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,第一页，共十七页。,概述,人工髋关节置换术THA历经一个多世纪的开展，已成为治疗关节疾病的标准手术之一人工关节的开展史也可看作是一部生物材料和工程技术的开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,第二页，共十七页。,人工关节材料,第三页，共十七页。,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
2、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：假体的非关节局部钽优点：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,第四页，共十七页。,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，外表磨损率高用途：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，
3、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，离子注入改性，纤维填充改性硅胶用途：小关节假体手指,第五页，共十七页。,陶瓷材料,种类：氧化铝，氧化锆，氧化铝基复合陶瓷优点：高度的外表亲水性，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，外表涂层,第六页，共十七页。,人工关节摩擦界面,第七页，共十七页。,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,第八页，共十七页。,
4、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：减少磨损 缺点：2022 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,第九页，共十七页。,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,第十页，共十七页。,陶瓷 vs 陶瓷,种类：氧化铝，氧化锆
5、，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氧化铝陶瓷关节1988-1994，晶体直径降低，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 delta2003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响轻缺点：陶瓷碎裂，假体撞击本卷须知：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,第十一页，共十
6、七页。,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,第十二页，共十七页。,假体固定方式,第十三页，共十七页。,生物学固定,目的通过假体紧密压配到达早期稳定；通过假体外表处理，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外表材料陶瓷材料：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，参加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
7、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,第十四页，共十七页。,生物学固定,外表类型巨孔型外表：早期，孔径1-2mm左右，孔隙率50%，有孔金属型，珊瑚面型，珍珠面型微孔型外表：最佳答案孔径150-400/700m，孔隙率在30-60%，厚度0.8-2mm，二维微孔外表钴铬钼珠粒烧结，HA喷砂，三维微孔外表离子喷涂，化学沉积复合涂层外表：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，金属喷砂外表复合HA，多孔外表+BMP外表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,第十五页，共十七页。,谢谢！,第十六页，共十七页。,内容总结,人工髋关节假体材料一。人工髋关节置换术THA历经一个多世纪的开展，已成为治疗关节疾病的标准手术之一。人工关节的开展史也可看作是一部生物材料和工程技术的开展史。优点：强度高屈服强度860-1000MPa。用途：假体涂层，假体非关节面。存在潜在的不稳定性不能完全适合偏距内衬或高边内衬。本卷须知：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。与金对金相比，磨损降低了近100倍,第十七页，共十七页。,