人工髋关节置换假体知识

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1、人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识Linda Li 人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识通常来说，完整的人工髋关节由3-4部分组成：髋臼杯杯-髋臼杯内衬衬-股骨头头-股骨柄柄半髋关节由3-4部分组成（根据产品的不同）：双动头外杯-聚乙烯内衬-股骨头-股骨柄人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识根据固定方式的不同可分为：生物全髋，生物半髋生物全髋，生物半髋水泥全髋，水泥半髋水泥全髋，水泥半髋混合髋混合髋人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识根据关节界面的不同可分为：金金-金金(MOM)(MOM)：金属头对金属衬。金金-聚乙烯（聚乙烯（MPE)MPE)：钴铬钼头对高分

2、子聚乙烯（高交联）衬陶陶-陶陶(COC)(COC)：陶瓷头对陶瓷衬陶陶-聚乙烯聚乙烯(CPE)(CPE)（半陶）（半陶）：陶瓷头对高分子聚乙烯衬最早使用的材料：木材，象牙，金箔，猪膀胱，玻璃等人工髋关节界面及材料学人工髋关节界面及材料学人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识 人工髋关节界面及材料学人工髋关节界面及材料学THA 开始时采用金属-金属（MOM):最早使用不锈钢，后被更好的钴-铬（Co-Cr)合金（1955-1965）和钛合金所替代。钴-铬合金是目前抗磨损能力最强的金属，是股骨头假体和膝关节股骨部件的首选。现使用钴钴-铬铬-钼钼合金。人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识

3、1791年，Gregor发现金属钛，但直到1910年，才制备出高纯钛。商用纯钛分为4级，常用于制作金属丝和附着于关节假体表面利于骨长入的纤维网钛钛-6-6铝铝-4-4钒钒合金良好的生物相容性及机械性能使之成为植入物材料的新选择。人工髋关节界面及材料学人工髋关节界面及材料学人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识1962年，Charnley爵士将聚乙烯用于人工髋关节手术，但是聚乙烯磨损引发的骨溶解，最终造成假体松动是主要的问题。如何解决这个问题也成为各制造商努力地方向。在聚乙烯的磨损中，髋关节的磨损机制主要是颗粒磨损颗粒磨损，而膝关节的磨损机制主要是撞击、挤压和疲劳分层磨损基于此，首先对树脂

4、材料进行选择：目前多使用 GUR 1020和1050，它们的区别在于分子量的大小，1020的分子量更小。使得分子链结构较紧密，更易抵抗冲击和抗疲劳，所以GUR 1020只用于膝关节，而髋关节采用GUR 1050为原料。人工髋关节界面及材料学人工髋关节界面及材料学人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识此外，各制造商也对聚乙烯的制造方法和加工工艺进行了改进，例如，采用射线照射以获取高交联聚乙烯增加抗磨损性能，无氧或低氧包装以延缓氧化，以及Biomet专利的维生素维生素E E 处理解决高交联的氧化问题。人工髋关节界面及材料学人工髋关节界面及材料学人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识生物

5、陶瓷：1970年，Boutin植入第一例氧化铝髋关节，主要问题：碎裂和移位松动。氧化锆具有很好的抗碎裂强度和刚度，克服了氧化铝的易碎问题。1995年高纯氧化铝陶瓷Biolox Forte（第三代）2003年纳米复合陶瓷（含二氧化锆）BioloxBiolox Delta Delta（第四代）人工髋关节界面及材料学人工髋关节界面及材料学人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识人工髋关节界面及材料学人工髋关节界面及材料学关节面关节面潜在优点潜在优点潜在缺点潜在缺点COC高生物相容性，一般磨损率极低假体碎裂，弹响，造价高，手术技术要求高MOM可自我修复表面划痕，一般磨损率极低金属碎屑和、或离子造成

6、局部和、或全身长期反应CPE磨损低于MPE假体碎裂，翻修困难MPE普遍接受磨损人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识Primary 初次手术臼杯:Cemented（骨水泥杯）Bio-Clad Cementless（生物杯）Universal 2 孔，单涂髋臼杯 Regenerex Rinloc+骨小梁杯 Exceed ABT 陶瓷髋臼杯Revision 翻修手术臼杯:Cemented（骨水泥杯）无 Recovery Cage Cementless（生物杯）Universal 多孔，单涂髋臼杯 Regenerex Construct 骨小梁杯人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-髋

7、臼杯髋臼杯Biomet Hip ProductsBiomet 臼杯设计原理臼杯设计原理Acetabular AnatomyAnterior/Posterior Column FixationAnterior/Posterior Column FixationShell Design 外杯设计外杯设计Shell Design 外杯设计外杯设计Universal Shell VS Full Hemisphere Shell（正半球型）（正半球型）Universal Rim FlareFull HemisphereUniversal Ream=Line to Line （双半径或多半径）Full H

8、emisphere Ream=Under ream 2mm （正半球形）锁定机制锁定机制-RingLoc Ringloc Acetabular Series 1992上市 超过19年的优异临床结果 可靠的卡环锁定装置.抗拔出强度660 lbs.抗撬出强度650 lbs.完美的内衬与外杯的匹配 内衬支撑面积达84.9%6 to 8 tabs on the Shell Rim create an interference fit with the liner.杯缘6-8个限位突起可与内衬紧密配合 12 to 16 Notches on Liner provide flexibility in pl

9、acement of liner and added rotational stability.衬缘12-16个凹槽将内衬与臼杯额外加强抗旋 采用ArCom 或 ArCom XL 聚乙烯内衬内衬厚度3.8mm-15.8mm，配28头(ArCom XL 可以用到36mm头）Lowest amount of Micromotion on the market.微动发生率最低锁定机制锁定机制-RingLoc Ringloc Acetabular SeriesData derived from Fehring TK et al.;Clinical Orthopedics and Related Res

10、earch,October 1999锁定机制锁定机制-RingLoc Ringloc Acetabular SeriesData derived from Tradonsky S.,Postak P.D.,Froimson A.I.and Greenwald A.S,Orthopaedic Research Laboratories of the Mt.Sinai Medical Center.锁定机制锁定机制-RingLoc Ringloc Acetabular SeriesA线B线后上后上后下前上前下A线：起自髂前上棘，经过髋臼中心平分髋臼B线：与第一条线垂直Screw Placement

11、 螺钉位置螺钉位置Posterior-Superior Location，Between 11:00&2:00Into Posterior ColumnIn line with Resultant Force螺钉位于后上象限，11:0-2:00点之间应用合力打入后柱Screw Placement 螺钉位置螺钉位置 Size of Screws：螺钉大小 Rim Screws=5.0mm 边缘螺钉：5.0mm （目前多不用）Dome Screws=6.5mm 顶部螺钉：6.5mmWhat about screws?螺钉选择螺钉选择 Dome Screws：顶部螺钉 6.5mm Titanium

12、Low-Profile，钛合金，低切迹 3.2mm Drill Bit 钻头 3.5mm Hex Screwdriver 螺丝起子 Rim Screws：边缘螺钉 （目前不用，58mm以上）5.0mm Screws 2.8mm Drill Bit 钻头 2.5mm Hex Screwdriver 螺丝起子What about screws?螺钉选择螺钉选择Biomet Hip ProductsLiner&Head（衬衬&头头 ）Ringloc Arcom：10防脱位，高边Arcom XL:第二代超高交联聚乙烯（标准，高边）Exceed ABT：第四代DELTA陶瓷衬金属头：I 型 22mm，2

13、8mm，32mm，36mm陶瓷头：I 型 Delta 粉陶，(Exceed ABT)双动头（金属）：Ringloc Bi-Polar，I型，22mm 28mm Biomet Hip ProductsHead（股骨头（股骨头）金属头：I 型 22mm，28mm，32mm，36mm陶瓷头：I 型 Delta 粉陶，(Exceed ABT)双动头（金属）：Ringloc Bi-Polar，I型，22mm 28mm Biomet Hip ProductsLiner（衬衬 ）Arcom：22,28 头Arcom XL:22,28,32,36 头ABT 陶瓷衬：28,32,36 陶瓷头 Ringloc A

14、rcom：10防脱位，高边Arcom XL:第二代超高交联聚乙烯（标准，高边）Exceed ABT：第四代DELTA陶瓷衬Biomet Hip ProductsLiner（衬衬 ）1955-1965年间：MOM关节滑面，70年代衰落；2000年后再次兴起，目前 逐渐衰落 1963年：John Charnley：MPE，金属球头与骨水泥固定的聚乙烯髋臼，聚 乙烯材料引入人工关节，当时采用非交联聚乙烯。在美国，现有60%的髋关节手术，100%的膝关节手术使用聚乙烯 产品1970年代起：COC关节滑面，也使CPE（陶 瓷-聚乙烯）成为可能Biomet Hip ProductsPoly Liner（聚

15、乙烯内（聚乙烯内 衬衬 ）聚乙烯内聚乙烯内 衬衬 材料特性带来的临床问题：材料特性带来的临床问题：1、磨损率：硬度2、氧化度：自由基引起磨损-内衬变薄-内衬损坏-手术失败磨损-磨屑产生-骨溶解-手术失败氧化-内衬脆性增大，分层、碎裂等-手术失败Biomet Hip ProductsPoly Liner（聚乙烯内（聚乙烯内 衬衬 ）为了解决聚乙烯材料特性带来的临床问题，对非交联的聚乙烯材料进行交联处理（射线消毒），以增加其抗磨损特性，同时要平衡其抗氧化能力。因而出现了高交联聚乙烯，抗氧化的高交联聚乙烯E-poly等。Primary 初次手术股骨柄:Cemented（骨水泥柄）Bi-Metric（

16、UK）I 型（3）Cementless（生物柄）Bi-Metric X（US）Echo Bi-Metric （US）I 型Revision 翻修手术股骨柄:Cemented（骨水泥柄）Bi-Metric HD/NK Cementless（生物柄）Mallory-Head 系列股骨矩替代型 Arcos Module 系列人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄水平偏心距水平偏心距颈长颈长垂直偏心距垂直偏心距柄长柄长10 cm柄的直径柄的直径1892年，德国医学博士Wolff发表了著名的Wolff定律(骨转化定律)，这一法

17、则得到了临床和实验的支持。骨的功能是承受活 动 期间骨组织的机械应变,骨骼具有适应这些功能需要的能力,称为 Wolff定律。Wolff定律强调由于功能活 动 产生确定的骨骼形态。Wolff定律即骨的愈合总是沿着骨断端承受的生理压应力方向生长，简而言之，骨组织受到的应力或活 动 越多（合理范围），则骨的密度及强度越高。股骨柄设计理念关于应力遮挡Wolff 定律人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄Designed for Uniform Loading从远端负荷转为均衡负荷，锥形设计避免了远端应力的集中应力均匀分布在近端Distal LoadingUniform Loadin

18、g人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄近端应力卸载设计：减少大腿痛 减少应力遮挡股骨柄设计理念关于应力遮挡 为什么采用3双面几何锥度设计？人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄股骨柄设计理念关于应力遮挡人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄股骨柄设计理念关于微孔涂层 为什么采用 C-PPS 涂层？金属植入物与宿主骨之间不存在化学结合固定仅通过机械结合来达到微孔涂层的作用：是假体底层结构与松质骨接触的界面使假体达到充分的初始稳定性及长期固定钛珠烧结（Depuy）钛丝烧结 （Zimmer）闭合微孔等离子匀浆喷涂金属蒸汽沉积法Regene

19、rex 2 相加工技术人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄钛闭合微孔钛闭合微孔等离子喷涂等离子喷涂（C-PPS）源于美国Biomet，在钴铬钼材料上采用钛微孔等离子喷涂无需对底层结构进行加热，铸件保持精确的尺寸和强度骨在钛金属内的长入能力是钴铬钼合金的两倍 Hoffman1人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄Random pore size and distribution between 100 and 1,000 microns in size1.Substrate2.2.Most pores are small:Initial fixation

20、3.Mixture of large and small pores:Continuous fixation4.Most pores are large,but a few are small for initial fixation钛等离子喷涂通过机械结合的方式黏附在底层结构上只有用于形成微孔结构的钛粉部分经过加热底层结构无需在熔融过程中经受直接的强烈高温底层结构上的等离子喷涂层仍能保持90%的抗疲劳强度钛闭合微孔钛闭合微孔等离子喷涂等离子喷涂（C-PPS）人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄等离子喷涂层形成大小不等的孔隙：-较小的小孔隙在微观水平促进早期固定防止微动-

21、较大的孔隙在宏观水平提供远期固定增加应力传导空隙间无内部连通，阻止聚乙烯碎屑的移动或流动：减少骨溶解的发生假体保持90%的疲劳强度钛闭合微孔钛闭合微孔等离子喷涂等离子喷涂（C-PPS）Biomet股骨柄PPS钛合金微孔涂层（放大50X）人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄髓腔内没有沿内侧皮质的纵向内部关联：减少骨溶解的发生生物相容性好，有助于长期的骨长入(in-growth)固定钛闭合微孔钛闭合微孔等离子喷涂等离子喷涂（C-PPS）Biomet股骨柄PPS钛合金微孔涂层（放大50X）人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄疲劳强度疲劳强度钛闭合微孔等离子喷涂钛闭合微孔等离子喷涂（C-PPS）人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄拉伸强度拉伸强度钛闭合微孔等离子喷涂钛闭合微孔等离子喷涂（C-PPS）人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄股骨柄设计理念关于偏心距人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄股骨柄设计理念关于偏心距人工髋关节置换假体知识人工髋关节置换假体知识-股骨柄股骨柄股骨柄设计理念关于髓腔匹配性