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発明の名称 整形外科用の移植部材に使用される関節結合支承表面を製造する方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−61954(P2001−61954A)
公開日 平成13年3月13日(2001.3.13)
出願番号 特願2000−231415(P2000−231415)
出願日 平成12年7月27日(2000.7.27)
代理人 【識別番号】100077517
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 (外3名)
発明者 ウイリアム ロアー
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 整形外科用の移植部材に使用される関節結合支承表面を製造する方法であって、超高分子量ポリエチレン粒子を用いること、該超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部を架橋するに十分な照射エネルギーで該粒子に放射線を照射すること、及び該照射された粒子を関節結合支承表面に成形すること、からなる工程を有する製造法。
【請求項2】 成形工程が、照射された粒子を型に入れること、該型の中の該照射された粒子に圧力を加えること、及び該型の中の該粒子を加熱すること、からなる副工程を有する請求項1記載の製造法。
【請求項3】 粒子塊を、該超高分子量ポリエチレンの融点以上に加熱する請求項2記載の製造法。
【請求項4】 型が圧縮型である請求項2記載の製造法。
【請求項5】 粒子が粉末及びフレークの少なくとも一つである請求項1記載の製造法。
【請求項6】 粒子がパケットで供給され、照射工程が該パケット内の該粒子に照射することを特徴とする請求項1記載の製造法。
【請求項7】 型中に粒子のパケットを入れ、該型中の該パケットと該粒子を圧縮し加熱することによって、供給された粒子を成形する請求項6に記載の製造法。
【請求項8】 照射工程が、超高分子量ポリエチレンの実質的に全部を架橋するに十分な照射エネルギーで該粒子に放射線を照射する請求項1記載の製造法。
【請求項9】 照射工程にて、粒子の周囲の環境において酸素を減少させる工程をさらに有する請求項1記載の製造法。
【請求項10】 成形装置内の酸素を減少させる工程が、粒子を不活性ガスの浴に浸すことである請求項9記載の製造法。
【請求項11】 照射エネルギーが、ガンマ線、X線、紫外線、中性子線、陽子線及び電子線のうちの一種からなる請求項1記載の製造法。
【請求項12】 関節結合支承表面が、脛骨の膝の移植部材と共に用いるために形作られている請求項1記載の製造法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、整形外科用の移植部材に関し、特に、整形外科用の移植部材に使用される関節結合支承表面に関する。
【0002】
【従来の技術】患者に接合を再構築するために用いられる整形外科用の移植部材は、典型的には、2つの移植部材半体を有しており、各移植部材半体は関節結合支承表面を形状として規定している。例えば、整形外科での膝の移植部材は、大腿骨内に据えつけられる前端部分と脛骨内に据えつけられる末端部分を有する。前端部分要素は、典型的には、金属製の関節結合支承表面を有しており、これは脛骨の膝要素を形状として規定されている非金属製の関節結合支承表面上を旋回するようになっている。非金属製の支承表面は超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)のブロックから造られ、関節結合支承表面を形状として規定するよう機械加工で造られる。非金属製の支承表面は脛骨の皿に付随して帯同され、次いで脛骨の髄内管(IM)に挿入されるステムに取り付けられる。
【0003】プラスチック材料を架橋してそれが有している性能を改良するために、UHMWPEから造られている支承表面に放射線を照射することは公知である。支承表面は最終的な形状に成形され、支承表面全体が照射される。放射線の浸透は、照射エネルギー、支承表面の形状などの要因に依存する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、整形外科用の移植部材に使用される関節結合支承表面を製造する方法を提供することを目的とするもので、その際、支承表面に成形する前に、粉末状あるいはフレーク状のUHMWPE粒子に放射線を照射する方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討の結果、本発明をなすに至った。即ち、本発明は、整形外科用の移植部材に使用される関節結合支承表面を製造する方法であって、超高分子量ポリエチレン粒子を用いること、該超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部を架橋するに十分な照射エネルギーで該粒子に放射線を照射すること、及び該照射された粒子を関節結合支承表面に成形すること、からなる工程を有する製造法に関するものである。
【0006】本発明は、その一つとしては、整形外科用の移植部材に使用される関節結合支承表面を製造する方法である。用いられるUHMWPE粒子は、UHMWPEの少なくとも一部を架橋するに十分な照射エネルギーで放射線を照射される。その照射された粒子は、次いで整形外科用の支承表面に成形される。本発明の利点の一つは、UHMWPEへの照射がより良好に制御できるということである。
【0007】もう一つの利点は、UHMWPEの架橋が、関節結合支承表面の幾何学的な形状を考慮することなく達成されるということである。本発明の上記及び他の態様及び利点、またそれらを達成する方法は、添付の図面と共に以下の本発明の具体的態様に関する説明を参照することによって、一層明らかで且つ良く理解できるであろう。
【0008】図1は、本発明の製造法の具体例において、関節結合支承表面の製造に用いられるUHMWPEを架橋するための装置の概要を示す図である。図2は、架橋されたUHMWPEを関節結合支承表面に成形するために用いられる圧縮型及び加熱板の組立体の概略図である。図3は、図1の装置と図2の圧縮型を用いて成形された関節結合支承表面の見取図で、脛骨の皿と共に示した図である。
【0009】それぞれの図において、関連する符号は同じ部分を一致して示している。ここに示す例は、本発明の好ましい一態様を示すものであり、そような例は、いかなる場合においても本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図を参照しつつ、本発明をさらに詳述する。各図は、本発明の整形外科用の移植部材に使用される関節結合支承表面を成形するための、本発明の製造法の具体例を示すものである。パケット10は、使用される粉末状及び/又はフレーク状のUHMWPE粒子12を包含している。パケット10は、その中の粒子12に照射エネルギーが当たるようなプラスチックなどの放射線透過性材料から作られる。パケット10は、熱あるいは紫外線による溶着など適切な技術を用いてシールされる。粒子12は、関節結合支承表面に用いる整形外科用途に適するようなサイズ及び形状を有する。例えば、粒子12は約50〜200ミクロンのサイズを有する。
【0011】好ましくは、パケット10は、望ましい関節結合支承表面を成形するのに十分な量のUHMWPE粒子12を包含する大きさである。好ましくは、各パケット10は、圧縮型の1回の充填に対応する量を包含するということで、このことは以下に述べる通りである。パケット10は、運搬方向16へ動いているコンベヤーベルト14により運ばれる。各パケット10は、放射線源20及びガス出入口22を有する照射装置18の内部に運ばれる。ガス出入口22は、放射線源20でパケット10を照射する間、照射装置18内の酸素を減少させるために用いられる。例えば、ガス出入口22は、照射装置18の内部に窒素あるいはアルゴンのような不活性ガスを導入するために用いられる。照射装置18内の酸素を減少させることにより、パケット10内の粒子12の酸化が防止される。あるいはまた、ガス出入口22は、照射装置18内の酸素を減少させるために、照射装置18の内部を真空に導くためにも用いられる。パケット10が構成されている材料がガス透過性でない場合には、粒子12の周囲に存在するように不活性ガスを各パケット10の内部に充填することも可能であり、それにより、照射装置18内の酸素を減少させる必要がなくなる。
【0012】放射線源20は、照射装置18内に置かれたパケット10内の粒子12に当たる照射エネルギーを伝導する。放射線源20は、粒子12が構成されているUHMWPEの少なくとも一部を架橋するのに十分な量の照射エネルギーでパケット10内の粒子12を照射する。架橋工程で用いられる照射エネルギーの量によって、パケット10内の粒子12中への照射エネルギーの浸透する深さが変わる。好ましくは、パケット10内の粒子12の実質的に全部を架橋するために十分な量の照射エネルギーが用いられる。照射エネルギーは、ガンマ線またはX線の放射線の形式であることが好ましいが、しかし、紫外線の形式、あるいは、中性子線、陽子線又は電子線のような放射線もまた可能である。具体例に示すように、パケット10内のUHMWPE粒子12は10MeV電子線を用いて架橋されるが、その場合、全照射量は、約25〜500KGy、好ましくは100〜250KGy、さらに好ましくは140〜180KGyのレベルである。
【0013】照射装置18内に置かれたパケット10が放射線源20からの照射エネルギーにより架橋された後、コンベヤーベルト14は架橋されたパケット10を照射装置18から運び出し、次のパケット10が架橋のために照射装置18内に運び込まれる。故に、各パケット10内のUHMWPE粒子12の架橋はバッチ方式で行われる。もし粒子12がパケットにされていない場合は、連続方式でUHMWPE粒子12を架橋することも可能であるが、連続方式では、照射装置18を通過するコンベヤーベルト14上に薄い層で通過させる方がよい。連続方式が用いられる場合は、UHMWPE粒子12の架橋が効果的になされるように、照射エネルギー及びコンベヤーベルト14の移動速度は容易に調和させることができる。
【0014】照射エネルギーによりUHMWPE粒子12が架橋させられた後、粒子12は関節結合支承表面に成形するため型に入れられる。粒子12はパケット10から出され、又はパケットに入ったまま型に入れられる。粒子、あるいは粒子とパケットは、2個の型半体26および28を有しその間に型キャビティ30が画定されている圧縮型24の中に入れられる。型半体26により画定されている型キャビティ30の部分は、関節結合支承表面33に良く対応する空洞になっており、そこに粒子12が圧縮されて関節結合支承表面33(図3)を形作る。ガス出入口34は、型キャビティ30内の酸素量を減少させるために用いられる。製造工程において型キャビティ30内の酸素量を減少させることにより、UHMWPE粒子12の酸化が防止される。型キャビティ30内の酸素は、型キャビティ30に連なるガス出入口34に接続している真空源(図示されていない)を用いて型キャビティ30内を真空圧にすることにより減少させることができる。次いで、窒素又はアルゴンのような不活性ガスが、ガス出入口34を通って型キャビティ30内に導入される。
【0015】型半体26及び28は一緒に組み立てられて金属板36の間に置かれる。該金属板36は、主に伝導による熱移動によって型半体26及び28を加熱することは勿論、型半体26及び28を一緒に加圧する(矢印38で示す)という二通りの機能を備えている。各金属板36は、電気伝導体40などを通して電力源に連結されているヒーター(図示されていない)を必須のものとして有する。
【0016】粒子12は、共に圧縮されると同時にUHMWPEの融点以上に加熱され、ネット形の関節結合支承表面33の形に成形される。UHMWPEを融点以上に加熱することにより、架橋工程で生じたUHMWPE中のフリーラジカルをUHMWPE中の他のフリーラジカルと反応させて、安定な結合を形成することができる。そのような形成工程に要する時間は数分から数時間であり、UHMWPEの温度が実質的にその融点以上に上昇させられるか、あるいはその温度又は融点より少し低い温度に保持されるかどうかに依存する。
【0017】ネット形の関節結合支承表面33は圧縮型24で成形された後、関節結合支承表面33は冷却され、圧縮型24から取り出される。関節結合支承表面33の一部分は、適切な機械加工工程によって加工され、関節結合支承表面33は、図3に示す脛骨の膝の移植部材42のように整形外科用の移植部材と係合するようになる。例えば、関節結合支承表面33の点線44(図3に示す)の底部側の部分は、適切な機械加工工程によって加工および/または除去され、関節結合支承表面33が脛骨の膝の移植部材42と係合するようになされる。勿論、脛骨の膝の移植部材33は機械加工されて、脛骨の膝の移植部材42と係合するように適切な鍵締および/または連結構造に形作られる。
【0018】具体例に示すように、UHMWPE粒子12は、圧縮型24を用いて関節結合支承表面33に成形される。しかし、静水圧成形技術、型打ち抜き、熱成形など、加熱及び圧縮する他の適切な成形方法を用いることもできる。この発明は好ましいデザインを有するものにつき説明されたものであり、本発明は、その精神と範囲内において、さらに変形されうるものである。故に、本出願は、本発明で一般原理を用いるいかなる変形、用途、又は改造をもカバーすることを意図するものである。さらに、本出願は、この説明から逸脱したものでも、添付の特許請求の範囲内でこの発明が属する技術分野において知られ又は一般に実施されるようになるものもカバーすることを意図するものである。
【0019】
【発明の効果】本発明の製造法は、UHMWPEへの照射がより良好に制御でき、また、UHMWPEの架橋が、関節結合支承表面の幾何学的な形状を考慮することなく達成されるので、優れた関節結合支承表面を効率的に製造することができる。




 

 


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