WO2018030716A1 - 인공 관절용 헤드 및 이를 포함하는 인공 관절 - Google Patents

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WO2018030716A1
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center
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전인호
홍한표
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Asan Foundation
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    • A61F2002/3611—Heads or epiphyseal parts of femur
    • A61F2002/3615—Heads or epiphyseal parts of femur having a concave shape, e.g. hemispherical cups

Definitions

  • the present invention relates to an artificial joint head and an artificial joint including the same.
  • the hip joint is a joint that connects between the femur of the human body and the acetabular pelvis, and is a joint that plays an important role in sitting or standing.
  • the hip can be damaged by pathological causes such as arthritis and femoral head avascular necrosis and trauma. If the damage is large, the artificial hip can be inserted through surgery to replace it.
  • An artificial hip is a surgical implant that replaces an injured hip (hip) with an artificial joint. It consists of an acetabular cup, a head, and a stem.
  • the acetabular cup, head and stem are made of materials such as titanium alloy, which are harmless to the human body.
  • the acetabular cup is located in the acetabular pelvis, and the stem is inserted into the femur and fixed.
  • a spherical head formed of a ceramic or metal material is fixed to the end of the stem, and the head is accommodated in the acetabular cup to rotate.
  • the head is rotated while being accommodated in the acetabular cup, where the acetabular cup and the head make point contact.
  • the joint fluid is received between the acetabular cup and the head, continuous rotation of the head causes the joint fluid to be pushed out, reducing the cushioning function between the acetabular cup and the head, resulting in head wear.
  • the present invention has an object to provide an artificial joint head and an artificial joint including the same that can minimize the wear between the acetabular cup and the head of the artificial joint.
  • one end is fixed to the first bone of the human body, the other end of the stem (stem) formed with a coupling portion, the head including an insertion portion is inserted into the coupling portion and the head is inserted can be rotated
  • An accommodating cup formed to accommodate the second bone, wherein the second bone corresponds to the first bone, and the head is recessed to a predetermined depth from the outer circumferential surface of the head toward the center of the head.
  • An artificial joint is provided, comprising a recess.
  • the artificial joint of the present invention may minimize the wear by maximizing the hydraulic lubricating action between the head and the acetabular cup through the head for artificial joint including the first recess.
  • the artificial joint of the present invention allows the head and the acetabular cup to be in circular contact instead of point contact through the first concave having a smooth curved surface, so that the artificial joint can withstand external shocks. Can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an artificial joint according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a conceptual view schematically illustrating the artificial joint head of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an artificial joint according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention has one end fixed to the first bone of the human body, a stem having a coupling portion formed at the other end, a head including an insertion portion into which the coupling portion is inserted, and a receiving portion formed so that the head can be inserted and rotated. And an acetabular cup fixed to a second bone, wherein the second bone corresponds to the first bone, and the head includes a first recess formed to be recessed to a certain depth from the outer circumferential surface of the head toward the center of the head.
  • the first concave portion may be disposed on an extension line extending in the longitudinal direction of the insertion portion.
  • the first concave portion is a first curved surface disposed in the center of the first concave portion, the first curved surface and the outer peripheral surface of the head while circumferentially the edge of the first curved surface It may include a second curved surface connecting the.
  • the first curved surface may have a concave shape in the direction of the center of the head, and the second curved surface may have a convex shape toward the acetabular cup.
  • the first curved surface has a first radius of curvature centered on the outside of the head
  • the second curved surface has a second radius of curvature located in the center of the head
  • the second radius of curvature may be equal to 1/2 of the radius of the head.
  • the head may be spaced apart from each other on the outer circumferential surface of the head, and may further include a plurality of second recesses formed in the same shape as the first recess.
  • the present invention in a state in which one end is coupled to the other end of the stem (stem) fixed to the first bone of the human body, is accommodated in the acetabular cup fixed to the second bone corresponding to the first bone in the rotatable head (head)
  • the head may include an insertion part into which a coupling part formed at the other end of the stem is inserted; And a first recess formed to be recessed to a predetermined depth from the outer circumferential surface of the head toward the center of the head.
  • the first concave portion may be disposed on an extension line extending along the longitudinal direction of the insertion hole.
  • the first concave portion is a first curved surface disposed in the center of the first concave portion, the first curved surface and the outer peripheral surface of the head while circumferentially the edge of the first curved surface It may include a second curved surface connecting the.
  • the first curved surface may have a concave shape in the direction of the center of the head, and the second curved surface may have a convex shape toward the acetabular cup.
  • the first curved surface has a first radius of curvature centered on the outside of the head
  • the second curved surface has a second radius of curvature located in the center of the head
  • the second radius of curvature may be equal to 1/2 of the radius of the head.
  • the head may be spaced apart from each other on the outer circumferential surface of the head, and may further include a plurality of second recesses formed in the same shape as the first recess.
  • the term "include” or “having” means that a feature or component described in the specification is present and does not preclude the possibility of adding one or more other features or components.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the artificial joint 10 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of Figure 1
  • Figure 3 for the artificial joint of Figure 1
  • an artificial joint 10 may include a stem 100, a head 200, and an acetabular cup 300.
  • the stem 100 is inserted into and fixed to the first bone of the human body, and a coupling part 110 may be formed at the other end.
  • the first bone may be the femur.
  • the stem 100 has a front end portion 130 inserted into the femur, a seating portion 120 extending from the front end portion 130, and a coupling portion 110 which can be coupled to the head 200 which is extended from the seating portion 120 and described later. ) May be included.
  • the distal end 130 and the seating part 120 are inserted into the femur and fixed to the femur by the bone marrow secreted from the femur.
  • the tip portion 130 may have a circular cross-section in the longitudinal direction and may have a long rod shape, and may have a smaller diameter than the seating portion 120.
  • the seating part 120 may be formed in an elliptical shape with respect to the longitudinal direction, and may be formed such that the area of the cross section is increased toward the coupling part 110.
  • the coupling part 110 may form a predetermined angle with the seating part 120, and may be formed at an obtuse angle corresponding to the physical characteristics of the user.
  • the acetabular cup 300 is provided with a receiving portion 310 (see FIG. 2) so that the head 200 is inserted and rotated, and may be fixed to a second bone corresponding to the first bone.
  • the second bone may be the pubic bone of the user connected to the femur, which is the first bone.
  • the receiving part 310 may be formed in the shape of a hemispherical cup to accommodate the head 200 having a ball shape.
  • Acetabular cup 300 may be coupled to the pubis through a protruding outer surface.
  • the outer surface of the acetabular cup 300 may be made of a metal having biocompatibility, for example, titanium alloy.
  • the accommodating part 310 of the acetabular cup 300 may be made of a material different from that of the outer surface, for example, made of a ceramic material.
  • the outer surface may be formed to be porous to promote bone fusion with the pubic bone.
  • the acetabular cup 300 may be coupled to the pubis using a coupling means such as a screw.
  • the head 200 may be mounted to the stem 100 including an insertion portion 230 into which the coupling portion 110 of the stem 100 may be inserted.
  • the head 200 has a first concave portion formed to be embedded in a predetermined depth from the outer circumferential surface of the head 200 toward the center O of the head 200 on an extension line A extending along the longitudinal direction of the insertion portion 230. And may include 210.
  • the first recess 210 may include a first curved surface 211 and a second curved surface 213 having a curved shape.
  • the first curved surface 211 is disposed in the center of the first concave portion 210 and may have a concave shape in the center direction of the head 200.
  • the second curved surface 213 may connect the outer circumferential surface of the first curved surface 211 and the head 200 while circumscribing the edge of the first curved surface 211.
  • the second curved surface 213 may have a convex shape toward the acetabular cup 300.
  • the first concave portion 210 may be a recess recessed from the outer circumferential surface of the head 200 and may be close to the groove shape near the top of the apple, for example.
  • the first concave portion 210 may perform a substantial reservoir function of the joint fluid in a state where the head 200 is accommodated in the acetabular cup 300.
  • the head according to the comparative example is formed into a perfect sphere.
  • the joint fluid performs a lubrication function that reduces the friction between the head and the acetabular cup between the head and the acetabular cup.
  • the spherical head according to the comparative example is accommodated in the acetabular cup and rotated while the joint fluid is pushed into the space between the head and the acetabular cup by rotation, and the friction between the acetabular cup and the head cannot be sufficiently reduced.
  • the spherical head is in point contact with the acetabular cup, there is a high risk of the head breaking when an impact is applied.
  • the artificial head 200 includes a first recess 210 which is a reservoir of a joint fluid, and the joint fluid is always accumulated in the first recess 210.
  • the hydrodynamic lubrication between the head 200 and the acetabular cup 300 may be continuously performed.
  • Lubrication refers to a phenomenon in which a material such as a liquid or a solid is inserted between friction surfaces to reduce the interaction between the two surfaces.
  • Hydraulic lubrication in artificial joints means using joint fluids to reduce friction between friction surfaces. In the comparative example, hydraulic lubrication through the joint fluid occurs, but as described above, sufficient fluid flow cannot be maintained.
  • the head 200 for an artificial joint can sufficiently maintain the flow of the joint fluid by using the first concave portion 210, and has less friction between the head 200 and the acetabular cup 300. It is possible to reduce the wear of the head 200 or the acetabular cup 300.
  • the first concave portion 210 allows the head 200 to induce a circular contact rather than a point contact with the acetabular cup 300, so that the impact structure is more robust than that of the comparative example. Can be formed.
  • the first concave portion 210 is disposed on an extension line in the longitudinal direction of the insertion portion 230 of the head 200, the first concave portion 210 also moves together by the rotation of the head 200. Can perform the function of.
  • the first concave portion 210 may include the first curved surface 211 and the second curved surface 213 as described above.
  • the first curved surface 211 has a first radius of curvature R1 at which the center O1 is located outside the head 200, and the second curved surface 213 is centered inside the head 200. It may have a second radius of curvature R2 where (O2) is located.
  • the first curved surface 211 may have a concave shape toward the center of the head 200
  • the second curved surface 213 may have a convex shape toward the acetabular cup 300.
  • the first radius of curvature R1 and the second radius of curvature R2 may be the same, but the present invention is not limited thereto.
  • the first radius of curvature R1 may be smaller than the second radius of curvature R2.
  • the second radius of curvature R2 may be equal to 1/2 of the radius r of the head 200.
  • the second radius of curvature R2 has a value of 1/2 of the radius r of the head 200, thereby forming a convex second curved surface 213 having a gentle slope from the outer circumferential surface of the head 200.
  • the size of the first concave portion 210 may correspond to the size D1 of the insertion portion 230 on the outer circumferential surface of the head 200.
  • the size of the first concave portion 210 means the size at both ends that are embedded due to the circles having the second radius of curvature R2, which is substantially the same as the size D1 of the insert 230. can do.
  • There is no limitation on the size of the first concave portion 210 but when the size of the first concave portion 210 is larger than the size (D1) of the insertion portion 230, the depth of the first concave portion 210 as well As it becomes larger, it may be weak to external shocks.
  • the size of the first concave portion 210 is smaller than the size (D1) of the insertion portion 230, it may not be sufficient to perform the joint fluid reservoir function between the head 200 and the acetabular cup (300).
  • the artificial joint 10 can induce continuous storage and flow of the joint fluid, and can maximize the hydraulic lubricating action to reduce wear.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an artificial joint 10 according to another embodiment of the present invention.
  • the artificial joint head 200 may include a first recess 210 and may further include a plurality of second recesses 250.
  • the plurality of second recesses 250 may be spaced apart from each other on the outer circumferential surface of the head 200, and may be formed in the same shape as the first recesses 210.
  • the size of the second recess 250 may be the same as or smaller than the first recess 210.
  • the second recess 250 may be disposed at a position different from that of the first recess 210 to serve as a reservoir of joint fluid having the same function as the first recess 210.
  • the second recess 250 is regularly arranged in the drawing, as another embodiment, the second recess 250 may be irregularly arranged.
  • the position and number of the second recesses 250 may be designed so as not to affect the durability of the head 200.
  • the artificial joint 10 is provided between the head 200 and the acetabular cup 300 through the artificial joint head 200 including the first concave portion 210. Minimize wear by maximizing hydraulic lubrication.
  • the head 200 and the acetabular cup 300 are circular contact instead of point contact through the first concave having a smooth curved surface. By doing so, it is possible to improve the durability that the artificial joint 10 can withstand external shocks.
  • the artificial joint has been described as an artificial joint disposed between the femur and the pubis, the present invention is not limited thereto and may be applied to artificial joints at other positions.
  • an artificial joint head and an artificial joint including the same are provided.
  • embodiments of the present invention can be applied to artificial joint surgery used in the industry.

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Abstract

본 발명은 일단이 인체의 제1 뼈에 고정되며, 타단에 결합부가 형성된 스템(stem), 상기 결합부가 삽입되는 삽입부를 포함하는 헤드(head), 및 상기 헤드가 삽입되어 회동할 수 있도록 수용부가 형성되며, 상기 제1 뼈에 대응되는 제2 뼈에 고정되는 비구컵을 포함하고, 상기 헤드는 상기 헤드의 외주면으로부터 상기 헤드의 중심을 향하여 일정 깊이 함입되도록 형성된 제1 오목부를 포함하는, 인공 관절을 제공한다.

Description

인공 관절용 헤드 및 이를 포함하는 인공 관절
본 발명은 인공 관절용 헤드 및 이를 포함하는 인공 관절에 관한 것이다.
고관절은 인체의 대퇴골과 골반의 비구 사이를 연결하는 관절로서, 사람이 앉거나 서는데 있어서 중요한 작용을 하는 관절이다. 고관절은 관절염과 대퇴골두 무혈성 괴사증 같은 병적 원인 및, 외상 등에 의해서 손상될 수 있는데, 그 손상정도가 큰 경우 이를 대체하기 위해서 수술을 통해서 인공 고관절을 삽입할 수 있다.
인공고관절은 손상된 고관절(엉덩이관절)을 인공관절로 대체하는 수술용 임플란트 제품으로 비구컵(acetabular cup)과 헤드(head), 스템(stem)으로 이루어진다. 비구컵과 헤드 그리고 스템은 인체에 무해한 티타늄 합금 등의 재질로 제작된다. 비구컵은 골반의 비구에 위치하고, 스템은 대퇴골 내에 삽입되어 고정된다. 그리고, 스템의 단부에는 세라믹 또는 금속 재료로 형성된 구체 형상의 헤드가 고정되며, 비구컵 내면에는 헤드가 수용되어 회동할 수 있다.
헤드는 비구컵에 수용된 상태에서 회동하게 되는데, 이때, 비구컵과 헤드는 포인트 컨택(point contact)을 하게 된다. 비구컵과 헤드 사이에 관절액이 수용되긴 하지만, 헤드의 지속적인 회동에 의해 관절액이 외부로 밀려나 비구컵과 헤드 사이의 완충 기능이 줄어들면서 헤드의 마모가 일어나게 된다.
상기한 문제 및/또는 한계를 해결하기 위하여, 본 발명은 인공 관절의 비구컵과 헤드 사이의 마모를 최소화할 수 있는 인공 관절용 헤드 및 이를 포함하는 인공 관절을 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는 일단이 인체의 제1 뼈에 고정되며, 타단에 결합부가 형성된 스템(stem), 상기 결합부가 삽입되는 삽입부를 포함하는 헤드(head) 및 상기 헤드가 삽입되어 회동할 수 있도록 수용부가 형성되며, 제2 뼈에 고정되는 비구컵을 포함하고, 상기 제2 뼈는 상기 제1 뼈에 대응되고, 상기 헤드는 상기 헤드의 외주면으로부터 상기 헤드의 중심을 향하여 일정 깊이 함입되도록 형성된 제1 오목부를 포함하는, 인공 관절을 제공한다.
본 발명의 인공 관절은 제1 오목부를 포함하는 인공 관절용 헤드를 통해, 헤드와 비구컵 사이의 수력 윤활 작용을 극대화시켜 마모를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 인공 관절은 완만한 만곡면을 갖는 제1 오목부를 통해 헤드와 비구컵이 점접촉(point contact) 대신 원접촉(circular contact)하도록 함으로써, 인공 관절이 외부 충격에도 견딜 수 있는 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 관절을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 인공 관절용 헤드를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 관절을 개략적으로 도시한 사시도이다.
본 발명은 일단이 인체의 제1 뼈에 고정되며, 타단에 결합부가 형성된 스템(stem), 상기 결합부가 삽입되는 삽입부를 포함하는 헤드(head) 및 상기 헤드가 삽입되어 회동할 수 있도록 수용부가 형성되며, 제2 뼈에 고정되는 비구컵을 포함하고, 상기 제2 뼈는 상기 제1 뼈에 대응되고, 상기 헤드는 상기 헤드의 외주면으로부터 상기 헤드의 중심을 향하여 일정 깊이 함입되도록 형성된 제1 오목부를 포함하는, 인공 관절을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 오목부는 상기 삽입부의 길이 방향을 따라 연장된 연장선 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 오목부는 상기 제1 오목부의 가운데에 배치되는 제1 만곡면과, 상기 제1 만곡면의 가장자리를 일주하면서 상기 제1 만곡면과 상기 헤드의 상기 외주면을 연결하는 제2 만곡면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 만곡면은 상기 헤드의 중심 방향으로 오목한(concave) 형상이며, 상기 제2 만곡면은 상기 비구컵을 향하여 볼록한(convex) 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 만곡면은 상기 헤드의 외부에 중심이 위치하는 제1 곡률 반경을 갖고, 상기 제2 만곡면은 상기 헤드의 내부에 중심이 위치하는 제2 곡률 반경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 곡률 반경은 상기 헤드의 반지름의 1/2과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 헤드는 상기 헤드의 외주면에 서로 이격되어 배치되며, 상기 제1 오목부와 동일한 형상으로 형성된 복수의 제2오목부들을 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 일단이 인체의 제1 뼈에 고정되는 스템(stem)의 타단에 결합된 상태에서, 상기 제1 뼈에 대응되는 제2 뼈에 고정되는 비구컵에 수용되어 회동가능한 헤드(head)에 있어서, 상기 헤드는, 상기 스템의 타단에 형성된 결합부가 삽입되는 삽입부; 및 상기 헤드의 외주면으로부터 상기 헤드의 중심을 향하여 일정 깊이 함입되도록 형성된 제1 오목부를 포함하는, 인공 관절용 헤드를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 오목부는 상기 삽입구의 길이 방향을 따라 연장된 연장선 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 오목부는 상기 제1 오목부의 가운데에 배치되는 제1 만곡면과, 상기 제1 만곡면의 가장자리를 일주하면서 상기 제1 만곡면과 상기 헤드의 상기 외주면을 연결하는 제2 만곡면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 만곡면은 상기 헤드의 중심 방향으로 오목한(concave) 형상이며, 상기 제2 만곡면은 상기 비구컵을 향하여 볼록한(convex) 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 만곡면은 상기 헤드의 외부에 중심이 위치하는 제1 곡률 반경을 갖고, 상기 제2 만곡면은 상기 헤드의 내부에 중심이 위치하는 제2 곡률 반경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 곡률 반경은 상기 헤드의 반지름의 1/2과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 헤드는 상기 헤드의 외주면에 서로 이격되어 배치되며, 상기 제1 오목부와 동일한 형상으로 형성된 복수의 제2오목부들을 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 실시예들의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 내용들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 실시예들은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서 유닛, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 유닛, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
이하의 실시예에서 연결하다 또는 결합하다 등의 용어는 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 반드시 두 부재의 직접적 및/또는 고정적 연결 또는 결합을 의미하는 것은 아니며, 두 부재 사이에 다른 부재가 개재된 것을 배제하는 것이 아니다.
명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 관절(10)에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 관절(10)을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 단면도이며, 도 3은 도 1의 인공 관절용 헤드(200)를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예예 따른 인공 관절(10)은 스템(100), 헤드(200) 및 비구컵(300)을 포함할 수 있다.
스템(100)은 일단이 인체의 제1 뼈에 삽입되어 고정되며, 타단에 결합부(110)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 도시하지 않았지만, 제1 뼈는 대퇴골일 수 있다. 스템(100)은 대퇴골에 삽입되는 선단부(130)와, 선단부(130)에서 연장된 안착부(120)와, 안착부(120)로부터 연장되며 후술하는 헤드(200)가 결합가능한 결합부(110)를 포함할 수 있다. 선단부(130)와 안착부(120)는 대퇴골에 삽입되어 대퇴골에서 분비되는 골수에 의해 대퇴골에 응결 고착되는 부분이다. 선단부(130)는 길이 방향에 대한 단면의 형상이 원형이며 길이가 긴 막대 형상으로 형성되고 직경이 안착부(120)에 비해서 작게 형성될 수 있다. 안착부(120)는 길이 방향에 대한 형상이 타원형으로 형성되며, 결합부(110)로 갈수록 단면의 면적이 커지도록 형성될 수 있다. 결합부(110)는 안착부(120)와 소정의 각도를 이룰 수 있으며, 사용자의 신체 특성에 대응되는 둔각으로 이루어질 수 있다.
비구컵(300)은 헤드(200)가 삽입되어 회동할 수 있도록 수용부(310, 도 2 참조)가 형성되며, 제1 뼈에 대응되는 제2 뼈에 고정될 수 있다. 제2 뼈는 제1 뼈인 대퇴골과 연결되는 사용자의 치골일 수 있다. 수용부(310)는 볼 형태의 헤드(200)를 수용할 수 있도록 반구형의 컵(cup) 형태로 형성될 수 있다. 비구컵(300)은 돌출된 외면을 통해 치골에 결합되어 고정될 수 있다. 비구컵(300)외 외표면은 생체적합성을 갖는 금속, 예를 들면, 티타늄합금으로 이루어질 수 있다. 비구컵(300)의 수용부(310)는 외표면과 다른 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 비구컵(300)은 도시하지 않았으나, 외표면이 다공성으로 처리되어 치골과의 골융합성을 촉진시킬 수 있게 형성될 수 있다. 다른 실시예로서, 비구컵(300)은 스크류와 같은 결합 수단을 이용하여 치골에 결합될 수도 있다.
한편, 헤드(200)는 스템(100)의 결합부(110)가 삽입될 수 있는 삽입부(230)를 포함하여 스템(100)에 장착될 수 있다. 헤드(200)는 삽입부(230)의 길이 방향을 따라 연장된 연장선(A) 상에 헤드(200)의 외주면으로부터 헤드(200)의 중심(O)을 향하여 일정 깊이 함입되도록 형성된 제1 오목부(210)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 오목부(210)는 만곡한 형상으로 이루어지는 제1 만곡면(211)과 제2 만곡면(213)을 포함할 수 있다. 제1 만곡면(211)은 제1 오목부(210)의 가운데에 배치되며, 헤드(200)의 중심 방향으로 오목한(concave) 형상을 수 있다. 제2 만곡면(213)은 제1 만곡면(211)의 가장자리를 일주하면서 제1 만곡면(211)과 헤드(200)의 외주면을 연결할 수 있다. 제2 만곡면(213)은 비구컵(300)을 향하여 볼록한(convex) 형상일 수 있다. 다시 말해, 제1 오목부(210)는 헤드(200)의 외주면으로부터 완만한 경사를 이루면서 함입된 홈으로서, 예를 들면, 사과(apple)의 꼭지 부근에서의 홈 형상에 가까울 수 있다.
이러한 제1 오목부(210)는 헤드(200)가 비구컵(300)에 수용된 상태에서 관절액의 실질적인 저장조(reservoir) 기능을 수행할 수 있다. 비교실시예에 따른 헤드는 완전한 구형으로 형성된다. 관절액은 헤드와 비구컵 사이에서 헤드와 비구컵의 마찰을 줄이는 윤활 기능을 수행한다. 비교실시예에 따른 구형의 헤드는 비구컵에 수용되어 회동하면서 헤드와 비구컵 사이의 공간에 관절액이 회동에 의해 밀려나가, 비구컵과 헤드 사이의 마찰을 충분히 줄여줄 수가 없다. 또한, 구형의 헤드는 비구컵와 점접촉(point contact)을 하게 되므로, 충격이 가해지는 경우 헤드가 파손될 위험이 컸다.
그러나, 이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공관절용 헤드(200)는 관절액 저장조(reservoir)인 제1 오목부(210)를 포함하여, 관절액이 제1 오목부(210)에 늘 고여있으면서 헤드(200)와 비구컵(300) 사이의 수력 윤활(hydrodynamic lubrication) 작용을 지속적으로 수행할 수 있다. 윤활(lubrication)이란 마찰 면 사이에 액체나 고체 등의 물질이 삽입되어 두 면 사이의 상호작용을 감소시키는 현상을 의미한다. 인공 관절에서의 수력 윤활은 관절액을 이용하여 마찰면 사이의 마찰을 감소시키는 것을 의미한다. 비교실시예에서도 관절액을 통한 수력 윤활 작용이 발생하나, 전술한 바와 같이, 충분한 관절액의 유동을 유지할 수 없다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인공관절용 헤드(200)는 제1 오목부(210)를 이용하여 관절액의 유동을 충분하게 유지할 수 있고, 헤드(200)와 비구컵(300) 사이의 마찰이 적어져서 헤드(200) 또는 비구컵(300)의 마모를 줄일 수 있다. 또한, 제1 오목부(210)에 의해 헤드(200)는 비구컵(300)과 점접촉(point contact)이 아닌 원접촉(circular contact)을 유도할 수 있어 비교실시예에 비해 충격이 강건한 구조를 형성할 수 있다. 한편, 제1 오목부(210)는 헤드(200)의 삽입부(230)의 길이 방향의 연장선 상에 배치되므로, 제1 오목부(210) 또한, 헤드(200)의 회동에 의해 함께 움직이면서 저장조의 기능을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시형태의 제1 오목부(210)는 전술한 바와 같이 제1 만곡면(211)과 제2 만곡면(213)으로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 만곡면(211)은 헤드(200)의 외부에 중심(O1)이 위치하는 제1 곡률 반경(R1)을 갖고, 제2 만곡면(213)은 헤드(200)의 내부에 중심(O2)이 위치하는 제2 곡률 반경(R2)을 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 만곡면(211)은 헤드(200)의 중심을 향하여 오목한(concave) 형상이고, 제2 만곡면(213)은 비구컵(300)을 향해 볼록한(convex) 형상일 수 있다. 제1 곡률 반경(R1)과 제2 곡률 반경(R2)은 서로 동일할 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예로서, 제1 곡률 반경(R1)은 제2 곡률 반경(R2)보다 작을 수 있다. 한편, 제2 곡률 반경(R2)은 헤드(200)의 반지름(r)의 1/2과 동일할 수 있다. 제2 곡률 반경(R2)은 헤드(200)의 반지름(r)의 1/2의 값을 가짐으로써, 헤드(200)의 외주면으로부터 완만한 경사를 갖는 볼록한 제2 만곡면(213)을 형성할 수 있다. 이를 통해, 제1 오목부(210)의 저장된 관절액이 제2 만곡면(213)을 타고 쉽게 흘러나올 수 있으며, 수력 윤활 효과를 더욱 극대화할 수 있다.
한편, 제1 오목부(210)의 크기는 헤드(200)의 외주면에서의 삽입부(230)의 크기(D1)에 대응될 수 있다. 제1 오목부(210)의 크기는 전술한 제2 곡률 반경(R2)을 갖는 원들로 인하여 함입되는 양 끝단에서의 크기를 의미하며, 이는 삽입부(230)의 크기(D1)와 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 오목부(210)의 크기에 대해 제한은 없으나, 제1 오목부(210)의 크기가 삽입부(230)의 크기(D1)보다 큰 경우, 제1 오목부(210)의 깊이도 같이 커지므로 외부의 충격에 약할 수 있다. 또한, 제1 오목부(210)의 크기가 삽입부(230)의 크기(D1) 보다 작은 경우, 헤드(200)와 비구컵(300) 사이의 관절액 저장조 기능을 충분히 수행하지 못할 수도 있다.
제1 오목부(210)는 전술한 형태를 통해 오목한 제1 만곡면(211)에 관절액을 저장하면서도, 볼록한 제2 만곡면(213)을 통하여 관절액이 제1 오목부(210) 외부로 용이하게 배출될 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 관절(10)은 지속적인 관절액의 저장과 흐름을 유도할 수 있고, 수력 윤활 작용을 극대화시킬 수 있어 마모를 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 관절(10)을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 인공 관절용 헤드(200)는 제1 오목부(210)를 포함하며, 복수의 제2오목부(250)들을 더 포함할 수 있다. 복수의 제2오목부(250)들은 헤드(200)의 외주면에 서로 이격되어 배치되며, 제1 오목부(210)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 제2오목부(250)의 크기는 제1 오목부(210)와 동일하거나 더 작을 수 있다. 제2오목부(250)은 제1 오목부(210)와 다른 위치에 배치되어 상기 제1 오목부(210)와 동일한 기능인 관절액의 저장조 역할을 수행할 수 있다. 도면에서는 제2오목부(250)를 규칙적으로 배치하였으나, 다른 실시예로서, 제2오목부(250)를 불규칙적으로 배치할 수 있다. 제2오목부(250)의 위치 및 개수는 헤드(200)의 내구성에 영향을 주지 않도록 설계될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 인공 관절(10)은 제1 오목부(210)를 포함하는 인공 관절용 헤드(200)를 통해, 헤드(200)와 비구컵(300) 사이의 수력 윤활 작용을 극대화시켜 마모를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 인공 관절(10)은 완만한 만곡면을 갖는 제1 오목부를 통해 헤드(200)와 비구컵(300)이 점접촉(point contact) 대신 원접촉(circular contact)하도록 함으로써, 인공 관절(10)이 외부 충격에도 견딜 수 있는 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서는 인공 관절이 대퇴골과 치골 사이에 배치되는 인공 관절로 설명하였으나, 이에 제한되지 않으며, 다른 위치의 인공 관절에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 인공 관절용 헤드 및 이를 포함하는 인공관절을 제공한다. 또한, 산업상 이용하는 인공 관절 수술 등에 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 일단이 인체의 제1 뼈에 고정되며, 타단에 결합부가 형성된 스템(stem);
    상기 결합부가 삽입되는 삽입부를 포함하는 헤드(head); 및
    상기 헤드가 삽입되어 회동할 수 있도록 수용부가 형성되며, 제2 뼈에 고정되는 비구컵;을 포함하고,
    상기 제2 뼈는 상기 제1 뼈에 대응되고,
    상기 헤드는 상기 헤드의 외주면으로부터 상기 헤드의 중심을 향하여 일정 깊이 함입되도록 형성된 제1 오목부를 포함하는, 인공 관절.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1오목부는 상기 삽입부의 길이 방향을 따라 연장된 연장선 상에 배치되는, 인공 관절.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1오목부는 상기 제1오목부의 가운데에 배치되는 제1 만곡면과, 상기 제1 만곡면의 가장자리를 일주하면서 상기 제1 만곡면과 상기 헤드의 상기 외주면을 연결하는 제2 만곡면을 포함하는, 인공 관절.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 만곡면은 상기 헤드의 중심 방향으로 오목한(concave) 형상이며,
    상기 제2 만곡면은 상기 비구컵을 향하여 볼록한(convex) 형상인, 인공 관절.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 만곡면은 상기 헤드의 외부에 중심이 위치하는 제1 곡률 반경을 갖고,
    상기 제2 만곡면은 상기 헤드의 내부에 중심이 위치하는 제2 곡률 반경을 갖는, 인공 관절.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 곡률 반경은 상기 헤드의 반지름의 1/2과 동일한, 인공 관절.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 헤드는 상기 헤드의 외주면에 서로 이격되어 배치되며, 상기 제1오목부와 동일한 형상으로 형성된 복수의 제2오목부들을 더 포함하는, 인공 관절.
  8. 일단이 인체의 제1 뼈에 고정되는 스템(stem)의 타단에 결합된 상태에서, 상기 제1 뼈에 대응되는 제2 뼈에 고정되는 비구컵에 수용되어 회동가능한 헤드(head)에 있어서,
    상기 헤드는,
    상기 스템의 타단에 형성된 결합부가 삽입되는 삽입부; 및
    상기 헤드의 외주면으로부터 상기 헤드의 중심을 향하여 일정 깊이 함입되도록 형성된 제1오목부;를 포함하는, 인공 관절용 헤드.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1오목부는 상기 삽입부의 길이 방향을 따라 연장된 연장선 상에 배치되는, 인공 관절용 헤드.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1오목부는 상기 제1오목부의 가운데에 배치되는 제1 만곡면과, 상기 제1 만곡면의 가장자리를 일주하면서 상기 제1 만곡면과 상기 헤드의 상기 외주면을 연결하는 제2 만곡면을 포함하는, 인공 관절용 헤드.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 만곡면은 상기 헤드의 중심 방향으로 오목한(concave) 형상이며,
    상기 제2 만곡면은 상기 비구컵을 향하여 볼록한(convex) 형상인, 인공 관절용 헤드.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 만곡면은 상기 헤드의 외부에 중심이 위치하는 제1 곡률 반경을 갖고,
    상기 제2 만곡면은 상기 헤드의 내부에 중심이 위치하는 제2 곡률 반경을 갖는, 인공 관절용 헤드.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 곡률 반경은 상기 헤드의 반지름의 1/2과 동일한, 인공 관절용 헤드.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 헤드는 상기 헤드의 외주면에 서로 이격되어 배치되며, 상기 제1오목부와 동일한 형상으로 형성된 복수의 제2오목부들을 더 포함하는, 인공 관절용 헤드.
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