人工髖關(guān)節(jié)置換的最新進展

1、人工髖關(guān)節(jié)置換的最新進展廣州醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院骨科 白波人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty,THA）應(yīng)用于臨床已一個多世紀，是治療髖關(guān)節(jié)疾病的標準手術(shù)之一，能夠很好地緩解疼痛，改善關(guān)節(jié)功能，恢復(fù)關(guān)節(jié)穩(wěn)定和肢體功能等，得到學(xué)界和患者的廣泛認同。但由于自身材料和技術(shù)問題，術(shù)后也會出現(xiàn)松動、脫位等并發(fā)癥，因此THA一直是研究熱點，新材料、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，不斷推動人工關(guān)節(jié)的發(fā)展?，F(xiàn)就其最新進展作一綜述。1、 假體材料的改進用來制作人工股骨柄假體是種類繁多的各種合金，主要有不銹鋼、鈦基合金和鈷基合金等。20世紀70年代以來，鈦合金有了很大發(fā)展，鈦合金質(zhì)輕、抗張強度、屈服強度和

2、疲勞強度高，生物相容性好，是目前作為假體柄最廣泛使用的材料。但仍存在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(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象,從而導(dǎo)致種植體周圍出現(xiàn)骨吸收,最終引起種植體松動、斷裂或假體周圍骨折。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)用鈦合金,成為生物醫(yī)學(xué)金屬材料研究的重點。人工股骨頭的材料有不銹鋼、鈦合金、鈷鉻鉬、陶瓷等，髖臼假體的材料有金屬、超高分子聚乙烯、陶瓷、碳素材料等，這兩者構(gòu)成了人工關(guān)節(jié)的承重面。如何減少承重面的磨損和磨損顆粒導(dǎo)致的骨溶解是承重面設(shè)計的最重要考量因素。金屬股骨頭-超高分子量聚乙烯（UHMWPE）髖臼是目前應(yīng)用最

3、廣泛的假體組合。然而，UHMWPE 仍然是各種組合式髖關(guān)節(jié)假體的最薄弱環(huán)節(jié), 一方面磨損率高，磨損碎屑的遷移與巨噬細胞反應(yīng)會引起骨溶解, 從而導(dǎo)致置換失敗；另一方面 UHMWPE 的硬度偏低, 抗蠕變性能差, 長期使用會使人工關(guān)節(jié)產(chǎn)生精度偏差, 影響人工關(guān)節(jié)的裝配性。研究人員開發(fā)了多種表面改性方法改善 UHMWPE 的性能，如離子注入改性可以誘發(fā)UHMWPE 表面交聯(lián), 促使其發(fā)生劇烈的結(jié)構(gòu)變化, 從而提高聚合物的表面硬度和彈性模量, 改善抗磨損性能和生物力學(xué)性能。第二代高交聯(lián)UHMWPE，采用了諸多新技術(shù)，如連續(xù)多循環(huán)輻射退火可有效維持最佳結(jié)晶粒度和機械特性，加入抗氧化劑維生素E能在材料氧化

4、水平改善磨損特性。在全髖關(guān)節(jié)置換中高交聯(lián)UHMWPE的磨損遠遠低于超高分子聚乙烯，與金對金假體的耐磨水平接近1。與傳統(tǒng)的金屬對聚乙烯人工假體相比，新一代金屬對金屬假體具有更好的耐磨損性能，線性磨損率與容積磨損率較前者低100倍。同時，金對金大股骨頭全髖假體的頭/頸直徑之比增加，使頸與臼發(fā)生撞擊前的活動范圍增加，從而使得術(shù)后關(guān)節(jié)穩(wěn)定性及活動度更好。雖然金對金假體獲得了良好的臨床效果，但仍然存在問題，如金屬離子濃度的增高導(dǎo)致的型超敏反應(yīng)、免疫介導(dǎo)反應(yīng)、軟組織假性腫瘤以及金屬腎毒性等。現(xiàn)在人們致力于金屬材料的表面改性，不改變金屬基體的性能而只提高其表面或表面層的耐磨性、生物相容性及其它性能，進一步減

5、少金屬離子的產(chǎn)生。常用的處理方法有熱噴涂法、離子注入法、離子鍍、離子濺射法、電化學(xué)法、激光熔敷法、化學(xué)氣相沉積法等2。陶瓷對陶瓷界面的人工髖關(guān)節(jié)使用的材料主要為氧化鋁和氧化鋯。氧化鋁陶瓷具有化學(xué)惰性及良好的抗腐蝕能力，但韌性較低，易碎裂。第三代陶瓷使用近十年來研制出的氧化鋯，主要優(yōu)點是韌性比三氧化二鋁好，可進一步降低陶瓷材料碎裂的發(fā)生率。近年研究出的新型氧化鋁基復(fù)合陶瓷為第四代，其材料密度、強度、韌性均較氧化鋁和氧化鋯更大，生物相容性及耐磨損性等性能也更優(yōu)異，這樣就使陶瓷在設(shè)計加工上更加靈活，可以使用更大的陶瓷頭和更薄的陶瓷內(nèi)襯以增加髖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。然而，由于陶瓷脆性較大，有一定的碎裂率，彈性

6、模量高、骨匹配性差，可能導(dǎo)致骨損傷，故目前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，使材料既保持硬度又降低脆性。 陶瓷對金屬界面指陶瓷股骨頭對金屬內(nèi)襯組合。這種組合的優(yōu)點是利用陶瓷頭高度拋光的表面，減少配伍側(cè)金屬內(nèi)襯的磨損；金屬內(nèi)襯的使用避免了陶瓷內(nèi)襯的碎裂，而且由于金屬內(nèi)襯可以做的更薄，所以陶瓷股骨頭的直徑更大，提高了人工髖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，降低了術(shù)后脫位率，并使關(guān)節(jié)活動度和金屬對金屬的活動度相同。目前陶瓷對金屬人工髖關(guān)節(jié)在臨床已有應(yīng)用，但長期效果尚待實踐證明。2、髖關(guān)節(jié)表面置換髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)（hip resurfacing arthroplasty,HRA）現(xiàn)今已成為關(guān)節(jié)

7、外科領(lǐng)域中最受關(guān)注的技術(shù)之一，主要用于年輕、活動量大、預(yù)期壽命長、功能要求高的患者，能夠保留更多骨質(zhì)，維持關(guān)節(jié)正常的生物力學(xué)和應(yīng)力分布方式，增強關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，并使術(shù)后關(guān)節(jié)活動度更接近正常水平，也使以后的翻修手術(shù)更簡單易行3。現(xiàn)代HRA一般以高含碳量的鈷鉻合金為承重面，不僅厚度薄、強度大、耐磨損、而且擁有自身修復(fù)能力。存在的問題主要是人體暴露于高濃度的金屬離子中以及金屬植入物相關(guān)的問題。陶瓷界面和高交聯(lián)聚氯乙烯的發(fā)明可能使其成為將來的一種選擇，其主要優(yōu)點是耐磨損，易潤滑，并且可獲得更低的翻修率和骨溶解率4。一種新的硅化合物陶瓷材料已經(jīng)處于試驗階段，初期的試驗證實其擁有良好的機械力學(xué)特性和更低的磨損

8、率，可能在不久的將來得到廣泛應(yīng)用5。HRA術(shù)后可能出現(xiàn)活動度減小及假體撞擊現(xiàn)象，包括股骨頸與金屬臼杯的撞擊和股骨頸和髖臼前方骨骼的撞擊。由于表面置換最大限度地保留了健康的股骨頸，所以股骨假體的精確匹配成為解決此類問題的關(guān)鍵。已有學(xué)者通過術(shù)前三維重建建立髖關(guān)節(jié)表面置換的可視化數(shù)字模型，獲得立體形態(tài)的髖關(guān)節(jié)及內(nèi)置物位置結(jié)構(gòu)，直觀顯示并精確測量髖關(guān)節(jié)表面置換假體的大小、傾角、穩(wěn)定性以及磋磨股骨頭形態(tài)，對手術(shù)規(guī)劃具有重要價值6。 患者的選擇和醫(yī)生的手術(shù)技術(shù)也是手術(shù)成功與否的關(guān)鍵。目前認為HRA的最佳適應(yīng)證為年齡65歲、伴有髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎但髖臼及股骨側(cè)解剖結(jié)構(gòu)均正常、活動量大且積極要求手術(shù)的男性患者。

9、女性患者要求更年輕（55歲），因為女性絕經(jīng)期后骨質(zhì)疏松發(fā)生率高，置換術(shù)后發(fā)生股骨頸骨折的可能性更大7。與此同時，不能忽視對醫(yī)生手術(shù)技術(shù)的訓(xùn)練，手術(shù)者必須經(jīng)過嚴格培訓(xùn)，規(guī)范使用操作技術(shù)，建立標準化、統(tǒng)一化的醫(yī)生培養(yǎng)模式。3、微創(chuàng)全髖關(guān)節(jié)置換將微創(chuàng)的概念引入髖關(guān)節(jié)置換中，目的是減少關(guān)節(jié)周圍的軟組織損傷，縮短置換后康復(fù)時間，因此一直是骨科醫(yī)師和患者共同關(guān)注的熱點問題。目前的手術(shù)入路有前側(cè)、外側(cè)、前外側(cè)、后外側(cè)等，其中較為經(jīng)典的有Bergerde 雙切口入路及Roettinge的OCM入路。無論何種入路，小切口的技術(shù)都需要醫(yī)生豐富的經(jīng)驗和經(jīng)過改進的特殊手術(shù)器械以獲得可接受的結(jié)果。微創(chuàng)技術(shù)并不一定適合所

10、有患者，選擇合適患者十分關(guān)鍵，因為患者的體型和畸形的程度將對手術(shù)難易有巨大影響。微創(chuàng)技術(shù)并不適用于肥胖或肌肉發(fā)達的患者，也不適用于復(fù)雜的初次或翻修全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。微創(chuàng)手術(shù)的術(shù)野與傳統(tǒng)手術(shù)完全不同，手術(shù)醫(yī)生必須具有豐富的解剖知識和熟練的常規(guī)手術(shù)技術(shù)，助手配合良好，進行微創(chuàng)手術(shù)必須經(jīng)過正規(guī)培訓(xùn)，學(xué)習(xí)曲線較長8。當然，微創(chuàng)手術(shù)早已經(jīng)過了單純追求小切口、手術(shù)時間短的認知，而是強調(diào)對軟組織的保護，減少術(shù)后疼痛，加快康復(fù)進程。隨著微創(chuàng)理念的進步，微創(chuàng)置換更是突破了軟組織微創(chuàng)的局限，逐步認識到對骨組織的微創(chuàng)和全身性的微創(chuàng)。目前，關(guān)于微創(chuàng)置換和傳統(tǒng)置換手術(shù)的比較尚缺乏系統(tǒng)的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)，其遠期療效需要進一步的

11、研究，但微創(chuàng)是以后外科手術(shù)發(fā)展的趨勢，這一點毋庸置疑。4、計算機導(dǎo)航手術(shù)(computer aided surgery, CAS)THA術(shù)后對人工關(guān)節(jié)功能和使用壽命的評價，包括步態(tài)、患肢長度、穩(wěn)定性、磨損、松動等，都取決于假體放置的位置、傾斜和旋轉(zhuǎn)的角度、力線的精確掌握，但由于切口暴露的限制、可靠定位標志的缺乏，不可避免地會產(chǎn)生較大的誤差。而在CAS的幫助下，可以達到控制誤差在距離lmm和角度1度的范圍以內(nèi)，嚴格把握假體位置的準確性，使其精確匹配，明顯提高了手術(shù)的精確性和成功率，延長人工關(guān)節(jié)的使用壽命9。目前的CAS主要有3種模式：圖象依賴導(dǎo)航、術(shù)中X線導(dǎo)航和非圖象依賴導(dǎo)航，在關(guān)節(jié)置換術(shù)中應(yīng)用

12、的主要是非圖象依賴導(dǎo)航系統(tǒng)。CAS克服了傳統(tǒng)術(shù)前計劃二維模擬的缺陷，術(shù)中定位不受患者體位和骨盆位置的影響，能在術(shù)中給手術(shù)者反饋有關(guān)骨骼、植入假體及手術(shù)器械的位置、方向的即時信息。不僅如此，CAS還可以模擬重建關(guān)節(jié)的功能運動和磨損的發(fā)生，通過模擬動態(tài)的股骨在靜態(tài)的髖臼上的運動來揭示磨損何時發(fā)生以及發(fā)生在什么位置，其優(yōu)點是可以預(yù)先了解患者術(shù)后髖關(guān)節(jié)從事預(yù)期的日?；顒訒a(chǎn)生怎樣的關(guān)節(jié)損傷。利用三維模擬系統(tǒng)模擬關(guān)節(jié)運動，手術(shù)者可以在術(shù)前做出調(diào)整，減少術(shù)后關(guān)節(jié)的磨損。在微創(chuàng)手術(shù)的開展中配合 CAS 使用，可以彌補微創(chuàng)技術(shù)視野狹小的缺點，效果更佳。5、復(fù)雜的人工髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)THA翻修術(shù)中髖臼側(cè)及股骨側(cè)因骨

13、溶解、應(yīng)力遮擋、假體及骨水泥取出而引起的大范圍骨缺損是常見而棘手的問題。因此，翻修術(shù)中如何重建髖臼及股骨骨缺損，是近年來研究的熱點問題，解決的措施包括特殊設(shè)計的假體、金屬網(wǎng)墊、自體或異體骨移植和多種方法聯(lián)合應(yīng)用等。髖臼骨缺損目前主要通過骨移植進行修復(fù)。最近出現(xiàn)了新的移植材料，包括新的脫鈣骨基質(zhì)、自身的血小板濃縮物、重組蛋白和干細胞聯(lián)合移植。研究發(fā)現(xiàn)，使用磷酸三鈣和羥基磷灰石顆粒與自體骨組織混合，并采用打壓植骨聯(lián)合骨水泥假體的方法，修復(fù)髖臼空腔性和節(jié)段性缺損時，髖臼杯的移動和傾斜發(fā)生率明顯降低。而打壓植骨結(jié)合金屬鋼網(wǎng)技術(shù)是基于植入的異體顆粒骨被新生的具有松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)的宿主骨所替代的病理基礎(chǔ)而開展的

14、一項缺損骨重建技術(shù)，對手術(shù)者技術(shù)的要求較高，熟練掌握這項技術(shù)的醫(yī)生可能在面對最嚴重的髖關(guān)節(jié)骨缺損時仍能取得成功，關(guān)鍵在于充分的打壓植骨、精確使用骨水泥技術(shù)將假體植入到正確的位置10。股骨側(cè)翻修的目標是：維持股骨的完整性和骨量；實現(xiàn)牢固的假體固定；恢復(fù)髖關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性，以便獲得充分的外展功能；平衡肢體長度。有學(xué)者認為：股骨側(cè)翻修中，良好的股骨髓內(nèi)同種異體顆粒骨打壓植骨結(jié)合合適的非骨水泥延長柄股骨假體，可以修復(fù)關(guān)節(jié)置換術(shù)后各種原因所導(dǎo)致股骨骨缺損、重建股骨完整性，具有很好的近期臨床療效。但中遠期臨床效果尚待進一步觀察11。6、機器人在髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的應(yīng)用手術(shù)機器人是一種由計算機控制的可活動的

15、機械臂。在設(shè)置好程序后，它能夠接受指令，根據(jù)手術(shù)任務(wù)在一定范圍內(nèi)移動和使用手術(shù)器械。目前，手術(shù)機器人已經(jīng)應(yīng)用于臨床，可以完成全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)。機器人能夠按照設(shè)置好的程序，在三維范圍內(nèi)完成精確的動作，切開或切除手術(shù)目標，確保非手術(shù)目標不被損傷。機器人可以直接暴露在X光機下，而無需考慮輻射問題。機械臂的“手指”可以輕松到達髖臼底部，準確擰入固定螺釘。手術(shù)機器人在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中展示出極大的優(yōu)勢，相信在不久的將來就會廣泛應(yīng)用于臨床。參考文獻 1. Mcnulty D E, et al. The effect of cross linking UHMWPEon in vitro wear of fixe

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