1、人工髋关节假体材料（一）人工髋关节假体材料（一）马瑞西安交通大学第二附属医院西安交通大学第二附属医院 骨一科骨一科西安交通大学关节外科中心西安交通大学关节外科中心概述概述l 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l 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l 人工关节不可能一劳永逸，THA失败的主要原因：松动和脱位l 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良好的力良好的力学相容性学相容性良好的良好的生物相容性生物相容性长期长期稳定性稳定性（抗腐蚀）（抗腐蚀）（耐磨损）（耐磨损）人工关节材料 金属类金属类高分子
2、类高分子类陶瓷类陶瓷类金属材料金属材料1.1. 不锈钢不锈钢优点：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2.2. 钴基合金钴基合金优点：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3.3. 钛及钛合金钛及钛合金钛钛 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4.4. 钽钽优点：具有类似骨小梁的弹性模量和骨
3、整合性能用途：假体涂层，假体非关节面高分子材料高分子材料1.1. 聚甲基丙烯酸甲酯（聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）用途：用于骨水泥型假体的固定2.2. 超高分子量聚乙烯（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3.3. 高交联高交联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4.4. 硅胶硅胶用途：小关节假体（手指）陶瓷材料陶瓷材料l 种类：氧化铝，氧化锆，氧化铝基复合陶瓷l 优点：高度的表面亲水性，极度惰性，生物形容性
4、好，磨损率极低l 缺点：脆性高，弹性模量高，抗裂纹扩展能力差l 用途：髋臼，股骨头，表面涂层人工关节摩擦界面金属金属 vs UHMWPEl 目前临床应用最多、最广的关节组合l 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l 缺点：聚乙烯抗磨损性能差，老化和消毒后变性l 改性：提高抗磨损和抗老化性能金属金属 vs 金属金属l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l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 骨溶解+潜在的毒性和致癌风险（虽然容积磨损率低，但磨
5、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）陶瓷陶瓷 vs 聚乙烯聚乙烯l 组合：陶瓷股骨头和UHMWPE臼杯l 陶瓷头可为氧化铝或氧化锆l 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）陶瓷陶瓷 vs 陶瓷陶瓷l种类：氧化铝，氧化锆，氧化铝基复合材料l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氧化铝陶瓷关节（1988-1994），晶体直径降低，密度增大第三代：BIOLOX for
6、te （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l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）l缺点：陶瓷碎裂，假体撞击l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陶瓷 vs 金属金属l 组合：陶瓷头+金属内衬l 与金对金相比，磨损降低了近100倍l 问题：金属内衬磨损较重，金属离子浓度增加骨水泥固定骨水泥固定 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 营养不良非骨水泥固定（生物型）非骨
7、水泥固定（生物型） 年轻活动量大的患者，65岁 骨质量良好 部分翻修病例假体固定方式假体固定方式生物学固定生物学固定p 目的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p 表面材料表面材料 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
8、的皮质骨和松质骨之间，具有一定延展性生物学固定生物学固定p 表面类型表面类型 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150-400/700m，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）p 表面处理方法表面处理方法 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！谢谢！
