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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

不鏽鋼(Stainless Steel)的耐蝕性有限,因此多半用來作為臨時植入物的材料,例如骨折固定板、螺釘等等。

鈷鉻合金

鈷鉻合金(CoCr)質地剛硬,是常被用來製作植入物的材料,優點是便宜,適合提供較低需求的基本支撐性。不過因其含有鈷的成分,若用於人工髖關節,在股骨頭的組裝介面處,會逐漸腐蝕溶出鈷離子,造成周邊肌肉及骨骼的病變,而人工膝關節則無此問題。另外,極少數人可能會出現鎳過敏反應。

鈦合金

鈦合金(Titanium)具有極佳的抗腐蝕和生物相容性,且植入體內後,材料特性不易產生變化,經過數十年臨床驗證,現今已成為人工關節植入物最普遍採用的材質。新一代的鈦合金3D列印科技(OsseoTi),可製作出一體成型的立體結構,不論形狀、強度、彈性,都與人體骨骼非常接近,是非常理想的骨生長媒介,能讓骨骼和植入物之間形成緊密連結,加強穩固基礎,幫助抵抗各種日常動作所產生的震動和衝擊,避免發生鬆脫。

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。

鉭金屬

鉭(Tantalum)是一種常用於航太領域的稀有金屬,具有絕佳的彈性、抗蝕性、延展性和生物相容性。骨小樑金屬(Trabecular Metal,簡稱TM)是以鉭為材料製成的新型植入物,有許多相互連通的孔隙,很適合讓骨頭在內部生長,特別是需要骨骼重建的手術。

聚乙烯

傳統聚乙烯(Conventional Polyethylene)材質過去被用於人工膝關節中的墊片,由於相對不耐磨,耐用年限較差,因此已經較少使用。

超耐磨聚乙烯

超耐磨聚乙烯(Prolong)材質用於人工膝關節、人工髖關節與反置式人工肩關節中的墊片,透過特殊的電子束超高交聯製程,能夠將耐磨度提升到符合一般需求,是常用的基本標配。

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

大約20年前曾出現過,因黑色外觀而被稱為黑金鋼的氧化鋯(Oxinium),成份為鋯鈮合金,有表面經過加熱處理而轉變為氧化鋯,雖宣稱比鈷鉻合金更堅硬耐磨,但後來經臨床證實,過薄的5μm氧化鋯外層容易在正常活動下損壞碎裂,使內層的軟質鋯鈮金屬裸露出來,進而造成劇烈磨損,甚至將整塊組件磨到變形,導致嚴重金屬病變者亦時有所聞。統計報告指出,需再次開刀翻修的機率反而比普通鈷鉻合金還高,在大量文獻佐證下,短短幾年便已式微。

抗氧化維他命E

抗氧化維他命E(Vivacit-E)材質用於人工膝關節、人工髖關節與反置式人工肩關節中的墊片,不但是目前最高耐磨等級,且材料性質不易隨時間衰變,實測可以通過1億次磨耗試驗(相當於一般人100年的活動量),臨床研究報告亦證明其磨損量趨近於零。此外,強化的韌度能進一步提升安全性,避免發生脆化或碎裂,墊片也可做的更加輕薄滑順,尤其還能額外幫助人工髖關節術後大幅提升活動範圍並降低脫臼風險。