JP4044963B2 - 関節人工器官 - Google Patents

Description

本発明は、片方に対して動かすことができる２つの金属部分を含み、該金属部分は、セラミックの表面層で覆われる、関節人工器官に関する。
既知の関節人工器官において、股人工器官、例えば球状の先端部で、例えば28ミリメートルの直径のものが、大腿骨に取り付けられる。この先端部は、例えばCrCoMo合金またはCrCoTi合金から形成することができる。骨盤に取り付けられ、先端部を回転可能に保持する股関節ソケットは、超高分子量ポリエチレンから形成される。
大腿骨の先端部を、酸化アルミニウムのようなセラミック物質から形成することもまた、知られている。ポリエチレンを股関節ソケットに使用することの不都合な点は、ソケットに沿って摩擦する先端部の表面により、ポリエチレンが磨滅するということである。この磨滅は、１年につき100〜200マイクロになり得る。このことは、人工器官の近くの組織に蓄積され、反作用を起こし得るポリエチレン粒子の生成を引き起こし、大腿骨の先端部の軸をこわし得る。
磨滅の結果としての、ポリエチレン粒子の生成により起こる問題は、大腿骨ソケットおよび大腿骨先端部に金属を使用するとにより、避けることができる。この場合、先端部およびソケットの両方は、例えばクロム・コバルト・モリブデン合金から形成することができる。金属に金属を重ねる人工器官の不都合な点は、鋳造工程の間に、化合物が炭素、すなわちカーバイドと呼ばれるものと共に形成されることである。クロム・コバルト・モリブデン人工器官の場合において、これらはＭ７Ｃ３カーバイドと呼ばれる。これらの化合物の大きさは、20〜30マイクロメートルの間である。カーバイドは、先端部およびソケットの表面から突出し、磨滅後に、人工器官の可動部の間の関節キャビティを通り抜けてしまい得る。向上された鋳造法および精密な表面処理により、カーバイドの大きさを３〜10マイクロメートルに制限することができる。
前置きする請求項１に従い、FR-A-2088764より、先端部および股関節ソケットを含む、磨滅抵抗物質で覆われた股関節の人工器官が知られている。磨滅抵抗物質は、超音速の速度で表面と接触する。先端部およびソケットは、CrCoMo合金を含むことができ、磨滅抵抗物質は、セラミック物質であり得る。セラミック物質がしようにより磨滅すると、望ましくない金属と金属との接触、またはセラミック物質上の金属の接触は、金属またはセラミック粒子の人工器官のすきまへの放出を起こし得る。
本発明の目的は、効果的な方法で磨滅がなくなり、反作用が引き起こされずに、人体と両立性がある関節人工器管を提供することである。本発明の更なる目的は、長い有効な耐用年数を有する関節人工器官を提供することである。
この目的のために、本発明に従った関節人工器官は、厚さが0.5マイクロメートルより薄く、好適には事実上0.3マイクロメートルに等しい、カーバイドよりも硬度の高いセラミック物質の磨滅層で表面が覆われていることにより特徴づけられる。カーバイドよりも硬いセラミック物質で製造される磨滅層を適用することにより、これらのカーバイドは磨滅層により磨滅され得ることがわかっている。セラミック物質から成る磨滅層は比較的薄いため、カーバイドの磨滅工程の間に形成される粒子は、0.1マイクロメートルよりも小さい。磨滅工程により形成され、そのような大きさを有する粒子は、人工器官の可動部の間に存在する滑液により排出され、リンパ系により取り除かれる。この結果、これらの放出された粒子は、人工器官の部分をさらに磨滅させる一因にならない。
好適には、人工器官の金属部分は互いに、最大で0.4ミリメートル、好適には最大で0.2ミリメートルの間隔をあけている。２つの可動的な構成要素の間のこの小さなあそびは、摩擦抵抗を低くし、カーバイドの最適な初期的磨滅を導く。セラミック物質から成る磨滅層は、TiNbON、すなわちチタニウム・ニオビウム・オキシド・ニトライト（titanium niobium oxide nitrite）により形成される。この物質はカーバイドの硬度17083±776N/mm²およびCrCoMo合金の硬度7869±321N/mm²と比較して、相対硬度が35313±2994N/mm²であり、CrCoMo合金から形成されるM7C3カーバイドよりも硬い。
本発明に従った一実施例において、関節人工器官は、大腿骨先端部およびその中の先端部の直径が少なくとも40ミリメートルである股関節ソケットを含む。比較的直径の大きい先端部を使用することは、磨滅および摩擦特性の効果を減少させ、できるだけ大きな接触領域を作り出す。この結果、負荷力がよりよく分配されるため、最少の磨滅が起こる。
本発明に従った関節人工器官の実施例は、添付の図面を参照して、さらに詳細に説明される。
図１は、大腿骨先端部および股関節ソケットの概略的な側面図である。
図２ａおよび図２ｂは、TiNbONコーティングを施していない、大腿骨先端部および股関節ソケットの表面の構造を概略的に示している。
図３ａおよび図３ｂは、磨滅層またはコーティングをもつ先端部の表面の構造を概略的に示している。
図４は、様々な物質から成る大腿骨先端部および股関節ソケットの磨滅を描いたグラフを示す。
図１は、大腿骨先端部２およびソケット４の形式の、関節人工器官１の概略的な側面図を示す。先端部２は、軸３により座骨に固定される。約0.2ミリメートルの幅を有する関節キャビティ９が、ソケット４と先端部２との間に位置する。本発明に従った先端部２およびソケット４は、例えばCrCoMo、すなわちクロム・コバルト・モリブデンのような金属合金から形成される。図２ａおよび２ｂに示すように、カーバイド７、７’は、先端部２およびソケット４の両方の表面から突出する。
これらのカーバイドは、鋳造工程の間に形成され、先端部およびソケットに負荷がかかると、表面より上に移動し得る。カーバイドは、図２ｂに示したようにCrCoMo合金における磨滅を起こし得るか、または折れ得て、“第三の体の磨滅”を起こす。本発明に従い、TiNbONのようなセラミック物質から成り、カーバイド７、７’よりも硬度が高い磨滅または磨滅層10、10’が、カーバイド７、７’の上に適用される。これは、図３ａおよび３ｂに示されている。先端部２がソケット４内で動くと、表面４、２の磨滅層10、10’上に突出するカーバイド７、７’は、向かい合った表面にぶつかって磨滅する。ソケット４と先端部２との間の距離ｄが、総計約0.2ミリメートルに等しく、比較的小さいため、このぴったりしたフィットは、カーバイド７、７’が磨滅されることを意味する。磨滅段階の間、セラミック物質から成る磨滅層１０、１０’はまず第一に、互いに研磨効果を有する。TiNbON層10、10’が完全に磨滅したところでは、均一な基質が形成される。磨滅される粒子の大きさは、0.1マイクロメートルよりも小さく、その結果、これらの粒子は、キャビティ９に存在する滑液により、先端部２とソケット４との間から除去される。
図４は、様々な物質から成る大腿骨先端部および股関節ソケットの磨滅のグラフを示す。この情報を得るために、股関節ソケット内の大腿骨先端部を動かすための関節シミュレータが使用された。磨滅のマイクロは縦軸にプロットされ、動作サイクルの回数は横軸にプロットされ、１年が１０⁶相対動作に対応する。
プロットａは、金属から成る直径22ミリの大腿骨先端部および超高分子量ポリエチレンから成る股関節ソケットの磨滅曲線を示す。
プロットｂは、セラミックから成る直径28ミリの大腿骨先端部およびポリエチレンから成る股関節ソケットの磨滅曲線を示す。プロットｃは、CrCoMo合金から成る直径37ミリの大腿骨先端部および同様にCrCoMo合金から成る股関節ソケットの磨滅曲線を示す。
プロットｄは、本発明に従い、TiNbONから成る0.3マイクロメートルの厚さの磨滅層で覆ったCrCoMo合金から成る大腿骨先端部および股関節ソケットの磨滅曲線を示す。本発明に従って、セラミックの磨滅層で覆った大腿骨先端部および股関節ソケットの組み合わせが、最適な磨滅作用を示すことを、図３より明らかに見て取ることができる。
本発明は、股関節部の人工器官について説明してきたが、本発明はまた、例えば指の人工器官、手首の人工器官、膝の人工器官などのような、互いに動かすことができる部分をもつ他の人工器官に使用することもできる。

Claims (8)

1. 互いに動かすことができる２つの金属部分（２、４）を含む関節人工器官（１）であって、
   前記金属部分（２、４）の表面から一つ以上のカーバイド（７、７’）が突出し、
   前記金属部分の表面および前記突出したカーバイドの表面がセラミック物質から成る摩滅層（１０、１０’）で覆われ、前記突出したカーバイドにより磨滅層に突出した部分が形成され、
   前記セラミック物質から成る磨滅層（１０、１０’）の硬度は、カーバイドよりも高く、
   前記セラミック物質から成る磨滅層（１０、１０’）の厚さは、０．５マイクロメートルよりも薄い、
   ところの関節人工器官。
2. 請求項１に記載の関節人工器官であって、
   前記磨滅層（１０、１０’）の厚さは、０．３マイクロメートルである、
   ところの関節人工器官。
3. 請求項１または２に記載の関節人工器官であって
   前記２つの金属部分（２、４）は、最大で０．４ミリメートルの距離で、互いに間隔をあけている、
   ところの関節人工器官。
4. 請求項３に記載の関節人工器官であって、
   前記２つの金属部分（２、４）は、約０．２ミリメートルの距離で、互いに間隔をあけている、
   ところの関節人工器官。
5. 請求項１、２、３または４に記載の関節人工器官であって、
   前記磨滅層（１０、１０’）は、TiNbONを含む、
   ところの関節人工器官。
6. 先の請求項のいずれかに記載の関節人工器官であって、
   前記金属部分（２、４）は、クロム・コバルト・モリブデン合金を含む、
   ところの関節人工器官。
7. 先の請求項のいずれかに記載の関節人工器官であって、
   第一の金属部分（４）が股関節ソケットを含み、第二の金属部分（２）が大腿骨先端部を含む、
   ところの関節人工器管。
8. 請求項７に記載の関節人工器官であって、
   前記先端部の直径は、少なくとも４０ミリメートルである、
   ところの関節人工器官。

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