KR20030021958A - 인공 고관절용 무시멘트형 스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 외측면, 전방면 및, 후방면에 각각 외측 블레이드, 전방 블레이드 및, 후방 블레이드가 형성된 근위부; 상기 근위부로부터 수직 하방으로 연장된 원위부; 상기 근위부로부터 소정의 각도로 경사를 이루어 상방으로 연장된 경부; 및, 상기 경부의 단부에 형성된 절두 원추부;를 구비하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템이 제공된다.

Description

인공 고관절용 무시멘트형 스템{Cementless stem for hip joint arthroplastry}

본 발명은 인공 고관절용 무시멘트형 스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고관절의 대퇴골내에 삽입되는 스템에 관한 것이다.

고관절은 인체의 대퇴골과 골반의 비구 사이를 연결하는 관절로서, 사람이 앉거나 서는데 있어서 가장 중요한 작용을 하는 관절이다. 고관절은 결핵과 같은 병적 원인 및, 외상등에 의해서 손상될 수 있는데, 이를 치유하기 위해서 외과 수술을 통해서 인공 고관절이 적용될 수 있다. 통상적으로 인공 고관절용 기기는 스템과 컵으로 이루어진다. 스템과 컵은 예를 들면 인체에 무해한 티타늄 합금등으로 제작된다. 인공 고관절의 스템은 대퇴골내에 삽입되어 고정되고, 상기 컵은 골반의 비구에 고정된다. 스템의 단부에는 세라믹 또는 금속 재료로 형성된 구체가 고정되며, 상기 컵안에는 상기 구체가 수용되어 회전할 수 있는 대응 반구체가 끼워져 있으며 상기 대응 반구체는 세라믹 재료 또는 고분자 폴리에틸렌으로 제작된다.

인체의 대퇴골(femur)은 외피의 구조를 형성하는 피질골(cortical bone)과 상기 피질골의 내부에 존재하는 망상골(cancellous bone)로 이루어진다. 피질골은 매우 단단한 조직인데 반해, 망상골은 상대적으로 부드러운 해면체 조직이다. 실제에 있어서, 인공 고관절용 스템은 상기 피질골의 내측에 삽입되어 상기 망상골을 파고 들어가게 된다. 이때 스템은 피질골에 대한 쐐기 작용에 의해서 고정될 수 있는 단면 형상을 가진다. 즉, 전체적으로 원통형에 가까운 피질골의 내부에서 스템이 쐐기 작용에 의해서 고정되도록, 스템의 단면은 전체적으로 사각형을 가지는 것이다. 또한, 스템의 쐐기 작용을 보조하고 스템이 피질골 내에서 회전하는 것을 방지하기 위해서, 스템의 측면에 블레이드가 형성될 수도 있다.

한편, 인공 고관절은은 시멘트와 함께 적용되는 경우도 있다. 시멘트는 대퇴골과 스템 사이의 접합력을 증진시키기 위해서 스템을 대퇴골내에 밀어 넣을때 함께 주입되는 것이다.

종래 기술에 따른 인공 고관절용 무시멘트 스템에서는 그 고정 방법에 있어서 대퇴 골수강내에 금속 부분을 채워서 고정하려는 핏 앤드 필(fit & fill) 방식으로써 많이 시행되었으나, 이는 오히려 많은 부작용을 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 인공 고관절용 무시멘트형 스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 인공 고관절용 무시멘트 스템에 대한 정면도.

도 2는 도 1 의 측면도.

도 3은 도 1 에 도시된 스템의 일부에 대한 확대도.

도 4a 내지 도 4e 는 도 1 의 각 부분에 대한 단면도.

도 5 는 본 발명에 따른 인공 고관절용 무시멘트 스템의 다른 실시예에 대한 정면도.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

11. 스템 12. 근위부

13. 원위부 14. 경부

15. 절두 원추부 16. 외측 블레이드

17. 전방 블레이드 25. 후방 블레이드

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 외측면, 전방면 및, 후방면에 각각 외측 블레이드, 전방 블레이드 및, 후방 블레이드가 형성된 근위부; 상기 근위부로부터 수직 하방으로 연장된 원위부; 상기 근위부로부터 소정의 각도로 경사를 이루어 상방으로 연장된 경부; 및, 상기 경부의 단부에 형성된 절두 원추부;를 구비하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템이 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 외측 블레이드, 전방 블레이드 및, 후방 블레이드 각각은 상기 근위부로부터 상기 원위부에 접근할수록 높이가 낮아진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 근위부 및, 원위부의 단면은 전체적으로 직사각형으로 형성되고, 상기 직사각형의 모서리는 라운드 처리된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 원위부는 이중으로 테이퍼져서 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 근위부의 내측면은 85 내지 100 mm 의 곡률 반경을 가지는 곡면부로써 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 경부의 단면은 타원형으로 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 경부와 그로부터 연장되는 상기 절두 원추부는, 상기 근위부로부터 상기 원위부로 연장되는 부분에 대해서 132 도내지 138 도의 각도로 경사진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 외측 블레이드, 전방 블레이드 및, 후방 블레이드 각각은 상기 근위부에서는 폭이 넓고, 상기 원위부에 접근할수록 폭이 좁아진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 외측 블레이드, 전방 블레이드 및, 후방 블레이드 각각은 그 폭이 일정하게 유지된다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 에 도시된 것은 본 발명에 따른 인공 고관절용 무시멘트형 스템에 대한 정면도이다.

도면을 참조하면, 스템(11)은 근위부(12)와, 상기 근위부(12)로부터 직선 방향의 하방으로 연장된 원위부(13)와, 상기 근위부(12)에 대하여 소정의 각도로 상방으로 연장된 경부(14) 및, 상기 경부(14)의 단부에 형성된 절두 원추부(15)를 구비한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 근위부(12)로부터 원위부(13)로 연장되는 스템의 부분은 테이퍼(taper)지게 연장되며, 이러한 테이퍼 연장부는 인체의 대퇴골내로 삽입되는 부분이다. 또한 절두 원추부(15)에는 세라믹 또는 금속 구체(미도시)가 끼워지게 된다.

실제에 있어서, 스템(11)이 대퇴골내에 삽입되었을때, 도면 번호 21 로 표시된 부분은 내측으로서 두 다리 사이에 해당하며, 도면 번호 20 은 외측에 해당한다. 따라서 도면에서 보이는 근위부(12)의 전방 표면은 인체의 정면을 향하게 되고, 도면에 도시되지 아니한 부분은 후방 표면이 된다.

근위부(12)의 외측에는 외측 블레이드(16)가 형성되어 있으며, 근위부(12)의 전방 표면과 후방 표면에도 전방 블레이드(17) 및, 후방 블레이드(도 2 의 25)가 형성되어 있다. 상기 전방 블레이드(17)와 후방 블레이드(25)는 스템(11)의 길이 방향에서 스템(11)의 중심선을 따라서 연장되는 선에 대응하도록 위치된다. 상기 외측 블레이드(16) 및, 전방과 후방 블레이드(17,25)는 본 발명에 있어서 중요한 특징을 이룬다. 이러한 블레이드는 스템(11)을 대퇴골내에 삽입하였을때 망상골을 파고 들어감으로써 확고한 초기 고정 작용을 제공할 수 있다. 즉, 스템(11)이 대퇴골의 골수강내에서 회전하는 것에 저항하는 고정 작용을 하며, 여기에서 외측 블레이드(15)는 스템(11)이 대퇴골수강내에서 회전하는 것을 방지하는데 있어서 추가적인 역할을 한다. 또한 향후에는 스템에 대하여 골내 성장이 촉발되어 2 차적인 고정력을 얻게 할 수 있다.

한편, 블레이드(16,17,25)는 스템(11)의 상단 부분에서는 상대적으로 폭이 넓지만, 원위부를 향해 접근하였을때는 급격하게 폭이 감소한다. 따라서 블레이드(16,17,25)에 의한 대퇴골내의 고정 작용은 대퇴골의 상단 부분에서 집중적으로 이루어지며, 하단에 접근할수록 고정 작용이 미미하다. 이것은 스템(11)을 대퇴골 안으로 삽입할때 블레이드에 의한 저항을 작게 하기 위한 것이다. 상기 폭과 마찬가지로, 블레이드(16,17,25)의 높이도 근위부(12)로부터 원위부(13)로 갈수록 점점 낮아진다.

또한 근위부(12)로부터 원위부(13)로 연장되는 길이 방향의 부분과, 근위부(12)로부터 절두 원추부(15)로 연장되는 길이 방향의 부분은 소정의 각도를 이룬다. 예를 들면, 근위부(12)에 있어서 전방 블레이드(17)가 통과되는 한 지점을 도면 번호 18 로 표시하고, 상기 지점으로부터 원위부(13)의 중심을 향해 연장된 선과, 상기 지점(18)으로부터 절두 원추부(15)의 중심 지점(19)을 향해 연장된 선은 132 내지 138 도의 각도를 이룬다. 이러한 각도는 정상 대퇴골과 골반의 형상을 고려하여 적합화된 각도로서, 스템(11)이 대퇴골내에 삽입되었을때 보다 안정적인 고정이 이루어질 수 있게 한다.

한편, 근위부(12)의 내측에는 곡면(12a)이 형성되어 있는데, 상기 곡면(12a)의 곡률 반경은 85 내지 100 mm 이다. 이러한 곡률 반경은 대퇴골수강의 내측 부위에 유사하도록 제작되어서 스템과 골수강의 접촉을 최대화한 것으로서, 본 발명의 다른 특징을 이룬다. 또한 도 1 에서 보았을때 원위부(13)의 내측면과 외측면은 α의 각도로 테이퍼지는데, 상기 α는 약 3 내지 7 도인 것이 바람직스럽다.

도 2 에 도시된 것은 도 1 의 우측면도이다.

도면을 참조하면, 전방 블레이드(17)와 후방 블레이드(25)가 스템의 전방 및, 후방에 대칭적으로 형성되어 있다. 전방 블레이드(17) 및, 후방 블레이드(25)도 외측 블레이드(16)와 마찬가지로 상부 부분에서는 폭이 상대적으로 넓고, 원위부에 근접할수록 폭이 좁아지는 것을 알 수 있다.

한편, 도 2 에서 보았을때 원위부(13)의 전방면과 후방면은 β의 각도로 테이퍼지는데, 상기 β는 약 1 내지 3 도인 것이 바람직스럽다. 결국, 도 1 에 도시된 정면도에서의 원위부(13)의 테이퍼 각도(α)와, 도 2 에 도시된 우측면도에서의 원위부(13)의 테이퍼 각도(β)에 의해서, 원위부(13)가 이중으로 테이퍼진다는 점을 이해할 수 있다.

도 3 에 도시된 것은 도 1 에서 경부와 절두 원추부만을 확대하여 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 경부(14)는 절두 원추부(15)보다 단면의 넓이가 작게 형성된다. 경부(14)의 단면을 작게 형성하는 것은 스템(11)을 대퇴골로부터 제거할 경우에 시술을 용이하게 하기 위한 것이다. 즉, 공구를 이용하여 경부(14)를 쥐게 되면 스템(11)을 제거하는 것이 상대적으로 용이해진다. 또한, 스템(11)을 대퇴골내에 삽입할때 삽입 깊이를 용이하게 식별할 수 있도록, 경부(14)의 표면(31)의 하단부에 얕은 깊이의 그루브(groove, 32)를 형성함으로써 시술시에 스템(11)의 삽입 깊이를 용이하게 인식할 수 있다. 즉, 시술시에 경부(14)의 위치는 용이하게 확인될 수 있으므로, 시술자는 경부(14)의 위치에 의해서 삽입 깊이를 인식할 수 있는 것이다. 경부(14)는 실제에 있어서 단면이 타원형으로 형성되어, 인공 고관절이 굴곡시에 스템(11)이 비구 컵의 가장자리에 대한 간섭을 감소시킴으로써 관절 운동의 범위를 향상시키는 효과를 가져온다. 타원형 단면은 경부(14)의 강도를 강화시킨다. 절두 원추부(15)는 경부(14)로부터 연장되는 것으로서, 도시되지 아니한 세라믹 또는 금속 구체내에 끼워지는 부분이다.

도 4a 내지 도 4e 에 도시된 것은 도 1 의 각 단면을 차례대로 도시한 것이다.

도 4a 는 도 1 에서 A-A 를 따라 절단한 단면을 도시한 것이다. 단면으로부터 근위부(12)의 외측에 형성된 외측 블레이드(16)와, 전방 및, 후방에 각각 형성된 전방 블레이드(17) 및, 후방 블레이드(25)가 형성된 것을 알 수 있다.

도 4b 는 도 1 에서 B-B 를 따라 절단한 단면도이고, 도 4c 는 도 1 에서 C-C 를 따라 절단한 단면도이다. 이들 도면으로부터 각 블레이드(16,17,25)들의 폭은 원위부(13)로 접근할수록 균일한 비율로 작아진다는 것을 알 수 있다.

도 4d 는 도 1 에서 D-D 를 따라 절단한 단면을 도시한 것이며, 도 4e 는 도 1 에서 E-E 를 따라 절단한 단면을 도시한 것이다.

도 4a 내지 도 4e 로부터 알 수 있는 바로서, 스템(11)의 단면은 전체적으로 직사각형으로 이루어지며, 상기 직사각형의 각 모서리는 라운드 처리되어 있다.이러한 직사각형의 단면은 전체적으로 원형의 단면을 가지는 대퇴골의 피질골내에서 쐐기 결합 상태로 삽입될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 근위부(12)에서 외측 및, 전후방 측면에 형성된 블레이드들은 스템(11)이 삽입된 상태에서 회전하는 것을 방지해 줄 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

스템(11)은 공지된 다양한 기술로써 표면 처리될 수 있다. 예를 들면, 티타늄 플라즈마 스프레이 기술로써 표면처리되거나, 입자 크기가 큰 입자 샌드 블라스팅한 후에 에칭시키거나, 또는 에칭 없이 블라스팅시킬 수 있다. 특히, 일 실시예에서는 근위부의 전체 길이를 모두 블라스팅 처리할 수 있으며, 다른 실시예에서는 경부에 근접한 근위부와 원위부 전체 길이의 절반을 플라즈마 스프레이 기술로써 표면 처리하고, 나머지 절반의 길이는 블라스팅 처리할 수 있다. 이러한 표면 처리 기술은 표면의 단면적을 가급적 확대시킴으로써 스템과 뼈의 접합력을 증가시키기 위한 것이다.

도 5 에 도시된 것은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 도 5 에 도시된 것은 위에서 설명된 도 1 과 실질적으로 유사하며, 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조 번호로써 표시되었다.

도면을 참조하면, 스템은 근위부(12)와, 상기 근위부(12)로부터 경사지게 상방향으로 연장된 경부(14) 및, 절두 원추부(15)와, 상기 근위부(12)로부터 하향으로 직선으로 연장된 원위부(13)를 구비한다. 근위부(12)의 외측에는 블레이드(56)가 형성되어 있고, 전방에는 다른 블레이드(57)가 형성되어 있으며, 근위부(12)의 후방에는 도시되지 아니한 또 다른 블레이드가 형성되어 있다. 이러한 블레이드의 형성 위치는 위에서 도 1 을 참조하여 설명된 바와 일치한다.

도 5 에 도시된 실시예의 특징으로서, 블레이드(56,57)는 그 높이가 상기 도 1 에 도시된 블레이드보다 낮고, 그 폭은 상대적으로 넓다. 또한 블레이드(56,57)의 폭은 일정하게 유지된다. 이와 같이 블레이드의 높이를 상대적으로 낮추고 폭을 증가시키는 것은 초기 고정력을 약화시키는 대신에, 시술후에 대퇴골수강내의 2 차적인 골성장의 여유 공간을 증가시킴으로써 2 차적인 고정력을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명에 따른 인공 고관절용 무시멘트형 스템은 대퇴골의 형상에 적합화되었으며, 근위부에 형성된 블레이드에 의해서 회전이 방지된다는 장점이 있다. 특히 상기 블레이드는 대퇴골수강내로 스템을 삽입할때 스템이 회전되는 것을 방지하여 초기의 고정력을 제공하며, 2 차적으로는 골성장에 필요한 여유 공간을 제공하여 골성장에 의한 고정력을 제공할 수 있다는 장점이 있다. 또한 블레이드의 상부 부분은 폭이 넓게 함으로써 회전 방지 기능을 강화시킨 반면에, 블레이드의 하부 부분은 폭을 상대적으로 좁게 함으로써 뼈의 약한 부분을 손상시키지 않는다는 장점이 있다. 스템의 단면은 전체적으로 사각형의 이중 테이퍼 형상을 가지므로 대퇴골수강내에서 쐐기 작용에 의한 고정력이 향상되고 회전이 방지되며 삽입이 용이하다. 더욱이, 경부의 단면 넓이를 절두 원추부의 단면 넓이보다 작게 형성함으로써 시술이 용이하게 하였으며, 경부의 단면 형상을 타원형으로 함으로써 인공 고관절의 굴곡 운동시에 비구컵의 가장자리에 대한 간섭을 줄여 스템의 운동 범위를 향상시킬 수 있다. 또한 근위부와 원위부의 전체적인 각도를 해부학적 각도에 적합화시켰다. 특히 스템의 전체적인 각도가 132 도 내지 138 도로 제작되므로 정상 관절에 유사하게 복원되는 것이 가능하며 시술이 용이하다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예지적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 외측면, 전방면 및, 후방면에 각각 외측 블레이드, 전방 블레이드 및, 후방 블레이드가 형성된 근위부;

   상기 근위부로부터 수직 하방으로 연장된 원위부;

   상기 근위부로부터 소정의 각도로 경사를 이루어 상방으로 연장된 경부; 및,

   상기 경부의 단부에 형성된 절두 원추부;를 구비하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 블레이드, 전방 블레이드 및, 후방 블레이드 각각은 상기 근위부로부터 상기 원위부에 접근할수록 높이가 낮아지는 것을 특징으로 하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 근위부 및, 원위부의 단면은 전체적으로 직사각형으로 형성되고, 상기 직사각형의 모서리는 라운드 처리된 것을 특징으로 하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 원위부는 이중으로 테이퍼져서 형성된 것을 특징으로 하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 근위부의 내측면은 85 내지 100 mm 의 곡률 반경을 가지는 곡면부로써 형성되는 것을 특징으로 하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 경부의 단면은 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 경부와 그로부터 연장되는 상기 절두 원추부는, 상기 근위부로부터 상기 원위부로 연장되는 부분에 대해서 132 도내지 138 도의 각도로 경사지는 것을 특징으로 하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 블레이드, 전방 블레이드 및, 후방 블레이드 각각은 상기 근위부에서는 폭이 넓고, 상기 원위부에 접근할수록 폭이 좁아지는 것을 특징으로 하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 블레이드, 전방 블레이드 및, 후방 블레이드 각각은 그 폭이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 인공 고관절용 무시멘트형 스템.