JP6071420B2 - Screw member for living body - Google Patents
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Description
本発明は、骨に対して螺合するネジ部を有する生体用ネジ部材に関する。 The present invention relates to a biological screw member having a screw portion that is screwed to a bone.
従来より、事故等により骨又は歯が欠損又は損傷した場合、その部分に螺合して埋め込まれる生体用ネジ部材が知られている。例えば、特許文献1には、ヘッド部と、多孔性金属を含有する中間部と、ステム部とを備えたインプラント(生体用ネジ部材)が開示されている。これらは、初期段階では別個になっている。インプラントは、ヘッド部とステム部とが協働して中間部を挟持することにより形成される。このように、中間部に多孔性金属を含有させることで、インプラントは、ねじれまたは回転に対する抵抗を増すため、即時または非常に早い時点での装着が可能になる。しかも、中間部の孔の内部へと骨が成長して入り込むため、長期的安定性が増す。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a biomedical screw member that is screwed and embedded in a bone or tooth that is lost or damaged due to an accident or the like. For example,
また、特許文献2には、表面に多孔質層を有する中空ネジとして構成された骨ネジが開示されている。
ところで、上記特許文献1のように、複数の部材(ヘッド部、中間部、ステム部)を互いに嵌め合わせてインプラントを形成した場合、その結合された部分の境界面に負荷がかかって破損する虞が生じる。しかも、中間部にネジ山がないため、インプラントを顎骨に固定した初期状態において、インプラントの保持力を十分に確保できない場合がある。
By the way, when an implant is formed by fitting a plurality of members (a head portion, an intermediate portion, a stem portion) to each other as in
また、特許文献2に記載される骨ネジに形成される多孔質層は、サンドブラストまたはプラズマ照射法で形成されているため、表面が凹凸形状になっている。しかし、この骨ネジは、上記のように表面のみに凹凸形状が形成され、成長した骨が骨ネジの表面よりも内側に入り込むことが困難であるため、骨と骨ネジとの結合力を十分に確保できない虞がある。
Moreover, since the porous layer formed in the bone screw described in
本発明は、上記実情に鑑みてなされるものであり、その目的は、破損のリスクが少なく且つ骨に対する結合力を十分に確保可能な生体用ネジ部材を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a biomedical screw member that has a low risk of breakage and can sufficiently secure a binding force to bone.
上記目的を達成するための本発明のある局面に係る生体用ネジ部材は、骨に対して螺合するネジ部を有する生体用ネジ部材に関する。そして、前記ネジ部の先端部分は、緻密体で構成される先端側ネジ部として設けられ、前記ネジ部の軸方向における中間部分は、該中間部分における表面の少なくとも一部から内部の少なくとも一部に亘る部分が前記先端側ネジ部の緻密体よりも疎な構造体である多孔質体で構成された、中間ネジ部として設けられ、前記先端側ネジ部及び前記中間ネジ部は、互いに一体化された凝固体であり、前記中間ネジ部は、緻密体で構成され前記中間ネジ部における径方向中心部分である中心部と、緻密体で構成され前記中間ネジ部におけるネジ山の頂部から前記中心部に亘る部分である緻密部と、多孔質体で構成され、前記中間ネジ部における前記ネジ山の裾の部分から前記中心部に亘る部分、及び該中間ネジ部のネジ溝の底部から前記中心部に亘る部分、である多孔質部と、を有している。 In order to achieve the above object, a living body screw member according to an aspect of the present invention relates to a living body screw member having a screw portion screwed into a bone. The tip portion of the screw portion is provided as a tip side screw portion formed of a dense body, and the intermediate portion in the axial direction of the screw portion is at least part of the inside from at least part of the surface of the intermediate portion. Is provided as an intermediate screw portion that is formed of a porous body that is a sparser structure than the dense body of the tip side screw portion, and the tip side screw portion and the intermediate screw portion are integrated with each other. The intermediate screw portion is formed of a dense body and is a central portion that is a central portion in the radial direction of the intermediate screw portion, and a center portion of the intermediate screw portion that is formed of a dense body from the top of the screw thread in the intermediate screw portion. A dense portion that is a portion extending from a portion, and a porous body, the portion extending from the thread hem portion to the center portion in the intermediate screw portion, and the center from the bottom portion of the screw groove of the intermediate screw portion Across It has portions, and the porous section is, the.
この構成では、緻密体で構成される先端側ネジ部と多孔質体を含む中間ネジ部とが一体化されている。こうすると、例えば別個に形成された先端側ネジ部と中間ネジ部とを嵌め合わせて組み立てる場合と異なり、両者の間に境界となる結合部が存在しなくなる。その結果、両者の間の領域において応力集中が生じにくくなるため、ネジ部が破損しにくくなる。従って、破損のリスクの少ない生体用ネジ部材を形成できる。 In this configuration, the tip side screw portion formed of a dense body and the intermediate screw portion including the porous body are integrated. If it carries out like this, unlike the case where the front end side screw part and intermediate | middle screw part which were formed separately are assembled and assembled, there will be no coupling | bond part used as a boundary between both. As a result, stress concentration is less likely to occur in the region between the two, and the screw portion is less likely to be damaged. Accordingly, it is possible to form a biological screw member with little risk of breakage.
また、先端側ネジ部及び中間ネジ部は、金属粉末を積層する毎に溶融し凝固することで一体化されている。このため、金属に対して複雑な切削加工等を施して生体用ネジ部材を形成する必要が無い。また、医療用器具の材料として多く流通しているチタン合金等の難切削材であっても、複雑な形状の切削加工が不要なため、容易に、生体用ネジ部材を形成できる。よって、緻密体で構成された先端側ネジ部と多孔質体を有する中間ネジ部とを備えた生体用ネジ部材を容易に一体成形することができる。 Further, the tip side screw part and the intermediate screw part are integrated by melting and solidifying each time the metal powder is laminated. For this reason, it is not necessary to perform complicated cutting etc. with respect to a metal and to form the screw member for living bodies. Further, even a difficult-to-cut material such as a titanium alloy that is widely distributed as a material for medical instruments does not require a complicated-shaped cutting process, and thus a biological screw member can be easily formed. Therefore, the biomedical screw member provided with the front-end | tip side screw part comprised by the precise | minute body and the intermediate | middle screw part which has a porous body can be integrally formed easily.
また、中間ネジ部の表面の少なくとも一部は多孔質体で構成されているため、骨との間で大きな摩擦力を確保できる。従って、骨に対する固定力を得るための固定性能を向上させ、十分な固定性能を確保することができる。更に、中間ネジ部にはネジ山が形成されているため、骨に対する固定力を更に高めることができる。 In addition, since at least a part of the surface of the intermediate screw portion is made of a porous body, a large frictional force can be secured between the intermediate screw portion and the bone. Therefore, it is possible to improve the fixing performance for obtaining the fixing force with respect to the bone, and to secure sufficient fixing performance. Furthermore, since the thread portion is formed in the intermediate screw portion, the fixing force to the bone can be further increased.
また、中間ネジ部の表面の少なくとも一部から内部の少なくとも一部に亘る部分を多孔質体で形成することで、長期的には、多孔質体の気孔に骨が侵入するように成長することになる。これにより、骨との癒合を促進し易く、骨に対する長期の固定性能も向上させることができる。 In addition, by forming a part extending from at least a part of the surface of the intermediate screw part to at least a part of the inside with a porous body, in the long term, the bone can grow so as to enter the pores of the porous body. become. Thereby, it is easy to promote the fusion with the bone, and the long-term fixing performance to the bone can be improved.
また、上述の構成では、多孔質体は、金属粉末を積層する毎に溶融し凝固することで形成されている。こうすると、多孔質体を、中間ネジ部の表面だけでなく内部にも容易に形成できる。従って、骨が多孔質体に深く侵入して成長できるため、骨に対する長期の固定性能を更に増すことができる。 Moreover, in the above-mentioned structure, the porous body is formed by melting and solidifying each time the metal powder is laminated. In this way, the porous body can be easily formed not only on the surface of the intermediate screw part but also on the inside. Therefore, since the bone can penetrate deeply into the porous body and grow, the long-term fixing performance to the bone can be further increased.
また、上述の構成では、ネジ部を骨などに螺合する際に比較的負荷がかかりやすい先端側ネジ部を、比較的高強度の緻密体で構成している。こうすると、ネジ部を骨などに螺合する際に該ネジ部が破損するリスクを低減できる。 Further, in the above-described configuration, the tip side screw portion, which is relatively easily loaded when the screw portion is screwed into a bone or the like, is formed of a dense body having a relatively high strength. If it carries out like this, when screwing a screw part in a bone etc., the risk that this screw part will be damaged can be reduced.
従って、上述の構成では、破損のリスクが少なく且つ骨に対する結合力を十分に確保可能な生体用ネジ部材を提供できる。 Therefore, with the above-described configuration, it is possible to provide a biomedical screw member that has a low risk of breakage and can sufficiently secure a binding force to bone.
前記生体用ネジ部材では、前記中間ネジ部のうち多孔質体で構成されている部分は、該中間ネジ部の表面から該中間ネジ部の軸直角断面の径方向中心側に向かって該多孔質体の気孔率が小さくなるように構成されていることが好ましい。 In the screw member for living body, a portion of the intermediate screw portion that is formed of a porous body is formed from the surface of the intermediate screw portion toward the radial center of the cross section perpendicular to the axis of the intermediate screw portion. It is preferable that the body has a low porosity.
この構成によると、中間ネジ部のうち多孔質体で構成されている部分の気孔率は、中間ネジ部の表面から、該中間ネジ部の軸直角断面の径方向中心側、すなわち該中間ネジ部の軸心側に向かって、傾斜的又は段階的に小さくなっている。こうすると、中間ネジ部のうち多孔質体で構成されている部分の組織構造が急激に変化するのを抑制できるため、中間ネジ部を応力集中がおこりにくい構成にできる。 According to this configuration, the porosity of the portion formed of the porous body in the intermediate screw portion is from the surface of the intermediate screw portion to the radial center side of the cross section perpendicular to the axis of the intermediate screw portion, that is, the intermediate screw portion. It becomes small in a stepwise or stepwise manner toward the axial center side. If it carries out like this, since it can suppress that the structure | tissue structure of the part comprised with the porous body among the intermediate | middle screw parts changes rapidly, it can be made the structure which a stress concentration does not occur easily in an intermediate | middle screw part.
さらに、多孔質体の気孔率は、中間ネジ部の表面側の部分、すなわち中間ネジ部における骨側の部分(ネジ部の外周部分)の方が、中間ネジ部における軸心側の部分よりも大きいため、ネジ部が骨に螺合した後に骨が中間ネジ部の内側に入り込んで成長するスペースを十分に確保できる。 Further, the porosity of the porous body is such that the portion on the surface side of the intermediate screw portion, that is, the bone side portion (the outer peripheral portion of the screw portion) in the intermediate screw portion is more than the portion on the axis side in the intermediate screw portion. Since it is large, it is possible to secure a sufficient space for the bone to enter and grow inside the intermediate screw portion after the screw portion is screwed into the bone.
前記生体用ネジ部材では、前記先端側ネジ部は、前記中間ネジ部よりも外径が大きいことが好ましい。 In the biomedical screw member, it is preferable that the tip side screw portion has an outer diameter larger than that of the intermediate screw portion.
ネジ部を骨に対して螺合する際、ネジ部は、先端側ネジ部のネジ山が骨にネジ穴を形成しながら骨の内部を進む。すなわち、中間ネジ部のネジ山は、先端側ネジ部が形成したネジ穴の内部を進む。上述のように先端側ネジ部の外径を中間ネジ部の外径よりも大きくすると、中間ネジ部と前記ネジ穴との間に隙間ができる。従って、中間ネジ部にかかる負荷を小さくできるため、中間ネジ部が破損してしまうリスクを低減できる。 When the screw part is screwed to the bone, the screw part advances inside the bone while the screw thread of the tip side screw part forms a screw hole in the bone. That is, the screw thread of the intermediate screw part advances inside the screw hole formed by the tip side screw part. As described above, when the outer diameter of the tip side screw portion is larger than the outer diameter of the intermediate screw portion, a gap is formed between the intermediate screw portion and the screw hole. Therefore, since the load concerning an intermediate | middle screw part can be made small, the risk that an intermediate | middle screw part will be damaged can be reduced.
前記生体用ネジ部材では、前記中間ネジ部の表面は、全体に亘って多孔質体で構成されていることが好ましい。 In the biomedical screw member, it is preferable that the surface of the intermediate screw portion is formed of a porous body throughout.
この構成によると、中間ネジ部における骨の成長スペースを十分に確保できるため、長期的なネジ部と骨との結合力を高めることができる。 According to this configuration, a sufficient bone growth space in the intermediate screw portion can be ensured, so that a long-term coupling force between the screw portion and the bone can be increased.
前記生体用ネジ部材では、前記中間ネジ部のネジ山の頂部は、緻密体で構成され、前記中間ネジ部のネジ溝の底部は、多孔質体で構成されていることが好ましい。 In the biomedical screw member, it is preferable that a top portion of the thread of the intermediate screw portion is formed of a dense body, and a bottom portion of the screw groove of the intermediate screw portion is formed of a porous body.
この構成では、中間ネジ部において比較的負荷がかかりやすいネジ山の頂部が緻密体で構成されているため、中間ネジ部のネジ山の破損を抑制できる。しかも、ネジ溝の底部が多孔質体で構成されているため、骨の成長スペースを確保できる。 In this configuration, since the top of the thread that is relatively easily loaded in the intermediate screw part is formed of a dense body, damage to the thread of the intermediate screw part can be suppressed. Moreover, since the bottom of the screw groove is made of a porous body, a bone growth space can be secured.
前記生体用ネジ部材では、前記ネジ部のうち前記先端側ネジ部と反対側の部分は、緻密体で構成される基端側ネジ部として設けられ、前記基端側ネジ部は、前記先端側ネジ部及び前記中間ネジ部よりも外径が大きいことが好ましい。 In the screw member for a living body, a portion of the screw portion opposite to the tip-end-side screw portion is provided as a base-end-side screw portion configured by a dense body, and the base-end-side screw portion is provided on the tip-end side. It is preferable that an outer diameter is larger than a thread part and the said intermediate | middle thread part.
この構成によると、生体用ネジ部材を骨に装着した状態において、基端側ネジ部は、強度の高い皮質骨に螺合している。このように、骨における強度が高い部分に螺合する基端側ネジ部を設けることで、ネジ部全体を骨に対して強固に固定できる。しかも、基端側ネジ部は、先端側ネジ部及び中間ネジ部よりも外径が大きい。こうすると、ネジ部を骨に螺合する際、基端側ネジ部は、先端側ネジ部及び中間ネジ部によって形成されたネジ穴をねじ切りしながら進み、皮質骨に螺合する。従って、基端側ネジ部を骨に対してより確実に固定できる。 According to this configuration, in a state where the biological screw member is mounted on the bone, the proximal-side screw portion is screwed into the cortical bone having high strength. Thus, by providing the proximal-side screw portion that is screwed into a portion having high strength in the bone, the entire screw portion can be firmly fixed to the bone. Moreover, the proximal-side screw portion has a larger outer diameter than the distal-end side screw portion and the intermediate screw portion. In this way, when screwing the screw portion into the bone, the proximal-side screw portion advances while threading the screw hole formed by the distal-end screw portion and the intermediate screw portion, and is screwed into the cortical bone. Accordingly, the proximal-side screw portion can be more reliably fixed to the bone.
本発明によると、破損のリスクが少なく且つ骨に対する結合力を十分に確保可能な生体用ネジ部材を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a biomedical screw member that has a low risk of breakage and can sufficiently secure a binding force to bone.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明は、欠損又は損傷した骨に螺合して埋め込まれる生体用ネジ部材として広く適用することができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention can be widely applied as a biomedical screw member that is screwed into and embedded in a defect or damaged bone.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る生体用ネジ部材としての骨スクリュー1が、例えば大腿骨等の骨50に対して螺合している状態を示す断面図である。骨スクリュー1は、骨50における骨折部分51を接合するためのものである。図1に示すように、第1実施形態では、2本の骨スクリュー1,1が骨50に螺合している。各骨スクリュー1は、骨の損傷部分である骨折部分51に跨るように骨50に螺合して埋め込まれており、これにより、骨折部分51を固定できる。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which a
−骨スクリューの構成−
図2は、骨スクリュー1の構成を示す図であり、(A)は骨スクリュー1の正面図、(B)は骨スクリュー1の断面図である。
-Bone screw configuration-
2A and 2B are diagrams showing the configuration of the
本実施形態に係る骨スクリュー1は、骨50に対してネジを切りながら骨50の内部を進む、いわゆるセルフタップネジである。本実施形態では、骨スクリュー1は、骨折により骨本体部52から分離した骨頭部53を、骨本体部52に対して固定している。具体的には、骨スクリュー1は、骨本体部52側から骨頭部53側へ向かってネジ締めされる。そして、骨スクリュー1は、軸方向における基端側の部分が骨本体部52に螺合するとともに、軸方向における先端側の部分が骨頭部53に螺合している。これにより、骨頭部53が骨本体部52に固定される。骨スクリュー1は、生体親和性を有する金属、例えば生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たチタン、チタン合金、コバルトクロム合金、及びステンレス鋼等の金属材料で構成されている。骨スクリュー1は、図2に示すように、一体に形成された頭部2とネジ部10とを備えている。
The
頭部2は、上下方向にやや扁平な円柱状に形成され、頭頂部分には、ネジを締めるための工具(ドライバー等)のビットが嵌まり込む凹部3が形成されている。頭部2は、比較的密度の高い緻密体で構成されている。本実施形態において、緻密体とは、内部に実質的に気孔が設けられていない構造体をいい、例えば、気孔率が数%未満(ゼロ%を含む)である構造体をいう。ここで、気孔率は、単位体積Aにおける気孔(空間)の体積Bを、単位体積Aで除した値に100を乗じた値として定義される。即ち、気孔率=(B/A)×100として表すことができる。
The
ネジ部10は、頭部2の底面から下方に延びる棒状に形成されていて、その外周面には螺旋状のネジ山が形成されている。ネジ部10は、先端側ネジ部11と、中間ネジ部12と、基端側ネジ部13とを備えている。
The
先端側ネジ部11は、ネジ部10における先端側の部分、すなわち骨スクリュー1における頭部2と反対側の部分である。先端側ネジ部11は、頭部2と同様、緻密体で構成されている。先端側ネジ部11の密度は、先端側ネジ部11全体に亘って概ね一様であり、頭部2と概ね同じである。
The distal end
中間ネジ部12は、ネジ部10の軸方向における中間部分、すなわちネジ部10における先端側ネジ部11と基端側ネジ部13との間の部分である。中間ネジ部12は、緻密部15と多孔質部16とで構成されている。緻密部15は、中間ネジ部12における軸心付近の部分である。具体的には、緻密部15は、その軸心が中間ネジ部12の軸心と同心であり、軸方向に細長い円柱状の部分である。多孔質部16は、中間ネジ部12のうち緻密部15を除いた部分、具体的には中間ネジ部12の表面側の部分である。
The
緻密部15は、前記先端側ネジ部11と同様、比較的密度の高い緻密体で構成されている。緻密部15の密度は、頭部2及び先端側ネジ部11の密度と概ね同じである。一方、多孔質部16は、緻密部15を構成する緻密体よりも疎な構造体である多孔質体で構成されている。多孔質部16は、中間ネジ部12における表面から軸心に向かって気孔率が傾斜的又は段階的に小さくなっている。
The
また、中間ネジ部12の外径は、先端側ネジ部11の外径と同じである。また、中間ネジ部12のピッチは、先端側ネジ部11のピッチと同様である。
Further, the outer diameter of the
基端側ネジ部13は、ネジ部10における最も頭部2側の部分である。言い換えれば、基端側ネジ部13は、ネジ部10のうち先端側ネジ部11と反対側の部分である。基端側ネジ部13は、頭部2及び先端側ネジ部11と密度が概ね同じ緻密体で構成されている。基端側ネジ部13は、全体に亘って密度が一様である。
The proximal
また、基端側ネジ部13は、先端側ネジ部11及び中間ネジ部12と外径が同じである。また、基端側ネジ部13のピッチは、先端側ネジ部11及び中間ネジ部12のピッチと同じである。
In addition, the proximal
骨スクリュー1は、骨50に対して螺合した状態で、基端側ネジ部13が皮質骨50aに螺合し、中間ネジ部12及び先端側ネジ部11が海綿骨50bに螺合する。
In the state where the
−骨スクリューの製造システム−
本実施形態における骨スクリュー1の製造システムは、生体親和性を有する金属粉末を積層する毎に溶融し凝固することで、一体化された状態の骨スクリュー1を形成するように構成されている。即ち、骨スクリュー1は、選択的レーザ溶融法(Selective laser melting)などの金属粉末積層造形法によって、一体成形される。
-Bone screw manufacturing system-
The
上述のように、本実施形態に係る骨スクリュー1は、緻密体と多孔質体とを含んでいる。本実施形態に係る骨スクリュー1の製造システムでは、可動台26上に供給された金属粉末に対して照射されるレーザ光線によって該金属粉末が溶融し、その後凝固する。このように固化される金属の気孔率は、レーザ光線の照射量を調整することにより調整される。
As described above, the
図3は、骨スクリュー1を製造するための製造システム20の模式図である。図3に示すように、製造システム20は、CAD(Computer Aided Design)装置21と、データ変換装置22と、製造装置23と、を備えている。
FIG. 3 is a schematic diagram of a
CAD装置21は、例えば、画面上で画像を3次元的に表示することが可能な3D−CAD装置である。本実施形態では、CAD装置21は、コンピュータと、当該コンピュータにインストールされたソフトウェアと、を含んでいる。骨スクリュー1ーの設計者は、CAD装置21を操作することにより、骨スクリュー1を作成するためのCADデータ(画像データ)を作成する。CAD装置21で作成されたCADデータは、データ変換装置22へ出力される。
The
データ変換装置22は、CADデータを、製造装置23を動作させるためのデータに変換する装置として設けられている。本実施形態では、データ変換装置22は、コンピュータと、当該コンピュータにインストールされたソフトウェアとを含んでいる。データ変換装置22は、例えば、CADデータによって特定される骨スクリュー1の3次元画像を、所定の方向に沿って所定の間隔毎にスライスして得られる複数のレイヤー画像(2次元画像)に分割し、当該複数のレイヤー画像のデータを保持する。上記の所定の方向は、例えば、骨スクリュー1の軸心に対して垂直な方向として設定される。また、上記所定の間隔は、製造装置23において、積層される金属粉末一層分の厚みに相当し、例えば、30μm程度である。上記複数のレイヤー画像のデータは、製造装置23へ与えられる。
The
製造装置23は、レーザ光源24と、制御部25と、可動台26と、粉末供給部27と、を備えている。
The
レーザ光源24は、金属粉末に熱エネルギーを与えるために設けられている。本実施形態では、レーザ光源24は、Yb(イッテルビウム)ファイバーレーザ光源である。尚、レーザ光源24からのレーザ光線は、レーザ光源24自体が図示しない駆動装置を用いて変位させられることにより、金属粉末の所望の位置に照射されてもよいし、レーザ光源24は固定された状態で、ガルバノメーターミラーを用いて所望の位置に照射されてもよい。レーザ光源24は、制御部25によって制御される。
The
制御部25は、CPU、RAM及びROM等を含んでおり、データ変換装置22からデータを与えられる。制御部25は、レーザ光源24、可動台26及び粉末供給部27を制御する。より具体的には、制御部25は、データ変換装置22から与えられた画像データを基に、金属粉末の所定箇所へのレーザ光線の照射量を決定し、決定した照射量に基づいて、金属粉末の所定箇所へレーザ光線を照射する。尚、レーザ光線の照射量は、データ変換装置22で設定されてもよい。
The
図4は、金属粉末の所定箇所へのレーザ光線の照射量を設定する制御部25による処理を説明するための図であって、1つのレイヤー画像の一部における各部のレーザ光線の照射量の設定値を示す模式図である。図4は、骨スクリュー1の中間ネジ部12のある断面を示すレイヤー画像の一部を示している。より具体的には、図4は、中間ネジ部12における図2のA−A線矢視位置の断面のレイヤー画像のうち、緻密部15と多孔質部16との境界付近の部分を拡大して示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining processing by the
図4に示すように、レイヤー画像は、複数の画素によって構成されている。各画素は、例えば、レーザ光線で一度に照射することのできる最小単位面積に相当する大きさに設定されている。尚、図4では、画素の大きさと骨スクリュー1の大きさとの関係については、模式的に示されている。前述したように、骨スクリュー1は、金属粉末の溶融量を場所によって異ならせることで形成される。このため、レイヤー画像のデータにおいては、画素毎に、レーザ光線の照射量が設定されている。
As shown in FIG. 4, the layer image is composed of a plurality of pixels. Each pixel is set to a size corresponding to the minimum unit area that can be irradiated with a laser beam at one time, for example. In FIG. 4, the relationship between the size of the pixel and the size of the
本実施形態では、骨スクリュー1における頭部2、先端側ネジ部11、中間ネジ部12における軸心付近の部分(緻密部15)、及び基端側ネジ部13は、実質的に気孔が形成されていない緻密体で構成されている。このような緻密体を形成するためには、金属粉末を、気孔が形成されない程度に十分に溶融する必要がある。このため、図4に示すレイヤー画像では、中間ネジ部12の緻密部15に相当する領域31へのレーザ光線の照射量(単位時間当たりの照射エネルギー)が、レイヤー画像中で最も大きい値に設定されている。なお、図4に示すレイヤー画像中においては、レーザ光線が照射される画素に斜線のハッチングを付しており、斜線のハッチングの間隔が短いほど、レーザ光線の照射量の設定値が大きいことを示している。
In the present embodiment, the
また、多孔質部16は、緻密部15に隣接する部分から中間ネジ部12の外周側にかけて気孔率が大きくなるように設定される。このため、図4では、多孔質部16が、気孔率の異なる3つの領域(32、33、34)の部分によって構成される形態が例示されている。緻密部15である領域31の部分に隣接する、多孔質部16おける領域32の部分は、多孔質部16において最も気孔率が小さい部分として構成されている。このため、領域32の部分を形成する際の金属粉末の溶融量は、領域31の部分を形成する際の金属粉末の溶融量に次いで大きく設定される。よって、図4に示すレイヤー画像では、領域32へのレーザ光線の照射量の設定値は、領域31に次いで大きく設定される。
The
そして、多孔質部16における、領域32の部分に隣接する領域33の部分は、多孔質部16において領域32の部分よりも気孔率が大きい部分として構成されている。このため、領域33の部分を形成する際の金属粉末の溶融量は、領域32の部分を形成する際の金属粉末の溶融量よりも小さく設定される。よって、図4に示すレイヤー画像では、領域33へのレーザ光線の照射量の設定値は、領域32よりも小さく設定される。
And the part of the area |
更に、多孔質部16における、領域33の部分に隣接する領域34の部分は、中間ネジ部12における最も外側の部分であって、多孔質部16において最も気孔率が大きい部分として構成されている。このため、この領域34の部分を形成する際の金属粉末の溶融量は、多孔質部16において最も小さく設定される。よって、図4に示すレイヤー画像では、領域34へのレーザ光線の照射量の設定値は、最も小さく設定される。
Furthermore, the portion of the
図4に示すレイヤー画像において、ハッチングが付されていない画素は、レーザ光線が照射されない領域を示している。図4では、1つのレイヤーについて説明したが、各レイヤー画像においても、上記と同様に、画素毎にレーザ光線の照射量が適宜設定されている。 In the layer image shown in FIG. 4, pixels that are not hatched indicate regions that are not irradiated with the laser beam. Although one layer has been described with reference to FIG. 4, in each layer image as well, the laser beam irradiation amount is appropriately set for each pixel, as described above.
上記においては、多孔質部16が、気孔率の異なる3つの領域(32、33、34)の部分によって構成される形態を例示したが、この通りでなくてもよい。多孔質部16が、気孔率が異なる2つ以下の領域の部分或いは4つ以上の領域の部分によって構成される形態が実施されてもよい。また、多孔質部16において、気孔率が異なる領域の部分の大きさ及び配置が種々変更される形態が実施されてもよい。
In the above description, the
レーザ光線が照射される金属粉末は、可動台26に載置される(図3を参照)。可動台26は、金属粉末を保持するために設けられている。可動台26は、例えば、略水平な上面を有しており、当該上面に金属粉末が載置される。また、可動台26は、図示しない駆動機構を有しており、上面と直交する上下方向に沿って変位することが可能である。可動台26には、粉末供給部27から金属粉末が供給される。
The metal powder irradiated with the laser beam is placed on the movable table 26 (see FIG. 3). The movable table 26 is provided to hold the metal powder. The
粉末供給部27は、金属粉末を収容する収容部と、金属粉末を可動台26上に供給する供給部と、を有している。粉末供給部27は、前述した所定の間隔に相当する厚み(本実施形態において、30μm)の金属粉末層を可動台26上に形成する。
The
−骨スクリューの製造工程−
次に、骨スクリュー1を製造する工程について、図5等を参照しながら説明する。図5は、骨スクリュー1の製造工程について説明するためのフローチャートである。骨スクリュー1を製造する際には、まず、設計者が、CAD装置21を用いて、骨スクリューのCADデータを作成する(ステップS1)。
-Bone screw manufacturing process-
Next, the process of manufacturing the
骨スクリュー1のCADデータは、例えば、設計者がCAD装置21を操作することに応じて、データ変換装置22へ出力される(ステップS2)。データ変換装置22は、CADデータによって特定される骨スクリュー1の画像を、所定の厚み毎に複数のレイヤーに分割し、各レイヤーの画像データを、製造装置23の制御部25へ出力する(ステップS3)。制御部25は、各レイヤーの画像データを読み込み、各レイヤーの各画素に、レーザ光線の照射量を設定する(ステップS4)。
The CAD data of the
次に、制御部25は、粉末供給部27を駆動させる。これにより、粉末供給部27は、図6(a)に示すように、可動台26の上面に、前述した所定厚み(本実施形態において、30μm)の金属粉末層41を形成する(ステップS5)。即ち、金属粉末が準備される。次いで、制御部25は、レーザ光源24を駆動させる。これにより、レーザ光源24は、制御部25で設定されたレーザ光線の照射量に従って、金属粉末層41の所定箇所に、レーザ光線を所定量照射する(ステップS6)。これにより、図6(b)に示すように、金属粉末層41の一部が一旦溶融され、その溶融した一部が凝固して一体化される。
Next, the
次に、制御部25は、全てのレイヤーに対応して上記のように金属粉末を一旦溶融させて一体化する作業が行われたか否かを判定する(ステップS7)。この作業が完了していない場合(ステップS7でNo)、制御部25は、可動台26を駆動させ、金属粉末層41の厚みと同じ値だけ、可動台26を下方に変位させる(ステップS8)。
Next, the
制御部25は、再び、粉末供給部27を駆動させる。これにより、粉末供給部27は、再び金属粉末層を形成する(ステップS5)。次いで、制御部25は、レーザ光源24を駆動させる。これにより、レーザ光源24は、制御部25で設定されたレーザ光線の照射量に従って、金属粉末層の所定箇所に、レーザ光線を所定量照射する(ステップS6)。これにより、金属粉末層の一部が一旦溶融され、その溶融した一部が凝固して一体化される。このように、金属粉末の溶融量を場所によって異ならせることで、骨スクリュー1を形成する。
The
製造装置23では、金属粉末を一旦溶融させて一体化する作業が全てのレイヤーに対応して行われるまで、ステップS5〜ステップS8が繰り返される。これにより、図6(c)に示すように、金属粉末層n、n+1、n+2、…、(nは正の整数)が積層され、骨スクリュー1が形成されていくこととなる。そして、骨スクリュー1のうち、図4のレイヤー画像における領域31に対応する緻密部15が形成される。また、骨スクリュー1のうち、図4のレイヤー画像における領域(32、33、34)に対応する多孔質部16が形成される。尚、図6(c)では、領域(31〜34)の符号についても、模式的に示している。
In the
金属粉末を一旦溶融させて一体化する作業が全てのレイヤーについて行われたと制御部25で判定された場合(ステップS7でYes)、その作業が完了し、後処理が行われる(ステップS9)。本実施形態では、後処理は、可動台26上に形成された骨スクリュー1を可動台26から取り外し、骨スクリュー1に付着している不要な金属粉末を骨スクリュー1から除去する処理を含む。この除去処理は、例えば、2−プロパノール及び純水等を用いて骨スクリュー1を超音波洗浄する処理を含む。また、本実施形態では、後処理工程は、上記の除去処理の後に行われる機械加工工程を含む。この機械加工工程では、骨スクリュー1の表面部分が、適宜、研削又は研磨される。これらの後処理工程を経ることにより、骨スクリュー1が完成する。
When it is determined by the
[効果]
以上説明したように、本実施形態に係る骨スクリュー1は、緻密体で構成される先端側ネジ部11と多孔質体を含む中間ネジ部12とが一体化されている。こうすると、例えば別個に形成された先端側ネジ部と中間ネジ部とを嵌め合わせて組み立てる場合と異なり、両者の間に境界となる結合部が存在しなくなる。その結果、両者の間の領域において応力集中が生じにくくなるため、ネジ部10が破損しにくくなる。従って、破損のリスクの少ない骨スクリュー1を形成できる。
[effect]
As described above, in the
また、本実施形態に係る骨スクリュー1は、先端側ネジ部11及び中間ネジ部12が、金属粉末を積層する毎に溶融し凝固することで一体化されている。このため、金属に対して複雑な切削加工等を施して骨スクリューを形成する必要が無い。また、医療用器具の材料として多く流通しているチタン合金等の難切削材であっても、複雑な形状の切削加工が不要なため、容易に、骨スクリュー1を形成できる。よって、緻密体で構成された先端側ネジ部11と多孔質体を有する中間ネジ部12とを備えた骨スクリュー1を容易に一体成形することができる。
Further, the
また、本実施形態に係る骨スクリュー1は、中間ネジ部12の表面が全体に亘って多孔質体で構成されているため、骨50との間で大きな摩擦力を確保できる。従って、骨50に対する固定力を得るための固定性能を向上させ、十分な固定性能を確保することができる。更に、中間ネジ部12にはネジ山が形成されているため、骨50に対する固定力を更に高めることができる。
Moreover, since the surface of the intermediate |
また、中間ネジ部12の表面を全体に亘って多孔質体で形成することで、長期的には、多孔質体の気孔に骨が侵入するように成長することになる。これにより、骨50との癒合を促進し易く、骨に対する長期の固定性能も向上させることができる。
Moreover, by forming the surface of the
また、本実施形態に係る骨スクリュー1では、多孔質体が、金属粉末を積層する毎に溶融し凝固することで形成されている。こうすると、多孔質体を、中間ネジ部12の表面だけでなく内部にも形成できる。従って、骨50が多孔質体に深く侵入して成長できるため、骨に対する長期の固定性能を更に増すことができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る骨スクリュー1は、ネジ部10を骨50に螺合する際に比較的負荷がかかりやすい先端側ネジ部11を、比較的高強度の緻密体で構成している。こうすると、ネジ部10を骨50などに螺合する際に該ネジ部10が破損するリスクを低減できる。
In the
従って、本実施形態によると、破損のリスクが少なく且つ骨に対する結合力を十分に確保可能な骨スクリュー1を提供することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the
また、本実施形態に係る骨スクリュー1は、多孔質部16の気孔率が、表面から軸心に向かって傾斜的又は段階的に小さくなっている。こうすると、多孔質部16の組織構造が急激に変化するのを抑制できるため、中間ネジ部12を応力集中がおこりにくい構成にできる。
Further, in the
また、本実施形態に係る骨スクリュー1の多孔質部16の気孔率は、表面側の部分(骨側の部分)の方が軸心側の部分よりも大きいため、ネジ部10が骨50に螺合した後の骨の成長スペースを十分に確保できる。
In addition, the porosity of the
[第2実施形態]
第2実施形態に係る骨スクリュー1は、第1実施形態に係る骨スクリュー1と比べて、ネジ部10の構成が異なっている。以下、第1実施形態と異なる点について主に説明し、第1実施形態と同様の構成の説明については、図面において同一の符号を付すことで又は同一の符号を引用して説明することで、省略する。
[Second Embodiment]
The
−骨スクリューの構成−
図7は、第2実施形態に係る骨スクリュー1の構成を示す図であり、(A)は骨スクリュー1の正面図、(B)は骨スクリュー1の断面図である。
-Bone screw configuration-
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the
第2実施形態に係る骨スクリュー1は、第1実施形態の場合と同様、選択的レーザ溶融法などの金属粉末積層造形法によって一体成形される。第2実施形態に係る骨スクリュー1のネジ部10は、第1実施形態のネジ部と同等、頭部2から下方へ延びる棒状に形成されていて、その外周面には螺旋状のネジ山が形成されている。ネジ部10の外径は、全体に亘って概ね一様である。
As in the case of the first embodiment, the
第2実施形態のネジ部10は、先端側ネジ部11と、ネジ本体部14とを備えている。先端側ネジ部11は、第1実施形態における先端側ネジ部と同様、緻密体で構成されている。
The
ネジ本体部14は、図2に示す第1実施形態のネジ部10における、基端側ネジ部13及び中間ネジ部12に対応する部分である。ネジ本体部14は、頭部2の底面から先端側ネジ部11の上面に亘って延びるように形成されていて、その外周面には螺旋状のネジ山が形成されている。ネジ本体部14は、中心部17と外周部18とで構成されている。
The screw
中心部17は、ネジ本体部14における軸心付近の部分である。具体的には、中心部17は、その軸心がネジ本体部14の軸心と同心であり、軸方向に細長い円柱状の部分である。この中心部17は、頭部2及び先端側ネジ部11と概ね同様の密度の緻密体で構成されている。
The
外周部18は、ネジ本体部14のうち前記中心部17を除く部分、すなわちネジ本体部14における外周側の部分である。外周部18は、緻密体で構成された緻密部18aと、多孔質体で構成された多孔質部18bとで構成されている。緻密部18aは、外周部18のうちネジ山の頂部から前記中心部17の外周面に亘る部分である。多孔質部18bは、外周部18のうち前記緻密部18aを除いた部分、すなわち外周部18のうちネジ山の裾の部分及びネジ溝の底部から前記中心部17の外周面に亘る部分である。緻密部18aは、密度が概ね一様であり、頭部2及び先端側ネジ部11の密度と概ね同じである。多孔質部18bは、ネジ本体部14におけるネジ山の頂部から中心部17に向かって気孔率が傾斜的又は段階的に小さくなっている。
The outer
[効果]
本実施形態に係る骨スクリュー1によると、前記実施形態1に係る骨スクリュー1の場合と同様、損傷が生じ難い構造を実現して破損のリスクを低減でき、且つ、骨50に対する固定力を得るための固定性能を向上させることができる骨スクリュー1を提供できる。
[effect]
According to the
また、本実施形態に係る骨スクリュー1は、ネジ本体部14におけるネジ山の頂部が緻密部18aで構成されている。こうすると、骨スクリュー1を骨50に対して螺合する際又は螺合した後に、比較的負荷がかかりやすいネジ山の部分が破損するリスクを低減できる。
Moreover, the
また、本実施形態に係る骨スクリュー1は、ネジ本体部14におけるネジ山の裾の部分及びネジ溝の底部が多孔質部18bで構成されている。こうすると、ネジ本体部14が螺合している骨50のうち多孔質部18bに接触する骨の部分の成長スペースを確保できるため、長期的なネジ部と骨との結合力を高めることができる。
Further, in the
すなわち、本実施形態に係る骨スクリュー1によれば、長期的なネジ部10と骨50との結合力を確保しつつ、ネジ山が破損するリスクを低減できる。
That is, according to the
[第3実施形態]
上述の実施形態では、生体用ネジ部材の一例として骨スクリュー1を挙げて説明したが、この限りでなく、生体用ネジ部材を、欠損した歯を補綴するための人工の歯(図示省略)が取り付けられる人工歯根5とすることもできる。以下、前記実施形態と異なる点について主に説明し、前記実施形態と同様の構成の説明については、図面において同一の符号を付すことで又は同一の符号を引用して説明することで、省略する。
[Third Embodiment]
In the above-described embodiment, the
図8は、第3実施形態に係る生体用ネジ部材としての人工歯根5が、顎骨55に対して螺合している状態を示す断面図である。人工歯根5は、顎骨55における歯が抜けて欠損している部分に対して取り付けられる。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which the
−人工歯根の構成−
本実施形態に係る人工歯根5も、前記実施形態に係る骨スクリュー1の場合と同様、選択的レーザ溶融法などの金属粉末積層造形法によって一体成形される。第3実施形態に係る人工歯根5は、頭部6とネジ部10とを備えている。頭部6は、人工の歯が取り付けられるアバットメントである。ネジ部10は、頭部6から下方へ延びる棒状に形成されていて、その外周面には螺旋状のネジ山が形成されている。ネジ部10は、先端側ネジ部11と、中間ネジ部12と、基端側ネジ部13とを備えている。
−Configuration of artificial tooth root−
Similarly to the case of the
先端側ネジ部11は、第1実施形態における先端側ネジ部と同様、緻密体で構成されている。
The front end
中間ネジ部12は、ネジ部10の軸方向における中間部分、すなわちネジ部10における先端側ネジ部11と基端側ネジ部13との間の部分である。中間ネジ部12は、第1実施形態の場合と同様、緻密部15と多孔質部16とで構成されている。緻密部15は、中間ネジ部12における軸心付近の部分であり、多孔質部16は、中間ネジ部12の表面側の部分である。多孔質部16は、中間ネジ部12における表面から軸心に向かって気孔率が傾斜的又は段階的に小さくなっている。
The
また、中間ネジ部12の外径は、先端側ネジ部11の外径と同じである。中間ネジ部12のピッチは、先端側ネジ部11のピッチと同じである。
Further, the outer diameter of the
そして、第3実施形態では、基端側ネジ部13は、先端側ネジ部11及び中間ネジ部12よりも外径が大きくなるように形成されている。また、基端側ネジ部13のピッチは、先端側ネジ部11及び中間ネジ部12のピッチの2倍となっている。
In the third embodiment, the proximal
[効果]
本実施形態に係る人工歯根5によると、損傷が生じ難い構造を実現して破損のリスクを低減でき、且つ、顎骨55に対する固定力を得るための固定性能を向上させることができる人工歯根を提供できる。
[effect]
According to the
また、本実施形態に係る人工歯根5は、基端側ネジ部13の外径が、先端側ネジ部11及び中間ネジ部12の外径よりも大きい。こうすると、基端側ネジ部13は、先端側ネジ部11及び中間ネジ部12によって形成されたネジ穴をねじ切りしながら進み、顎骨55の表面部分を構成する皮質骨に螺合する。従って、基端側ネジ部13を顎骨55に対して確実に固定できるため、人工歯根5全体を顎骨55に対してより強固に固定できる。
In the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。例えば、次のように変更して実施してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible as long as they are described in the claims. For example, the following modifications may be made.
[変形例]
(1)前述の実施形態では、多孔質部16,18bの気孔率が、ネジ部10の外周側から内側にかけて傾斜的又は段階的に小さくなっているが、この限りでなく、例えば多孔質部16,18bの気孔率は空間的に一様であってもよい。
[Modification]
(1) In the above-described embodiment, the porosity of the
(2)前述の実施形態では、先端側ネジ部11の外径と、中間ネジ部12又はネジ本体部14の外径とが同じであるが、この限りでなく、例えば、図10に示すように、先端側ネジ部11の外径を、中間ネジ部12の外径より大きくしてもよい。
(2) In the above-described embodiment, the outer diameter of the tip
人工歯根5を顎骨55に螺合する際、先端側ネジ部11がネジ切りしたネジ穴の内部を中間ネジ部12が進む。上述のような構成とすることにより、中間ネジ部12は、前記ネジ穴の内壁との間に隙間を保ちつつ、ネジ穴の内部を進む。つまり、中間ネジ部12にかかる負荷が小さくなる。従って、緻密体よりも強度が低い多孔質体で構成された中間ネジ部12のネジ山が破損してしまうリスクを低減できる。
When the
(3)前述の実施形態3では、基端側ネジ部13の外径が、先端側ネジ部11及び中間ネジ部12の外径よりも大きくなっているが、この限りでなく、例えば基端側ネジ部13の外径が、先端側ネジ部11及び中間ネジ部12の外径と同じであってもよい。
(3) In
本発明は、骨における骨折した部分を接合するための骨スクリュー、又は顎骨における歯が欠損した部分に螺合する人工歯根等の生体用ネジ部材として、広く適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied as a biological screw member such as a bone screw for joining fractured portions in bone or an artificial tooth root screwed into a portion of a jaw bone where a tooth is missing.
1 骨スクリュー(生体用ネジ部材)
5 人工歯根(生体用ネジ部材)
10 ネジ部
11 先端側ネジ部
12 中間ネジ部
50 骨
55 顎骨(骨)
1 Bone screw (screw member for living body)
5 Artificial dental root (screw member for living body)
10
Claims (4)
前記ネジ部の先端部分は、緻密体で構成される先端側ネジ部として設けられ、
前記ネジ部の軸方向における中間部分は、該中間部分における表面の少なくとも一部から内部の少なくとも一部に亘る部分が前記先端側ネジ部の緻密体よりも疎な構造体である多孔質体で構成された、中間ネジ部として設けられ、
前記先端側ネジ部及び前記中間ネジ部は、互いに一体化された凝固体であり、
前記中間ネジ部は、
緻密体で構成され、前記中間ネジ部における径方向中心部分である中心部と、
緻密体で構成され、前記中間ネジ部におけるネジ山の頂部から前記中心部に亘る部分である緻密部と、
多孔質体で構成され、前記中間ネジ部における前記ネジ山の裾の部分から前記中心部に亘る部分、及び該中間ネジ部のネジ溝の底部から前記中心部に亘る部分、である多孔質部と、
を有していることを特徴とする生体用ネジ部材。 A biomedical screw member having a screw portion screwed to a bone,
The tip portion of the screw portion is provided as a tip side screw portion formed of a dense body,
The intermediate portion in the axial direction of the screw portion is a porous body in which a portion extending from at least a part of the surface of the intermediate portion to at least a portion of the inside is a sparse structure than the dense body of the tip side screw portion. Configured as an intermediate screw part,
The tip side screw portion and the intermediate screw portion are solidified bodies integrated with each other,
The intermediate screw portion is
A center portion that is formed of a dense body and is a central portion in the radial direction of the intermediate screw portion;
A dense part, which is a dense part, and is a part extending from the top of the thread in the intermediate screw part to the central part;
A porous portion made of a porous body, which is a portion extending from the thread hem portion to the center portion of the intermediate screw portion, and a portion extending from the bottom of the screw groove of the intermediate screw portion to the center portion. When,
A biomedical screw member characterized by comprising:
前記中間ネジ部のうち多孔質体で構成されている部分は、該中間ネジ部の表面から該中間ネジ部の軸直角断面の径方向中心側に向かって該多孔質体の気孔率が小さくなるように構成されていることを特徴とする生体用ネジ部材。 The biological screw member according to claim 1,
The portion of the intermediate screw portion that is formed of a porous body has a porosity that decreases from the surface of the intermediate screw portion toward the radial center of the cross section perpendicular to the axis of the intermediate screw portion. It is comprised as follows, The screw member for biological bodies characterized by the above-mentioned.
前記先端側ネジ部は、前記中間ネジ部よりも外径が大きいことを特徴とする生体用ネジ部材。 The biomedical screw member according to claim 1 or 2,
The biomedical screw member, wherein the distal end side screw portion has an outer diameter larger than that of the intermediate screw portion.
前記ネジ部のうち前記先端側ネジ部と反対側の部分は、緻密体で構成される基端側ネジ部として設けられ、
前記基端側ネジ部は、前記先端側ネジ部及び前記中間ネジ部よりも外径が大きいことを特徴とする生体用ネジ部材。 The biological screw member according to any one of claims 1 to 3 ,
The portion of the screw portion opposite to the tip screw portion is provided as a base screw portion made of a dense body,
The biological screw member, wherein the proximal-side screw portion has an outer diameter larger than that of the distal-end side screw portion and the intermediate screw portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012236386A JP6071420B2 (en) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | Screw member for living body |
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