人工髋关节置换的最新进展

人工髋关节置换的最新进展广州医学院第一附属医院骨科白波人工髋关节置换术（total hip arthroplasty,THA）应用于临床已一个多世纪，是治疗髋关节疾病的标准手术之一，能够很好地缓解疼痛，改善关节功能，恢复关节稳定和肢体功能等，得到学界和患者的广泛认同。

但由于自身材料和技术问题，术后也会出现松动、脱位等并发症，因此THA一直是研究热点，新材料、新技术不断涌现，不断推动人工关节的发展。

现就其最新进展作一综述。

1、假体材料的改进用来制作人工股骨柄假体是种类繁多的各种合金，主要有不锈钢、钛基合金和钴基合金等。

20世纪70年代以来，钛合金有了很大发展，钛合金质轻、抗张强度、屈服强度和疲劳强度高，生物相容性好，是目前作为假体柄最广泛使用的材料。

但仍存在种植体与骨弹性模量之间的不匹配, 使得载荷不能由种植体很好地传递到相邻骨组织,出现“应力屏蔽”现象,从而导致种植体周围出现骨吸收,最终引起种植体松动、断裂或假体周围骨折。

因此,开发研究生物相容性更好、弹性模量更低的新型医用β钛合金,成为生物医学金属材料研究的重点。

人工股骨头的材料有不锈钢、钛合金、钴铬钼、陶瓷等，髋臼假体的材料有金属、超高分子聚乙烯、陶瓷、碳素材料等，这两者构成了人工关节的承重面。

如何减少承重面的磨损和磨损颗粒导致的骨溶解是承重面设计的最重要考量因素。

金属股骨头-超高分子量聚乙烯（UHMWPE）髋臼是目前应用最广泛的假体组合。

然而，UHMWPE 仍然是各种组合式髋关节假体的最薄弱环节, 一方面磨损率高，磨损碎屑的迁移与巨噬细胞反应会引起骨溶解, 从而导致置换失败；另一方面UHMWPE 的硬度偏低, 抗蠕变性能差, 长期使用会使人工关节产生精度偏差, 影响人工关节的装配性。

研究人员开发了多种表面改性方法改善UHMWPE 的性能，如离子注入改性可以诱发UHMWPE 表面交联, 促使其发生剧烈的结构变化, 从而提高聚合物的表面硬度和弹性模量, 改善抗磨损性能和生物力学性能。

第二代高交联UHMWPE，采用了诸多新技术，如连续多循环辐射退火可有效维持最佳结晶粒度和机械特性，加入抗氧化剂维生素E能在材料氧化水平改善磨损特性。

在全髋关节置换中高交联UHMWPE的磨损远远低于超高分子聚乙烯，与金对金假体的耐磨水平接近[1]。

与传统的金属对聚乙烯人工假体相比，新一代金属对金属假体具有更好的耐磨损性能，线性磨损率与容积磨损率较前者低100倍。

同时，金对金大股骨头全髋假体的头/颈直径之比增加，使颈与臼发生撞击前的活动范围增加，从而使得术后关节稳定性及活动度更好。

虽然金对金假体获得了良好的临床效果，但仍然存在问题，如金属离子浓度的增高导致的Ⅳ型超敏反应、免疫介导反应、软组织假性肿瘤以及金属肾毒性等。

现在人们致力于金属材料的表面改性，不改变金属基体的性能而只提高其表面或表面层的耐磨性、生物相容性及其它性能，进一步减少金属离子的产生。

常用的处理方法有热喷涂法、离子注入法、离子镀、离子溅射法、电化学法、激光熔敷法、化学气相沉积法等[2]。

陶瓷对陶瓷界面的人工髋关节使用的材料主要为氧化铝和氧化锆。

氧化铝陶瓷具有化学惰性及良好的抗腐蚀能力，但韧性较低，易碎裂。

第三代陶瓷使用近十年来研制出的氧化锆，主要优点是韧性比三氧化二铝好，可进一步降低陶瓷材料碎裂的发生率。

近年研究出的新型氧化铝基复合陶瓷为第四代，其材料密度、强度、韧性均较氧化铝和氧化锆更大，生物相容性及耐磨损性等性能也更优异，这样就使陶瓷在设计加工上更加灵活，可以使用更大的陶瓷头和更薄的陶瓷内衬以增加髋关节的稳定性。

然而，由于陶瓷脆性较大，有一定的碎裂率，弹性模量高、骨匹配性差，可能导致骨损伤，故目前陶瓷材料的改性主要从降低其原料的晶粒大小、提高密度等方面着手，使材料既保持硬度又降低脆性。

陶瓷对金属界面指陶瓷股骨头对金属内衬组合。

这种组合的优点是利用陶瓷头高度抛光的表面，减少配伍侧金属内衬的磨损；金属内衬的使用避免了陶瓷内衬的碎裂，而且由于金属内衬可以做的更薄，所以陶瓷股骨头的直径更大，提高了人工髋关节的稳定性，降低了术后脱位率，并使关节活动度和金属对金属的活动度相同。

目前陶瓷对金属人工髋关节在临床已有应用，但长期效果尚待实践证明。

2、髋关节表面置换髋关节表面置换术（hip resurfacing arthroplasty,HRA）现今已成为关节外科领域中最受关注的技术之一，主要用于年轻、活动量大、预期寿命长、功能要求高的患者，能够保留更多骨质，维持关节正常的生物力学和应力分布方式，增强关节稳定性，并使术后关节活动度更接近正常水平，也使以后的翻修手术更简单易行[3]。

现代HRA一般以高含碳量的钴铬合金为承重面，不仅厚度薄、强度大、耐磨损、而且拥有自身修复能力。

存在的问题主要是人体暴露于高浓度的金属离子中以及金属植入物相关的问题。

陶瓷界面和高交联聚氯乙烯的发明可能使其成为将来的一种选择，其主要优点是耐磨损，易润滑，并且可获得更低的翻修率和骨溶解率[4]。

一种新的硅化合物陶瓷材料已经处于试验阶段，初期的试验证实其拥有良好的机械力学特性和更低的磨损率，可能在不久的将来得到广泛应用[5]。

HRA术后可能出现活动度减小及假体撞击现象，包括股骨颈与金属臼杯的撞击和股骨颈和髋臼前方骨骼的撞击。

由于表面置换最大限度地保留了健康的股骨颈，所以股骨假体的精确匹配成为解决此类问题的关键。

已有学者通过术前三维重建建立髋关节表面置换的可视化数字模型，获得立体形态的髋关节及内置物位置结构，直观显示并精确测量髋关节表面置换假体的大小、倾角、稳定性以及磋磨股骨头形态，对手术规划具有重要价值[6]。

患者的选择和医生的手术技术也是手术成功与否的关键。

目前认为HRA的最佳适应证为年龄＜65岁、伴有髋关节骨性关节炎但髋臼及股骨侧解剖结构均正常、活动量大且积极要求手术的男性患者。

女性患者要求更年轻（＜55岁），因为女性绝经期后骨质疏松发生率高，置换术后发生股骨颈骨折的可能性更大[7]。

与此同时，不能忽视对医生手术技术的训练，手术者必须经过严格培训，规范使用操作技术，建立标准化、统一化的医生培养模式。

3、微创全髋关节置换将微创的概念引入髋关节置换中，目的是减少关节周围的软组织损伤，缩短置换后康复时间，因此一直是骨科医师和患者共同关注的热点问题。

目前的手术入路有前侧、外侧、前外侧、后外侧等，其中较为经典的有Bergerde 双切口入路及Roettinge的OCM入路。

无论何种入路，小切口的技术都需要医生丰富的经验和经过改进的特殊手术器械以获得可接受的结果。

微创技术并不一定适合所有患者，选择合适患者十分关键，因为患者的体型和畸形的程度将对手术难易有巨大影响。

微创技术并不适用于肥胖或肌肉发达的患者，也不适用于复杂的初次或翻修全髋关节置换术。

微创手术的术野与传统手术完全不同，手术医生必须具有丰富的解剖知识和熟练的常规手术技术，助手配合良好，进行微创手术必须经过正规培训，学习曲线较长[8]。

当然，微创手术早已经过了单纯追求小切口、手术时间短的认知，而是强调对软组织的保护，减少术后疼痛，加快康复进程。

随着微创理念的进步，微创置换更是突破了软组织微创的局限，逐步认识到对骨组织的微创和全身性的微创。

目前，关于微创置换和传统置换手术的比较尚缺乏系统的循证医学证据，其远期疗效需要进一步的研究，但微创是以后外科手术发展的趋势，这一点毋庸置疑。

4、计算机导航手术(computer aided surgery, CAS)THA术后对人工关节功能和使用寿命的评价，包括步态、患肢长度、稳定性、磨损、松动等，都取决于假体放置的位置、倾斜和旋转的角度、力线的精确掌握，但由于切口暴露的限制、可靠定位标志的缺乏，不可避免地会产生较大的误差。

而在CAS的帮助下，可以达到控制误差在距离lmm和角度1度的范围以内，严格把握假体位置的准确性，使其精确匹配，明显提高了手术的精确性和成功率，延长人工关节的使用寿命[9]。

目前的CAS主要有3种模式：图象依赖导航、术中X线导航和非图象依赖导航，在关节置换术中应用的主要是非图象依赖导航系统。

CAS克服了传统术前计划二维模拟的缺陷，术中定位不受患者体位和骨盆位置的影响，能在术中给手术者反馈有关骨骼、植入假体及手术器械的位置、方向的即时信息。

不仅如此，CAS还可以模拟重建关节的功能运动和磨损的发生，通过模拟动态的股骨在静态的髋臼上的运动来揭示磨损何时发生以及发生在什么位置，其优点是可以预先了解患者术后髋关节从事预期的日常活动会产生怎样的关节损伤。

利用三维模拟系统模拟关节运动，手术者可以在术前做出调整，减少术后关节的磨损。

在微创手术的开展中配合CAS 使用，可以弥补微创技术视野狭小的缺点，效果更佳。

5、复杂的人工髋关节翻修术THA翻修术中髋臼侧及股骨侧因骨溶解、应力遮挡、假体及骨水泥取出而引起的大范围骨缺损是常见而棘手的问题。

因此，翻修术中如何重建髋臼及股骨骨缺损，是近年来研究的热点问题，解决的措施包括特殊设计的假体、金属网垫、自体或异体骨移植和多种方法联合应用等。

髋臼骨缺损目前主要通过骨移植进行修复。

最近出现了新的移植材料，包括新的脱钙骨基质、自身的血小板浓缩物、重组蛋白和干细胞联合移植。

研究发现，使用磷酸三钙和羟基磷灰石颗粒与自体骨组织混合，并采用打压植骨联合骨水泥假体的方法，修复髋臼空腔性和节段性缺损时，髋臼杯的移动和倾斜发生率明显降低。

而打压植骨结合金属钢网技术是基于植入的异体颗粒骨被新生的具有松质骨结构的宿主骨所替代的病理基础而开展的一项缺损骨重建技术，对手术者技术的要求较高，熟练掌握这项技术的医生可能在面对最严重的髋关节骨缺损时仍能取得成功，关键在于充分的打压植骨、精确使用骨水泥技术将假体植入到正确的位置[10]。

股骨侧翻修的目标是：维持股骨的完整性和骨量；实现牢固的假体固定；恢复髋关节的生物力学特性，以便获得充分的外展功能；平衡肢体长度。

有学者认为：股骨侧翻修中，良好的股骨髓内同种异体颗粒骨打压植骨结合合适的非骨水泥延长柄股骨假体，可以修复关节置换术后各种原因所导致股骨骨缺损、重建股骨完整性，具有很好的近期临床疗效。

但中远期临床效果尚待进一步观察[11]。

6、机器人在髋关节置换手术中的应用手术机器人是一种由计算机控制的可活动的机械臂。

在设置好程序后，它能够接受指令，根据手术任务在一定范围内移动和使用手术器械。

目前，手术机器人已经应用于临床，可以完成全髋关节置换手术。

机器人能够按照设置好的程序，在三维范围内完成精确的动作，切开或切除手术目标，确保非手术目标不被损伤。

机器人可以直接暴露在X光机下，而无需考虑辐射问题。

机械臂的“手指”可以轻松到达髋臼底部，准确拧入固定螺钉。

手术机器人在髋关节置换术中展示出极大的优势，相信在不久的将来就会广泛应用于临床。