髋关节陶瓷表面假体克服植入感染

江苏激光联盟导读：

据悉，当前在外科手术中使用的髋关节表面修复假体是由钴、铬和钼组成的合金制成的。但是，并非所有患者都对这种金属有很好的耐受性，其中一些患者会出现过敏反应或感染。在某些情况下，甚至可能需要移除假体。

在临床实践中，使用金属及合成材料假体的全关节置换手术可以取代患病的关节。因为目前关节假体还不能与周边关节组织一起重塑，并且可能由于无菌性松动或感染而导致长期功能损伤，只能通过关节的生物性再生来解决。由钴、铬和钼组成的合金是最常用的材料之一。然而，金属磨损通常会导致一些问题，如可怕的金属病，患者最终会遭受刺激、过敏反应、感染甚至假瘤。金属离子也可以在血液和组织中检测到。如果情况变得更糟，病人可能不得不接受另一次手术假体移除。

髋关节手术是德国医院最常见的手术之一。实际上，根据德国联邦统计局的说法，每年通常会植入大约220,000个人工髋关节，通常是由于事故和老年人经历的磨损所致。来自弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所IKTS通过“陶瓷骨保护剂”项目开发了一种新型的陶瓷表面修复假体，由于陶瓷不会引起任何过敏反应或感染，因此基于陶瓷的创新型表面修复假肢具有更高的生物相容性。该修复体由股骨头帽和整体式髋臼组成，具有较高的生物相容性，但与金属假体具有同等的稳定性和强度。假体是Fraunhofer IKTS与医疗器械制造商Mathys Orthop?die GmbH合作开发的Ceramic Bonepreserver联合项目的一部分。

用于修复假体的铸件半壳在一侧结构化，以改善骨细胞粘附

保留骨的重建物具有更好的生物相容性

除具有高生物相容性外，无金属表面修复假体还具有其他优势。Fraunhofer IKTS的项目经理Martina Johannes表示，陶瓷表面修复假体可实现髋关节的骨内修复。

这种创新的表面修复假体结合了股骨头帽和整体式髋臼。在手术过程中，将股骨帽植入股骨中，并将其对应部分髋臼固定在髋骨中。最终将被骨骼包围的表面的结构可以改善骨骼细胞的附着力。相反，髋臼与股骨帽的球形元件之间的人造关节接触区域是完全光滑的，从而可以轻松轻松地进行腿部运动。

生产纳米尺寸ATZ陶瓷

弗劳恩霍夫（Fraunhofer IKTS）在陶瓷材料的生产和加工（包括医疗工程中使用的成型工艺）方面具有多年的经验，其中对精度和可靠性的要求特别高。Martina Johannes的团队进一步优化了Ceramic Bonepreserver项目的流程步骤。第一步，将采购的陶瓷材料-氧化铝和二氧化锆-精细分散。研究人员以此为基础，制造了超纯悬浮液。Johannes表示，颗粒必须均匀地分散在悬浮液中，以确保最终产品的质量，最终产品必须完全没有任何孔隙，杂质或其他缺陷。医疗植入物必须没有任何缺陷。髋臼然后使用注浆工艺形成，这是传统瓷器生产中常见的方法，在Fraunhofer IKTS上得到了进一步开发。产品在烧结过程中达到其最终性能，这是最后一步。Johannes表示，利用烧结的氧化铝增韧氧化锆（ATZ）分散陶瓷，我们获得的晶粒尺寸在310至320纳米之间。相比之下，用于特浓咖啡的极细咖啡渣的粒度为250微米，约为大1000倍。

▲显微镜下的ATZ分散陶瓷的结构。均匀的颗粒分布对于假体的质量特性（例如强度和耐用性）至关重要。图片来源：Fraunhofer IKTS

Martina Johannes的工作组通过了EN ISO标准的医疗工程材料和组件生产和开发认证，因此需要定期进行严格的测试。

卓越的强度和长期稳定性陶瓷植入物的强度和稳定性如何？弗劳恩霍夫研究人员进行了一系列测试，以确定材料的坚固性和稳定性。Johannes表示，弯曲、压力和载荷测试表明，陶瓷假体至少与金属制成的产品一样稳定和坚固。结果是重新铺装了假体，这些假体具有更长的可用性，并且受到人们的良好耐受。

Ceramic Bonepreserver联合项目于2020年9月完成，并由德国图林根州提供了80万欧元的支持。该项目的时机恰到好处：健康专家预测，随着预期寿命的延长，髋关节手术的次数也会增加，因为大多数手术均针对70至80岁的年龄组，老年人。陶瓷髋关节假体在确保手术和随后的愈合过程基本无痛苦且无并发症的过程中大有帮助。

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