KR20090113319A - 인공 고관절의 면과 구형 리세스 사이의 전이부의 기하구조를 변형시킴으로써 인공 고관절의 인서트의 표면 손상의 진행을 저하시키는 방법 - Google Patents
인공 고관절의 면과 구형 리세스 사이의 전이부의 기하구조를 변형시킴으로써 인공 고관절의 인서트의 표면 손상의 진행을 저하시키는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
지속적인 높은 부하가 인공 고관절에 가해지면, 경질 재료가 사용되는 경우에도 마모의 징후가 발생한다. 이러한 징후는 기능 상실, 예를 들어, 세라믹 재료로 제조된 인공 고관절 내의 구성요소의 파괴를 초래하지는 않지만, 이들은 여전히 바람직하지 않다. 금속 대 금속 재료 페어링을 사용하는 경우의 마찰에 의해서 발생하는 마멸은 인체에 해로울 수 있다. 본 발명에 따르면, 인공 고관절의 소켓 인서트로서, 대퇴부의 구형 헤드가 소켓 인서트의 구형 리세스-모양 틈에 지지되고, 이러한 구형 리세스가 런인 영역을 지니며, 그러한 런인 영역은 길이(RE)의 반경(11)을 지닌 환형 아크(7)의 시작 지점(12)과 길이(RK)의 반경(13)을 지니는 구형 리세스(3)의 런인 에지(5) 사이에서 런인 영역(6)이 곡선(14)을 형성하고, 그러한 곡선의 함수가 모든 지점에서 두 번 연속 미분될 수 있음을 특징으로 한다.
Description
마모율이 낮은 생체 적합성 설치를 실현하기 위해서 다양한 물질이 인공 고관절(hip joint prostheses)에 사용된다. 이러한 연결에서, 소위 종래 기술에 따른 경질 대 경질 재료 페어링(hard-on-hard material pairing)이 영구성 및 신뢰 가능한 환자 관리에 가장 적합하다. 이들 재료 페어링의 경우에, 히프 샤프트(hip shaft)상의 구형 헤드와 히프 소켓내의 소켓 인서트(socket insert) 둘 모두가 기술적인 면에서 견고한 재료로 제조된다. 현재, 세라믹 대 세라믹 및 금속 대 금속 재료 페어링이 적용되고 있다. 현재의 연구는 또한 장래 세라믹 대 금속 재료 페어링의 사용에 중점을 두고 있다.
인공 고관절상의 지속적인 높은 부하의 경우에, 상기된 경질 재료가 사용되는 경우에도 마모의 징후가 발생하고 있다. 이러한 마모는 명백하게 기능상실, 예를 들어, 세라믹 재료의 인공 고관절의 경우에서의 구성요소의 파괴를 초래하지는 않는데, 그럼에도 불구하고, 이들은 바람직하지 않다. 마찰에 의한 금속 대 금속의 재료 페어링에 의해서 발생되는 마멸은 인체에 해로울 수 있다.
도 1은 세라믹 재료로 제조된 소켓 인서트(1)를 통한 부분을 나타내고 있다. 구형 만입부(3)의 중심(2)은 구형 만입부의 대칭 축(4)상에 있다. 경질 대 경질 재료 페어링의 경우에 특정 형태의 마모가 소위 런인 에지(run-in edge: 5) 부분에서 발생한다. 이러한 부분은 소켓 인서트(1)의 구형 만입부(3)와 런인 영역(run-in zone: 6) 사이의 전이부에 위치된다. 런인 영역(6)은 소켓 인서트(1)의 단부면(9)상의 전이부(8)에서 접선방식으로 환형 아크(7)로 종결된다. 발생되는 구형 헤드의 부분 탈구 및 미세한 분리에 의해서, 도면에서는 도시되지 않은, 소켓 인서트(1)와 구형 헤드 둘 모두에 대해서, 런인 에지(5) 부위에서, 높은 부하가 발생한다. 결국, 재료에 따라서 국소적으로 증가된 마모가 발생되며, 그러한 마모는 마멸을 증가시키거나 표면 거칠기를 가시적으로 증가시킨다. 표면 손상(stripe wear)으로 일컬어지는 표면 거칠기의 증가는 달리 증가된 범위로 발생되는 금속성 마멸과 같이 바람직하지 않다.
런인 에지(5)의 영역에서 발생하는 증가된 마모는 높은 표면 압력(집중된 부하)의 작용 및 런인 영역(6) 부위에서의 구형 헤드의 슬라이딩(sliding) 운동 동안의 불연속적 힘 특성에 기인된다.
본 발명의 근본적인 목적은 런인 영역 부위에서의 마모를 피하거나 적어도 이를 큰 범위로 감소시키는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 구형 만입부(3)에서의 런인 에지(5)와 환형 아크(7)의 단부 지점(12) 사이의 런인 영역(6)의 기하구조가 모든 지점에서 두 번 연속 미분될 수 있는 곡선의 함수를 지닌 곡선(14)으로서 실현되는 것을 제안하고 있다.
도 2에서, 소켓 인서트(1)중의 런인 영역(6)은 도 1에 비해서 확대된 규모로 절단 부분으로서 도시되어 있다. 런인 영역(6)의 시작 지점에서 중심점(10)을 지닌 환형 아크(7)는 길이 RE의 반경(11)을 지닌다. 환형 아크(7)는 런인 영역(6)의 본 발명에 따른 곡선(14)이 이어지는 지점(12)에서 종료된다. 구형 만입부(3)의 환형 아크에 대한 곡선(14)의 전이부는 런인 에지(5)에 있으며, 구형 만입부(3)의 환형 아크는 길이 RK의 반경(13)을 지닌다. 환형 아크(7)의 시작 지점(12), 즉, 지점(A)과 런인 에지(5), 즉, 지점(B)은 이들의 곡률이 이어지는 각각의 곡선, 즉, 환형 아크(7)과 구형 만입부의 환형 아크(3) 각각의 곡률과 일치하는 곡선(14)의 지점들이다.
런인 영역(6)의 곡선(14)은 그의 두 단부 지점(A) 및 지점(B)에서 이어지는 곡선의 각각의 곡률을 지닌다. 따라서, 단부 지점(A)에서 곡선(14)의 식은 f"A(x,y) = 1/RE이고, 단부 지점(B)에서는 f"B(x,y) = 1/RK이다.
이러한 방식으로, 구형 헤드가 구형 만입부(3)와 런인 반경(7) 사이에서 운동하는 곡선(14)의 곡률 특성이 연속적이다. 이러한 특성은 접촉력과 표면 압력 둘 모두의 특성이 연속적이게 한다. 구형 헤드는 소켓 인서트 내에서 롤 오프(roll off)된다. 슬라이딩 운동이 회피된다.
곡선(14)을 수학적으로 설명하기 위해서, 다양한 함수를 생각할 수 있다. 예를 들어, 이러한 점에서, 캠 기어(cam gear)로부터 공지된 사인 곡선 모양 또는 다항식 형태가 언급될 수 있다.
Claims (4)
- 인공 고관절(hip joint prosthesis)의 소켓 인서트(socket insert)로서, 대퇴골의 구형 헤드가 소켓 인서트의 구형-만입-모양 리세스에 장착되고, 이러한 구형 만입부가 한쪽에서는 소켓 인서트의 단부 면에서 접선방식으로 환형 아크로 종결되며 다른 한쪽에서는 런인 에지(run-in edge)까지 연장되는 런인 영역(run-in zone)을 지니며, 길이(RE)의 반경(11)을 지닌 환형 아크(7)의 시작 지점(12)과 길이(RK)의 반경(13)을 지니는 구형 만입부(3)의 런인 에지(5) 사이에서 런인 영역(6)이 곡선(14)을 형성하고, 그러한 곡선의 함수가 모든 지점에서 두 번 연속 미분될 수 있음을 특징으로 하는 인공 고관절의 소켓 인서트.
- 제 1항에 있어서, 각각의 단부 지점(A), 즉, 환형 아크(7)의 단부 지점(12)과 단부 지점(B), 즉, 런인 에지(5)에서의 곡선(14)이 이러한 곡선으로부터 이어지는 곡선, 즉, 환형 아크(7) 및 구형 만입부(3)와 동일한 곡률을 지님을 특징으로 하는 소켓 인서트.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 곡선(14)의 모양이 사인 모양(sinusoidal)이거나 다항식 형태를 지님을 특징으로 하는 소켓 인서트.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 환형 아크(7)의 시작 지점(12)인 단부 지점(A)에서의 곡선(14)의 식이 f"A(x,y) = 1/RE이고, 런인 에지(5) 및 구형 만입부(3)의 환형 아크의 시작 지점인 단부 지점(B)에서의 곡선의 식이 f"B(x,y) = 1/RK임을 특징으로 하는 소켓 인서트.
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