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人体髋关节假体材料的种类
• 1、生物医学金属材料 • 2、生物陶瓷 • 3、复合材料
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1、生物医学金属材料
定义：具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床 使用主要的承力植入材料。
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1.1生物医学金属材料
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仍然是金属 关节头和超高分子量聚乙烯髋臼的组合
• ②生物活性陶瓷（羟基磷灰石、磷酸三钙） ：骨传导特点、活骨整合的性能
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2.1生物陶瓷的优点
• 陶瓷材料的离子结构可以吸引带极性的液 体，使之均匀地覆盖在陶瓷的表面，有利 于形成流体薄膜润滑效果；并且陶瓷材料 硬度高、磨损率低、磨损颗粒小；它还可 以在潮湿的条件下正常工作，克服了金属 假体在体内潮湿环境下容易释放金属离子 的问题。
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1950年 Moore在美国设计了自锁式钴铬 钼合金的股骨头假体。
1962年 Charnley的低摩擦关节问世后 ，各类型人工关节相继出现，但临床效果都 不如Charnley髋关节置换术。Charnley假体 具有低摩擦稳定较少发生松动等优点。
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1966年Charnley首先使用了空气层流 净化手术间，个人空气隔离系统，预防 性抗生素，使术后感染率大大降低。由 于 Charnley 对 人 工 关 节 作 出 的 重 大 贡 献 ，被公认为现代人工关节之父
先髋
股骨头坏死
骨关节炎
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高龄粗隆间骨折 >80
老年股骨颈骨折 >65
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手术分类
表面髋
人工半髋关 节
人工髋关节
人工全髋 关节
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保留股骨颈的非骨水泥型股骨柄假体(LINK)
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髋关节表面置换术
对局部骨质完整性要求较高，不能矫正畸形 术后假体松动、骨质吸收发生率高，易翻修
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三、人工髋关节的材料
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由于假体长期置入体内，材料应具有： • 良好的生物相容性， • 无毒副作用， • 耐体液的化学腐蚀和电化学腐蚀， • 弹性模量接近于人的皮质骨。
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人工髋关节有多种类型的设 计及多种材料，但一般来说都 有两部分组成，高光滑度的金 属股骨头假体和由耐磨材料组 成髋臼假体
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1938年 Smith Petersen 发现牙科医生 使用的钴铬钼合金材料生物惰性较强，在人体 内生物相容性较好，将其做成钟状开口的金属 杯，全股骨头在杯内活动做了1000例，长期疗 效不佳，金属杯与股骨头摩擦增加，股骨头坏 死疼痛。
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1941年 美国Moore和F.R.Thompson分别设 置了长直柄人工股骨头和长弯柄股骨头假体。 后来成了Muller，Harris全髋股骨头假体的原 形。
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2.1氧化铝陶瓷
• 目前常用的高纯度氧化铝是氧化铝粉末在1 600~1800 ℃的高温下烧结而成。20世纪90 年代后采用的新制造工艺减少了杂质，提 高了材料的致密性。其具有化学惰性及良 好的抗腐蚀能力。但氧化铝陶瓷韧性较金 属低，氧化铝陶瓷制成的股骨头直径必须 大于或等于28 mm。近10 年来氧化铝陶瓷 制成的人工髋关节在临床上取得了令人并 非满意的结果。
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手术适应证逐步扩大
髋关节解剖、病理和生物力学研究不断深入 人工髋关节的材料选用和假体设计日趋合理 手术技术和术前、术后的处理也逐步完善 年龄60～75岁的最合适年龄范围已经放宽
年轻患者髋关节病变，人工大
其它
髋部肿瘤
结核等感染
类风湿性关节炎
人工髋关节发展
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人工髋关节发展简史
人工关节置换 术从早期的探索阶 段至今较成熟发展 阶 段 已 有 100 余 年 历史。
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1822年 英国人Anthony.White医生施股骨 大粗隆下5cm截骨术，以改善髋关节功能，缓解 疼痛，12个月后形成假关节。
1840年 美国JM.Carnochan首先进行了下颌 关节成形术，橡木片（非生物材料）置入，这 一手术应该说是人工假体置换术的开端 。
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金属全髋材料缺点
• 金属的弹性模量（100~200GPa）与人体骨骼（ 1~30GPa）相差甚远，导致应力遮挡效应，从而 引起假肢的疏松；
• 由于金属是生物惰性材料，植入人体后始终作为 宿主的一体存在，容易变形和松动：
• 金属在人体内的富氧环境中能在其表面形成 2~5nm厚的氧化层，其在摩擦作用下容易脱落， 在脱落部位金属假体释放金属离子和颗粒，一方 面增大了磨损率，另一方面释放的金属离子具有 潜在的毒性，这些缺点严重影响了金属型人工髋 关节的长期应用效果
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90年代 出现了混合型固定的全髋关节置换术 ，1994年美国发展与共识会议正式提出，骨水 泥型假体柄和非骨水泥臼。
最近几年，骨水泥型和生物型假体交替成为 研究热点
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二、人工髋关节置换（THR）概述
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近30年骨科发展最快的领域之一 疗效肯定，10年成功率超过90% 技术方法、材料学快速发展 手术适应证日益扩大，置换人数不断增多 晚期并发症导致翻修手术增加
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2.2氧化锆陶瓷
• 氧化锆陶瓷：氧化锆陶瓷的密度、韧性和强度都 高于氧化铝陶瓷，降低了陶瓷假体破裂的风险， 而且可以制成22 mm 的股骨头。氧化锆陶瓷在 1985 年首次制成股骨头假体在临床使用。然而 ，纯氧化锆是不稳定的，它有3种晶体状态：单 晶体、四角形、立方体。状态的变化导致其稳定 性差并容易破裂，必须添加稳定剂（常用氧化钇 ）使之保持在四角形状态才能使其稳定性得到维 持，并获得最佳的机械特性。
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1891年 Gluck在德国用象牙股骨头与髋臼 首次进行了全髋关节置换术用镀镍螺钉固定假体 ，他还使用了骨胶作为粘合剂来固定假体，这也 为骨水泥型全髋关节置换应用技术起到了启蒙作 用。
1923年 Smith Petersen设计了玻璃杯关节 成形术，被认为是髋关节置换术的鼻祖 ， 以后用了许多不同材料做的杯效果均不佳。
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2、生物陶瓷
定义：医用生物陶瓷材料化学性质稳定， 生物相容性良好。生物陶瓷主要包括两类 ：分别为惰性生物陶瓷（如氧化铝、医用 碳素材料等）和生物活性陶瓷（如羟基磷 灰石和生物活性玻璃等）。
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• 生物陶瓷根据生物活性分为：
• ①生物惰性陶瓷（氧化铝、氧化锆）：稳定 性高、机械强度好