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1、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 金属材料 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 220Gpa 应力
2、遮挡效应高用途 股骨头材料钛及钛合金钛优点 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 更适当的弹性模量缺点 不耐磨损用途 假体的非关节部分钽优点 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 聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 用途 用于骨水泥型假体的固定超高分子量聚乙烯 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 灭菌方法会影响磨损性能 磨损颗粒导致骨溶解 硬度偏低 长期使用会产生精度偏差高交联UHMWPE加强聚乙烯的抗磨损性能交联改性 离子
3、注入改性 纤维填充改性硅胶用途 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 人工关节摩擦界面 金属vsUHMWPE 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 2020 5 7 9 可编辑 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第二代 碳增强的钴铬钼合金优点
4、 减少磨损缺点 2010年Depuy公司主动召回旗下两款MOM假体 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 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 纯度低 晶体颗粒大 密度低 脆性大第二代 BIOLOX氧化铝陶瓷
5、关节 1988 1994 晶体直径降低 密度增大第三代 BIOLOXforte 1994年至今 由微米级降为纳米级第四代 BIOLOXdelta 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 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
6、 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陶瓷材料 氧化铝 氧化锆 氧化铝 氧化锆 ZrO2 HA中间涂层羟基磷灰石 HA 力学性能较弱 加入TiO2和 或ZrO2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 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 生物学固定 表面类型巨孔型表面 早期 孔径1 2mm左右 孔隙率50 有孔金属型 珊瑚面型 珍珠面型微孔型表面 最佳孔径150 400 700 m 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 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 表面处理方法等离子喷涂技术 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 电泳沉积 需对基体进行热处理 高温烧结溶胶 凝胶微弧氧化快速仿生化学沉积 谢谢 2020 5 7 18 可编辑
