课件：人工髋关节假体材料马瑞.ppt

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,概述,人工髋关节置换术（THA）历经一个多世纪的发展，已成为治疗关节疾病的标准手术之一 人工关节的发展史也可看作是一部生物材料和工程技术的发展史 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,人工关节材料,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：假体的非关节部分 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,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，表面磨损率高 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，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）,陶瓷材料,种类：氧化铝，氧化锆，氧化铝基复合陶瓷 优点：高度的表面亲水性，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，表面涂层,人工关节摩擦界面,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,2019/8/23,9,可编辑,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： 2010 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）,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）,陶瓷 vs 陶瓷,种类：氧化铝，氧化锆，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 delta（2003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应轻） 缺点：陶瓷碎裂，假体撞击 注意事项：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,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,假体固定方式,生物学固定,目的 通过假体紧密压配达到早期稳定；通过假体表面处理，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 表面材料 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，加入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,生物学固定,表面类型 巨孔型表面：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 微孔型表面：最佳孔径150-400/700m，孔隙率在30-60%，厚度0.8-2mm，二维微孔表面（钴铬钼珠粒烧结，HA喷砂），三维微孔表面（离子喷涂，化学沉积） 复合涂层表面：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，金属喷砂表面复合HA，多孔表面+BMP） 表面处理