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人工关节置换指导:怎样选择人工关节材料?

陶瓷人工关节假体具有耐磨、生化惰性等特点,硬度高,光滑度好,耐磨损性能好,磨损碎屑对人体影响最小。陶瓷人工关节经历了四代工艺技术的改进,现日趋完善。第一代人工陶瓷关节从1974到1988 年,第二代从1988 年到1994 年,第三代陶瓷关节从1994 年至今,第四代陶瓷关节已于2003年开始应用临床。人工陶瓷关节历经变迁,在临床治疗上取得了长足发展。本文成都保髋股骨头医院就陶瓷关节在临床应用的现状和发展综述如下。

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1、陶瓷性能

强离子键和共价键赋予陶瓷材料很高的耐磨、耐压强度和硬度及很好的化学惰性。而且,陶瓷材料的亲水能力保证了其参与构成的关节有更大的润滑性。此外,陶瓷材料不会析出金属离子,在体内可保持生物惰性。这都是陶瓷突出的优点。而随着工艺改进,陶瓷关节假体的物化性能得到提升。如运用热等静压技术(hot isostatic pressed)和激光蚀刻技术等,使得材料密度、尺寸和强度等都明显改进,颗粒尺寸仅1.8um,材料密度却达到3.98g/cm3 。

第三代陶瓷对陶瓷界面磨损率约为0.004mm/年,在各类假体中具有明显优势。上述这些,使陶瓷假体发生磨损和溶骨现象减少,假体使用寿命延长。这在年轻而富于运动的关节置换患者中特别有优势。

2、第四代陶瓷关节

陶瓷耐磨性带来的是脆性增大,在临床上容易引起假体破损。第三代陶瓷假体存在裂纹扩展(crack propagation),为发生破损的前兆。为此,第四代人工陶瓷关节复合了氧化锆等数种氧化晶体材料,其组分为Al2O3(约82%)、ZrO2(约17%)、SrO 等(约1%),其性能已较大幅度地优越于第三代陶瓷关节,单断裂韧性就从3.2 升至6.5 MPam1/2。之所以选择氧化锆,是因为其具有良好的韧性和强度,其抗牵引强度可达900-1200MPa,抗压缩能力达2000MPa。

复合这种特殊陶瓷材料后,晶体颗粒会更小。更重要的是,氧化锆可以分散和吸收断裂的能量,抑制裂纹扩展。第四代陶瓷关节已于2003年开始用于临床,代表产品为Biolox@delta。其不但具有极强的抗碎裂性能,而且有极高的抗断裂韧性。实验室研究显示,在Biolox delta 对Biolox delta 关节面,条状磨损(stripewear)发生率比第三代陶瓷关节假体明显减少[10]。通过对破损的Biolox®delta 球头进一步研究,该条状磨损面的粗糙高度仅为55nm,仍低于正常金属球头和同类假体的表面粗糙程度。据Chevalier报道,法国在过去5 年,已有250000例Biolox delta 人工关节相继用于临床。

3、临床研究

3.1. 陶瓷破损

陶瓷假体破损是严重并发症之一,直接导致手术失败。临床引起陶瓷假体破裂的诱因有巨大外力创伤、高强度载荷运动、部件不匹配、手术操作错误和假体混配等。

3.2.脱位

陶瓷对陶瓷人工关节假体另一并发症就是脱位。据Mai 等临床报道,336 例陶瓷对人工陶瓷关节置换病例中(1997-2005 年),有2例发生脱位,且都为术后一年内,进行闭式复位后未再次脱位。

4、陶瓷关节展望

随着制作工艺和手术技术不断改进,陶瓷人工关节破碎发生率将进一步降低。一方面,需要进一步研究如何使晶体颗粒更小,颗粒硬度更大;另一方面,寻找研发新型复合材料和工艺途径,以此进一步降低陶瓷破碎风险。随着关节置换更多应用于年轻患者,追求假体更大的活动度以及避免溶骨反应将是另一个方向。同时具有良好生物活性或富含活性因子的生物性股骨柄和臼杯植入材料将受到进一步关注。成都保髋股骨头医院特别提醒,对于陶瓷人工关节,临床长期疗效和远期效价比均需加以认真考量。

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