(57)【要約】【課題】  本発明は、人および動物の骨を十分かつ確実に成長させることができる溝を骨と接触する表面に備えた医用インプラント又骨と強固に接着する医用インプラントおよびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  骨に密着して固定される表面部分を備えた医用インプラントにおいて、  上記表面部分は所定方向に延びる複数の溝を有し、  上記所定方向と直交する横断方向における上記溝間間隔Ｄと溝幅Ｗの比率Ｄ／Ｗが３〜３０であることを特徴とする医用インプラント。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨に密着して固定される表面部分を備えた医用インプラントにおいて、
上記表面部分は所定方向に延びる複数の溝を有し、
上記所定方向と直交する横断方向における上記溝間間隔Ｄと溝幅Ｗの比率Ｄ／Ｗが３〜３０であることを特徴とする医用インプラント。
【請求項２】
骨に密着して固定される表面部分を備えた医用インプラントにおいて、
上記表面部分は所定の方向に延びる複数の溝を有し、
隣接する２つの上記溝の中心線によって挟まれた領域において、上記所定の方向の単位長さあたりの上記溝が占める面積Ａ１と上記２つの溝の間に位置する凸部の面積Ａ２との比率Ａ２/Ａ１が１〜５であることを特徴とする医用インプラント。
【請求項３】
骨に密着して固定される表面部分を備えた医用インプラントにおいて、
上記表面部分は第１の方向に延びる複数の第１の溝と上記第１の方向と交差する第２の方向に延びる複数の第２の溝を有し、
隣接する２つの上記第１の溝の中心線と隣接する２つの上記第２の溝の中心線によって挟まれた領域において、上記第１の溝と第２の溝が占める面積Ａ１と上記第１の溝と第２の溝に囲まれた凸部の面積Ａ２との比率Ａ２/Ａ１が１〜５であることを特徴とする医用インプラント。
【請求項４】
骨に密着して固定される表面部分を備えた医用インプラントにおいて、
上記表面部分は所定の方向に延びる複数の溝を有し、
上記溝は、上記表面部分の所定面積中の範囲中に含まれる一つ又は複数の溝の第１の方向の成分長の和Ｌｙと上記第１の方向に直交する第２の方向の成分長の和Ｌｘを、Ｌｙ/Ｌｘ＝１/４〜４の比率で有することを特徴とする医用インプラント。
【請求項５】
生体用金属を所定の外形に形成して溝形成前のインプラント用中間材とした後に、前記中間材に溝を形成する医用インプラントの製造方法であって、
上記医用インプラント中間材に上記レーザが照射される照射位置を、形成すべき溝の長手方向に直交する方向（横断方向）に上記溝の一端部に対応する位置から溝の他端部に対応する位置まで移動させて第１の溝部分を形成する第１の工程と、
上記照射位置を上記溝の横断方向に上記溝の他端部に対応する位置から上記溝の一端部に対応する位置まで移動させて上記第１の溝部分に繋がる第２の溝部分を形成する第２の工程と、
上記第１の工程と第２の工程との間に、又は上記第１の工程と並行して、若しくは上記第２の工程と並行して、上記照射位置を上記溝の長手方向に移動させる移動工程を含むことを特徴とする医用インプラントの製造方法。
【請求項６】
生体用金属を所定の外形に形成して溝形成前の医用インプラント中間材とした後に、前記中間材に溝を形成する医用インプラントの製造方法であって、
溝を形成しようとする医用インプラント中間材を溝の形成される部分をレーザ照射される方向に向けて基台上に固定する工程と、
レーザ発生装置から出射されたレーザビームを反射すると共に反射されたレーザビームの光路を変更可能なミラーを第１の方向に動作させながら上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームをミラーで反射させ、上記医用インプラント中間材の表面に上記レーザビームを照射すると共に上記レーザビームの照射位置を上記溝の横断方向一端部に対応する位置から上記溝の横断方向他端部に対応する位置まで移動させて第１の溝部分を形成する第１のレーザ照射工程と、
上記第１の方向とは反対の第２の方向に上記ミラーを動作させながら上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームを上記ミラーで反射させ、上記医用インプラント中間材の表面に上記レーザビームを照射すると共に上記レーザビームの照射位置を上記溝の横断方向他端部に対応する位置から上記溝の横断方向一端部に対応する位置まで移動させて、上記第１のレーザ照射工程で形成された第１の溝部分に繋がる第２の溝部分を形成する第２のレーザ照射工程と、
上記第１のレーザ照射工程と第２のレーザ照射工程との間に、又は上記第１のレーザ照射工程と並行して、若しくは上記第２のレーザ照射工程と並行して、上記照射位置を上記溝の長手方向に移動させる移動工程を含むことを特徴とする医用インプラントの製造方法。
【請求項７】
上記第１のレーザ照射工程又は上記第２のレーザ照射工程における上記ミラーの動作は、上記ミラーの回転を含むことを特徴とする請求項６の医用インプラントの製造方法。
【請求項８】
上記第１のレーザ照射工程又は上記第２のレーザ照射工程における上記ミラーの動作は、上記ミラーの並進移動を含むことを特徴とする請求項６の医用インプラントの製造方法。
【請求項９】
上記移動工程において上記照射位置を上記溝の長手方向に移動させる距離が、上記照射位置におけるレーザ直径の１０％〜１００％であることを特徴とする請求項５から８のいずれか一に記載の医用インプラントの製造方法。
【請求項１０】
上記請求項５から９のいずれか一に記載の製造方法で製造された医用インプラント。
【請求項１１】
生体用金属を所定の外形に形成して溝形成前の医用インプラント中間材とした後に、前記中間材に溝を形成する医用インプラントの製造装置であって、
医用インプラント中間材を固定する基台と、
上記基台を移動させる第１の移動装置と、
レーザ発生装置と、
上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームを反射すると共に反射されたレーザビームの光路を変更可能なミラーと、
上記ミラーを動作させる第２の作動装置と、
上記第１の移動装置、レーザ発生装置及び第２の作動装置を制御する制御装置を有し、
上記制御装置は、
第１の方向に上記ミラーを上記第２の作動装置で動作させながら上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームを上記ミラーで反射させ、上記医用インプラント中間材の表面に上記レーザビームを照射すると共に上記レーザビームの照射位置を上記溝の横断方向一端部に対応する位置から上記溝の横断方向他端部に対応する位置まで移動させて上記溝の一部を形成する第１の制御手段と、
上記第１の制御手段の実行後、上記第１の方向とは反対の第２の方向に上記第２の作動装置で上記ミラーを動作させながら、上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームを上記ミラーで反射させ、上記医用インプラント中間材の表面に上記レーザビームを照射すると共に上記レーザビームの照射位置を上記溝の他端部に対応する位置から上記溝の横断方向一端部に対応する位置まで移動させて、上記第１のレーザ照射工程で形成された溝の一部に続く別の溝の一部を形成する第２の制御手段と、
上記第１の制御手段の実行後で上記第２の制御手段の実行前に、又は上記第１の制御手段の実行と並行して、若しくは上記第２の制御手段の実行と並行して、上記基台を上記溝の長手方向に移動させる第３の制御手段を備えたことを特徴とする装置。
【請求項１２】
上記第２の作動装置によって実行される上記ミラーの動作は、上記ミラーの回転を含むことを特徴とする請求項１１に記載の医用インプラントの製造方法。
【請求項１３】
上記第２の作動装置によって実行される上記ミラーの動作は、上記ミラーの並進移動を含むことを特徴とする請求項１１に記載の医用インプラントの製造方法。
【請求項１４】
上記請求項１１から１３のいずれか一に記載の製造方法で製造された医用インプラント。
【請求項１５】
上記医用インプラントが、股関節、膝関節、肩関節、足関節、肘関節又は手関節に用いられる補綴ジョイントであることを特徴とする請求項１〜４、１０，１４のいずれか一に記載の医用インプラント。
【請求項１６】
上記医用インプラントが、臼蓋部であり、骨と接する表面部分に上記溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４、１０，１４のいずれか一に記載の医用インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、股関節、膝関節、肩関節、足関節、肘関節、手関節などに用いられる人工関節部品及び歯科用インプラント並びに人体又は動物に移植される部品を含む医用インプラント及びその製造方法並びに製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３２は、股関節における一般的な人工関節（人工股関節）１００１を示す。図示する人工股関節は、寛骨１００６の下方側部に設置される臼蓋部１００４と、ポリエチレンなどで形成された緩衝部１００７を介して臼蓋部１００４と係合する骨頭部（ボール部）１００８と、長手方向に延び大腿骨１０１２の軸部分に挿入して接合されるステム（柄）部１０１０とを有する。人工関節１００１（人工臼蓋部、骨頭部、およびステム部）はいずれも硬い材料、例えば生体用金属で形成されている。生体用金属とは、生体、特に骨組織に対して親和性があり、為害性の無い（合金を含む）金属、すなわち生体適合性を有する金属を示し、例えば純粋チタン、チタン合金、Ｃｏ−Ｃｒ等が含まれる。
【０００３】
このような人工関節１００１では、医用インプラントと骨との接合部、例えば、ステム部１０１０と大腿骨１０１２との接合部、または人工臼蓋部１００４の外面と寛骨１００６との接合部に十分な密着性を確保することが大きな課題であった。そのため、従来は骨セメントを用いて医用インプラントを骨に接合する技術が一般に採用されていた。この接合技術では、メチルメタクリレートを主成分とする骨セメントが接合部分に薄く塗布され、この骨セメントを介して医用インプラントと骨の密着した接合状態が形成される。しかし、この技術は、時間の経過と共に骨セメントと生体用金属との間に徐々に緩みが生じてくること、また再手術が困難であることが、欠点として指摘されている。
【０００４】
別の接合技術として、医用インプラントと同じ生体用金属からなる微細粒子を医用インプラントの表面にスプレーコーティングした後、この微細粒子を熱処理・部分溶融して医用インプラント表面に固着するプラズマスプレーコーティングが提案されている。このスプレーコーティングは、医用インプラントの表面に骨組織が成長して入り込める凹凸を形成するものである。したがって、期待通りに、骨組織が医用インプラントの表面に形成された凹凸に入り込んで「根付けば」、接合強度が非常に大きくなると考えられる。しかし、このプラズマスプレーコーティングで形成される凹凸の度合い（大きさ）にはかなりのばらつきがある。そのため、医用インプラントと骨との間に理想的な固着強度が殆ど得られない。また、このプラズマスプレーコーティングを利用した医用インプラントでは、固着した微細粒子のうち溶融が不十分なものが、時間の経過と共に剥がれ落ちる現象がみられ、必要な密着性・固着性・接合強度が得られない。
【０００５】
更に別の技術として、骨と接触する医用インプラント表面部分にメッシュ状の生体用金属膜を巻き付けて熱処理・部分溶融してこの金属膜をステム部分に固着するものがある。しかし、この技術では金属膜が幾層にも貼られるため、このメッシュ状膜が幾層にも巻かれた部分に十分な強度が得られないという問題点がある。
【０００６】
これらの技術に代わる新たな技術として、近年、生体用金属等で形成された医用インプラント表面をレーザで加工し、医用インプラントと骨との接合を密にしようとする技術が開発されつつある。具体的に、特許文献１や特許文献２には、チタン合金などの表面にレーザビームを照射して微小な径（例えば、直径１５０〜４００μｍ）の窪みを形成し、骨親和性の高い医用インプラントを製作する技術が開示されている。また、特許文献３には、チタン合金などの表面をレーザで溶融してそこに突起部や針状部を形成し、骨親和性の高い医用インプラントを作成する技術が開示されている。しかし、いずれのレーザ加工技術も、接合部分に十分な固着強度を確保するほどのものでない。さらに、特許文献４と特許文献５には、レーザにより医用インプラント表面を加工する技術が開示されている。但し、特許文献４に開示されている技術は、骨と医用インプラントの接合に利用されるものでなく、関節の滑動表面の形成に関するものである。また、特許文献５に開示されている技術は、ポリヒドロキシ酪酸（PHB）などの生体吸収可能材料から、血管壁の支持体となる網状ステントを形成する技術に関するもので、人工骨の接合に関するものではない。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−１６０６６２号公報
【特許文献２】米国特許第５２２２９８３号公報
【特許文献３】国際特許出願ＷＯ００／６２８３１公報
【特許文献４】国際特許出願ＷＯ９０／１４４４７公報
【特許文献５】米国特許第６１６０２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、人および動物の骨を十分かつ確実に成長させることができる溝を骨と接触する表面に備えた医用インプラント又骨と強固に接着する医用インプラントおよびその製造方法を提供することを目的とする。本発明はまた、信頼性の高い接合性を実現する医用インプラントおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的を達成するため、本発明は、骨に密着して固定される表面部分を備えた医用インプラントにおいて、上記表面部分は所定方向に延びる複数の溝を有し、上記所定方向と直交する横断方向における上記溝間間隔Ｄと溝幅Ｗの比率Ｄ／Ｗが３〜３０であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の形態は、骨に密着して固定される表面部分を備えた医用インプラントにおいて、上記表面部分は所定の方向に延びる複数の溝を有し、隣接する２つの上記溝の中心線によって挟まれた領域において、上記所定の方向の単位長さあたりの上記溝が占める面積Ａ１と上記２つの溝の間に位置する凸部の面積Ａ２との比率Ａ２/Ａ１が１〜５であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の形態は、骨に密着して固定される表面部分を備えた医用インプラントにおいて、上記表面部分は第１の方向に延びる複数の第１の溝と上記第１の方向と交差する第２の方向に延びる複数の第２の溝を有し、隣接する２つの上記第１の溝の中心線と隣接する２つの上記第２の溝の中心線によって挟まれた領域において、上記第１の溝と第２の溝が占める面積Ａ１と上記第１の溝と第２の溝に囲まれた凸部の面積Ａ２との比率Ａ２/Ａ１が１〜５であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の形態は、骨に密着して固定される表面部分を備えた医用インプラントにおいて、上記表面部分は所定の方向に延びる複数の溝を有し、上記溝は、上記表面部分の所定面積中に含まれる一つ又は複数の溝の第１の方向の成分長の和Ｌｙと上記第１の方向に直交する第２の方向の成分長の和Ｌｘを、Ｌｙ/Ｌｘ＝１/４〜４の比率で有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の形態は、生体用金属を所定の外形に形成して溝形成前のインプラント用中間材とした後に、前記中間材に溝を形成する医用インプラントの製造方法であって、上記医用インプラント中間材に上記レーザが照射される照射位置を、形成すべき溝の長手方向に直交する方向（横断方向）に上記溝の一端部に対応する位置から溝の他端部に対応する位置まで移動させて第１の溝部分を形成する第１の工程と、上記照射位置を上記溝の横断方向に上記溝の他端部に対応する位置から上記溝の一端部に対応する位置まで移動させて上記第１の溝部分に繋がる第２の溝部分を形成する第２の工程と、上記第１の工程と第２の工程との間に、又は上記第１の工程と並行して、若しくは上記第２の工程と並行して、上記照射位置を上記溝の長手方向に移動させる移動工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の形態は、生体用金属を所定の外形に形成して溝形成前の医用インプラント中間材とした後に、前記中間材に溝を形成する医用インプラントの製造方法であって、溝を形成しようとする医用インプラント中間材を溝の形成される部分をレーザ照射される方向に向けて基台上に固定する工程と、レーザ発生装置から出射されたレーザビームを反射すると共に反射されたレーザビームの光路を変更可能なミラーを第１の方向に動作させながら上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームをミラーで反射させ、上記医用インプラント中間材の表面に上記レーザビームを照射すると共に上記レーザビームの照射位置を上記溝の横断方向一端部に対応する位置から上記溝の横断方向他端部に対応する位置まで移動させて第１の溝部分を形成する第１のレーザ照射工程と、上記第１の方向とは反対の第２の方向に上記ミラーを動作させながら上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームを上記ミラーで反射させ、上記医用インプラント中間材の表面に上記レーザビームを照射すると共に上記レーザビームの照射位置を上記溝の横断方向他端部に対応する位置から上記溝の横断方向一端部に対応する位置まで移動させて、上記第１のレーザ照射工程で形成された第１の溝部分に繋がる第２の溝部分を形成する第２のレーザ照射工程と、上記第１のレーザ照射工程と第２のレーザ照射工程との間に、又は上記第１のレーザ照射工程と並行して、若しくは上記第２のレーザ照射工程と並行して、上記照射位置を上記溝の長手方向に移動させる移動工程を含むことを特徴とする医用インプラントの製造方法。
【００１５】
本発明の他の形態は、生体用金属を所定の外形に形成して溝形成前の医用インプラント中間材とした後に、前記中間材に溝を形成する医用インプラントの製造装置であって、医用インプラント中間材を固定する基台と、上記基台を移動させる第１の移動装置と、レーザ発生装置と、上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームを反射すると共に反射されたレーザビームの光路を変更可能なミラーと、上記ミラーを動作させる第２の作動装置と、上記第１の移動装置、レーザ発生装置及び第２の作動装置を制御する制御装置を有し、上記制御装置は、第１の方向に上記ミラーを上記第２の作動装置で動作させながら上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームを上記ミラーで反射させ、上記医用インプラント中間材の表面に上記レーザビームを照射すると共に上記レーザビームの照射位置を上記溝の横断方向一端部に対応する位置から上記溝の横断方向他端部に対応する位置まで移動させて上記溝の一部を形成する第１の制御手段と、上記第１の制御手段の実行後、上記第１の方向とは反対の第２の方向に上記第２の作動装置で上記ミラーを動作させながら、上記レーザ発生装置から出射されたレーザビームを上記ミラーで反射させ、上記医用インプラント中間材の表面に上記レーザビームを照射すると共に上記レーザビームの照射位置を上記溝の他端部に対応する位置から上記溝の横断方向一端部に対応する位置まで移動させて、上記第１のレーザ照射工程で形成された溝の一部に続く別の溝の一部を形成する第２の制御手段と、上記第１の制御手段の実行後で上記第２の制御手段の実行前に、又は上記第１の制御手段の実行と並行して、若しくは上記第２の制御手段の実行と並行して、上記基台を上記溝の長手方向に移動させる第３の制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の形態は、上記医用インプラントが、股関節、膝関節、肩関節、足関節、肘関節又は手関節に用いられる補綴ジョイントであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の形態は、上記医用インプラントが、臼蓋部であり、骨と接する表面部分に上記溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の医用インプラント、本発明の医用インプラント製造方法および製造装置によって製造された医用インプラントによれば、骨と接合する医用インプラントの表面部分の溝内部に骨組織が成長し、医用インプラントと骨との間に十分な固着強度が得られる。また、本発明の医用インプラントは骨との接合部に作用する大きな繰り返し応力に十分耐えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。なお、実施の形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば、「長手方向」、「横断方向」、「Ｘ方向」、および「Ｙ方向」など）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語によって本発明の技術範囲が限定されるものではない。
【００２０】
図１に示す人工関節１は股関節用の補綴ジョイントで、複数の医用インプラント、すなわちステム部２と臼蓋部３を有する。ステム部２は、上部ボール部４と、ボール部４から下方に伸びる細長い下部ステム部５を有し、下部ステム部５が大腿骨６に形成された穴７に装着されて固定される。なお、ボール部４と下部ステム部５は一体的に形成してもよいし、別々に形成して適当な連結手段（例えば、溶接、機械的な連結機構）によって連結してもよい。一方、臼蓋部３は、半球状の内面と外面を有するカップ形状を有し、寛骨８に形成されたカップ状の窪みに装着されて固定される。したがって、骨に接するステム部２と臼蓋部３はＣｏ−Ｃｒ合金およびＴｉ合金などの生体適合性を有する生体用金属で形成することが好ましい。このようにして骨に固定されたステム部２と臼蓋部３は、臼蓋部３の内側球面に配置されたポリエチレンなどの材料からなるカップ状緩衝部９にステム部２のボール部４を収容して連結される。
【００２１】
大腿骨６に接する下部ステム部５と寛骨８に接する臼蓋部３は、骨との接着力を高めるために、骨に接する部分には複数の溝が形成されている。なお、溝は、下部ステム部５と臼蓋部３の骨に接するすべての領域に形成する必要はなく、一部に形成してもよい。特に、下部ステム部５については、骨に接する領域の上半分だけに設けてもよい。
本発明に係る医用インプラントは、骨セメントなどの接着剤を用いることなく医用インプラント外表面と骨とを直接接触させて上記のように形成された溝の中に骨を成長させて両者の固着を図るものである。また、本発明に係る医用インプラントにおいて、表面に溝が形成される前の医用インプラント中間材は、従来の技術（例えば、切削加工やモールディング）により形成されればよい。
【００２２】
図２は、下部ステム部５の溝が形成されている表面部分を拡大して示したものである。図示するように、表面部分には、下部ステム部５への装着方向であって下部ステム部５が骨と接する面上に定義される主面方向に対して、左斜め下方（第１の方向）に伸びる複数の平行な溝１６と、右斜め下方（第２の方向）に伸びる複数の平行な溝１４が形成されている。
【００２３】
骨に対してステム部２が主面方向とこれに直交する周方向（副面方向：主面方向に直交する方向に伸び且つ下部ステム部５が骨と接する面上に定義される方向）にずれるのを防止するため、溝１４，１６は主面方向に関する主面方向成分長Ｌｙと上記主面方向に直交する副面方向に関する副面方向成分長ＬｘをＬｙ/Ｌｘ＝１/４〜４の比率で有するような方向に形成することが好ましい。具体的には図３に示すように、単位面積領域あたりに形成される複数の溝１４の主面及び副面方向の成分長の和の比率Ｌｙ/Ｌｘが、１/４〜４となるように溝１４が形成されるのが好ましい。なお、人工股関節の下部ステム部５の表面上に形成される溝１４においては、破断強度を改善し緩み（Ｌｏｏｓｅｎｉｎｇ）の発生を防止するために、下部ステム部５の長手方向成分Ｌｙとその横断成分Ｌｘの比率Ｌｙ/Ｌｘが、２〜４であることが更に好ましい。
【００２４】
また、溝１４，１６の内部に骨組織の成長を促進して骨と医用インプラント表面との間の固着力を高めるために、溝１４，１６の横断方向の幅（第１および第２の方向と直交する方向の幅）ＷとピッチＤは、それらの比率Ｄ／Ｗが３〜３０の値〔具体的には、３〜３０の間の任意の整数値（３，４，５，６‥、２７，２８，２９，３０）〕を有するように決めることが好ましい。
【００２５】
図４に示すように、所定方向の所定距離Ｌにおける溝の面積Ａ１と、隣接する２つの溝の間に挟まれた凸部の面積Ａ２との比率Ａ２／Ａ１が１〜５〔具体的には、１〜５の間の任意の整数値（１，２，３，４，５）〕となるように、幅ＷとピッチＤを決めることが好ましい。
同様に、複数の異なる方向に伸びる溝１４，１６の横断方向の幅ＷとピッチＤは、隣接する２つの第１の溝１６の中心線１８’によって挟まれた領域において、第１の溝１６が占める面積Ａ１と２つの第１の溝の間に位置する凸部１９の面積Ａ２との比率Ａ２/Ａ１が１〜５〔具体的には、１〜５の間の任意の整数値（１，２，３，４，５）〕を有するように決めることが好ましい（図５）。
【００２６】
図示するように、第１の方向の溝１６と第２方向の溝１４を有する場合、それらの溝とピッチは、隣接する２つの第１の溝１６の中心線１８’と隣接する２つの第２の溝１４の中心線１８によって囲まれた菱形領域において、第１の溝１６と第２の溝１４が占める面積Ａ１と第１の溝１６と第２の溝１４に囲まれた凸部１９の面積Ａ２との比率Ａ２/Ａ１が１〜５〔具体的には、１〜５の間の任意の整数値（１，２，３，４，５）〕を有するように決めることが好ましい。
【００２７】
具体的に、ステム部２の溝１４，１６のピッチＤは、約１ｍｍ〜約５ｍｍ、より好適には約２ｍｍ〜約４ｍｍ、最も好適には約３ｍｍとする。溝１４，１６の幅Ｗは、約１００μｍ〜約１０００μｍ、好適には約３００μｍ〜約７００μｍ、最も好適には約５００μｍとする。そして、具体的な設計において、溝の幅とピッチは、これらの範囲で、上述の関係を満足するように決める。
【００２８】
当然、溝の深さも、溝１４，１６の内部に骨組織の成長を促進して骨と医用インプラント表面との間の固着力を高めるように決めることが好ましい。具体的には、各溝１４，１６の深さは、約２００μｍ〜約１０００μｍ、好適には約４００μｍ〜約６００μｍ、最も好適には約５００μｍとする。
【００２９】
また、骨に固定された状態で、ステム部２に形成された溝１４，１６の始端部と終端部に付着している骨組織部には応力が集中する。したがって、溝の始端側と終端側では深さが次第に浅くなるようにすることが好ましい。同様の理由から、溝の横断面形状において、その両端部分の深さが次第に浅くなるようにすることが好ましい。
【００３０】
なお、以上の説明では、ステム部２には、主面方向に対して斜めの第１の方向と第２の方向に伸びる２つの溝１４，１６を形成したが、第１の方向の溝または第２の方向の溝だけを形成してもよい。また、主面方向に伸びる複数の平行な溝だけを形成してもよいし、主面方向と直交する方向（副面方向）の溝だけを形成してもよいし、これら主面方向の溝と副面方向の溝の両方を形成してもよい。ただし、主面方向と副面方向に形成する溝の幅、深さ、ピッチは上述した範囲に設計することが好ましいことは当然である。
【００３１】
臼蓋部３の外側表面に形成する溝の幅・深さ・ピッチも、ステム部２について説明した溝と同一の条件とすることが好ましい。ただし、臼蓋部３の場合、骨に接する面は半球面で構成されていることから、図６に示すように、臼蓋部３が骨に装着される方向に伸び且つ臼蓋部３が骨と接する面上に定義される主面方向は半球面上にあってその下端縁部から半球面の中心に向かう方向であり、主面方向に直交する方向に伸び且つ臼蓋部３が骨と接する面上に定義される副面方向は半球面上にあってその中心軸を中心とする周方向である。
【００３２】
臼蓋部３の外側球面に形成する溝のパターンはステム部２に形成する溝のパターンよりも多様である。例えば、図７は、臼蓋部３の外側球面に、第１の方向に伸びる複数の平行な溝２１と、第１の方向に対して斜めの第２の方向に伸びる複数の平行な溝２２を形成した例を示す。図８は、臼蓋部３の外側球面に、第１の方向に伸びる複数の平行な溝２３のみを形成した例を示す。図９は、臼蓋部３の外側球面に、中心軸の回りで周方向に伸びる複数の環状溝２４を同心円的に形成した例を示す。図１０は、中心軸の回りで周方向に伸びる複数の大きさの異なる環状溝２５と中心軸から放射方向（主面方向）に伸びる複数の溝２６を形成した例を示す。図１１は、半球面の下端縁近傍で周方向に180度隔てた２つの点を結ぶ複数の線上に沿って伸びる複数の溝２８を形成した例を示す。
【００３３】
臼蓋部３の外側球面には、任意の形を有する閉ループ状の溝を任意のパターンで配置してもよい。閉ループ溝の形状は、円形（図１２と図１３を参照）、六角形（図１４を参照）、楕円形（図１５と図１６を参照）のいずれでもよい。これらの閉ループ溝の適用は、臼蓋部３に限るものでなく、ステム部２に同様の閉ループ溝を任意のパターンで形成してもよい。
【００３４】
臼蓋部３およびステム部２には、図１７乃至図１９に示すように、曲線形状の溝３０や直線形状の溝３１を任意のパターンで配置してもよい。そして、その曲線形状は任意で、図２０に示すように、中心軸を中心として螺旋形状に溝を形成してもよい。また、臼蓋部３およびステム部２は、図２１に示すように、第１の方向に伸びる複数の第１の溝３１と、これとは異なる第２の方向に伸び、隣接する第１の溝３１の間に配置された複数の第２の溝３１’と、を有していてもよい。
【００３５】
臼蓋部３およびステム部２に形成する溝は、図２２乃至図２４に示すように、波型模様またはジグザグ模様であってもよい。
【００３６】
以上、種々の溝形状と溝配置を示したが、溝と溝が交わる点には応力が集中し易いことから、できるだけ溝が交わる点の少ないパターンを選択することが好ましい。ただし、溝が交わる点は一定の限られた数（例えば、１０個）以下であれば、実質的に強度上の問題はない。
【００３７】
溝の横断面形状も任意であり、図２５に示すように、長方形断面、台形断面、底部が円弧状または半円形状の断面、Ｖ字状断面のいずれの形を採用してもよい。また、溝側面端部が滑らかに連続することは破断強度上好ましく、従って、溝の横断面形状として（図２６（ｂ））のような形状を採用してもよい。同様に、図２６（ａ）に示すように、長手方向における溝の始端側と終端側でも、滑らかに連続することが破断強度上好ましい。
【００３８】
なお、以上、股関節に利用される医用インプラント本発明を適用した例を示したが、本発明は、その他の関節（例えば、膝関節、肩関節、脚関節、肘関節）にも同様に適用できるもので、特定部位の関節に限定されるものではない。例えば、図２７は、人工膝関節３５を示し、この人工膝関節３５の場合、ステム部３６と受け部３７の表面に上述した溝を上述の条件で形成することができる。
【００３９】
このように、本発明にかかる医用インプラントによれば、移植完了後、患者の骨細胞を溝の内部で成長させることができるので、骨と医用インプラントとの間に十分な接合強度が確保できる。具体的に、本発明者らが行った動物実験によれば、移植後、骨細胞が各溝の内側で成長していることが確認され、しかも溝内の骨細胞成長率は９０％を超えていた。また、従来式のプラズマスプレーコーティング技術を用いた医用インプラントを移植して、所定期間経過した後に測定された剪断強度（２．２５Ｐａ）に比べて、本発明の人工関節を用いた場合の剪断強度は６ＭＰａを超えるものであることが検証された。
【００４０】
図２８は、医用インプラントの製造装置を示す。この装置は、溝が未加工の医用インプラント材４１を固定するためのテーブル（基台）４２を有する。テーブル４２は、互いに直交する第１、第２、第３の軸方向（４３，４４，４５）にテーブル４２を移動させるテーブル移動装置４６に連結されている。テーブル４２の上方には、レーザ発生装置４７と、レーザ発生装置４７から出射されたレーザビーム４８を反射してテーブル４２に向けて反射するミラー（ガルバノミラー）４９が配置されている。ミラー４９は、このミラー４９で反射されたレーザビーム４８を第１の方向又は第２の方向若しくはこれらと交差する別の第３の方向に走査させるために、ミラー回転装置５０に連結されている。テーブル移動装置４６、レーザ発生装置４７及びミラー回転装置５０は、制御装置５２に接続されており、この制御装置５２に組み込まれたプログラムに従って、医用インプラント材４１にレーザビーム４８を照射して所定の溝が形成されるようにしてある。
【００４１】
このような構成を備えた装置を用いて医用インプラントを製造する場合、医用インプラント材４１をテーブル４２に固定する。制御装置５２は、形成する溝の形態と医用インプラント材４１に種類に応じてテーブル移動装置４６とミラー回転装置５０を制御し、レーザ発生装置４７から出射されたレーザビーム４８が医用インプラント材に照射される位置を変化させ、医用インプラント材に目的の溝を形成する。なお、一般に医用インプラント材４１の表面は曲面で形成されているため、制御装置４６は予め医用インプラント材４１の表面形状（三次元形状）を形状データとして記憶しており、この形状データをもとにテーブル移動装置４６を駆動して医用インプラント４１をレーザビーム４８の光軸方向に移動し、レーザビーム４８の結像位置が医用インプラント材表面に一致するようにする。
【００４２】
更に詳細に説明すると、制御装置５２は、レーザ発生装置４７を起動してレーザビーム４８を出射させるとともに、ミラー回転装置５０を駆動してミラー４９を一方向に回転し、レーザ発生装置４７から出射されたレーザビーム４８を医用インプラント材４１の表面上で、第１の方向又は第２の方向若しくは第３の方向（以下、この方向を「主走査方向」という。）に走査し、溝に略直交する横断方向に向けて該溝の一端部に対応する位置から他端部に対応する位置まで伸びる溝の一部を形成する（第１の工程、図２９）。次に、制御装置５２は、テーブル移動装置４６を駆動し、主走査方向に直交する副走査方向に医用インプラント材４１を微小量だけ移動する（第２の工程、図３０）。この微小移動量は、人工関節表面に照射されるレーザ直径の１０％〜１００％の範囲、好ましくは２０％〜９０％、さらに好ましくは３０％〜８０％であることが好ましい。なお、レーザ直径は、照射位置におけるレーザビームの断面で、光パワーの１/ｅ（＝０．３６７９）になる２点間の距離である。次に、制御装置５２は、ミラー回転装置５０によるミラー回転方向を逆方向に切り替え、主走査方向に向けて該溝の他端部に対応する位置から一端部に対応する位置まで伸びる溝の別の一部を形成する（第３の工程）。このとき形成される溝の一部は、上述のように副走査方向への医用インプラント材４１の移動量が微小量に制御されているため、先に形成された溝の一部に繋がっている。次に、再び、制御装置５２は、テーブル移動装置４６を駆動し、主走査方向に直交する副走査方向に医用インプラント材４１を微小量だけ移動する（第４の工程、図３０）。そして、制御装置５２は、上述した４つの工程を繰り返し、副走査方向に溝を延長していく。
【００４３】
医用インプラント材４１を副走査方向に移動する工程は、レーザビーム４８の照射位置を主走査方向に移動する第１の工程と第３の工程の間に設ける必要はなく、第１の工程と同時に並行して行ってもよいし、第３の工程と同時に並行して行ってもよいし、第１と第３の工程と同時に並行しておこなってもよい（図３１）。
【００４４】
また、レーザビーム４８の光路を主走査方向に移動させる手段はミラーを回転することに限るものでなく、ミラー４９をこれに反射されたレーザビーム４８の照射位置を医用インプラント材４１の表面上で移動させることができる種々の手段が利用できる。例えば、そのようなミラーを動作する手段として、ミラー４９をレーザビーム４８の光路の光軸方向と平行な方向成分を含む方向に移動（振動）させる移動機構が含まれる。このとき医用インプラント材４１の照射点を小刻みに且つ高速に移動させることが好ましい。このようにミラーを動作する手段には、ミラーを回転させる手段やミラーを並進移動（振動）する手段などが含まれる。
【００４５】
さらに、ミラー４９の回転速度又は移動速度は一定である必要はなく、形成する溝の横断面形状に応じて可変することができる。
【００４６】
加えて、通常、医用インプラント材４１の表面は平坦ではない。そのため、テーブル移動装置４６は、第１、２、３の軸方向４３，４４，４５の中心軸を中心とする周方向にテーブル４２を回転する回転機構を有することが好ましい。
【００４７】
上記のように製造された医用インプラント材４１の表面に形成された溝を精査したところ、通常のレーザ加工で生体金属表面に形成される溝に特有の熱クラックが、従来技術により製造されたものと比較して、著しく低減されていることを、本発明者らは確認した。また、波長変換装置を用いてレーザビーム４８の波長を短波長化して（例えば、５３２ｎｍないし１９３ｎｍ）、医用インプラント材４１の表面に溝を形成した場合、熱クラックの発生が抑制されることが検証された。なお、エキシマレーザなどの紫外線レーザを用いても同様の効果が得られる。さらに、通常１０ナノ秒のパルス幅を有する一般的なレーザビームと比較して、短パルス化したレーザビーム（例えば、３０フェムト秒以上、１００ピコ秒以下）を用いて医用インプラント材４１の表面に溝を形成すると、同様に熱クラック形成の抑制に有効であることが確認された。
【００４８】
上記の説明では、医用インプラント材４１の表面に溝を形成する手段として、主にレーザビーム４８を用いたが、その他任意の手法により医用インプラント材４１に溝を形成することができる。例えば、医用インプラントの中でも、とりわけ人工臼蓋部を製造する場合、機械加工技術、放電加工技術、および光造形技術などのさまざまな加工技術を用いて、医用インプラント材４１の表面に溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る好適な実施形態である人工関節（人工股関節）の斜視図である。
【図２】図１に示す人工股関節の部分拡大図である。
【図３】図１に示す人工股関節の部分拡大図である。
【図４】図１に示す人工股関節の部分拡大図である。
【図５】図１に示す人工股関節の部分拡大図である。
【図６】図１に示す人工臼蓋部の斜視図である。
【図７】図１に示す人工関節の人工臼蓋部の平面図である。
【図８】図１に示す人工関節の人工臼蓋部の平面図である。
【図９】図１に示す人工関節の人工臼蓋部の平面図である。
【図１０】図１に示す人工関節の人工臼蓋部の平面図である。
【図１１】図１に示す人工関節の人工臼蓋部の平面図である。
【図１２】図１に示す人工関節の人工臼蓋部の平面図である。
【図１３】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図１４】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図１５】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図１６】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図１７】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図１８】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図１９】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図２０】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図２１】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図２２】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図２３】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図２４】医用インプラントの表面に形成された溝のパターンを示す図である。
【図２５】医用インプラントの表面に形成された溝の横断面図である。
【図２６】医用インプラントの表面に形成された溝の長手方向及び横断方向の横断面図である。
【図２７】本発明に係る好適な実施形態である人工関節（人工膝関節）の斜視図である。
【図２８】本発明に係る好適な実施形態の医用インプラントの製造装置の概略構成図である。
【図２９】レーザビーム、人工関節表面、およびガルバノミラーの関係を示す概略図である。
【図３０】医用インプラントの溝、レーザビーム走査軌跡、およびテーブルの移動量の関係を示す概略図である。
【図３１】医用インプラントの溝、レーザビーム走査軌跡、およびテーブルの移動量の関係を示す概略図である。
【図３２】従来の人工関節（人工股関節）の正面図。
【符号の説明】
【００５０】
１  人工関節、２  ステム部、３  臼蓋部、４  ボール部、５  下部ステム部、６  大腿骨、８  寛骨、９  緩衝部、１４，１６  溝、１８，１８’  中心線、１９  凸部、３５  人工膝関節、３６  ステム部、３７  受け部、４１  医用インプラント材、４２  テーブル（基台）、４６  テーブル移動装置、４７  レーザ発生装置、４８  レーザビーム、４９  ミラー（ガルバノミラー）、５０  ミラー回転装置、５２  制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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