人工髋关节发展

• 假体与骨组织之间形成坚硬、无微动的界 面，也是利于骨组织长入空隙的重要条件。 只有将微动范围尽量控制在不超过150um， 才能形成一个牢固坚实的骨界面。如果超 过，纤维软组织将长入孔隙中。
• 假体表面与皮质骨之间的物理距离超过 50um，使得成骨细胞和成骨因子无法越过 更宽的距离形成牢固的骨界面。
1.1生物医学金属材料
金属材料在髋关节置换中占有重要的地位， 目前髋关节置换临床应用最多的仍然是金属 关节头和超高分子量聚乙烯髋臼的组合
金属全髋材料缺点
• 金属的弹性模量（100~200GPa）与人体骨骼（ 1~30GPa）相差甚远，导致应力遮挡效应，从而 引起假肢的疏松； • 由于金属是生物惰性材料，植入人体后始终作为 宿主的一体存在，容易变形和松动： • 金属在人体内的富氧环境中能在其表面形成 2~5nm厚的氧化层，其在摩擦作用下容易脱落， 在脱落部位金属假体释放金属离子和颗粒，一方 面增大了磨损率，另一方面释放的金属离子具有 潜在的毒性，这些缺点严重影响了金属型人工髋 关节的长期应用效果
五、髋关节稳定性和活动度
• 影响关节活动和稳定性的其他假体设计因 素还包括使用增高的防脱位衬垫。术者可 以选择使用后方防脱位衬垫以增加后方稳 定性。尽管这种衬垫能够有效的增加后方 稳定性，但在髋关节外展时，会产生假体 撞击，减少关节的基本弧线范围。因此通 过采用这种衬垫增加后方稳定性的方法也 来之不易。
2、生物陶瓷
定义：医用生物陶瓷材料化学性质稳定， 生物相容性良好。生物陶瓷主要包括两类 ：分别为惰性生物陶瓷（如氧化铝、医用 碳素材料等）和生物活性陶瓷（如羟基磷 灰石和生物活性玻璃等）。
• 生物陶瓷根据生物活性分为： • ①生物惰性陶瓷（氧化铝、氧化锆）：稳定 性高、机械强度好 • ②生物活性陶瓷（羟基磷灰石、磷酸三钙） ：骨传导特点、活骨整合的性能
2.2氧化锆陶瓷
• 氧化锆陶瓷：氧化锆陶瓷的密度、韧性和强度都 高于氧化铝陶瓷，降低了陶瓷假体破裂的风险， 而且可以制成22 mm 的股骨头。氧化锆陶瓷在 1985 年首次制成股骨头假体在临床使用。然而 ，纯氧化锆是不稳定的，它有3种晶体状态：单 晶体、四角形、立方体。状态的变化导致其稳定 性差并容易破裂，必须添加稳定剂（常用氧化钇 ）使之保持在四角形状态才能使其稳定性得到维 持，并获得最佳的机械特性。
• 压配技术是指股骨或髋臼打磨的尺寸较最 终植入的假体型号小1到2mm。该技术依靠 环向应力获得坚强固定，常不需额外固定。
非骨水泥髋臼假体
• 在各种非骨水泥型髋臼假体中，背面微孔 涂层的臼杯临床效果最好wenku.baidu.com而背面光滑的 臼杯效果欠佳。
• 不过全涂层的假体柄的确能够获得更大范 围的坚强固定。近端涂层的柄只能在股骨 近端区域获得固定，这时应力的传导更加 符合生理方式，主要通过近端传导，避免 此处发生应力遮挡和骨缺失。
1938 年 Smith Petersen 发现牙科医生 使用的钴铬钼合金材料生物惰性较强，在人体 内生物相容性较好，将其做成钟状开口的金属 杯，全股骨头在杯内活动做了1000例，长期疗 效不佳，金属杯与股骨头摩擦增加，股骨头坏 死疼痛。
1941年 美国Moore和F.R.Thompson分别设 置了长直柄人工股骨头和长弯柄股骨头假体。 后来成了 Muller ， Harris 全髋股骨头假体的原 形 。
手术适应证逐步扩大

髋关节解剖、病理和生物力学研究不断深入 人工髋关节的材料选用和假体设计日趋合理 手术技术和术前、术后的处理也逐步完善

年龄60～75岁的最合适年龄范围已经放宽
年轻患者髋关节病变，人工关节置换并非首选!
手术适应证逐步扩大
其它 结核等感染
类风湿性关节炎
髋部肿瘤
先髋
高龄粗隆间骨折 >80 股骨头坏死 老年股骨颈骨折 >65 骨关节炎
短柄假体用于股骨弯曲畸形较重或远端髓腔狭窄的病人
直柄假体适用于各种类型的病人，股骨解剖异常也可使用
弯柄型和解剖曲柄型假体增强解剖正常股骨抗扭转稳定性
但在股骨解剖有异常的病人，假体置入困难
骨水泥型假体用于老年骨质疏松或类风湿性关节炎的病人
保留股骨颈的短柄，假体植入要求高，有利翻修保留骨组织
• 金属与骨组织的界面具有重新塑形的潜能， 这点不同于骨水泥与骨组织界面。
• 如果骨组织在生长嵌入金属表面时出现裂 缝和破坏，骨组织能够重新塑形并重建一 个坚硬的界面。 • 因此理论上，非骨水泥型假体可获得较骨 水泥型假体更牢固和长时间的固定。
• 非骨水泥型假体的固定技术有两种： • 号对号固定技术 • 压配固定技术
骨水泥的副作用
• 心血管系统反应：单体吸收和周围血管扩 张，引起反射性心动过缓。 • 单体引起过敏反应。 • 骨水泥填塞过程中由于压力的原因造成脂 肪、空气等进入血循环造成栓塞。
• 骨水泥对周围神经、血管等组织造成机械 压迫或热损失。
骨水泥固定
• 手术时仔细准备骨水泥柄小心植入，是取 得临床长期成功的关键。
假体材料依然在不断发展中:生物 相溶性高、生物力学相容性好、生 物结合性能好固定度好、寿命长是 未来的发展方向
四、生物型 OR 骨水泥型
骨水泥型假体的特点
1.临床应用时间较长，临床效果确切，有大量 成功的病例。 2.操作技术已经非常成熟。 3.对手术操作要求相对较低。 4.病人康复时间相对短。
1891年 Gluck在德国用象牙股骨头与髋臼 首次进行了全髋关节置换术用镀镍螺钉固定假体 ，他还使用了骨胶作为粘合剂来固定假体，这也 为骨水泥型全髋关节置换应用技术起到了启蒙作 用。 1923年 Smith Petersen设计了玻璃杯关节 成形术，被认为是髋关节置换术的鼻祖 ， 以后用了许多不同材料做的杯效果均不佳。
人工髋关节有多种类型的设 计及多种材料，但一般来说都 有两部分组成，高光滑度的金 属股骨头假体和由耐磨材料组 成髋臼假体
人体髋关节假体材料的种类
• 1、生物医学金属材料 • 2、生物陶瓷 • 3、复合材料
1、生物医学金属材料
定义：具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床 使用主要的承力植入材料。
• 目前认为，股骨柄假体周围骨水泥的厚度 最好控制在2mm以上，而在股骨近端的内 侧区域可以比2mm稍厚些。 • 骨水泥厚度小于2mm容易出现断裂。
骨水泥固定
• 提高骨水泥固定成功率的技术细节还包括 避免股骨柄假体内翻位植入髓腔，防止骨 水泥环出现间隙。 • 内翻位植入假体柄会导致股骨近端内侧和 远端外侧的骨水泥厚度变薄，这两个区域 的骨水泥承受很高的应力，早期易于在此 处发生骨水泥破裂和固定失败。
• 近端全周涂层柄可以允许在近端股骨柄整 个周圈的部分都形成骨长入，有效封闭了 股骨干髓腔与有效关节间隙的通道。全周 涂层的假体柄在术后松动、大腿痛和骨溶 解等方面比半周涂层柄的表现要好得多。
• 假体柄的硬度也明显影响应力遮挡。通常 假体柄的机械硬度越高在负重时应力遮挡 的应力也越多。
长柄假体用于翻修术远端假体周围骨折的病人
手术分类
人工髋关节
人工半髋关 节
表面髋
人工全髋 关节
保留股骨颈的非骨水泥型股骨柄假体(LINK)
髋关节表面置换术
对局部骨质完整性要求较高，不能矫正畸形
术后假体松动、骨质吸收发生率高，易翻修
三、人工髋关节的材料
由于假体长期置入体内，材料应具有： • 良好的生物相容性， • 无毒副作用， • 耐体液的化学腐蚀和电化学腐蚀， • 弹性模量接近于人的皮质骨。
非骨水泥固定
• 非骨水泥型假体包括：表面微孔和喷砂处理两 种。
• 微孔涂层一词指的是通过加工处理在金属表面 产生很多不同深度的微小孔隙，以便于骨长入 其中。 • 喷砂一词指的是使用微小粒子轰撞假体表面， 产生无数压痕，骨组织可以长入其上。这些压 痕类似于假体表面凹凸不平的山峰和山谷，可 以使骨组织长入到其表面的峰谷之上。
人工髋关节发展
人工髋关节发展简史
人工关节置换 术从早期的探索阶 段至今较成熟发展 阶 段 已 有 100 余 年 历史。
1822年 英国人Anthony.White医生施股骨 大粗隆下5cm截骨术，以改善髋关节功能，缓解 疼痛，12个月后形成假关节。 1840年 美国JM.Carnochan首先进行了下颌 关节成形术，橡木片（非生物材料）置入，这 一手术应该说是人工假体置换术的开端 。
髋关节假体的力线
• 髋关节假体在患者股骨和髋臼内的方位和角度 是影响稳定性的关键因素。
• 髋臼假体安装的前倾角过小增大了后脱位的风 险，而角度过大又可增加前脱位的风险。 • 手术入路方式也影响理想的假体安装角度。采 用后入路时，髋臼前倾角可以轻度增大以减少 后脱位的可能。研究表明对于后入路的病例， 获得最佳稳定性的前倾角度大约在15°~20°。
非骨水泥型假体特点
1.采用生物固定，避免了骨水泥使用带来的副 作用。 2.对可能面临的翻修手术可以有更多的选择。 3.对手术医生的操作要求相对较高。 4.常见的并发症有大腿疼痛。
选择的因素
• • • • • 年龄 骨质生长潜能 对生活质量的要求 对康复的配合程度 术者对不同类型假体的理解和操作技能
2.3羟基磷灰石
• 于20世纪70年代首次成功用于临床。羟基磷灰石 是构成骨和牙的主要无机质，具有优越的生物相 容性，喷涂假体和骨床容易获得更坚强的结合强 度；假体近端的可拆卸领托有效阻止了可能存在 的聚乙烯颗粒迁移。喷涂钛质解剖柄股骨假体能 提供均匀的应力分布，有效减低应力遮挡，有利 于假体获得确切的股长入固定。
• 非骨水泥型柄周圈的涂层范围也影响临床效果， 这种柄分为全周涂层设计和半周涂层设计，这 种设计上的区别与有效关节间隙及骨溶解密切 相关。 • 半周涂层设计的假体柄不能在近端股骨柄全周 都形成骨长入，在此处留有一处通道，聚乙烯 碎屑可以通过此通道进入股骨干，增加了有效 关节间隙。当使用非全周涂层的假体柄时，聚 乙烯碎屑会导致股骨干区域出现临床上明显的 骨溶解。
2.1生物陶瓷的优点
• 陶瓷材料的离子结构可以吸引带极性的液 体，使之均匀地覆盖在陶瓷的表面，有利 于形成流体薄膜润滑效果；并且陶瓷材料 硬度高、磨损率低、磨损颗粒小；它还可 以在潮湿的条件下正常工作，克服了金属 假体在体内潮湿环境下容易释放金属离子 的问题。
2.1氧化铝陶瓷
• 目前常用的高纯度氧化铝是氧化铝粉末在1 600~1800 ℃的高温下烧结而成。20世纪90 年代后采用的新制造工艺减少了杂质，提 高了材料的致密性。其具有化学惰性及良 好的抗腐蚀能力。但氧化铝陶瓷韧性较金 属低，氧化铝陶瓷制成的股骨头直径必须 大于或等于28 mm。近10 年来氧化铝陶瓷 制成的人工髋关节在临床上取得了令人并 非满意的结果。
• 号对号固定技术是指：髋臼或股骨柄打磨扩大 的型号与所安装的假体型号完全一致。使用这 一技术固定髋臼时，常需要额外的固定措施如 使用螺钉固定，以获得骨与假体间牢固坚硬的 结合界面。 • 文献报道使用髋臼螺钉固定存在很多缺点：螺 钉产生的钉道减少了髋臼表面骨长入的面积， 同时骨道还成为容纳磨损碎屑的场所，增大了 骨溶解的范围。如果出现退钉，则会直接接触 聚乙烯的非关节面，导致磨损发生。
90年代 出现了混合型固定的全髋关节置换 术，1994年美国发展与共识会议正式提出，骨 水泥型假体柄和非骨水泥臼。 最近几年，骨水泥型和生物型假体交替成 为研究热点
二、人工髋关节置换（THR）概述
近30年骨科发展最快的领域之一 疗效肯定，10年成功率超过90% 技术方法、材料学快速发展 手术适应证日益扩大，置换人数不断增多 晚期并发症导致翻修手术增加
1950年 Moore在美国设计了自锁式钴 铬钼合金的股骨头假体。 1962年 Charnley的低摩擦关节问世后 ，各类型人工关节相继出现，但临床效果都 不如Charnley髋关节置换术。Charnley假体 具有低摩擦稳定较少发生松动等优点。
1966年Charnley首先使用了空气层流 净化手术间，个人空气隔离系统，预防 性抗生素，使术后感染率大大降低。由 于 Charnley 对人工关节作出的重大贡献 ，被公认为现代人工关节之父