人工髖關節的種類

人工髖關節的種類

人工髖關節植入之後,便成為患者身體的一部份,如果損壞的話,就必須再開一次刀將它取出更換。好在隨著科技發展,人工髖關節在近年來已有相當大的進步,植入物的材料與設計也不斷更新改良,不但活動角度與人體原本的髖關節愈來愈接近,使用年限也越來越長。目前在臨床上使用的人工髖關節主要有兩個部分,分別為「關節活動介面」以及「骨生長介面」:

關節活動介面

人工髖關節中,能夠活動的部分基本上是在「襯墊」與「頭」之間。一般人每年平均的髖關節活動次數約在100萬次左右,而人工關節在經年累月的活動之下,也會跟天然關節一樣磨損,當磨損程度嚴重時,甚至得再次開刀取出,重新裝新的關節進去。為了解緩磨損問題,現在已經有各種耐磨的生物材料被陸續開發、應用,以下便依照其抗磨損的等級,以及對人體的影響分別說明。

  1. 塑膠襯墊 + 金屬頭:

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這是最普通的人工髖關節材料。塑膠襯墊的成分是「聚乙烯」,「聚乙烯」材質本身較不耐磨,而且磨損產生的碎屑容易引起骨溶蝕,造成植入物鬆脫。金屬頭的成份是「鈷鉻合金」,在體內可能會釋放極小的金屬微粒,使血中鈷鉻離子濃度升高,臨床上也不乏有金屬過敏或組織不良反應的案例,使用此種材料,必須持續回診追蹤。

為了延長人工髖關節的使用年限,過去有許多研發機構分別提出改良塑膠襯墊耐磨程度的技術,但大部分的技術並沒有得到臨床報告證實。目前唯一被臨床文獻證明耐用度在經過10年以上,仍然可以維持極低磨損的,是來自於美國Warsaw的專利技術,這種超耐磨技術是用電子束射線改變塑膠襯墊原來平行排列的分子結構,增加分子之間的鍵結,使結構變得立體化,藉此增加襯墊的硬度及耐磨度。

拜台灣先進的醫療發展之賜,採用這種專利技術製作的植入物,國內已經引進使用多年,而且跟一般的塑膠襯墊一樣,都提供了健保給付。從臨床上實際的使用經驗中也發現,這種超耐磨聚乙烯襯墊的抗磨損能力確實比一般塑膠襯墊好,也有效讓人工髖關節的使用年限延長。目前,所有的塑膠襯墊都是有健保給付的基本款,在臨床的使用上通常不會特別區分,如果想要知道手術時用的是哪一種耐磨聚乙烯,骨哥教您一招:您可以主動跟醫師確認自己使用的是否為「美國Warsaw製造」的「High Cross Link」襯墊。(雖然超耐磨聚乙烯襯墊的磨損比一般聚乙烯少,但磨出來的微粒子畢竟還是塑膠,長期使用之下,還是會有發生骨溶蝕或植入物鬆脫的隱憂。)

早期,「塑膠襯墊與金屬頭」人工髖關節因為成本便宜,所以較為普及,但隨著大家逐漸瞭解這兩種材質的影響,加上現在有更好的材質可供選擇,因此這種材質的使用比例已經大幅減少了。

2. 塑膠襯墊 + 強化陶瓷頭:

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塑膠襯墊的成分是上述提及的聚乙烯。可以選用磨屑較少、耐用度較高的、經過臨床實證的「超耐磨聚乙烯」(美國Warsaw製造的「High Cross Link」專利技術)。

頭的成分則是「強化陶瓷」(只要避免使用金屬頭,就不用擔心鈷鉻合金對人體的影響,可以降低組織不良反應或金屬病變的發生機率)。

陶瓷是目前已知生物相容性最好、在體內最安定的材料,使用陶瓷頭跟塑膠襯墊搭配,磨損程度可以降低大約50%。但要特別注意的是,頭的材質必須確認為「第四代強化陶瓷」,而不是上一代的舊式陶瓷,因為舊式陶瓷的強度不夠,在體內破碎的臨床案例時有所聞,一旦舊式陶瓷發生碎裂,便得馬上再次開刀更換(即便如此,殘留的碎片也會造成後遺症)。新款的第四代陶瓷採用了複合物科技,硬度跟強度都有相當大幅度的提升,也就是現在俗稱的強化陶瓷,陶瓷植入物具備了抗碎裂特性,便開始被廣泛使用於人工髖關節。

想知道植入物哪一種陶瓷,最簡單而且絕對不會出錯的分辨方式,就是詢問陶瓷的顏色。早期的舊式陶瓷是「黃色」,新款的第四代複合物強化陶瓷則是「粉紅色」的。

3. 強化陶瓷 + 強化陶瓷:

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如果要選擇磨損率近乎於零的組合,那就是襯墊與頭都使用第四代強化陶瓷的組合了,這也是目前臨床上使用比例最高的組合。陶瓷是現今最耐磨、生物相容性最高的生物材料,襯墊與頭同時都採用第四代強化陶瓷,可以減少大約99.5%的磨損,因此能夠完全避免「聚乙烯」與「鈷鉻合金」存在於體內的疑慮。

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第四代複合物強化陶瓷採用新的製造技術,結構變得更緊密扎實(如圖),在材料性質上,硬度、強度、潤滑度都有顯著提升。強度增加之後,除了解決了舊款陶瓷的碎裂問題,更進一步提升耐磨能力。

第四代強化陶瓷的另一項優點,就是可以做出接近人體原本尺寸的巨頭(舊式陶瓷的強度不夠,為了降低碎裂風險,只能製造出小尺寸的頭),巨頭可以增加術後可活動的角度,並減少脫臼的發生率,為患者帶來更多日常生活的便利性。

陶瓷人工髖關節的舊款與新款,可以用顏色來區分,請務必記得要詢問並確認陶瓷的顏色。舊款是「黃色」,而新款則是「粉紅色」的。

粉紅色「全陶瓷」人工髖關節的組合,可將磨損、塑膠及金屬病變等主要風險因素都去除,幫助更多人實現術後一輩子都不需要再次開刀的需求。

骨生長介面

 

骨生長介面指的是植入物與人體骨頭之間接觸的表面,此介面的品質,取決於植入物牢靠與否,以及幫助骨頭復原的能力強弱。早期,骨生長介面只採用普通材質,再加上簡單的表面處理,沒有辦法達到很好的效果,因此時常會遇到因為植入物鬆脫而必須得再次開刀的狀況。目前,骨生長介面已經有突破性的發展,不但已大幅提升穩定度,甚至還能幫助骨質疏鬆或是骨本不好的患者,促進骨頭再生。

  1. 髖臼杯:

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以「鈦」作為骨生長介面材料的植入物已經行之有年,其表面處理也在不斷演進,目前仍在使用的類型大致上有三種:鈦小球、鈦電漿噴塗與鈦絲網狀結構。鈦小球是比較早期的設計,與普通平整表面比較起來,與骨頭之間的接觸面積較多;後來推出的電漿噴塗,則是將表面變得較為粗糙,可以再進一步增加表面積與摩擦力;而鈦絲網狀結構更提供了立體的孔隙,讓骨頭可以生長進去,因此能使植入物得到良好的固定。

2. 多孔鉭髖臼杯:

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具有3D立體結構的「鉭」,可說是近20年來骨科臨床材料發展的重要里程碑,相較於傳統材料與表面處理,多孔鉭在體內有更好的生物相容性,因為其特殊的多孔結構與人體骨頭非常類似,擁有互相連通的孔隙與奈米紋理,因此更有利於骨細胞在短時間之內完全長入。此外,多孔鉭結構的接觸表面積與摩擦力皆遠高於一般表面處理,可讓植入物更加穩固。

多孔鉭髖臼杯,經過長時間在臨床上的使用及驗證,已獲得不計其數的臨床文獻佐證,公認是一項生物適應性極高,且在植入後能夠與骨頭緊密結合,並促進骨頭快速生長的重要應用,也由於其優異的固定與復原能力,臨床上甚至有許多在過去無計可施的案例(例如骨質疏鬆或骨頭嚴重缺損),現在都已經可以利用多孔鉭髖臼杯救回了。

多孔「鉭」髖臼杯除了有穩定不鬆脫、快速重建骨本的優點,目前已經被國際臨床文獻證實,能夠降低關節周邊感染的發生率,讓患者在接受人工關節置換手術時更安全。

Reference:
The 2012 John Charnley Award: Clinical multicenter studies of the wear performance of highly crosslinked remelted polyethylene in THA. Bragdon CR et al. Clin Orthop Relat Res. 2013 Feb; 471(2): 393-402