１．当該技術分野の概要

社会の超高齢化が進行し、加齢変性に伴う股関節に障害を持つ患者数、及び骨粗しょう症に伴う大腿骨近位部骨折の受傷者数は、急速に増加している。これらの患者の治療には、体内埋め込み材料である人工股関節(人工大腿骨頭を含む)が使用され、2001 年度には 6 万件の手術が行われ、さらに、年率約 8%で増加している。このように、人工股関節を体内に埋入して日常的に生活している国民の数は急速に増加している。こうした「生活の質」は、人工股関節の性能によって規定される部分が大きい。しかしながら、現在使用されている人工股関
節には、なお問題点が多く、より性能の優れた人工股関節の開発が待望されている。
一方、人工股関節を経済面からみた場合、ISO ビジネスプランによると、人工股関節を含む整形インプラント分野は、年率 5％以上の持続的成長分野である。ISO/ TC150(外科用インプラント)でも、最重点分野に位置づけられている。
このように高性能人工股関節の開発は、医療福祉面、経済面の両面で重要性が高い事業である。しかし、欧米と比較した場合、我が国での高性能人工股関節の開発は、活発とは言い難いのが現状である。
当該技術分野の代表である人工股関節置換術の概要及び人工股関節製品のイメージを以下に例示する。

人工股関節置換術 （失われた股関節機能を再生）
ソケット
骨頭

置換

・変形性関節症
・大腿骨骨折等

ステム・人工股関節人工関節の魅力
人工股関節製品のイメージ
・寝たきりの解消
・関節の疼痛の消滅（無痛性の獲得）

1２．開発ガイドライン作成の意義

整形インプラント分野は、輸入依存傾向が強く、国際競争に勝つためには、優れた先端技術を導入した新製品を開発するとともに早期の臨床使用が必要となる。また、10 年以上の長期臨床成績を予測するためには、臨床試験に頼るよりも、耐久性試験をはじめとする前臨床試験の理論構築と体系化が重要である。
下記の「高性能人工股関節開発ガイドラインの考え方」は、有効性と安全性を担保しながら高性能人工股関節を開発するための指標を取りまとめたものである。これを参照すること
で、性能の優れた人工股関節が、より迅速に国民に供給されることを期待する。

2３．平成 18 年度の検討概要
開発ガイドラインの適応範囲、対象分野、素材自身の評価、寸法等のデザイン情報、製品の性能評価に関して、事務局が中心となり実施してきた実証試験及び調査結果、今年度取りまとめてきた「高性能人工股関節開発ガイドラインの考え方」に基づき、詳細な論議が行われた。
短期臨床試験で評価できないような部分を前臨床試験で評価できるような開発ガイドラインを目指して、各部品の評価項目及び推奨事項、ステム等の強度評価、耐久性評価、臨床での摩耗量とシミュレータでの摩耗量の関係、サイズが異なる場合の取り扱い等について議論が行われた。
医師の立場としては、粗悪な製品が出ないようにすべき側面が重要となり、開発側の立場としては、ベンチャー企業でも参加できるような側面が重要となり、これらの両面に対してできるだけ配慮した。十分に前臨床試験をされた高性能な人工股関節が、1 年の臨床試験が必要になるのか議論が行われ、市販後のフォローアップの充実が、より重要となるのではとの意見がだされた。
平成 18 年度の成果として、「高性能人工股関節開発ガイドラインの考え方」をとりまとめたが、骨温存タイプである表面置換型人工股関節の工学的評価項目、新しいタイプである摺動部から生成する超微細粒子の評価方法及び広範囲な臨床調査等に関しては、次年度への検討課題とした。最初に高性能人工股関節を中心に検討し、高性能人工膝関節等、他の関節へ適応可能にする必要性が議論され、また、標準化に向けたより良い内容にブラッシュアップする必要性に関して議論が行われた。

部品毎に必要な評価項目の抽出及び実証試験
ガイドライン作成の基礎として、高性能人工関節の評価に有用な規格基準に関して調査を実施し、摺動部とステム部に関して、規格・基準を抽出し、体系的に整理した。さらに、関連深い臨床論文に関して調査・収集及び解析を実施し、約 130 件の論文を抽出した。さらに、EU 指令、ヨーロッパ及び米国の薬局方に関する情報から、インプラントに関連する記述を抽出した。
これらの広範囲な検討結果を総合的に判断して、構成部品毎に高性能人工股関節の開発で必要な評価項目、試験方法、推奨事項に関して検討し、高性能人工股関節を開発する際に必要な工学的な評価項目を抽出した。また、実証試験として、国際的な人気製品４社の人工股関節に関して、実製品を用いた評価法を検討し、ボーンイングロース部の密着性に関して強度評価、摺動部の耐久性評価及び室温強度特性評価を実施した。

3

４．平成 18 年度の検討結果「高性能人工股関節開発ガイドラインの考え方」

4.1 背景社会の超高齢化が進行し、加齢変性に伴う股関節に障害を持つ患者数、及び骨粗しょう症に伴う大腿骨近位部骨折の受傷者数は、急速に増加している。これらの患者の治療には、体内埋め込み材料である人工股関節(人工大腿骨頭を含む)が使用され、2001 年度には 6 万件の手術が行われ、さらに、年率約 8%で増加している。このように、人工股関節を体内に埋入して日常的に生活している国民の数は急速に増加している。こうした「生活の質」は、人工股関節の性能によって左右される部分が大きい。しかしながら、現在使用されている人工股関
節には、なお問題点が多く、より性能の優れた人工股関節の開発が待望されている。
一方、人工股関節を経済面からみた場合、ISO ビジネスプランによると、人工股関節を含む整形インプラント分野は、年率 5％以上の持続的成長分野である。ISO/ TC150(外科用インプラント)でも、最重点分野に位置づけられている。
このように高性能人工股関節の開発は、医療福祉面、経済面の両面で重要性が高い事業である。しかし、欧米と比較した場合、我が国での高性能人工股関節の開発は、活発とは言い難いのが現状である。

4.2 意義整形インプラント分野は、輸入依存傾向が強く、国際競争に勝つためには、優れた先端技術を導入した新製品を開発するとともに早期の臨床使用が必要となる。また、10 年以上の長期臨床成績を予測するためには、臨床試験に頼るよりも、耐久性試験をはじめとする前臨床試験の理論構築と体系化が重要である。
この「高性能人工股関節開発ガイドラインの考え方」は、有効性と安全性を担保しながら高性能人工股関節を開発するための指標を取りまとめたものである。これを参照することで、性能の優れた人工股関節が、より迅速に国民に供給されることを期待する。

4.3 開発ガイドラインの適応範囲
このガイドラインは、各製品の開発コンセプトに基づき、製品の品質、性能、有効性、安全性、既承認品との同等性等を検証する方法の明確化を目的としている。前臨床試験による評価方法の体系的な整理を行い、開発の各段階において推奨する評価項目を例示した。

4.4 開発ガイドラインの対象分野
このガイドラインは、新材料技術と新設計・製造技術を融合させた高性能人工股関節を開発することを想定している。開発のコンセプトとしては、摺動部の摩耗粉の低減、脱臼しにくい構造、応力遮蔽(ストレスシールディング)等によるゆるみの減少、骨進入(ボーンイングロース)等による長期生物学的固定力の増加、オーダメイド化技術及び東洋人の骨格構造に最適な新製品開発等が挙げられる。

4

4.5 想定される高性能人工股関節
高性能人工股関節の開発イメージを以下に例示する。

4.5.1 高潤滑・低摩耗人工股関節
既存の超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)と Co-Cr-Mo 合金で得られる性能以上を目指した技術を、以下に例示する。
(1) 高潤滑機構を有する新材料(ジルコニウム合金等の高耐摩耗性金属材料、高耐久性・低摩耗ポリマー材料、高強度・高靭性セラミックス等)の採用。
(2) 新表面処理(表面性状の改善、MPC 処理、次世代クロスリンク処理等)の採用。
(3) 骨頭とカップの組み合わせ機構(金属-超高分子量ポリエチレン、セラミックス-ポリ
エチレン、金属-金属、セラミックス-セラミックス等)の改善。
(4) 高潤滑構造を有するデザインの採用等。

4.5.2 骨との固定を長期間維持するタイプの人工股関節
ポーラス構造＋HA コーティング技術等で得られる性能以上を目指した技術を、以下に例示する。
(1) インプラント用に成分設計された新材料の採用。例えば、高生体適合性金属元素を使用したチタン合金等及び複合材料(CFRP/ PEEK ステム等)等の使用。
(2) 骨との固定力の高い技術の採用、骨形成促進因子を付与する技術の採用、ストレス
シールディングを低減する構造及びデザインの採用等。
(3) 東洋人の骨格構造(髄腔の形状)に最適なステムデザインの採用等。
(4) 骨切除量の少ない表面置換型等の新デザインの採用等。

4.5.3 生体親和性に優れた骨セメント、及び骨誘導能に優れた骨補填材の採用等。

4.6 前臨床試験項目
人工股関節は、主として寛骨臼部品(超高分子量ポリエチレンライナー、金属カップ或いは
メタルシェル、スクリュー等)及び大腿骨部品(骨頭及びステム等)から構成され、以下を満足していることが望ましい。ただし、特殊用途の場合においては、下記を満足しない場合もある。
人工股関節の基本的な事項及び一般的要求事項に関しては、ISO 21534 及び ISO 21535 を参考にすることとする。JIS、ISO 及び ASTM 規格の順に例示しているが、開発コンセプトに応じて、JIS、ISO 及び ASTM 規格等の中から最適な試験方法を適宜選択して試験を実施することとし、類似規格が存在する場合には、その中から最適なものを選択し同様に用いてもよい。
4.6.1 素材自身の評価

5

新規部材を含む各部材に関して、下記を参考に素材評価を実施することが望ましい。
(1) 原材料の記載に関しては、事務連絡

医療機器審査 No.19「医療用具の製造(輸入)承認申請書における原材料記載について」を参考に記載することが望ましい。
(2) 生物学的安全性試験に関しては、JIS T 0993-1(ISO 10993-1)に準じることが望ましい。
溶出物試験等により、既承認の材料に比べ生体適合性が優れていることが十分に立証できる場合には、生物学的試験を一部省略できる場合がある。金属材料の表面仕上げに関しては、JIS T 0301 が参考となる。
(3) 素材の工学的評価試験に関しては、表 1 に例示した素材規格及び表 2 に例示した評価項目を参考に、必要となる試験を適宜選択して行う。人工股関節を構成する各部材に対して、表 1 に例示した素材規格値以上であることが望ましい。
(4) UHMWPE 等のポリマー素材では、分子量、密度、組織写真、不純物の量、酸化指数、溶出物試験、機械的性質(降伏強度、引張強さ、伸び)を評価することが望ましい。
類似な素材規格としては、ASTM F648 がある。
酸化指数の測定は、ISO 5834-4 に準じることとし、類似規格として ASTM F 2102がある。酸化による化学的及び機械的安定性は、ISO 5834-3 或いは類似規格である ASTM F2003 に準じた加速劣化試験により評価することができる。
(5) セラミックス素材では、かさ密度、化学組成、組織(結晶構造、析出物、平均結晶粒
径等)、不純物の量、硬度、曲げ強度に加え、破壊靭性(或いは衝撃値)を評価することが望ましい。セラミックス素材の類似規格として、ASTM F603 及び ASTM F1873 がある。破壊靭性の評価方法としては、JIS R 1607、ISO 15732、ISO 18756 及び ISO 24370
が参考となる。セラミックスの硬度は、ISO 6507 及び ASTM E384 に準じて測定するとよい。
(6) 金属材料素材では、化学組成、不純物の量、金属組織(相の状態、析出物及び介在物の存在形態及び平均結晶粒径等)、機械的性質(0.2%耐力、引張強さ、破断伸び、絞り)、耐食性(例えば、溶出量等)及び必要に応じて、弾性率、硬さを測定することが望ましい。金属材料の耐食性評価用の腐食溶液及び加速試験溶液の選定には、ISO
16428 及び ISO 16429 が参考となる。
(7) 骨頭用素材としては、表１に示した Co-Cr-Mo 合金鍛造材、ジルコニウム合金或いはセラミックス材料以上の特性が望ましい。
(8) 金属カップには、人工大腿骨頭用のバイポーラカップ及び全置換型人工股関節用のメタルシェルがある。バイポーラカップ用素材では、表１に示した Co-Cr-Mo 合金鋳
造材以上の特性が、メタルシェルでは、例えば、表１に示した Ti 合金等の特性以上が望まれる。
(9) 人工関節ステム用素材等で、疲労特性の優れた金属材料を用いる場合には、金属組
織、機械的性質及び疲労特性の関係を把握することが重要となる。素材の疲労試験においては、例えば、応力(最小/最大)比=0.1 で、周波数を 10 Hz まで加速でき、

6

107 回以上での疲労強度を目安に比較することが望ましい。
(10) 人工股関節ステムには、セメントタイプ及びセメントレスタイプがあり、セメント
ステム用素材では、ASTM F799 及び ASTM F1586 等に規定された特性以上の高強度・高剛性な材料の使用が多く、セメントレスステム用素材では、表１に例示した Ti
合金等の特性以上を有することが望ましい。
セメントレスステム用 Ti 合金素材では、等軸のα(hcp)相と粒間β(bcc)相或いは針状のα相とβ相から成る 2 相構造を有する合金が多く、107 回の疲労強度としては、450 MPa 以上が目安となる。
(11) リン酸カルシウム系骨補填材では、ハイドロキシアパタイトの素材規格(化学組成、不純物の量、結晶構造、圧縮強度)に関しては、ISO 13779-1 があり、ハイドロキシ
アパタイト及びβ-TCP の化学組成及び結晶学的要求事項に関しては、ASTM F1185
及び ASTM F1088 が参考となる。
(12) 骨セメントに関しては、ISO 5833 或いは類似規格である ASTM F451 が参考となる。

4.6.2 構造及び形状・寸法等のデザイン情報
人工股関節寸法の分類及び名称に関しては、ISO 7206-1 を参考に行い、各構成部品のデザイン情報に関して、以下を参考にすることが望ましい。
(1) ポリエチレンカップに関しては、骨セメントを使用して固定するタイプと外側に金属製のカップを用いる場合がある。カップの形状、寸法及び寸法公差、カップ径(内径及び外径等)、球形度、表面性状(表面粗度)、ポリエチレンの最小厚み、固定方法
及び骨頭がスムーズに動くクリアランス等が重要となる。
最小厚みに関しては、ISO 21535 が、球形度の測定方法及び寸法の許容誤差、表
面仕上げ(表面粗度)等に関しては、ISO 7206-2 及び類似規格である ASTM F2033 のいずれかが参考となる。金属製カップと併用する場合には、寸法差及び固定方法が重要となる。
金属－金属及びセラミックス－セラミックスでは、骨頭とのクリアランスが重要となる。
(2) 金属カップには、人工大腿骨頭用のバイポーラカップ及び全置換型人工股関節用のメタルシェルがあり、形状及び構造、厚み、ポリエチレンライナーとのクリアラン
ス、ポリエチレンライナーの固定方法、ポリエチレンライナーとメタルシェル境界との適合性(表面粗さ)等が重要となる。
メタルシェルにおいて、表面改質層(特殊表面処理を含む)を有する場合には、説明図及び顕微鏡写真等による表面改質層の構造(改質材の化学成分、形状及びサイズ、
表面近傍の平均細孔径及び細孔分布、空隙率、体積層の数及び厚さ等)、表面粗度が重要となる。
(3) 骨頭に関しては、骨頭形状、骨頭径、真円度、骨頭の表面性状(表面粗度)、硬度、
嵌合部の大きさ(径、深さ及びテーパー角)等が重要となり、骨頭径の測定方法、寸7法の許容誤差及び表面性状(表面粗度)に関しては、ISO 7206-2 及び類似規格である
ASTM F2033 が参考となる。
(4) ステムに関しては、ステム形状、ネック部の形状及び寸法、近位部及び遠位部の断面形状及び寸法、表面加工方法、表面仕上げ(表面粗度)、傾斜角度、ステム長(外側及び内側ステム長)、ネック長、オフセット長、ネック高さ、ステム径(近位径、遠位径)等が重要となる。
セメントステムでは、強度及び剛性が重要となり表面粗度が注目されている。セメントレスステムでは、説明図及び顕微鏡写真等による表面改質層(特殊表面処理を含む)の位置、範囲、深さ、表面改質層の構造(改質材の化学成分、形状及びサイズ、
体積層の数及び厚さ、表面近傍の平均細孔径及び細孔分布、空隙率等)及び表面粗度等が重要となる。
(5) スクリューに関しては、山径、谷径、ピッチ等が重要となり、ISO 5835、ISO 5836、
ISO 9268、及び ISO 9269 が参考となる。
(6) 参考として、人工股関節の寸法等を図 1、図 2、表 3 及び表 4 に示す。
(7) ISO 7206-2 以外の股関節寸法の許容誤差に関しては、JIS B0405 による公差等級とする。
(8) 骨補填材では、形状、質量、体積、密度、気孔率、多孔径、連通度等が重要となる。
(9) 必要時に骨をできるだけ破損することなく特定の部品を取り出して交換できることへの配慮及び部品交換等への保証が考慮されることが望ましい。

4.6.3 製品の性能評価
以下を参考に、性能評価を行うことが望ましい。
(1) モジュラ部品の性能評価に関しては、骨頭孔とステムネックテーパー部の嵌合力、金属カップ接合面とポリエチレンライナーの適合性(マイクロモーションの可能性)、
金属カップとポリエチレンライナーの噛み合わせ力、ステムネック部のポリエチレ
ンライナーとのインピンジメントの可能性等が重要となる。
骨頭孔とステムネックテーパー部の嵌合力及び金属カップとポリエチレンライナ
ーの噛み合わせ力の測定に関しては、ISO 7206-10、類似規格である ASTM F2009 或
いは ASTM F1820 を参考に評価するとよい。金属－金属及びセラミックス－セラミッ
クスでは、骨頭とのクリアランスが特に重要となる。
引抜き試験(或いはカン(2) バイポーラカップと骨頭の噛み合わせ力の測定に関しては、チレバーを用いた脱転試験)により評価することが望ましい。引抜き荷重が 1 kN 以
上であることが望ましい。
(3) バイポーラメタルカップの強度評価は、静的圧縮強度試験により評価することが望
ましく、製品の横断面の硬度測定により比較してもよい。
ISO 7206-4 を参考に実施することとする。
(4) ネック部を含めてステムの耐久性試験は、類似規格である ASTM F1612 に準じて行ってもよい。試験周波数は、ISO 7206-4 で8

は最大 30 Hz まで可能であるが、3 Hz～5 Hz 程度が望ましく、応力比(最小/最大荷重)=0.1、最大荷重は、体重の 3 倍以上を目安とし、ISO 7206-8 を参考に 5x106 回を目安に試験することが望ましい。
5x106 回での破断荷重(最大荷重)に関しては、ISO 7206-8 が目安となるが、再置換用のロングステム或いは小型の特殊用途のステムに関しては、ISO 7206-8 は適応できないので、使用状態を考慮して最適な条件で試験を行うこととする。
(5) 複数のステムサイズを製造・販売する場合には、破壊のリスクが最も高いと考えられる 2 つのサイズ以上について、それぞれ 2 本以上の試験を行うことが望ましい。
リスク評価に際しては、有限要素解析等を用いた荷重分布解析等を併用するとよい。
(6) セラミックス製骨頭の圧縮試験等に関しては、ISO 7206-10 を参考に行うことが望ましい。5 個以上の骨頭の平均破壊強度は、46 kN を越え、20 kN 未満で破壊しないことが望ましい。また、最低 3 個以上の骨頭を用い、14 kN で 107 回の疲労試験において、すべてにおいてひびや亀裂がみられず、疲労試験後の静的圧縮試験において、20 kN 以下で圧縮破壊しないことが望ましい。その際、溶液の影響を調べるため、37℃で 4 週間、生体内模擬試験溶液(0.9%NaCl 或いはリンゲル液等)に保持し、試験中、湿度を保持することが重要となる。
(7) 股関節の可動域及びステムの回旋の安定性を考慮することが重要となる。
(8) 摺動部の耐久性の評価は、ISO 14242-1 を参考に行うことが望ましい。骨頭とポリエチレンライナーのクリアランスが製品と同じになるように、試験機に設置して試験することが望ましい。摩耗量の計測は、ISO 14242-2 を参考に行うとよい。類似な規格として、ASTM F1714 が参考となる。
線摩耗量が、0.1

mm／年以下であることが望ましいことなどを考慮すると１年の使用に相当する 100 万回当りの体積摩耗量は、40 mm3 以下であることが目安となる。高いクロスリンク処理、金属－金属、セラミックス－セラミックス等では、摩耗粉の粒子サイズ及びその量の影響が検討されている。
(9) 人工骨頭の摩耗試験では、内側の骨頭摺動面と外側のバイポーラメタルカップ摺動
面に動きが分散するため、全置換型人工股関節に比べ摩耗量が少なくなる。また、
バイポーラカップを動かした状態での摩耗試験は、困難なため、同じ組み合わせである全置換型人工股関節での結果を用いてよい。
事務連絡(10) コーティング等の特殊表面処理(母材に異種材料を接合する技術等、

医療機器審査 No.29 を参照)を有する場合には、説明図及び顕微鏡写真等による特殊表面
処理層の構造(特殊表面処理材の種類、形状及びサイズ、体積層の数及び厚さ、表面近傍の平均細孔径及び細孔分布、空隙率等)、特殊表面処理層の厚さ、溶解性、特殊表面処理材の生物学的安全性(JIS T 0993-1 に準拠)を評価することが望ましい。
なお、材料表面への皮膜を生成する技術は、特殊表面処理には含まれない。また、ビーズコート、ファイバーメッシュコート及びアパタイト溶射等は、使用実績が豊富な処理である。

9

(11) 特殊表面処理部の母材との接合強度(密着強度及びせん断強度)は、ISO 13779-4、類似な ASTM F1147 及び ASTM F1044(せん断強度試験)を参考に行うこととする。引張
強度及びせん断強度は、20 MPa 以上であることが望ましい。ただし、密着強度を十分に測定可能な接着剤の開発が期待される。可能な限り、特殊表面処理の疲労特性
を ASTM F1659 を参考に評価することが望ましい。
(12) 骨との密着強度の評価は、ウサギ以上の動物でのプッシュアウト試験(引抜き試験)
及び骨形成の観察により行う。ウサギでの埋植部位としては、大腿骨髄腔内、脛骨等が考えられる。
(13) スクリューの耐久性は、ASTM F1264 A4 に準じた 4 点曲げ疲労試験等により行うことが望ましい。
(14) 骨補填材の工学的評価に関しては、形状(ブロック、ペースト状及び顆粒状)、多孔度(気孔度)、連通度、溶解性、形状の安定性試験、曲げ強度或いは圧縮強度等が重要となる。生物学的安全性は、JIS T 0993-1 に準じて評価することが望ましい。動
物での吸収性試験及び注入可能な骨補填材では、注入試験(圧力試験等)を行うことが望ましい。
(15) ポリエチレンライナーの滅菌による安定性は、ISO 5834-3、ISO 5834-4 が参考とな
るが、滅菌は、金属材料の劣化には殆んど影響を与えない。
(16) 骨セメントに関しては、JIS T 10993-1 に準じた生物学的試験、材料の化学成分、不純物等が重要となる。
(17) 補強用骨プレートの剛性、強度及び耐久性の評価に関しては、4 点曲げ試験による評価が望ましい。ASTM F382 及び ISO 9585 が参考となる。

4.6.4 その他の基礎的な事項
医薬審第 526 号通知｢整形インプラント製品の承認申請に係る取り扱いについて｣、
事務連絡

医療機器審査 No.29｢整形インプラント製品の承認申請に係る取り扱いに関する Q&A について｣、医薬審第 1043 号｢医療用具の承認申請に際し留意すべき事項について｣、医食機発第 0216003 号｢医療機器の製造販売承認申請書添付資料概要作成の手引きについて｣、薬食発第 0331038 号「医療機器の安全性に関する非臨床試験の実施の基準に関する省令の施行について」、医薬審発第 0213001 号「医療用具の製造(輸入)承認申請に必要な生物学的安全性試験の基本的考え方について」、及び事務連絡

医療機器審査 No.36「生物学的安全性試験の基本的考え方に関する参考資料について」等を参考に行うこととする。
さらに、例示した関連規格(JIS、ISO、ASTM)及び米国 FDA510k ガイダンスが参考となるが、複数の類似規格が存在する場合には、最適な規格を選択して行うこととする。

10

4.7 臨床試験

臨床試験に関しては、下記を参考に行う。
(1) 前臨床試験において評価しきれない項目が存在する場合、或いは同等性が立証できない場合には、臨床試験による評価が必要となる。医薬審第 1043 号通知によると、
原則臨床試験が必要な新規医療機器として、骨頭以外のセラミックス製用品(医薬審第 526 号通知参照)、生体適合性の向上を目指した特殊表面処理を施した製品、
骨補填材、生体骨、骨セメント等がある。
(2) 臨床試験の実施に際しては、医療機器の GCP を遵守する必要がある。
(3) 臨床試験の成績に関しては、有効性と安全性の評価が必要である。有効性について
は、ゆるみの有無、再置換や抜去の有無、股関節機能評価(JOA スコア等)、X 線所
見等によって評価できる。また、安全性については、有害事象、臨床・X 線評価、臨床検査等によって評価できる。
(4) メタルオンメタルでは、尿中及び血液中への金属イオンの溶出量を検討することが望ましい。

4.8 関連通知(1) 事務連絡

医療機器審査 No.19「医療用具の製造(輸入)承認申請書における原材料記載について」(2) 医薬審第 526 号通知｢整形インプラント製品の承認申請に係る取り扱いについて｣(3) 事務連絡

医療機器審査 No.29｢整形インプラント製品の承認申請に係る取り扱いに関する Q&A について｣(4) 医薬審第 1043 号｢医療用具の承認申請に際し留意すべき事項について｣(5) 医食機発第 0216003 号｢医療機器の製造販売承認申請書添付資料概要作成の手引きについて｣(6) 薬食発第 0331038 号「医療機器の安全性に関する非臨床試験の実施の基準に関する省令の施行について」(7) 医薬審発第 0213001 号「医療用具の製造(輸入)承認申請に必要な生物学的安全性試
験の基本的考え方について」(8) 事務連絡 医療機器審査 No.36「生物学的安全性試験の基本的考え方に関する参考資料について」11

表１

人工股関節用素材規格

評価項目

参考規格

・UHMW-PE(粉体及び成形体)

ISO 5834-1, ISO 5834-2

推奨事項

ASTM F648
・Co-Cr-Mo 合金(カップ、骨頭、ステム)

JIS T 7402-1～7402-4 等

・Co-Cr-Mo 合金(カップ、骨頭、ステム)

ASTM F799

・ステンレス鋼(カップ、骨頭、ステム)

JIS T 7403-1～7403-2 等

・ステンレス鋼(カップ、骨頭、ステム)

ASTM F1586

・アルミナセラミックス(骨頭)ISO 6474 等

・ジルコニアセラミックス(骨頭)ISO 13356 等

・Zr 合金(骨頭)ASTM F2384

・工業用純 Ti (メタルシェル、スクリュー)

JIS T 7401-1 等

・Ti 合金(メタルシェル、ステム、スクリュー)

JIS T 7401-2～7401-6 等

・Ta 合金(メタルシェル)

ISO・骨セメントISO 5833

・リン酸カルシウム系素材
β-TCP(骨補填材)

ASTM F 1088

ハイドロキシアパタイト(骨補填材)

ISO 13779-1, ASTM F1185

JIS 或いは ISO を優先的に示しているが、類似な ASTM 規格を用いてもよい。

12

表2

素材の評価法

評価項目

参考規格

推奨事項

・生物学的安全性試験

JIS T 0993-1

・超高分子量ポリエチレンの加速劣化試験

ISO 5834-4

・破壊靭性(セラミックス)

JIS R 1607 等・溶出試験(金属材料)

JIS T 0304

・不動態皮膜の安定性(金属材料)

JIS T 0302

推 奨 腐 食 液 ： ISO・不動態皮膜の構造解析(金属材料)

JIS T 0306

16428

・異種金属間接触腐食(金属材料)

JIS T 0305

16429

・孔食電位測定(金属材料)

JIS G 0577

・摩耗特性(ピンオンディスクタイプ)

JIS T 0303

及 び

多方向滑り機構の推奨

・骨セメントの疲労強度

ASTM F2118

・疲労特性(金属材料)

ASTM F1801

・切り欠き感受性

JIS 化予定
JIS 化予定

・密着強度

ISO 13779 等

・せん断強度ASTM F1044 等

・引張試験

JIS Z 2241, JIS K 7113

・硬さ測定

JIS Z 2244

JIS 或いは ISO を優先的に示しているが、類似な ASTM 規格を用いてもよい。

13

ISO

図1

人工股関節のカップデザインの例

１．セメントカップ：骨セメントで固定。エレベート 10°が最も多く使用され、オージー
やフランジの使用量は減少傾向にある。
２．バイポーラ：人工骨頭に分類され、外側のメタルカップと内側のポリエチレンライナー
からなる。
３．メタルシェル：全置換型人工股関節に分類されポリエチレンライナーと組み合わせて使用される。マルチホールの使用量が多く、ノンホールやスパイクの使用量は減少傾向にある。
４．ポリエチレンライナー：全置換型人工股関節に分類されメタルシェルと組み合わせて使用される。エレベート 10°が最も多く使用されている。

14

表3

カップデザイン情報の例
サイズ

エレベート 10°

セメントカップの外径エレベート 20°フラット

2～3 ㎜間隔
オージー
フランジ
マルチホール（8～12 ホール）
金属シェルの外径
2 ㎜間隔

クラスターホール（3～9 ホール）

2 ㎜間隔

1 ㎜間隔

スクリューの長さ5 ㎜間隔

外径 40～70 ㎜
外径 40～70 ㎜

スパイク

外径 38～70 ㎜

エレベート 15°
エレベート 20°
フラット

バイポーラカップの外径

外径 36～70 ㎜

ノンホール

エレベート 10°
ポリエチレン
ライナーの外径

内径 22 ㎜ 外径 38～61 ㎜
内径 26 ㎜ 外径 42～61 ㎜
内径 28 ㎜ 外径 40～61 ㎜
内径 22 ㎜ 外径 40～61 ㎜
内径 28 ㎜ 外径 46～61 ㎜
内径 22 ㎜ 外径 40～61 ㎜
内径 26 ㎜ 外径 45～61 ㎜
内径 28 ㎜ 外径 47～61 ㎜
内径 22・26・28 ㎜ 外径 40～53 ㎜
内径 22 ㎜ 外径 40～61 ㎜
内径 26 ㎜ 外径 45～61 ㎜
内径 28 ㎜ 外径 40～61 ㎜

内径 22 ㎜ 外径 36～70 ㎜ 内径 26 ㎜ 外径 42～70 ㎜
内径 28 ㎜ 外径 44～70 ㎜ 内径 32 ㎜ 外径 48～70 ㎜
内径 22 ㎜ 外径 46～66 ㎜ 内径 26 ㎜ 外径 46～66 ㎜
内径 28 ㎜ 外径 46～66 ㎜
内径 22 ㎜ 外径 36～70 ㎜ 内径 26 ㎜ 外径 42～70 ㎜
内径 28 ㎜ 外径 44～70 ㎜ 内径 32 ㎜ 外径 48～70 ㎜
内径 22 ㎜ 外径 36～70 ㎜ 内径 26 ㎜ 外径 42～70 ㎜
内径 28 ㎜ 外径 44～70 ㎜ 内径 32 ㎜ 外径 48～70 ㎜
内径 22 ㎜ 外径 38～60 ㎜
内径 26 ㎜ 外径 38～55、57、58、59、60、62、64、66、68、70、72 ㎜
内径 28 ㎜ 外径 42～58、60、62、64、66、68、70、72㎜
内径 32 ㎜ 外径 47～55、57、58、60、62、64、66、68、70、72 ㎜
外径 3.5 ㎜
外径 4.5 ㎜
外径 5.0 ㎜
外径 6.5 ㎜

15

長さ 25～45 ㎜
長さ 15～40、50、60 ㎜
長さ 25～55 ㎜
長さ 15～60 ㎜

図2

人工股関節のステムデザインの例

ネック長、ネック高、内側ステム長は、製品の種類により異なる。

16

表4

ステムデザイン情報の例
サイズ

ヘッド（ネック長）

外径 22 ㎜（-3、-2、0、+0.5、+1.5、+2、+2.7、+3、+3.5、+4、+5.7、+6、+7、+8、+11）
外径 26 ㎜（-5、-3.5、-3、0、+3、+3.5、+4、+5、+7、+8、+10.5、+12）
外径 28 ㎜（-5、-3.5、-3、0、+3、+3.5、+4、+5、+6、+7、+8、+10.5）
外径 32 ㎜（-3.5、0、+3.5、+7、+10.5）

セメントレスタイプ
ステム長

オフセット長ステム径

セメントタイプ

内側 100～160 ㎜
5 ㎜、10 ㎜間隔
外側 123、132、140、147、154、162、169、 内側 100～145 ㎜
5 ㎜、10 ㎜間隔
180 ㎜-3（38）-3.5（30、33、36、39）+0（25、28、30、31、33、36、39、40、42）+0（31、33、34、36、39、42）+3（42）+3.5（33、35、36、38、39、41、42、44、45）+3.5（27、30、33、36、39、42、45）+7（36、38、39、41、44、47）+6（44）+10.5（38、40、41、43、44、46、47、49、+7（30、33、35、36、38、41、44、47）50）+10.5（32、35、38、41、44、47、50）
29、33、35、39、41、45、46、51
29、33、35、39、41、45
近位径
遠位径

12～22 ㎜
6～17 ㎜

遠位径178～14 ㎜

５．ガイドラインの検討過程（１）第１回体内埋め込み型材料開発 WG 会議
昨年度の成果の概要を確認した後、ヨーロッパ及び US 薬局方の調査、デザイン調査、ISO及び ASTM 規格からの評価項目の抽出結果に基づき、人工股関節の力学的評価試験項目及び推奨事項に関しての議論が行われた。優れた製品がきちっと評価され、臨床的に使用されてゆくために、どのような開発側のガイドラインが必要となるのかを中心に論議が行われた。特に、新しい製品が開発し易くなる環境を整備することが重要であるとの意見が出された。
ポリエチレンライナーの酸化度及び結晶化度の取り扱いをどうするのか、議論が必要との意見が出された。クロスリンクの摩耗特性が優れるから厚さの薄いポリエチレンライナーにした際に、製品全体で見たときに悪い成績が出た経験もあるので、そのような製品が出ない
ような基準をまとめることは、臨床サイドから見ると重要となる。
１年間の臨床治験では、長期成績を予測するのは難しく、シミュレータのようなもので不具合等を見る基準があれば非常に有用となる。
医師の立場としては、粗悪な製品が出ないようにすべきとの側面、一方開発側の立場としては、ベンチャー企業でも参加できるような側面が必要となることへの配慮が重要となる、との意見があった。
十分に前臨床試験をされた高性能人工股関節が、1 年の短期臨床試験が必要になるのか議論する必要があり、市販後のフォローアップの充実がより重要となるのでは、との意見があった。
（２）第２回体内埋め込み型材料開発 WG 会議
前回の議事の概要を確認した後、高性能人工股関節の力学的評価試験項目及び推奨事項に関しての詳細な検討が行われた。ISO、ASTM 規格調査に基づき、社会的背景、開発ガイドラ
インの意義、開発ガイドラインの適応範囲、開発ガイドラインの対象分野、素材自身の評価、寸法等のデザイン情報、製品の性能評価に関して、事務局から提示したガイドライン案に基づいて論議が行われた。同等性の解釈、患者が自己責任で優れた製品を選択できる仕組みの必要性、短期臨床試験で評価できないような部分を前臨床試験で評価できるようなガイドラインが有用であること、サイズが異なる場合の取り扱い等について詳細な議論が行われた。
（３）第３回体内埋め込み型材料開発 WG 会議
高性能人工股関節を開発する際に必要となる工学的評価試験項目及び推奨事項に関して詳細な検討が行われた。前回までの議論に加え、今年度行った実証試験結果、文献調査、ヒアリ
ング調査、FDA 510k 調査結果を新たに加え、素材自身の評価、寸法等のデザイン情報、製品の性能評価試験等を中心に、事務局が提示した開発ガイドライン案に基づいて詳細な論議が行われた。特に、各部品の評価項目及び推奨事項、ステム等の強度評価及び耐久性評価、臨床での摩耗量とシミュレータでの摩耗量の関係、サイズが異なる場合の取り扱い、部品の交換可能な設計、部品交換に対する保障等について議論が行われ、平成 18 年度の成果として、
「高性能人

18

工股関節開発ガイドラインの考え方」をとりまとめた。
骨温存タイプである表面置換型人工股関節の工学的評価項目、新しいタイプである摺動部から生成する微細粒子の評価方法及び広範囲な臨床調査等に関しては、次年度への検討課題とした。最初に高性能人工股関節を中心に検討し、高性能人工膝関節、脊椎固定具等、他の関節へ適応可能にする必要性が議論され、また標準化に向けより良い内容にブラッシュアップする必要性に関して議論がなされた。

19

６．今後の課題
開発ガイドラインの適応範囲、対象分野、素材自身の評価、寸法等のデザイン情報、製品の性能評価に関して、実証試験及び調査結果、事務局が中心となり取りまとめてきた開発ガイド
ライン案に基づき詳細な論議が行われ、「高性能人工股関節開発ガイドラインの考え方」をとりまとめた。
しかし、骨温存タイプである表面置換型人工股関節の工学的評価項目、デザイン、新しいタイプである摺動部から生成する超微細粒子の評価方法及び広範囲な臨床調査等に関しては、
今後の検討課題とした。最初に高性能人工股関節を中心に検討したが、高性能人工膝関節等
他の関節へ適応可能にする議論を行い、また、標準化に向けたより良い内容にブラッシュア
ップすることが、今後の課題である。

20

７．参考文献

1. 関連 JIS(1)

JIS T 0301:2000

金属系インプラント材料の細胞適合性評価方法(2)

JIS T 0302:2000

金属系生体材料のアノード分極試験による耐食性の評価方法(3)

JIS T 0303:2000

人工関節用材料のピンオンディスク法による摩耗試験方法(4)

JIS T 0304:2002

金属系生体材料の溶出試験方法(5)

JIS T 0305:2002

擬似体液中での異種金属間接触腐食試験方法(6)

JIS T 0306:2002

金属系生体材料の不動態皮膜のＸ線光電子分光法(XPS)による状

態分析
(7)

JIS T 0993-1:2005 医療機器の生物学的評価－第１部：評価及び試験(8)

JIS T 7401-1:2002 外科インプラント用チタン材料-第 1 部：チタン(9)

JIS T 7401-2:2002 外科インプラント用チタン材料-第 2 部：Ti-6Al-4V 合金展伸材(10)

JIS T 7401-3:2002 外科インプラント用チタン材料-第 3 部：Ti-6Al-2Nb-1Ta

合金展

伸材
(11)

JIS T 7401-4:2002 外科インプラント用チタン材料-第 4 部：Ti-15Zr-4Nb-4Ta 合金展
伸材

(12)

JIS T 7401-5:2002 外科インプラント用チタン材料-第 5 部：Ti-6Al-7Nb 合金展伸材(13)

JIS T 7401-6:2002 外科インプラント用チタン材料-第 6 部：Ti-15Mo-5Zr-3Al 合金展
伸材

(14)

JIS T 7402-1:2005 外科インプラント用コバルト基合金-第 1 部：コバルト-クロムモリブデン合金鋳造材(15)

JIS T 7402-2:2005 外科インプラント用コバルト基合金-第 2 部：コバルト-クロムモリブデン合金展伸材(16)

JIS T 7402-3:2005 外科インプラント用コバルト基合金-第 3 部：コバルト-クロムタングステン-ニッケル合金展伸材(17)

JIS T 7402-4:2005 外科インプラント用コバルト基合金-第 4 部：コバルト-クロムニッケル-モリブデン-鉄合金展伸材(18)

JIS T 7403-1:2005 外科インプラント用鉄基合金-第１部：ステンレス鋼(19)

JIS T 7403-2:2005 外科インプラント用鉄基合金-第 2 部：高窒素ステンレス鋼(20)

JIS G 0577:2005

ステンレス鋼の孔食電位測定方法(21)

JIS R 1607:1995

ファインセラミックスの破壊靱性試験方法(22)

JIS Z 2241:1998

金属材料引張試験方法(23)

JIS Z 2244:2003

ビッカース硬さ試験-試験方法(24)

JIS K 7113 プラスチックの引張試験法(25)

JIS B 0405:1991

普通公差－第１部：個々に公差の表示がない長さ寸法及び角度

寸法に対する公差21

2. 関連 ISO 及び ASTM
(1)

ISO 5833

Implants for surgery -- Acrylic resin cements(2)

ISO 5834-1 Implants for surgery -- Ultra-high-molecular-weight polyethylene -Part 1: Powder form

(3)

ISO 5834-2 Implants for surgery -- Ultra-high-molecular-weight polyethylene -Part 2: Moulded forms(4)

ISO 5834-3 Implants for surgery -- Ultra-high-molecular-weight polyethylene -Part 3: Accelerated ageing methods(5)

ISO 5834-4 Implants for surgery -- Ultra-high-molecular-weight polyethylene -Part 4: Oxidation index measurement method(6)

ISO 5835

Implants for surgery -- Metal bone screws with hexagonal drive

connection, spherical under-surface of head, asymmetrical thread -- Dimensions(7)

ISO 5836

Implants for surgery -- Metal bone plates -- Holes corresponding toscrews with asymmetrical thread and spherical under-surface(8)

ISO 6474

Implants for surgery -- Ceramic materials based on high purity alumina(9)

ISO 6475

Implants for surgery -- Metal bone screws with asymmetrical thread

and spherical under-surface -- Mechanical requirements and test methods(10) ISO 7206-1 Implants for surgery -- Partial and total hip joint prostheses -- Part
1: Classification and designation of dimensions(11) ISO 7206-2 Implants for surgery -- Partial and total hip joint prostheses -- Part
2: Articulating surfaces made of metallic, ceramic and plastics materials(12) ISO 7206-4 Implants for surgery -- Partial and total hip joint prostheses -- Part
4: Determination of endurance properties of stemmed femoral components(13) ISO 7206-6 Implants for surgery -- Partial and total hip joint prostheses -- Part
6: Determination of endurance properties of head and neck region of stemmed
femoral components(14) ISO 7206-8 Implants for surgery -- Partial and total hip joint prostheses -- Part
8: Endurance performance of stemmed femoral components with application of
torsion(15) ISO 7206-10 Implants for surgery -- Partial and total hip joint prostheses -- Part
10: Determination of resistance to static load of modular femoral heads(16) ISO 9268

Implants for surgery -- Metal bone screws with conical under-surfaceof head -- Dimensions(17) ISO 9269

Implants for surgery -- Metal bone plates -- Holes and slots

corresponding to screws with conical under-surface(18) ISO 9585

Implants for surgery -- Determination of bending strength and22stiffness of bone plates(19) ISO 10993-1 Biological evaluation of medical devices -- Part 1: Evaluation andtesting(20) ISO 13356

Implants for surgery -- Ceramic materials based on yttria-stabilized

tetragonal zirconia (Y-TZP)(21) ISO 13779-1 Implantsforsurgery--

Hydroxyapatite

--

Part

1:

Ceramic

hydroxyapatite(22) ISO 13779-4 Implants for surgery -- Hydroxyapatite Part 4: Determination of
coating adhesion strength(23) ISO 14242-1 Implants for surgery -- Wear of total hip-joint prostheses -- Part
1:

Loadinganddisplacement

parametersforwear-testingmachinesandcorresponding environmental conditions for test(24) ISO 14242-2 Implants for surgery -- Wear of total hip-joint prostheses -- Part
2: Methods of measurement(25) ISO 15732

Fine ceramics (Advanced ceramics, advanced technical ceramics) --Test method for fracture toughness of monolithic ceramics at room temperatureby single edge precracked beam (SEPB) method(26) ISO 16428

Implants for surgery -- Test solutions and environmental conditions

for static and dynamic corrosion tests on implantable materials and medical
devices(27) ISO 16429

Implants for surgery -- Measurements of open-circuit potential toassess corrosion behavior of metallic implantable materials and medical devices
over extended time periods(28) ISO 18756

Fine ceramics (Advanced ceramics, advanced technical ceramics) --determination of fracture toughness of monolithic ceramics at room temperatureby the surface crack in flexure (SCF) method(29) ISO 21534

Non-active surgical implants -- Joint replacement implants --Particular requirements(30) ISO 21535

Non-active surgical implants -- Joint replacement implants --Specific requirements for hip-joint replacement implants(31) ISO 24370

Fine ceramics (Advanced ceramics, advanced technical ceramics) --Test method for fracture toughness of monolithic ceramics at room temperatureby chevron notched beam (CNB) method(32) ASTM F382-99

Standard specification and test method for metallic bone plates(33) ASTM F451-99a

Standard specification for acrylic bone cement(34) ASTM F543-02

Standard specification and test methods for metallic medical bonescrews23

(35) ASTM F603-00

Standard specification for high-purity dense aluminum oxide for

medical application(36) ASTM F648-04

Standard

specificationforultra-high-molecularweightpolyethylene powder and fabricated form for surgical implants(37) ASTM F748-04

Standard practice for selecting generic biological test methods

for materials and devices(38) ASTM F799-02

Standard specification for cobalt-28chromium-6molybdenum alloy

forgings for surgical implants (UNS R31537, R31538, R31539)(39) ASTM F981-04

Standard practice for assessment of compatibility of biomaterials

for surgical implants with respect to effect of materials on muscle and bone(40) ASTM F1044-05

Standard test method for shear testing of calcium phosphatecoatings and metallic coatings(41) ASTM F1088-04a Standard

SpecificationforBeta-Tricalcium

Phosphatefor

Surgical Implantation(42) ASTM F1147-05

Standard test method for tension testing of calcium phosphate andmetallic coatings(43) ASTM F1185-03

Standard specification for composition of hydroxylapatite forsurgical implants(44) ASTM F1264-03

Standard specification and test methods for intramedullaryfixation devices(45) ASTM F 1586-02 Standard specification for wrought nitrogen strengthened 21
chromium-10 nickel-3 manganese-2.5 molybdenum stainless steel alloy bar for
surgical implants (UNS S 31675)(46) ASTM F1609-03

Standard specification for calcium phosphate coatings for

implantable materials(47) ASTM F1612-95

Standard practice for cyclic fatigue testing of metallic stemmed

hip arthroplasty femoral components with torsion(48) ASTM F1714-96

Standard guide for gravimetric wear assessment of prosthetic

hip-designs in simulator devices(49) ASTM F1801-97

Standard practice for corrosion fatigue testing of metallic

implant materials(50) ASTM F1820-97

Standard test method for determining the axial disassembly force

of a modular acetabular device (reapproved 2003)(51) ASTM F1873-98

Standard specification for high-purity dense yttria tetragonal

zirconium oxide polycrystal (Y-TZP) for surgical implant applications(52) ASTM F1978-00

Standard test method for measuring abrasion resistance of

metallic thermal spray coatings by using the taber abraser

24

(53) ASTM F2003-02

Standard practice for accelerated aging of ultra-high molecularweight polyethylene after gamma irradiation in air(54) ASTM F2009-00

Standard test method for determining the axial disassembly forceof taper connections of modular prostheses(55) ASTM F2033-05

Standard specification for total hip joint prosthesis and hip

endoprosthesis bearing surfaces made of metallic, ceramic, and polymericmaterials(56) ASTM F2102-06

Standard guide for evaluating the extent of oxidation in

ultra-high-molecular-weight polyethylene fabricated forms intended for surgicalimplants(57) ASTM F2131-02

Standard test method for In vitro biological activity ofrecombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) using the w-20 mousestromal cell line(58) ASTM F2384-05

Standard specification for wrought zirconium-2.5niobium alloy

for surgical implant applications (UNS R 60901)

3. FDA 510k ガイダンス関連(1)

Class Ⅱ Special Controls Guidance Document: Hip Joint Metal/Polymer Constrained
Cemented or Uncemented Prosthesis; Guidance for Industry and FDA(2)Guidance Document for the Preparation of Premarket Notifications for Ceramic Ball
Hip Systems(3)

Guidance for Industry on the Testing of Metallic Plasma Sprayed Coatings on
Orthopedic Implants to Support Reconsideration of Postmarket Surveillance
Requirements(4)

Guidance Document for Testing Non-Articulating, “Mechanically Locked”, Modular
Implant Components(5)

Guidance Document for Testing Orthopedic Implants with Modified Metallic Surfaces
Apposing Bone or Bone Cement(6)

Class Ⅱ Special Controls Guidance Document: Polymethylmethacrylate (PMMA) Bone
Cement; Guidance for Industry and FDA(7)

Updated 510(k) Sterility Review Guidance K90-1; Guidance for Industry and FDA

25

26

参考資料

１．体内埋め込み型材料(生体親和性インプラント) 開発 WG 議事概要

1.1 第 1 回開発 WG 会議(1) 開催日時 ：平成 18 年 6 月 6 日 (火)(2) 配付資料
資料 1-1

平成 17 年度の検討内容のポイント(ガイドラインの内容及び案の進め方)

資料 1-2

次世代医療機器合同委員会の議事概要

資料 1-3

人工股関節の評価項目と推奨項目案

資料 1-4

今後の実施スケジュール(3) 議事概要
昨年度の成果の概要を確認した後、人工股関節の力学的評価試験項目及び推奨事項に関しての検討が行われた。優れた製品がきちっと評価され臨床的に使用されてゆくため、どのよ
うな開発側のガイドラインが必要となるのかを中心に論議が行われた。特に、新しい製品が開発し易くなる環境を整備することが重要であるとの意見があった。
ポリエチレンライナーの酸化度及び結晶化度の取扱いはどうするのか、少し議論が必要との意見がだされた。クロスリンクの摩耗特性が優れるから厚さの薄いポリエチレンライナーにした際に、製品全体で見たときに悪い成績が出た経験もあるので、そのような製品が出な
いような基準をまとめることは、臨床サイドから見ると重要となる。タンタル製メタルシェ
ルが出た場合に対応できるようにする必要があるとの意見があった。
1 年間の臨床治験では、長期成績を予測するのは難しく、シミュレータのようなもので不具合等を見る基準があればよいと思われる。デザインがよくて厚いものは問題とならないが、どのあたりから薄くなると不具合になるのか、何らかの試験で明らかにすることは重要との意見があった。
医師の立場としては粗悪な製品が出ないようにすべきとの側面と開発側の立場としては、ベンチャー企業でも参加できるような条件が必要となるとの両面があるとの意見があった。
そんな試験をするよりは、臨床試験が必要との指摘を受けない内容にすることも重要との意見があった。
十分に前臨床試験をされた人工股関節が、1 年の臨床試験が必要になるのか議論する必要があり、市販後のフォローアップの充実がより重要となるのではとの意見があった。

27

1.2 第 2 回開発 WG 会議(1) 開催日時 ：平成 18 年 10 月 24 日 (火)(2) 配付資料
資料 1-1

平成 18 年度第 1 回体内埋め込み型材料議事概要

資料 1-2

開発ガイドライン素案(3) 議事概要
前回の議事の概要を確認した後、高性能人工股関節の力学的評価試験項目及び推奨事項に関しての詳細な検討が行われた。ISO、ASTM 規格調査に基づき、社会的背景、開発ガイドラ
インの意義、開発ガイドラインの適応範囲、開発ガイドラインの対象分野、素材自身の評価、寸法等のデザイン情報、製品の性能評価に関して、事務局から提示したガイドライン案に基づき論議が行われた。同等性の解釈、患者が自己責任で優れた製品を選択できる仕組みの必要性、短期臨床試験で評価できないような部分を前臨床試験で評価できるようなガイドラインが有用であること、サイズが異なる場合の取り扱い等について詳細な議論が行われた。

1.3 第 3 回開発 WG 会議(1) 開催日時 ：平成 18 年 2 月 26 日 (月)(2) 配付資料
資料 1-1

平成 18 年度第 2 回体内埋め込み型材料議事概要

資料 1-2

開発ガイドライン素案

資料 1-3

報告書のための資料(3) 議事概要
前回までの議論に加え、今年度行った実証試験結果、文献調査、ヒアリング調査、FDA 510k
調査結果を新たに加え、素材自身の評価、寸法等のデザイン情報、製品の性能評価試験等を中心に、事務局が提示した開発ガイドライン素案に基づき詳細な論議が行われた。特に、各部品の評価項目及び推奨事項、ステム等の強度評価及び耐久性評価、臨床での摩耗量とシミュレー
タでの摩耗量の関係、サイズが異なる場合の取り扱い、部品の交換可能な設計、部品交換に対する保障等について議論が行われ、平成 18 年度の成果として、「高性能人工股関節開発ガイド
ラインの考え方」をとりまとめた。
骨温存タイプである表面置換型人工股関節の工学的評価項目、新しいタイプである摺動部

28から生成する微細粒子の評価方法及び広範囲な臨床調査等に関しては、次年度への検討課題とした。最初に高性能人工股関節を中心に検討し、高性能人工膝関節、脊椎固定具等、他の関節へ適応可能にする必要性が議論され、また、より良い内容にブラッシュアップする必要性に関して議論がなされた。

29

２．人工股関節関連論文抽出リスト(1)

Dowd JE, Sychterz CJ, Young AM, Engh CA:

Characterization of Long-Term

Femoral-Head-Penetration Rates: Association with and Prediction of Osteolysis.
J. Bone Joint Surg. Am., 2000 Aug ; 82-A(8): 1102-7(2)

Revell PA, al-Saffar N, Kobayashi A:
to joint prostheses.

(3)

Biological reaction to debris in relation

Proc Inst Mech Eng [H]. 1997; 211(2):187-97

Tipper JL, Ingham E, Hailey JL, Besong AA, Fisher J, Wroblewski BM, Stone MH:
Quantitative analysis of polyethylene wear debris, wear rate and head damage inretrieved Charnley hip prostheses.

(4)Goldsmith AA, Dowson D:
simulator.

(5)

J Mater Sci Mater Med. 2000 Feb; 11(2):117-24

Development of a ten-station, multi-axis hip joint

Proc Inst Mech Eng [H]. 1999; 213(4):311-6

Barbour PS, Stone MH, Fisher J:

A hip joint simulator study using simplified

loading and motion cycles generating physiological wear paths and rates.

Proc

Inst Mech Eng [H]. 1999; 213(6):455-67(6)

Schmalzried TP, Callaghan JJ:
replacements.

(7)

J. Bone Joint Surg. Am., 1999 Jan; 81: 115 - 136

Schmalzried TP, Dorey FJ, McKellop H:
wear in Vivo.

(8)

Current concepts review-wear in total hip and knee

The multifactorial nature of polyethylene

J. Bone Joint Surg. Am., 1998 Aug; 80(8): 1234 - 42

Burke WV, Orishimo KF, McAuley JP, Engh CA:

Midterm radiographic comparison of

cementless acetabular shells containing lateralized and nonlateralized liners.
J Arthroplasty. 2006 Dec; 21 (8):1099-104(9)Limit Wear - Not Options.

(10)

McCombe P, Williams SA:

J. Bone Joint Surg. Am., 2003 Aug; 85

A comparison of polyethylene wear rates between cemented

and cementless cups: A prospective, randomised trial.

J Bone Joint Surg Br. 2004

Apr; 86(3):344-9(11)

Wroblewski BM, Siney PD, Fleming PA:
young patient.

(12)

Wear of the cup in the Charnley LFA in the

J Bone Joint Surg Br.2004 May; 86 (4):498-503

Daley B, Doherty AT, Fairman B, Case CP:

Wear debris from hip or knee replacements

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5.

30

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6-1.

6-2.

6/6
2/26

6-3.

10/24

1

18
2006
4

5

6

7

8

2007
9

10

11

12

1

2

1

2

3

6/6

10/24

2/26

3

ISO ASTMUS
FDA 510K

2

42

10-1920-29(

1999 , 10

/

)

30-39
40-49
50-59

(

60-69
70-79

)

80-89
90-99
0.0

0.5

1.0

1.5

3

(

)
8

(a)

CHS DHS

6
4
2
0

98

2000

02

04 05

4

43

5

FDA
6%

(b)

(a)
4000

5%
CHS 1%
( )
2%
2%

11%

3000
2000

12%

1992-2003
36%

1000
0

4000

92

94

96

98

2000

25%

02

(c)

1000

(d)

800

3000

600

2000

400
1000
0

200
92

94

96

98

2000

0

02

92

94

96

98 2000

02
6

44

50

(a)

(

1200

)

1000

)

40

800

30
(

600

20

400

10

200

0

(%)

0.4

(b)

1996

1998

(c)

2000

2002

2000

2002

0

1996

1998

2000

2002

/

0.3
0.2
0.1
0

1996

1998

7

350
300

5%

250
200

12%

150
100

14%

50
0

3%

3%

1992

1994

1996

1998

2000

18%

5%

3%

5%
7%

6%

45%

1992-2001
1666

1%

5%

14%
32%

14%

990

52%
16%

219

20%
31%

175
89%
8

45

200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0

(1071

120

)

100

(511

)

98

2000

80
60
40
20
92

94

96

98

2000

0

02

92

94

96

02

3%
11%

9%
11%

15%

11%

36%

38%

37%

13%

24%

146

38

15%

55

29%

24%

24%
9

7
6

30

/ 22772

1994

1996

1992

2003

5
4
3
2
1
0

1998

2000

2002

10

46

(a)

(b)
3

1

3
17

33
(

)
110

18

16-18
14-16
12-14
10-12
8-10
6-8
4-6
2-4
0-2
0

186

(a)

10

20

30

40

/ 3427(b)
11

S.R.Thomas et al, J Bone Joint Surg[Br]2004;86-B:974-8 12

47

Co-Cr-Mo
PMMA

+

/

3

HA

Ti

HA

Ti-6Al-4V
Ti
Ti-Nidium
Co-Cr-Mo
1050MPa

13

Steinemann1448

Steinemann

15

(hcp)

-

[ Al O (Zr)

Ti(JIS T 7401-1)

(bcc)

]

(Mo Fe Nb Ta)

Ti-6Al-4V (JIS T 7401-2)
Ti-15Mo (ASTM F 2066)
Ti-6Al-2Nb-1Ta (JIS T 7401-3) Ti-12Mo-6Zr-3Fe (ASTM F 1813)
Ti-6Al-7Nb (JIS T 7401-5)
Ti-15Mo-5Zr-3Al (JIS T 7401-6)
Ti-13Zr-13Nb (ASTM F 1713)
Ti-15Zr-4Nb-4Ta (JIS T 7401-4)

Ti-15Zr-4Nb-4Ta

16

49

17

18

50

19

(

)

Bcc

20

51

F
F

21

20 MPa2252

Toe Off

w / KN

5
4

Heel Strike

3
2
1
0

0

0.2

0.4
0.6
Time t / s

0.8

1.0

23

Cup
holder

3.0

Internal/externalrotation
Lubricont
bath

2.5

w KN

Load

2.0
1.5
1.0
0.5
0

Flexion/extension
Head/stem
holder

deg

0

0.2

0.4

30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15

0.6

/

0.8

1.0

Flexion/extension
Intemal/external rotation

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

/

24

53

25

4
30
3KN

3

3KN

3KN

F

20

0.12

25

0.21

2
1
0.3
0

F
25

0.3KN

0.32

10

1.5KN
0.62

0

0.2

0.4

AD

0.5

0.3KN

0.6

0.8

3

0

1

-10

2

IR

0.2

0.4

0.6

-10
OR

1

OR
-18

-20

0.8
AB
-10

-4

0.62
E
0.5

AB
AD
E
F
IR
OR
26

54

27

mg
28

55

29

3

UTS / MPa

1600
1400
Co-Cr-Mo

1200
1000
Ti

800
600
400
200

300

400

500
Hv

600

30

56

The Journal OF Boner & Joint Surgery August 2003 Vol.85-A No. 8
Zimmer

0.2mm /

Orthopaedic Knowjedge : Update Hip and Knee Reconstruction 3
P338 American Academy of Orthopadic Surgeons57

ASTM STP 1471
Titanium,Niobium,Zirconium,and Tantalum for Medical and Surgical Applications
P80 Ti, Nb, AND Ta FOR MEDICAL/SURGICAL APPLICATIONS

58

ASTM STP 1471
Titanium,Niobium,Zirconium,and Tantalum for Medical and Surgical Applications
P140 Ti, Nb, Zr, AND Ta FOR MEDICAL/SURGICAL APPLICATIONS

59

WG

No
犬の骨形態に合せた人工股関節を置換する方法
24
(

16kg)

10

15mm

ウサギの大腿骨髄空に処理した試験片を埋植する方法
12
●

12

60

ウサギ頸骨に板状試験片を埋植する方法
S.Nishiguchi et al.,The effect of heat treatment on bonebonding ability of alkali-treated titanium, Biomaterials,
20(1999)491-500.

61

16
2.95
3.95

S.Nishiguchi, et al., Alkali-and heat-treated porous
titanium for orthopedic implant, Biomed. Mater. Res.
54(2001)198-208.
13 2(1995) 27.

4
(10

12kg)

6mm
15mm

62

Z,L,Lie: Bone-bonding behaviour under load
bearingconditions of an alumina ceramic implant(
incorporating beads coated with galass-ceramics containing
apatiteandwollastonaite,
Biomed.
Mater.
Res. 17kg)
29(1995)1081-1088.

12

10x10x6mm
5mm

T.Yamamuro
H.Takagi, Thebone-biomaterial interface, University Tront
Press,1991,p.406.

擬似体液中でアパタイトのでき方を調査し、骨との結合性を予測する方法ISO
PH:

mmol/l

.

Na

K

Ca2

Mg

Cl

HCO

HPO 2

SO4

142.0

5.0

2.5

1.5

147.8

4.2

1.0

0.5

63