惰性生物陶瓷在人工髋关节的应用

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1、专题(骨科)ThematicForum(Orthopaedics)技术惰性生物陶瓷在人工髋关节的应用刘庆张洪北京积水潭医院矫形骨科(北京100035)内容提要：磨损和骨溶解的问题一直影响着人工髋关节置换手术的远期效果。使用惰性生物陶瓷作为界面材料在一定程度上解决了这些问题。本文介绍了陶瓷人工髋关节的发展历史，使用现状和有待今后解决的问题。关键词：陶瓷人工关节髋关节ApplicationofInertCeramicinHipArthroplastyLIUQingZHANGHongBeijingJiShuiTanHospatal(Beij

2、ing100035)文章编号：1006-6586(2007)02-0005-05中图分类号：R687文献标识码：A前言关节假体中的应用情况。人工髋关节置换手术是目前取得极大临床成功的1971年，法国的Boutin等医生最早报告了使用外科手术之一。这种手术最早开始于欧洲，1923年陶瓷材料(AlO)制造人工髋关节部件。开始时，人们23Smith–Petersen医生使用玻璃材料置换病变的髋关节软用陶瓷制成的股骨头假体配伍金属制成的髋臼杯假体，骨，随后他又改用钴铬钼活合金(Vitallium)假体。上世这种尝试很快由于过高的陶瓷碎裂率而中

3、止了。1961纪70年代以后，现代人工髋关节置换术开始在世界范年，英国医生Charnley成功地运用摩擦学原理，设围内得到广泛应用并取得巨大成功。目前，全球每年进计了金属和聚乙烯材料配对组成的低摩擦关节，并采行的人工髋关节置换手术约数10万例。我国大约在上用骨水泥对人工关节柄和髋臼进行固定。随着临床取世纪90年代以后才规模开展人工关节的工作。但随着得成功，这种假体也逐渐成为当时人工髋关节材料配经济和社会的进步，这种手术在我国的普及程度呈明显伍的金标准。这种假体的特点是使用丙烯酸骨水泥将的增势。回顾人工髋关节的发展史我们不难发现，人工假

4、体固定在骨床上，髋臼假体使用高分子聚乙烯材料，关节技术的进步是临床医学，材料学，生物力学等诸多股骨假体使用钴铬钼合金材料制成。但经过长时间的学科共同发展的结果。无论是医生或假体制造工程师从随访，临床发现的问题包括：来没有间断过对人工髋关节假体材料和界面材料的探(1)聚乙烯材料磨损破坏导致假体的机械学失败索和改进。本文将回顾惰性生物陶瓷在这一领域的应用(2)高分子聚乙烯磨损颗粒激活巨嗜细胞，释放炎性介历史、现状并展望陶瓷人工髋关节未来的发展方向。质导致骨溶解(Osteolysis)和假体松动。(3)髋关节翻修手术往往面临严重的骨缺损(可

5、由骨溶1惰性生物陶瓷人工髋关节概述解引起)陶瓷是经高温处理工艺制成的无机非金属材料。于是人们针对髋关节的生物力学环境进行了很多生物陶瓷可以大致分为惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷。种假体材料的探索。比如使用硬关节界面材料，设计前者是指陶瓷在生物体内与组织几乎不发生反应或反了金属对金属和陶瓷对陶瓷人工髋关节；通过提高交应很小，例如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷等；联度改进高分子聚乙烯材料学性能等等。目前陶瓷髋后者在生理环境下与组织界面发生作用，形成化学键关节假体被多数医生认可，广泛使用于临床。结合，诱导骨性结合，如羟基磷灰石等陶瓷及生物活

6、摩擦学的研究结果显示人工髋关节关节的磨损机性玻璃等等。本文将主要介绍惰性生物陶瓷在人工髋制主要有4种：a.粘附磨损是指在两个界面发生作用收稿日期：2007-01-23作者简介：张洪，教授，主任医师，矫形骨科副主任；刘庆，住院医师.《中国医疗器械信息》2006年第13卷第2期Vol.13No.2专题(骨科)技术ThematicForum(Orthopaedics)力时材料间发生结合，表面材料发生了损失，当界面间的间隙越大时，这种磨损越少；b.研磨指接触面间发生的机械性剐蹭和微小切割，通常是指相对高硬度的材料对低硬度材料进行研磨；c.而

7、疲劳磨损则特指局部应力和频次超过材料疲劳强度后引起的材料崩解；d.第三体磨损，即正常界面间插入另一种微粒，如骨屑，图2手术中的崩瓷现象图3碎裂的陶瓷内衬(chipping)金属屑进入关节面引起的磨损。润滑对于减少磨损至关重要。这要求关节表面覆骨的固定会发生松动。盖完整的液膜，理论上亲水性越好的材料，润滑性能(2)陶瓷材料脆性较高，存在术中“崩瓷现象(chipping)”越好。我们可以引入比值λ(λ=液膜厚度/界面粗(图2)和术后陶瓷部件碎裂(图3)的风险。糙度)来评价关节的润滑性能。λ比值<1时，边界(3)陶瓷假体对假体安放位置敏感，

8、不耐受撞击，手术润滑(boundarylubrication)起主要作用，随着λ比值难度相对增加。介于1~3之间时，关节面为混合润滑模式，当λ比(4)具有“裂纹生长”现象。值>3时，则主要起作用的是液膜润滑模式(Flui