人工关节相关材料学制造材料的发展假体设计的改进手术技术的提高人工关节外科发展的动因生物材料的定义1.不是药物2.可以是单一物质或复合物3.可以是天然存在的或人工合成的4.可以在体内存留一定的时间5.作为一个系统或一个系统的一部分发挥功能6.用以保存、加强或替代某一组织、系统甚或机体的功能生物材料的分类1，生物活性材料：在体内具有生物活性，能刺激、促进特定组织的生成2，生物惰性材料：在体内没有生物活性，不能对特定组织的生成起促进作用3，生物降解材料：在体内能随时间推移而自动降解的生物材料生物材料的基本要求生物相容性机械特性生物相容性机械特性制造特性组织反应植入后的变化机械的物理的化学的降解引起的反应局部反应全身影响弹性屈服强度延展性韧性蠕变最终强度疲劳强度硬度抗磨损性加工方法生物相容性和机械特性的一致原材料质量能获得理想的表面处理能安全有效地消毒制造成本人工关节生物材料的总体要求人工关节生物材料的分类1，结构材料：构成并维持假体的特殊形状。对材料的机械性能要求较高。2，关节面材料：构成人工关节的关节面。对维持一定的形态、表面光洁度、耐摩擦等有较高的要求。3，固定材料：主要用于假体与宿主骨之间的联结固定。用于人工关节的生物材料金属UHMWPE陶瓷PMMAHA/CaP人工关节材料的标准ASTM美国材料和测试学会（AmericanSocietyforTestingandMaterials）ISO国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization）结构、固定与关节材料髋臼假体股骨假体ASTM名称关节结构固定关节结构固定金属F-67纯Ti-++--+F-75铸造CoCr-+++++F-90锻造CoCr-+++++F-136Ti6Al4V-++-++F-1295Ti6Al7Nb-+--+-F-1314高氮不锈钢---++-F-1472锻造Ti6Al4V-+--+-F-1537锻造CoCrMo++-++-多聚物F-451PMMA--+--+F-648UHMWPE++----陶瓷F-603氧化铝++-++-F-1185HA--+--+ZrO2氧化锆---++-生物材料在人工髋关节的应用结构、固定与关节之间的组配金属的构成CrNiMoMnCSiPSCuFeCo316L17.0013.002.251.400.0240.820.0250.0090.5余量-CoCrMo28.360.36.10.420.270.63---0.46余量316L不锈钢与CoCrMo合金的化学成分比较(重量百分比)金属的晶格金属晶格的缺陷金属晶格缺陷的处理添加合金成分热处理冷作最终拉伸强度（MPa）屈服强度（MPa）延长百分比（%）铸造（ASTMF-75）6554508锻造（ASTMF-799）117282712铸造与锻造CoCrMo合金机械性能比较不同钴铬钼合金的机械性能不同钴铬钼合金的显微结构ForgedCast材料弹性模量（GPa）关节软骨0.01-0.17天然橡胶0.025-0.1硅胶0.01UHMWPE0.5PMMA3.0骨10-30Ti合金110氧化锆陶瓷200不锈钢205CoCrMo合金230氧化铝陶瓷350相关人体组织与生物材料的弹性模量材料的弹性模量金属的腐蚀腐蚀是金属表面的一个电化学过程，能减弱植入物的强度，并释放出一定量的金属离子腐蚀在抛光的金属表面很少发生，而在粗糙或多孔表面则更容易腐蚀的结果是在植入物表面出现蚀损斑和着色。而金属表面的凹陷或其他形式的不连续将成为应力放大器，从而加速假体机械失败的进程金属的电腐蚀不恰当的金属合金混用会产生“电池”效果，使体液内的人工关节假体发生所谓的“电腐蚀”普通不锈钢+钴铬合金XX普通不锈钢+钛合金XMRI对植入物的作用（1）植入装置的移位；（2）植入装置局部产热；（3）局部电流产生；（4）伪影影响MRI安全性的因素植入物材料是铁磁性的还是非铁磁性的植入物是主动性的还是被动性的MR条件，如静态磁场强度等磁场强度问题地球0.6高斯MRI2000-30000高斯FDA的MRI安全极限80000高斯不锈钢1904年问世，1926年用于骨科临床生物相容性、疲劳寿命、抗腐蚀能力、表面多孔处理方法均不如CoCr合金现仅用于球头、低成本骨水泥柄等高氮不锈钢无镍不锈钢普通不锈钢屈服强度（MPa）600250拉伸强度（MPa）1000590延长（%）5057疲劳强度（MPa）480180无镍不锈钢与普通不锈钢机械性能对照钴铬钼合金1930年度开始用于间隔性关节成形术Howmedica公司的Vitallium是最重要的代表高强度、高硬度、高抗腐蚀性，成为关节面的主要材料广泛应用于股骨柄、球头、...
