JPH01223970A - 代替骨 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は生体の骨欠損部を補填する為の代替骨に関する
ものであって、残存自家骨に対して早期に強力な結合を
形成し、しかも長期に亘ってしっかりと固定される様な
代替骨に関するものである。

［従来の技術］ 事故や疾病あるいは抜歯等により骨損傷を来した場合、
骨欠損部あるいは空隙部への充填が必要となる。

このような場合、別個法由来の生体骨を移植すると免疫
の拒否反応を起こすので、患者本人の肋骨や腰骨から海
綿状自家骨を採取して欠損部に充填する方法がとられて
きた。しかしこの方法では損傷個所以外の骨組織を切除
することになるので手術個所が増加して患者の苦痛も大
きく、医師側にとっても多大の労力を必要としていた。

しかも採取できる個所や量に制限があるので、必ずしも
十分に欠損部を補填し得る量を採取できるわけではなく
、代替骨の必要が生じていた。

このような代替骨は補填箇所に応じた強度を有すると共
に生体に対して無害であることはいうまでもなく、自家
骨に早期に且つしっかり固定され長期使用に亘ってゆる
みなどが生じてはならない。

たとえば人工股関節ステムは長期間に亘る安定した強度
を確保するためステンレス鋼、Ｃ〇−Ｃｒ合金あるいは
チタン合金等の耐食性金属で製造されているが、この様
な金属製股関節ステムを生体骨に固定するに当たっては
、たとえば次のような手段がとられている。

（１）セメント固定：第３図（ａ）に示すように自家骨
２の骨髄腔内に代替骨（股関節ステム）１の支え部１ａ
を挿入し、骨髄腔と代替骨１の支え部１ａの隙間にポリ
メチルメタクリレート等よりなる骨セメント７を充填し
て固定させる。

（２）セメントレス固定：第３図（ｂ）に示すように代
替骨１の支え部１ａを自家骨２の骨髄腔に密嵌合するよ
うな太さに形成し両者を密嵌合させて機械的に固定させ
る。

ところが前記（１）の方法は言うに及ばず（２）の方法
に、おいても、代替骨１と自家骨２の間に金属−自家骨
の直接結合が形成される訳ではないので、長時間経過す
るとゆるみが生じてくるほか、（１）の方法ではセメン
トの重合熱や成分溶出を原因とする生体への悪影響を生
ずるといった問題を有していた。

これらの問題を解決するためにまずセメント固定法を排
除すると共にセメントレス固定法の上記欠点を改善する
ことが研究されている。この様な改善方法として例えば
第４図（ａ）　、　（ｂ）およびその表層部の断面図（
ｃ）　、　（ｄ）に示すように、代替骨１の自家骨２と
の接触側表層部に金属製の粒体３または金属製の繊維４
を巻縮するように配置するかあるいは金属製の繊維４の
編物、織物、不織布を配置して代替骨１の表面にポーラ
ス層５を形成するという方法が行なわれており、この方
法によれば残存自家骨から成長してくる骨芽細胞が該ポ
ーラス層５の微細空隙内に侵入し、新生骨によるアンカ
ー効果によって自家骨２と代替骨１の固定を達成する。

しかしこの方法では新生骨が代替骨のポーラス層の深奥
部へ侵入生成するまでに時間がかかり、代替骨が自家骨
に固定されるまでに長時間を要した。

［発明が解決しようとする課題］ そこで本発明においては代替骨を自家骨欠損部の補填に
適用する場合において自家骨との結合が速やかに進行し
、しかも時間経過とともに強固な固着に成長し、長期使
用に亘っでもゆるみなどの生じてとない代替骨について
検討した。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明とは、骨欠損部
補填用の代替骨において、該代替骨に形成された貫通孔
あるいは凹部にベース部材を嵌着させて構成すると共に
、前記ベース部材の残存自家骨との接触側表面に生体活
性無機材料によって被覆されているポーラス層が設けら
れていることを構成要旨とするものである。

［作用］ 第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る代替骨１の実施態
様例を示す図であり、（ｄ）はその組立て構成例を示す
図である。第１図（ｄ）に示すように本発明の代替骨１
は、貫通孔あるいは凹部（図示せず）を有する代替骨本
体１°に前記貫通孔（あるいは凹部）に嵌合する形状に
形成されたベース部材８を嵌着させて構成される。ベー
ス部材８には第１図（ｅ）　、　（ｆ）　、　（ｇ）　
、　（ｈ）に示した表層部所面図に見られる如く生体活
性無機材料６によって被覆されているポーラス層５が設
けられており、該ポーラス層５は、ベース部材８を代替
骨本体１°に嵌着させた状態において自家骨と接触する
側に表われる様に形成される。生体骨欠損部を本発明の
代替骨１で補填すると、生体活性無機材料６と自家骨２
との間の化学的結合が速やかに進行し、さらに時間の経
過とともにたとえば第１図（ｅ）　、　（ｆ）ではポー
ラス層５の微細空隙内に骨芽細胞が侵入してゆき、そこ
で形成された新生骨がアンカーのように作用して代替骨
１と自家骨２をしっかり固定する。また第１図（ｇ）　
、　（ｈ）のように生体活性無機材料６よりなる層が厚
く形成されているときは生体活性無機材料６が自家骨２
と化学結合しつつ新生骨が深く侵入していき最終的に新
生骨が粒体３や繊維４の背面にまで侵入するのでアンカ
ー作用を発揮する。

本発明に係る代替骨本体１°の主体となる素材としては
金や銀等の貴金属、５ＵＳ３１８等のステンレス鋼、Ｔ
ｉ−６ＡＩ−４Ｖ等のチタン合金等の耐食性金属あるい
はアルミナ、ジルコニア。

窒化けい素等の高強度セラミックス等を用いることがで
き、骨欠損部の形態に嵌合するように成形して適用する
。

ベース部材８の主体となる素材としては前記した代替骨
太体１゛と同様の素材を挙げることができ、代替骨本体
１°と同じであってもあるいは異なる素材を用いてもよ
い。

生体活性無機材料６を被覆したポーラス層５とは、粒径
１００〜８００μｍ１好ましくは３００〜６００μｍの
金属やセラミックス等よりなる粒体３をベース部材８の
表面の一部に多数拡散接合するか、直径１００〜８００
μｍの繊維を屈曲させて前記表面の一部にランダム配位
し拡散接合したり、或は繊維よりなる編・織物や不織布
を前記表面の一部に配位して拡散接合する等の手段によ
っであるいはベース部材−８の表面の一部を粗面化する
ことによって、孔径１００〜５００μｍの孔を多数内在
するポーラス層を形成し、さらにその上へ生体活性無機
材料６を被覆して厚さ１〜１００μｍの層を形成させた
ものである。孔径が１００μｍ未満では骨芽細胞の侵入
が不十分であり、５００μｍを超えると骨芽細胞の侵入
によって生成される新生骨の形成に時間がかかるととも
にアンカー作用が不十分となる。孔径１００〜５００μ
ｍの孔を有するポーラス層を形成する手段については特
別の制限を受けないが、前記した粒径１００〜８００μ
ｍの粒体３あるいは直径１００〜８００μｍの繊維４を
前述のように拡散接合させる方法はもっとも有利な方法
と言える。

尚こわらの粒体あるいは繊維の素材としては前述の代替
骨本体およびベース部材の素材と同様のものを用いるこ
とができ、代替骨本体およびベース部材と同一あるいは
異なっているものを用いても良い。

生体活性無機材料とは、生体内で周囲の骨組織と反応し
、自家骨との間に強い化学結合を形成する特性を有する
ものであり、例えばアパタイト類特に水酸化アパタイト
［Ｃａ　＋ｏ　（ＰＯ４）　ａ　（０）１）　２］　、
アパタイトを含むアルミナあるいはジルコニアセラミッ
クス、β−３ＣａＯ−Ｐ２０ｓ　、　Ｎａ２０−ＣａＯ
−５ｉＯ２−Ｐ２０ｓ系ガラス（バイオガラス）、第１
表に示す様な系のアパタイト含有結晶化ガラス等が例示
される。

アパタイト含有結晶化ガラスは結晶とガラスの複合体で
あり、結晶の大きさや量あるいは組成を連続的に変化さ
せることができてその性質を広い範囲で変化させること
ができる。また生体活性無機材料のうちＣａあるいは燐
酸を溶出しやすいものは新生骨の生成を助長し、より早
く固定化されるので有利である。生体活性無機材料より
なる層は前記ポーラス層上に汎用されている溶射法、蒸
着法あるいはスプレーパイロリシス法等により形成させ
る手段の他、ゾル−ゲル法を採用し成分調整したゾルを
ポーラス層に塗布した後ゲル（固体）層を形成させるこ
ともできる。しかし生体活性無機材料層の形成方法は何
ら制限されない。

生体活性無機材料層とポーラス層を構成する素材間に大
きな熱膨張率差がある場合には、これらの物質の中間の
熱膨張率を有−する物質よりなる層を介在させることも
できる。当然この物質は無害でなくてはならない。この
ような物質としてジルコニアを含むガラスやジルコニア
を含むセラミックス等を挙げることができる。このよう
な中間層を設けることによって熱膨張率の差による生体
活性無機材料層の割れやポラース層からの剥離を抑制す
ることができる。

また代替骨１の形状は補填される自家骨欠損部の形状に
よって異なり。代替骨本体１°およびベース部材８もそ
れに合わせて形成される０代替骨本体１゛の貫通孔ある
いは凹部へのベース部材８の嵌着方法は特に限定されな
いが例えば下記（ａ）〜（ｆ）に示すようにして行なう
ことができる［第２図（ａ）〜（ｆ）参照］。

（ａ）焼きばめまたは冷しばめ。

（ｂ）テーパー嵌合。

（Ｃ）ボルトおよびナツト止め。

（ｄ）ビス止め。

（ｅ）バネ止め：代替骨本体１°あるいはベース部材８
のいずれかにバネ付きピンを設けておき両者が嵌合した
ならばビンがバネの力で飛び出て両者°を固定する。

（ｆ）接着止め二代替骨本体１°とベース部材８間に接
着剤層９を設けて固定する。接着剤とじては前記ポリメ
チルメタクリレート、歯科用接合セメント、４メタレジ
ン等が挙げられる。

本発明の代替骨は股関節をはじめ膝、肘、肩。

指などの関節用あるいはその他の長管骨用等の代替とし
であるいは人工歯根用などにも適用できる。

［実施例および比較例］ 第１図（ｄ）に示す代替骨本体（Ｔｉ−６ＡＩ　−４■
チタン合金製股関節ステムの本体）１”に同組成よりな
るベース部材８を嵌着させ第１図（ａ）に示すような代
替骨（股関節ステム）１を得た。

尚ベース部材８には予め表面の一部に第１図（１１）に
示すような３００〜６００μｍ径で同組成のチタン合金
粒体３を拡散接合し、さらにその上を生体活性無機材料
（第１表２番目の結晶化ガラス）６で被覆しておいた。

これを犬の大腿骨に埋入したところ１４日で歩ける程の
結合を示し、しかも長期に亘ってゆるみが生じてこなか
った。

一方ポーラス層のみを有し生体活性無機材料層を有しな
いステムを埋入したものは歩ける程の結合を形成するま
でに２８日を要した。

［発明の効果］ 本発明は以上のように構成されているので、本発明の代
替骨は自家骨に対して早期に結合し、時間とともに強固
に固定されていくので、長時間たフてもゆるみなどを生
ずることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）および（ｃ）は本発明に係る
代替骨の例（股関節ステム）を示す図であり、（ｄ）は
その組立て構成例を示す図であり、（ｅ）　、　（ｆ）
　。 （ｇ）および（ｈ）はベース部材表層部の断面図、第２
図（ａ）〜（ｆ）は代替骨本体とベース部材の嵌着方法
例を示す図、第３図（ａ）　、　（ｂ）は従来の股関節
ステムの適用例を示す図、第４図（ａ）　、　（ｂ）お
よび（ｃ）　、　（ｄ）は従来の代替骨の例（股関節ス
テム）とその表層部の断面図である。 １・・・代替骨（股関節ステム） １°・・・代替骨本体（股関節ステム本体）２・・・自
家骨　　　　　　　３・・・粒体４・・・繊維　　　　
　　　　５・・・ポーラス層６・・・生体活性無機材料
　　７・・・骨セメント８・・・ベース部材　　　　　
９・・・接着剤層第１図 （ａ）（ｂ）（°） 第２図 第３図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）骨欠損部補填用の代替骨において、該代替骨に形
   成された貫通孔あるいは凹部にベース部材を嵌着させて
   構成すると共に、前記ベース部材の残存自家骨との接触
   側表面に生体活性無機材料によって被覆されているポー
   ラス層が設けられていることを特徴とする代替骨。