人工髋关节关节面的磨损和生物陶瓷材料

人工髋关节的寿命和关节面的磨损密切相关。本文阐述了磨损、磨损颗粒和细胞因子在无菌性松动中的可能作用。比较了不同材料的性能。提出生物陶瓷材料在人工髋关节材料中的良好的性能和光明前景。     

人工髋关节假体材料磨损性能及其影响因素

目的:比较不同人工髋关节材料的磨损性能,提出预防假体松动的措施。方法:以假体松动,人工髋关节,磨损,磨损颗粒,髋关节假体为中文关键词;以:prosthesis loosening,hip,wear debris,hip prosthesis为英文关键词,采用计算机检索1993-01/2009-10相关文章。纳入与人工髋关节假体的磨损及其影响因素相关的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。以28篇文献为主重点进行分析人工髋关节假体材料摩擦磨损性能及其影响因素。结果:髋关节手术的方法、假体安装的技术及关节负重引起的假体与宿主骨之间的微动等机械性因素可能是人工髋关节假体松动的启动因素,而生物学因素-磨损颗粒可能调节着人工髋关节假体松动的后期过程,因此对机械性和生物学因素的研究可能会揭示人工髋关节假体松动的奥秘。结论:人工关节磨损产生微小磨损颗粒是人工关节后期松动的关键因素。通过对宿主骨质量的提高及对假体设计和材料的研究进一步深入,可以更好地预防和治疗髋关节假体的松动。     

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。     

陶瓷人工髋关节置换术后内衬破裂1例

自20世纪70年代Boutin等[1]首次应用陶瓷人工关节至今陶瓷髋关节假体已得到广泛的应用。与传统金属对聚乙烯界面相比陶瓷界面具有更好的生物相容性、更高的强度及耐磨损性。Sedel等[2]报告陶瓷髋关节假体的平均磨损率为3 m/年,同时陶     

金属对金属人工髋关节的磨损预测

目的发展复杂动态载荷与瞬态运动条件下的球面共型接触硬对硬人工髋关节的磨损预测模型,并用于典型的金属对金属人工髋关节在复杂三维生理运动条件下的磨损预测研究。方法建立有限元模型用于接触力学问题求解,采用固定-跟踪法(fixed-tracked method)完成具有三维欧拉运动的人工髋关节双侧界面动态磨损几何再现及相应的接触与磨损问题模拟的数值交换。结果磨损预测表明,磨损导致金属对金属人工髋关节接触界面几何由球面向非球面过渡,接触区域随磨损周期而增大,接触压力变化趋于平缓、最大接触压力逐渐减小。结论本研究所发展的三维复杂动态、具有双侧界面几何磨损变化的人工髋关节磨损预测模型,能够很好地进行金属对金属髋关节磨损数值预测模拟实验,为认识人工髋关节磨损机理提供了新的方法。     

人工髋关节磨损分析和临床失效诊断推理

目的研究人工髋关节磨损机理及磨损寿命界定准则,分析非正常磨损的具体原因和磨损失效的临床表现形式,建立失效事件的分析推理路线。方法通过弹性流体动力润滑分析和有限元分析确定人工髋关节中的摩擦磨损过程及导致早期非正常磨损的产生因素;通过建立磨损寿命界定准则确定人工髋关节的使用寿命;通过磨损—骨溶解形态学矩阵对磨损失效临床表现形式进行归纳分类;通过临床调研建立失效事件推理逻辑。结果计算得出球头—髋臼间的最小滑膜厚度和接触应力,以及相关参数的影响,作为磨损分析的理论依据;提出人工髋关节以几何形态变化导致的机械学失效和以骨溶解导致的生物学失效两种磨损寿命界定准则;得出磨损失效9种临床表现形式;提出磨损失效事件分析推理路线图。结论人工髋关节运动副中主要发生边界摩擦和混合摩擦,以及粘着、犁沟和三体磨损等磨损过程;髋臼与球头的表面质量、配合间隙及圆度对早期非正常磨损具有重要的影响;金属—UHMWPE配副人工髋关节正常机械学磨损寿命可以达到40年,但生物学磨损寿命最多为15～20年,后者是制约今天假体使用寿命的根源;磨损失效临床表现形式的多样性是机械磨损与骨溶解过程综合的形态学效果;在失效事件分析中推理路线图可提供一定的帮助。     

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。     

材料匹配与人工髋关节接触性能分析

目的 研究当前临床常用的不同材料匹配的典型人工髋关节接触力学性能。方法 建立球基共型接触人工髋关节的有限元模型;通过施加恒定竖直方向载荷,等效模拟关节正常行走情况下的接触力学,分析材料匹配球面的接触性能及评估相应的磨损预测。结果 获得具有诸如金属对金属（MOM）、金属对陶瓷(MOC)、陶瓷对陶瓷(COC)、陶瓷对聚合物(COP)、金属对聚合物(MOP)5种材料组配条件下的人工髋关节接触性能数值分析;结果显示其接触应力由大到小排列分别为COC、MOC、MOM、COP和MOP;而接触面积由大到小排列分别为MOP、COP、MOM、MOC和COC。结论 高弹性模量和低泊松比的材料匹配的人工髋关节变形量较小,但会导致局部应力较大;将低弹性模量和高泊松比的柔性材料聚乙烯作为髋臼,则不会出现较大的接触应力集中,但变形量较大,且出现边缘受力情况。另一方面,MOM和MOC材料匹配的人工髋关节具有较低的接触磨损性能,对临床上人工髋关节选材提供参考价值。     

髋关节损伤和人工材料的修复与移植

背景：人工生物材料在骨损伤康复过程运用中逐步成熟与多样化,为人体严重的髋关节损伤治疗提供了条件和研究方向。 目的：对髋关节损伤后人工生物材料干预治疗的相关措施和移植后炎症反应的因素进行分类与综述。 方法：应用计算机检索PubMed、维普和万方数据库中1990-01/2011-10关于髋关节损伤治疗及其人工材料修复方面的文章,在标题和摘要中以“髋关节,移植,生物材料,治疗”或“hip,transplantation,biological materials,treatment”为检索词进行检索。 结果与结论：目前严重的髋关节损伤治疗技术大多以假体置换为主,从原始的股骨头置换发展到现在的全髋置换、半髋置换、表面髋置换及无柄髋置换等各类人工髋关节置换,技术现已日趋成熟,而移植的材料学特征和并发症是制约手术效果的重要因素。所以,尽量做到生物相容性好、使用寿命长、手术创伤更小和手术后并发症少的相关髋关节置换的研究,应是今后材料学和置换技术研究的方向。 关键词：髋关节;材料;假体;炎症;综述 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.08.032     

无骨水泥固定人工全髋关节的设计及材料选择

今天所提及的无骨水泥固定人工髋关节置换术,实际上,从某种意义上讲是回到了人工髋关节置换术的最初阶段.不过,在Charnley(1960)将骨水泥应用于该手术之前,人工假体的松动率非常高.失败原因主要是假体的选材不当及设计不合理,不能达到早期有效的固定,引起应力集中、骨质吸收和假体松动.可见,无骨水泥固定人工全髋关节的设计和材料的选择与手术成败有着密切的联系.     

碳增强的聚醚醚酮人工关节假体材料的磨损性能研究

目的 研制新型人工关节假体材料-碳纤维增强的聚醚醚酮(CFPEEK)，评价其生物磨损性能。方法 采用国产材料和工艺研制出CFPEEK复合材料，在模拟体液环境下对其本身以及与不同磨擦偶间的磨损性能进行测试，并与传统髋臼假体材料超高分子聚乙烯(UHMWPE)和传统金属人工关节材料的耐磨损性能进行比较。结果 1 CFPEEK的体积磨损率只为UHWMPE的1／2，耐磨损性能明显优于UHMWPE。CFPEEK与钴铬钼合金(CoCrMo)对磨将产生最少的磨屑。CFPEEK与CoCrMo对磨时的摩擦系数最低。2CFPEEK的体积磨损率分别为钛合金(Ti)和CoCrMo的1／50和1／20，前者与后两者相比，均具有非常显著性差异，磨损表面形态观察显示CFPEEK磨痕细小，基质纤维结合良好。结论 CFPEEK材料具耐磨损、生物相容性好的特点，是一种未来假体的理想材料。     

碳增强聚醚醚酮人工关节假体材料的磨损性能研究

目的研制新型人工关节假体材料-碳纤维增强的聚醚醚酮(CFPEEK),评价其生物磨损性能.方法采用国产材料和工艺研制出CFPEEK复合材料,在模拟体液环境下对其本身以及与不同磨擦偶间的磨损性能进行测试,并与传统髋臼假体材料超高分子聚乙烯(UHMWPE)和传统金属人工关节材料的耐磨损性能进行比较.结果 1 CFPEEK的体积磨损率只为UHWMPE的1/2,耐磨损性能明显优于UHMWPE.CFPEEK与钴铬钼合金(CoCrMo)对磨将产生最少的磨屑.CFPEEK与CoCrMo对磨时的摩擦系数最低.2 CFPEEK的体积磨损率分别为钛合金(Ti)和CoCrMo的1/50和1/20 ,前者与后两者相比,均具有非常显著性差异,磨损表面形态观察显示CFPEEK磨痕细小,基质--纤维结合良好.结论 CFPEEK材料具耐磨损、生物相容性好的特点,是一种未来假体的理想材料.     

髋关节假体体外磨损试验方法研究

目的 依据ISO 14242进行髋关节假体体外磨损试验,研究试验过程中髋关节假体在设备上的固定、定位及润滑剂的浓度测定、抑制润滑剂长菌的抑菌剂选择等难点问题。方法 利用AMTI髋关节磨损试验机,使用不同规格和材料的髋关节假体及不同的小牛血清抑菌剂,开展多组磨损试验。结果和结论 在髋臼杯固定方面,需要对其外表面进行光滑处理;在假体定位方面,设计一种能够满足ISO 14242规定的适用于AMTI髋关节磨损试验机的定位工装;在润滑剂浓度测定方面,推荐使用紫外吸收法或考马斯亮蓝法;在抑菌剂方面,ProClin 300可作为替代品,对假体进行磨损量的测试。创新之处 体外磨损试验周期长,过程复杂,操作过程中难点多,对试验操作要求精准严格。然而,现有的研究大多集中在产品应用方面,没有针对测试操作方法的详细研究,该研究可以为髋关节假体体外磨损试验操作人员提供参考。     

Development of Acetabular Component for Endoprosthesis of Hip and Knee Joints

The acetabular component for an endoprosthesis of the hip and knee joints was developed based on hydroxyapatite and ultrahigh molecular weight polyethylene. The results of the physicomechanical and tribological tests of the materials allowed the composition of the material to be optimized. Toxicological tests revealed biocompatibility of such materials. Neither toxic nor mutagenic effect was observed. Thus, the prosthesis composed of 50 mass % filler can be recommended.     

双锥面螺旋髋臼在髋关节置换术后髋臼侧翻修术中的应用

目的探讨双锥面螺旋髋臼假体在初次人工全髋关节髋臼侧翻修术中的临床应用效果。方法对1996年7月~2010年8月收治的25例初次行全髋关节置换术后假体松动的患者行双锥面螺旋髋臼翻修。患者男性6例,女性19例,年龄57~81岁,平均(69.0±0.2)岁。Harris评分16~57分,平均43分。患者术前均行X线,CT等影像学检查,术中彻底清理髋臼并根据骨缺损情况行同种异体颗粒松质骨打压植骨。术后随访评价依据Harris评分系统,根据坎贝尔手术学所提供的诊断标准判断影像学上假体是否松动。结果术后切口均一期愈合,经过3~14年,平均4年的随防,髋关节功能良好,未发现髋臼假体松动,按Harris评分标准,优16例,良6例,可3例,优良率为95%。结论运用双锥面螺旋髋臼假体对初次行全髋关节置换术后松动的患进行翻修治疗,固定可靠、愈合快、能早期功能锻炼、并发症少、功能满意,是一种确切可靠的方法。     

基于X光片的定制型人工髋关节股骨侧假体设计

介绍一种利用 X光片设计定制型人工髋关节股骨侧假体的方法。采用圆弧和直线形成髋关节股骨侧假体外形轮廓。通常髋关节股骨侧假体匹配段尺寸公差要求并不严格 ,加工这种髋关节股骨侧假体可不采用数控加工中心。利用自编的程序成功地设计了三根股骨的假体。根据一个股骨标准数据库重建了这几根股骨的大致髓腔模型 ,这些模型被用来检验设计出的假体。设计出的假体被加工了出来 ,并分别植入股骨。结果表明该设计髋关节股骨侧假体方法切实可行     

松动人工髋关节界膜显微和超显微结构的研究

目的 通过观察松动人工髋关节界膜的组成及其内在成分的显微和超显微结构来控制人工关节松动的生物学因素，方法 选择22例行人工全髋关节翻修术的患者，术中观察界膜的肉眼形态及人工假体的改变，取界膜送病理检查，有8例患者界膜行扫描和透射电镜检查，结果 界膜主要细胞成分处于激活状态，，巨噬细胞吞噬和包绕磨损颗粒，巨噬细胞和成纤维细胞粗面内质网丰富，高尔基复合体发达。结论 松动人工髋关节界膜的形成主要是机体对磨损颗粒反应的结果，界膜内巨噬细胞，成纤维细胞在人工关节的生物学因素中起重要作用，淋巴细胞的作用有待进一步研究。     

松动人工髋关节界膜显微和超显微结构的研究

目的通过观察松动人工髋关节界膜的组成及其内在成分的显微和超显微结构来探讨人工关节松动的生物学因素. 方法选择22例行人工全髋关节翻修术的患者,术中观察界膜的肉眼形态及人工假体的改变,取界膜送病理检查,有 8例患者界膜行扫描和透射电镜检查. 结果界膜主要细胞成份处于激活状态,巨噬细胞吞噬和包绕磨损颗粒,巨噬细胞和成纤维细胞粗面内质网丰富、高尔基复合体发达. 结论松动人工髋关节界膜的形成主要是机体对磨损颗粒反应的结果,界膜内巨噬细胞、成纤维细胞在人工关节的生物学因素中起重要作用,淋巴细胞的作用有待进一步研究.     

Ultrastructural Cytochemical and Ultrastructural Morphological Differences Between Human Multinucleated Giant Cells Elicited by Wear Particles from Hip Prostheses and Artificial Ligaments at the Knee

The authors investigated the ultrastructural cytochemical features of multinucleated and mononuclear cells in periprosthetic tissues associated with bone resorption (osteolysis) and those in tissues adjoining failed artificial ligaments having no relation to bone resorption. Clinical specimens of granulation tissue of each type, respectively numbering 4 and 3, were stained for tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) reactions and examined by light and electron microscopy. Both periprosthetic granulation tissues and those adjoining artificial ligaments contained TRAP-positive multinucleated and mononuclear cells. Near joint prostheses, multinucleated cells, including some giant cells, showed TRAP activity and cytoplasmic features resembling osteoclasts, while others had features consistent with foreign-body giant cells, and still others showed degenerative changes. Near artificial ligaments, TRAP-positive multinucleated cells lacked osteoclastic features. At both sites, TRAP-positive multinucleated cells had phagocytised wear particles. TRAP-positive mononuclear cells at both sites also showed phagocytic cytoplasmic features, but not osteoclastic cytoplasmic features. Human mononuclear phagocytes and multinucleated giant cells induced by wear particles possess TRAP activity. Those multinucleated giant cells at sites of osteolysis developed osteoclastic cytoplasmic features and have a phagocytic function.     

Ultrastructural Cytochemical and Ultrastructural Morphological Differences Between Human Multinucleated Giant Cells Elicited by Wear Particles from Hip Prostheses and Artificial Ligaments at the Knee

The authors investigated the ultrastructural cytochemical features of multinucleated and mononuclear cells in periprosthetic tissues associated with bone resorption (osteolysis) and those in tissues adjoining failed artificial ligaments having no relation to bone resorption. Clinical specimens of granulation tissue of each type, respectively numbering 4 and 3, were stained for tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) reactions and examined by light and electron microscopy. Both periprosthetic granulation tissues and those adjoining artificial ligaments contained TRAP-positive multinucleated and mononuclear cells. Near joint prostheses, multinucleated cells, including some giant cells, showed TRAP activity and cytoplasmic features resembling osteoclasts, while others had features consistent with foreign-body giant cells, and still others showed degenerative changes. Near artificial ligaments, TRAP-positive multinucleated cells lacked osteoclastic features. At both sites, TRAP-positive multinucleated cells had phagocytised wear particles. TRAP-positive mononuclear cells at both sites also showed phagocytic cytoplasmic features, but not osteoclastic cytoplasmic features. Human mononuclear phagocytes and multinucleated giant cells induced by wear particles possess TRAP activity. Those multinucleated giant cells at sites of osteolysis developed osteoclastic cytoplasmic features and have a phagocytic function.