人工關(guān)節(jié)材料

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人體關(guān)節(jié)材料人體關(guān)節(jié)材料

1人體關(guān)節(jié)材料目錄人體關(guān)節(jié)材料?1前言11陶瓷關(guān)節(jié)材料1１。1陶瓷材料的性能１1。2陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)２１.３陶瓷材料的改性22金屬及合金關(guān)節(jié)材料32.1不銹鋼(３16Ｌ型)人工關(guān)節(jié)?32。２鈷基合金人工關(guān)節(jié)?3２.3Ti-Ti合金人工關(guān)節(jié)?4３有機(jī)高分子關(guān)節(jié)材料?4３.1硅橡膠?４3.2聚乙烯(PE)?43。3超高分子量聚乙烯?5參考文獻(xiàn)?5

2人體關(guān)節(jié)材料人體關(guān)節(jié)材料摘要：人工關(guān)節(jié)是人們?yōu)橥炀纫咽スδ艿年P(guān)節(jié)而設(shè)計(jì)的一種人工器官，它在人工器官中屬于療效最好的一種。其中人工關(guān)節(jié)的材料主要包括陶瓷關(guān)節(jié)材料,金屬及合金關(guān)節(jié)材料和有機(jī)高分子關(guān)節(jié)材料。關(guān)鍵字:關(guān)節(jié)材料，陶瓷,金屬及合金，有機(jī)高分子。前言隨著人的年齡變大,許多的器官也在慢慢的老化．都感嘆道:人老腿先老。人工關(guān)節(jié)治療關(guān)節(jié)畸形和各種破壞性骨關(guān)節(jié)等疾病都有顯著的效果，許多人工關(guān)節(jié)手術(shù)后的病人都有一種返老還童的感覺(jué)。目前全世界每年大約80萬(wàn)人做了人工關(guān)節(jié)手術(shù)，而且隨年逐增,這也刺激了骨和關(guān)節(jié)外科的研究發(fā)展．199８年4月，瑞典隆德大學(xué)骨科主任、歐洲骨科研究會(huì)主席LarsLｉｄｇrｅn教授首先發(fā)起并倡議將2００0年～2010年確定為國(guó)際“骨與關(guān)節(jié)十年”（BoｎｅandＪointDecades)。我國(guó)對(duì)這一倡議也給予了高度重視,并由中華醫(yī)學(xué)會(huì)骨科學(xué)分會(huì)代表中國(guó)于20０２年lＯ月加入了“骨與關(guān)節(jié)十年”這一國(guó)際性活動(dòng).同時(shí)正式簽署了宣言。在此基礎(chǔ)上還成立了中歐骨科學(xué)術(shù)交流學(xué)會(huì)（SEOAEＣ)，進(jìn)一步加強(qiáng)了我國(guó)骨與關(guān)節(jié)外科工作者與國(guó)際同行的學(xué)術(shù)交流。本文主要介紹人工關(guān)節(jié)的材料［1]。1陶瓷關(guān)節(jié)材料人工關(guān)節(jié)常用的陶瓷材料均為生物惰性陶瓷主要為氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷.陶瓷人工關(guān)節(jié)經(jīng)歷了四代工藝技術(shù)的改進(jìn),現(xiàn)已日趨完善。２0世紀(jì)７０年代生產(chǎn)的第一代氧化鋁陶瓷純度較差,晶體顆粒直徑大，密度低,導(dǎo)致陶瓷材料的脆性大,破碎的發(fā)生率較高。第二代氧化鋁陶瓷降低了晶體顆粒的直徑改善了，顆粒的排列了,增加了材料的密度，使陶瓷的性能得到了很大的改善.90年代后生產(chǎn)的第三代氧化鋁陶瓷，晶體顆粒直徑更小，陶瓷的硬度,機(jī)械強(qiáng)度都較前兩代產(chǎn)品顯著提高。第四代人工陶瓷關(guān)節(jié)已于2003年開(kāi)始應(yīng)用于臨床。1。１陶瓷材料的性能強(qiáng)離子鍵和共價(jià)鍵賦予陶瓷材料較高的耐磨、耐壓強(qiáng)度和硬度及良好的化學(xué)1

3人體關(guān)節(jié)材料惰性.而且,陶瓷材料的親水能力保證了其參與構(gòu)成的關(guān)節(jié)有較大的潤(rùn)滑性.此外，陶瓷材料不會(huì)析出金屬離子，在體內(nèi)可保持生物惰性,這都是陶瓷較為突出的優(yōu)點(diǎn)。此外,陶瓷材料不會(huì)析出金屬離子，在體內(nèi)可保持生物惰性,這都是陶瓷較為突出的優(yōu)點(diǎn)。而隨著工藝的改進(jìn)，陶瓷關(guān)節(jié)假體的物化性能將得到進(jìn)一步提升[2］。1。２陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)(1)耐磨損(抗壓強(qiáng)度:２000～4０00Ｍpa）,能較好地抵抗研磨性磨損和第三體磨損。(２)硬度高，無(wú)蠕變現(xiàn)象（1000~2０00　維氏硬度單位).（３)微晶結(jié)構(gòu)表面可進(jìn)行高剖光加工（　表面粗糙度可達(dá)Ra　6.3~１。6μｍ）。(4)親水性(hydrｏphilic)　好,潤(rùn)滑性能出色（圖1）,可期待理想的液膜潤(rùn)滑模式，降低粘附磨損.（5）　極好的耐腐蝕性，絕緣性,無(wú)離子釋放。（6)　生物學(xué)惰性,不易引起細(xì)胞反應(yīng),誘導(dǎo)骨融解。（7）表面不易附著細(xì)菌。（8)理想的抗疲勞性,表面退化緩慢［3]。1。3　陶瓷材料的改性5

4人體關(guān)節(jié)材料陶瓷的斷裂韌度和抗疲勞性等物理特性取決于它的顯微結(jié)構(gòu)：顆粒大小、密度和均勻性。所以對(duì)陶瓷材料的改性主要從降低其原料的晶粒大小、提高密度等方面著手?，F(xiàn)代生產(chǎn)中利用無(wú)塵化處理、熱均衡加壓、激光蝕刻等新技術(shù)可以使氧化鋁的晶粒尺寸減小到21xm以下.由氧化鋁、氧化鋯、微量的氧化鉻和氧化鍶組成的陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)可以降低到1—2tzm,使得材料既保持了硬度又降低了脆性。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外在A12０，陶瓷增韌方面作了大量的下作,諸如改變材料的顯微結(jié)構(gòu);利用Zｍ:相變?cè)鲰g或微裂紋增韌,以及在瓷體中人為造成裂紋擴(kuò)散的障礙等已經(jīng)取得了顯著的效果.另外,現(xiàn)代陶瓷人工髖關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)時(shí)，在髖臼上有一個(gè)半球形金屬殼,外表面有多孔的涂層，內(nèi)面呈morｓe斜坡,可以嵌入陶瓷內(nèi)襯,這樣就成功地解決了同定和耐磨的難題[4］。2金屬及合金關(guān)節(jié)材料金屬及合金人工關(guān)節(jié)材料主要分為三類：不銹鋼(316L型）人工關(guān)節(jié)，鈷基合金人工關(guān)節(jié)和Ｔi－Tｉ合金人工關(guān)節(jié)。三種關(guān)節(jié)材料有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)及植入人體后的反應(yīng)?！?．１不銹鋼（３16L型）人工關(guān)節(jié)不銹鋼是最早的人體金屬植入材料。較有代表性的金屬人工關(guān)節(jié)—316Ｌ不銹鋼是制作醫(yī)用人工關(guān)節(jié)比較常用的廉價(jià)金屬材料，主要用于制作關(guān)節(jié)柄和關(guān)節(jié)頭。其具有優(yōu)良的加工性能及適當(dāng)?shù)目箟簭?qiáng)度，其表面形成鈍態(tài)的氧化鉻氧化膜，降低了均勻腐蝕的速度［5]。但臨床表明３16L不銹鋼植入人體后.在生理環(huán)境中．有時(shí)會(huì)產(chǎn)生縫隙腐蝕或摩擦腐蝕以及疲勞腐蝕破裂等問(wèn)題。并且會(huì)因摩擦磨損等原因釋放出NＰ、CP和C一,從而引起假體松動(dòng)，最終導(dǎo)致植入體失效.因此，對(duì)3１6L不銹鋼而言,提高耐腐蝕性是關(guān)鍵[6］。2.2鈷基合金人工關(guān)節(jié)鈷基合金通常指Co—Cr合金,在人工關(guān)節(jié)制作方面有著廣泛的應(yīng)用，首先生物相容性比3136L不銹鋼優(yōu)良，抗蝕能力比較好,且原子按面心立方結(jié)構(gòu)排列，斷層表面能低，耐磨性好,但其不適于機(jī)械加工。美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)推薦了4種可在外科植入中使用的鈷基合金，它們是:鍛造Ｃｏ-Ｃｒ-Mｏ合金(F７6),鍛造Co-Ｃr－W—Ｍ合金（F９０),鍛造Co—Nｊ—Cr—Mｏ合金(r562),鍛造Co—Ｎi－Cr－Mo—W－Fe合金(Ｆ563).其中鍛造Co—Cr-Ｍｏ合金和鍛造Co-Ｎi-Ｃr-Ｍｏ合金已廣泛用于植入體的制造131［７].ISO允許用于制作人工關(guān)節(jié)部件的鈷基合金已達(dá)到6種,這充分說(shuō)明鈷基合金在人工關(guān)節(jié)制作方面有著廣泛的應(yīng)用.臨床實(shí)踐證實(shí)鈷基合金具有很高的強(qiáng)度和優(yōu)異的抗腐蝕性。無(wú)明顯毒副作用［4].5

5人體關(guān)節(jié)材料2。3Ｔｉ-Ti合金人工關(guān)節(jié)Ｔi－Tｉ合金因其生物相容性好以及良好的綜合機(jī)械性能,在人體植入材料當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)50年代美國(guó)和英國(guó)首先將純鈦用于生物體。我國(guó)首先由北京有色金屬研究總院與天津市骨科醫(yī)療器械廠生產(chǎn)的鈦人工股骨和髖關(guān)節(jié)1973年用于臨床[8]。后來(lái)發(fā)現(xiàn)Ｔｉ一6Al－4V合金的性能優(yōu)于純鈦［９]。因此，Ti一6Al—４V合金作為人體植入材料得到了廣泛應(yīng)用.Ti_６Al—4V合金的生物相容性比不銹鋼和Co-Cｒ-Mｏ合金都要強(qiáng),耐蝕性好，其彈性模量與骨骼接近，且密度?。?．5ｉg/cｍ3)，可用于人工關(guān)節(jié)及骨科內(nèi)固定器的制造[10］。由于釩能引起慢性炎癥鋁離子與無(wú)機(jī)磷結(jié)合,使體內(nèi)缺磷,將誘發(fā)老年癡呆癥等.且其彈性模量為骨彈性模量的4一ｌ０倍，種植體與骨彈性模量之間的不匹配.使得載荷不能由種植體很好地傳遞到相鄰骨組織．出現(xiàn)“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致種植體周圍出現(xiàn)骨吸收.最終引起種植體松動(dòng)或斷裂。因此，開(kāi)發(fā)研究生物相容性更好、彈性模量更低的新型醫(yī)用B鈦合金,成為生物醫(yī)學(xué)金屬材料研究的重點(diǎn).３有機(jī)高分子關(guān)節(jié)材料用于人工關(guān)節(jié)的高分子材料主要有硅橡膠、聚乙烯及超高分予量聚乙烯等.３．1硅橡膠近十幾年來(lái),國(guó)外采用硅橡膠人工指關(guān)節(jié)進(jìn)行了小關(guān)節(jié)置換術(shù),已有大量臨床報(bào)道。國(guó)內(nèi)在天津、北京、西安等地都先后用于臨床。四川省醫(yī)用高分子材料協(xié)作組予1９74年就開(kāi)始研制硅橡膠人工指關(guān)節(jié):１9７５年7月用于臨床，但經(jīng)長(zhǎng)期隨訪，發(fā)現(xiàn)療效并不理想[1１]。分析其原因，主要與硅橡膠材料的質(zhì)量問(wèn)題有關(guān)，其工藝流程與純度沒(méi)有得到嚴(yán)格控制,硅橡膠指關(guān)節(jié)的表面光潔度和硬度等指標(biāo)也達(dá)不到醫(yī)用要求。對(duì)于硅橡膠是否為一種非常理想的生物材料，雖然國(guó)外有較多成功的報(bào)告,但遠(yuǎn)期療效分析已存在大量由硅橡膠引起異物反應(yīng)的報(bào)導(dǎo)[1２］.5

6人體關(guān)節(jié)材料３。2聚乙烯（ＰＥ)聚乙烯（PE)是最早被用于人工關(guān)節(jié)的高分子材料,以后又采用性能更好的超高分子聚乙烯（UHＭWＰE)［１3]。它已成功用于人工腕關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)與髖臼等,較好地解決了人工關(guān)節(jié)的摩擦磨損問(wèn)題。超高分子量聚乙烯的使用曾是現(xiàn)代人工關(guān)節(jié)成熟的標(biāo)志。其主要用于關(guān)節(jié)凹等摩擦面,如人工髖臼等。聚乙烯用于解決人工關(guān)節(jié)的摩擦問(wèn)題,收到了較好的效果[14]。3。3超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯是各種組合式全髖假體中的最脆弱的環(huán)節(jié),它與相鄰的金屬表面或陶瓷表面發(fā)生正常或非正常的活動(dòng)時(shí),其較柔軟性決定了該假體成份也最容易被磨損。5