人工髋关节假体材料马瑞
人工全髋关节置换的假体固定方式及摩擦界面的选择
人工全髋关节置换的假体固定方式及摩擦界面的选择闫新峰;张明【摘要】@@ 人工全髋关节置换术(THA)是治疗晚期股骨头坏死、晚期髋关节骨关节炎、髋臼发育不良并骨关节炎等引起的髋关节疼痛和功能障碍,以及强直性脊柱炎引起的髋关节强直等髋关节疾病的最有效的手术治疗方法.随着材料科学的发展、人工假体设计的变化和外科技术的提高,人工髋关节的耐磨性能、假体固定的牢固程度及术后的恢复速度有了极大提高.人工髋关节假体的多样化为手术的个体化创造了条件,同时也带来了如何更好地选择假体的间题.【期刊名称】《山东医药》【年(卷),期】2011(051)019【总页数】2页(P107-108)【作者】闫新峰;张明【作者单位】山东省千佛山医院,济南,250014;山东省千佛山医院,济南,250014【正文语种】中文人工全髋关节置换术(THA)是治疗晚期股骨头坏死、晚期髋关节骨关节炎、髋臼发育不良并骨关节炎等引起的髋关节疼痛和功能障碍，以及强直性脊柱炎引起的髋关节强直等髋关节疾病的最有效的手术治疗方法。
随着材料科学的发展、人工假体设计的变化和外科技术的提高，人工髋关节的耐磨性能、假体固定的牢固程度及术后的恢复速度有了极大提高。
人工髋关节假体的多样化为手术的个体化创造了条件，同时也带来了如何更好地选择假体的问题。
人工全髋关节一般由四个部件组成:髋臼杯、内衬、股骨头、股骨柄。
假体固定方式的选择是对髋臼杯和股骨柄如何与骨牢固固定而言的;摩擦界面(轴承面)的选择是对内衬和股骨头而言的。
1 假体固定方式的选择1.1 骨水泥固定和生物固定骨水泥固定是在安装时假体与骨床之间充填骨水泥，使骨水泥与骨面结合并形成骨水泥壳，将假体固定在水泥壳中。
非骨水泥生物学固定是假体与骨床直接接触，通过不同方式的结合达到固定目的。
两者的争论贯穿于人工关节的发展全过程，但是不可否认，骨水泥的应用和金属对聚乙烯界面的应用是 Charnley对人工髋关节置换划时代的两大贡献。
髋关节假体材料及界面选择
髋关节假体材料及界面选择河北医科大学第三医院作者：陈百成髋关节假体材料及界面选择经过近百年的发展，人工髋关节置换术已经成为治疗非感染性髋关节疾病终末期的最佳方法之一，具有能够缓解疼痛、改善关节功能、恢复关节的稳定和功能等优点，已经得到广大患者的认同，并迅速推广。
但随着初次置换数量的不断增加，每年因各种原因导致手术失败需要翻修的数量也在不断增加。
人工假体的磨损及松动问题促使关节外科医生对髋关节假体材料及界面的选择进行深入的研究。
一、髋关节假体材料的应用分析人工髋关节是受力复杂的负重关节，同时承受拉力、压力、扭转和界面剪切力以及反复疲劳、磨损的综合作用，每年要承受100 万~300 万次循环的体质量负荷并且由于其长期植入体内，要经受体液的腐蚀作用。
鉴于特殊的使用环境，假体材料要满足以下基本要求：1、生物相容性好。
即生物材料能被人体组织所接受、且对人体无毒、无排异反应等。
2、生物力学相容性好。
人工关节材料与骨骼的弹性模量、热膨胀性能及其强度应尽量一致，才能将应力通过人工关节材料-组织界面进行有效传递。
3、生物结合性能好、固定好：即要求人工关节与周围的骨组织结合良好、不发生相对移动和下沉等。
4、寿命长。
人工关节一般设计寿命为20~50 年。
超高分子量聚乙烯由于良好的生物相容性、低摩擦系数、费用低廉以及较好的抗磨损性能而成为制造人工关节假体的常用材料。
但聚乙烯假体的最大问题是材料磨损以及产生的磨损颗粒。
在关节活动过程中假体表面发生形变是聚乙烯假体磨损产生微米和亚微米颗粒的核心特征之一。
目前国内外学者就聚乙烯使用中的磨损问题进行大量的实验研究，对聚乙烯进行表面改性，主要利用辐射交联和离子注入等表面处理技术，改变聚乙烯的表面分子结构、物理和化学特性，达到提高抗磨损性能和生物力学相容性的目的。
Martell 等研究发现，体内常规聚乙烯线型磨损0.21mm/年，而高交联聚乙烯则仅为0.14 mm/年。
金属材料是制造人工关节假体的重要材料，主要有不锈钢、钴钼合金、钴铬钼合金、钛合金等。
人工髋关节假体材料-马瑞
1. 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
用途：用于骨水泥型假体的固定
2. 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）
优点：生物相容性好，质轻，强度较高
缺点：塑型变形，表面磨损率高
用途：关节内衬
问题：⑴ 灭菌方法会影响磨损性能
⑵ 磨损颗粒导致骨溶解
⑶ 硬度偏低，长期使用会产生精度偏差
3. 高交联UHMWPE
加强聚乙烯的抗磨损性能
③ 复 涂合层涂（层多表孔面金：属材复料合复HA合，涂金层属（喷H砂A+表T面iO复2/Z合rOH2A/T，i/生多物孔玻表璃面）+B，M结P）构复合
表面处理方法
① 等离子喷涂技术（应用最广泛，涂层不均匀，制备过程中HA产生裂纹， HA因高温分解）
② 电泳沉积（需对基体进行热处理） ③ 高温烧结 ④ 溶胶-凝胶 ⑤ 微弧氧化 ⑥ 快速仿生化学沉积
的皮质骨和松质骨之间，具有一定延展性
生物学固定
表面类型
① 巨孔型表面：早期，孔径1-2mm左右，孔隙率50%，有孔金属型，珊瑚面 型，珍珠面型
② 微孔型表面：最佳孔径150-400/700μm，孔隙率在30-60%，厚度0.8-2mm， 二维微孔表面（钴铬钼珠粒烧结，HA喷砂），三维微孔表面（离子喷涂， 化学沉积）
.
2
☞人工关节材料
1
金属类
2
高分子类
.
3
陶瓷类
3
金属材料
1. 不锈钢
优点：强度高（屈服强度860-1000MPa）
缺点：生物相容性差，疲劳强度低，耐磨损性能差
用途：已淘汰
2. 钴基合金
优点：在体内接近完全惰性，对裂痕内氯化物的侵蚀220 Gpa），应力遮挡效应高
优点：耐磨损，低摩擦，组织相容性好（组织对磨 损颗粒的反应轻）
人工髋关节材料
人工髋关节材料人工髋关节置换手术是治疗髋关节疾病的有效方法之一，而人工髋关节材料的选择对手术效果和患者术后生活质量起着至关重要的作用。
在人工髋关节置换手术中，选择合适的材料可以有效延长人工髋关节的使用寿命，减少术后并发症的发生率，提高患者的术后生活质量。
目前，人工髋关节材料主要包括髋臼、髋臼衬、髋杯、髋杯衬、髋柄和髋头等部分。
这些部分的材料选择直接影响着人工髋关节的质量和稳定性。
常见的人工髋关节材料包括金属、塑料和陶瓷等材料。
金属材料是人工髋关节材料的传统选择之一。
金属材料具有强度高、耐磨损等优点，但由于金属离子可能对人体组织产生毒性作用，导致患者出现金属离子过敏反应和异物反应，因此金属材料在人工髋关节置换手术中的应用受到了一定的限制。
塑料材料是人工髋关节材料中的另一种选择。
塑料材料具有重量轻、生物相容性好等优点，但塑料材料容易磨损，可能导致人工髋关节的使用寿命缩短，同时塑料颗粒的脱落也可能引起患者术后炎症反应。
陶瓷材料是近年来人工髋关节材料的新选择。
陶瓷材料具有硬度高、耐磨损、生物相容性好等优点，且陶瓷材料对人体组织的刺激性小，不易引起过敏反应，因此在人工髋关节置换手术中得到了越来越广泛的应用。
除了以上介绍的材料外，还有一些新型的复合材料也逐渐应用到人工髋关节材料中，以期望能够兼顾各种材料的优点，减少其缺点，提高人工髋关节的使用寿命和稳定性。
总的来说，人工髋关节材料的选择应根据患者的年龄、性别、骨质疏松程度、活动水平等因素进行综合考虑。
在选择人工髋关节材料时，应该根据患者的具体情况，选择合适的材料，以确保手术效果和患者术后生活质量。
同时，人工髋关节材料的研发和应用也需要不断地进行技术创新和临床实践，以满足患者对高质量人工髋关节的需求。
人工关节材料发展综述
人工关节材料发展综述1引言当前我国正处于人口老龄化时期，各种原因引起的骨性关节炎，股骨头坏死以及老年髓部骨折等关节疾患日益增多，严重影响了老年人的生活质量，产生了极大的经济和社会负担；同时由于疾病、事故、工伤、战争以及比赛对抗程度的明显增强等各种因素，均增加了意外伤害的概率导致大量的人体骨骼病变和损伤，造成许多人残疾而失去基本的生活能力，给病人、家庭及社会带来了极大的影响和沉重的负担[1-3]。
1963年英国曼彻斯特人John Charnley首先报道了全髋关节置换手术治疗类风湿性髋关节骨性关节炎。
他利用不锈钢制作股骨头，以聚四氟乙烯（PTFE）制作髋臼，用聚甲基丙烯酸甲酯（骨水泥）固定，形成Charnley型低摩擦全髋关节假体，奠定了现代人工关节置换技术的基础[1]。
自此以后，人工关节置换技术发展迅速，日益成为治疗关节伤痛、重建关节功能的重要手段。
人工关节置换术经过近百年的发展，目前已广泛开展，能有效地根除关节病痛，恢复关节功能以及提高患者生活质量，现已被认为是最成功的外科手术之一[4]。
人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体，以代替病变或损伤的关节病恢复其功能[4]。
人工关节包括髋、膝、肩、肘、腕、指间、跺等关节，其中以髋、膝关节置换为主。
人工关节置换是对因创伤或疾病造成破坏的关节应用人工关节材料替代病变部位而进行的修复，解除关节疼痛、畸形和功能障碍，重建一个功能接近人体正常的关节[12-13]。
目前，每年世界上大概有100万患者实施人工关节假体置换手术[20]。
据不完全统计全球每年仅全髋关节置换就达80万例，人工髋关节置换术是治疗髋关节疾病终末期病变最重要和最有效的手术之一，也是开展得非常广泛的一项技术，美国现有总人口中的0.83%接受过人工髋关节置换术[81]。
我国根据民政部门的报告，目前仅肢体不自由患者就达1500万人，其中残疾约780万人，全国骨缺损和骨损患者近300万人，且随着我国社会老龄化的到来，这一数字还有上升的趋势[2]。
陶瓷材料人造髋关节的探索
陶瓷材料人造髋关节的探索摘要：本文将总结最近在髋关节假体材料这一领域收集到的信息来开发一个理论上的声音髋关节假体探索，从而找到适合身体的最佳材料。
关键词：陶瓷材料髋关节探索“外科医生不听材料科学家”这是菲舍尔博士（德国杜伊斯堡-埃森大学）在最近的髋关节置换讨论会在皇家外科医学院得出的结论。
这是一个不应该发生但是实际存在的情况。
本文将讨论一些更精细的细节材料的选择，从材料科学家的角度来看，材料科学洞察髋关节假体材料的新品种，纳米复合氧化锆增韧氧化铝，将可以作为一个新的选择。
本文将总结最近在这一领域的研究和使用收集到的信息来开发一个理论上的声音髋关节假体探索，将通过理论测试，以评估材料的适用性，从而找到适合身体的最佳材料。
1 髋关节材料髋关节置换需要支持人们在日常生活中的力量，在1公里每小时的步行速度平均峰值的力量是病人的身体体重（BW）的约280％，在5公里每小时是1480％BW，而且步行的峰值力将总是高于在其他的运动模式的峰值，例如跑步，跳跃。
植入物也需要有良好的循环疲劳，平均1840万步每年的力量需要克服。
在较长的一段时间内体内的材料必须是稳定的，特别是在通常植入在年轻患者的髋关节表面的植入物。
的植入物必须生存恶劣的环境中的任意组合组成的水，水+水合离子，氨基酸，核酸，脂类，脂膜，肽，糖类，多糖类，泡囊，脂质体，蛋白质，ECT。
最后，该材料还必须同周围的骨组织有相似的刚度和抑制应力。
应力会导致骨吸收按照沃尔夫的法律。
正如你可以看到性能的材料必须符合所有这些标准，并不是一件容易的事。
目前的大部分材料是根据其要求取自航空航天业，然而最近的证据已经发现，许多这些材料实际上是有缺陷的。
本文将讨论的陶瓷材料将会根据以上的要求进行探索。
从前几代的氧化铝植入得出的教训是高脆性是一个病态通缉。
氧化铝和氧化锆的韧性和疲劳极限的差别是基于较高的韧性氧化锆相变增韧。
转型增韧是高强度的一个关键。
裂缝成因亚稳四方谷物转变成单斜相的裂纹尖端应力场。
2024年人工髋关节假体市场发展现状
2024年人工髋关节假体市场发展现状摘要人工髋关节假体市场是医疗器械市场中一个重要的领域。
本文对人工髋关节假体市场的发展现状进行了综述，主要包括市场规模、市场竞争、产品类型和技术创新等方面的内容。
1. 概述人工髋关节假体是医疗器械领域中用于治疗髋关节损伤或疾病的重要设备。
随着人口老龄化趋势的加剧，人工髋关节假体市场呈现出快速增长的态势。
2. 市场规模根据最新的市场研究报告显示，人工髋关节假体市场从2019年到2025年的年复合增长率预计将达到XX%。
市场规模预计将超过XX亿美元。
3. 市场竞争人工髋关节假体市场存在激烈的竞争。
目前，市场上主要的竞争者包括公司A、公司B和公司C等。
这些公司竞争力强，产品质量和服务能力得到了认可。
4. 产品类型人工髋关节假体市场的产品类型多样化，主要包括金属髋关节假体、陶瓷髋关节假体和聚合物髋关节假体等。
各种材料的假体在临床上都有广泛应用，满足了不同患者的需求。
5. 技术创新为了更好地满足患者需求，人工髋关节假体领域进行了持续的技术创新。
例如，基于3D打印技术的个性化髋关节假体设计成为了一个热门研究方向。
另外，新材料的应用和手术技术的改进也促进了人工髋关节假体市场的发展。
6. 市场热点和趋势针对人工髋关节假体市场的发展，人们对以下几个方面的趋势和热点特别关注：•个性化治疗的发展：随着医疗技术的进步，个性化的治疗方案将成为未来的发展趋势。
•生物材料的应用：生物材料在人工髋关节假体的研发中起着重要的作用，具有良好的生物相容性和生物可降解性。
•运动领域的需求：越来越多的运动爱好者需要人工髋关节假体来恢复运动功能，这将推动市场的快速增长。
结论人工髋关节假体市场在老龄化和医疗技术进步的推动下呈现出快速发展的态势。
未来，市场将继续面临竞争激烈和技术创新的挑战，但也将迎来更多机遇。
各企业应积极研发创新产品，提升市场竞争力，为患者提供更好的治疗效果和生活品质。
金属垫块和颗粒植骨对全髋关节翻修术中髋臼骨缺损的应用效果
金属垫块和颗粒植骨对全髋关节翻修术中髋臼骨缺损的应用效果全髋关节翻修术是治疗全髋关节疾病的重要手术方式之一，其成功与否直接关系到患者术后的生活质量。
而在全髋关节翻修术中，髋臼骨缺损是较为常见的问题，如何有效修复髋臼骨缺损成为了医生们关注的焦点。
金属垫块和颗粒植骨作为两种不同的修复材料，在此过程中的应用效果备受关注。
金属垫块，即Metallic acetabular reinforcement rings (MARRs)，是一种新型的金属修复材料，具有高度生物相容性、良好的机械性能和稳定的骨与金属结合性能。
而颗粒植骨则是通过自体骨颗粒或异体骨颗粒进行填充，促进骨细胞生长，最终实现髋臼骨缺损的修复。
两者在全髋关节翻修术中的应用效果对患者的术后康复和关节功能恢复具有重要意义。
金属垫块和颗粒植骨在全髋关节翻修术中的应用效果有何不同？本文将对其进行比较分析，旨在为临床医生在手术方案选择上提供科学依据。
金属垫块在全髋关节翻修术中的应用效果备受关注。
研究表明，金属垫块能够有效修复髋臼骨缺损，提高人工关节的稳定性和长期生存率。
其高度生物相容性和稳定的骨与金属结合性能，能够促进骨细胞生长并加速骨的愈合，有助于减少术后并发症的发生。
金属垫块还能够减少手术时间和减轻患者术后疼痛，提高手术的安全性和成功率。
不同的修复材料在全髋关节翻修术中的应用效果各有千秋，具体选择应根据患者的个体差异和术后康复需求进行综合考量。
在实际临床中，医生们应根据患者的术前情况和骨缺损的程度，结合自身的临床经验和专业知识，科学合理地选择修复材料，以取得更好的手术效果和患者的满意度。
金属垫块和颗粒植骨是目前全髋关节翻修术中常用的修复材料，其应用效果备受关注。
金属垫块具有高度生物相容性和稳定的骨与金属结合性能，有助于提高人工关节的稳定性和长期生存率；而颗粒植骨具有良好的生物相容性和生物活性，能够促进骨的再生和修复，提高术后人工关节的稳定性和功能。
鉴于两者各自的优势和特点，医生们在选择修复材料时应全面评估患者的术前情况和术后康复需求，科学合理地选择修复材料，以取得更好的手术效果和患者的满意度。
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直径降低，密度增大 第三代：BIOLOX forte （1994年至今），由微米级降为 纳米级 第四代：BIOLOX delta（2003年至今），氧化铝复合陶 瓷+纳米氧化锆+三氧化二铬+锶铝氧化铬+氧化钇），提 高断裂强度，抑制裂纹扩展 优点：耐磨损，低摩擦，组织相容性好（组织对磨
人工髋关节假体材料（一）
马瑞
西安交通大学第二附属医院 骨一科 西安交通大学关节外科中心
概述
人工髋关节置换术（THA）历经一个多世 纪的发展，已成为治疗关节疾病的标准 手术之一
人工关节的发展史也可看作是一部生物 材料和工程技术的发展史
人工关节不可能一劳永逸，THA失败的主 要原因：松动和脱位
缺点：不耐磨损
用途：假体的非关节部分
4. 钽
优点：具有类似骨小梁的弹性模量和骨整合性能
用途：假体涂层，假体非关节面
高分子材料
1. 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 用途：用于骨水泥型假体的固定 2. 超高分子量聚乙烯（UHMWPE） 优点：生物相容性好，质轻，强度较高 缺点：塑型变形，表面磨损率高 用途：关节内衬 问题：⑴ 灭菌方法会影响磨损性能
人工关节材料和设计的改进，目的为增 加假体的存活率和改善髋关节的功能
☞人工关节材料
良好的力 学相容性
良好的 生物相容性
长期 稳定性
（抗腐蚀） （耐磨损）
1
金属类
2
高分子类
3
陶瓷类
金属材料
1. 不锈钢
优点：强度高（屈服强度860-1000MPa）
缺点：生物相容性差，疲劳强度低，耐磨损性能差
用途：已淘汰
损颗粒的反应轻） 缺点：陶瓷碎裂，假体撞击 注意事项：禁忌混用不同品牌产品，植入前彻底清
洗假体接触面，禁止金属工具直接敲击
陶瓷 vs 金属
组合：陶瓷头+金属内衬 与金对金相比，磨损降低了近100倍 问题：金属内衬磨损较重，金属离子浓度增加
假体固定方式
骨水泥固定
• 年龄过大的骨质疏松症 • 骨缺陷者 • 骨生长功能障碍者 • 晚期癌症 • 营养不良
⑵ 磨损颗粒导致骨溶解 ⑶ 硬度偏低，长期使用会产生精度偏差 3. 高交联UHMWPE 加强聚乙烯的抗磨损性能 交联改性，离子注入改性，纤维填充改性 4. 硅胶 用途：小关节假体（手指）
陶瓷材料
种类：氧化铝，氧化锆，氧化铝基复合陶瓷 优点：高度的表面亲水性，极度惰性，生物形容性
好，磨损率极低 缺点：脆性高，弹性模量高，抗裂纹扩展能力差 用途：髋臼，股骨头，表面涂层
非骨水泥固定（生物型）
• 年轻活动量大的患者，<65岁 • 骨质量良好 • 部分翻修病例
生物学固定
目的
通过假体紧密压配达到早期稳定；通过假体表面处理，使骨长入 （ingrowth）和贴附（ongrowth）于假体，实现骨整合（osseointegration）， 实现远期生物学固定
表面材料
表面处理方法
① 等离子喷涂技术（应用最广泛，涂层不均匀，制备过程中HA产生裂纹， HA因高温分解）
② 电泳沉积（需对基体进行热处理） ③ 高温烧结 ④ 溶胶-凝胶 ⑤ 微弧氧化 ⑥ 快速仿生化学沉积
谢谢！
☞人工关节摩擦界面
金属 vs UHMWPE
目前临床应用最多、最 广的关节组合
优点：生物形容性好， 低摩擦，聚乙烯内衬可 做成各种特定形状，撞 击后果小
缺点：聚乙烯抗磨损性能差，老化和消毒后变性 改性：提高抗磨损和抗老化性能
Байду номын сангаас
金属 vs 金属
第一代： 钴铬合金制成的带头股骨柄+臼杯，失败率高，不良 的假体设计和粗糙的制作工艺导致
① 陶瓷材料：氧化铝，氧化锆，氧化铝/氧化锆，ZrO2/HA中间涂层 ② 羟基磷灰石（HA）：力学性能较弱，加入TiO2和/或ZrO2 ③ 钛和钛合金：
TiO2涂层（复合氧化，微弧氧化） 连通多孔钛涂层（高温烧结，碱热处理） ④ 钽：多孔钽（“金属骨小梁”），较高的机械强度，弹性模量介于一定 的皮质骨和松质骨之间，具有一定延展性
陶瓷头可为氧化铝或氧化锆
与金对金相比，陶对聚乙烯可减少磨损50%（线 性磨损量金对金>0.2mm/y，陶对聚乙烯0.1mm/y）
陶瓷 vs 陶瓷
种类：氧化铝，氧化锆，氧化铝基复合材料 生产厂家：德国赛琅泰克泰克（CeramTec） 第一代：BIOLOX氧化铝陶瓷关节（1974-1988），纯度
2. 钴基合金
优点：在体内接近完全惰性，对裂痕内氯化物的侵蚀有抵抗能力
缺点：稍有电腐蚀，弹性模量太高（220 Gpa），应力遮挡效应高
用途：股骨头材料
3. 钛及钛合金
钛
优点：抗腐蚀性能强，弹性模量低
缺点：不耐磨损，极限强度低
现状：已淘汰
钛合金 优点：抗腐蚀性能强，良好的生物相容性，更高的强度，更适当的弹性模量
第二代：碳增强的钴铬钼合金 优点：减少磨损 缺点： 2010 年 Depuy 公司主动召回旗下两款MOM 假体 ⑴ 骨溶解+潜在的毒性和致癌风险（虽然容积磨损率低，但磨 损颗粒较小，磨损颗粒总量反而较多） ⑵存在潜在的不稳定性（不能完全适合偏距内衬或高边内衬）
陶瓷 vs 聚乙烯
组合：陶瓷股骨头和 UHMWPE臼杯
生物学固定
表面类型
① 巨孔型表面：早期，孔径1-2mm左右，孔隙率50%，有孔金属型，珊瑚面 型，珍珠面型
② 微孔型表面：最佳孔径150-400/700μm，孔隙率在30-60%，厚度0.8-2mm， 二维微孔表面（钴铬钼珠粒烧结，HA喷砂），三维微孔表面（离子喷涂， 化学沉积）
③ 复合涂层表面：材料复合涂层（HA+TiO2/ZrO2/Ti/生物玻璃），结构复合 涂层（多孔金属复合HA，金属喷砂表面复合HA，多孔表面+BMP）