KR20140133879A - 본래의 대퇴골 머리용 무-시멘트 표면 대체 보철물 - Google Patents

본래의 대퇴골 머리용 무-시멘트 표면 대체 보철물 Download PDF

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KR20140133879A
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Abstract

본 발명은 외부 구형 표면(5) 및 내부 측면(4)을 갖춘 내부 수용 공간(7)을 포함하는 본래의 대퇴골 머리머리 세라믹 표면 대체 보철물(1)에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 임플란트(implantation) 공정의 결과로서 골 조직의 괴사를 방지하기 위한 것이며, 따라서 또한 내부 골 조직의 손실을 방지하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 이것은 내부 측면(4)에 골결합 코팅(6)이 제공되거나 적어도 일부 영역들에서 골결합 방식으로 설계되고/설계되거나 측면(4)이 자체-형성 나사(8)로서 설계됨으로써 달성된다.

Description

본래의 대퇴골 머리용 무-시멘트 표면 대체 보철물 {CEMENT-FREE SURFACE REPLACEMENT PROSTHESIS FOR THE NATURAL FEMUR HEAD}
본 발명은 외부의 구형 표면 및 내부 측면을 갖춘 내부의 수용 공간을 포함하는 본래의 대퇴골 머리용 무-시멘트 세라믹 표면 대체 보철물에 관한 것이다.
표면 대체 보철물들은 또한 재표면처리한(resurfacing) 머리(head), 힙 컵(hip cup) 또는 캡 보철물(cap prosthesis)이라고 불린다.
본래의 대퇴골 머리 또는 고관절 머리의 약화의 경우들에 있어서, 대퇴골 머리 상에 금속 또는 세라믹으로 만든 표면 대체 보철물을 설치시키고, 이를 골 시멘트(bone cement)로 고정시키는 것이 최신 기술에서 공지되어 있다. 표면 대체 보철물은 오직 대퇴골 머리의 인공 연골을 대체하고, 인공 연골 아래의 대퇴골 뼈가 형태나 구조에서 실질적으로 손상되지 않을 때 사용된다.
표면 대체 보철물의 외부 표면은 구형 모양을 가지며, 본래의 골반(natural pelvis) 또는 인공 소켓(synthetic socket) 중 하나의 내부로 직접적으로 삽입되고, 다음에는 본래의 골반에 고정된다.
현재까지 세라믹 표면 대체 보철물들은 주로 공지된 금속성 설계들에 기반을 두고 있고, 보통 시멘트가 함유되어 있다. 내부 수용 공간의 내부 측면에는 시멘트 포켓들(cement pockets) 및 센터링 핀(centering pin)이 제공된다.
적용되는 시멘트의 경화 동안 발열 반응 때문에, 열적 손상 및 골조직의 괴사의 위험이 존재한다.
표면 대체 보철물의 무-시멘트 버전(cement-free version)은 시멘트의 최종 열 발생의 이유 때문에 매우 유리할 수 있다.
또 다른 이점은 센터링 핀 없이 실행하는 것일 수 있는데, 이는 필연적인 핀 보링(boring)으로 인한 골조직의 손실이 줄어들기 때문이다.
본 발명의 목적은 임플란트(implantation) 동안 골조직의 괴사가 유발되지 않고, 동시에 내부 골조직의 손실이 일어나지 않는 방식으로 제 1 청구항의 전제부에 따른 세라믹 표면 대체 보철물을 개선하는 것이다. 외면상으로 보이고 표면 대체 보철물의 설치 전에 처리되는 외부 골조직과는 대조적으로 내부 골조직은 외부에서는 보이지 않는 조직이다.
이 목적은 본 발명에 따라 골결합 코팅(osseointegrative coating)으로 적어도 특정 영역들에 내부 측면을 제공함에 의해서 또는 골결합 성형에 의해 및/또는 자체-형성 나사(self-forming thread)로서 내부의 측면을 형성하는 것에 의해서 달성된다.
골결합 표면 코팅은 비.틸크(B.Theelke), 미.쿤츠(Mi. Kuntz), 엠.지펄스(M.Zipperle), 에스.에이크홈(S.Eichhorm), 티.박스리터(T.Boxleiter), 티.판도르프(T.Pandorf), 알.버그커트(R.Burgkart)의 "ZPTA를 기반하는 골결합 세라믹 코팅의 개발- 기계적인 특징 및 기질 상의 영향" (Bioceramics 1, 2010, 페이지 1-4) 에서 설명된다.
골결합 표면 코팅 또는 내부 측면 구성의 사용에 의해, 대퇴골 머리 상에 표면 대체 보철물의 튼튼하고 장기간-지속되는 고정(anchoring)이 달성된다. 내부 측면의 골결합 구성은, 예를 들어 적절한 오픈-포어(open-pore) 구조물을 획득하는 것을 목표로 세라믹 표면 대체 보철물의 불완전한 상태에서 측면의 표면의 가까운 표면적을 형성함에 의해 실현된다.
예를 들어 티타늄 합금들(titanium alloys)로부터 만들어진 구조화된 코팅들을 이용한 세라믹 표면 대체 보철물의 소결된 상태에서 내부 표면의 코팅은 또한 적합하다.
본 발명의 매우 중요한 양태는 표면 대체 보철물이 대퇴골 머리 상에 시멘트 없이 체결되는 것이다. 이것은 모든 발명의 실시예들에 적용된다. 또한 모든 실시예들에 있어서, 축의 센터링 핀이 수용 공간 내에서 배치되지 않는다.
대안적으로 또는 골결합 코팅 또는 골결합 성형과의 조합으로, 측면은 자체-형성 나사로서 생성된다. 이러한 방식에 있어서, 시멘테이션(cementation)이나 센터링 핀이 필요없게 될 수 있도록 고정(anchorage)이 실질적으로 개선된다.
나사는 원추형 또는 원통형의 모양으로 형성된다. 나사가 원추형이라면, 대퇴골 머리는 원칙적으로 적어도 가공되어야 한다.
놀랍게도, 나사의 피치(pitch)가 대퇴골의 머리 상에서 표면 대체 보철물의 고정에 대해 상당한 영향을 준다는 것이 알려졌다. 나사의 피치는 대퇴골의 머리 상의 표면 대체 보철물의 풀림이 일어나지 않는 것을 보장하기 위해 필요하다. 피치가 더 경사질수록, 더 큰 힘들이 대퇴골의 머리 상에서 표면 대체 보철물의 회전에 요구된다. 다른 말로 하자면: 결합된(fixed) 표면 대체 보철물들에 대해, 표면 대체 보철물 상에서 마찰의 힘들을 통해 작용하는 토크(torque)가 표면 대체 보철물이 대퇴골 머리 상에서 표면 대체 보철물의 나사를 이용하여 회전가능하게 하는 토크보다 낮다면, 표면 대체 보철물은 확실히 대퇴골 머리 상에 고정된 상태를 유지한다. 나사의 피치는 따라서 본 발명의 중요한 특징이다.
특히 보철물의 원치않은 반-시계방향 회전으로 인한 결합의 풀림에 대해 보증하기 위해, 나사 피치는 작동 직후 표면 대체 보철물의 결합을 위해 매우 중요하다는 것이 알려져 있다: 작동의 말기에서 표면 대체 보철물을 이용하여 관골부(acetabulum) 내부로 대퇴골의 머리의 삽입 후, 본래의 인대 및 근육 긴장의 결과로서, 대퇴골의 머리와 함께 보철물의 인터페이스는 축 방향으로 프리텐션(pretension) 된다. 나사의 경사가 더 커질수록, 연결의 원치않는 풀림을 위한 더 큰 토크가 필요하다; 이러한 풀림 토크는 이동 훈련 동안 다리의 회전 운동 때문에 표면 대체 보철물의 대칭축 주변에서 발생할 수 있다. 대퇴골 머리와 표면 대체 보철물 사이의 골결합식으로 형성된 경계층(boundary layer) 내측으로 골조직 성장의 증가에 의해, 골조직["골 트라베큘라"(bone trabeculae)]의 요소들 사이의 포지티브 연결은 인터페이스의 안정성을 증가시킨다.
따라서 나사는 2 mm/회전 보다 큰 피치로 설계되어야 한다. 휠씬 더 양호한 것은 4 mm/회전 보다 더 큰 피치이다. 가장 양호한 결과들은 6 mm/회전 보다 더 큰 피치로 얻어진다. 나사는 또한 다줄 나사가(multi-start) 될 수 있다. 나사 회전의 수, 치 형상 및 피치는 주요한 비틀림 신뢰도 및 너비 제한들 내의 축의 안정성에 대해 최적화될 수 있고, 상업용 CNC 가공기들 상에서 세라믹 표면 대체 보철물의 친환경적 기계 가공 제조 동안 제작될 수 있다. 또한 90°까지 매우 경사진 각도가 이용가능하다면, 이것들은 충격 기구와 함께 설치될 수 있다.
본 발명은 이후에 여러의 도면들에 의해 더 설명된다. 무-시멘트 표면 대체 보철물이 모든 도면에 묘사된다.
도 1은 본래의 대퇴골 경부[femoral neck](9) 및 세라믹으로 만들어진 본 발명에 따른 장착된 표면 대체 보철물(1)을 갖춘 대퇴골 머리(3)를 통한 단면을 대략적으로 묘사한다. 보철물의 외부 표면(1)은 구상으로 형성되었고, 본래의 골반 또는 합성 소켓(synthetic socket) 중 하나로 직접적으로 삽입되며, 차례로 본래의 골반에 직접적으로 혹은 간접적으로 고정된다.
표면 대체 보철물(1)은 내부 측면(4)을 갖춘 내부 수용 공간을 포함하고, 표면 대체 보철물(1)은 내부 측면에서 대퇴골 머리(3)에 피팅된다. 수용 공간의 내부 측면(4)은 바람직하게는 원추형으로 성형된다. 그러나 도 1에서 도시하는 것처럼 수용 공간은 또한 공 모양 일 수 있다.
본 발명에 따르면, 표면 대체 보철물(1)은 대퇴골 머리(3) 상에 시멘트 없이 체결된다. 이것은 본 발명의 모든 실시예들에 대해 적용된다. 또한, 축 센터링 핀없이 수용 공간에 배열된다.
표면 대체 보철물(1)을 고정시키기 위해, 내부 측면(4)은 골결합 코팅(6)이 제공되거나 또는 골결합식으로 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 수용 공간(4)의 내부 측면은 자체-형성(self-forming) 나사로서 생성된다. 이러한 실시예들은 도 2 내지 도 6 에 의해 더 자세하게 설명된다. 이러한 실시예들에서 내부 측면에는 또한 골결합 코팅이 제공되거나 또는 골결합식으로 생성된다. 도 2는 본 발명에 따른 표면 대체 보철물(1)을 도시하며, 이의 내부의 수용 공간의 측면(4)은 절두원추(truncated cone) 모양으로 형성되고, 하이-피치의 다줄 나사(multi-start high-pitch thread)가 제공된다. 2줄 자체-형성 나사는 예로서 도 2에서 묘사된다. 내부 측면(4)에는 나사 상에 골결합 코팅(6)이 또한 제공된다. 골결합 코팅(6)은 또한 뼈에 직접 코팅(Direct-To-Bone-Coating)으로서 또한 지정된다. 수술 중 수술 부위를 준비하는 것은 적절하게 설계된 수술용 밀링 장치로 이루어진다. 표면 대체 보철물(1)의 설치 후, 이것은 우측 회전(right turn)으로 확실히 결합된다. 높이를 수정하기 위해, 표면 대체 보철물(1)은 좌측 회전에 의해 다시 풀 수 있으며, 필요하다면 그 수술 부위가 다시-밀링(re-mill)될 수 있다.
원추형 수술 부위의 센터링 효과(centering effect) 때문에, 조직 보존의 이유로 센터링 핀(centering pin)은 필요없게 될 수 있다.
도 2에서 원추형 2줄 나사의 피치(들)는 일정하며, 예를 들어 전체 회전당 축의 경로는 일정하다. 분리(t) 예를 들어 여기서 두 개의 나사 선단부들 사이의 거리는 s/2 이다.
도 3은 분리 s/4를 갖춘 원추형 자체-형성 4줄 나사를 구비한 표면 대체 보철물(1)을 묘사한다.
도 4는 2줄 나사(8)를 갖춘 표면 대체 보철물(1)을 통한 단면을 묘사하고, 도 5는 4줄 나사를 갖춘 표면 대체 보철물(1)을 묘사한다.
도 6은 원통형 자체-형성 6줄 나사를 갖춘 본 발명에 따른 표면 대체 보철물(1)을 묘사한다. 여기서 단지, 나사 위의 수용 공간의 구형 단면(2)만이 골결합 코팅(6)을 가진다.
모든 나사들의 피치는 1 내지 20 mm/회전 이다; 바람직하게는 2 내지 10 mm/회전 이며, 가장 바람직하게는 3 내지 6 mm/회전 이다. 나사의 줄 수의 선택은 피치와 나사 모양에 의존한다. 따라서 피치는 바람직하게는, 1줄 나사에 대해서 1 내지 2 mm/회전, 2줄 나사에 대해서는 2 내지 4 mm/회전, 3줄 나사에 대해서는 3 내지 6 mm/회전 이다.
1: 표면 대체 보철물
2: 나사 상의 수용 공간의 구형 단면
3: 대퇴골 머리
4: 측면
5: 구형 표면
6: 골결합 코팅
7: 수용 공간
8: 나사
9: 대퇴골 경부

Claims (6)

  1. 외부 구형 표면(5) 및 내부 측면(4)를 갖춘 내부 수용 공간(7)을 포함하는 본래의 대퇴골 머리(3)용 세라믹 표면 대체 보철물(1)에 있어서,
    내부 측면(4)은 적어도 섹터들에서 골결합 코팅(6)이 제공되거나 골결합식으로 형성되고/형성되거나 측면(4)이 자체-형성 나사(8)로서 형성되는 것을 특징으로 하는,
    본래의 대퇴골 머리용 세라믹 표면 대체 보철물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    나사(8)는 원추형 또는 원통형 모양인 것을 특징으로 하는,
    본래의 대퇴골 머리용 세라믹 표면 대체 보철물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    나사(8)는 2 mm/회전 보다 더 큰 피치로 형성된 것을 특징으로 하는,
    본래의 대퇴골 머리용 세라믹 표면 대체 보철물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    나사(8)는 4 mm/회전 보다 더 큰 피치로 형성된 것을 특징으로 하는,
    본래의 대퇴골 머리용 세라믹 표면 대체 보철물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    나사(8)는 6 mm/회전 보다 더 큰 피치로 형성된 것을 특징으로 하는,
    본래의 대퇴골 머리용 세라믹 표면 대체 보철물.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    나사(8)는 다줄 나사로 형성된 것을 특징으로 하는,
    본래의 대퇴골 머리용 세라믹 표면 대체 보철물.



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