【正文】 *特殊問題文件119 金屬對金屬軸承表面材料，制造，設(shè)計，優(yōu)化和替代品G H以撒，J湯普森，S威廉斯，和J費希爾1DePuy公司，英國利茲國際有限公司2，英國利茲大學醫(yī)學和生物工程研究所，利茲，英國的手稿于2005年5月26日收到2005年10月13日公布修訂后已被接受。DOI：摘要：首先介紹時，總的髖關(guān)節(jié)置換在老年患者提供緩解疼痛和改善流動。在長期的耐用性和功能恢復方面的成功，使此過程中更年輕，更活躍的患者，其使用。這導致病人期望壽命增加相稱，功能和生活方式的恢復程度。軸承表面置換關(guān)節(jié)的性能的一個主要特點。它被普遍接受，過量的磨屑排除他們長期的生存和軸承表面，最大限度地減少碎片的產(chǎn)生有一個持續(xù)的要求。本文的目的是審查所謂的金屬的性能的影響因素對金屬軸承，比較常用的其他當代的替代品，金屬和打擊高度交聯(lián)聚乙烯和陶瓷對陶瓷關(guān)節(jié)陶瓷，其性能，并最終考慮通過新的潛在的解決方案如陶瓷，金屬和涂料的發(fā)展應用金屬對金屬軸承。關(guān)鍵詞：全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，耐磨，硬對硬的軸承，金屬對金屬軸承，陶瓷，聚乙烯.1引言 全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是一個非常成功的過程，提供流動性緩解疼痛和恢復。有沒有硬盤數(shù)據(jù)。然而，據(jù)估計，約一萬這樣的程序進行，每年全球。更換髖關(guān)節(jié)的一個重要組成部分，是軸承的表面，和良好的耐磨損性能，現(xiàn)在看到是必要的長期生存和聯(lián)合的整體性能。 目前，髖關(guān)節(jié)軸承表面分為兩大類：首先，所謂的“硬上軟”的組合，其中硬質(zhì)材料，如金屬（有時涂）或陶瓷表達對聚乙烯。第二，所謂的硬對硬的軸承表面在表達對自己相同的硬盤組件。引入臨床使用的軸承表面改性材料和新設(shè)計的固有的風險已經(jīng)抵消了病人的需求和病人的人口統(tǒng)計資料的變化。髖關(guān)節(jié)置換，患者漸趨年輕化，有較高的期望，一般都更加活躍，可能特別希望參加運動的影響，終于有了一個更大的長壽。所有這些因素都推動了尋找新的髖關(guān)節(jié)的設(shè)計。具體來說，新的軸承表面正在尋求使磨損產(chǎn)生的碎片的數(shù)量和其對身體的影響都顯著減少。金屬對金屬軸承的利息已重新推動與當代傳統(tǒng)的人工髖關(guān)節(jié)置換和重新引入水面安置型元件使用時，通過鼓勵中期業(yè)績?yōu)榻饘賹饘傧到y(tǒng)是目前唯一可行的解決方案。這些置換的解決方案都是針對更年輕，更活躍的患者更要優(yōu)化性能，因為這些組件是相當長的時間段內(nèi)，潛在的3040歲的原位的可能性增加。本文的目的是審查的金屬對金屬軸承的發(fā)展，檢查其性能可優(yōu)化的方法，要考慮與其他現(xiàn)有的解決方案相比的優(yōu)點和缺點，并最終以突出的潛力未來的解決方案，減少磨損。2軸承表面史更換髖關(guān)節(jié)首次在大量使用，在20世紀40年代末。然而，有現(xiàn)代設(shè)備的外觀設(shè)計是典型的在英國的麥基在20世紀50年代中期開發(fā)的組件。這些包括一個大直徑（3540毫米）的頭從鈷鉻合金，闡明從相同的材料制成（圖1）對一個類似大小的髖臼杯，股骨柄。隨后戒指（約1962年）和穆勒（1965年）類似設(shè)備。介紹了很少或根本沒有測試這些組件，當然沒什么，模擬其性能置換關(guān)節(jié)。這些設(shè)備往往遭受高初始故障率，并拒絕其使用。然而，長期結(jié)果的審查表明，一個幸存的部件的磨損率很低（小于8毫米/年），經(jīng)過1020年[1]。這提示重新從20世紀80年代后期開始的興趣。 *圖。1麥基法拉假肢。（四道森提供的圖片，利茲大學，英國）在硬對硬的軸承表面的早期工作的同時，約翰查恩利開發(fā)低摩擦力矩的原則，在地方與丙烯酸骨水泥固定，更換髖關(guān)節(jié)。科學，決心和偶然的結(jié)合導致了臨床試驗，闡明在1962年對不銹鋼的高密度聚乙烯查恩利。最初使用22毫米的不銹鋼頭，這樣的組合，成為軸承表面產(chǎn)生磨屑量很低的基準。這種軸承的表面，從20世紀60年代后期進入低磨損率，例如報告，由格里菲斯等一般普遍使用。[2]。這個基本原則上的改進，包括頭稍微直徑較大（2832毫米），鈷鉻合金制成的，引進陶瓷元首，和更先進的聚乙烯稱為超高分子量聚乙烯。然而，這種設(shè)計仍基本上保持不變，直到20世紀90年代初時，長期的問題成為這種軸承表面組合明顯。這些措施包括溶骨性反應引起聚乙烯磨屑[3]，γ輻照聚乙烯氧化的易感性[4]，粗糙股骨頭[5，6]的效果。這導致到更難股骨頭（陶瓷）和新的高度交聯(lián)聚乙烯的發(fā)展。到2000年，有越來越相信，這些先進的聚乙烯將最大限度地減少磨屑的不利影響，但不會解決問題的完全替代的解決辦法，尋求。如上所述，后與第一代的金屬對金屬設(shè)備的早期故障率較高，尚存的部分有長期成功的一個比較高的水平。這導致了新的興趣，從20世紀80年代起，推出重新設(shè)計的金屬對金屬鈷鉻合金制造的軸承表面與更傳統(tǒng)的髖臼和股骨組件。這些都產(chǎn)生了一些令人鼓舞的成果。例如，瓦格納，瓦格納[7]回顧了5年隨訪的78例患者的系列。有三個版本的所有無關(guān)的磨損。有沒有金屬的證據(jù)，并沒有明顯的骨溶解X線。Jacobs等，最近類似的短期至中期業(yè)績報告。[8]和Lombardi等。[9]。sieber等人。[10]對118的分析檢索報告的第二代金屬對金屬植入物。線性每年磨損發(fā)現(xiàn)是25毫米，在第一年后的第三年下降到5毫米，同樣分為頭和杯之間。與會者指出進一步的聯(lián)合運動，使劃痕磨損的金屬對金屬關(guān)節(jié)的自拋光能力。陶瓷對陶瓷元件也有類似的*歷史。他們首先介紹了Boutin等[11]在20世紀70年代，在1988年報告的臨床結(jié)果令人失望。然而，更令人鼓舞的成果報道Mittelmeier和Heisel[12]，這有助于重新建立的概念。更多**最近Bizotet人[13]。有11個沒有相關(guān)穿的修訂。射線分析表明，無骨溶解的跡象，結(jié)論也達到由Pignatti等。[14]123陶瓷對陶瓷元件的審查。這些結(jié)果導致這些所謂的“替代”或“硬對硬”軸承的使用越來越廣泛。semlitsch和Willert[15]提供的臨床數(shù)據(jù)。他們指出，在減少磨損，聚乙烯對陶瓷與金屬闡述。他們還發(fā)現(xiàn)，可以通過使用兩種金屬對金屬和陶瓷對陶瓷軸承方面取得更大的減少了臨床磨損率，如圖所示。2。*圖。2臨床磨損率與各軸承表面的審查。（后Semlitsch和Willert[15]）3，金屬對金屬軸承當代問題 盡管令人鼓舞的成果，仍然存在著與金屬對金屬軸承的關(guān)注。這些磨屑的長期效果。聚乙烯碎片的溶骨作用是眾所周知的，但硬對硬軸承碎片的長期影響目前還不太清楚。磨損顆粒小得多比聚乙烯（）（1060納米），并已估計，作為一個后果，而有磨損量顯著減少，有可能是的粒子數(shù)增加1000倍[16].碎片，或更具體地說成金屬離子的碎片擊穿的影響，潛在的有害影響，首先強調(diào)黑[17]表示，“孤立的臨床觀察[不良致癌物質(zhì)，代謝，免疫和細菌的影響[支持全身的影響，特別是與免疫反應和金屬超載和成藏條件的相關(guān)存在。盡管這種關(guān)系的證據(jù)的廣泛搜查，最顯著的由Paavolainen等。[18]，已使用40年后發(fā)現(xiàn)沒有鏈接。willert等人。[19]最近報道一組患者有早期手術(shù)后的疼痛。病理檢查結(jié)果表明：一些金屬粒子，但可能的淋巴細胞為主的免疫反應一致。因為這些問題，它仍然是審慎的，以盡量減少金屬對金屬軸承產(chǎn)生的磨屑量。金屬對金屬軸承性能的關(guān)鍵，是潤滑理論，確定了三個潤滑制度。1邊界潤滑。出現(xiàn)這種情況“滑”堅持運動的表面，其中有直接的粗糙接觸化學分子。在人體的邊界潤滑油的例子是磷脂和糖蛋白。2流體膜潤滑。條件是中間人的流體分離運動的表面。在體內(nèi)的流體潤滑劑的一個例子是滑液。3混合潤滑。部分支持負載的接觸邊界潤滑劑組合（粗暴技巧），并在流體膜分離一些發(fā)達國家的壓力，但不是所有的，相互作用的表面粗糙。理想的情況下，硬對硬的軸承工作，充分流體膜潤滑是必需的，但髖關(guān)節(jié)，使用的工程材料，潤滑油的變量屬性的服務周期，使這個非常困難的。然而，滿意的臨床表現(xiàn)髖關(guān)節(jié)軸承表面的證據(jù)Clarke等報道。[20]，從髖關(guān)節(jié)置換金等人提出的適應潤滑理論。[21]，道森等人的計算。[22]在混合政權(quán)的運作，而不是在一個連續(xù)的流體膜潤滑制度。液膜的全部好處，但鼓勵關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化。適應的潤滑理論，提出由金等。[21]髖關(guān)節(jié)確定其磨損的影響因素。這項工作表明，將采用大直徑的組件，它有一個小的股骨頭和髖臼杯之間的徑向間隙減少磨損。組件應該盡可能順利，這意味著組件應該是，因為更難表面硬盡可能更容易達到和保持在人體表面非常光滑。股骨頭直徑磨損之間的反比關(guān)系，一見鐘情賠率是查恩利提出的原則，與低摩擦關(guān)節(jié)置換術(shù)[23]和利弗莫爾等臨床觀察。[24]和卡博等[25]，這表明，體積磨損股骨頭直徑成正比。對于這種明顯對立的解釋是，所有的聚乙烯軸承磨損相關(guān)的滑行距離，增加股骨頭直徑增加在邊界潤滑政權(quán)運作。相反，如果正確設(shè)計，硬對硬的軸承，有可能運行在混合和流體膜潤滑制度，其中頭部直徑增加導致增加滑動速度，這有助于潤滑，從而降低磨損。有趣的是，這種狀況是正確的預測[26]在1969年由