金属对金属轴承表面材料制造设计优化和替代品.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除*特殊问题文件119 金属对金属轴承表面材料，制造，设计，优化和替代品G H以撒，J汤普森，S威廉斯，和J费希尔1DePuy公司，英国利兹国际有限公司2，英国利兹大学医学和生物工程研究所，利兹，英国的手稿于2005年5月26日收到2005年10月13日公布修订后已被接受。DOI：10.1243/095441105X68953摘要：首先介绍时，总的髋关节置换在老年患者提供缓解疼痛和改善流动。在长期的耐用性和功能恢复方面的成功，使此过程中更年轻，更活跃的患者，其使用。这导致病人期望寿命增加相称，功能和生活方式的恢复程度。轴承表面置换关节的性能的一个主要特点。它被普遍接受，过量的磨屑排除他们长期的生存和轴承表面，最大限度地减少碎片的产生有一个持续的要求。本文的目的是审查所谓的金属的性能的影响因素对金属轴承，比较常用的其他当代的替代品，金属和打击高度交联聚乙烯和陶瓷对陶瓷关节陶瓷，其性能，并最终考虑通过新的潜在的解决方案如陶瓷，金属和涂料的发展应用金属对金属轴承。关键词：全髋关节置换术，耐磨，硬对硬的轴承，金属对金属轴承，陶瓷，聚乙烯.1引言 全髋关节置换术是一个非常成功的过程，提供流动性缓解疼痛和恢复。有没有硬盘数据;然而，据估计，约一万这样的程序进行，每年全球。更换髋关节的一个重要组成部分，是轴承的表面，和良好的耐磨损性能，现在看到是必要的长期生存和联合的整体性能。 目前，髋关节轴承表面分为两大类：首先，所谓的“硬上软”的组合，其中硬质材料，如金属（有时涂）或陶瓷表达对聚乙烯;第二，所谓的硬对硬的轴承表面在表达对自己相同的硬盘组件。引入临床使用的轴承表面改性材料和新设计的固有的风险已经抵消了病人的需求和病人的人口统计资料的变化。髋关节置换，患者渐趋年轻化，有较高的期望，一般都更加活跃，可能特别希望参加运动的影响，终于有了一个更大的长寿。所有这些因素都推动了寻找新的髋关节的设计。具体来说，新的轴承表面正在寻求使磨损产生的碎片的数量和其对身体的影响都显着减少。金属对金属轴承的利息已重新推动与当代传统的人工髋关节置换和重新引入水面安置型元件使用时，通过鼓励中期业绩为金属对金属系统是目前唯一可行的解决方案。这些置换的解决方案都是针对更年轻，更活跃的患者更要优化性能，因为这些组件是相当长的时间段内，潜在的30-40岁的原位的可能性增加。本文的目的是审查的金属对金属轴承的发展，检查其性能可优化的方法，要考虑与其他现有的解决方案相比的优点和缺点，并最终以突出的潜力未来的解决方案，减少磨损。2轴承表面史更换髋关节首次在大量使用，在20世纪40年代末。然而，有现代设备的外观设计是典型的在英国的麦基在20世纪50年代中期开发的组件。这些包括一个大直径（35-40毫米）的头从钴铬合金，阐明从相同的材料制成（图1）对一个类似大小的髋臼杯，股骨柄。随后戒指（约1962年）和穆勒（1965年）类似设备。介绍了很少或根本没有测试这些组件，当然没什么，模拟其性能置换关节。这些设备往往遭受高初始故障率，并拒绝其使用。然而，长期结果的审查表明，一个幸存的部件的磨损率很低（小于8毫米/年），经过10-20年1。这提示重新从20世纪80年代后期开始的兴趣。 *图。1麦基-法拉假肢。（四道森提供的图片，利兹大学，英国）在硬对硬的轴承表面的早期工作的同时，约翰查恩利开发低摩擦力矩的原则，在地方与丙烯酸骨水泥固定，更换髋关节。科学，决心和偶然的结合导致了临床试验，阐明在1962年对不锈钢的高密度聚乙烯查恩利。最初使用22毫米的不锈钢头，这样的组合，成为轴承表面产生磨屑量很低的基准。这种轴承的表面，从20世纪60年代后期进入低磨损率，例如报告，由格里菲斯等一般普遍使用。2。这个基本原则上的改进，包括头稍微直径较大（28-32毫米），钴铬合金制成的，引进陶瓷元首，和更先进的聚乙烯称为超高分子量聚乙烯。然而，这种设计仍基本上保持不变，直到20世纪90年代初时，长期的问题成为这种轴承表面组合明显。这些措施包括溶骨性反应引起聚乙烯磨屑3，-辐照聚乙烯氧化的易感性4，粗糙股骨头5，6的效果。这导致到更难股骨头（陶瓷）和新的高度交联聚乙烯的发展。到2000年，有越来越相信，这些先进的聚乙烯将最大限度地减少磨屑的不利影响，但不会解决问题的完全替代的解决办法，寻求。如上所述，后与第一代的金属对金属设备的早期故障率较高，尚存的部分有长期成功的一个比较高的水平。这导致了新的兴趣，从20世纪80年代起，推出重新设计的金属对金属钴铬合金制造的轴承表面与更传统的髋臼和股骨组件。这些都产生了一些令人鼓舞的成果。例如，瓦格纳，瓦格纳7回顾了5年随访的78例患者的系列。有三个版本的所有无关的磨损。有没有金属的证据，并没有明显的骨溶解X线。Jacobs等，最近类似的短期至中期业绩报告。8和Lombardi等。9。sieber等人。10对118的分析检索报告的第二代金属对金属植入物。线性每年磨损发现是25毫米，在第一年后的第三年下降到5毫米，同样分为头和杯之间。与会者指出进一步的联合运动，使划痕磨损的金属对金属关节的自抛光能力。陶瓷对陶瓷元件也有类似的*历史。他们首先介绍了Boutin等11在20世纪70年代，在1988年报告的临床结果令人失望。然而，更令人鼓舞的成果报道Mittelmeier和Heisel12，这有助于重新建立的概念。更多*最近Bizotet人13报道组在平均7.8年的随访了234例陶瓷对陶瓷元件。有11个没有相关穿的修订。射线分析表明，无骨溶解的迹象，结论也达到由Pignatti等。14123陶瓷对陶瓷元件的审查。这些结果导致这些所谓的“替代”或“硬对硬”轴承的使用越来越广泛。semlitsch和Willert15提供的临床数据。他们指出，在减少磨损，聚乙烯对陶瓷与金属阐述。他们还发现，可以通过使用两种金属对金属和陶瓷对陶瓷轴承方面取得更大的减少了临床磨损率，如图所示。2。*图。2临床磨损率与各轴承表面的审查。（后Semlitsch和Willert15）3，金属对金属轴承当代问题 3.1生物问题 尽管令人鼓舞的成果，仍然存在着与金属对金属轴承的关注。这些磨屑的长期效果。聚乙烯碎片的溶骨作用是众所周知的，但硬对硬轴承碎片的长期影响目前还不太清楚。磨损颗粒小得多比聚乙烯（通常小于0.1-10毫米范围内）（10-60纳米），并已估计，作为一个后果，而有磨损量显着减少，有可能是的粒子数增加1000倍16.碎片，或更具体地说成金属离子的碎片击穿的影响，潜在的有害影响，首先强调黑17表示，“孤立的临床观察不良致癌物质，代谢，免疫和细菌的影响支持全身的影响，特别是与免疫反应和金属超载和成藏条件的相关存在。尽管这种关系的证据的广泛搜查，最显着的由Paavolainen等。18，已使用40年后发现没有链接。willert等人。19最近报道一组患者有早期手术后的疼痛。病理检查结果表明：一些金属粒子，但可能的淋巴细胞为主的免疫反应一致。因为这些问题，它仍然是审慎的，以尽量减少金属对金属轴承产生的磨屑量。3.2理论金属对金属轴承性能的关键，是润滑理论，确定了三个润滑制度。1边界润滑。出现这种情况“滑”坚持运动的表面，其中有直接的粗糙接触化学分子。在人体的边界润滑油的例子是磷脂和糖蛋白。2流体膜润滑。条件是中间人的流体分离运动的表面。在体内的流体润滑剂的一个例子是滑液。3混合润滑。部分支持负载的接触边界润滑剂组合（粗暴技巧），并在流体膜分离一些发达国家的压力，但不是所有的，相互作用的表面粗糙。理想的情况下，硬对硬的轴承工作，充分流体膜润滑是必需的，但髋关节，使用的工程材料，润滑油的变量属性的服务周期，使这个非常困难的。然而，满意的临床表现髋关节轴承表面的证据Clarke等报道。20，从髋关节置换金等人提出的适应润滑理论。21，道森等人的计算。22在混合政权的运作，而不是在一个连续的流体膜润滑制度。液膜的全部好处，但鼓励关键生产参数优化。适应的润滑理论，提出由金等。21髋关节确定其磨损的影响因素。这项工作表明，将采用大直径的组件，它有一个小的股骨头和髋臼杯之间的径向间隙减少磨损。组件应该尽可能顺利，这意味着组件应该是，因为更难表面硬尽可能更容易达到和保持在人体表面非常光滑，。股骨头直径磨损之间的反比关系，一见钟情赔率是查恩利提出的原则，与低摩擦关节置换术23和利弗莫尔等临床观察。24和卡博等25，这表明，体积磨损股骨头直径成正比。对于这种明显对立的解释是，所有的聚乙烯轴承磨损相关的滑行距离，增加股骨头直径增加在边界润滑政权运作。相反，如果正确设计，硬对硬的轴承，有可能运行在混合和流体膜润滑制度，其中头部直径增加导致增加滑动速度，这有助于润滑，从而降低磨损。有趣的是，这种状况是正确的预测26在1969年由查恩利等。3.3材料材料的影响目前还不清楚，如上所述，有一些争议，关于他们的作用。所有的金属对金属的关节是钴铬钼合金。据报道，早在1996年由施特莱歇尔等。27，这些合金具有较高的碳含量比那些归类为低碳合金。现在人们普遍接受的是这种情况。它也被报道，考利等人28，与高碳合金，有粗块状碳化物组成的微观结构与其他条件相比取得了卓越的抗磨性能。这是由于更好的耐磨性。有人进一步提出McMinn29，使用热处理高碳合金是在一些表面*更换部件的早期失效。相反陈等人30没有发现铸造和锻造高碳材料之间的差异。此外，Bowsher等。31发现铸铸造及热处理材料之间没有区别。道森等人。32报道髋关节模拟研究，比较了几个高碳钴铬钼合金产生极端的微观结构与各种生产线使用的36毫米的组件的磨损性能。从上述块状碳化物精细分散的小碳化物在锻造条件铸态变化的微观结构。无显着性差异被发现之间的任何这些条件的，由图所示。3。从模拟器研究的结论为金属对金属轴承制造具有重要意义，特别是材料的选择不被磨损性能，而是取决于其他因素，如易于制造和非磨损有关的福利。因此，例如，它使得从锻造吧，这个物质条件，贷款本身的大批量精密制造，利用现代计算机技术，数控中间直径的金属股骨头感（28-36毫米）。相反股骨头表面置换型元件部分所需的错综复杂的内部几何本身到铸路线。烧结附加固定的珠子或网格的使用自然会导致要么股骨头或髋臼的单件部件铸造和热处理材料。另一方面模块化髋臼上的固定部分是独立的轴承表面。在此配置中，前者通常是伪造的（可能是热处理取决于固定方法）。后者将有利于锻造栏，便于制造。*图。3条形图显示材料的磨损（直径36毫米的组件;高碳合金（0.23-0.27）;间隙，123-126毫米）的效果。（后道森等人32）。3.4优化设计金属对金属轴承相关的理论已经过测试，在髋关节模拟器和Chan等报道。30，斯科尔斯等。33，道森等。22，他们表示，金属对金属的设计性能可优化。结果发现，减少股骨和髋臼之间的间隙减少磨损产生的碎片数量，图。4。注意到一个显着减少（P =0.05），大直径（54毫米）时间隙从287减少到107毫米。一个中等直径（36毫米）组件（从143毫米到105毫米）的间隙适度调低也产生了磨损率显着减少（P =0.05）。由Smith等人先前的研究。34通过测量股骨和髋臼之间的压降由液膜分离组件的装载周期的百分比确定。这表明，与36毫米的组件在间隙比较小的差异导致不分离（170毫米）或整个加载周期分离（130毫米）。已表示担忧，降低通关限制液体夹带，并最终导致润滑剂不足。虽然组件扣押在早期的设计报道1，这些都是短期attri分配费用负间隙，造成赤道面接触，具有较高的摩擦扭矩和高耐磨的失败。晚失败归因于长期的磨损过程尚未见报道。有没有证据支持在现代，适当设计的组件，这些关切。相反，克拉克等。20，有60-80毫米的径向间隙28毫米的轴承配合使用常规髋关节置换性能报告时指出，离子水平低时相比，大直径（48毫米）被称为组件在250-300毫米的范围内。这一结果与润滑理论是完全一致的。然而，法拉和Schmidt35报道在增加磨损间隙时下降到30毫米。这被认为是制造业中的几何误差，润滑理论分析，而不是造成。他们还报告扣押组件有负间隙。但这需要考虑设计间隙时的一个因素是杯灵活性。这已详细讨论金等。这本书在其他地方36报道，在非常薄的杯子，针锋相对挤压高达100毫米，可观察到，当杯implanted.This显然是不低间隙要尽量减少磨损和妥协必须达到使股骨头和髋臼之间的最小间隙总是杯最大的灵活性，显着高于。道森等直径的影响进行了检查。22，其结果列于图。5.At小直径（16和22毫米），以增加轴承的表面直径磨损加剧。这表明，这些组件在穿随滑动距离的增加在边界润滑政权运作。在直径较大（28，36和54.5毫米），磨损率随直径增加，清楚地表明，这些组件在混合和流体膜润滑制度。它还表明，这种性能的改善继续直径明显比那些被普遍用于全髋关节置换。然而，这种直径与表面置换植入物，设计理念正在越来越多地使用年轻患者普遍。令人鼓舞的是，这些组件不仅有减少的可能性保护骨，大范围的运动，并脱位37的临床优势，而且，如果正确的设计，有潜力的磨损率最低。如图表面置换设备的一个例子。6。金属对金属部件的磨损是由两个不同的阶段。相对高耐磨的“磨合”阶段，持续（0.5-2）_106周期，其次是“稳定状态”阶段时，磨损率是相对恒定的，要低得多10，28，38。图7从数据得出早些时候报道19，表明优化金属对金属部件的磨损特性的影响最被褥在第一阶段标记。图7（a）表明，磨损率降低时，轴承表面直径都在磨合阶段增加（0-2）_106周期在稳态阶段（2-5）_106周期。图7（b）显示，减少的间隙中最显着的效果运行阶段。这是胡锦涛等原因。39，以更大的渗透，因此有必要制定一个组件有一个较大的间隙给定的接触面积更大的体积磨损。道森进行全面检讨，在各种髋关节模拟器报道的稳态磨损40这表明，理论薄膜厚度仅独立，表面粗糙度小的变化，是一个金属的长期表现良好的预测金属轴承。一个小于12纳米的薄膜厚度产生的磨损率相对较高。一个磨损率急剧下降，发生范围在12-20纳米，随着薄膜厚度有小磨损率进一步影响。表面粗糙度的影响是众所周知的，并已Chan等报道。30得出的结论是，在与润滑理论，表面粗糙度增加磨损率较高。然而，最近研究人员往往忽视的影响表面粗糙度，因为金属对金属部件10自抛光能力。有证据表明，低于一定的限度，粗糙度不会影响磨损率40，表面光洁度上的限制，是由于金属本身的性质。 金属对金属部件有良好的临床效果，但仍有超过长期暴露于金属离子水平升高的担忧。髋关节模拟器的研究已经证明，可以显着减少磨损和金属离子的水平，如果设计的优化利用，减少股骨头和髋臼杯，但测量金属离子含量的临床研究之间的间隙较大的1米组件仍需要验证这些实验室研究。 可以看到从上面的讨论，金属对金属的组合作为轴承表面提供了一个具有吸引力的选择。然而，继续关注其使用权证的低磨损的轴承夫妇的其他解决方案的审查。*图。4条形图显示运行磨损（2_106cycles）（一）36毫米及（b）直径54毫米的头间隙的效果。（后道森等人22）。*图。5图表显示对磨损的影响直径：曲线，16毫米，N= 5，CD53-70毫米;曲线b，22.225毫米，N =5和CD46-66毫米;曲线c28毫米，N= 4，CD55-70毫米;曲线d，36毫米，N= 3，Cd76-78毫米;曲线E，54.5毫米，N=4，CD83-129毫米。（后道森等人22）。图。6典型的表面置换的组成部分。（1DePuy公司国际有限公司提供的图片）*图。7条形图，体积磨损率的运行阶段（0-2）_106周期和稳态阶段（2-5）_106次：（一）直径28mm的效果，有间隙（N =4）62毫米，36毫米，配合间隙77毫米（N = 3）;54.5毫米，间隙108毫米（4例）;（二）影响间隙54毫米，间隙276毫米（N = 3）;间隙为108毫米，54.5毫米（N =4）。（后道森等人22）。4目前的替代方案 4.1聚乙烯对金属和陶瓷股骨头聚乙烯对金属或陶瓷股骨头已超过过去40年2，23-25使用最广泛的轴承组合。更高的要求和更活跃的患者，与预期寿命延长，导致失败的水平的提高，由于聚乙烯磨屑诱发骨溶解41。加速磨损和磨损在传统聚乙烯轴承的伽马射线照射在空气中的杂物引起的溶骨已与聚乙烯的氧化老化和粗糙和损害股骨头。42，一个大于磨损率增加了两倍，发现氧老化后5年的保质期较长的货架寿命，而被发现导致磨损进一步增加43。还发现氧化产生的磨损颗粒较小，更多的反应43，44。股骨头的损害5发现工作与氧化作用，增加穿43。自卸车*等。45量化的检索查恩利髋关节假体系列，寿命10-20年，发现损坏的股骨头假体的聚乙烯磨损率从40至80立方毫米，每年周期倍增。这是通过模拟器测试，在空气中聚乙烯伽玛灭菌，这表明增加了三倍46在磨损与划伤的金属头支持。与此相反，氧化铝陶瓷股骨头已发现耐刮伤和损伤在体外和体内47，48。在过去10年来，一直注重改善聚乙烯材料，IT抗氧化，并通过故意交联，也可以通过更广泛使用的陶瓷股骨头。已被证明在惰性气氛中消毒和聚乙烯在无氧的环境中，更抗氧化和磨损。这种材料的伽马射线照射4穆拉德在真空包装箔的一个例子，GVF的GUR1020聚乙烯，已被证明有一个35万立方米每106次，对金属股骨头和25mm3的每106次的磨损率，对氧化铝陶瓷股骨头在髋关节模拟器元首49，50与50mm3的每106材料的伽马射线照射和空气中的储存周期。有意交联聚乙烯（基于一个更高的分子量树脂GUR1050），报告McKellop等。51与中等水平交叉连接5MRad的产生磨损减少80。磨损减少95以上，基本上是零磨损，在高交联聚乙烯，（10穆拉德）报道由Muratoglu等。52。几乎为零的磨损和表面加工的保留，标志着高度交联聚乙烯在这些早期的模拟器研究发现52一直没有找到代表临床表现有限的磨损率和表面加工痕迹的损失已在检索中发现布拉德福德等人。53。一个更近的高度交联聚乙烯髋模拟器研究与低，生理有关，血清蛋白水平，更高的负载与ISO标准一致，报告对各种辐射水平的影响54。增加暴露在辐射的磨损减少，但即使在10MRad展出并有限磨损率高达9mm3的每106次，加工痕迹和尺寸28毫米的轴承临床检索的线性贯穿一致的损失，如图所示。8。这些临床和现实的实验室磨损率应与金属对金属轴承22报道相同直径的组件值1.6mm3的每106次。然而，聚乙烯和金属磨屑的生物反应是相当不同的。聚乙烯碎片产生的炎症反应41，它的确已显示最近，较高的分子量和交联聚乙烯磨屑较小，更多的反应比传统的低分子量GUR1020聚乙烯碎片55。相比之下，金属磨损颗粒产生的炎症反应56非常低的水平。然而，担忧依然存在金属粒子的细胞毒性，如果他们在高浓度的积累57，并为在少数病人的过敏反应的可能性19。重要的是要注意的小纳米金属颗粒很容易运远离假体和整个身体散发。由于有一个对规模较大的股骨头，36毫米或更大的举动，有人担心，这将进一步加大改善润滑和减少金属对金属轴承的磨损对比聚乙烯轴承磨损，。另一项值得关注的是，降低聚乙烯的厚度大直径组件可能导致削弱整体构造。*图。8走势显示各级伽马射线照射GUR1050超高分子量聚乙烯的磨损和蠕变的影响。（高尔文等54）。 4.2陶瓷陶瓷轴承氧化铝陶瓷对陶瓷轴承具有广泛的临床历史。同时MittelmeierAutophor特别假体（，Plochingen，德国赛琅泰克公司）和其他由同一制造商生产的陶瓷，陶瓷轴承有20多年的临床经验。虽然在这期间，已经有很大的变化，在设计和材料，并与固定11的问题，整体与轴承表面的临床经验已经好58，59。实验室髋关节模拟器已进行60-64在标准条件下Nevelos和同事的研究表明磨损率极低，氧化铝陶瓷对陶瓷轴承，低0.01-0.1每立方毫米106次。这些磨损率可以比金属对金属髋关节十倍较低，由图所示。9，超过一百倍比聚乙烯低。然而，这些标准的模拟器测试没有复制的磨损率，磨损机理，临床上检索发现磨屑模式。陶瓷对陶瓷髋关节在两个不同类型的外植体的研究表明磨损率较高，每年62，头部特征的磁条上磨痕62，63，双峰碎片0.5-1立方毫米的顺序纳米和微米大小的磨损颗粒分布64。已被引入一个新的模拟方法，其中包括微分离的头部和杯，这杯脚跟罢工和头部上的磁条磨损的形成62RIM头接触。微分离模拟器测试产生类似的磨损率，磨损机制，并检索假肢62，65，66发现磨屑。氧化铝陶瓷磨屑已被认为是高度生物相容性67，产生一个比交联聚乙烯溶骨性细胞因子水平较低，小于金属碎片杀伤57。这使得氧化铝的氧化铝陶瓷轴承夫妇与尺寸范围在28-36毫米的有吸引力的选择。直径较大的元件，在理论上应进一步减少磨损，不用于临床，因为相称杯厚度减少决定的限制。然而，人们仍然有关脆性断裂的陶瓷元件，在植入髋臼插入小打小闹。这一点，连同一般的设计约束，限制他们目前在许多国家使用。最近一个新的氧化铝基复合材料，即氧化锆增韧氧化铝，已经研制成功。增加韧性微分离条件68下较低的骨折风险，设计更灵活，最重要的是减少磨损。*图。9平均体积磨损的金属对金属，陶瓷，陶瓷，金属陶瓷轴承夫妇后5_106周期中髋关节模拟器。（后Nevelos等60和小木桶张开等。70）5未来的替代方案 尽管由上述讨论的技术提供了显着改善，但仍然关注与聚乙烯（交联聚乙烯）的磨损，金属碎片，随后潜在的金属离子释放（金属对金属），陶瓷内衬骨折（陶瓷陶瓷）。因此，除了这些当前的替代方案，它似乎适当的检讨一些金属对金属轴承的未来潜在的替代品。5.1金属陶瓷轴承 陶瓷的脆性性质是这样，内衬可以是组件设计师尽了最大努力，以尽量减少风险，尽管偶尔骨折。通常情况下，陶瓷内衬可能断裂在手术，通过不正确的插入到髋臼金属外壳，或者通过重载组件的高冲击力的创伤手术后。最近对这个问题的审查陶瓷轴承由Hannouche等的。69五班轮骨折率超过了3300植入了人工全髋关节置换术的大型系列报道。他们得出结论，“陶瓷断裂，虽然极大的关注，必须使用高度不良的材料磨损获得增益的角度考虑。目前在骨科，柔软的聚乙烯总是用不同的困难，金属或陶瓷股骨头。这是常见的工程实践往往以避免地方可能作为轴承表面的组合，如材料的使用，有利于与差分硬度使用不同的材料是一致的。然而，硬对硬，如金属或金属陶瓷，陶瓷轴承作为类似像上的轴承。陶瓷金属衔接提供了一个数量级顺序硬度差的组合，同时使用，可以完成非常严格的制造公差的材料也保持在流体膜润滑关节。小木桶张开等人。70研究了磨损性能和碎片一种新型假肢差硬度形态结合氧化铝陶瓷股骨头和高碳钴铬钼合金髋臼衬垫，金属对金属关节在生理解剖髋关节的比较模拟器。结果表明，陶瓷金属配对被发现有磨损率约百倍以上的金属对金属配对较低。陶瓷金属配对的磨损率，如图所示。9，很少穿元件表面上检测到的每106约0.01mm3的周期在测试期间被发现。最初的寝具时期，这是传统的金属对金属部件的特点是在陶瓷金属测试缺席。金属对金属关节的磨损率较高，一直持续到稳定状态1.23_0.5立方毫米，每106次的磨损率。从两个关节的粒子的大小和形状类似，金属，圆形至椭圆形，并在纳米尺寸范围内，与陶瓷金属对金属轴承和17.57_1.37纳米的直径为30_2.25nm106次后的金属轴承。相同的因素，优化硬对硬的轴承在一般适用于陶瓷金属耦合。因此流体膜厚度应最大化，仍然是重要的设计问题，如径向间隙，球形，表面粗糙度，以实现成功衔接。应当进一步强调，这里采用的陶瓷股骨头和髋臼金属内衬组合的测试和分析报告。反向组合使用（金属头和陶瓷内衬）尚未经过测试。著名的历史聚乙烯元首阐明对金属内衬，以及抓头的潜力，如果轮辋接触衔接过程中发生的失败，使这不可能是一个可行的轴承组合。总之，金属陶瓷轴承表现出非常低磨损的优点，降低了溶骨性的潜力和离子的释放分别聚合物和金属磨屑。此外，它提供了降低髋臼衬垫骨折，相对陶瓷对陶瓷关节，减少损伤股骨头微分离和报告潜在的轮辋接触隆巴迪等条件下的潜力。71。5.2表面金属对金属髋关节置换工程涂料 表面工程涂层*Fisher等人被查处。72，73研究的潜力，减少磨损量，释放浓度的金属碎片，铬，钴，钼离子水平。厚（8-12毫米），表面工程涂层沉积电弧蒸发物理气相沉积氮化铬（CRN）和铬碳氮（CrCN）钴铬钼元首和杯子和髋关节模拟器进行测试。的CrN氮化插入和15_106周期髋关节模拟器研究CrCN插入CrCN（利兹Mark II的）元首首脑进行了阐述。由图所示。10，CRN-CrN和CrCN-CrCN轴承夫妇的整体磨损低至少22倍，与整体磨损每106周期小于0.05立方毫米相比，金属1.2mm3的每106周期金属夫妇72，73。所有髋关节模拟器测试中产生的磨损颗粒，用透射电子显微镜使用自卸车描述等方法的特点。74。所有的材料组合制作一般小于30纳米大小的颗粒。在血清中的润滑剂，金属离子含量测定钴和铬离子水平的确定，采用石墨炉原子吸收光谱法，电感耦合等离子体质谱测定钼离子水平。金属对金属无涂层的轴承相比，钴，铬，钼离子的释放是从涂层轴承夫妇的血清样品。U937细胞巨噬细胞和L929成纤维细胞共培养，通过测量细胞活力的影响的金属，CRN，和CrCN磨损颗粒的细胞毒性评估75。观察与金属磨损颗粒浓度在50,5和0.5细胞碎片磨损每立方毫米，比只控制细胞中的巨噬细胞的活力显着降低。成纤维细胞，细胞碎片磨损每立方毫米50*在活力显着减少。浓度在505细胞碎片磨损每立方毫米的CrN磨屑引起的巨噬细胞活力显着减少，而只有最高浓度（50细胞碎片磨损每立方毫米），造成了在成纤维细胞的活力显着减少。CrCN磨屑，造成细胞活力显着减少，没有在任何浓度与两种细胞类型测试。这些初步的研究结果支持进一步发展和临床试验的表面工程金属对金属轴承。表面工程涂料，尤其是金属对金属表面置换的设计提供了一个替代品，因为金属对金属轴承和提高设计的灵活性与陶瓷相比相比减少磨损和离子的释放。*图。10磨损率氮化和CrCN涂层的髋关节置换相比，整个测试的金属对金属轴承。（后费舍尔等人72，73。6结论1改进在聚乙烯和陶瓷股骨头的引入，降低磨损率，但没有消除骨溶解的风险。2临床证据表明，硬对硬的轴承表面是一个可行的替代聚乙烯。3实验室和理论证据表明，金属对金属轴承使用大直径，表面光滑，和股骨和髋臼之间的径向间隙小的部件进行了优化时，可以产生非常低的磨损量。4陶瓷对陶瓷轴承生产无磨屑少，显着降低金额比金属对金属部件，组件骨折髋关节置换术的大直径超薄设计的适用性的关注和随之而来的局限性，但其使用的限制。5如陶瓷金属表面工程涂层的新技术已经通过测试，并在硬对硬轴承的性能和适用性方面可能产生的进一步改善鼓励短期到中期临床结果与第二代元件，并增加髋关节模拟器在临床前试验质量的信心，导致体内的性能显着增加，在使用硬对硬bearings.The轴承用聚乙烯可使用的X射线测量。类似的测量不能硬对硬的轴承，因为材料是无线电不透明和磨损量，尺寸变化的测定，是太小。然而，耐磨，可以推断为金属对金属轴承间接测量全血，血清或尿液中的金属离子的水平。只有当这些研究已经完成，它被称为新一代的组件是否在有效地减少磨屑量，从而验证测试方法，产生的数据，并设计导致。参考1Semlitsch，施特莱歇尔，马币，韦伯，H.胶囊和钴铬钼团长的磨损行为蒙上长期植入全金属髋赞成论文。othopade，1989，18，377-381。2格里菲斯，兆焦耳，Seidenstein，研究，威廉姆斯，D.and查恩利，研究插座穿在查恩利低摩擦关节置换术的髋关节。临床。骨科。，1978,137，37-47。3Willert，H.-G.Semlitsch，关节囊的研究反应佩戴人工关节假体产品。研究生物医学。母校。1977年，11，157-164。4Sutula科利尔，太平绅士，Saum，港龙，宿舍楼里，B，LCH。，宿舍楼里，JH，桑福德，西医，市长，MB的，木材加工，稀土，斯珀林，DK的，威廉姆斯，红外光谱，*Kasparak的DJ，并Surprenant，英航的OttobAufranc奖。聚乙烯的临床表现在臀部CLIN伽马射线灭菌的影响。1995年，骨科，319，28-40。5以撒，生长激素，阿特金森，JR，道森，D，肯尼迪，体育四，史密斯先生，股骨头在髋关节假体explanted查恩利Engng医药，1987，16，167-173粗糙的原因。6费舍尔，J.，小木桶张开，体育，里夫斯，电针，天疱疮，巨浪，以撒，GHcounterfaces金属分子*超高分子量聚乙烯的磨损划痕的影响。PROC。instn机械。engrs，H部分：研究在医学工程，1995年，209，263-264。7瓦格纳，瓦格纳，一个现代化的金属对金属全髋关节置换系统H.中期结果。临床。2000年，骨科。379，123-133。雅各布，Gorab，河，Mattingley，D，诱骗，研究和索斯沃斯，C三到与ULT 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