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2018年《骨》外科主治医师专业知识—人工关节的材料学
随着人的年龄变大，许多的器官也在慢慢的老化。都感叹道：人老腿先老。人工关节治疗关节畸形和各种破坏性骨关节等疾病都有显著的效果，许多人工关节手术后的病人都有一种返老还童的感觉。目前全世界每年大约80万人做了人工关节手术，而且随年逐增，这也刺激了骨和关节外科的研究发展。1998年4月，瑞典隆德大学骨科主任、欧洲骨科研究会主席Lars Lidgren教授首先发起并倡议将2000年～2010年确定为国际“骨与关节十年”(Bone and JointDecades)。我国对这一倡议也给予了高度重视，并由中华医学会骨科学分会代表中国于2002年lO月加入了“骨与关节十年”这一国际性活动.同时正式签署了宣言。在此基础上还成立了中欧骨科学术交流学会(SEOAEC)，进一步加强了我国骨与关节外科工作者与国际同行的学术交流。本文主要介绍人工关节的材料。
一、陶瓷关节材料
人工关节常用的陶瓷材料均为生物惰性陶瓷主要为氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷。陶瓷人工关节经历了四代工艺技术的改进，现已日趋完善。20世纪70年代生产的第一代氧化铝陶瓷纯度较差，晶体颗粒直径大，密度低，导致陶瓷材料的脆性大，破碎的发生率较高。 第二代氧化铝陶瓷降低了晶体颗粒的直径改善了，颗粒的排列了，增加了材料的密度，使陶瓷的性能得到了很大的改善。90年代后生产的第三代氧化铝陶瓷，晶体颗粒直径更小，陶瓷的硬度，机械强度都较前两代产品显著提高。第四代人工陶瓷关节已于2003年开始应用于临床。
(一)陶瓷材料的性能
强离子键和共价键赋予陶瓷材料较高的耐磨、耐压强度和硬度及良好的化学惰性。而且，陶瓷材料的亲水能力保证了其参与构成的关节有较大的润滑性。此外，陶瓷材料不会析出金属离子，在体内可保持生物惰性，这都是陶瓷较为突出的优点。此外，陶瓷材料不会析出金属离子，在体内可保持生物惰性，这都是陶瓷较为突出的优点。而随着工艺的改进，陶瓷关节假体的物化性能将得到进一步提升。
(二)陶瓷材料的优点
1、耐磨损( 抗压强度：2000~4000Mpa)，能较好地抵抗研磨性磨损和第三体磨损。
2、硬度高，无蠕变现象(1000~2000 维氏硬度单位)。
3、微晶结构表面可进行高剖光加工( 表面粗糙度可达Ra 6.3~1.6μm)。
4、亲水性(hydrophilic) 好，润滑性能出色，可期待理想的液膜润滑模式，降低粘附磨损。
5、极好的耐腐蚀性，绝缘性，无离子释放。
6、生物学惰性，不易引起细胞反应，诱导骨融解。
7、表面不易附着细菌。
8、理想的抗疲劳性，表面退化缓慢。
(三)陶瓷材料的改性
陶瓷的断裂韧度和抗疲劳性等物理特性取决于它的显微结构：颗粒大小、密度和均匀性。所以对陶瓷材料的改性主要从降低其原料的晶粒大小、提高密度等方面着手。现代生产中利用无尘化处理、热均衡加压、激光蚀刻等新技术可以使氧化铝的晶粒尺寸减小到21xm以下。由氧化铝、氧化锆、微量的氧化铬和氧化锶组成的陶瓷材料的晶体结构可以降低到1-2tzm，使得材料既保持了硬度又降低了脆性。
近年来，国内外在A120，陶瓷增韧方面作了大量的下作，诸如改变材料的显微结构;利用Zm：相变增韧或微裂纹增韧，以及在瓷体中人为造成裂纹扩散的障碍等已经取得了显著的效果。另外，现代陶瓷人工髋关节假体设计时，在髋臼上有一个半球形金属壳，外表面有多孔的涂层，内面呈morse斜坡，可以嵌入陶瓷内衬，这样就成功地解决了同定和耐磨的难题。
