人工关节假体材料的研究现状

随着生活水平的提高,对人工假体的需求量也越来越大。概述了人工关节假体材料的发展进程,总结出目前使用较多的3种人工关节材料——金属材料、高分子材料和陶瓷材料,对以上3种材料的优缺点进行了分析,并介绍了针对各种材料的缺点进行改进的一些方法,重点论述了金属对金属表面人工关节置换的发展状况及其临床应用。指出目前还没有一种材料符合生物相容性好、生物力学相容性好、生物结合性好和寿命长的要求,人工关节材料的研究将朝着复合材料的方向发展。     

不同材料髋关节假体在髋关节置换中的应用

背景：金属材料、高分子材料和陶瓷材料等制作的人工髋关节关节都已成功应用于临床,产品也已经发展到比较成熟的阶段,但是每种材料依然存在各自的优缺点。 目的：评价不同材料髋关节假体的特点及临床应用。 方法：采用电子检索的方式在万方数据库中检索1999-01/2011-02有关髋关节假体材料的研究,关键词为“髋关节置换”。排除重复研究、普通综述或Meta分析类文章,筛选纳入18篇文献进行评价。 结果与结论：金属材料在髋关节置换中占有重要的地位,目前髋关节置换临床应用最多的是金属关节头和超高分子量聚乙烯髋臼的组合,但金属的弹性模量与人体骨骼相差甚远,导致应力遮挡效应,容易引起假体的疏松和不稳定;生物惰性陶瓷在活体内具有很高的稳定性和很好的机械强度,而生物活性陶瓷具有骨传导的特点以及与活骨整合的性能;复合材料假体因其可调的弹性模量和足够的力学强度,力学性能接近人体骨骼而逐渐被重视。但目前还缺乏生物相容性好、生物力学相容性好的理想假体材料。因此,应从改进人工髋关节设计和制造工艺,提高材料的耐磨性与力学性能,增强假体与宿主骨的结合性,减少应力遮挡,寻找新的人工髋关节假体材料等方面来提高置入物与宿主的生物相容性,从而能够更好地延长假体使用寿命。     

人工关节的研究现状和发展趋势

人工关节用于临床已有近百年的历史,经科研工作者们的不断努力,人工关节从材料到设计,都取得了很大的进步.随着材料制造技术及医疗技术的发展,人们已经能够应用多种金属或合金、高分子聚合物、碳质材料、陶瓷材料等对患者进行骨或关节的置换.目前,人工关节的置换包括有髋、膝、肩、肘、腕、踝等关节,但以髋关节和膝关节置换为主,因为髋关节和膝关节是人体主要的受力和磨损部位,损坏率高.在我国,大约有3000万人需要进行人工关节植入,但目前只有3万套,市场潜力很大.     

2011年CRTER杂志“骨关节植入物”“数字化骨科”栏目组稿热点

<正>人工假体研究人工髋关节假体置换人工膝关节假体置换人工肩关节假体置换骨肿瘤与人工假体置换磨损微粒与假体松动假体材料与人体的反应人工关节翻修关节置换术后镇痛与血栓     

人工关节的研究现状和发展趋势

人工关节用于临床已有近百年的历史，经科研工作者们的不断努力，人工关节从材料到设计，都取得了很大的进步。随着材料制造技术及医疗技术的发展，人们已经能够应用多种金属或合金、高分子聚合物、碳质材料、陶瓷材料等对患者进行骨或关节的置换。目前，人工关节的置换包括有髋、膝、肩、肘、腕、踝等关节，但以髋关节和膝关节置换为主，     

人工关节假体:材料特征与物理治疗

背景:人工关节置换是应用人工生物材料替代已有明显病损的关节,从而达到缓解疼痛、纠正畸形、恢复与改善关节功能的目的。目的:探讨人工关节假体材料与关节置换后物理治疗的效果。方法:以"人工关节,关节材料,物理治疗;artificial joints,joints materials,physical therapy"为关键词,应用计算机检索2000至2014年万方数据库、清华知网数据库、Pub Med数据库,选取有关人工关节假体材料与关节置换后物理治疗的文献,同一领域文献选择权威杂志或发表时间为近期的文章,依据纳入排除标准选取15篇文献进行分析。结果与结论:对于不同人工关节假体材料有着不同的康复治疗方案。人工关节置换后的物理治疗方法包括物理因子疗法和运动疗法。物理因子疗法可以减少炎性因子的释放并促进吸收,有效缓解疼痛,低频超声干预下可促进和加快载抗生素骨水泥的药物释放。运动康复疗法应用持续被动活动机可以促进静脉淋巴回流,减轻患肢肿胀,避免静脉血栓的发生,预防和治疗关节挛缩,有利于肌力的增强,促进人工关节置换后关节功能的恢复。选择适宜的人工关节假体材料并在置换后进行科学合理的物理治疗,可以使患者达到康复速度快、关节活动度好、并发症少的目的。     

基于两种材料的髋关节假体柄疲劳性能分析

人工髋关节置换手术是利用机械性能和生物相容性良好的材料制成类似人体骨关节的假体,然后把其置换到被破坏的关节面。它可以缓解甚至消除病痛,有效地维持关节的稳定性和自由度,从而恢复关节的正常性能。利用有限元法建立人工髋关节股骨柄的三维有限元模型,以探讨不同材料股骨柄假体的疲劳性能,从而确保髋关节置换假体的安全性及可靠性。计算获得了两种不同金属材料髋关节假体的疲劳性能,包括假体的寿命、变形等结果。钛合金假体的使用寿命最小为568万次,满足ISO标准。而不锈钢材料则不适合作为假体材料。     

人工膝关节在运动性损伤中的应用

目的:评价人工膝关节置换及其在运动性损伤中的应用前景。方法:以"人工膝关节,置换,运动性损伤,膝关节损伤为中文关键词;以:"artificial knee joint,arthroplasty,sports injury,knee joint injury"为英文关键词,采用计算机检索1993-01/2009-10相关文章。纳入与有关膝关节运动性损伤及人工膝关节置换相关的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。以39篇文献为主重点进行了讨论膝关节运性损伤的生物力学特征及人工膝关节的发展与在运动损伤中的应用。结果:运动性膝关节损伤的性质主要为擦伤、挫伤、骨折、脱位、撕裂、劳损,严重的关节损伤、骨折、骨裂等损伤要经过手术治疗才能得到康复,必要时需要接受人工关节置换。人工关节置换能够出去痛灶、疼痛,恢复关节的活动功能,并能有效地调整肢体的长度,人工关节置换具有疗效的确切性和可预期性,但也存在如假体松动、磨损或折断等并发症。置换人工膝关节时首先考虑的问题是假体的材料,需要耐用且无排斥反应。结论:人工膝关节近年来发展迅速,解决了很多患者的关节疾病问题,随着材料学及生物学的发展,在采用材料特别是对假体的个性化设计方面还有很大提升空间。人工膝关节置换能够应用于某些严重的运动性膝关节损伤患者。     

不同生物材料假体在人工关节置换中的应用现状

背景：人工关节置换中假体材料替代原有的病损关节,可以极大改善患者的关节功能,减轻疼痛,恢复运动,提高生活质量。 目的：概述目前应用于关节置换领域的假体材料及研究进展。 方法：以biomaterials, joint prosthesis, implants为检索词,检索PubMed 数据库(2000年1月至2011年12月中有关关节置换领域假体材料的文献。 结果与结论：目前临床中常见的关节假体材料包括金属、聚合物、陶瓷等,这些材料已被学者们所接受,并广泛应用于临床中,但仍存在一些不足和亟待解决的问题,如何完善和提升金属、聚合物、陶瓷的性能,降低甚至去除可能的磨损、离子释放、骨溶解、碎裂等不良后果,是目前需要学者们共同考虑的问题。相信随着制作工艺的不断进步、研究的不断深入,牢固可靠的假体材料定将推陈出新,达到更加令人满意的疗效,为临床所用。     

人工假体置换后的无菌性松动

背景：人工关节置换后无菌性松动一直是困扰外科医生的难题。 目的：探讨人工假体置换后发生松动的机制,影响因素及假体松动的防治措施。 方法：以“假体松动;发生机制;影响因素;治疗”为中文关键词,以:“Prosthetic loosening,Mechanism,Factors,Treatment” 为英文关键词,采用计算机检索中国期刊全文数据库、PubMed数据库(1993-01/2010-11)相关文章。纳入与假体松动研究及其影响因素和防治研究相关的文章,排除重复研究或Meta分析类文章。 结果与结论：共入选21篇文章进入结果分析。人工关节置换后,在假体-骨界面处的磨损碎屑颗粒以及周围的骨组织细胞相互作用所引起的一系列生物学反应是引起无菌性松动的关键环节,通过对假体设计和材料的改进,提高置换技巧及合理的防治,可以改善关节置换后假体的松动。     

新型β钛合金Ti_(35)Nb_3Zr_2Ta在人工关节假体应用中的生物相容性

背景:目前被广泛应用于人体关节置换的钛合金为Ti6Al4V,但其弹体模量高于人体骨,导致人工关节假体的稳定性差。而新型β钛合金Ti35Nb3Zr2Ta弹性模量较低,或许能成为新一代生物相容性较好的人体关节假体材料。目的:探讨新型β钛合金Ti35Nb3Zr2Ta在人工关节假体应用的生物相容性。方法:应用计算机检索自万方数据库、中国知网和Pub Med文献数据库,检索时间范围2010至2015年,以"新型β钛合金;人工关节假体;生物相容性"为检索词,检索医用人工关节假体材料的应用现状及新型β钛合金Ti35Nb3Zr2Ta在人工关节假体应用的生物相容性的研究。结果与结论:与Ti6Al4V相比,Ti35Nb3Zr2Ta表面粗糙度较高,表面接触角较小,碱性磷酸酶活性以及成骨细胞的钙沉积量明显高于Ti6Al4V,具有良好的生物相容性,可以考虑在人工关节假体领域中进一步广泛应用。     

人工股骨头置换治疗骨质疏松股骨转子间不稳定骨折的有限元应力分析

背景：通常的力学实验手法基本上无法直接应用于人体且模型间可比性低,对人体的力学行为进行有限元数值模拟就成为深化对人体认识的一种有效手段。 目的：运用计算机模拟骨质疏松股骨转子间不稳定型骨折人工股骨头置换,并做置换后股骨及假体的应力分析,评估置换后假体的初始稳定性。 方法：对志愿者双下肢进行薄层CT扫描获得股骨数据,图像处理软件Mimics11.1进行图像处理后数据导入建模软件UG4.0建立股骨三维模型;假体柄与股骨间行布尔运算,分为正常关节置换组和转子间骨折人工关节置换组,观察两组材料赋值、定义接触、受力加载、应力分析等情况。 结果与结论：人工关节置换改变了股骨的受力方式,股骨转子间骨折关节置换后的假体稳定性较好,在正常载荷下人工关节稳定。     

人工髋关节假体材料生物相容性及其临床应用

目的:评价不同种类髋关节假体材料的性能以及置入体内与宿主的生物相容性,为其在临床上的应用提供参考依据。方法:以"髋关节,假体,材料,生物相容性,临床应用"为中文关键词,以"hipjoint,prosthesis,materials,biocompatibility,clinical application"为英文关键词,采用计算机检索2000-01/2010-07相关文章。纳入与有关生物材料与宿主生物相容性的文章,排除重复研究或Meta分析类文章。以30篇文献为重点,探讨髋关节置换假体材料的种类、性能及临床应用。结果:金属材料在人工髋关节假体中占有重要的地位,髋关节置换应用最多的是金属关节头和超高分子量聚乙烯髋臼的组合,但存在耐磨损性差、润滑性差的缺点,且抗腐蚀性较差。陶瓷对陶瓷类型的人工髋关节假体材料,具有很强的抗磨损性能和较小的毒性作用及骨整合作用,但是其易碎性仍是需要解决的问题。     

人工全髋关节假体置换治疗运动性髋损伤的理论与实践☆

背景：全髋关节表面置换尽可能保持了髋关节原有的力学性能,置换后关节稳定性及活动度好,且无明显的年龄限制。 目的：探讨人工髋关节假体在髋关节运动损伤治疗中的临床应用,以及髋关节假体置换治疗的材料与方法进展。 方法：应用计算机检索1998-01/2011-10 PubMed数据库及中国知网数据库有关生物材料与组织工程髋关节的文献,英文检索词“hip joint injury,artificial hip joint,hip replacement,hip resurfacing arthroplasty”,中文检索词“髋关节损伤,人工髋关节,人工髋关节置换,全髋关节表面置换”。最终纳入符合标准的文献41篇。 结果与结论：严重髋关节运动损伤应行人工髋关节置换,以恢复患者的生活能力,甚至一定程度的运动能力。目前人工髋关节假体置换的关键因素在于假体材料,假体材料主要有金属材料、陶瓷材料高分子材料、新一代骨水泥等,各自具有一定优点与缺点,由于随访时间和临床观察周期较长,各种材料的疗效还需要进一步研究。计算机模拟髋关节的三维有限元分析成为研究的热点,将运动生物力学与材料科学结合,对新材料的研发与检验是制造满足组织工程学人工髋关节假体的要求,达到修复和重建目的的重要途径。     

不同材料人工髋关节关节面磨损对无菌性松动的影响

目的：分析各种人工髋关节假体材料在实际应用中的优势和存在的问题, 对不同材料人工髋关节关节面的磨损对无菌性松动的影响进行评价。 方法：以“生物材料,人工髋关节,假体,髋关节表面置换”为中文关键词,“biological materials,hip,prosthesis,hip resurfacing”为英文关键词,采用计算机检索1990-01/2009-12相关文章。纳入与不同材料人工髋关节关节面的磨损对无菌性松动的影响相关的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。 结果：人工髋关节的寿命和关节面的磨损密切相关,人工髋关节置换在临床应用研究过程中, 出现无菌性松动等问题,这些问题的产生不但与假体的设计有关, 而且与假体所用材料有着密切的关系,比较了不同人工髋关节假体材料的性能,为临床选择一种具耐磨损、生物相容性好的理想人工髋关节假体材料提供依据。 结论：髋关节假体材料的表面改性和人体髋关节生物摩擦行为是未来研究的热点,髋关节假体材料性能评价体系的完善是亟待解决的问题。     

人工关节假体感染的细菌培养

背景：人工关节感染是关节置换后严重的并发症,可导致置换失败。 目的：分析近10年临床应用人工关节假体出现感染的细菌培养情况,以CNKI数据库文献检索和深度分析功能进行学术探讨,旨在丰富相关知识,便于其他检验人员借鉴和参考。 设计：文献计量学分析。 资料提取：以“人工关节(prosthetic joint),感染(infection),细菌培养(bacterial culture),关节液(synovial fluid, SF),软组织(soft tissue)”为关键词,总结中国各级医务工作者在2001-01/2010-12期间关于人工关节假体感染细菌培养的研究和进展,并分析结果,以文字和图表的形式进行统计和结果分析,描述其分布特征。 入选标准：纳入标准：①与人工关节假体感染细菌培养相关的研究文章。排除标准：①与文章目的无关的文献。②重复研究的文献。③试验材料和方法交待不详细或结果存在争议的文章。 主要数据判定指标：以出版时间、学科类别、来源期刊、研究机构、发表文献的作者分布以及基金资助情况进行相关分析。 结果：从中国各级医务工作者在2001-01/2010-12期间以国内作者及单位为第一作者和第一单位的关于人工关节假体感染细菌培养的文献中,共检索到947篇人工关节假体感染的细菌培养相关文献,文献数量在时间分布上呈总体上升趋势。 结论：通过文献计量学方法对人工关节假体感染细菌培养的文献进行分析,可为国内从事人工关节假体研究和临床实施置换的工作者进一步确定科研思路提供有价值的参考。     

人工髋关节置换中假体材料的选择及应用进展

通过查阅国内外有关假体材料选择与应用在骨科人工髋关节置换领域的文献,进行归纳分析,总结假体材料发展及应用的研究现状及进展。目前人工关节假体材料须兼具高强度、富韧性、可塑性、抗疲劳、耐磨损等特性,常用材料包括合金、陶瓷、高分子聚合体等。通过对假体界面不同材料进行组合和改性,未来有望开发出在生物相容性、力学相容性、固定度、使用寿命等方面表现更优的假体材料,为髋关节置换手术提供更多科学合理选项,更好地为患者服务。     

人工膝关节置换:技术发展与临床应用及评价

目的:通过临床验证对人工膝关节置换术技术的发展、运用进行综述与评价。方法:以"人工膝关节;置换;假体;移植重建"为中文关键词,以"totalkneearthroplasty,prosthesis"为英文关键词,采用计算机检索1993-01/2009-10相关文章。纳入与人工膝关节置换术技术在膝损伤修复中的应用等相关文献;排除重复研究或Meta分析类文章。以28篇文献为主重点对人工膝关节置换术技术中材料的选择与运用、术后注意事项、易出现的术后问题等进行了讨论和综合分析。结果:人工关节置换术目前常采用的术式有人工全髋、半髋关节置换术,人工全膝关节置换术,膝关节单髁置换术,人工踝关节置换术,全肩、肘工关节置换术和人工手、足关节置换术等。人工关节假体是置入人体内的材料,其形态的设计、表面处理、材料选用、制造工艺以及包装的要求都十分严格。不同膝关节假体的适应证应由膝关节的骨和软组织条件决定、膝关节韧带的质量和状态、关节畸形以及关节软骨破坏的程度决定假体的选择。结论:选择高质量的假体、不断开发和推广使用其配套器械是全膝关节置换术普及和发展的关键。     

外科植入物--骨关节假体材料的选择

外科植入物骨关节假体(俗称人工关节)是主要用于治疗畸形、疼痛或功能丧失等关节疾病的生物材料制品, 其临床应用广泛、效果显著。众所周知,产品的成功极大程度上依赖于选用的材料,人工关节材料的选择直接关系到人工关节在人体内是否能真正解除患者的疼痛、提供长期坚强、稳定的关节运动。按照正常人体骨骼需承受高达8倍于体重的压力、假体寿命期内长期处于低周疲劳状态及人体解剖和生物力学与组织环境的特异性分析,应用于人工关节材料的选择须充分体现物理学、化学、生物力学及临床科学的紧密结合。     

人工腰椎间盘假体设计原理研究及未来趋势发展

背景:椎间盘置换是治疗椎间盘退行性疾病的新选择,可在消除疼痛的同时保留腰椎原有的生物力学状态,但对于其假体结构和材料设计尚需进一步研究和验证。目的:对现有腰椎间盘假体结构和材料设计方案进行综述,并对其未来优化设计进行展望。方法:第一作者应用计算机检索中国期刊全文数据库、Pubmed数据、中国生物医学文献数据库中2005年1月至2013年2月有关人工腰椎间盘及髓核假体材料类型及生物力学的文章。中文检索词为"人工椎间盘,假体设计原理,结构,材料,临床试验",英文检索词为"artificial lumbar disc,total disc replacement,structure,material,clinical trial",排除重复及陈旧文献。共检索到135篇文章,共纳入36篇文章进行综述。结果与结论:目前用于椎间盘的材料有钴铬合金、陶瓷、不锈钢、钛合金和超高分子量聚乙烯等。用不同材料制备的椎间盘假体较多,其中Bryan假体在临床最常用,三维有限元分析、体外实验及临床研究都证实具有良好的生物力学特性,置换成功率较高。人工髓核假体有预制型及原位聚合型,由于置换损伤小,是目前的研究热点,但很难达到人体髓核生物力学功能。挖掘新型材料来设计个性化假体是将来的发展方向。对于假体结构和生物材料设计经历了不断的改进与发展,文章结合最新研究趋势,对椎间盘假体未来在材料改进、结构仿生设计、假体和辅助置入器械优化设计等发展方向进行了展望。