陶瓷对陶瓷人工髋关节的磨擦界面特征_李强
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RESULTS AND CONCLUSION: The metal-to-ultra-high molecular weight polyethylene artificial hip joint prosthesis has the poor wear resistance, so the wear particles often go into the joint and surrounding tissue, and resulting in osteolysis and loosening. Metal-on-metal artificial hip joint prosthesis has better wear resistance than metal-to-ultra-high molecular weight polyethylene artificial hip joint prosthesis and has lower incidence of osteolysis. However, as the wear particles can be dispersed in various organs in the body and body fluids, the allergic reactions and toxicity should be avoided. The in vitro and in vivo experiments indicate that ceramic-on-ceramic artificial hip joint prosthesis has good surface friction, wear and lubrication performance. Clinical long-term follow-up results show that there is no wear particle after ceramic-on-ceramic hip joint prosthesis replacement and thus no osteolysis can be observed. For the younger patients and the patients have higher requirements on hip activity, ceramic-on-ceramic artificial hip joint is preferred. With the development of the design and materials of ceramic-on-ceramic artificial hip joint prosthesis, the long-term clinical efficacy of ceramic-on-ceramic artificial hip joint prosthesis will be more satisfactory through improving the mechanical properties of the prosthesis, as well as the wear resistance and lubrication mechanism of friction interface.
李强，男，1963 年生，北 京市人，1987 年首都医科 大学毕业，教授，主任医 师，主要从事人工关节和 生物力学方面的研究。 chasli@139.com
中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:2095-4344 (2013)17-03184-08
收稿日期：2012-12-29 修回日期：2013-03-05 (20120720002/LYL·C)
中国组织工程研究 第 17 卷 第 17 期 2013–04–23 出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research April 23, 2013 Vol.17, No.17
doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.17.019
Received: 2012-12-29 Accepted: 2013-03-05
artificial hip joint.
METHODS: The researches on metal-to-high molecular weight polyethylene, metal-on-metal and ceramic-on-ceramic artificial hip joint prostheses were analyzed to understand the structural characteristics of the alumina ceramic material, preparation process and wear parameters. The treatment effect of ceramic-on-ceramic artificial hip joint replacement was analyzed, and compared with other prosthesis materials.
[http://www.crter.org]
李强. 陶瓷对陶瓷人工髋关节的磨擦界面特征[J].中国组织工程研究，2013，17(17):3184-3191.
陶瓷对陶瓷人工髋关节的磨擦界面特征
www.CRTER.org
李强
首都医科大学附属北京友谊医院骨科，北京市 100050
文章亮点：
1 此问题的已知信息：陶瓷对陶瓷人工髋关节假体的摩擦性能是决定关节使用寿命和治疗成败的重要因 素，通过体外试验可以比较准确的模拟关节的摩擦界面指标。
Key Words: bone and joint implants; academic discussion of bone and joint implants; friction interface; joint wear; joint lubrication; wear debris; artificial hip prosthesis; metal material; ultra-high molecular weight polyethylene; ceramic biomaterials; alumina ceramic
关键词：
骨关节植入物；骨与关节学术探讨；摩擦界面；关节磨损；关节润滑；磨屑；人工髋关节假体；金属材 料；超高分子量聚乙烯；陶瓷生物材料；氧化铝陶瓷
源自文库摘要
背景：陶瓷对陶瓷人工髋关节假体在临床上已有一定的应用，在表面磨擦、磨损和润滑方面占有优势， 具有很大的研发潜力。
目的：评价陶瓷对陶瓷人工髋关节表面磨擦、磨损和润滑特性。
方法：将金属对超高分子量聚乙烯、金属对金属以及陶瓷对陶瓷人工髋关节假体的磨损界面研究进行分 析，了解氧化铝陶瓷材料的结构特点、制备工艺以及磨损参数，并分析陶瓷对陶瓷人工髋关节置换治疗 的效果，与其它假体材料进行对比。
结果与结论：①金属对超高分子量聚乙烯人工髋关节抗磨损性能差，使磨损颗粒进入关节和周围组织， 造成骨溶解和松动。②金属对金属人工髋关节的磨损性能较金属对超高分子量聚乙烯假体有很大改善， 骨溶解的发生率非常少，但由于磨损颗粒可散布于体内各脏器和体液中，使用时要注意避免发生过敏反 应和毒性。③体外试验和体内试验证明陶瓷对陶瓷人工髋关节具有良好的摩擦、磨损、润滑性能，临床 治疗长期随访结果显示陶瓷对陶瓷人工髋关节假体置换后无磨损颗粒，不会发生骨溶解。对于年龄较小， 并且对髋关节活动度有较高要求的患者，陶瓷对陶瓷人工髋关节是治疗的首选。随着陶瓷对陶瓷人工髋 关节假体设计和材料学的发展，通过改进假体的机械学特性，提高摩擦界面的耐磨性能和润滑机制，陶 瓷对陶瓷人工髋关节假体的远期临床疗效将更加满意。
1 人工髋关节假体的摩擦界面
人工髋关节假体的摩擦界面研究包括体内试验和体外试验，体外试验是通过摩擦模 拟装置来测量人工髋关节摩擦副摩擦因数以及容积磨损率等。超高分子量聚乙烯对金属 人工髋关节摩擦副的摩擦因数为0.06-0.08，金属对金属摩擦因数为0.22-0.27，陶瓷对 陶瓷摩擦因数为0.002-0.070。超高分子量聚乙烯对金属人工髋关节摩擦副容积磨损率 为 40.0 mm3/百万周期，金属对金属为1.0 mm3/百万周期，陶瓷对陶瓷为0.1 mm3/百万 周期。人工髋关节材料摩擦界面研究的体内试验是利用失败取出的或者尸检取出的人工 髋关节假体进行检测。由于体内环境比较复杂，包括矢状面上的屈曲运动、冠状面上的 外展和内收运动、横截面上的内部和外部旋转运动等，体外试验无法完全准确的反映体 内试验的过程和结果，而体内试验结果还受关节置换技术、病变类型以及患者关节活动 水平等的影响，因此，只有综合分析体外试验和体内试验的研究结果，并结合临床治疗
3184
P.O. Box 1200, Shenyang 110004 www.CRTER.org
李强. 陶瓷对陶瓷人工髋关节的磨擦界面特征
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Li Qiang, Professor, Chief physician, Department of Orthopedics, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China chasli@139.com
Abstract BACKGROUND: Ceramic-on-ceramic artificial hip joint has been applied in clinic, and has advantages in surface friction, wear and lubrication, with a great potential for research and development. OBJECTIVE: To evaluate the surface friction, wear and lubrication characteristics of ceramic-on-ceramic
2 文章增加的新信息：氧化铝陶瓷由于其晶体结构特点，使其结构稳定；耐磨损性能强，表面亲水性能 优良；通过对氧化铝陶瓷制备工艺进行改进，使其具有高度的抛光表面。
3 临床应用的意义：人工髋关节材料摩擦学试验方法有盘-销磨损试验、环-盘磨损试验、四球磨损试验 等，其中盘-销磨损试验最常用，试验是以人工关节为载体，通过模拟关节运动，反映出关节摩擦磨损 的情况。
Li Q. Friction interface characteristics of ceramic-on-ceramic artificial hip joint. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2013;17(17):3184-3191.
0 引言
人工髋关节假体置换是目前比较成熟的骨科治疗技术，可以明显提高髋关节病损患 者的生活质量。然而，由于髋关节受到承受拉力、压力、扭转和界面剪切力以及反复疲 劳和磨损，再加上每年数以百万次的体质量负荷，使人工髋关节置换假体表面材料受到 艰巨的考验，影响远期疗效的主要因素是关节表面的摩擦界面问题，会限制人工髋关节 假体的使用寿命，金属对超高分子量聚乙烯假体的出现是人工髋关节外科发展的里程 碑，是目前应用较多的材料组合，也成为衡量其它人工髋关节材料的金标准。但由于聚 乙烯磨损颗粒导致的骨溶解问题，一直是影响假体远期疗效的重要原因，近年来不断研 发出的高交联超高分子量聚乙烯、金属对金属人工髋关节以及目前研究的陶瓷对陶瓷人 工髋关节，具有良好的摩擦、磨损、润滑性能，临床应用的效果也比较满意。
Friction interface characteristics of ceramic-on-ceramic artificial hip joint
Li Qiang
Department of Orthopedics, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China
李强，男，1963 年生，北 京市人，1987 年首都医科 大学毕业，教授，主任医 师，主要从事人工关节和 生物力学方面的研究。 chasli@139.com
中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:2095-4344 (2013)17-03184-08
收稿日期：2012-12-29 修回日期：2013-03-05 (20120720002/LYL·C)
中国组织工程研究 第 17 卷 第 17 期 2013–04–23 出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research April 23, 2013 Vol.17, No.17
doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.17.019
Received: 2012-12-29 Accepted: 2013-03-05
artificial hip joint.
METHODS: The researches on metal-to-high molecular weight polyethylene, metal-on-metal and ceramic-on-ceramic artificial hip joint prostheses were analyzed to understand the structural characteristics of the alumina ceramic material, preparation process and wear parameters. The treatment effect of ceramic-on-ceramic artificial hip joint replacement was analyzed, and compared with other prosthesis materials.
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李强. 陶瓷对陶瓷人工髋关节的磨擦界面特征[J].中国组织工程研究，2013，17(17):3184-3191.
陶瓷对陶瓷人工髋关节的磨擦界面特征
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李强
首都医科大学附属北京友谊医院骨科，北京市 100050
文章亮点：
1 此问题的已知信息：陶瓷对陶瓷人工髋关节假体的摩擦性能是决定关节使用寿命和治疗成败的重要因 素，通过体外试验可以比较准确的模拟关节的摩擦界面指标。
Key Words: bone and joint implants; academic discussion of bone and joint implants; friction interface; joint wear; joint lubrication; wear debris; artificial hip prosthesis; metal material; ultra-high molecular weight polyethylene; ceramic biomaterials; alumina ceramic
关键词：
骨关节植入物；骨与关节学术探讨；摩擦界面；关节磨损；关节润滑；磨屑；人工髋关节假体；金属材 料；超高分子量聚乙烯；陶瓷生物材料；氧化铝陶瓷
源自文库摘要
背景：陶瓷对陶瓷人工髋关节假体在临床上已有一定的应用，在表面磨擦、磨损和润滑方面占有优势， 具有很大的研发潜力。
目的：评价陶瓷对陶瓷人工髋关节表面磨擦、磨损和润滑特性。
方法：将金属对超高分子量聚乙烯、金属对金属以及陶瓷对陶瓷人工髋关节假体的磨损界面研究进行分 析，了解氧化铝陶瓷材料的结构特点、制备工艺以及磨损参数，并分析陶瓷对陶瓷人工髋关节置换治疗 的效果，与其它假体材料进行对比。
结果与结论：①金属对超高分子量聚乙烯人工髋关节抗磨损性能差，使磨损颗粒进入关节和周围组织， 造成骨溶解和松动。②金属对金属人工髋关节的磨损性能较金属对超高分子量聚乙烯假体有很大改善， 骨溶解的发生率非常少，但由于磨损颗粒可散布于体内各脏器和体液中，使用时要注意避免发生过敏反 应和毒性。③体外试验和体内试验证明陶瓷对陶瓷人工髋关节具有良好的摩擦、磨损、润滑性能，临床 治疗长期随访结果显示陶瓷对陶瓷人工髋关节假体置换后无磨损颗粒，不会发生骨溶解。对于年龄较小， 并且对髋关节活动度有较高要求的患者，陶瓷对陶瓷人工髋关节是治疗的首选。随着陶瓷对陶瓷人工髋 关节假体设计和材料学的发展，通过改进假体的机械学特性，提高摩擦界面的耐磨性能和润滑机制，陶 瓷对陶瓷人工髋关节假体的远期临床疗效将更加满意。
1 人工髋关节假体的摩擦界面
人工髋关节假体的摩擦界面研究包括体内试验和体外试验，体外试验是通过摩擦模 拟装置来测量人工髋关节摩擦副摩擦因数以及容积磨损率等。超高分子量聚乙烯对金属 人工髋关节摩擦副的摩擦因数为0.06-0.08，金属对金属摩擦因数为0.22-0.27，陶瓷对 陶瓷摩擦因数为0.002-0.070。超高分子量聚乙烯对金属人工髋关节摩擦副容积磨损率 为 40.0 mm3/百万周期，金属对金属为1.0 mm3/百万周期，陶瓷对陶瓷为0.1 mm3/百万 周期。人工髋关节材料摩擦界面研究的体内试验是利用失败取出的或者尸检取出的人工 髋关节假体进行检测。由于体内环境比较复杂，包括矢状面上的屈曲运动、冠状面上的 外展和内收运动、横截面上的内部和外部旋转运动等，体外试验无法完全准确的反映体 内试验的过程和结果，而体内试验结果还受关节置换技术、病变类型以及患者关节活动 水平等的影响，因此，只有综合分析体外试验和体内试验的研究结果，并结合临床治疗
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P.O. Box 1200, Shenyang 110004 www.CRTER.org
李强. 陶瓷对陶瓷人工髋关节的磨擦界面特征
www.CRTER.org
Li Qiang, Professor, Chief physician, Department of Orthopedics, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China chasli@139.com
Abstract BACKGROUND: Ceramic-on-ceramic artificial hip joint has been applied in clinic, and has advantages in surface friction, wear and lubrication, with a great potential for research and development. OBJECTIVE: To evaluate the surface friction, wear and lubrication characteristics of ceramic-on-ceramic
2 文章增加的新信息：氧化铝陶瓷由于其晶体结构特点，使其结构稳定；耐磨损性能强，表面亲水性能 优良；通过对氧化铝陶瓷制备工艺进行改进，使其具有高度的抛光表面。
3 临床应用的意义：人工髋关节材料摩擦学试验方法有盘-销磨损试验、环-盘磨损试验、四球磨损试验 等，其中盘-销磨损试验最常用，试验是以人工关节为载体，通过模拟关节运动，反映出关节摩擦磨损 的情况。
Li Q. Friction interface characteristics of ceramic-on-ceramic artificial hip joint. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2013;17(17):3184-3191.
0 引言
人工髋关节假体置换是目前比较成熟的骨科治疗技术，可以明显提高髋关节病损患 者的生活质量。然而，由于髋关节受到承受拉力、压力、扭转和界面剪切力以及反复疲 劳和磨损，再加上每年数以百万次的体质量负荷，使人工髋关节置换假体表面材料受到 艰巨的考验，影响远期疗效的主要因素是关节表面的摩擦界面问题，会限制人工髋关节 假体的使用寿命，金属对超高分子量聚乙烯假体的出现是人工髋关节外科发展的里程 碑，是目前应用较多的材料组合，也成为衡量其它人工髋关节材料的金标准。但由于聚 乙烯磨损颗粒导致的骨溶解问题，一直是影响假体远期疗效的重要原因，近年来不断研 发出的高交联超高分子量聚乙烯、金属对金属人工髋关节以及目前研究的陶瓷对陶瓷人 工髋关节，具有良好的摩擦、磨损、润滑性能，临床应用的效果也比较满意。
Friction interface characteristics of ceramic-on-ceramic artificial hip joint
Li Qiang
Department of Orthopedics, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China