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KR101186437B1 - 대퇴골 내로 삽입될 수 있는 샤프트를 포함하는 고관절인공 보철물 - Google Patents

대퇴골 내로 삽입될 수 있는 샤프트를 포함하는 고관절인공 보철물 Download PDF

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KR101186437B1
KR101186437B1 KR1020077005222A KR20077005222A KR101186437B1 KR 101186437 B1 KR101186437 B1 KR 101186437B1 KR 1020077005222 A KR1020077005222 A KR 1020077005222A KR 20077005222 A KR20077005222 A KR 20077005222A KR 101186437 B1 KR101186437 B1 KR 101186437B1
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South Korea
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prosthesis
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hip
femur
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헬무트 데. 링크
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발데마르 링크 게엠베하 운트 코.카게
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Abstract

본 발명은, 대퇴골 내로 삽입될 수 있고 표면이 골유도성 물질로 마감된 샤프트(3)를 포함하는 고관절 인공 보철물에 관한 것이다. 상기 물질은 단지 샤프트(3)의 뼈몸통끝 부분(5)에서 샤프트 횡단면의 전후 방향(AP) 치수가 최대인 지점들을 연결한 선(7)으로부터 측면에만 제공된다. 따라서, 뼈몸통끝 해면질은 인공 보철물의 재수술 가능성을 악화시키지 않으면서 힘 흐름에 더욱 효과적으로 관여한다.
골 유도성 물질, 뼈몸통, 인공 보철물, 고관절, 표면 마감질

Description

대퇴골 내로 삽입될 수 있는 샤프트를 포함하는 고관절 인공 보철물{HIP-JOINT PROSTHESIS COMPRISING A SHAFT THAT CAN BE INSERTED INTO THE FEMUR}
대퇴골 뼈몸통끝(metaphysis)에서의 해면 뼈 조직은 대퇴골 경부, 큰 대퇴부 상부 돌기(greater trochanter), 작은 대퇴부 상부 돌기(lesser trochanter), 뼈몸통(diaphysis)에서 압축 하중 및 인장 하중을 받는 뼈 부분들을 압력 전달 및 장력 전달 방식으로 연결하는 뼈 잔기둥들로 구성된 복잡한 구조를 포함한다. 전체적으로, 이러한 구조는 연속적인 인장- 및 압축-궤도를 형성한다(팀 출판사(Thieme Verlag)에 의해 1992년 슈투트가르트에서 출간된 컬러 의료 도해서인 운동 기구 I, 제7권). 고관절 인공 보철물의 샤프트가 삽입된다면, 특히 대퇴골 경부를 그 맞은편에 놓인, 뼈의 대퇴골 상부 돌기간 표면 영역에 연결하는 초기 인장 궤도가 대부분 단속된다. 이어서 상기 초기 궤도가 더 이상 힘 전달에 관여하지 않으면, 상기 궤도는 퇴화된다. 이는 특히 인공 보철물 샤프트가 뼈몸통에 클램핑되고, 대퇴골의 근위 뼈몸통끝 부분이 특히 그 측면 부분에서 힘 전달에 거의 관여하지 않는 인공 보철물들이 사용되는 경우에 적용된다. 소위 인장형 앵커를 사용하여 큰 대퇴골 상부 돌기의 영역에 인공 보철물 샤프트를 연결하여 상기 큰 대퇴골 상부 돌기를 힘 흐름에 개입시키려는 시도가 있었다. 이때 인공 보철물 샤프트와 결합된 로드(rod)는 큰 대퇴골 상부 돌기를 통해 안내되었고, 대퇴부 인공 보철물이 하중을 받는 경우에 큰 대퇴골 상부 돌기에 인장력이 작용하도록 외측에 로킹 너트가 구비되었다(미국 특허 제US-A-3,995,323호, 유럽 특허 제EP-B-93230호, 독일 특허 제DE-B-1943598호). 그러나 이러한 형태의 기계 역학적인 인장형 앵커는 일정한 교번 하중으로 인해 빨리 느슨해지고, 이에 따라 단시간 동안만 효과를 발휘하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 날개부의 기공 또는 개구 내로 성장하는 골질(bone substance)과 긴밀하게 결합하는 방식으로 샤프트 또는 샤프트로부터 측면으로 큰 대퇴골 상부 돌기의 영역으로 돌출되는 날개부를 설계하는 것이 공지되어 있다(영국 특허 제GB-A-1030145호, 프랑스 특허 제FR-A-2356465호, 유럽 특허 제EP-A-128036호, 유럽 특허 제EP-A-222236호, 유럽 특허 제EP-A-95440호, 유럽 특허 제EP-B-601223호, 유럽 특허 제EP-A-1044665호, 미국 특허 제US-A-5755811호, 미국 특허 제US-A-4718915호, 미국 특허 제US-A-5370698호, 프랑스 특허 제FR-C-2194123호). 뼈가 인공 보철물 표면에 더 잘 결합되도록 하기 위해 인공 보철물 표면이 골 유도성을 갖도록 형성하는 것도 공지되어 있다. 골 유도성 표면이라 함은 인접한 뼈가 성장하도록 하는 표면을 의미한다. 그러한 표면에는 티탄 합금 및 인산 칼슘(calcium phosphate)이나 수산화인회석을 포함하는 코팅으로 구성된 표면이 포함된다(유럽 특허 제EP-A-761182호, 국제 특허 WO 9308771호).
최근에, 골 유도성 표면과 같이 뼈 성장을 허용할 뿐만 아니라 뼈 세포로의 변환을 위해 비분화 만능 줄기세포(undifferentiated pluripotent stem cells)를 자극하는 물질이 공지되었다(Albrechtsson, Johansson: 골 유도, 골 유도 및 골 전도; Gunzburg 출판사: 척추 수술시에 뼈 대체물의 사용; Springer, - Denissen, H. 외: 비스포스포네이트(bisphosphonate)를 해제하기 위한 세라믹 수산화인회석 이식; 1994년 뼈 및 광물, 123-134쪽, - Yoshinari, M. 외: 인산 칼슘 코팅된 이식체 및 비스포스포네이트 고착된 이식체에 대한 뼈 반응, 2002년 생체 적응 재료, 2879-2885쪽, - Yoshinari, M. 외: 표면 개질된 티타늄으로의 비스포스포네이트의 고착; 2001년 생체 적응 재료, 709-715쪽). 이러한 물질들은 비스포스포네이트 및 골형성 단백질(BMP, bone morphogenic protein)을 포함한다. 또한 이러한 물질들은 대퇴골 인공 보철물을 포함하여 뼈 인공 보철물의 표면을 마감질하는 데에도 사용될 수 있다(미국 특허 제US-A-2002/0049497호, 미국 특허 제US-A-2002/0127261호). 상기 물질들은 뼈와 인공 보철물 표면이 매우 긴밀하게 결합되도록 하는데, 이로 인해 뼈로부터 제거될 인공 보철물을 분리하는 데 방해될 수 있기 때문에 재 수술시에 바람직하지 않을 수도 있다. 이는 고관절 인공 보철물의 샤프트가 전체적으로 또는 넓은 범위에 걸쳐 이러한 물질을 갖추고 있는 경우에 특히 그러하다(유럽 특허 공개 제EP-A-478532호, 미국 특허 제US-B-6296667호, 독일 특허 공개 제DE-A-19508753호.
본 발명의 목적은, 재수술 가능성을 악화시키지 않으면서 뼈에 대한 대퇴부 고관절 인공 보철물의 고정력을 향상시키는 데 있다. 본 발명에 따른 해결책은 청구 범위의 특징부들에 나타난다.
따라서, 대퇴골 내에 삽입되는 샤프트를 갖는 고관절 인공 보철물에서 골 유도성 코팅은 뼈몸통끝 영역에서 최대 전후 방향 치수의 선으로부터 측면에 위치한 샤프트의 일부분에만 제공된다.
공개된 종래 기술에 속하지 않는 이전 특허 출원(PCT/EP03/05292)에, 골 유도성 물질로 마감된 부분을 오직 다음과 같이 정의된 대퇴부 상부 돌기 영역에만 제공하는 것이 제안되었다. 대퇴부 상부 돌기 영역은, 대퇴골 경부의 중심선과 중앙 뼈몸통 단부의 중심선 사이의 교점으로부터 시작하여, 이러한 교점으로부터 대퇴 골두의 상부 에지에 그어진 접선의 측면에, 그리고 이러한 접선을 계속 연장하는 대퇴골 경부 중심선의 부분으로부터 측면에 위치한다.
본 발명에 따르면, 골 유도성 물질로 마감질된 표면 영역의 경계는 다르게 정의된다. 본 발명에 따른 정의에 의하면, 인공 보철물 표면의 골 유도성 마감질은 뼈몸통끝 영역에서 특히 방향 법선이 측 방향 성분을 포함하는 표면 영역이 많이 존재하는 부분에 제공된다. 이전의 경험에 의하면, 이러한 표면 영역에서는 인장력 전달이 가능한, 뼈와의 결합이 기대될 수 없었다. 그러나 골 유도성 코팅에 의해 그러한 결합이 대부분 가능하게 된다. 상기 선행 특허의 청구항 제5항은 상반되는 점, 즉 측면 방향에 대해 언더컷(undercut)된, 즉 중앙 방향으로 향하는 표면 영역에 코팅을 배치하는 것을 제안한다.
또한, 다공성이어야 하는 코팅에 상기 물질이 사용된다면 특히 바람직하다. 상기 코팅은 임의의 형태일 수 있다. 예를 들어, 다공성 금속 층일 수도 있다. 원래 골 유도성을 지닌, 예를 들어 인산 칼슘 또는 수산화인회석으로 형성된 코팅이 특히 바람직하다.
본 발명의 효과는 수술 후에 뼈 세포가 매우 신속하게 인공 보철물 표면에 바로 근접하여 결합되는 것이다. 이를 통해, 뼈 표면과 뼈 사이의 상대적 이동으로 인해 초기에 추후의 긴밀한 결합을 더욱 어렵게 하거나 불가능하게 하는 유격 또는 중간 결합 조직 층이 형성되지 않는다. 본 발명에 의해 인공 보철물의 대퇴 상부 돌기 표면에서 더욱 신속한 뼈 축적과, 인공 보철물의 기공 및 리세스 내로의 더욱 신속한 뼈 통합이 이루어지며, 이로써 대퇴 상부 돌기의 뼈 영역은 인공 보철물과의 지속적인 결합을 신속하게 달성하고, 이에 따라 힘 전달에 관여하게 된다. 이에 반해 나머지 표면 영역에서 뼈와의 결합은 오직 이전과 비슷한 정도로만 달성될 수 있다. 재수술 시에 쉽게 접근 가능하고, 이에 따라 뼈가 매우 단단하게 결합되어도 아무 문제를 초래하지 않는 대퇴 상부 돌기 영역의 외부에서, 의사는 재수술 시에 이미 익숙해진 조건들을 정확하게 알 수 있다.
골 유도성 물질을 포함하는 상기 표면 부분은 측 방향에 대해 기공 또는 언더 컷을 적절히 포함하며, 이를 통해 골 유도로 인해 형성된 골질이 표면에 접착에 의해서만이 아니라 형태 끼워맞춤식으로도 고정될 수 있다.
해면질은 때때로 골피질 근처에서보다 뼈의 대퇴 상부 돌기 부분의 중앙에서 덜 조밀하게 형성된다. 이 때문에, 인공 보철물의 골 유도성으로 마감질된 표면 부분의 전방 및 후방을 향하는 영역은 바람직하게는 뼈의 중간면으로부터 소정의 간격을 두고 골피질에 더 인접하여 위치한다. 따라서, 이러한 표면 영역을 형성하는 인공 보철물의 부분은 전후-방향으로 너무 얇아서는 안된다. 인공 보철물의 두께 및 그에 따른 상기의 전방과 후방 표면 영역들 사이의 간격은 바람직하게는 6mm 이상, 그리고 더 바람직하게는 9mm 이상 내지 약 15mm이다.
인공 보철물 표면에서의 새로운 뼈 세포의 성장은 관련 표면 부분의 강제 끼워맞춤에 의해 촉진될 수 있다. 따라서, 인공 보철물이 뼈로 삽입되는 방향으로 상기 표면과 그의 대향면이 웨지(wedge)-형태로 제작되고, 인공 보철물 샤프트를 위한 수납 공간을 형성하는데 사용되는 인공 보철물에 할당된 줄(rasp)이 상대적으로 더 좁은 횡단면을 가짐으로써, 인공 보철물 샤프트가 줄에 의해 형성된 공간 내로 삽입될 때 상기 표면 영역이 골질을 밀어내도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 도면을 통해 이하에서 더욱 상세히 설명된다.
도1은 대퇴골의 고관절 인공 보철물의 배면을 도시한 도면이다.
도2는 도1에서의 선 II-II를 따라 절단된 단면도이다.
도3 및 도4는 선택적인 횡단면 형상을 도시한 도면이다.
도5는 도1에서의 선 V-V를 따라 절단된 단면도이다.
도1에 따른 고관절 인공 보철물은 관절 헤드부(1)와, 샤프트(3)를 구비한 경부(2)를 포함한다. 샤프트는 뼈의 몸통에 고정될 뼈몸통 부분(4) 및 뼈의 몸통끝에 고정될 몸통끝 부분(5)을 갖는다. 뼈몸통 부분은, 샤프트가 대퇴골의 뼈몸통에 초기 고정되도록 보장하는 크기를 갖는다. 당업자는 도1을 봤을 때, 인공 보철물이 뼈 속에 어떻게 위치될 것인지를 인지하고, 또한 이를 통해 인공 보철물의 뼈몸통 부분과 뼈몸통끝 부분 사이의 경계부(8)가 어디에 위치하는가를 알 수 있다.
샤프트의 뼈몸통 부분(4)이 뼈몸통의 단단한 골피질에 지지될 수 있고, 거기에 초기 고정되도록 작용하는 반면, 뼈몸통끝 부분은 주로 뼈몸통끝의 해면질 뼈 조직에 위치한다.
도2에서는 AP 방향(전-후 방향)에서 샤프트(3)의 치수가 가장 큰 지점(7)을 알 수 있다. AP 치수가 최대인 지점들을 연결한 선이 도2에서 선 "7"로 표시되어 있다. 상기 선은 인공 보철물의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 본 발명의 경우에는 뼈몸통끝 부분(5)에서의 선 연장부만 관련이 있다. 상기 선의 측면으로, 도3의 실시예에 도시된 샤프트의 표면은 오직 표면 법선이 측 방향을 향하는 성분을 포함하는 표면 영역만으로 구성된다. 이는, 종래의 수단을 이용해서는 이러한 표면과 뼈 사이에 중앙 방향으로 향하는 인공 보철물 힘을 수용할 수 있는 연결을 달성할 수 없다는 것을 의미한다. 즉, 그러한 힘은 상기 표면 영역과 뼈 사이의 인장 연결을 전제로 한다. 도3 또는 도4에 따른 실시예에서는, 상기 지점 또는 선(7)의 측면에 표면 법선이 측 방향으로 향하는 구성 성분을 갖지 않는 언더컷 표면 영역도 나타난다. 그러나, 여기에서도 마찬가지로 측면으로 향하는 표면 영역이 우세하다.
뼈몸통끝 부분(즉, 선(8)의 상부)에서 선(7)의 측면에 위치하는 샤프트 표면의 부분(6)은 본 발명에 따라 골 유도성 물질로 마감질된다. 상기 부분은 도면에서 점각(stippling)으로 표시되어 있다. 상기 마감질은 바람직하게는 수산화인회석(hydroxyapatite)과 같은 골 유도성 물질로 구성된 층에 포함된다. 이러한 마감질을 통해, 해당 표면 영역과 뼈 조직 사이의 연결이 인장력을 전달할 수 있는 방식으로 상기 연결을 강화시킬 수 있다. 이는 해면질 뼈 조직에서의 인장 궤도가 힘을 수용하는 데 관여하고, 그로 인해 손상되지 않는다는 것을 의미한다.
도1에서의 실시예에서, 본 발명에 따라 마감질된 영역은 뼈몸통끝의 대퇴골 상부 돌기 영역에 위치하는 돌출부(9)를 포함한다. 이러한 대퇴골 상부 돌기의 돌출부는 통상적으로 뼈 조직 내에서의 샤프트의 고정력을 향상시키고 뼈에 대해 샤프트가 회전하는 것을 방지하기 위한 것이다.
또한, 뼈와의 연결을 촉진하는 표면 형상은 샤프트(3)의 다른 영역, 즉 선(7)으로부터 중앙에, 그리고 선(8)으로부터 말단부에 제공될 수 있는데, 예를 들어 수산화인회석 또는 인산 칼슘(calcium phosphate)의 코팅이다. 그러나, 상기 코팅은 골 유도성 성분을 포함해서는 안되는데, 이는 그렇지 않은 경우에 재수술시 인공 보철물 샤프트를 뼈에서 제거하기가 너무 어렵기 때문이다.
도2는 돌출부(9)가 전후 방향으로 상당한 두께를 갖는 것을 도시한다. 따라서, 돌출부의 전방 및 후방 표면 부분(6)은, 많은 경우에 해면질이 공핍되는 중앙 영역으로부터 후퇴되고, 골피질에 더욱 근접하면서 더욱 밀집된 영역에 존재한다. 따라서, 골 표면과 골질 사이의 양호한 연결의 가능성은 더욱 향상된다.
도5는 삽입 방향에 거의 일치하는 절단 방향(V-V)으로 잘라낸 돌출부(9)의 횡단면 형상을 도시한다. 인공 보철물을 수용하기 위한 줄(rasp)에 의해 제공된 중공 형상이 인공 보철물 형상보다 약간 더 작다면, 이러한 웨지 형상이 뼈 속으로 삽입되면서 골질이 변위되고, 그 결과 상기 골질에 의해 인공 보철물 표면에 가해지는 압력이 상승한다. 또한, 이를 통해 인공 보철물 표면과 뼈 사이에 성장이 빠른 긴밀한 결합이 촉진된다.
대퇴골 상부 돌기의 돌출부 표면과 뼈 사이의 길밀한 결합이 재수술시 문제가 되지 않도록 보장하기 위해, 돌출부(9)는 샤프트(3)로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 돌출부는 나사 또는 다른 결합 수단을 통해 샤프트(3)와 결합될 수 있고 샤프트가 뼈로부터 제거되기 전에 샤프트로부터 분리될 수 있다. 그 다음 돌출부는 돌출부를 에워싸는 뼈 및 돌출부와 연결된 뼈로부터 보다 쉽게 분리될 수 있다.
본 발명에 따른 표면 마감질은 도1 및 도2에 도시된 인공 보철물 형상에 한정되지 않는다. 다른 단면 형상에 대한 예가 도3 및 도4에 도시된다. 도면 부호 7은 AP-방향으로 최대 두께의 횡단면 지점을 나타내며, 본 발명은 상기 지점의 측 방향으로 인공 보철물 표면의 골 유도성 마감질을 허용한다.

Claims (9)

  1. 대퇴골 내로 삽입될 수 있고 표면이 골유도성 물질로 마감질된 골 유도성 마감부를 갖는 샤프트(3)를 포함하는 고관절 인공 보철물에 있어서,
    상기 골 유도성 마감부는, 샤프트(3)의 뼈몸통끝 부분(5)에서 샤프트 횡단면의 전후 방향(AP) 치수가 최대인 지점들을 연결한 선(7)으로부터 측면에 위치된 부분(6)에만 제공되는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 보철물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 골 유도성 물질은 코팅에 의해 형성되거나 또는 코팅 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 보철물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 골 유도성 물질은 비스포스포네이트 또는 골형성 단백질(BMP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 보철물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인공 보철물 표면에서 골 유도성 물질을 포함하는 부분(6)은 다공성인 것을 특징으로 하는 고관절 인공 보철물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인공 보철물에서 골 유도성 물질로 마감질된 상기 부분(6)은, 전후 방향으로 6mm 이상 15mm 이하의 간격을 포함하는 전방 또는 후방 대향 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 보철물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전방 또는 후방 대향 표면은 전후 방향으로 9mm 이상 15mm 이하의 간격을 포함하는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 보철물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인공 보철물에서 골 유도성 물질로 마감질된 부분(6)은 부분적으로 또는 전체적으로 샤프트(3)로부터 연장되는 돌출부(9)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 보철물.
  8. 제7항에 있어서, 돌출부(9)는 샤프트로부터 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 보철물.
  9. 제7항에 따른 고관절 인공 보철물 및 고관절 인공 보철물의 샤프트를 위한 수용 공간을 형성하기 위한 줄(rasp)로 구성된 세트에 있어서, 돌출부(9)는 이식 방향으로 웨지-형상이며, 줄(rasp)은 이러한 돌출부의 영역에서 상대적으로 더 작은 체적을 갖는 것을 특징으로 하는 세트.
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