文章导语：
○ 髋关节置换的研究已有200年历史。在近30年的临床实践中，研究学者不断推陈出新，他们都在进行了哪些方面的深入研究？
○ 以骨水泥与非骨水泥固定材料比较各自有哪些优势？
○ 关节假体摩擦界面的临床研究经历了哪些阶段？
○ 无菌性松动是人工髋关节置换最主要的晚期并发症，对此专家们进行了哪些探索？
○ 随着计算机辅助技术在骨科手术中的广泛应用，在髋关节置换术中它能够替代传统的手术方法吗？
○ 中国应用人工关节置换已有30年历史他们都关注哪方面研究？有怎样的学术认知趋势
○ 关键词：髋关节；人工关节；置换；计算机辅助；骨科置入物；临床应用
doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.04.025
 
 

0  引言

从早期的截骨术到计算机辅助下的微创髋关节置换术，髋关节置换术的研究经过了200年历史。近30多年的临床实践，已将其充分肯定并发展成为一种可靠的治疗手段。关于人工髋关节置换技术的发展，临床上不仅关注假体置入后的生存率，还关注置换后患者长期应用过程的快捷性与舒适度，更关注患者远期的关节功能。

1  假体固定技术的发展历程

1.1  以骨水泥作为固定材料 

图1  人工全髋关节置换

骨水泥(聚甲基丙烯酸酯，polymethacrylates, PMMA)作为髋关节假体的固定材料，在20世纪60年代已经深入研究并推广应用，其良好的即时固定效果，成为髋关节假体固定的主要方式，尤其对于老年髋关节置换者，不失为是一种公认的较好的假体固定方式，其缺点是远期失败率较高，见图1。
第二代骨水泥技术，使用髓腔栓、骨水泥枪进行髓腔冲洗和压力填充及柄体中心化放置、真空或离心搅拌骨水泥等，提高了手术成功率。
第三代骨水泥技术是为针对金属与骨水泥界面抗剪强度差问题应运而生的，即假体表面粗糙处理，表面预涂骨水泥，以增加界面抗剪强度，也取得了一定的效果，骨水泥技术的改进，明显减小了股骨柄松动的发生率，如Exeter假体长期随诊，最长者达33年，最小年龄18岁，但髋臼假体的松动问题仍未能得到较好的解决。
1.2  以非骨水泥作为固定材料 

20世纪70年代以来，由于骨水泥界面的老化、破裂而引起假体松动等并发症，使假体生物学固定研究成为热点，其内容主要是利用骨长入假体表面微孔，从而达到牢固固定。这一类假体种类繁多，如颗粒微孔、钛丝微孔、等离子喷涂金属微孔及陶瓷微孔等，见图2。它们在固定髋臼假体，尤其是年轻患者或翻修术显示了良好的效果。虽然在老年患者中专家们意见不一，但经过对诸多80岁以上患者平均5年的随访，其研究结果显示疗效也是肯定的。
近年来出现了混合型固定的全髋关节。1994年美国发展与共识会议正式提出了骨水泥型假体柄和非骨水泥臼，见图3。目前很多专家都把混合型人工关节置换作为首选模式应用于60岁以上的患者，其优点为可早期离床活动，近10年来，非骨水泥型人工髋关节应用较多，优点是可用于年轻患者。
1.3  人工髋关节假体摩擦界面的发展 

  图3  骨水泥型关节柄

影响假体磨损速率的主要因素包括假体头的大小，关节面的材料，光洁度及患者的活动程度。为了减小假体关节面的磨损，人们尝试使用了不同的材料，如金属-金属、金属-聚乙烯、陶瓷-聚乙烯、陶瓷-陶瓷等，其中陶瓷假体的易碎裂且价格昂贵，不易推广应用。人们重新转向金属-金属的匹配，并认识到第一代金属-金属的失败不是金属配合本身的问题，而是受当时条件的限制，工程技术加工不良所致。
1960年Charnley开创了全髋关节置换的新时代,他设计的低磨损全髋关节假体,是人工髋关节置换发展历程上的一个里程碑，也被誉为现代全髋关节置换之父。他认为生物关节面类似海绵，具有弹性，内含滑液，使关节保持低摩擦系数。那么采用润滑液润滑假体关节面以获得低摩擦效应是不能的，应当寻求低摩擦系数的生物材料来制作假体以达目的，从而确立了人工关节低摩擦理论。
随着人工关节生物力学研究的迅速发展，骨科医生和生物力学工程师互相合作在全世界建立了许多研究中心，开展了如材料磨损、金属延展和疲劳性能测定、人工关节假体的设计固定技术等方面的大量研究，但临床效果都不如Charnley髋关节置换，他设计的假体具有低摩擦、稳定、较少发生松动等优点。至今Charnley人工关节置换已成为衡量其他髋关节置换效果的金标准。
20世纪60年代人工髋关节置换术最严重的并发症是感染，Charnley人工髋关节置换的感染率为7%，1966年Charnley首先使用了空气层流净化手术间，个人空气隔离系统，预防性抗生素，使置换后感染率显著降低。
1990年研究者们基于Protasul-21WF金属-金属假体改变其股骨头直径与假体组合，对与金属-聚氯乙烯、陶瓷-聚氯乙烯组合进行了钟摆实验，发现 28 mm 金属-金属组合与 32 mm 直径的金属-聚氯乙烯有同样的摩擦系数，随后有文献报道了应用110例金属-金属人工髋关节，其中100个关节取得良好的临床效果。
1.4  关于人工髋关节无菌性松动的研究

无菌性松动为人工髋关节置换后最主要的晚期并发症，是导致假体松动翻修的主要原因。从20世纪60年代初，Charley首先采用低磨损人工髋关节置换到现在，人们对人工关节无菌性松动的发病机制进行了不懈的探索。
对人工髋关节松动的认识经历了一个发展过程：过去一般将这种非感染性松动单纯归咎于假体与骨界面间的密贴欠佳、假体安装位置不良、骨水泥碎裂等力学原因，认为是一种机械性松动。
但近年来人们认识到，人工髋关节后期松动除上述因素外，主要与假体长期磨损或离解产生的颗粒所诱导的生物学反应有关。生物学反应过程包括：①磨损颗粒的产生。②假体-骨界面间异物反应膜的形成。③骨溶解，导致假体的骨性支持结构力学性能下降。
1.5  全髋关节翻修术
随着第一代人工股骨头和人工髋关节使用寿命的到期，目前国内外全髋关节翻修的患者日渐增多，这就给骨科医师提出了新的挑战。全髋关节翻修的目的是通过建立假体-宿主骨的一体化来提供关节的稳定性，通过假体耐久性为患髋的骨与周围软组织长期重塑提供条件，恢复患肢长度和运动机能，以确保最好的生活质量。
最早的全髋关节翻修假体与骨水泥型初次全髋关节置换假体类似，仅仅由单纯长柄股骨假体和髋臼盖组成，由于假体与骨水泥、髓腔与骨水泥之间应力集中产生的相对运动和磨损的碎屑很容易引起骨内膜硬化与骨缺损增加，导致了骨水泥型长柄全髋翻修股骨假体的失败率很高。
非骨水泥型全髋翻修股骨假体其近端表面有多孔涂层，与干骺端压配后有利于骨长入，在初次全髋关节手术中取得了良好的效果，但是在翻修术中，干骺端骨质常常已经缺损与硬化，这就使得假体不能与足够多的健康骨紧密接触，达不到生物固定的效果，很难获得稳定的假体-宿主骨一体化结构。所以近端多孔涂层的股骨假体在髋关节翻修术中使用也不安全。
广泛涂层股骨假体在设计上更进一步，它能越过近端骨缺损部位，通过与更多的远端健康宿主骨紧密接触来获得稳定固定。这种类型假体获得了良好的临床结果。然而，由于本身结构单一导致的尺寸搭配不佳(假体柄直径过大或骨量减少)和近端应力集中，时常会使患者出现股痛，影响生活质量。
单件式股骨假体由于有可调式干骺端涂层套筒和远端沟槽，减少了尺寸搭配不佳比率，使得相关股痛的发生率与使用加长型股骨假体相当。这种类型假体可以更好的适用于股骨的解剖变异和近端股骨出现骨溶解和假体松动的翻修病例。但是往往由于需要翻修的患髋干骺端与股骨干的骨丢失变异度很大，甚至出现股骨骨折，软组织缺损情况也不尽相同，使用任何类型单件式假体都很难通过正确的股骨颈长度，股骨偏距，颈干角和前倾角定位股骨头中心，维持正常的软组织张力，这样的人工关节并不可靠，术后再脱位也时有发生。
近年应用较为方泛的是组合式股骨假体，它拥有可随意搭配的近、远端假体柄，通过近远端假体柄不同的长度组合、直径组合、解剖弧度组合、颈干角与前倾角组合，在维持合适软组织张力的同时，获得最佳股骨髓腔吻合度，并确保正确定位稳定的股骨头中心，这样就给骨科医师在手术进程中选择最适合患髋的个性化假体提供了很大的灵活性。它可以保证每一名患者都获得与自身髋关节结构高度一致的人工关节，从而最大限度恢复患肢长度和运动机能。组合式股骨假体与宿主骨髓腔吻合度高，假体植入后起始与长期稳定性好，通过近端柄干的调整可获得稳定性好和运动功能佳的人工髋关节。
1.6  计算机辅助技术下的全髋关节置换
计算机辅助骨科手术(computer-assisted orthopaedics surgery，CAOS)是近年迅猛发展起来的高新技术，将可能成为未来骨科手术的首选标准方案。近20年来，计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)在人工髋关节置换方面开始应用。在无影像导航髋关节置换中，通过体表定位软件系统建立一个个性化的骨盆和股骨模型，可以设计和订制假体。通过仿真植入假体的模拟操作，可选择最为合适的假体，并由跟踪系统模拟出髋臼和股骨假体的位置，按个性化前倾角、外展角、柄干角，选择最佳植入深度和角度，在整个植入过程中，假体角度的数据始终显示在计算机屏幕上，假体的位置以虚拟的形式实时更新显示，使术者对假体的位置十分清楚，能够以量化的形式精确的植入假体，避免了以往导航系统需要，术前行CT定位和制定匹配计划的繁杂过程，且手术中假体的位置的改变与患者体位的改变和移动无关。
此外，它还可以立体地观察术后旋转中心和下肢力线的改变和由此引起的下肢长度的改变；模仿植入假体后的髋关节功能恢复情况，预计髋关节活动范围、脱位的极限位置和碰撞位置，指导术中操作，因此手术者可以在非直视状态下，精确完成器械在骨结构上的截骨、锉磨和假体植入等操作，提高手术的精度和准确性。目前主要用于一些特殊的病例，如骨关节部位的肿瘤、先天畸形等。
计算机辅助技术下进行的微创全髋关节置换能弥补微小切口行全髋关节置换(MIS-THA)中手术视野小、解剖标志不清、假体定位不准确的缺点，称为“活动皮肤窗口的入路”。因此手术者可在非直视状态下，精确完成器械在骨结构上的截骨、锉磨和假体植入等，提高手术的精度和准确性，从而达到真正意义上的减少手术创伤，降低并发症，促进患者恢复的作用，成为名副其实的微创手术。在透视导航下行双切口MIS-THA，能提高假体植入的精度，其早期结果是肯定的。

2  中国人工髋关节置换发展的学术认知趋势

中国应用人工关节置换已有30年历史，较国外晚20年，技术水平在逐渐接近，已积累起大量的经验，具体学科趋势见图4。由于国内在人工髋关节应用方面发展不平衡，技术水平参差不齐，如适应症选择，手术置换技术水平，假体类型的选择，感染的预防措施，手术室的条件，都将直接影响人工髋关节的使用寿命。

3  结语

自21世纪开始以来，在人工髋关节应用技术上进入了翻修时代，翻修的原因主要有感染、假体松动、假体磨损、假体断裂，故此手术技能的提高和改进人工髋关节置换效果是关键。很多专家认为，手术技术水平占置换成功率的60%，而假体优劣占40%。
人工髋关节置换是最好的关节成形技术，置换给许多患者带来了生活希望，它保留了关节功能，解决了疼痛，改善了生活质量。而工程技术研究人员也正不断的努力，以期研制出更好的、使用寿命更长的人工髋关节而造福于人类。