人工髖關(guān)節(jié)發(fā)展

1、人工髖關(guān)節(jié)發(fā)展人工髖關(guān)節(jié)發(fā)展人工髖關(guān)節(jié)發(fā)展簡史 人工關(guān)節(jié)置換術(shù)從早期的探索階段至今較成熟發(fā)展階段已有100余年歷史。 1822年 英國人Anthony.White醫(yī)生施股骨大粗隆下5cm截骨術(shù)，以改善髖關(guān)節(jié)功能，緩解疼痛，12個月后形成假關(guān)節(jié)。 1840年 美國JM.Carnochan首先進行了下頜關(guān)節(jié)成形術(shù)，橡木片（非生物材料）置入，這一手術(shù)應(yīng)該說是人工假體置換術(shù)的開端 。 1891年 Gluck在德國用象牙股骨頭與髖臼首次進行了全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)用鍍鎳螺釘固定假體，他還使用了骨膠作為粘合劑來固定假體，這也為骨水泥型全髖關(guān)節(jié)置換應(yīng)用技術(shù)起到了啟蒙作用。1923年 Smith Petersen設(shè)計

2、了玻璃杯關(guān)節(jié)成形術(shù)，被認為是髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的鼻祖 ，以后用了許多不同材料做的杯效果均不佳。 1938年 Smith Petersen 發(fā)現(xiàn)牙科醫(yī)生使用的鈷鉻鉬合金材料生物惰性較強，在人體內(nèi)生物相容性較好，將其做成鐘狀開口的金屬杯，全股骨頭在杯內(nèi)活動做了1000例，長期療效不佳，金屬杯與股骨頭摩擦增加，股骨頭壞死疼痛。 1941年 美國Moore和F.R.Thompson分別設(shè)置了長直柄人工股骨頭和長彎柄股骨頭假體。后來成了Muller，Harris全髖股骨頭假體的原形 。 1950年 Moore在美國設(shè)計了自鎖式鈷鉻鉬合金的股骨頭假體。 1962年 Charnley的低摩擦關(guān)節(jié)問世后，各類型人工

3、關(guān)節(jié)相繼出現(xiàn)，但臨床效果都不如Charnley髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。Charnley假體具有低摩擦穩(wěn)定較少發(fā)生松動等優(yōu)點。 1966年Charnley首先使用了空氣層流凈化手術(shù)間，個人空氣隔離系統(tǒng)，預(yù)防性抗生素，使術(shù)后感染率大大降低。由于Charnley對人工關(guān)節(jié)作出的重大貢獻，被公認為現(xiàn)代人工關(guān)節(jié)之父 90年代 出現(xiàn)了混合型固定的全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，1994年美國發(fā)展與共識會議正式提出，骨水泥型假體柄和非骨水泥臼。 最近幾年，骨水泥型和生物型假體交替成為研究熱點二、人工髖關(guān)節(jié)置換（二、人工髖關(guān)節(jié)置換（THR）概述概述 近近3030年骨科發(fā)展最快的領(lǐng)域之一年骨科發(fā)展最快的領(lǐng)域之一 療效肯定，療效肯定，10

4、10年成功率超過年成功率超過90%90% 技術(shù)方法、材料學(xué)快速發(fā)展技術(shù)方法、材料學(xué)快速發(fā)展 手術(shù)適應(yīng)證日益擴大，置換人數(shù)不斷增多手術(shù)適應(yīng)證日益擴大，置換人數(shù)不斷增多 晚期并發(fā)癥導(dǎo)致翻修手術(shù)增加晚期并發(fā)癥導(dǎo)致翻修手術(shù)增加 手術(shù)適應(yīng)證逐步擴大手術(shù)適應(yīng)證逐步擴大 髖關(guān)節(jié)解剖、病理和生物力學(xué)研究不斷深入髖關(guān)節(jié)解剖、病理和生物力學(xué)研究不斷深入 人工髖關(guān)節(jié)的材料選用和假體設(shè)計日趨合理人工髖關(guān)節(jié)的材料選用和假體設(shè)計日趨合理 手術(shù)技術(shù)和術(shù)前、術(shù)后的處理也逐步完善手術(shù)技術(shù)和術(shù)前、術(shù)后的處理也逐步完善 年齡年齡6075歲的最合適年齡范圍已經(jīng)放寬歲的最合適年齡范圍已經(jīng)放寬年輕患者髖關(guān)節(jié)病變，人工關(guān)節(jié)置換并非首選年輕

5、患者髖關(guān)節(jié)病變，人工關(guān)節(jié)置換并非首選! 骨關(guān)節(jié)炎骨關(guān)節(jié)炎股骨頭壞死股骨頭壞死老年股骨頸骨折老年股骨頸骨折6565高齡粗隆間骨折高齡粗隆間骨折8080類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎髖部腫瘤髖部腫瘤先髖先髖其它其它結(jié)核等感染結(jié)核等感染 手術(shù)適應(yīng)證逐步擴大手術(shù)適應(yīng)證逐步擴大人工全髖人工全髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)人工半髖關(guān)人工半髖關(guān)節(jié)節(jié) 手術(shù)分類手術(shù)分類 保留股骨頸的非骨水泥型股骨柄假體(LINK)髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù) 對局部骨質(zhì)完整性要求較高，不能矯正畸形對局部骨質(zhì)完整性要求較高，不能矯正畸形 術(shù)后假體松動、骨質(zhì)吸收發(fā)生率高，易翻修術(shù)后假體松動、骨質(zhì)吸收發(fā)生率高，易翻修三、人工髖關(guān)節(jié)的材料由于假體長期置

6、入體內(nèi)，材料應(yīng)具有： 良好的生物相容性， 無毒副作用， 耐體液的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕， 彈性模量接近于人的皮質(zhì)骨。 人工髖關(guān)節(jié)有多種類型的設(shè)計及多種材料，但一般來說都有兩部分組成，高光滑度的金屬股骨頭假體和由耐磨材料組成髖臼假體人體髖關(guān)節(jié)假體材料的種類 1 1、生物醫(yī)學(xué)金屬材料、生物醫(yī)學(xué)金屬材料 2 2、生物陶瓷、生物陶瓷 3 3、復(fù)合材料、復(fù)合材料1、生物醫(yī)學(xué)金屬材料定義：具有很高的機械強度和抗疲勞特性，是臨床定義：具有很高的機械強度和抗疲勞特性，是臨床使用主要的承力植入材料。使用主要的承力植入材料。1.1生物醫(yī)學(xué)金屬材料 金屬材料在髖關(guān)節(jié)置換中占有重要的地位，金屬材料在髖關(guān)節(jié)置換中占有重要

7、的地位，目前髖關(guān)節(jié)置換臨床應(yīng)用最多的仍然是金屬目前髖關(guān)節(jié)置換臨床應(yīng)用最多的仍然是金屬關(guān)節(jié)頭和超高分子量聚乙烯髖臼的組合關(guān)節(jié)頭和超高分子量聚乙烯髖臼的組合金屬全髖材料缺點 金屬的彈性模量（100200GPa）與人體骨骼（130GPa）相差甚遠，導(dǎo)致應(yīng)力遮擋效應(yīng)，從而引起假肢的疏松； 由于金屬是生物惰性材料，植入人體后始終作為宿主的一體存在，容易變形和松動： 金屬在人體內(nèi)的富氧環(huán)境中能在其表面形成25nm厚的氧化層，其在摩擦作用下容易脫落，在脫落部位金屬假體釋放金屬離子和顆粒，一方面增大了磨損率，另一方面釋放的金屬離子具有潛在的毒性，這些缺點嚴重影響了金屬型人工髖關(guān)節(jié)的長期應(yīng)用效果2、生物陶瓷 定

8、義：醫(yī)用生物陶瓷材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，生物相容性良好。生物陶瓷主要包括兩類：分別為惰性生物陶瓷（如氧化鋁、醫(yī)用碳素材料等）和生物活性陶瓷（如羥基磷灰石和生物活性玻璃等）。 生物陶瓷根據(jù)生物活性分為： 生物惰性陶瓷（氧化鋁、氧化鋯）：穩(wěn)定性高、機械強度好 生物活性陶瓷（羥基磷灰石、磷酸三鈣）：骨傳導(dǎo)特點、活骨整合的性能2.1生物陶瓷的優(yōu)點 陶瓷材料的離子結(jié)構(gòu)可以吸引帶極性的液體，使之均勻地覆蓋在陶瓷的表面，有利于形成流體薄膜潤滑效果；并且陶瓷材料硬度高、磨損率低、磨損顆粒?。凰€可以在潮濕的條件下正常工作，克服了金屬假體在體內(nèi)潮濕環(huán)境下容易釋放金屬離子的問題。2.1氧化鋁陶瓷 目前常用的高純度氧化鋁

9、是氧化鋁粉末在1 6001800 的高溫下燒結(jié)而成。20世紀90 年代后采用的新制造工藝減少了雜質(zhì)，提高了材料的致密性。其具有化學(xué)惰性及良好的抗腐蝕能力。但氧化鋁陶瓷韌性較金屬低，氧化鋁陶瓷制成的股骨頭直徑必須大于或等于28 mm。近10 年來氧化鋁陶瓷制成的人工髖關(guān)節(jié)在臨床上取得了令人并非滿意的結(jié)果。2.2氧化鋯陶瓷 氧化鋯陶瓷：氧化鋯陶瓷的密度、韌性和強度都高于氧化鋁陶瓷，降低了陶瓷假體破裂的風(fēng)險，而且可以制成22 mm 的股骨頭。氧化鋯陶瓷在1985 年首次制成股骨頭假體在臨床使用。然而，純氧化鋯是不穩(wěn)定的，它有3種晶體狀態(tài)：單晶體、四角形、立方體。狀態(tài)的變化導(dǎo)致其穩(wěn)定性差并容易破裂，必

10、須添加穩(wěn)定劑（常用氧化釔）使之保持在四角形狀態(tài)才能使其穩(wěn)定性得到維持，并獲得最佳的機械特性。2.3羥基磷灰石 于20世紀70年代首次成功用于臨床。羥基磷灰石是構(gòu)成骨和牙的主要無機質(zhì)，具有優(yōu)越的生物相容性，噴涂假體和骨床容易獲得更堅強的結(jié)合強度；假體近端的可拆卸領(lǐng)托有效阻止了可能存在的聚乙烯顆粒遷移。噴涂鈦質(zhì)解剖柄股骨假體能提供均勻的應(yīng)力分布，有效減低應(yīng)力遮擋，有利于假體獲得確切的股長入固定。假體材料依然在不斷發(fā)展中:生物相溶性高、生物力學(xué)相容性好、生物結(jié)合性能好固定度好、壽命長是未來的發(fā)展方向四、四、生物型 OR 骨水泥型 骨水泥型假體的特點1.臨床應(yīng)用時間較長，臨床效果確切，有大量成功的病例

11、。2.操作技術(shù)已經(jīng)非常成熟。3.對手術(shù)操作要求相對較低。4.病人康復(fù)時間相對短。非骨水泥型假體特點1.采用生物固定，避免了骨水泥使用帶來的副作用。2.對可能面臨的翻修手術(shù)可以有更多的選擇。3.對手術(shù)醫(yī)生的操作要求相對較高。4.常見的并發(fā)癥有大腿疼痛。選擇的因素 年齡 骨質(zhì)生長潛能 對生活質(zhì)量的要求 對康復(fù)的配合程度 術(shù)者對不同類型假體的理解和操作技能骨水泥的副作用 心血管系統(tǒng)反應(yīng)：單體吸收和周圍血管擴張，引起反射性心動過緩。 單體引起過敏反應(yīng)。 骨水泥填塞過程中由于壓力的原因造成脂肪、空氣等進入血循環(huán)造成栓塞。 骨水泥對周圍神經(jīng)、血管等組織造成機械壓迫或熱損失。骨水泥固定 手術(shù)時仔細準備骨水泥

12、柄小心植入，是取得臨床長期成功的關(guān)鍵。 目前認為，股骨柄假體周圍骨水泥的厚度最好控制在2mm以上，而在股骨近端的內(nèi)側(cè)區(qū)域可以比2mm稍厚些。 骨水泥厚度小于2mm容易出現(xiàn)斷裂。骨水泥固定 提高骨水泥固定成功率的技術(shù)細節(jié)還包括避免股骨柄假體內(nèi)翻位植入髓腔，防止骨水泥環(huán)出現(xiàn)間隙。 內(nèi)翻位植入假體柄會導(dǎo)致股骨近端內(nèi)側(cè)和遠端外側(cè)的骨水泥厚度變薄，這兩個區(qū)域的骨水泥承受很高的應(yīng)力，早期易于在此處發(fā)生骨水泥破裂和固定失敗。非骨水泥固定 非骨水泥型假體包括：表面微孔和噴砂處理兩種。 微孔涂層一詞指的是通過加工處理在金屬表面產(chǎn)生很多不同深度的微小孔隙，以便于骨長入其中。 噴砂一詞指的是使用微小粒子轟撞假體表面

13、，產(chǎn)生無數(shù)壓痕，骨組織可以長入其上。這些壓痕類似于假體表面凹凸不平的山峰和山谷，可以使骨組織長入到其表面的峰谷之上。 假體與骨組織之間形成堅硬、無微動的界面，也是利于骨組織長入空隙的重要條件。只有將微動范圍盡量控制在不超過150um，才能形成一個牢固堅實的骨界面。如果超過，纖維軟組織將長入孔隙中。 假體表面與皮質(zhì)骨之間的物理距離超過50um，使得成骨細胞和成骨因子無法越過更寬的距離形成牢固的骨界面。 金屬與骨組織的界面具有重新塑形的潛能，這點不同于骨水泥與骨組織界面。 如果骨組織在生長嵌入金屬表面時出現(xiàn)裂縫和破壞，骨組織能夠重新塑形并重建一個堅硬的界面。 因此理論上，非骨水泥型假體可獲得較骨水

14、泥型假體更牢固和長時間的固定。 非骨水泥型假體的固定技術(shù)有兩種： 號對號固定技術(shù) 壓配固定技術(shù) 號對號固定技術(shù)是指：髖臼或股骨柄打磨擴大的型號與所安裝的假體型號完全一致。使用這一技術(shù)固定髖臼時，常需要額外的固定措施如使用螺釘固定，以獲得骨與假體間牢固堅硬的結(jié)合界面。 文獻報道使用髖臼螺釘固定存在很多缺點：螺釘產(chǎn)生的釘?shù)罍p少了髖臼表面骨長入的面積，同時骨道還成為容納磨損碎屑的場所，增大了骨溶解的范圍。如果出現(xiàn)退釘，則會直接接觸聚乙烯的非關(guān)節(jié)面，導(dǎo)致磨損發(fā)生。 壓配技術(shù)是指股骨或髖臼打磨的尺寸較最終植入的假體型號小1到2mm。該技術(shù)依靠環(huán)向應(yīng)力獲得堅強固定，常不需額外固定。非骨水泥髖臼假體 在各種

15、非骨水泥型髖臼假體中，背面微孔涂層的臼杯臨床效果最好，而背面光滑的臼杯效果欠佳。 不過全涂層的假體柄的確能夠獲得更大范圍的堅強固定。近端涂層的柄只能在股骨近端區(qū)域獲得固定，這時應(yīng)力的傳導(dǎo)更加符合生理方式，主要通過近端傳導(dǎo)，避免此處發(fā)生應(yīng)力遮擋和骨缺失。 非骨水泥型柄周圈的涂層范圍也影響臨床效果，這種柄分為全周涂層設(shè)計和半周涂層設(shè)計，這種設(shè)計上的區(qū)別與有效關(guān)節(jié)間隙及骨溶解密切相關(guān)。 半周涂層設(shè)計的假體柄不能在近端股骨柄全周都形成骨長入，在此處留有一處通道，聚乙烯碎屑可以通過此通道進入股骨干，增加了有效關(guān)節(jié)間隙。當使用非全周涂層的假體柄時，聚乙烯碎屑會導(dǎo)致股骨干區(qū)域出現(xiàn)臨床上明顯的骨溶解。 近端全

16、周涂層柄可以允許在近端股骨柄整個周圈的部分都形成骨長入，有效封閉了股骨干髓腔與有效關(guān)節(jié)間隙的通道。全周涂層的假體柄在術(shù)后松動、大腿痛和骨溶解等方面比半周涂層柄的表現(xiàn)要好得多。 假體柄的硬度也明顯影響應(yīng)力遮擋。通常假體柄的機械硬度越高在負重時應(yīng)力遮擋的應(yīng)力也越多。 長柄假體用于翻修術(shù)遠端假體周圍骨折的病人 短柄假體用于股骨彎曲畸形較重或遠端髓腔狹窄的病人 直柄假體適用于各種類型的病人，股骨解剖異常也可使用 彎柄型和解剖曲柄型假體增強解剖正常股骨抗扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性 但在股骨解剖有異常的病人，假體置入困難 骨水泥型假體用于老年骨質(zhì)疏松或類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的病人 保留股骨頸的短柄，假體植入要求高，有利翻修保留骨

17、組織五、髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和活動度 影響關(guān)節(jié)活動和穩(wěn)定性的其他假體設(shè)計因素還包括使用增高的防脫位襯墊。術(shù)者可以選擇使用后方防脫位襯墊以增加后方穩(wěn)定性。盡管這種襯墊能夠有效的增加后方穩(wěn)定性，但在髖關(guān)節(jié)外展時，會產(chǎn)生假體撞擊，減少關(guān)節(jié)的基本弧線范圍。因此通過采用這種襯墊增加后方穩(wěn)定性的方法也來之不易。髖關(guān)節(jié)假體的力線 髖關(guān)節(jié)假體在患者股骨和髖臼內(nèi)的方位和角度是影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。 髖臼假體安裝的前傾角過小增大了后脫位的風(fēng)險，而角度過大又可增加前脫位的風(fēng)險。 手術(shù)入路方式也影響理想的假體安裝角度。采用后入路時，髖臼前傾角可以輕度增大以減少后脫位的可能。研究表明對于后入路的病例，獲得最佳穩(wěn)定性的前傾角度大

18、約在1520。 髖臼假體的垂直方向的角度，也影響關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。髖臼安裝垂直方向角度過大或者角較大都會增加關(guān)節(jié)上脫位的風(fēng)險。 總之，盡管關(guān)于髖臼植入的最佳位置角度仍存在爭議，研究表明外展角度應(yīng)在3050之間，前傾角度隨外科入路不同可選擇015之間的角度。而股骨假體的前傾角也應(yīng)在015之間。六、人工髖關(guān)節(jié)的發(fā)展趨勢 材料學(xué)的進步：材料學(xué)的進步：出現(xiàn)了鈦合金，鉭金屬等生物型骨長入假體。 骨水泥技術(shù)的進步：骨水泥技術(shù)的進步：真空攪拌、遠端塞和中置器、骨水泥槍的應(yīng)用和脈沖沖洗技術(shù),使現(xiàn)代骨水泥型假體更加可靠。骨水泥假體具有良好的初始穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性,至今仍為很多醫(yī)生的首選。 骨水泥型股骨柄：骨水泥型股

19、骨柄：拋光表面的骨水泥型股骨柄可通過二次下沉的效應(yīng)實現(xiàn)假體-骨水泥-骨之間的牢固固定。 生物型股骨柄：生物型股骨柄：因其可與骨床牢固地結(jié)合, 其表面處理技術(shù)從最初的單純粗糙表面+羥基磷灰石到現(xiàn)在的三維多孔表面/珍珠面設(shè)計,實現(xiàn)了從原始的骨長入到現(xiàn)代的骨長入效果, 具有更好的長期穩(wěn)定性。 生物型股骨柄假體的形狀設(shè)計：生物型股骨柄假體的形狀設(shè)計：最初為直柄,最近10年設(shè)計出的錐形柄在壓配機制上更加緊密牢固。 股骨柄的近端固定概念：股骨柄的近端固定概念：是股骨假體設(shè)計的最新進展,這種設(shè)計有助于減少假體應(yīng)力遮擋造成的負面效應(yīng)。 髖臼與股骨頭之間的匹配方式：髖臼與股骨頭之間的匹配方式：陶瓷-陶瓷和陶瓷-

20、聚乙烯假體臨床應(yīng)用報道增多，理論上的優(yōu)勢是減少材料的磨損，但長期療效仍待研究。 大直徑股骨頭的應(yīng)用取得了大量滿意臨床療效的報告。 微創(chuàng)理念的引入使全髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)置換術(shù)更易為患者接受，但小切口不等于微創(chuàng)。 計算機導(dǎo)航技術(shù)使手術(shù)更精確，效果更佳。 人工髖關(guān)節(jié)的未來發(fā)展 材料學(xué)的研究是未來重要的任務(wù) 降低支承磨損面的磨損的研究 傳統(tǒng)的金屬對聚乙烯等由于支承面由于微粒導(dǎo)致骨溶解 過去的金屬對金屬存在的較重的毒性，其磨損嚴重 陶瓷對陶瓷即現(xiàn)代的陶瓷仍然同樣面臨嚴重的磨損陶瓷的破碎 陶瓷對聚乙烯雖然較金屬磨損低，但仍不滿意 支承面磨損的研究新一代 金屬對金屬、陶瓷對陶瓷、陶瓷對聚乙烯、高度交聯(lián)聚乙烯降低了支

21、承面的磨損。 新一代的金屬，不僅降低支承面的磨損，而且能自行修復(fù)打磨光滑。 含有不同比例的氧化鋁和氧化鋯的陶瓷在生理溫度下極其穩(wěn)定同時能耐高溫，降低磨損和破碎 新的聚乙烯在改進后優(yōu)于現(xiàn)代的聚乙烯 人工關(guān)節(jié)的設(shè)計 負荷的生物力學(xué)的研究 軟組織平衡的力學(xué)研究 3D打印的問世 將實現(xiàn)真正意義上的個體化設(shè)計 個體化的假體 假體柄、前傾角、頸干角、旋轉(zhuǎn)中心 獲取病人的骨盆股骨上段 包括股骨頸、臼的旋轉(zhuǎn)中心等 的數(shù)據(jù)分析、設(shè)計病人適合的 假體，按獲取的數(shù)據(jù)進行技術(shù) 處理安裝 人工髖關(guān)節(jié)的安裝技術(shù)的精確也是提高人工髖關(guān)節(jié)壽命的重要因素，逐步利用計算機技術(shù)進行精確的安裝 組織工程學(xué)技術(shù)的再生醫(yī)學(xué)是未來最理想的發(fā)展七、人工關(guān)節(jié)的標準化、準入制度以及關(guān)節(jié)置換登記制度 關(guān)節(jié)置換已經(jīng)成功實施了近四十年，國外在標準化和準入制度上已經(jīng)有非常成熟的經(jīng)驗，特別是歐洲和北美國家。國內(nèi)人工關(guān)節(jié)開始約30年，而快速發(fā)展則在最近