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發文日期:2016-02-17

人工膝關節材料介紹

 

可用於膝關節植入的材質包括:

不鏽鋼

由於不鏽鋼的耐蝕性有限,因此多半作為臨時植入物的原料,例如骨折固定板、螺釘等等。

鈷鉻合金

鈷鉻合金質地剛硬堅韌,具備良好耐蝕性及生物相容性,是最常被用來製作膝關節植入物的金屬之一。雖然鈷鉻合金引起過敏的比例較低,但其成分含鎳,可能引起鎳金屬過敏;另外,鈷鉻合金的微小金屬離子可能會隨著關節移動而釋出,這些散布於體內的粒子可能會引發某些特殊的金屬過敏症狀。

鈦金屬及鈦合金

鈦和鈦合金具有極佳的抗蝕性和生物相容性,屬於良好的惰性生物材料(意即它們在植入體內後不會產生變化)。純鈦通常被用於製作非高強度的植入物,例如金屬纖維。金屬纖維能在植入物表面扮演媒介的功能,幫助植入物與骨骼或水泥形成連結,加強其穩固性。膝關節植入物最常使用的鈦合金是Ti6Al4V。和其他金屬材料相比,鈦和鈦合金的密度較低,延展性也較低,型態表現上與天然的關節比較接近,因此,導致併發症(如骨再吸收、萎縮等等)的風險也較低。

介面塗料

大部分的膝關節植入物是以水泥固定,但也有一些做法是不使用水泥,直接將植入物附著於骨骼上的。「無水泥植入」的植入物表面,會設計成網紋結構或使用塗料,目的是促進骨骼生長與植入物連結,以達到不使用水泥的固定之效。比方,鈦金屬植入物的表面會塗上「羥基磷灰石」(hydroxyapatite),這是一種生物表面活性劑,能幫助骨骼長入與金屬結合。

鉭是一類純金屬,具有絕佳的彈性、抗蝕性和生物相容性。骨小梁金屬(Trabecular Metal)是近年新開發的以鉭為材料製成的新型物質,上有許多孔隙,非常適合讓骨骼在內部生長;此外,骨小梁金屬具有延展性,有助於手術後的骨骼重建。

聚乙烯

人工膝關節中的脛骨和髕骨組件均由聚乙烯製成。聚乙烯材質相對較不耐磨,在人工髖關節的應用上,常會面臨磨損的問題。不過,因為膝關節植入物的軸承表面是平的,因此聚乙烯材質的磨損程度比較輕微。若是使用超高交聯聚乙烯(UHXLPE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE),磨損情況可以降到更低,讓人工關節的使用期限更長。

鋯合金

鋯合金多半應用於陶瓷人工膝關節。根據統計,鋯合金材質的托盤及插入物可使用20至25年,比起鈷鉻合金和聚乙烯還多出5到10年的使用效期。鋯合金材質的另一項重要特性是具有良好的生物相容性,而且鋯合金成分中不含鎳,因此可不必擔心鎳金屬過敏的問題。

氧化鋯

氧化鋯(Oxinium)約自2001年起被廣泛應用於膝關節製造,它是一種具有陶瓷表面的轉化金屬合金,含有鋯和鈮,氧化後表面轉化成氧化鋯陶瓷。氧化鋯的優點在於發生變化的部分只限於表面,其他部分仍是具有高拉伸力的金屬,而且它的堅硬度是鈷鉻合金的二倍,磨擦力卻只有鈷鉻合金的一半,因此品質較高,使用年限也較長。