人工關(guān)節(jié)相關(guān)材料學(xué)課件

1、人工關(guān)節(jié) 相關(guān)材料學(xué)制造材料的發(fā)展 假體設(shè)計的改進 手術(shù)技術(shù)的提高人工關(guān)節(jié)外科發(fā)展的動因生物材料的定義不是藥物可以是單一物質(zhì)或復(fù)合物可以是天然存在的或人工合成的可以在體內(nèi)存留一定的時間作為一個系統(tǒng)或一個系統(tǒng)的一部分發(fā)揮功能用以保存、加強或替代某一組織、系統(tǒng)甚或機體的功能生物材料的分類1，生物活性材料：在體內(nèi)具有生物活性，能刺激、促進特定組織的生成2，生物惰性材料：在體內(nèi)沒有生物活性，不能對特定組織的生成起促進作用3，生物降解材料：在體內(nèi)能隨時間推移而自動降解的生物材料生物材料的基本要求 生物相容性 機械特性生物相容性機械特性制造特性組織反應(yīng)植入后的變化機械的物理的化學(xué)的降解引起的反應(yīng)局部反應(yīng)全

2、身影響彈性屈服強度延展性韌性蠕變最終強度疲勞強度硬度抗磨損性加工方法生物相容性和機械特性的一致原材料質(zhì)量能獲得理想的表面處理能安全有效地消毒制造成本人工關(guān)節(jié)生物材料的總體要求人工關(guān)節(jié)生物材料的分類1，結(jié)構(gòu)材料：構(gòu)成并維持假體的特殊形狀。對材料的機械性能要求較高。2，關(guān)節(jié)面材料：構(gòu)成人工關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)面。對維持一定的形態(tài)、表面光潔度、耐摩擦等有較高的要求。3，固定材料：主要用于假體與宿主骨之間的聯(lián)結(jié)固定。 用于人工關(guān)節(jié)的生物材料 金屬 UHMWPE 陶瓷 PMMA HA/CaP人工關(guān)節(jié)材料的標(biāo)準(zhǔn)ASTM 美國材料和測試學(xué)會（American Society for Testing and Mater

3、ials）ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Standards Organization）結(jié)構(gòu)、固定與關(guān)節(jié)材 料髖臼假體股骨假體ASTM名稱關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)固定關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)固定金屬F-67純Ti-+-+F-75鑄造CoCr-+F-90鍛造CoCr-+F-136Ti6Al4V-+-+F-1295Ti6Al7Nb-+-+-F-1314高氮不銹鋼-+-F-1472鍛造Ti6Al4V-+-+-F-1537鍛造CoCrMo+-+-多聚物F-451PMMA-+-+F-648UHMWPE+-陶瓷F-603氧化鋁+-+-F-1185HA-+-+ZrO2氧化鋯-+-生物材料在人工髖關(guān)節(jié)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)、固定與關(guān)

4、節(jié)之間的組配金屬的構(gòu)成CrNiMoMnCSiPSCuFeCo316L17.0013.002.251.400.0240.820.0250.0090.5余量-CoCrMo28.360.36.10.420.270.63-0.46余量316L不銹鋼與CoCrMo合金的化學(xué)成分比較 (重量百分比) 金屬的晶格金屬晶格的缺陷金屬晶格缺陷的處理 添加合金成分 熱處理 冷作最終拉伸強度（MPa）屈服強度（MPa）延長百分比（%）鑄造（ASTM F-75）6554508鍛造（ASTM F-799）117282712鑄造與鍛造CoCrMo合金機械性能比較不同鈷鉻鉬合金的機械性能不同鈷鉻鉬合金的顯微結(jié)構(gòu)Forged

5、 Cast材 料彈性模量（GPa）關(guān)節(jié)軟骨0.01-0.17天然橡膠0.025-0.1硅膠0.01UHMWPE0.5PMMA3.0骨10-30Ti合金110氧化鋯陶瓷200不銹鋼205CoCrMo合金230氧化鋁陶瓷350相關(guān)人體組織與生物材料的彈性模量材料的彈性模量金屬的腐蝕 腐蝕是金屬表面的一個電化學(xué)過程，能減弱植入物的強度，并釋放出一定量的金屬離子 腐蝕在拋光的金屬表面很少發(fā)生，而在粗糙或多孔表面則更容易 腐蝕的結(jié)果是在植入物表面出現(xiàn)蝕損斑和著色。而金屬表面的凹陷或其他形式的不連續(xù)將成為應(yīng)力放大器，從而加速假體機械失敗的進程金屬的電腐蝕 不恰當(dāng)?shù)慕饘俸辖鸹煊脮a(chǎn)生“電池”效果，使體液內(nèi)的

6、人工關(guān)節(jié)假體發(fā)生所謂的“電腐蝕”普通不銹鋼 + 鈷鉻合金 XX普通不銹鋼 + 鈦合金 XMRI對植入物的作用（1）植入裝置的移位；（2）植入裝置局部產(chǎn)熱；（3）局部電流產(chǎn)生；（4）偽影影響MRI安全性的因素 植入物材料是鐵磁性的還是非鐵磁性的 植入物是主動性的還是被動性的 MR條件，如靜態(tài)磁場強度等 磁場強度問題 地球 0.6 高斯 MRI 2000-30000 高斯 FDA的MRI安全極限 80000 高斯不銹鋼 1904年問世，1926年用于骨科臨床 生物相容性、疲勞壽命、抗腐蝕能力、表面多孔處理方法均不如CoCr合金 現(xiàn)僅用于球頭、低成本骨水泥柄等高氮不銹鋼無鎳不銹鋼普通不銹鋼屈服強度（

7、MPa）600250拉伸強度（MPa）1000590延長（%）5057疲勞強度（MPa）480180 無鎳不銹鋼與普通不銹鋼機械性能對照鈷鉻鉬合金 1930年度開始用于間隔性關(guān)節(jié)成形術(shù) Howmedica公司的Vitallium是最重要的代表 高強度、高硬度、高抗腐蝕性，成為關(guān)節(jié)面的主要材料 廣泛應(yīng)用于股骨柄、球頭、股骨髁等鈦 商業(yè)性純鈦：cP-Ti 鈦鋁釩合金：Ti6Al4V 鈦鋁鈮合金：Ti6Al7Nb 其他新型合金鉭金屬（Tantalum）鉭金屬（Tantalum）鉭金屬（Tantalum）鉭金屬（Tantalum）乙烯與聚乙烯PE的結(jié)晶板層與無定形區(qū)PE與PE產(chǎn)品UHMWPE的交聯(lián)產(chǎn)品名稱制造商輻射溫度輻射劑量 (KGy)輻射方式輻射后熱 處理消毒方式LongevityZimmer100電離6h等離子氣體DurasulCenterpulse95電離2hEtODePuy室溫50射線24h等離子氣體XLPESmith Nephew室溫100射線未知時間EtOCrossfireStryker室溫75射線未知時間射線 30