特表 2023-511705 酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-22

(54)【発明の名称】酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   A61L 27/04 20060101AFI20230314BHJP

   A61L 27/56 20060101ALI20230314BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20230314BHJP

   B22F 10/00 20210101ALI20230314BHJP

   B22F 10/38 20210101ALI20230314BHJP

   B22F 10/66 20210101ALI20230314BHJP

   B22F 10/64 20210101ALI20230314BHJP

   B22F 10/68 20210101ALI20230314BHJP

   B22F 1/05 20220101ALI20230314BHJP

   B22F 3/11 20060101ALI20230314BHJP

   C22F 1/18 20060101ALI20230314BHJP

   C22C 16/00 20060101ALI20230314BHJP

   A61F 2/32 20060101ALI20230314BHJP

   A61F 2/34 20060101ALI20230314BHJP

   A61F 2/36 20060101ALI20230314BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20230314BHJP

【ＦＩ】

A61L27/04

A61L27/56

B22F1/00 R

B22F10/00

B22F10/38

B22F10/66

B22F10/64

B22F10/68

B22F1/05

B22F3/11 A

C22F1/18 E

C22C16/00

A61F2/32

A61F2/34

A61F2/36

C22F1/00 613

C22F1/00 628

C22F1/00 621

C22F1/00 624

C22F1/00 630A

C22F1/00 630D

C22F1/00 630E

C22F1/00 675

C22F1/00 672

C22F1/00 687

C22F1/00 691A

C22F1/00 691B

C22F1/00 691

C22F1/00 692

C22F1/00 692A

C22F1/00 692B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022545925

(86)(22)【出願日】2021-06-21

(85)【翻訳文提出日】2022-07-27

(86)【国際出願番号】 CN2021101277

(87)【国際公開番号】W WO2022088701

(87)【国際公開日】2022-05-05

(31)【優先権主張番号】202011195096.3

(32)【優先日】2020-10-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522225594

【氏名又は名称】嘉思特医療器材（天津）股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】劉 念

(72)【発明者】

【氏名】叶 金鐸

(72)【発明者】

【氏名】提 浩強

(72)【発明者】

【氏名】周 紅秀

【テーマコード（参考）】

4C081

4C097

4K018

【Ｆターム（参考）】

4C081AB05

4C081BB08

4C081CF121

4C081CF22

4C081CG06

4C081CG08

4C081DA01

4C081DB03

4C081DB05

4C081EA02

4C081EA03

4C081EA04

4C081EA12

4C097AA05

4C097AA06

4C097BB01

4C097CC03

4C097DD09

4C097MM02

4C097MM03

4C097MM04

4K018AA40

4K018BA20

4K018BB04

4K018FA01

4K018FA08

4K018FA50

4K018KA22

4K018KA70

(57)【要約】

【課題】 酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム及びその製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明は、酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム及びその製造方法を開示する。前記システムは、ステムと、骨頭と、ライナーと、カップとを備え、カップ及びステムはジルコニウム・ニオブ合金粉末を原料として熱間静水圧加圧、極低温冷却、及び表面酸化を用いて製造される。カップ及びステムに領域分割骨梁が設けられ、ステム及びカップは、３Ｄプリントで一体成形され、従来の機械加工では複雑な構造を作製できないこと及びスリーブとステムのボディ部との接続や嵌合不良という難題を解決し、かつ骨梁と実体との結合強度が高く、脱落し難くなり、プロテーゼの寿命を延ばす。骨梁は、骨組織の大部分の圧縮ひずみ値を１０００～３０００の範囲の微小ひずみにさせ、骨成長の理論に沿っており、骨梁領域での骨の均一な内方成長を確保し、オッセオインテグレーション界面の優れた生体適合性、骨の内方成長性及び摩擦界面の超耐摩耗性、低摩耗率を実現する。骨頭及びライナーの表面が酸化されて酸化物層を形成し、摩擦界面の超耐摩耗性と低摩耗率を実現する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１）カップ及びステムの製造：
１－１）ジルコニウム・ニオブ合金粉末を原料として、３Ｄプリントで一体成形してそれぞれ前記カップの第１の中間生成物及び前記ステムの第１の中間生成物を得、２種類の第１の中間生成物を熱間静水圧加圧装置に入れ、ヘリウムガス又はアルゴンガスの保護雰囲気下にて、温度を１２５０℃～１４００℃に上げ、１４０ＭＰａ～１８０ＭＰａにて一定温度で１時間～３時間放置しながら常圧まで下げ、２００℃以下となるまで炉内で冷却して取り出し、２種類の第２の中間生成物を得るステップ、
１－２）前記２種類の第２の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－８０℃～－１２０℃に下げ、一定温度で５時間～１０時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて１６時間～３６時間置き、温度を室温に調整して２種の第３の中間生成物を得るステップ、
１－３）前記２種類の第３の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－８０℃～－１２０℃に下げ、一定温度で５時間～１０時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて１６時間～３６時間置き、温度を室温に調整して２種類の第４の中間生成物を得るステップ、
１－４）前記２種類の第４の中間生成物を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、２種類の第５の中間生成物を得るステップ、及び、
１－５）前記２種類の第５の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量５質量％～１５質量％の常圧ヘリウムガス又はアルゴンガスを導入し、５℃／分～２０℃／分で５００℃～７００℃に加熱し、０．４℃／分～０．９℃／分で温度を４００℃～４９５℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、前記カップ及び前記ステムをそれぞれ得るステップ、
２）ライナー及び骨頭の製造：
２－１）ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、前記ライナー又は前記骨頭の中間生成物をそれぞれ得るステップ（ライナーの中間生成物の内外面の表面粗さはＲａ≦０．０５０μｍであり、前記骨頭の中間生成物の外面の表面粗さがＲａ≦０．０５０μｍ）、及び
２－２）前記ライナーの中間生成物及び前記骨頭の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量５質量％～１５質量％の常圧ヘリウムガス又はアルゴンガスを導入し、５℃／分～２０℃／分で５００℃～７００℃に加熱し、０．４℃／分～０．９℃／分で温度を４００℃～４９５℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、前記ライナー及び前記骨頭をそれぞれ得るステップ
を含む酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム的製造方法であって、
前記酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムは、ステム（１）と、骨頭（２）と、ライナー（３）と、カップ（４）とを備え；
前記ステムは、球形ヘッド（１１）と、ネック部（１２）と、レグ部（１３）とを備え、前記レグ部（１３）はレグ部近位端（１４）と、レグ部遠位端（１４）とを備え、前記レグ部近位端の外面にステム骨梁（１６）が設けられ、前記ステム骨梁（１６）は外側上部領域（１１０１）、下部領域（１１０２）、内側上部領域（１９１）、及び内側下部領域（１９２）に分割され、前記外側上部領域（１１０１）及び前記内側下部領域（１９２）に設けられた骨梁は第１種の骨梁（１１２）、前記内側上部領域（１９１）に設けられた骨梁は第２種の骨梁（１１３）、前記下部領域（１１０２）に設けられた骨梁は第３種の骨梁（１１４）であり；前記第１種の骨梁（１１２）の気孔径及び気孔率は、順次に前記第２種の骨梁（１１３）及び前記第３種の骨梁（１１４）より小さく；
前記カップの前記第１の中間生成物、前記第２の中間生成物、前記第３の中間生成物、前記第４の中間生成物、前記第５の中間生成物は、前記カップの構造と同じであり；
前記ステムの前記第１の中間生成物、前記第２の中間生成物、前記第３の中間生成物、前記第４の中間生成物、前記第５の中間生成物は、前記ステムの構造と同じであり；
前記カップの構造は、半球状の本体（４９）を備え、前記半球状の本体の中央にめねじ付き第１の丸穴（４１）が設けられ、
前記半球状の本体の外面にカップ骨梁（４３）が設けられ、前記カップ骨梁（４３）は分割して設けられ、第１の領域分割線（４６）と第２の領域分割線（４５）は交差し、交点が前記めねじ付き第１の丸穴（４１）の中心を通り、第３の領域分割線（４４）が円形を呈し、前記半球状の本体の縁の近くに位置し；前記第１の領域分割線、前記第２の領域分割線、及び前記第３の領域分割線は、前記半球状の本体の外面を第１の上部領域（４７１）、第１の下部領域（４７２）、第２の上部領域（４７３）、第２の下部領域（４７４）、第３の上部領域（４７５）、第３の下部領域（４７６）、第４の上部領域（４７７）、及び第４の下部領域（４７８）に分割し、前記第１の上部領域、前記第２の上部領域、前記第３の上部領域、及び前記第４の上部領域の面積は等しく；前記半球状の本体の一側にめねじ付き第２の丸穴４２が設けられ、前記めねじ付き第２の丸穴（４２）の数は３で、うちの２つが前記第１の上部領域（４７１）及び前記第３の上部領域（４７５）内の各々設けられ、残りの１つが前記第１の上部領域（４７１）と前記第３の上部領域（４７５）の境界部に設けられ；
前記第３の上部領域及び前記第４の上部領域に第４種の骨梁（４８１）が設けられ、
前記第３の下部領域及び前記第４の下部領域に第５種の骨梁（４８２）が設けられ、
前記第１の上部領域に第６種の骨梁（４８３）が設けられ、
前記第１の下部領域に第７種の骨梁（４８４）が設けられ、
前記第２の上部領域に第８種の骨梁４（４８５）が設けられ、
前記第２の下部領域に第９種の骨梁（４８６）が設けられ；
前記第４種の骨梁の気孔径及び気孔率は、順次に前記第５種の骨梁、前記第６種の骨梁、前記第７種の骨梁、前記第８種の骨梁、前記第９種の骨梁より小さい、
ことを特徴とする、製造方法。

【請求項2】

ジルコニウム・ニオブ合金粉末の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：８５．６％～９６．５％、Ｎｂ：１．０％～１２．５％を含有し、残部が不可避不純物であり；前記ジルコニウム・ニオブ合金粉末の粒子径は、４５～１５０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：８５．６％～９６．５％、Ｎｂ：１．０％～１２．５％を含有し、残部が不可避不純物であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記ステップ１－２）及び前記ステップ１－３）の前記温度調整は、温度を－１２０℃～－８０℃に上げ、一定温度で３時間～５時間保持し、次に温度を－４０℃～－２０℃に上げ、一定温度で３時間～５時間保持し、さらに温度を４℃～８℃に上げ、一定温度で１時間～３時間保持した後、温度を上げることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記第１種の骨梁（１１２）の気孔径は、７００μｍ～７７０μｍで、気孔率が６５％～７５％であり；
前記第２種の骨梁（１１３）の気孔径は、７８０μｍ～８５０μｍで、気孔率が７６％～８０％であり；
前記第３種の骨梁（１１４）の気孔径は、８６０μｍ～９５０μｍで、気孔率が８１％～８５％であり；
前記第１種の骨梁、前記第２種の骨梁及び前記第３種の骨梁は、１．２ｍｍ～１．５ｍｍの範囲の同じ厚さを有し；
前記第４種の骨梁（４８１）の気孔径は、７００μｍ～７４０μｍで、気孔率が６５％～７０％であり；
前記第５種の骨梁（４８２）の気孔径は、７５０μｍ～７７０μｍで、気孔率が７１％～７５％であり；
前記第６種の骨梁（４８３）の気孔径は、７８０μｍ～８１０μｍで、気孔率が７６％～７８％であり；
前記第７種の骨梁（４８４）の気孔径は、８２０μｍ～８５０μｍで、気孔率が７９％～８０％であり；
前記第８種の骨梁（４８５）の気孔径は、８６０μｍ～９００μｍで、気孔率が８１％～８３％であり；
前記第９種の骨梁（４８６）の気孔径は、９１０μｍ～９５０μｍで、気孔率が８４％～８５％であり；
前記第４種の骨梁、前記第５種の骨梁、前記第６種の骨梁、前記第７種の骨梁、前記第８種の骨梁、及び前記第９種の骨梁は、１．２ｍｍ～１．５ｍｍの範囲の同じ厚さを有する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の方法で製造された酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の領域分割骨梁の股関節プロテーゼシステムである。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人工関節の技術分野に関し、特に、酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

人工股関節置換術は、大腿骨頭壊死、発育性股関節形成不全、変形性股関節症、関節リウマチなどの末期疾患の治療に最も重要かつ効果的な手術の一つであり、人口の高齢化に伴い、このような患者が年々増加している。

【0003】

現在、臨床使用されている人工股関節プロテーゼには、骨セメント固定プロテーゼ及び骨セメントレス固定プロテーゼが含まれる。骨セメントレスプロテーゼは、骨の内方成長特性が優れているため、ますます幅広く使用されている。

【0004】

骨セメントレス固定人工股関節のオッセオインテグレーション界面は、通常次の２つの方法が用いられ、第１種はステムの表面にヒドロキシアパタイトコーティング又はチタンコーティングをスプレーする方法で、第２種が骨梁のような多孔質構造が表面にプリントされたスリーブで、ステムとスリーブを組み付ける方法である。ただし、第１種の方法の表面コーティングに脱落リスクがあるため、使用効果に影響を与える。第２種の方法のスリーブは、ステムとの組み立て構造であるため、臨床研究によると、ステムの構造設計でスリーブと組み合わせるため、構造設計でのステムのネック部に断面が突然変化するという問題があり、当該位置に著しく応力集中という問題があった。臨床において組立ステムが直面する主なリスクには、ステムのネック部に著しい応力集中があり、かつステムとスリーブの嵌合不良が発生しやすいというリスクが含まれる。上述のリスクの存在は、股関節プロテーゼシステム全体の故障につながる可能性がある。

【0005】

骨梁カップの設計及び応用に関して、現在、多くの国内医療機器会社が製造した骨梁カップは、均質な骨梁設計方法が用いられ、結果、カップと骨盤の接触圧の分布が不均一の影響を受け、骨盤上の圧縮ひずみ分布も不均一になり、カップの上部近くの骨盤のごく一部の領域だけが骨の成長条件を満たし、カップと接触している大部分の骨組織は骨の成長条件を満たしておらず、臨床的には、骨が成長しない又は圧縮ひずみの過大或いは過小による骨吸収を引き起こしやすいという主な問題が存在していた。

【0006】

現在、ステム外面の骨梁構造の多くは、均一な分布方法を用い、臨床データによると、均質な骨梁構造を用いたステムは、ステムの上部外側、下部内側及び下部外側における骨組織の骨の内方成長特性は理想的ではない。更なる研究によると、上部外側及び下部内側での骨の内方成長特性が理想的ではない主な原因は、ステムと骨組織の接触圧力が小さく、ステムの上部外側及び下部内側と結合する骨組織の圧縮ひずみ値が小さい傾向にあり、１０００微ひずみより低く、骨組織の成長条件を満たさず、同時に下部外側領域でのステムと骨組織の接触圧力が大きすぎ、ステムと結合する骨組織の圧縮ひずみ値が大きい傾向にあり、３０００微ひずみより高く、骨組織の成長条件も満たさない。したがって、プリントされたステム全体は、均質な骨梁が用いられることで、ステムのコーティング脱落問題及び組立ステムの連結不良問題を克服できるが、骨梁構造上の骨組織の均一な内方成長を確保することができない。

【0007】

骨頭及びライナーの製造に関し、現在、骨頭とライナーの組付け方法は、主にチタン合金球状ヘッドと高架橋ポリエチレンライナー及びセラミック球状ヘッドとセラミックライナーである。チタン合金球状ヘッドと高架橋ライナーの組み付けには、高架橋ポリエチレンの摩耗によって形成された破片が骨溶解を引き起こしやすいという問題がある。また、セラミック球状ヘッドとセラミックライナーの衝撃に耐える能力は低く、衝撃によるセラミックの脱落でプロテーゼが故障する原因になる。

【0008】

ジルコニウム・ニオブ合金は、優れた耐食性、機械的性質、及び優れた生体適合性を備え、医療機器の分野で徐々に応用されている。ジルコニウム・ニオブ合金は、Ｎ、Ｃ、Ｏなどの元素と反応して、表面に硬い酸化物層を形成でき、優れた耐摩耗性及び低い摩耗率を備えているため、柔軟な材料の摩耗を低減でき、すなわち関節表面・界面の耐摩耗性に優れている。かつ酸化物層は、金属イオンの放出を減らすことができ、優れた生体適合性を持ち、すなわちオッセオインテグレーション界面との生体適合性に優れている。摩耗率の低い関節面と骨の内方成長の特性に優れたオッセオインテグレーション界面（骨梁）との有機的な組み合わせるにより、プロテーゼは両方の界面の利点を同時に実現させることができる。

【0009】

アディティブマニュファクチャリングテクノロジーとしての３Ｄプリント技術は、製造プロセスに向けた製品設計コンセプトを打ち破り、パフォーマンスに向けた製品設計コンセプトを実現し、すなわち複雑な部品の一体成形の難しさを解決するだけでなく、機械加工による原材料及びエネルギーの無駄を減少する。しかし３Ｄプリント製品の実体部分は、微細構造の不均一性、内部欠陥、機械的性質の低下などの問題が発生しやすく、骨梁部分の構造内の粉末は十分に溶融結合できず、機械的性質は劣る。したがって、機械的性質に優れ、両方の界面の利点を同時に実現し、酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムを製造することは重要な意味を持っている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、従来技術における上述の問題点の克服を意図しており、酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムを提供することである。

【0011】

本発明の第２の目的は、酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムの製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の技術的手段は、次の通りである。

【0013】

１）カップ及びステムの製造：
１－１）ジルコニウム・ニオブ合金粉末を原料として、３Ｄプリントで一体成形してそれぞれカップの第１の中間生成物及びステムの第１の中間生成物を得、２種類の第１の中間生成物を熱間静水圧加圧装置に入れ、ヘリウムガス又はアルゴンガスの保護雰囲気下にて、温度を１２５０℃～１４００℃に上げ、１４０ＭＰａ～１８０ＭＰａにて一定温度で１時間～３時間放置しながら常圧まで下げ、２００℃以下となるまで炉内で冷却して取り出し、２種類の第２の中間生成物を得るステップ、
１－２）２種類の第２の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－８０℃～－１２０℃に下げ、一定温度で５時間～１０時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて１６時間～３６時間置き、温度を室温に調整して２種の第３の中間生成物を得るステップ、
１－３）２種類の第３の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－８０℃～－１２０℃に下げ、一定温度で５時間～１０時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて１６時間～３６時間置き、温度を室温に調整して２種類の第４の中間生成物を得るステップ、
１－４）２種類の第４の中間生成物を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、２種類の第５の中間生成物を得るステップ、及び、
１－５）２種類の第５の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量５質量％～１５質量％の常圧ヘリウムガス又はアルゴンガスを導入し、５℃／分～２０℃／分で５００℃～７００℃に加熱し、０．４℃／分～０．９℃／分で温度を４００℃～４９５℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、カップ及びステムをそれぞれ得るステップ、
２）ライナー及び骨頭の製造：
２－１）ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、ライナー又は骨頭の中間生成物をそれぞれ得るステップ（ライナーの中間生成物の内外面の表面粗さはＲａ≦０．０５０μｍであり、骨頭の中間生成物の外面の表面粗さがＲａ≦０．０５０μｍ）、及び
２－２）ライナーの中間生成物及び骨頭の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量５質量％～１５質量％の常圧ヘリウムガス又はアルゴンガスを導入し、５℃／分～２０℃／分で５００℃～７００℃に加熱し、０．４℃／分～０．９℃／分で温度を４００℃～４９５℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、ライナー及び骨頭をそれぞれ得るステップ
を含む酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム的製造方法であって、
カップの第１の中間生成物、第２の中間生成物、第３の中間生成物、第４の中間生成物、第５の中間生成物は、カップの構造と同じであり；
ステムの第１の中間生成物、第２の中間生成物、第３の中間生成物、第４の中間生成物、第５の中間生成物は、ステムの構造と同じであり；
前記酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムは、ステム１と、骨頭２と、ライナー３と、カップ４とを備え；
前記ステムは、球形ヘッド１１と、ネック部１２と、レグ部１３とを備え、前記レグ部１３はレグ部近位端１４と、レグ部遠位端１５とを備え、前記レグ部近位端の外面にステム骨梁１６が設けられ、ステム骨梁１６は外側上部領域１１０１、下部領域１１０２、内側上部領域１９１、及び内側下部領域１９２に分割され、外側上部領域１１０１及び内側下部領域１９２に設けられた骨梁は第１種の骨梁１１２、内側上部領域１９１に設けられた骨梁は第２種の骨梁１１３、下部領域１１０２に設けられた骨梁は第３種の骨梁１１４であり；前記第１種の骨梁１１２の気孔径及び気孔率は、順次に第２種の骨梁１１３及び第３種の骨梁１１４より小さく；
前記カップの構造は、半球状の本体４９を備え、前記半球状の本体の中央にめねじ付き第１の丸穴４１が設けられ、半球状の本体の外面にカップ骨梁４３が設けられ、前記カップ骨梁４３は分割して設けられ、第１の領域分割線４６と第２の領域分割線４５は交差し、交点がめねじ付き第１の丸穴４１の中心を通り、第３の領域分割線４４が円形を呈し、半球状の本体の縁の近くに位置し；第１の領域分割線、第２の領域分割線、及び第３の領域分割線は、半球状の本体の外面を第１の上部領域４７１、第１の下部領域４７２、第２の上部領域４７３、第２の下部領域４７４、第３の上部領域４７５、第３の下部領域４７６、第４の上部領域４７７、及び第４の下部領域４７８に分割し、第１の上部領域、第２の上部領域、第３の上部領域、及び第４の上部領域の面積は等しく；前記半球状の本体の一側にめねじ付き第２の丸穴４２が設けられ、前記めねじ付き第２の丸穴４２の数は３で、うちの２つが第１の上部領域４７１及び第３の上部領域４７５内の各々設けられ、残りの１つが第１の上部領域４７１と第３の上部領域４７５の境界部に設けられ；
第３の上部領域及び第４の上部領域に第４種の骨梁４８１が設けられ、第３の下部領域及び第４の下部領域に第５種の骨梁４８２が設けられ、第１の上部領域に第６種の骨梁４８３が設けられ、第１の下部領域に第７種の骨梁４８４が設けられ、第２の上部領域に第８種の骨梁４８５が設けられ、第２の下部領域に第９種の骨梁４８６が設けられ；第４種の骨梁の気孔径及び気孔率は、順次に第５種の骨梁、第６種の骨梁、第７種の骨梁、第８種の骨梁、第９種の骨梁より小さい。

【0014】

ジルコニウム・ニオブ合金粉末の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：８５．６％～９６．５％、Ｎｂ：１．０％～１２．５％を含有し、残部が不可避不純物であり；ジルコニウム・ニオブ合金粉末の粒子径は、４５～１５０μｍである。

【0015】

前記ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：８５．６％～９６．５％、Ｎｂ：１．０％～１２．５％を含有し、残部が不可避不純物である。

【0016】

ステップ１－２）及びステップ１－３）の温度調整は、温度を－１２０℃～－８０℃に上げ、一定温度で３時間～５時間保持し、次に温度を－４０℃～－２０℃に上げ、一定温度で３時間～５時間保持し、さらに温度を４℃～８℃に上げ、一定温度で１時間～３時間保持した後、温度を上げる。

【0017】

前記第１種の骨梁１１２の気孔径は、７００μｍ～７７０μｍで、気孔率が６５％～７５％であり；第２種の骨梁１１３の気孔径は、７８０μｍ～８５０μｍで、気孔率が７６％～８０％であり；第３種の骨梁１１４の気孔径は、８６０μｍ～９５０μｍで、気孔率が８１％～８５％であり；前記第１種の骨梁、第２種の骨梁及び第３種の骨梁は、１．２ｍｍ～１．５ｍｍの範囲の同じ厚さを有し；
前記第４種の骨梁４８１の気孔径は、７００μｍ～７４０μｍで、気孔率が６５％～７０％であり；前記第５種の骨梁４８２の気孔径は、７５０μｍ～７７０μｍで、気孔率が７１％～７５％であり；前記第６種の骨梁４８３の気孔径は、７８０μｍ～８１０μｍで、気孔率が７６％～７８％であり；前記第７種の骨梁４８４の気孔径は、８２０μｍ ～８５０μｍで、気孔率が７９％～８０％であり；前記第８種の骨梁４８５の気孔径は、８６０μｍ～９００μｍで、気孔率が８１％～８３％であり；前記第９種の骨梁４８６の気孔径は、９１０μｍ～９５０μｍで、気孔率が８４％～８５％であり；前記第４種の骨梁、第５種の骨梁、第６種の骨梁、第７種の骨梁、第８種の骨梁、及び第９種の骨梁は、１．２ｍｍ～１．５ｍｍの範囲の同じ厚さを有する。

【0018】

上記方法で製造された酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の領域分割骨梁の股関節プロテーゼシステムである。

【発明の効果】

【0019】

従来技術と比較して、本発明は、次の有利な効果を有する。

【0020】

本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムのステム及びカップは、採３Ｄプリントで一体成形し、従来の機械加工では複雑な構造を作製できないこと及びスリーブとステムのボディ部との接続や嵌合不良という難題を解決し、かつ骨梁と実体との結合強度が高く、脱落し難くなり、プロテーゼの寿命を延ばす。

【0021】

本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムのステムは、均質な骨梁が発生する可能性のある骨梁の外側及び内側の下部領域における大腿骨の圧縮ひずみ値が小さすぎるか大きすぎることによる骨吸収等の問題を解決し、大腿骨組織の大部分の圧縮ひずみ値を１０００～３０００の範囲の微小ひずみにさせ、骨成長の理論に沿っており、骨梁領域での骨の均一な内方成長を確保する。

【0022】

本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムのカップは、領域分割骨梁方法を用い、骨の成長のため適切な環境を提供する。有限要素解析の結果によると、骨組織の有限要素モデルにおける骨成長条件を満たす領域は４０％に達し、カップとホストボーンのオッセオインテグレーションを実現できる。

【0023】

本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムの一体化により、オッセオインテグレーション界面の優れた生体適合性、骨の内方成長性及び摩擦界面の超耐摩耗性、低摩耗率を実現する。骨頭及びライナーの表面が酸化されてセラミック表面を形成し、摩擦界面の超耐摩耗性と低摩耗率を実現し；ステム及びカップは、オッセオインテグレーション界面の優れた骨の内方成長性及び生体適合性を実現する。

【0024】

本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムは、アーチファクトが低く、核磁気共鳴への干渉がほぼなく、核磁気共鳴画像検査を実施できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムの構造分解図である。

【図2】ステムの概略構成図である。

【図3】ステムの近位端の領域分割を示す図である。

【図4】ステムの近位端の概略構成図である。

【図5】カップの等角図である。

【図6】カップ（骨梁なし）の等角図である。

【図7】カップの概略構成図である。

【図8】カップの上面図である。

【図9】骨頭の概略構成図である。

【図10】ライナーの概略構成図である。

【図11】比較例１のステムひずみ分布のクラウドマップである。

【図12】実施例１のステムひずみ分布のクラウドマップである。

【図13】比較例１のカップひずみ分布のクラウドマップである。

【図14】実施例１のカップひずみ分布のクラウドマップである。

【図15】比較例２のステムの実体部分の金属組織学的微細構造画像である。

【図16】製造方法におけるステップ１－４）及びステップ１－５）を実施しない実施例１のステムの実体部分の金属組織学的微細構造画像である。

【図17】比較例２のステム骨梁ＳＥＭ画像である。

【図18】製造方法におけるステップ１－４）及びステップ１－５）を実施しない実施例１のステム骨梁ＳＥＭ画像である。

【図19】実施例１のステムの酸化物層及びマトリックスの横断面ＳＥＭ画像である。

【図20】実施例１のステムの酸化物層表面のＸＲＤ曲線である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下には、添付の図面及び実施例を参照しつつ本発明をさらに説明する。

【0027】

（実施例１）
１）カップ及びステムの製造：
１－１）ジルコニウム・ニオブ合金粉末を原料として、３Ｄプリントで一体成形してそれぞれカップの第１の中間生成物及びステムの第１の中間生成物を得、２種類の第１の中間生成物を熱間静水圧加圧装置に入れ、ヘリウムガスの保護雰囲気下にて、温度を１２５０℃に上げ、１８０ＭＰａにて一定温度で３時間放置しながら常圧まで下げ、２００℃以下となるまで炉内で冷却して取り出し、２種類の第２の中間生成物を得るステップ、
１－２）２種類の第２の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－８０℃に下げ、一定温度で１０時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて１６時間置き、温度を室温に調整して２種の第３の中間生成物を得るステップ、
１－３）２種類の第３の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－８０℃に下げ、一定温度で１０時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて１６時間置き、温度を室温に調整して２種類の第４の中間生成物を得るステップ、
１－４）２種類の第４の中間生成物を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、２種類の第５の中間生成物を得るステップ、及び、
１－５）２種類の第５の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量５質量％の常圧ヘリウムガスを導入し、５℃／分で５００℃に加熱し、０．４℃／分で温度を４００℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、カップ及びステムをそれぞれ得るステップ、
２）ライナー及び骨頭の製造：
２－１）ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、ライナー又は骨頭の中間生成物をそれぞれ得るステップ（ライナーの中間生成物の内外面の表面粗さはＲａ＝０．０１２μｍであり、骨頭の中間生成物の外面の表面粗さがＲａ＝０．０１２μｍ）、及び
２－２）ライナーの中間生成物及び骨頭の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量５質量％～１５質量％の常圧ヘリウムガスを導入し、５℃／分で５００℃に加熱し、０．４℃／分で温度を４００℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、ライナー及び骨頭をそれぞれ得るステップ
を含む酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム的製造方法であって、
カップの第１の中間生成物、第２の中間生成物、第３の中間生成物、第４の中間生成物、第５の中間生成物は、カップの構造と同じであり；
ステムの第１の中間生成物、第２の中間生成物、第３の中間生成物、第４の中間生成物、第５の中間生成物は、ステムの構造と同じであり；
前記酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム（図１）は、ステム１と、骨頭２（図９）と、ライナー３（図１０）と、カップ４とを備え；
前記ステム（図２～図４）は、球形ヘッド１１と、ネック部１２と、レグ部１３とを備え、前記レグ部１３はレグ部近位端１４と、レグ部遠位端１５とを備え、前記レグ部近位端の外面にステム骨梁１６が設けられ、ステム骨梁１６は外側上部領域１１０１、下部領域１１０２、内側上部領域１９１、及び内側下部領域１９２に分割され、外側上部領域１１０１及び内側下部領域１９２に設けられた骨梁は第１種の骨梁１１２、内側上部領域１９１に設けられた骨梁は第２種の骨梁１１３、下部領域１１０２に設けられた骨梁は第３種の骨梁１１４であり；
前記カップの構造（図５～図８）は、半球状の本体４９を備え、前記半球状の本体の中央にめねじ付き第１の丸穴４１が設けられ、半球状の本体の外面にカップ骨梁４３が設けられ、前記カップ骨梁４３は分割して設けられ、第１の領域分割線４６と第２の領域分割線４５は交差し、交点がめねじ付き第１の丸穴４１の中心を通り、第３の領域分割線４４が円形を呈し、半球状の本体の縁の近くに位置し；第１の領域分割線、第２の領域分割線、及び第３の領域分割線は、半球状の本体の外面を第１の上部領域４７１、第１の下部領域４７２、第２の上部領域４７３、第２の下部領域４７４、第３の上部領域４７５、第３の下部領域４７６、第４の上部領域４７７、及び第４の下部領域４７８に分割し、第１の上部領域、第２の上部領域、第３の上部領域、及び第４の上部領域の面積は等しく；前記半球状の本体の一側にめねじ付き第２の丸穴４２が設けられ、前記めねじ付き第２の丸穴４２の数は３で、うちの２つが第１の上部領域４７１及び第３の上部領域４７５内の各々設けられ、残りの１つが第１の上部領域４７１と第３の上部領域４７５の境界部に設けられ；
第３の上部領域及び第４の上部領域に第４種の骨梁４８１が設けられ、第３の下部領域及び第４の下部領域に第５種の骨梁４８２が設けられ、第１の上部領域に第６種の骨梁４８３が設けられ、第１の下部領域に第７種の骨梁４８４が設けられ、第２の上部領域に第８種の骨梁４８５が設けられ、第２の下部領域に第９種の骨梁４８６が設けられ；
前記ジルコニウム・ニオブ合金粉末の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：８５．６％、Ｎｂ：１２．５％を含有し、残部が不可避不純物であり；ジルコニウム・ニオブ合金粉末の粒子径は、４５～１５０μｍである。

【0028】

前記ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：８５．６％、Ｎｂ：１２．５％を含有し、残部が不可避不純物である。

【0029】

ステップ１－２）及びステップ１－３）の温度調整は、温度を－１２０℃に上げ、一定温度で５時間保持し、次に温度を－４０℃に上げ、一定温度で５時間保持し、さらに温度を４℃に上げ、一定温度で３時間保持した後、温度を上げる。

【0030】

前記第１種の骨梁１１２の気孔径は、７００μｍで、気孔率が６５％であり；第２種の骨梁１１３の気孔径は、７８０μｍで、気孔率が７６％であり；第３種の骨梁１１４の気孔径は、８６０μｍで、気孔率が８１％であり；前記第１種の骨梁、第２種の骨梁及び第３種の骨梁は、１．２ｍｍの同じ厚さを有し；
前記第４種の骨梁４８１の気孔径は、７００μｍで、気孔率が６５％であり；前記第５種の骨梁４８２の気孔径は、７５０μｍで、気孔率が７１％であり；前記第６種の骨梁４８３の気孔径は、７８０μｍで、気孔率が７６％であり；前記第７種の骨梁４８４の気孔径は、８２０μｍで、気孔率が７９％であり；前記第８種の骨梁４８５の気孔径は、８６０μｍで、気孔率が８１％であり；前記第９種の骨梁４８６の気孔径は、９１０μｍで、気孔率が８４％であり；前記第４種の骨梁、第５種の骨梁、第６種の骨梁、第７種の骨梁、第８種の骨梁、及び第９種の骨梁は、１．２ｍｍの同じ厚さを有する。

【0031】

（実施例２）
１）カップ及びステムの製造：
１－１）ジルコニウム・ニオブ合金粉末を原料として、３Ｄプリントで一体成形してそれぞれカップの第１の中間生成物及びステムの第１の中間生成物を得、２種類の第１の中間生成物を熱間静水圧加圧装置に入れ、アルゴンガスの保護雰囲気下にて、温度を１３２５℃に上げ、１６０ＭＰａにて一定温度で２時間放置しながら常圧まで下げ、２００℃以下となるまで炉内で冷却して取り出し、２種類の第２の中間生成物を得るステップ、
１－２）２種類の第２の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－１００℃に下げ、一定温度で７時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて２４時間置き、温度を室温に調整して２種の第３の中間生成物を得るステップ、
１－３）２種類の第３の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－１００℃に下げ、一定温度で７時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて２４時間置き、温度を室温に調整して２種類の第４の中間生成物を得るステップ、
１－４）２種類の第４の中間生成物を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、２種類の第５の中間生成物を得るステップ、及び、
１－５）２種類の第５の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量１０質量％の常圧アルゴンガスを導入し、１５℃／分で６００℃に加熱し、０．７℃／分で温度を４５０℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、カップ及びステムをそれぞれ得るステップ、
２）ライナー及び骨頭の製造：
２－１）ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、ライナー又は骨頭の中間生成物をそれぞれ得るステップ（ライナーの中間生成物の内外面の表面粗さはＲａ＝０．０３５μｍであり、骨頭の中間生成物の外面の表面粗さがＲａ＝０．０３５μｍ）、及び
２－２）ライナーの中間生成物及び骨頭の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量１０質量％の常圧アルゴンガスを導入し、１５℃／分で６００℃に加熱し、０．７℃／分で温度を４５０℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、ライナー及び骨頭をそれぞれ得るステップ
を含む酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム的製造方法であって、
カップの第１の中間生成物、第２の中間生成物、第３の中間生成物、第４の中間生成物、第５の中間生成物は、カップの構造と同じであり；
ステムの第１の中間生成物、第２の中間生成物、第３の中間生成物、第４の中間生成物、第５の中間生成物は、ステムの構造と同じであり；
前記酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムは、ステム１と、骨頭２と、ライナー３と、カップ４とを備え；
前記ステムは、球形ヘッド１１と、ネック部１２と、レグ部１３とを備え、前記レグ部１３はレグ部近位端１４と、レグ部遠位端１５とを備え、前記レグ部近位端の外面にステム骨梁１６が設けられ、ステム骨梁１６は外側上部領域１１０１、下部領域１１０２、内側上部領域１９１、及び内側下部領域１９２に分割され、外側上部領域１１０１及び内側下部領域１９２に設けられた骨梁は第１種の骨梁１１２、内側上部領域１９１に設けられた骨梁は第２種の骨梁１１３、下部領域１１０２に設けられた骨梁は第３種の骨梁１１４であり；
前記カップの構造は、半球状の本体４９を備え、前記半球状の本体の中央にめねじ付き第１の丸穴４１が設けられ、半球状の本体の外面にカップ骨梁４３が設けられ、前記カップ骨梁４３は分割して設けられ、第１の領域分割線４６と第２の領域分割線４５は交差し、交点がめねじ付き第１の丸穴４１の中心を通り、第３の領域分割線４４が円形を呈し、半球状の本体の縁の近くに位置し；第１の領域分割線、第２の領域分割線、及び第３の領域分割線は、半球状の本体の外面を第１の上部領域４７１、第１の下部領域４７２、第２の上部領域４７３、第２の下部領域４７４、第３の上部領域４７５、第３の下部領域４７６、第４の上部領域４７７、及び第４の下部領域４７８に分割し、第１の上部領域、第２の上部領域、第３の上部領域、及び第４の上部領域の面積は等しく；前記半球状の本体の一側にめねじ付き第２の丸穴４２が設けられ、前記めねじ付き第２の丸穴４２の数は３で、うちの２つが第１の上部領域４７１及び第３の上部領域４７５内の各々設けられ、残りの１つが第１の上部領域４７１と第３の上部領域４７５の境界部に設けられ；
第３の上部領域及び第４の上部領域に第４種の骨梁４８１が設けられ、第３の下部領域及び第４の下部領域に第５種の骨梁４８２が設けられ、第１の上部領域に第６種の骨梁４８３が設けられ、第１の下部領域に第７種の骨梁４８４が設けられ、第２の上部領域に第８種の骨梁４８５が設けられ、第２の下部領域に第９種の骨梁４８６が設けられ；
前記ジルコニウム・ニオブ合金粉末の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：９３．４％、Ｎｂ：５．１％を含有し、残部が不可避不純物であり；ジルコニウム・ニオブ合金粉末の粒子径は、４５～１５０μｍである。

【0032】

前記ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：９３．４％、Ｎｂ：５．１％を含有し、残部が不可避不純物である。

【0033】

ステップ１－２）及びステップ１－３）の温度調整は、温度を－１００℃に上げ、一定温度で４時間保持し、次に温度を－３０℃～に上げ、一定温度で４時間保持し、さらに温度を６℃に上げ、一定温度で２時間保持した後、温度を上げる。

【0034】

前記第１種の骨梁１１２の気孔径は、７４０μｍで、気孔率が７０％であり；第２種の骨梁１１３の気孔径は、８１０μｍで、気孔率が７８％であり；第３種の骨梁１１４の気孔径は、９００μｍで、気孔率が８３％であり；前記第１種の骨梁、第２種の骨梁及び第３種の骨梁は、１．３ｍｍの同じ厚さを有し；
前記第４種の骨梁４８１の気孔径は、７２０μｍで、気孔率が６７％であり；前記第５種の骨梁４８２の気孔径は、７６０μｍで、気孔率が７３％であり；前記第６種の骨梁４８３の気孔径は、８００μｍで、気孔率が７７％であり；前記第７種の骨梁４８４の気孔径は、８４０μｍで、気孔率が７９．５％であり；前記第８種の骨梁４８５の気孔径は、８８０μｍで、気孔率が８２％であり；前記第９種の骨梁４８６の気孔径は、９３０μｍで、気孔率が８４．５％であり；前記第４種の骨梁、第５種の骨梁、第６種の骨梁、第７種の骨梁、第８種の骨梁、及び第９種の骨梁は、１．３ｍｍの同じ厚さを有する。

【0035】

（実施例３）
１）カップ及びステムの製造：
１－１）ジルコニウム・ニオブ合金粉末を原料として、３Ｄプリントで一体成形してそれぞれカップの第１の中間生成物及びステムの第１の中間生成物を得、２種類の第１の中間生成物を熱間静水圧加圧装置に入れ、アルゴンガスの保護雰囲気下にて、温度を１４００℃に上げ、１４０ＭＰａにて一定温度で１時間放置しながら常圧まで下げ、２００℃以下となるまで炉内で冷却して取り出し、２種類の第２の中間生成物を得るステップ、
１－２）２種類の第２の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－１２０℃に下げ、一定温度で５時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて３６時間置き、温度を室温に調整して２種の第３の中間生成物を得るステップ、
１－３）２種類の第３の中間生成物をプログラム冷却ボックスに入れ、１℃／分の速度で温度を－１２０℃に下げ、一定温度で５時間放置し、プログラム冷却ボックスから取り出し、液体窒素内に入れて３６時間置き、温度を室温に調整して２種類の第４の中間生成物を得るステップ、
１－４）２種類の第４の中間生成物を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、２種類の第５の中間生成物を得るステップ、及び、
１－５）２種類の第５の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量１５質量％の常圧アルゴンガスを導入し、２０℃／分で７００℃に加熱し、０．９℃／分で温度を４９５℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、カップ及びステムをそれぞれ得るステップ、
２）ライナー及び骨頭の製造：
２－１）ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品を機械加工トリミング、光沢仕上げ、洗浄及び乾燥させ、ライナー又は骨頭の中間生成物をそれぞれ得るステップ（ライナーの中間生成物の内外面の表面粗さはＲａ＝０．０５０μｍであり、骨頭の中間生成物の外面の表面粗さがＲａ＝０．０５０μｍ）、及び
２－２）ライナーの中間生成物及び骨頭の中間生成物を管状炉に入れ、酸素含有量１５質量％の常圧アルゴンガスを導入し、２０℃／分で７００℃に加熱し、０．９℃／分で温度を４９５℃に下げ、２００℃以下に自然冷却してから取り出し、ライナー及び骨頭をそれぞれ得るステップ
を含むことを特徴とする、酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステム的製造方法であって、
カップの第１の中間生成物、第２の中間生成物、第３の中間生成物、第４の中間生成物、第５の中間生成物は、カップの構造と同じであり；
ステムの第１の中間生成物、第２の中間生成物、第３の中間生成物、第４の中間生成物、第５の中間生成物は、ステムの構造と同じであり；
前記酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムは、ステム１と、骨頭２と、ライナー３と、カップ４とを備え；
前記ステムは、球形ヘッド１１と、ネック部１２と、レグ部１３とを備え、前記レグ部１３はレグ部近位端１４と、レグ部遠位端１５とを備え、前記レグ部近位端の外面にステム骨梁１６が設けられ、ステム骨梁１６は外側上部領域１１０１、下部領域１１０２、内側上部領域１９１、及び内側下部領域１９２に分割され、外側上部領域１１０１及び内側下部領域１９２に設けられた骨梁は第１種の骨梁１１２、内側上部領域１９１に設けられた骨梁は第２種の骨梁１１３、下部領域１１０２に設けられた骨梁は第３種の骨梁１１４であり；
前記カップの構造は、半球状の本体４９を備え、前記半球状の本体の中央にめねじ付き第１の丸穴４１が設けられ、半球状の本体の外面にカップ骨梁４３が設けられ、前記カップ骨梁４３は分割して設けられ、第１の領域分割線４６と第２の領域分割線４５は交差し、交点がめねじ付き第１の丸穴４１の中心を通り、第３の領域分割線４４が円形を呈し、半球状の本体の縁の近くに位置し；第１の領域分割線、第２の領域分割線、及び第３の領域分割線は、半球状の本体の外面を第１の上部領域４７１、第１の下部領域４７２、第２の上部領域４７３、第２の下部領域４７４、第３の上部領域４７５、第３の下部領域４７６、第４の上部領域４７７、及び第４の下部領域４７８に分割し、第１の上部領域、第２の上部領域、第３の上部領域、及び第４の上部領域の面積は等しく；前記半球状の本体の一側にめねじ付き第２の丸穴４２が設けられ、前記めねじ付き第２の丸穴４２の数は３で、うちの２つが第１の上部領域４７１及び第３の上部領域４７５内の各々設けられ、残りの１つが第１の上部領域４７１と第３の上部領域４７５の境界部に設けられ；
第３の上部領域及び第４の上部領域に第４種の骨梁４８１が設けられ、第３の下部領域及び第４の下部領域に第５種の骨梁４８２が設けられ、第１の上部領域に第６種の骨梁４８３が設けられ、第１の下部領域に第７種の骨梁４８４が設けられ、第２の上部領域に第８種の骨梁４８５が設けられ、第２の下部領域に第９種の骨梁４８６が設けられる。

【0036】

前記ジルコニウム・ニオブ合金粉末の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：９６．５％、Ｎｂ：１．０％を含有し、残部が不可避不純物であり；ジルコニウム・ニオブ合金粉末の粒子径は、４５～１５０μｍである。

【0037】

前記ジルコニウム・ニオブ合金鍛造品の化学組成は、質量％で、Ｚｒ：９６．５％、Ｎｂ：１．０％を含有し、残部が不可避不純物である。

【0038】

ステップ１－２）及びステップ１－３）の温度調整は、温度を－８０℃に上げ、一定温度で３時間保持し、次に温度を－２０℃に上げ、一定温度で３時間保持し、さらに温度を８℃に上げ、一定温度で１時間保持した後、温度を上げる。

【0039】

前記第１種の骨梁１１２の気孔径は、７７０μｍで、気孔率が７５％であり；第２種の骨梁１１３の気孔径は、８５０μｍで、気孔率が８０％であり；第３種の骨梁１１４の気孔径は、９５０μｍで、気孔率が８５％であり；前記第１種の骨梁、第２種の骨梁及び第３種の骨梁は、１．５ｍｍの同じ厚さを有し；
前記第４種の骨梁４８１の気孔径は、７４０μｍで、気孔率が７０％であり；前記第５種の骨梁４８２の気孔径は、７７０μｍで、気孔率が７５％であり；前記第６種の骨梁４８３の気孔径は、８１０μｍで、気孔率が７８％であり；前記第７種の骨梁４８４の気孔径は、８５０μｍで、気孔率が８０％であり；前記第８種の骨梁４８５の気孔径は、９００μｍで、気孔率が８３％であり；前記第９種の骨梁４８６の気孔径は、９５０μｍで、気孔率が８５％であり；前記第４種の骨梁、第５種の骨梁、第６種の骨梁、第７種の骨梁、第８種の骨梁、及び第９種の骨梁は、１．５ｍｍの同じ厚さを有する。

【0040】

（比較例１）
均質な骨梁股関節プロテーゼシステムの構造と実施例１との相違点としては、
ステムの第１種の骨梁、第２種の骨梁、及び第３種の骨梁は、同種の骨梁であり、気孔径は７８０μｍ、気孔率は７６％、骨梁の厚さは１．２ｍｍである。

【0041】

カップの第４種の骨梁、第５種の骨梁、第６種の骨梁、第７種の骨梁、第８種の骨梁、及び第９種の骨梁は、同種の骨梁で、気孔径は７８０μｍ，気孔率は７６％，骨梁の厚さは１．２ｍｍである。

【0042】

その他は、実施例１と同じである。

【0043】

（比較例２）
ジルコニウム・ニオブ合金粉末（実施例１と同じ）を原料として、３Ｄプリントによる一体成形及び機械加工トリミングを経て、実施例１と同じ構造のステム及びカップを得た。

【0044】

≪実験的検証≫
実施例１のステムの有限要素モデルと比較例１のステムの有限要素モデルに対し有限要素解析を実施して、得られた有限要素解析ひずみのクラウドマップは、１０００～３０００の範囲の微ひずみ（影付き部分）のみを示している。骨組織全体の有限要素モデルにおける実施例１の骨組織の有限要素モデル上の１０００～３０００の微ひずみ領域の割合は、７５％（図１２）で、比較例１（図１１、１０００～３０００の微ひずみ領域の割合が２０％）よりも大きく、本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムのステムは骨の内方成長に有利であることを示している。

【0045】

実施例１のカップの有限要素モデルと比較例１のカップの有限要素モデルに対し有限要素解析を実施して、得られた有限要素解析ひずみのクラウドマップは、１０００～３０００の範囲の微ひずみ（影付き部分）のみを示している。骨組織全体の有限要素モデルにおける実施例１の骨組織の有限要素モデル上の１０００～３０００の微ひずみ領域の割合は、４０％（図１４）で、比較例１（図１３、１０００～３０００の微ひずみ領域の割合が１５％）よりも大きく、本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムのカップは骨成長に適し、骨の内方成長に有利であることを示している。

【0046】

有限要素解析の結果は、骨組織の有限要素モデルにおける実施例２、３のステムのひずみ分布のクラウドマップは、骨組織の有限要素モデルにおける実施例１のステムのひずみ分布のクラウドマップと似っており、骨組織の有限要素モデルにおける実施例２、３のカップのひずみ分布のクラウドマップは、骨組織の有限要素モデルにおける実施例１のカップのひずみ分布のクラウドマップと似ていることを証明した。

【0047】

倒立顕微鏡（Ａｘｉｏ Ｖｅｒｔ．Ａ１、ドイツのカールツァイス社製）で比較例２のステムの実体部分及び前記製造方法におけるステップ１－４）及びステップ１－５）を実施しない実施例１のステムの実体部分に対し、金属組織学的微細構造を観察し、結果を図１５～図１６に示す。比較例２の金属組織写真では、微細なαマルテンサイトが観察され、組織が比較的微細で、応力集中が発生しやすく、可塑性に劣る。実施例１の金属組織は、バスケット構造と結晶粒微細化を伴うα相を示している。結果は、本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムのステムの実体部分（酸化物層を除く）が優れた強度及び可塑性を有することを示している。

【0048】

走査型電子顕微鏡（Ｃｒｏｓｓｂｅａｍ３４０／５５０、ドイツのカールツァイス社製）で比較例２のステム骨梁部分及び前記製造方法におけるステップ１－４）及びステップ１－５）を実施しない実施例１のステム骨梁部分を観察や解析した結果を図１７～図１８に示す。比較例２と比較して、実施例１の骨梁構造中のジルコニウム・ニオブ合金粉末は、さらに溶融結合されることで、骨梁の総合特性が向上されたことを示している。

【0049】

電子式万能試験機（ＵＴＭ５１０５、中国の深セン三思縦横科技股▲ふん▼有限公司製）で前記製造方法におけるステップ１－４）及びステップ１－５）を実施しない実施例１のステムの実体圧縮試験片（試験片のサイズ：８×８×１０ｍｍ^３）及び比較例２のステムの実体圧縮試験片（試験片のサイズ：８×８×１０ｍｍ^３）に対して圧縮試験を行い、実施例１及び比較例２の実体圧縮試験片はそれぞれ５個で、結果を表１に示す。実施例１の圧縮降伏強度は、５４６．７２ＭＰａで、比較例２（Ｐ＜０．０５）よりも優れ、本発明で得られた酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムのステムの実体部分は、優れた耐圧縮性を持つことを示している。

【0050】

【表1】

【0051】

電子式万能試験機（ＵＴＭ５１０５、中国の深セン三思縦横科技股▲ふん▼有限公司製）で気孔径７８０μｍ、気孔率７６％の比較例２のステム骨梁圧縮試験片及び前記製造方法におけるステップ１－４）及びステップ１－５）を実施しない気孔径７８０μｍ、気孔率７６％の実施例１のステム骨梁圧縮試験片（試験片のサイズ：８×８×１０ｍｍ^３）に対して圧縮試験を行い、比較例２及び実施例１の骨梁圧縮試験片はそれぞれ５個で、結果を表２に示す。実施例１の骨梁降伏強度は、１７．９４ＭＰａで、比較例２（Ｐ＜０．０５）よりも明らかに高く、本発明で得られた酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムのステム骨梁部分は、優れた耐圧縮性を持つことを示している。

【0052】

【表2】

【0053】

走査型電子顕微鏡（Ｃｒｏｓｓｂｅａｍ３４０／５５０、ドイツのカールツァイス社製）で実施例１のステムのジルコニウム・ニオブ合金マトリックス及び酸化物層の横断面を観察した（図１９）。実施例２、実施例３のステムのジルコニウム・ニオブ合金マトリックス及び酸化物層の横断面も観察し、酸化物層の厚さは、それぞれ１０．３μｍ、１７．２μｍ及び２０．６μｍで、酸化物層とジルコニウム・ニオブ合金マトリックスとの間に酸素リッチ層があり、ジルコニウム・ニオブ合金マトリックスと酸化物層との間の結合力を向上する。

【0054】

ＸＲＤ（Ｄ８ＤＩＳＣＯＶＥＲ，ドイツのＢｒｕｋｅｒ社製）で実施例１のステムの酸化物層を解析（図２０）し、酸化物層は単斜晶の二酸化ジルコニウム及び正方晶の二酸化ジルコニウムを含んでいた。

【0055】

微小硬度計（ＭＨＶＳ－１０００ ＰＬＵＳ、中国の上海奧龍星迪検測設備有限公司製）で実施例１～３のステムに対して微小硬さ試験を行い、試験荷重は０．０５ｋｇで、試験片の荷重時間が２０秒で、各試験片から８点取った。実施例１～３で測定された平均硬さ値は１９４８．６Ｈｖ、１９２３．７Ｈｖ、及び１９６７．２Ｈｖであり、本発明の酸化物層を含むジルコニウム・ニオブ合金の股関節プロテーゼシステムのステムの酸化物層の硬度が高いことを示している。

【0056】

実験により、実施例２、３で製造されたカップとステム及び実施例１で製造されたカップの骨梁部分のジルコニウム・ニオブ合金粉末溶融結合程度、耐圧縮性、実体部分の耐圧縮性、金属組織、酸化物層の結晶構造、厚さ及び硬さは、実施例１で製造されたステムのものと似っており、実施例１、２、及び３で製造された骨頭及びライナーの酸化物層の結晶構造、厚さ及び硬さは、実施例１で製造されたステムのものと似していることを証明した。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【国際調査報告】