人工關(guān)節(jié)材料.doc

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)32.3 Ti-Ti合金人工關(guān)節(jié)43有機高分子關(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5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。目前全世界每年大約80萬人做了人工關(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，瑞典隆德大學骨科主任、歐洲骨科研究會主席Lars Lidgren教授首先發(fā)起并倡議將2000年2010年確定為國際“骨與關(guān)節(jié)十年”(Bone and JointDecades)。我國對這一倡議也給予了高度重視，并由中華醫(yī)學會骨科學分會代表中國于2002年lO月加入了“骨與關(guān)節(jié)十年”這一國際性活動同時正式簽署了宣言。在此基礎(chǔ)上還成立了中歐骨科學術(shù)交流學會(SEOAEC)，進一步加強了我國骨與關(guān)節(jié)外科工作者與國際同行的學術(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，現(xiàn)已日趨完善。20世紀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，機械強度都較前兩代產(chǎn)品顯著提高。第四代人工陶瓷關(guān)節(jié)已于2003年開始應用于臨床。1.1陶瓷材料的性能 強離子鍵和共價鍵賦予陶瓷材料較高的耐磨、耐壓強度和硬度及良好的化學惰性。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)有較大的潤滑性。此外，陶瓷材料不會析出金屬離子，在體內(nèi)可保持生物惰性，這都是陶瓷較為突出的優(yōu)點。此外，陶瓷材料不會析出金屬離子，在體內(nèi)可保持生物惰性，這都是陶瓷較為突出的優(yōu)點。而隨著工藝的改進，陶瓷關(guān)節(jié)假體的物化性能將得到進一步提升2。1.2陶瓷材料的優(yōu)點(1) 耐磨損( 抗壓強度：20004000Mpa)，能較好地抵抗研磨性磨損和第三體磨損。(2) 硬度高，無蠕變現(xiàn)象(10002000 維氏硬度單位)。(3) 微晶結(jié)構(gòu)表面可進行高剖光加工( 表面粗糙度可達Ra 6.31.6m)。(4) 親水性(hydrophilic) 好，潤滑性能出色( 圖1)，可期待理想的液膜潤滑模式，降低粘附磨損。(5) 極好的耐腐蝕性，絕緣性，無離子釋放。(6) 生物學惰性，不易引起細胞反應，誘導骨融解。(7) 表面不易附著細菌。(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。現(xiàn)代生產(chǎn)中利用無塵化處理、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，國內(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：相變增韌或微裂紋增韌，以及在瓷體中人為造成裂紋擴散的障礙等已經(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)計時，在髖臼上有一個半球形金屬殼，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)缺點及植入人體后的反應。 2.1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?shù)目箟簭姸龋浔砻嫘纬赦g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。有時會產(chǎn)生縫隙腐蝕或摩擦腐蝕以及疲勞腐蝕破裂等問題。并且會因摩擦磨損等原因釋放出NP、CP和C一，從而引起假體松動，最終導致植入體失效。因此，對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CoCr合金，在人工關(guān)節(jié)制作方面有著廣泛的應用，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，但其不適于機械加工。美國材料實驗協(xié)會推薦了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1317。ISO允許用于制作人工關(guān)節(jié)部件的鈷基合金已達到6種，這充分說明鈷基合金在人工關(guān)節(jié)制作方面有著廣泛的應用。臨床實踐證實鈷基合金具有很高的強度和優(yōu)異的抗腐蝕性。無明顯毒副作用4。2.3 Ti-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械性能，在人體植入材料當中得到了廣泛的應用。20世紀50年代美國和英國首先將純鈦用于生物體。我國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，耐蝕性好，其彈性模量與骨骼接近，且密度小(45igcm3)，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機磷結(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)“應力屏蔽”現(xiàn)象，從而導致種植體周圍出現(xiàn)骨吸收最終引起種植體松動或斷裂。因此，開發(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)學金屬材料研究的重點。3有機高分子關(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，國外采用硅橡膠人工指關(guān)節(jié)進行了小關(guān)節(jié)置換術(shù)，已有大量臨床報道。國內(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)量問題有關(guān)，其工藝流程與純度沒有得到嚴格控制，硅橡膠指關(guān)節(jié)的表面光潔度和硬度等指標也達不到醫(yī)用要求。對于硅橡膠是否為一種非常理想的生物材料，雖然國外有較多成功的報告，但遠期療效分析已存在大量由硅橡膠引起異物反應的報導12。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)成熟的標志。其主要用于關(guān)節(jié)凹等摩擦面