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JP2740531B2 - プレストレス(prestress)を加えた外科用網状物 - Google Patents

プレストレス(prestress)を加えた外科用網状物

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JP2740531B2
JP2740531B2 JP63507195A JP50719588A JP2740531B2 JP 2740531 B2 JP2740531 B2 JP 2740531B2 JP 63507195 A JP63507195 A JP 63507195A JP 50719588 A JP50719588 A JP 50719588A JP 2740531 B2 JP2740531 B2 JP 2740531B2
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ドレネルト、クラウス
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ドレネルト、クラウス
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は骨中の移植組織を支持又は固定するための、
又は補形物の部品を固定するのに使用される骨接合剤を
補強するための外科用支持体若しくは網状物に関する。
普通、関節代替部品は骨中に低温重合性ポリメチルメ
タクリレート(PMMA)により、又は骨接合剤を使用しな
いで骨中に直接関節代替部品を組み込むことにより固定
される。最近、移植組織部品を予備引張(pretension)
した構造物により、より生理学的に固定することが試み
られた(A.H.ハグラー(A.H.Huggler):臨床応用第7
ケ年目に於ける押圧円板義肢、K.ドラエナート(K.Drae
nert)及びA.リュット(A.Rtt)(出版者);運動器
具の史的形態学3、技術と化学、ミュンヘン、1987)。
人工関節代替部品を固定しようという試みは、力が骨
に一様に伝達されないために度々失敗している。その結
果接合剤を含まない高モジュラスの弾力性を有する部品
の場合、主荷重のかかる部分に応力集中(張力ピーク)
が存在しそのためにその骨は圧縮されるが、一方残りの
骨の部分はもはや使用されないので萎縮する。接合部品
の場合は、骨接合剤は非常に重い荷重に対して永続的に
耐えることが出来ず、それ故破壊されて遂には関節代替
部品を失う。
生じる全ての力の中で、多能性間葉、即ち骨芽細胞と
して知られる骨形成細胞を最終的に作る間葉の分化と生
育に最も有害な影響を与えるのは剪断力である。
建築学及び静力学の分野で知られている構造物があ
り、これらの有害な剪断力に打ち勝つためにその構造物
に於てはプレストレスを利用するという試みがなされて
きた。即ち引張強さを引き出すプレストレスを加えた金
属網状物でコンクリート構造物を補強することにより
(プレストレスを加えたコンクリート)、剪断力に打ち
勝とうとするものである。又、例えば荷重のかかる軽飛
行機構造物のようなプレテンション(pretension)を与
えた自由な支持体を用いて引張力を圧力若しくは圧縮力
に変換することも可能である(フライ−オットー(Frei
-Otto):天然構造物、自由出版事業所、ストゥットガ
ルト、1982)。外科用運動システムに於いても又、これ
らの原理を導入しようという幾つかの試みがなされてき
た。しかしそれらは骨接合に制限されてきた。即ち破損
治療におけるねじの使用に制限されてきた(ミューラー
(Mller)、アルゲバー(Allgwer)及びヴィレネ
ッガー(Willenegger)、整骨合成の手引書、スプリン
ガー(Springer)出版社、ハイデルブルグ、ベルリン、
ニューヨーク、1969)。
骨接合剤を補強する金属若しくは炭素で作られた構造
物は補形術の分野に於いて既に使用され、例えば米国特
許第4064567号で開示されているような補形物のシャフ
トのまわりの網状物がある。これらの網状物は閉じた失
筒状(closed quiver)でなく、柔軟でない、それらの
構造物のために、それらは補形物の骨床(bony bed)に
接触することが出来ず、この結果それの全体の構造物
は、それ自体で補形物部品を構成する。
DE-A-2917446では多層のストッキング状補強物が外科
用網状物の形で記載されており、これは部分的に吸収性
であり予定されたメッシュサイズとフィラメントの厚み
を有する。これらの網状物は補形物の接合剤失筒を補強
するのに卓越しているが、補形物部品と骨との間に界面
に於いて発生する望ましくない剪断力を小さくすること
が出来ない。更に、DE-A-2917446で記述された純粋なワ
イヤー補強物の骨接合剤に於けるPMMAに対する低親和力
のために、それらは接合剤マトリックスと理想的な接触
を達成することが出来ず、今度は予定された破断点を表
わす充填効果を導き得る。それ故大きな歪がかかったと
きは、この補強物ははずれてマトリックスを壊し始める
得る。DE-A-2917446に従った吸収性物質は骨を適当な位
置に保つが、補形物部品から骨への長期間の荷重伝達が
可能ではない。
又、長期間の研究により従来の骨接合剤は身体中の圧
力に対し素晴らしく耐え得ることが出来、20年以上も耐
え得るが、それは引張応力及び曲げ応力に対し十分に耐
えることが出来ず短期間のうちに歪により壊れてしまう
可能性があることが判った。
本発明の根底を成す目的はこういう訳で体内補形物
(endoprostheses)の固定方法及び/又は体内補形物を
固定するに使われる骨接合剤の補強方法を提供すること
である。これらの方法により骨床及び骨接合剤に働く引
張及び曲げ応力を圧縮力に変換出来る。
本目的は本発明により達成される。本発明に従い、圧
縮力のみが発生するような方法により骨接合剤は補強さ
れ又は移植組織は骨床に取り付けられる。本発明の外科
用支持体若しくは網状物の移植により損傷の原因となる
剪断力を除去し、この結果移植寿命(implantation lif
e)はかなり延びる。
それ故本発明の主題は補形物部品に働く力を一様に骨
床に伝達するような方法で骨中に張って締めつけられた
外科用支持体又は網状物である。
本発明の支持体若しくは網状物の失筒状としてデザイ
ンされ且つこの網状物に編まれる少なくとも1つの糸よ
り成る。糸それ自体は好ましくはかなり柔軟である;し
かしあらゆる場合に於いても、その糸でできた失筒形網
状物は、骨の引張がかかったときに歪のかかっていない
時に比べその全長が好ましくは少なくとも5%、より好
ましくは10〜20%ほど延び得るように、縦方向に対して
柔軟であらねばならない。支持体若しくは網状物の失筒
はその低端が開いていても又閉じていても良い。
失筒形網状物は単一層から成っても良い。しかし例え
ばDE-A-2917446に記述されているように円筒に1回以上
そのストッキングを折り返して得られる多層態様はより
大きな安定性と強度を示す。特に、その網状物態様は生
体力学的要求に適合出来る。以下の記述は、主に腰関節
補形物に基づくが、本発明の支持体若しくは網状物は全
ての関節代替部品、例えばひざ、足首若しくはひじの関
節代替部品に使用できる。
本発明の支持体若しくは網状物は、プレストレスを加
えることができ、その結果骨床に取り付けられた時に又
は骨接合剤が骨床に塗られた時にこの支持体若しくは網
状物は引き延ばされており、そしてこの引き延ばされた
位置を保持するように設計されている。
プレストレスを加えるには種々の方法がある。一例と
して、例えば失筒の一端を近位大腿骨の骨髄腔に自己粘
着プラスチック物質で固定し、他端を手で又は引張器具
で骨幹端を越して引っ張りそれから失筒をそこに引張若
しくは応力下ねじ、ピン、合せピン(dowel)若しくは
例えばDE-A-3445738に記述された特別の骨の合わせピン
(bone dowel)で固定しても良い。
更に別の態様では、網状物が作られる糸は粒状鎖の形
状をしていても良い。即ち糸は、例えば幾つかの連続的
な粒形状の厚くなった部分若しくは拡大部分を有してい
てもよい。これらの部分は糸の押出により作られても良
いし、又HIP法(高等静圧法)により糸上で粒状物を押
圧してもよい。これらの粒状物は好ましくは約0.5〜3m
m、より好ましくは1〜2mmの直径を有し、且つ好ましく
は約0.5〜2cmの間隔で配置される。この直径を有する粒
子は又、その厚みを有する接合剤層のポジショナーとし
ても使用される。この直径を有する粒状鎖で作られた網
状物に於いては、骨接合剤が塗られたとき高い耐性はこ
の粒状物で高められる。この耐性は失筒形網状物の伸長
(延伸)に帰因し、従ってそのプレストレスに帰因す
る。接合剤の粘性に依り、より小さな直径の粒状物も任
意に使用することが出来るが、粒状物は常に直径200μ
m以上であらねばならない。もし粒状物の直径がより小
さければ、網状物は十分な程度にまでプレストレスが加
えられない。
矢筒形網状物の一部分を横方向に伸長させることも出
来、そしてこの網状物の伸長部若しくは突出部を補形物
のシャフトの様々なレベルに位置する対角穴を通して引
き出すことも出来、又任意にその先端部以下に引き出す
ことも出来る。それからその場所に於いて3次元的に、
例えばねじ若しくは縫合によりプレストレスをかける。
プレストレスは又、網状物若しくは支持体上に矢筒の
内側から圧をかけてそれを延伸させることによっても成
される。これは例えば矢筒内に挿入された適当な形状の
膨張性の風船状物により成される。
網状物の上述のプレストレスにより非常に一様な骨へ
の荷重伝達が可能になる。
「同種同系」物質、好ましくは骨接合剤と同じ化学由
来の物質又は骨接合剤に化学親和力を示す物質及び/又
は液体骨接合剤と化学反応をすることが出来る物質を、
骨接合剤を補強するに使われる網状物に使用することは
特に好ましい。現在運動系の外科に於いて全て使われて
いる骨接合剤として低温重合性ポリメチルメタクリレー
ト類があり、「同種同系」物質は主にアクリレートフィ
ラメント又はアクリレート塗装した金属糸及びワイヤー
である。それで本発明の網状物の糸は好ましくはアクリ
レート、メタクリレート、PMMA及び/又はその共重合体
若しくはその誘導体及び/又はそのアクリレート類に親
和力を有するプラスチック物質から作られる。
構造物全体にかかる歪に依り、補強されたアクリレー
ト系、例えばアクリレートで塗装された金属糸を使用す
ることは特に望ましい。金属糸は単一フィラメント状
(monofilic)でも、又特に大きな歪がかかる時は多フ
ィラメント状(polyfilic)の何れであっても良い。或
る弾性のチタン若しくは外科用スチールワイヤーは特に
適した金属で、例えばエチコン(Ethicon)社製無菌金
属ワイヤーEH7602がある。骨接合剤に於ける副次的に重
合を起こすマトリックスがそのような網状物と化学反応
をすれば、それははるかにより高度なより確かな荷重伝
達を補形物部品から接合剤に、そして接合剤から骨に、
そして又補強剤から直接骨にすることが出来る。後者の
場合、もし金属の塗装が更に骨に直接加わる力を減衰さ
せるのであれば特に望ましい。しかし、本発明の範囲内
に於いては、例えばチタン若しくは外科用スチールワイ
ヤーのような金属糸を網状物用物質として使用すること
も可能である。
網状物質は好ましくは「等弾性」のものである。即ち
それは大体、骨接合剤と同じ弾性定数を有する。その結
果特に良好な荷重伝達が可能になる。
糸の厚みは使用する物質に依り、約100〜700μmが好
ましい。アクリレートを使用する場合は、糸の厚みは約
100〜300μmが好ましく、最も好ましくは約200μmで
ある。チタンを使用する場合は約200〜500μmが好まし
く、最も好ましくは約400μmである。外科用スチール
を使用する場合は50μm以上、好ましくは約100〜300μ
mであり、最も好ましくは約200μmである。メッシュ
の幅若しくは厚みは約0.5〜10mmであり、好ましくは約
1〜4mm、最も好ましくは約1.5mmである。
吸収性網状物を部分的に取り付けるために、これらの
構造物の吸収とそれによる骨の生長で、力を受けとる骨
の表面を拡大することが可能になる。特に適した吸収性
物質の例は有機ポリマー類、例えば腸線又は他のコラー
ゲン、合成ポリラクチド、ポリグリコリド又は他のポリ
アミノ酸誘導体又は関連ポリマー及び/又は種々の有機
ポリマー類の混合物である。吸収性物質は好ましくは近
位部分で、及び/又は網状物の最外層で使われる。もし
糸が粒状物を有するか又は、粒状鎖としてデザインされ
ている場合は、焼結燐灰石粒状物又はトリカルシウムホ
スフェートを含む複合材料で作られた粒状物を使用する
ことは特に望ましい。これは粒状物が生理学的な骨亀甲
模様(bone honeycomb)形成のモデル要素として働き、
そして燐灰石の骨細胞に対する高親和力が特に好ましい
物質特性を提供するという有利性を持つ(K.ドラエナー
ト:接合剤への骨の接触を改良するための幾つかの新し
い観察、1986年5月27〜31日バンクーバーで開かれた骨
及び関節外科医協会の第38定期年会で提出されたニコラ
ス・アンドリー賞論文(Nicholas Andry Award Pape
r))。更に有利な点は焼結、硬化充填剤は又動物実験
で示されたように陽性の生機械的骨の成長の誘引を開始
するということである。
網状物の各層は失筒の放射状方向に少なくとも1つの
スペーサー(spacer)、例えば引張リングで予定した間
隔を空けることが望ましい。この間隔の大きさは約0.5
〜5mm、好ましくは約1mmである。
歪が接合剤にかかることにより生ずる問題や、接合剤
を含まない移植組織の場合、引張ピーク(応力集中)の
発生により生ずる問題を有利に解決する物質を本発明の
支持体若しくは網状物により整形外科医及び外科医に提
供する。
以下、本発明を実施例及び付帯の図(図1は2層スト
ッキング形の本発明の網状物を示し、図2は本発明の寛
骨臼のメッシュ形補形物を示す。)に関し更に詳細に記
述する。
実施例1 腰関節用大腿関節代替部品を収容するための支持体若
しくは網状物を作るために、糸の厚みが400μmの外科
用チタンワイヤー100mを市販の円形メリヤス機械内に置
き、無端ストッキングを編む。メッシュ幅を約1〜2mm
に調節し、円周に沿って14メッシュを有する。ストッキ
ングを引張ってテンションリング(tension ring)にか
ぶせて、第2のテンションリングで近位末端に於いて一
定の層間隔を有する2層ストッキングを得る。近位のリ
ングをねじで締めるために設けた骨中のねじ穴にねじを
通して適当な位置で近位のリングをねじで締め、遠位の
リングを骨髄腔中に固定して張ることによりストッキン
グを調節可能なプレストレスをかけて骨床(bony bed)
に固定する。
実施例2 400μm厚のチタンワイヤー100mをアクリレートで浸
漬法により塗装しそれから乾燥する。それを巻き上げ、
メリヤス機械による更なる工程用に準備する。この塗装
ワイヤー50mを円形メリヤス機械の糸巻上に巻き上げ、
網状物に編む。この網状物はメッシュ幅約1mmを有し、
且つこのストッキング形網状物はその円周に沿って40メ
ッシュを有する。この網状物をテンションリングに巻い
て、そして円形に編まれた網状物の固定されていない端
をテンションリング若しくは骨の合わせピンで固定す
る。このリングは骨ねじ(bone screw)を入れる為のね
じ穴を備える。
実施例3 トリカルシウムホスフェートで作った直径1mmの粒状
物を400μm厚のチタンワイヤー上に2cmの間隔を空けて
配置しこれをHIP法で圧縮する。このようにして得られ
る粒状鎖を、今回の場合は円形メリヤス機械の針の糸の
厚みではなく粒状物の厚みに調節した点を除いて上述の
方法で、メリヤス機械の糸巻き上に巻く。更なる工程は
上述した通りである。
実用実施例1 図1は端が骨髄腔中に組合わせ、骨合わせピン2(in
tertocking bone dowel 2)で固定された2層ストッキ
ング状物を示す。このストッキング状物は、互いに上に
ある3列に配置されたドリル穴3、3′、4、4′、5
を通して外側方向に引っ張られ、固定されプレストレス
をかけられる。引張器具でプレストレスをかけた後に、
近位末端をチタンキャップ6で大腿骨の首の部分上に固
定する。このキャップは又網状物の層間にスペーサー
(spacer)としても使用し得る。
実用実施例2 病理学的腰関節は関節代替物を収容して治療される。
手術前の計画に従がい、腰骨の頭部を適当な高さで切除
し、大腿骨の骨髄腔をダイアモンドくぼみカッター(di
amond concana cutter)で横方向に切開する。大腿骨の
頭部及び首の部分を切除する前に骨髄腔を開くのは好ま
しい。骨床を作るときに、圧力下骨髄腔を注意して洗う
ことも必要である。この後、補形物の端に対し遠位に位
置するトロッカー(trocker)と4.5mm厚のドリル、ドリ
ルガイド(drill guide)及び空気ドリル(pneumatic d
rill)を使って大腿骨の前外側周囲に排液口を設ける。
セルフタッピングカニューレ(self-tapping cannula)
をドリルガイドに通してドリル穴に挿入する。実施例1
で作った外科用網状物をそれから洗浄した海綿状シリン
ダーを使って大腿骨の骨髄腔に挿入し乳棒(pestle)を
使って骨髄腔中に遠位固定する。引張器具で、近位リン
グを大腿骨の近位開口部上に載せ、これを適当な位置に
ねじで締めることにより網状物にプレストレス(延伸)
をかける。この次に骨髄腔を、例えばEP-A-85108607で
記述されたような接合剤注射器を使ってゴムの詰め物で
密封的にシールする。遠位排液口を真空にし同時に接合
剤注射器を空にすることにより、骨接合剤は網状物を通
して骨中に強制的に注入される。この次に補形物を入
れ、これは骨接剤が完全に硬化する迄はもはや手をつけ
られない。
実用実施例3 200μm厚のアクリレート繊維、例えば市販の光学繊
維100mを円形メリヤス機で円形に編まれた組織に編むと
いうような方法で骨接合剤補強用の簡単な効果的編状物
をつくる。この円形繊維はメッシュ幅が約1.5mmで、周
囲に50メッシュを有する。このアクリレート繊維ネット
は直径44mmのテンションリングにかぶせて引張り、ネッ
トの固定されていない端を、4層にした後直径16mmのリ
ングにかぶせて2重にする。この網状物は実用実施例2
で記述したような強く関節制動をするような場合に使用
される。このような場合、影響を受ける腰関節の寛骨臼
から全ての残った軟骨は除去される。そして例えばDE-A
3202193で記載したような直径16mmを有するくぼんだダ
イアモンドグラインダー(hollow diamond grinder)を
使って、固定用の穴が寛骨臼の支持屋根中に作られる。
支持体若しくは網状物の失筒はそれから仙骨腸骨関節の
方向、即ち荷重が関節を経て背骨に伝達されるような方
向にねじ性の合わせピンで骨盤に固定される。この網状
物はそれから引張器具でプレストレスがかけられ寛骨臼
の縁のテンションリングで適当な位置にねじで締められ
る。いったん骨床を注意深く洗った後、排液ねじを寛骨
臼の横の縁に挿入し始める。そして骨接合剤が排液ねじ
を経て真空吸収下塗られる。補形物をこうしてつくり塗
られた骨接合剤に移植する。
図2はそのような寛骨臼メッシュ補強物21を示す。失
筒の端を16mm直径の研磨した穴に縫い、骨合わせピン22
で骨盤に固定する。次いで引張器具で網状物にプレスト
レスをかけ、チタンリング23を骨ねじ24で締めてそれを
骨盤の縁に固定する。こうして骨床は骨接合剤と補形物
を容易に収容出来る。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】体内補形物を固定及び/又は体内補形物固
    定用に使われる骨接合剤を補強するための外科用支持体
    若しくは網状物に於いて、該支持体若しくは網状物がプ
    レストレス下骨床に固定し得るように1層以上の糸で作
    られたプレストレスを加え得る補形物の失筒状物(1;2
    1)としてデザインされた外科用支持体若しくは網状
    物。
  2. 【請求項2】糸が金属及び/又はポリマー類及び/又は
    ポリマーで塗装された金属糸である請求項1記載の支持
    体又は網状物。
  3. 【請求項3】糸の物質がチタン又は他の生物学的適合性
    物から作られ且つアクリレート、メタクリレート、ポリ
    メタクリレート及び/又はアクリレート類の関連誘導体
    で塗装された単一フィラメント若しくは多フィラメント
    ワイヤーである請求項1又は2記載の支持体又は網状
    物。
  4. 【請求項4】糸の物質がアクリレート、メタクリレー
    ト、ポリメチルメタクリレート及び/又はその共重合体
    又はその誘導体及び/又は化学的にアクリレート類に親
    和力がある合性物質である請求項1又は2記載の支持体
    又は網状物。
  5. 【請求項5】支持体又は網状物が少なくとも部分的に吸
    収性であり、吸収性物質が有機ポリマー、例えば腸線又
    は他のコラーゲン、合成ポリラクチド、ポリグリコリド
    若しくは他のポリアミノ酸誘導体又は関連ポリマー及び
    /又は種々の有機ポリマー類の混合物である請求項1〜
    4の何れかに記載の支持体又は網状物。
  6. 【請求項6】粒状物が直径約500〜3000μm、好ましく
    は約1000〜2000μmを有する粒状鎖が糸用物質として使
    われる請求項1〜5の何れかに記載の支持体又は網状
    物。
  7. 【請求項7】粒状鎖がセラミックス、燐灰石若しくは他
    のトリカルシウムホスフェート誘導体又は焼結又は未焼
    結型カルシウムホスフェート及び/又は生物学的適合性
    金属若しくは塗装金属で作られる請求項6記載の支持体
    又は網状物。
  8. 【請求項8】プレストレスをかけ得る失筒状物質(1;2
    1)が、それにプレストレスをかけることを可能にする
    手段を複数層中に及び/又はねじ、締め金、骨合わせピ
    ン(2)、ピン及び又は縫合を使用している両端のうち
    の少なくとも一端に於いて含む、又は失筒状物質が内部
    圧でプレストレスをかけられ得る請求項1〜7の何れか
    に記載の支持体又は網状物。
  9. 【請求項9】生物学的適合性プラスチック物質若しくは
    金属から作られる少なくとも1つの自己固定性若しくは
    組合わせ可能な合わせピン及び/又は支持体若しくは網
    状物を締めるための骨移植物を含む請求項8記載の支持
    体又は網状物。
  10. 【請求項10】複数層中に於いて及び/又は失筒状物質
    の両端のうちの一端に於いて0.5〜5mm、好ましくは1mm
    の予定された間隔で各層を分離するスペーサーを含む請
    求項1〜9の何れかに記載の支持体又は網状物。
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