) 또는 플레이트형 결정 입자로서 발생하는 일종의 경성 광물을 포함한다.
일 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은 스테인리스강 인공 기관과 같은 강철 합금 인공 기관이며, 인공 기관의 단부 중 하나는 골반 뼈(pelvic bone)의 보울형 부분인 관골구와 연결될 수 있다. 연결부는, 인공 기관의 나머지보다 마모에 더 양호하게 견딜 수 있는 덜 탄성인 표면을 가진다. 덜 탄성인 표면은, 표면이 급속히 가열되고 급속히 냉각되는 프로세스인 표면의 담금질을 통해 형성된다. 담금질은 탄소 원자가 결정 구조를 통해 확산될 수 없게 함으로써 표면에 마르텐사이트를 발생시킨다. 인공 기관은, 인공 기관을 대퇴골 뼈에 고정시키는 것을 보조하는 고정부를 포함한다. 고정부는, 대퇴골 뼈와 직접적 또는 간접적 연결되는 표면을 가진 인공 기관의 부분일 뿐일 수 있으며, 그 경우에, 인공 기관은, 상기 연결부와 상기 고정부 사이에 위치될 수 있는 중간부를 더 포함한다. 다른 실시예에 따라, 고정부는 연결부를 제외한 전체 인공 기관이다. 연결부는 그 특정 부분을 급속히 냉각시킴으로써 담금질될 수 있지만, 전체 인공 기관이 담금질되고, 어떠한 마모에도 노출되지 않은 부분이 재료 내의 더 탄성인 구조를 발생시키기 위해 템퍼링되는 것도 생각할 수 있다.
일 실시예에 따라, 연결부 및 고정부는 생체 호환성 금속 재료이며, 중간부는, 폴리우레탄 탄성 중합체 재료, 폴리아미드 탄성 중합체 재료, 폴리에스테르 탄성 중합체 재료, 및 실리콘 재료와 같은 생체 호환성 중합체 재료이다.
일 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 연결부가 더 내마모성인 표면을 발생시키기 위해 티탄탄화물과 같은 세라믹 층을 포함하는 티탄 또는 티탄 합금 인공 기관이다. 티탄 또는 티탄 합금 인공 기관은 재료 내에 더 탄성인 구조를 발생시키기 위해 템퍼링될 수 있다.
실시예 중 어느 하나에 따른 의료 장치는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy)(PFA) 및 플루오르화에틸렌프로필렌(FEP)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 또한, 재료는, 코발트-크롬-몰리브덴 또는 티탄 또는 스테인리스강과 같은 금속 합금, 또는 가교결합 폴리에틸렌 또는 가스 멸균 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌을 포함하는 것도 생각할 수 있다. 접촉 표면 또는 전체 의료 장치에, 지르코늄 또는 이산화지르코늄 세라믹 또는 알루미나 세라믹과 같은 세라믹 재료의 사용도 생각할 수 있다. 의료 장치를 인간의 뼈에 고정시키기 위해 인간의 뼈에 접촉하는 의료 장치의 부분은, 의료 장치를 고정시키기 위해 의료 장치 내에서의 인간의 뼈의 내부 성장(growth-in)을 촉진할 수 있는 다공성 마이크로 또는 나노 구조일 수 있는 구빈원(救貧院)(poorhouse) 구조를 포함할 수 있다. 다공성 구조는, 수산화인회석(hydroxy-apatite)(HA) 코팅, 또는 공기 플라즈마 스프레잉에 의해 발생될 수 있는 거친 개방 기공(open-pored) 티탄 코팅, 개방 기공 티탄 코팅을 포함하는 조합을 적용함으로써 달성될 수 있으며, HA 상층도 생각할 수 있다. 접촉 부분은 PTFE, PFA, FEP 및 UHMWPE와 같은 왁스질 중합체와 같은 자체 윤활 재료, 또는 바람직하게 히알루론산 유도체(hyaluronic acid derivate)와 같은 생체 호환성 윤활제인 윤활제와 함께 주입될 수 있는 분말 야금학적 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 여기에서 의료 장치의 접촉 부분 또는 표면의 재료는 지속적으로 또는 간헐적으로 윤활될 수 있는 것도 생각할 수 있다. 몇 가지 실시예에 따라, 의료 장치의 부분은, 금속 재료 및/또는 탄소 섬유 및/또는 붕소의 조합, 금속과 플라스틱 재료의 조합, 금속과 탄소 베이스 재료의 조합, 탄소와 플라스틱 베이스 재료의 조합, 가요성과 강성 재료의 조합, 탄성과 덜 탄성적 재료, 코리안(Corian) 또는 아크릴 중합체를 포함할 수 있다.
다음에서, 실시예의 상세한 설명이 주어질 것이다. 도면에서, 유사한 도면부호는 여러 개의 도면에 걸쳐 동일하거나 대응하는 부재를 나타낸다. 이들 도면은 단지 설명을 위한 것이지 결코 범위를 제한하고자 하는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 따라서, "상향" 또는 "하향"과 같은 방향은 도면에 도시된 방향을 참조할 뿐이다. 또한, 도면에 도시된 임의의 크기는 설명의 목적을 위한 것이다.
도 1은, 두상 대퇴골(5)이 위치되는 대퇴골 뼈(7)에 외과의사가 도달할 수 있게 하기 위해 절개부(112)가 타이트(tight)(113) 내에 이루어지는 종래의 고관절 수술의 측방향 도면이다. 종래의 고관절 수술에서, 고관절은 고관절 캡슐을 통해 접근되며, 그것은 외과의사가 캡슐의 조직을 관통하도록 강요한다.
도 2는, 관골구에 대해 반대쪽으로부터 고관절 인공 기관을 제공하는 수술 방법이 수행되는 환자의 신체의 정면도이다. 상기 방법은, 제1 실시예에 따라, 환자의 복부 벽(abdominal wall) 내의 절개부(1)로부터 시작하여 수행된다. 절개부(1)는 환자의 복직근(rectus abdominis) 및 복막(peritoneum)을 통과하여 복부로 들어간다. 제2 실시예에서, 절개부(2)는 복직근을 통과하여 복막 아래의 골반 영역으로 인도된다. 제3 실시예에 따라, 절개부(3)는 바로 장골과 둘러싸는 조직 사이에서 수행되며, 절개부(3)는 근막(fascia) 및 근육 조직을 매우 작게 관통하면서 골반 뼈가 해부될 수 있게 한다. 제4 실시예에 따라, 절개부(4)는 서혜관(inguinal channel) 내에 이루어진다. 4개의 실시예 전체에서, 관골구에 대해 반대인 영역에서 골반 뼈(9)를 둘러싸는 조직이 제거 또는 관통되어, 외과의사가 골반 뼈에 도달할 수 있게 한다.
도 3은, 관골구에 대해 반대쪽으로부터 고관절 인공 기관을 제공하는 복강경 방법이 수행되는 환자의 신체의 정면도이다. 상기 방법은, 제1 실시예에 따라, 환자의 복부 벽 내에 작은 절개부(14)를 만드는 것으로 시작하여 수행된다. 작은 절개부는 외과의사가 복강경 투관침(laparoscopic trocars)을 환자의 복부 내로 삽입할 수 있게 한다. 제1 실시예에 따라, 절개부(14)는 환자의 복부 벽 및 복막을 통하여 복부로 들어간다. 제2 실시예에 따라, 작은 절개부(15)는 복부 벽 바람직하게 복직근을 통과하여 복막 아래의 골반 영역으로 인도된다. 제3 실시예에 따라, 작은 절개부(16)는 바로 장골과 둘러싸는 조직 사이에서 수행되며, 절개부(16)는 근막 및 근육 조직을 매우 작게 관통하면서 골반 뼈가 해부될 수 있게 한다. 제4 실시예에 따라, 절개부(4)는 서혜관 내에 이루어진다. 4개의 실시예 전체에서, 관골구(8)에 대해 반대인 영역에서 골반 뼈(9)를 둘러싸는 조직이 제거 또는 관통되어, 외과의사가 골반 뼈에 도달할 수 있게 한다.
도 4는, 관골구(8)에 대해 반대쪽으로부터 고관절을 수술하는 복강경 방법을 도시하는 환자의 신체의 정면도이다. 고관절은 관골구(8) 및 두상 대퇴골(5)을 포함한다. 환자의 복부 벽 내의 작은 절개부(14)는 복강경 투관침(33a, 33b, 33c)을 환자의 신체 내로 삽입할 수 있게 한다. 그 후에, 하나 이상의 카메라(34), 골반 뼈(35) 내에 구멍을 형성할 수 있는 수술 기구, 또는 인공 기관 또는 인공 기관의 부분을 도입, 위치시킴, 연결, 부착, 형성 또는 채우기 위한 기구(36)가 상기 복강경 투관침(33a, 33b, 33c)을 통해 상기 신체 내로 삽입될 수 있다.
도 5는, 고관절이 단면으로 도시된 환자의 신체의 측방향 상세도이다. 고관절은 대퇴골 뼈(7)의 상부 부분인 목 대퇴골(6)의 바로 상부에 위치되는 두상 대퇴골(5)을 포함한다. 두상 대퇴골은, 골반 뼈(9)의 보울형 부분인 관골구와 연결된다. 복강경 투관침(33a, 33b, 33c)은, 하나 이상의 카메라(34), 골반 뼈(35) 내에 구멍을 형성할 수 있는 수술 기구, 또는 인공 기관 또는 인공 기관의 부분을 도입, 위치시킴, 연결, 부착, 형성 또는 채우기 위한 기구(36)와 함께 사용된다.
도 6은 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관을 도시하고 있으며, 고관절 인공 기관은 고정 섹션(A)에 의해 대퇴골 뼈에 고정될 수 있다. 고관절 인공 기관은, 개략적으로 A, B, C, 및 D로 표시되는 섹션들을 가질 수 있고, 상기 섹션들은 다른 성질을 가질 수 있다. 일 실시예에 따라, 섹션(A)은 섹션(B)보다 탄성이 작으며, 섹션(B)은 섹션(C)보다 탄성이 작고, 섹션(C)은 섹션(D)보다 탄성이 작다. 이것은, 고관절 인공 기관이 환자의 이동 및 하중에 의해 발생되는 충격을 흡수할 수 있는 동시에 제1 섹션(A)이 대퇴골 뼈에 견고하게 고정될 수 있게 한다. 다른 실시예에 따라, 섹션(A)은 섹션(B)보다 탄성이 작으며, 섹션(B)은 섹션(C)보다 탄성이 작지만 섹션(D)보다는 탄성이 크다. 이것은, 관골구(8) 또는 관골구의 인공 교체물과의 접촉에 의해 발생되는 마모에 연결 섹션(D)이 견딜 수 있는 동시에, 제1 섹션(A)이 대퇴골 뼈에 견고하게 고정될 수 있고, 고관절 인공 기관이 충격을 흡수할 수 있게 한다. 그러나, 또한, 실시예 중 어느 하나에 있어서, 인공 두상 대퇴골 표면(45)은, 마모에 견딜 수 있는 덜 탄성적 금속 재료, 세라믹 재료, 탄소 재료 또는 중합체 재료일 수 있는 표면 재료를 포함한다.
도 7은, 고정 섹션(A)에 의해 목 대퇴골에 고관절 인공 기관이 고정될 수 있는, 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관을 도시하고 있다. 고관절 인공 기관은, 개략적으로 A, B, 및 C로 표시되는 3개의 섹션들을 포함한다. 일 실시예에 따라, 섹션(A)은 섹션(B)보다 탄성이 작으며, 섹션(B)은 섹션(C)보다 탄성이 작다. 이것은, 고관절 인공 기관이, 더 탄성적인 섹션을 통해, 환자의 이동 및 하중에 의해 발생되는 충격을 흡수할 수 있는 동시에 제1 섹션(A)이 목 대퇴골에 견고하게 고정될 수 있게 한다. 일 실시예에 따라, 섹션(A)은 섹션(B)보다 탄성이 작으며, 섹션(B)은 섹션(C)보다 크다. 이것은, 관골구(8) 또는 관골구의 인공 교체물과의 접촉에 의해 발생되는 마모에 연결 섹션(C)이 견딜 수 있는 동시에, 제1 섹션(A)이 목 대퇴골에 견고하게 고정될 수 있고 고관절 인공 기관이 충격을 흡수할 수 있게 한다. 그러나, 또한, 실시예 중 어느 하나에 있어서, 인공 두상 대퇴골 표면(45)은, 마모에 견딜 수 있는 덜 탄성적 금속 재료, 세라믹 재료, 탄소 재료 또는 중합체 재료일 수 있는 표면 재료를 포함한다.
도 8은, 개략적으로 I-XI로 표시되는 여러 개의 섹션을 고관절 인공 기관이 포함하는, 일 실시예에서의 고관절 인공 기관을 도시하고 있다. 이러한 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 다른 섹션이 다른 성질을 가지도록 경화되는 금속 재료로 이루어진다. 경화 프로세스는, 다른 성질을 가지는 개별적 섹션이 있도록 하는 방식으로 수행될 수 있지만, 또한, 다른 성질이 고관절 인공 기관으로 지속적으로 전파되는 것, 즉, 개별적 경계가 없이 고관절 인공 기관을 통해 지속적으로 변하는 성질이 있는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 고관절 인공 기관은 여러 가지 수술 목적을 위해 채택되는 섹션을 포함한다. 고정 섹션(A)은 바람직하게, 대퇴골 뼈에 고관절 인공 기관을 견고하게 고정시키는 능력이, 형상이 극적으로 변하지 않는 고관절 인공 기관에 의해 보조되기 때문에, 덜 탄성적인 섹션(I-XI)을 포함한다. 섹션(B, C)은 바람직하게, 고관절 인공 기관의 이러한 부분이 고관절 인공 기관의 기계적 기능에 대해 어떠한 극적 효과도 가지지 않으면서 그 형상을 변화시킬 수 있기 때문에, 더 탄성적인 섹션(I-XI)을 포함한다. 인공 두상 대퇴골 표면(45)을 포함하는 연결 섹션(D)은 바람직하게, 덜 탄성적이고 마모에 더 견딜 수 있는 금속 재료의 섹션, 또는 고관절 인공 기관의 나머지로부터 분리되고 관골구 또는 관골구의 인공 교체물과의 연결에 의해 발생되는 마모에 견딜 수 있는 표면 재료를 포함한다. 다른 실시예에 따라, 재료는 고관절 인공 기관의 여러 가지 섹션에 여러 가지 성질을 발생시키기 위해 경화 또는 신장되는 중합체 재료이다. 다른 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은 세라믹 또는 분말 베이스 재료로 이루어지며, 그러한 경우에, 고관절 인공 기관은, 고관절 인공 기관의 길이 방향 축(L)을 따라 연장되는 여러 가지 섹션에 여러 가지 성질을 발생시키도록 경화 또는 소결될 수 있다.
도 9는, 개략적으로 I-VII로 표시되는 여러 개의 섹션을 고관절 인공 기관이 포함하는, 일 실시예에서의 고관절 인공 기관을 도시하고 있다. 이러한 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 다른 섹션이 다른 성질을 가지도록 경화되는 금속 재료로 이루어진다. 경화 프로세스는, 다른 성질을 가지는 개별적 섹션이 있도록 하는 방식으로 수행될 수 있지만, 또한, 다른 성질이 고관절 인공 기관으로 지속적으로 전파되는 것, 즉, 개별적 경계가 없이 고관절 인공 기관을 통해 지속적으로 변하는 성질이 있는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 고관절 인공 기관은 여러 가지 수술 목적을 위해 채택되는 섹션을 포함한다. 고정 섹션(A)은 바람직하게, 목 대퇴골(6)에 고관절 인공 기관을 견고하게 고정시키는 능력이, 형상이 극적으로 변하지 않는 고관절 인공 기관에 의해 보조되기 때문에, 덜 탄성적인 섹션(I-VII)을 포함한다. 섹션(B)은 바람직하게, 고관절 인공 기관의 이러한 부분이 고관절 인공 기관의 기계적 기능에 대해 어떠한 극적 효과도 가지지 않으면서 그 형상을 변화시킬 수 있기 때문에, 더 탄성적인 섹션(I-VII)을 포함한다. 인공 두상 대퇴골 표면(45)을 포함하는 연결 섹션(C)은 바람직하게, 덜 탄성적이고 마모에 더 견딜 수 있는 금속 재료의 섹션, 또는 고관절 인공 기관의 나머지로부터 분리되고 관골구 또는 관골구의 인공 교체물과의 연결에 의해 발생되는 마모에 견딜 수 있는 표면 재료를 포함한다. 다른 실시예에 따라, 재료는 고관절 인공 기관의 여러 가지 섹션에 여러 가지 성질을 발생시키기 위해 경화 또는 신장되는 중합체 재료이다. 다른 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은 세라믹 또는 분말 베이스 재료로 이루어지며, 그러한 경우에, 고관절 인공 기관은, 고관절 인공 기관의 길이 방향 축(L)을 따라 연장되는 여러 가지 섹션에 여러 가지 성질을 발생시키도록 경화 또는 소결될 수 있다.
도 10은 대퇴골 뼈(7)에 고정되었을 때의 고관절 인공 기관을 도시하고 있다. 이러한 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은 대퇴골 뼈(7) 및 목 대퇴골(6)에 고정될 수 있다. 이러한 실시예에 따라, 고관절 인공 기관의 고정 섹션(A)은 고관절 인공 기관의 대부분을 포함하며, 환자의 이동에 의해 발생되는 충격 및 진동을 흡수하도록 더 탄성적일 수 있는 섹션(B)은 도면에 도시된 바와 같이 상당히 짧다.
도 11은, 일 실시예에 따라 목 대퇴골에 고정될 수 있는 고관절 인공 기관이 골반 뼈(9) 내의 구멍(18)을 통해 고관절 내에 위치될 수 있는, 상기 일 실시예에서의 고관절의 단면도이다. 이러한 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 목 대퇴골(6)의 외부로부터, 또한 목 대퇴골(6)의 섹션(614)의 표면과의 연결을 통해 목 대퇴골(6)의 관골구 측으로부터 고관절 인공 기관을 지지하는 지지 부재(612)를 포함한다.
도 12는, 고관절 인공 기관이 덜 탄성적인 코어 구조(615) 및 더 탄성적인 표면 구조(616)를 포함하는, 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관을 도시하고 있다. 고관절 인공 기관은, 코어 섹션(615)과 표면 구조가 다른 성질을 갖도록, 여러 단계에서 외부로부터 경화될 수 있는 금속 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 예를 들면 고관절 인공 기관을 대퇴골 뼈(7)에 고정시킬 수 있는 고정 섹션(A)이, 대퇴골 뼈 내에 고관절 인공 기관을 고정시키는 것을 보조하는 덜 탄성적인 코어 재료(615)의 비교적 큰 부분을 포함하도록, 고관절 인공 기관의 연장을 따라 표면 섹션의 두께를 변화시킬 수 있다. 동일한 방식으로, 섹션(B, C)은, 환자의 이동에 의해 발생되는 충격 및 진동을 흡수할 수 있도록 바람직하게 더 탄성적일 수 있다. 고관절 인공 기관은 개별적으로 정의되는 섹션에 의해 더 탄성적인 표면 섹션(616)과 덜 탄성적인 코어 섹션으로 분리될 수 있지만, 또한, 이러한 분리가 지속적 방식으로 이루어지며, 즉 코어 섹션(615)과 표면 섹션(616) 사이에 개별적 경계가 없는 것도 생각할 수 있다.
도 13은, 고관절 인공 기관이 덜 탄성적인 코어 구조(615) 및 더 탄성적인 표면 구조(616)를 포함하는, 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관을 도시하고 있다. 고관절 인공 기관은, 코어 섹션(615)과 표면 구조가 다른 성질을 갖도록, 여러 단계에서 외부로부터 경화될 수 있는 금속 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 예를 들면 고관절 인공 기관을 목 대퇴골(6)에 고정시킬 수 있는 고정 섹션(A)이, 대퇴골 뼈 내에 고관절 인공 기관을 고정시키는 것을 보조하는 덜 탄성적인 코어 재료(615)의 비교적 큰 부분을 포함하도록, 고관절 인공 기관의 연장을 따라 표면 섹션의 두께를 변화시킬 수 있다. 동일한 방식으로, 섹션(B, C)은, 환자의 이동에 의해 발생되는 충격 및 진동을 흡수할 수 있도록 바람직하게 더 탄성적일 수 있다. 고관절 인공 기관은 개별적으로 정의되는 섹션에 의해 더 탄성적인 표면 섹션(616)과 덜 탄성적인 코어 섹션으로 분리될 수 있지만, 또한, 이러한 분리가 지속적 방식으로 이루어지며, 즉 코어 섹션(615)과 표면 섹션(616) 사이에 개별적 경계가 없는 것도 생각할 수 있다.
도 14는, 고관절 인공 기관의 일 실시예를 도시하고 있으며, 고관절 인공 기관은, 고정 섹션(A'), 고관절 인공 기관의 인공 두상 대퇴골 부분(45)의 원주 둘레에 연장되는 연결 섹션(C'), 및 상기 고정 섹션(A')과 상기 연결 섹션(C') 사이에 위치되는 중간 섹션(B')을 포함한다. 고정 섹션은 대퇴골 뼈 내부에서 대퇴골 뼈에 고정될 수 있다. 대퇴골 뼈와 연결되어 함께 이동하여, 대퇴골 뼈의 파단 또는 인공 기관의 느슨함의 위험성을 감소시키기 위해, 고정 섹션(A')은, 대퇴골 뼈 및/또는 고관절 인공 기관을 대퇴골 뼈에 고정시키기 위해 사용되는 뼈 시멘트와 유사한 탄성을 가지는 재료로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 따라, 연결 섹션(C')은, 관골구 또는 관골구의 인공적 교체물에 대한 마모에 더욱 양호하게 견디기 위해 연결 섹션(C')의 코어 재료보다 덜 탄성적인 표면 재료를 포함한다. 일반적으로, 고정 섹션(A'), 연결 섹션(C') 및 중간 섹션(B')이, 다른 탄성 계수를 가진 재료 또는 재료의 부분을 포함할 수 있다는 것을 생각할 수 있다. 또한, 고관절 인공 기관이, 1개의 섹션의 연장을 따라 변화하고, 및/또는 예를 들면 고관절 인공 기관의 코어가 1개의 탄성을 가지며 고관절 인공 기관의 표면이 1개의 탄성을 가지는 것처럼 연장에 대해 수직으로 변화하는 다른 재료를 1개의 섹션 내에 포함하는 것도 생각할 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 고관절 인공 기관을 도시하고 있으며, 고관절 인공 기관이 힘에 노출되었을 때 탄성적으로 변형하는 것을 통해 고관절 내의 힘을 흡수할 수 있다. 도 15에 도시된 실시예에 따라, 인공 기관의 고정 섹션(A")은, 힘에 노출되었을 때 탄성적으로 변형될 수 있는 재료 또는 재료의 부분을 포함하며, 고관절 인공 기관의 중간 섹션(B")은, 고정 섹션(A")의 재료보다 더 탄성적으로 변형되는 재료 또는 재료의 부분을 포함한다.
고관절 인공 기관의 중간 섹션(B")은, 곡률값 κ=1/R을 가진 곡선으로 굽혀지는 중간 섹션을 통해 힘을 흡수할 수 있으며, R은 곡선상의 점(P) 내의 접촉원(osculating circle)의 반경이다. 일 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 고정 섹션(A")이 여전히 대퇴골 뼈에 고정 부착되는 동안에 중간 섹션은 곡률값 κ>2로 굽혀지고, 대퇴골 뼈는 완전한 상태로 되도록, 관리할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 고정 섹션(A")이 여전히 대퇴골 뼈에 고정 부착되는 동안에 중간 섹션은 곡률값 κ>4로 굽혀지고, 대퇴골 뼈는 완전한 상태로 되도록, 관리할 수 있고, 또 다른 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 고정 섹션(A")이 여전히 대퇴골 뼈에 고정 부착되는 동안에 중간 섹션은 곡률값 κ>8로 굽혀지고, 대퇴골 뼈는 완전한 상태로 되도록, 관리할 수 있다. 상기 실시예는 모두, 대퇴골 뼈 또는 대퇴골 뼈와 고관절 인공 기관 사이의 연결부를 손상시키지 않으면서 상기 힘을 흡수하기에 충분한 탄성의 재료를 포함하는 중간 섹션(B")을 통해 가능하게 된다.
도 15의 고관절 인공 기관은, 또한, 탄성적으로 트위스팅될 수 있는 중간 섹션(B")을 통해 고관절 내의 힘을 흡수할 수 있다. 트위스팅을 통해 비틀림을 흡수하는 재료의 능력은, 소정 힘이 인가될 때, 소정 각도 즉 트위스팅의 각도=φ로 트위스팅하는 재료의 능력으로서 정의될 수 있다. 일 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 고정 섹션(A")이 여전히 대퇴골 뼈에 고정 부착되는 동안에 중간 섹션(B")은 트위스팅의 각도 φ>0.005π 라디안으로 트위스팅되고, 대퇴골 뼈는 완전한 상태로 되도록, 관리할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 고정 섹션(A")이 여전히 대퇴골 뼈에 고정 부착되는 동안에 중간 섹션(B")은 트위스팅의 각도 φ>0.01π 라디안으로 트위스팅되고, 대퇴골 뼈는 완전한 상태로 되도록, 관리할 수 있으며, 또 다른 실시예에 따라, 고관절 인공 기관은, 고정 섹션(A")이 여전히 대퇴골 뼈에 고정 부착되는 동안에 중간 섹션(B")은 트위스팅의 각도 φ>0.02π 라디안으로 트위스팅되고, 대퇴골 뼈는 완전한 상태로 되도록, 관리할 수 있다. 트위스팅의 각도는 도 15a에 도시되어 있다. 상기 실시예는 모두, 대퇴골 뼈 또는 대퇴골 뼈와 고관절 인공 기관 사이의 연결부를 손상시키지 않으면서 상기 힘을 흡수하기에 충분한 탄성의 재료를 포함하는 중간 섹션(B")을 통해 가능하게 된다.
실시예 중 어느 하나에 따른 고관절 인공 기관은 탄성적으로 굽혀지거나, 탄성적으로 트위스팅되거나, 탄성적으로 굽힘 및 트위스팅될 수 있다. 또한, 실시예 중 어느 하나에 따른 고관절 인공 기관은 대퇴골 뼈와 동일한 방식으로 탄성적으로 트위스팅되고, 및/또는 대퇴골 뼈 및/또는 고관절 인공 기관을 대퇴골 뼈에 고정시키기 위해 사용되는 뼈 시멘트와 동일한 방식으로 탄성적으로 굽혀질 수 있다는 것을 생각할 수 있다.
인공 기관을 고정시키는 뼈 조직의 성장을 향상시키기 위해, 실시예 중 어느 하나에 따른 고정 섹션은 다공성 또는 부분적으로 다공성인 재료로 이루어질 수 있다. 다공성 재료는 뼈 조직이 인공 기관 내로 연장되고 안정한 고정을 발생시킬 수 있게 한다.
임의의 실시예 또는 실시예의 부분 및 임의의 방법 또는 방법의 부분은 임의의 방식으로 조합될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 본 명세서 내의 모든 예는 일반적 설명의 일부로서 이해되어야 하고, 따라서 일반적인 면에서 임의의 방식으로 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 인간 환자의 고관절 내에 이식될 수 있는 고관절 인공 기관(hip joint prothesis)으로서,
    상기 고관절 인공 기관은 이식시 근위-원위(proximal-distal) 방향으로 연장되는 길이 방향 축을 가지고,
    상기 고관절 인공 기관은 근위인 제1 영역 및 원위인 제2 영역을 포함하고,
    상기 근위인 제1 영역은 제1 탄성을 갖는 제1 재료 또는 재료의 부분을 포함하고,
    상기 원위인 제2 영역은 미리결정된 제2 탄성을 갖는 제2 재료 또는 재료의 부분을 포함하고,
    상기 제1 재료 또는 재료의 부분이 상기 제2 재료 또는 재료의 부분과 상이한 탄성을 가져서, 탄성의 차이가 상기 고관절 인공 기관의 길이 방향 축을 따라 상기 고관절 인공 기관의 탄성에 영향을 주게 되고,
    상기 고관절 인공 기관은 고정 섹션, 연결 섹션, 및 상기 고정 섹션과 상기 연결 섹션 사이에 위치된 중간 섹션을 포함하고,
    상기 고정 섹션은 상기 고관절 인공 기관의 원위부에 배열되고 대퇴골 뼈에 고정되도록 구성되고, 상기 연결 섹션은 상기 고관절 인공 기관의 근위부에 배열되고,
    상기 고관절 인공 기관은 힘에 노출되었을 때 곡선으로 굽혀지도록 된 중간 섹션을 통해 탄성적으로 변형되고,
    상기 근위인 제1 영역과 상기 원위인 제2 영역은 상기 고관절 인공 기관의 구멍이 없는(cavity-less) 강성 부분인, 고관절 인공 기관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고관절 인공 기관은 힘에 노출되었을 때 트위스팅될 수 있는 중간 섹션을 통해 탄성적으로 변형되는, 고관절 인공 기관.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈(femoral bone)에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은 κ(곡률값)>2인 곡선으로 굽혀지도록 구성되는, 고관절 인공 기관.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은 κ>4인 곡선으로 굽혀지도록 구성되는, 고관절 인공 기관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은 κ>8인 곡선으로 굽혀지도록 구성되는, 고관절 인공 기관.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은 (φ)>0.005π 라디안의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되도록 구성되는, 고관절 인공 기관.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은 (φ)>0.01π 라디안의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되도록 구성되는, 고관절 인공 기관.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은 (φ)>0.02π 라디안의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되도록 구성되는, 고관절 인공 기관.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 동안에, 상기 중간 섹션은 κ>2인 곡선으로 굽혀지고 (φ)>0.005π 라디안의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되도록 구성되는, 고관절 인공 기관.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고관절 인공 기관은 인간 환자의 고관절 내의 힘을 흡수하기 위해 사용되고,
    상기 고관절 내의 힘을 흡수하는 것은, 상기 고관절 인공 기관이 탄성적으로 변형되는 것을 포함하며,
    상기 고관절 인공 기관이 탄성적으로 변형되는 것은,
    힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 제1 영역의 재료가 탄성적으로 변형되는 것, 및
    힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 제2 영역의 재료가 상기 고관절 인공 기관의 제1 영역의 재료보다 덜 탄성적으로 변형되는 것을 포함하고,
    힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 중간 섹션이 곡선으로 굽혀지는, 고관절 인공 기관.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 제1 영역의 재료가 탄성적으로 변형되는 것은, 상기 제1 영역의 재료가 대퇴골 뼈의 재료보다 탄성적으로 변형되는 것을 포함하고,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 제2 영역의 재료가 상기 고관절 인공 기관의 제1 영역의 재료보다 덜 탄성적으로 변형되는 것은, 상기 제2 영역의 재료가 대퇴골 뼈의 재료와 동일하게 탄성적으로 변형되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 제1 영역의 재료가 탄성적으로 변형되는 것은, 상기 제1 영역의 재료가 대퇴골 뼈의 재료보다 탄성적으로 변형되는 것을 포함하고,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관의 제2 영역의 재료가 상기 고관절 인공 기관의 제1 영역의 재료보다 덜 탄성적으로 변형되는 것은, 상기 제2 영역의 재료가 상기 고관절 인공 기관을 대퇴골 뼈에 고정시키기 위해 사용되는 뼈 시멘트(bone cement)와 동일하게 탄성적으로 변형되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 고관절 인공 기관이 탄성적으로 변형되는 것은, 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 트위스팅되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 곡선으로 굽혀지는 것은,
    상기 중간 섹션이 κ>2인 곡선으로 굽혀지는 것,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 것, 및
    상기 대퇴골 뼈가 완전한 상태로 유지되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 곡선으로 굽혀지는 것은,
    상기 중간 섹션이 κ>4인 곡선으로 굽혀지는 것,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 것, 및
    상기 대퇴골 뼈가 완전한 상태로 유지되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 곡선으로 굽혀지는 것은,
    상기 중간 섹션이 κ>8인 곡선으로 굽혀지는 것,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 것, 및
    상기 대퇴골 뼈가 완전한 상태로 유지되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 트위스팅되는 것은,
    상기 중간 섹션이 (φ)>0.005π 라디안의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되는 것,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 것, 및
    상기 대퇴골 뼈가 완전한 상태로 유지되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 트위스팅되는 것은,
    상기 중간 섹션이 (φ)>0.01π 라디안의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되는 것,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 것, 및
    상기 대퇴골 뼈가 완전한 상태로 유지되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 트위스팅되는 것은,
    상기 중간 섹션이 (φ)>0.02π 라디안의 트위스팅의 각도까지 트위스팅되는 것,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 것, 및
    상기 대퇴골 뼈가 완전한 상태로 유지되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 힘에 노출되었을 때 상기 중간 섹션이 곡선으로 굽혀지고 트위스팅되는 것은,
    상기 중간 섹션이 κ>2인 곡선으로 굽혀지는 것,
    상기 중간 섹션이 (φ)>0.005π 라디안 트위스팅의 각도까지 트위스팅되는 것,
    상기 고정 섹션이 대퇴골 뼈에 고정 부착된 상태로 유지되는 것, 및
    상기 대퇴골 뼈가 완전한 상태로 유지되는 것을 포함하는, 고관절 인공 기관.
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