生物医用材料之骨水泥
骨水泥无机成分
骨水泥无机成分
骨水泥是一种用于骨折修复和关节置换手术的生物医学材料，主要由无机成分和有机成分组成。
无机成分是骨水泥的主要构成部分，通常包括以下几种成分：
一、氢氧化钙（Ca(OH)2）：氢氧化钙是骨水泥中的主要成分之一，它在水泥混合物中发挥着固化作用，帮助形成坚固的骨结合物。
二、三氧化二铝（Al2O3）：三氧化二铝在骨水泥中用作助熔剂，有助于降低水泥的熔点，促使水泥在患处更好地固化。
三、二氧化硅（SiO2）：二氧化硅是骨水泥中的另一种重要成分，它与氢氧化钙反应形成硅酸钙，有助于骨水泥的硬化和强化。
四、二氧化钛（TiO2）：二氧化钛通常用作骨水泥的填充材料，有助于增强骨水泥的力学性能。
五、钙磷酸盐：钙磷酸盐是一类骨水泥中常见的矿物组成部分，与骨组织相似，有助于促进骨水泥与骨组织的结合。
这些无机成分在骨水泥中的比例和配方可以根据具体的应用和制造商的配方而有所不同。
有机成分通常是水泥中的一小部分，主要是为了提高骨水泥的可加工性和适应性。
总体而言，骨水泥的无机成分起到了强化、硬化和骨结合的作用。
骨水泥及应用技术
骨水泥及应用技术骨水泥是一种专门用于骨科手术中的生物医用材料，也称为骨固定材料。
它通常由粉末和液体混合而成，其中粉末由钙磷化合物制成，液体是一种双组份单体。
混合后，骨水泥可以迅速固化和硬化，具有优异的生物相容性和可塑性。
骨水泥不仅用于骨折固定，还可以填充骨缺损、修复骨肿瘤等。
骨水泥的主要组成是钙磷化合物，最常用的一种是氢氧化三钙（HAP）和磷酸三钙（TCP）。
这两种化合物是与骨骼组织相似的结构，可以在体内迅速与周围骨组织结合，形成牢固的生物活性附着面。
此外，骨水泥中的液体成分通常是甲基丙烯酸酯和二氧化硅等单体，这些单体可以与钙磷化合物发生化学反应，产生强大的粘接力和耐久性。
骨水泥的应用技术主要有两种：手术外置法和内置法。
手术外置法是将患者的骨折或骨缺损区域暴露出来，然后将骨水泥直接涂抹在骨表面，用力压实，使其与骨组织牢固结合。
这种技术适用于一些较小的骨折和骨缺损修复。
然而，由于骨水泥的密度较高，刺激骨髓腔，患者可能会感到一定的疼痛和不适。
内置法是将骨水泥注射到骨髓腔中，通过外科手术或穿刺注射的方式进行。
内置法具有操作简便、创伤小、恢复快的优点，可以在较短的时间内恢复患者的骨骼功能。
这种技术适用于骨折的治疗和骨肿瘤的修复。
在骨肿瘤修复中，骨水泥可以填充肿瘤空腔，固定受损的骨骼，并有效减轻疼痛。
总的来说，骨水泥具有以下优点：首先，它具有良好的生物相容性，能够与周围的骨组织紧密结合，减少了植入物被人体排斥的风险；其次，骨水泥固化速度快，可以迅速修复骨折和骨缺损，缩短了患者的康复时间；此外，骨水泥还可以填充肿瘤空腔，减轻疼痛，提高患者的生活质量。
然而，骨水泥也存在一些缺点：首先，骨水泥的刚性较大，缺乏弹性，可能导致植入处的骨骼负荷失衡，增加了骨折附近骨折的风险；其次，骨水泥的耐久性较差，容易发生龟裂和脱落，需定期进行检查和修复。
在使用骨水泥时，医生需要根据患者的具体情况和手术需要，选择合适的骨水泥材料和应用技术。
骨水泥及应用技术
04 骨水泥的优点与局限性
骨水泥的优点
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高粘合性
骨水泥与骨骼之间具有极高的 粘合性，能够提供良好的固定
效果。
快速固化
骨水泥在混合后能够在短时间 内迅速固化，缩短手术时间。
良好的生物相容性
骨水泥与人体骨骼组织相容性 好，不易引发排异反应。
强度高
骨水泥的强度高，能够承受较 大的负重。
骨水泥的局限性
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骨水泥在混合后呈现粘稠的糊状 ，可以注入骨骼或关节腔内，起 到固定、填充或垫高的作用。
骨水泥的组成
骨水泥主要由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）粉末和液态甲基丙烯酸甲酯单体组成。
PMMA粉末由聚合物微球和交联剂组成，交联剂使聚合物微球相互连接，形成网状 结构。
液态甲基丙烯酸甲酯单体是低粘度有机单体，与PMMA粉末混合后发生聚合反应， 形成坚硬的固体。
牙周病治疗
在牙周病治疗中，骨水泥可用于 牙槽骨重建，改善牙齿稳固度。
其他领域
整形外科
在面部整形和修复手术中，骨水泥可 用于填充和固定，如鼻梁、下颌等部 位的整形。
耳鼻喉科
在耳、鼻、喉等部位的手术中，骨水 泥可用于修复骨骼结构和固定植入物 。
03 骨水泥的制备与使用方法
骨水泥的制备
骨水泥的组成
骨水泥由聚甲基丙烯酸甲 酯（PMMA）粉剂和甲基 丙烯酸甲酯（MMA）液体 组成。
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人工关节置换
骨水泥常用于固定人工关 节，如髋关节和膝关节置 换，提高关节稳定性和使 用寿命。
脊柱外科
在脊柱外科手术中，骨水 泥可用于固定椎体，治疗 骨质疏松性压缩骨折和椎 体肿瘤等。
骨水泥总结
骨水泥技术任中义骨水泥及其应用技术骨水泥是一种用于填充骨与植入物间隙或骨腔并具有自凝特性的生物材料。
化学名称是聚甲基丙烯酸甲酯(ｐｏlymｅtｈylmethａｃrｙlatｅPMＭA),也称丙烯酸骨水泥。
自从1958年Ｃharney首次应用骨水泥固定股骨假体成功施行全髋关节置换以来,骨水泥己广泛应用于骨科临床,骨水泥固定可保证术后假体的即时稳定,在骨组织-骨水泥-假体界面上无任何微动，允许术后早期负重,疗效肯定。
第一代骨水泥技术假体松动率为２9％-4０%，除了假体设计方面的因素之外,主要是存在于假体和骨质两个界面之间的PMMＡ微粒（直径≥1００ｕm）引起的假体周围骨溶解和骨水泥界面的老化、破裂,最终导致假体的远期无菌性松动,即所谓“骨水泥病”。
采用改进后的第二代骨水泥技术假体松动率为3%(术后3年)，第三代骨水泥技术假体松动率为3%（术后20年)。
非骨水泥固定或称生物固定解决了一些由骨水泥带来的问题,但术后10年的远期随访发现与骨水泥固定相似，同样存在假体周围的骨溶解和松动现象，因此认为,骨水泥身并不是人工关节置换术的薄弱环节,而使用方法不当才是真正的薄弱环节。
本文对骨水泥的发展历史、骨水泥的特点、骨水泥技术、抗生素骨水泥等与临床应用的相关问题作一复习。
PMMＡ于1927年由Hiｌl和Crawｆoｌd发明,19３7年在医学上首先用于口腔科。
1９53年由Habouｓh首先用于髋关节双杯置换术,195８年经过Ｃharnｌey系统的临床与实验研究被骨科医生广泛接受。
一、组成成份常用的五种品牌骨水泥成份比较见文末附表。
骨水泥包括两部分灭菌包装。
第一部分是PMMＡ颗粒粉剂(直径10-1５0um)，含有10%不透Ｘ线的硫酸钡（BaSO4)或氧化锆(ZrＯ2）、1％二甲基甲苯胺（DMPT)引发剂和微量过氧化苯酰(ＢＰ）抑制剂。
第二部分是甲基丙烯酸甲酯单体的液体,含有3％DMPT和减少单体自发聚合的微量BP。
二、理化性质按照骨水泥单体与粉剂混合后的流动性的流动性、渗透性的高低及聚合后每一时相所占时间的不同,可将骨水泥分为高粘性和低粘性两类。
骨水泥的使用方法
骨水泥的使用方法骨水泥，又称为骨胶粉，是一种用于骨折修复和骨固定的医用材料。
它的主要成分是氢氧化钙和氢氧化钠，能够迅速凝固和固化，提供稳定的支撑力，促进骨骼的愈合。
下面将详细介绍骨水泥的使用方法。
1. 骨水泥的准备要准备好所需的骨水泥材料。
骨水泥一般以粉末形式出售，需要将其与一定量的生理盐水或生理盐水溶液相混合，形成糊状物质。
在混合过程中，需要注意控制好水泥的粘稠度，以便于后续的使用。
2. 骨水泥的应用在骨水泥的应用过程中，需要进行以下步骤：2.1 手术准备在使用骨水泥之前，需要先进行手术准备工作。
这包括对患者进行必要的消毒和麻醉，确保手术区域干净无菌。
2.2 手术切口根据具体的骨折情况，医生会在患者的骨折部位进行手术切口。
切口应该足够大，以便于将骨水泥注入到骨折间隙中。
2.3 骨折复位在切口准备好后，医生会将骨折的两端复位，使它们恢复到正确的位置。
这是为了保证骨折处的稳定性和骨骼的正常生长。
2.4 骨水泥的注入接下来，医生会将事先准备好的骨水泥注入到骨折间隙中。
在注入过程中，医生需要注意骨水泥的均匀分布和充实，以确保其能够提供足够的支撑力。
2.5 骨水泥的固化一旦骨水泥注入完毕，它会迅速凝固和固化。
这个过程一般只需要几分钟时间。
在固化完成后，骨水泥会形成一个牢固的结构，为骨折处提供稳定的支撑。
3. 手术后的注意事项在完成骨水泥的使用后，还需要注意以下事项：3.1 休息和恢复患者需要在手术后进行适当的休息和恢复，以便于骨骼能够正常愈合。
医生会根据具体情况给出相应的康复指导。
3.2 骨折处的保护在手术后的一段时间内，患者需要避免对骨折处进行过度的活动或压力，以免影响骨骼的愈合效果。
3.3 定期复诊患者需要按照医生的指示进行定期复诊，以便于医生对骨折的恢复情况进行及时的监测和评估。
总结：骨水泥是一种用于骨折修复和骨固定的医用材料，使用方法相对简单。
在使用过程中，需要进行骨折复位、骨水泥的注入和固化等步骤。
骨水泥及应用技术课件
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混合与搅拌
将骨水泥的粉末和液体部分按 照比例混合，使用搅拌器搅拌 均匀，直至无颗粒状物质。
填充与塑形
将搅拌好的骨水泥填充到需要 固定的部位，并根据需要进行
塑形。
固化与固定
骨水泥在人体内会逐渐固化， 形成稳定的固定结构。
注意事项
使用骨水泥时应避免接触水、 血液等物质，以免影响固化效
果。
的压力。
骨水泥的局限性
易脆
骨水泥的脆性较大，容易在受到外力时发生 断裂。
可能引起过敏反应
极少数人可能对骨水泥中的某些成分产生过 敏反应。
难以塑形
骨水泥的塑形性较差，难以适应复杂的骨骼 形状。
不适合所有骨折类型
骨水泥并不适用于所有骨折类型，如粉碎性 骨折等。
如何克服局限性
配合使用其他固定材料
在骨水泥的基础上，可以配合使用钢 丝、钢板等其他固定材料，提高骨折 固定的稳定性和适应性。
骨水泥的强度和韧性等性能还 有待进一步提高，以满足更复 杂、更高要求的手术需求。
骨水泥与生物活性物质的结合 将是未来的一个重要研究方向 ，以提高植入物的生物相容性 和长期稳定性。
06
CATALOGUE
案例分析
成功案例一：骨水泥在骨科手术中的应用
总结词
骨水泥在骨科手术中应用广泛，成功案例多，效果显著。
详细描述
骨水泥在骨科手术中主要用于固定人工关节和骨折复位，其 良好的粘附性和抗压性能够提供稳定的支撑和固定效果，促 进骨骼愈合。通过合理的手术操作和骨水泥选择，可以有效 地提高手术成功率，减少并发症。
成功案例二：骨水泥在牙科手术中的应用
总结词
骨水泥在牙科手术中应用广泛，能够提高牙齿修复的稳定性和效果。
骨水泥——撑起患者的脊梁
骨水泥——撑起患者的脊梁作者：韩明宝来源：《现代养生（上半月版）》 2021年第5期韩明宝关节是人体运动的枢纽，由于创伤或病变，可能“报废”，对于存在压缩性脊柱骨折的患者而言，此时已经产生有脊柱的骨髓结果改变，通过骨水泥的方法是常用手术治疗方案，骨水泥是经皮穿刺椎体强化用的材料，是往脊椎里灌“骨粘固剂”，不到10分钟，“骨水泥”就凝固了，手术过程也较短，专门用于骨科外科手术。
一、骨水泥的产生与发展以往在临床中选择骨填充、修复材料时，一般采用生物活性陶瓷，但这些是经过高温烧结后的块状、颗粒状，在可塑性方面具有局限性，无法依据患者骨缺损部位任意塑性型，对异形骨空穴也无法完全充填，所以，目前急需一种新的生物医用材料解决这一棘手难题。
而骨水泥在此时引起了人们的关注，在生物骨水泥的发展中，逐渐形成了PMMA骨水泥和磷酸钙骨水泥。
PMMA骨水泥是传统中由粉剂和液剂形成的室温自凝粘接剂，但由于是生物惰性材料，在与患者的骨组织结合及凝固聚合功效方面不足，因而限制了其临床应用。
而磷酸钙骨水泥的生物相容性较好，在生理条件下可以自固化，方便医生做外形的修整。
二、骨水泥对患者在骨折中有什么用？对于不需要手术复位及难以通过手术方法治疗的患者而言，骨水泥可通过注射器直接注射在骨缺损部位，有效避免了手术切开风险，其中骨水泥固体粉末主要是由磷酸钙盐组成，骨水泥水化反应前期是由原料表面溶解控制，具有较快的反应速度，后期由扩散控制，反应减速，而为了提高固化体的强度，固化液的改良也为选择提供了很大空间，同时以无机物作为固体填料，有机物作为基体，从而增加了骨水泥的抗压力学强度，及可注射性能的提高。
由于人们生活方式的改变，大部分人的工作生涯中都会在常年伏案中度过，因此常年被颈椎、腰椎等疾病困扰，在无数个夜晚，辗转难眠，寝食难安。
许多患者为了治疗脊椎问题，前后奔赴多家医院，尝试了按摩、针灸、理疗等中西医结合的数种治疗方案，但始终治疗无果。
骨水泥
0,6
Palacos® Palacos® with Gentamicin
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Swedish Hip Register, 1996
组成与特性
组成与特性
“Revision rate of femoral components fixed with low viscous bone cement are 2.5 times higher compared with
组成与特性
机械学特性
不同的聚合体对骨水泥的机械学特性的影响
骨水泥
粉末
Palacos R CMW 1 Surgical Simplex
MMA/MA异聚体 MMMA同聚体 MMA/Styrene异聚体
静态拉伸疲劳 抗拉强度
应变
(Mpa)
2.1%
50
1.4%
36
1.2%
34
抗压强度 (Mpa)
93
107
定
历史
z 1959年 John Charnley开始利用 骨水泥对股骨假体和髋臼进行固定
z 1969年 抗生素骨水泥开始应用于临床 z ~1980 非骨水泥假体发展 z ~1990 骨水泥技术的发展
骨水泥全髋置换的成功依赖 骨水泥 骨水泥技术 手术技术
作用机制
什么是骨水泥？ 骨水泥是一种用来固定人工关节，具有自凝性
MMA/BMA异聚体 MMA/Styrene异聚体
品牌 CMW1 CMW3 Palacos R Palmed Osteopal Bone cement R Sulfix/Duracem Boneloc Biolos1 Surgical Simplex Ro CMW Endurance
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一、磷酸钙骨水泥组成与材料性能
+ 1、由固相和液相两部分组成 + 自固化磷酸钙骨水泥通过固相与液相接触，
反应生成羟基磷灰石 + 2、（1）可塑性强 + （2）自行固化性能 + （3）生物相容性 + （4）良好的降解性能
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二、磷酸钙骨水泥的生物学性能
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+ 谢谢您的观看
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+ ·安全性————无毒，无致癌，与有机体 亲和性好植入后不引起异物反应
+ ·成骨效应————通过骨传导作用成骨 + ·降解性能————通过体液溶解或被代谢
系统排除体外后，最终是缺损部位完全被 新生骨组织正。
骨水泥的应用
+ 骨科：在骨骼缺损填充方面有较广泛应用 + 例：羟基磷灰石/胶原类骨仿生复合材料—
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骨材料的简介
骨水泥—作为人工合成替代材料中的重要 组成部分，在硬组织缺损修复和固定移植 体过程中有着不可低估的地位。 市售骨水泥基本成分为甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）但由于缺点较多，正在被更高效 的材料取代 1986年，被发现并广泛应用于医学中的骨 水泥主要为自固化磷酸钙骨水泥（CPC）。
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生物医用材料简介
+ 生物医用材料(Biomedical Materials)是用来 对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其 病损组织、器官或增进其功能的材料。
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骨水泥简史
+ 1928：骨水泥用于医疗-口腔科齿托 + 1946：骨水泥应用于人工关节领域—人工
—增加强度与韧性 + 口腔科：主要应用与根管填充，盖髓，人
工牙种植等等，对骨量不足的补充
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发展前景
+ 骨水泥的发展前景是巨大的： + 随着生物技术飞速发展，骨水泥作为一种
新型的医用材料在为广大病患者带来方便 的同时，也在改变着医学面对残疾的传统 观念，相信在不久的将来，它将为人类带 来更多的福音
股骨头 + 1951：骨水泥应用于人工关节领域—固定
全髋关节 + 1958：现代人工关节开端
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骨材料的简介
+ 谈到骨材料，先介绍下骨的化学成分 + 骨—是由坚硬的矿物质（羟基磷灰石结晶）
和骨胶的有机质结合而成的 + 羟基磷灰石（HAP）具有良好的生物相容性，
骨传导和骨诱导性，因此被广泛应用于人 工骨的制造