KR20030021957A - 인공 고관절용 시멘트형 스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 전방면 및, 후방면에 각각 외측에 근접하여 전방 돌출부 및, 후방 돌출부가 형성된 근위부; 상기 근위부로부터 수직 하방으로 연장된 원위부; 상기 근위부로부터 소정의 각도로 경사를 이루어 상방으로 연장된 경부; 및, 상기 경부의 단부에 형성된 절두 원추부;를 구비하는 인공 고관절용 시멘트형 스템이 제공된다.

Description

인공 고관절용 시멘트형 스템{Cemented stem for hip joint arthroplastry}

본 발명은 인공 고관절용 시멘트형 스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고관절의 대퇴골내에 시멘트(cement)와 함께 삽입되는 스템에 관한 것이다.

고관절은 인체의 대퇴골과 골반의 비구 사이를 연결하는 관절로서, 사람이 앉거나 서는데 있어서 가장 중요한 작용을 하는 관절이다. 고관절은 결핵과 같은 병적 원인 및, 질병등에 의해서 손상될 수 있는데, 이를 치유하기 위해서 외과 수술을 통해서 인공 고관절 기기가 적용될 수 있다. 통상적으로 인공 고관절 기기는 스템과 컵으로 이루어진다. 스템과 컵은 예를 들면 인체에 무해한 티타늄등 합금등으로 제작된다. 인공 고관절 기기의 스템은 대퇴골내에 삽입되어 고정되고, 상기 컵은 골반의 비구에 고정된다. 스템의 단부에는 세라믹 재료 또는 금속 재료로 형성된 구체가 고정되며, 상기 컵안에는 상기 구체가 수용되어 회전할 수 있는 대응 반구체가 끼워져 있으며 상기 대응 반구체는 세라믹 재료 또는 고분자 폴리에틸렌으로 제작된다.

인체의 대퇴골(femur)은 외피의 구조를 형성하는 피질골(cortical bone)과 상기 피질골의 내부에 존재하는 망상골(cancellous bone)로 이루어진다. 피질골은 매우 단단한 조직인데 반해, 망상골은 상대적으로 부드러운 해면체 조직이다. 실제에 있어서, 인공 고관절용 기기의 스템은 상기 피질골의 내측에 삽입되어 상기 망상골을 파고 들어가게 된다. 이때 무시멘트 스템은 피질골에 대한 쐐기 작용에 의해서 고정될 수 있는 단면 형상을 가지는 경우가 많다. 즉, 전체적으로 원통형에 가까운 피질골의 내부에서 스템이 쐐기 작용에 의해서 고정되도록, 스템의 단면은 전체적으로 사각형을 가지는 것이다. 또한, 스템의 쐐기 작용을 보조하고 스템이 피질골 내에서 회전하는 것을 방지하기 위해서, 스템의 측면에 블레이드가 형성될 수도 있다.

한편, 인공 고관절용 기기는 시멘트(cement)와 함께 적용되는 경우도 있다. 시멘트는 대퇴골과 스템 사이의 접합력을 증진시키기 위해서 스템을 대퇴골내에 밀어넣을때 함께 주입되는 것이다.

한편, 미국 특허 제 5,314,493 호에는 종래 기술에 따른 인공 고관절용 기기에서 사용되는 스템이 개시되어 있는데, 이것은 시멘트와 함께 대퇴골내에 삽입하는 것이다. 여기에 개시된 스템은 시멘트와 함께 대퇴골내에 삽입될때, 시멘트 맨틀이 대퇴골내에 적절하게 분포되지 않는다는 문제점이 있다. 즉, 비록 스템의 단부에 센트랄라이저(centralizer)를 구비하여 시멘트 맨틀의 분포를 적정화시키고 있으나, 대퇴골의 특정한 부분에 대한 시멘트 맨틀의 두께를 증가시킬 수 없다는 문제점이 있다. 따라서, 뼈의 강성이 상대적으로 약하기 때문에 시멘트 맨틀의 두께가 더 커야만 하는 부분에 대한 시멘트의 공급이 용이하지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시멘트와 함께 적용될 수 있는 개선된 인공 고관절용 시멘트형 스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 인공 고관절용 시멘트형 스템에 대한 정면도.

도 2는 도 1 의 측면도.

도 3a 내지 도 3e 는 도 1 의 각 부분에 대한 단면도.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

11. 스템 12. 근위부

13. 원위부 14. 경부

15. 절두 원추부 17. 전방 돌출부

25. 후방 돌출부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 전방면 및, 후방면에 각각 외측에 근접하여 전방 돌출부 및, 후방 돌출부가 형성된 근위부; 상기 근위부로부터 수직 하방으로 연장된 원위부; 상기 근위부로부터 소정의 각도로 경사를 이루어 상방으로 연장된 경부; 및, 상기 경부의 단부에 형성된 절두 원추부;를 구비하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템이 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르며, 상기 전방 돌출부 및, 후방 돌출부 각각은 상기 근위부로부터 상기 원위부로 접근할수록 돌출 높이가 낮아진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 원위부는 이중으로 테이퍼져서 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 근위부 및, 원위부의 단면은 전체적으로 직사각형으로 형성되고, 상기 직사각형의 모서리는 라운드 처리된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 근위부의 내측면은 87 내지 93 mm 의 곡률 반경을 가지는 곡면부로써 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 경부로부터 근위부로 연장되는 근위부의 일부에 있어서 하방향으로 단차를 형성함으로써 이루어진 세미 칼러를 더 구비한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 경부의 단면은 타원형으로 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 경부와 그로부터 연장되는 상기 절두 원추부는, 상기 근위부로부터 상기 원위부로 연장되는 부분에 대해서 127 내지 133 도의 각도로 경사진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 경부의 외표면 및, 상기 경부에 근접한 근위부의 일부는 하이 폴리싱 가공된다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 에 도시된 것은 본 발명에 따른 고관절 인공 삽입 기구용 스템에 대한 정면도이다.

도면을 참조하면, 스템(11)은 근위부(12)와, 상기 근위부(12)로부터 직선 방향의 하방으로 연장된 원위부(13)와, 상기 근위부(12)에 대하여 소정의 각도로 상방으로 연장된 경부(14) 및, 상기 경부(14)의 단부에 형성된 절두 원추부(15)를 구비한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 근위부(12)로부터 원위부(13)로 연장되는 스템의 부분은 테이퍼지게 연장되며, 이러한 테이퍼 연장부는 인체의 대퇴골내로 삽입되는 부분이다. 또한 절두 원추부(15)에는 세라믹 반구체(미도시)가 끼워지게 된다.

실제에 있어서, 스템(11)이 대퇴골내에 삽입되었을때, 도면 번호 21 로 표시된 부분은 내측으로서 두 다리 사이에 해당하며, 도면 번호 20 은 외측에 해당한다. 따라서 도면에서 보이는 근위부(12)의 전방 표면은 인체의 정면을 향하게 되고, 도면에 도시되지 아니한 부분은 후방 표면이 된다.

근위부(12)의 외측(20)에 근접하여 전방 표면에는 돌출부(16)가 형성되어 있으며, 후방 표면에도 외측(20)에 근접하여 돌출부가 형성된다. 전방 표면의 돌출부(16)와 후방 표면의 돌출부는 대칭적이다. 이것은 도 3a 에 도시된 단면도를 통해서 용이하게 이해할 수 있다. 돌출부(17)는 도면에 도시된 바와 같이 근위부(12)의 길이 방향에 걸쳐서 외측에 근접하여 형성된다.

돌출부(17)는 스템(11)이 대퇴골내에 삽입될때, 시멘트를 대퇴골수강의 내측으로 압력을 증가시키는 역할을 한다. 즉, 내측(21)에 면한 대퇴골 부분의 압력으로 더 좋은 시멘트 맨틀을 형성하게 도와준다. 돌출부(17)는 시멘트를 대퇴골의 내부 공간에서 내측(21)을 향해 밀어주는 역할을 하므로 해당 부분의 시멘트 두께가두꺼워질 수 있는 것이다. 이러한 돌출부(17)는 본 발명에서 중요한 특징부를 이룬다.

또한 근위부(12)로부터 원위부(13)로 연장되는 길이 방향의 부분과, 근위부(12)로부터 절두 원추부(15)로 연장되는 길이 방향의 부분은 소정의 각도를 이룬다. 예를 들면, 근위부(12)에 있어서 중심 위치를 도면 번호 18 로 표시하고, 상기 지점으로부터 원위부(13)의 중심을 통해 연장된 선과, 상기 지점(18)으로부터 절두 원추부(15)의 중심 지점(19)을 향해 연장된 선은 약 127 내지 133 도의 각도를 이룬다. 이러한 각도는 대퇴골과 골반의 형상을 고려함과 동시에, 시멘트를 함께 적용하였을때를 감안하여 적합화된 각도로서, 스템(11)이 대퇴골내에 삽입되었을때 보다 안정적인 고정이 이루어질 수 있게 한다. 특히 시멘트형 스템을 많이 적용하는 노인층 환자에 대한 시술시에 이러한 각도가 해부학적인 복원에 기여한다.

한편, 근위부(12)의 내측에는 곡면(23)이 형성되어 있는데, 상기 곡면(23)의 곡률 반경은 약 87 내지 93 mm 이다. 이러한 곡률 반경도 대퇴골의 해부학적 형상과 시멘트의 적용을 고려하여 적합화된 것으로서, 본 발명의 다른 특징을 이룬다. 또한 도 1 에서 보았을때 원위부(13)의 내측면과 외측면은 α의 각도로 테이퍼지는데, 상기 α는 약 4 내지 7 도인 것이 바람직스럽다.

도면 번호 8 로 표시된 것은 원위부(12)의 중심으로부터 절두 원추부(15)의 중심으로 연장되는 레버 아암의 길이를 표시한 것이다. 레버 아암의 길이(8)는 가급적 커야만 하는데, 이는 레버 아암의 길이가 커질수록 근육의 길이를 효과적으로 사용할 수 있기 때문이다. 상기에서 설명한 바와 같이 지점(18)으로부터 절두 원추부(15)의 중심 지점(19)을 향해 연장된 선이 약 127 내지 133 도의 각도를 이룰 경우에는 상기 레버 아암의 길이(8)가 해부학적으로 허용 가능한 범위내에서 동일한 오프셋(offset; 즉, 지점 18 을 통과하는 수직선과 지점 19 를 통과하는 수직선 사이의 거리)에 대하여 최대 효과적으로 복원할 수가 있다.

도면 번호 9 로 표시된 것은 원위부(12)의 최상단에 형성된 홈이다. 상기 홈(9)은 시술시에 사용되는 공구(미도시)의 단부를 삽입하기 위한 홈이다. 상기 홈(9)에 공구를 삽입하여 가압함으로써 스템(11)은 대퇴골의 골수강 내부로 진입할 수 있다.

도 2 에 도시된 것은 도 1 의 우측면도이다.

도면을 참조하면, 전방 돌출부(17)와 후방 돌출부(25)가 스템(11)의 전방 및, 후방에 대칭적으로 형성되어 있다. 한편, 도 2 에서 보았을때 원위부(13)의 전방면과 후방면은 β의 각도로 테이퍼지는데, 상기 β는 약 1 내지 5 도인 것이 바람직스럽다. 결국, 도 1 에 도시된 정면도에서의 원위부(13)의 테이퍼 각도(α)와, 도 2 에 도시된 우측면도에서의 원위부(13)의 테이퍼 각도(β)에 의해서, 원위부(13)가 이중으로 테이퍼진다는 점을 이해할 수 있다. 이처럼 이중 테이퍼진 단면 구조는 스템이 골수강내의 시멘트 내에서 쐐기 역할을 함으로써 고정력을 획득할 수 있도록 한다. 또한 응력을 대퇴골의 하방향으로 갈수록 감소시키는 역할도 한다. 한편, 스템의 단면 가장자리는 라운드(round) 처리됨으로써, 스템이 골수강내에서 회전하는 것을 쐐기 역할로 방지함과 동시에 상기 라운드 처리된 단면은 시멘트에 대한 골절 유발등의 가능성을 억제하게 된다.

다시 도 1 을 참조하면, 경부(14)는 절두 원추부(15)보다 단면의 넓이가 작게 형성된다. 경부(14)의 단면을 작게 형성하는 것은 스템(11)을 대퇴골로부터 제거할 경우에 시술을 용이하게 하기 위한 것이다. 즉, 공구를 이용하여 경부(14)를 쥐게 되면 스템(11)을 제거하는 것이 상대적으로 용이해진다. 경부(14)는 실제에 있어서 단면이 타원형으로 형성되는 것이 바람직스럽다. 타원형 단면은 경부(14)의 강도를 강화시킨다. 또한, 비구 컵과 스템이 상호 관절 운동을 할때, 경부(14)가 비구 컵의 가장자리에 접하게 됨으로써 관절 운동의 범위를 증가시키는 역할을 한다. 절두 원추부(15)는 경부(14)로부터 연장되는 것으로서, 도시되지 아니한 세라믹 또는 금속 구체내에 끼워지는 부분이다.

또한, 스템(11)을 대퇴골내에 삽입할때 삽입 깊이를 용이하게 식별하기 위해서, 세미칼러(semi-collar,22)가 형성된다. 세미 칼러(22)는 경부(14)로부터 근위부(12)로 연장되는 근위부(12)의 일부에 있어서 도면에 도시된 바와 같이 하방향으로 단차를 형성함으로써 이루어진다. 시술시에 세미 칼러(22)가 절단된 대퇴골의 입구에 접하게 되면, 시술자는 그에 의해서 삽입 깊이를 인식할 수 있는 것이다. 세미 칼라(22)는 그 자체에 의해서 뼈에 전달되는 응력을 최소화하면서, 시술의 편의성을 향상시키는 역할을 한다.

한편, 스템의 전체 표면은 매끄럽게 하이 폴리싱(high polishing) 가공되는 것이 바람직스럽다. 하이 폴리싱에 의한 표면 처리는 골수강과 시멘트의 해리 현상을 방지한다. 특히, 고관절 인공 삽입 기구의 작동시에 세라믹 반구체가 상기 경부(14)와 그에 인접한 근위부(12)의 일부에 접촉할 가능성을 대비하기 위하여서도, 해당 부분을 하이 폴리싱하는 것이 더욱 바람직스럽다. 세라믹 반구체(미도시)는 관절 운동시에 그 표면의 일부가 상기 경부(14)와 그에 인접한 근위부(12)에 접촉하면, 마찰 표면에서 입자가 발생할 수 있다. 마찰에 의해 이탈된 입자는 인체의 조직으로 침투할 수 있으며, 부정적인 영향을 미치게 된다. 따라서 관절 운동시에 세라믹 반구체가 접촉하는 스템의 표면을 하이 폴리싱 가공함으로써 입자의 발생을 최대한 억제할 수 있다.

도 3a 내지 도 3e 에 도시된 것은 도 1 의 각 단면을 차례대로 도시한 것이다.

도 3a 는 도 1 에서 A-A 를 따라 절단한 단면을 도시한 것이다. 단면으로부터 근위부(12)의 전방 및, 후방의 표면에서 외측(20)에 근접하게 각각 형성된 전방 돌출부(17) 및, 후방 돌출부(25)가 형성된 것을 알 수 있다.

도 3b 는 도 1 에서 B-B 를 따라 절단한 단면도이고, 도 3c 는 도 1 에서 C-C 를 따라 절단한 단면도이다. 이들 도면으로부터 각 돌출부(17,25)들의 돌출 높이가 원위부(13)로 접근할수록 점진적으로 낮아진다는 것을 알 수 있다.

도 3d 는 도 1 에서 D-D 를 따라 절단한 단면을 도시한 것이며, 도 3e 는 도 1 에서 E-E 를 따라 절단한 단면을 도시한 것이다.

도 3a 내지 도 3e 로부터 알 수 있는 바로서, 위에서 설명된 바와 같이 스템(11)의 단면은 전체적으로 직사각형으로 이루어지며, 상기 직사각형의 각 모서리는 라운드 처리되어 있다. 이러한 직사각형의 단면은 전체적으로 원형의 단면을 가지는 대퇴골내의 시멘트내에서 쐐기 결합 상태로 삽입되어 스템의 회전이 방지될수 있다는 것을 이해할 수 있다. 직사각형의 모서리가 라운드처리됨으로써 시멘트가 경화되었을때 뾰족한 모서리가 시멘트를 파괴하는 현상을 방지할 수 있게 하였다.

스템(11)은 전체 표면이 하이 폴리싱 처리되거나, 적어도 경부(14) 및, 그에 근접한 근위부(12)의 일부가 폴리싱 처리되는 것이 바람직스럽다.

본 발명에 따른 인공 고관절용 시멘트형 스템은 대퇴골의 형상에 적합화되었으며, 근위부에 형성된 전방 및, 후방 돌출부에 의해서 시멘트를 대퇴골내의 내측으로 압력을 증가시켜줄 수 있다는 장점이 있다. 또한 경부의 단면 넓이를 원추부의 단면 넓이보다 작게 형성함으로써 비구컵에 대한 관절 운동시에 운동 범위를 증가시킬 수 있다. 스템은 그 단면 형상이 라운드 처리된 이중 테이퍼 형상으로서, 골수강내에서 쐐기 역할을 함과 동시에 시멘트와의 접촉시에 시멘트를 파괴하는 현상을 방지할 수 있으며, 응력 분포를 대퇴골의 하방향으로 갈수록 점점 줄여서 자연스럽게 응력이 대퇴골로 전달될 수 있도록 한다. 또한 세미칼러를 형성하으로써 뼈에 대한 응력의 전달을 최소화하면서 시술시의 편의성을 증가시켰다. 한편, 동일한 오프셋에 대하여 최대의 레버 아암 길이를 가질 수 있는 전체적인 각도를 가짐으로써 해부학적으로 적합화되었다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예지적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 전방면 및, 후방면에 각각 외측에 근접하여 전방 돌출부 및, 후방 돌출부가 형성된 근위부;

   상기 근위부로부터 수직 하방으로 연장된 원위부;

   상기 근위부로부터 소정의 각도로 경사를 이루어 상방으로 연장된 경부; 및,

   상기 경부의 단부에 형성된 절두 원추부;를 구비하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전방 돌출부 및, 후방 돌출부 각각은 상기 근위부로부터 상기 원위부로 접근할수록 돌출 높이가 낮아지는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 원위부는 이중으로 테이퍼져서 형성된 것을 특징으로 하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 근위부 및, 원위부의 단면은 전체적으로 직사각형으로 형성되고, 상기 직사각형의 모서리는 라운드 처리된 것을 특징으로 하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 근위부의 내측면은 87 내지 93 mm 의 곡률 반경을 가지는 곡면부로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 경부로부터 근위부로 연장되는 근위부의 일부에 있어서 하방향으로 단차를 형성함으로써 이루어진 세미 칼러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 경부의 단면은 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 경부와 그로부터 연장되는 상기 절두 원추부는, 상기 근위부로부터 상기 원위부로 연장되는 부분에 대해서 127 내지 133 도의 각도로 경사지는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 경부의 외표면 및, 상기 경부에 근접한 근위부의 일부는 하이 폴리싱 가공되는 것을 특징으로 하는 고관절 인공 삽입 기구용 스템.