【摘要】：人工髖關(guān)節(jié)置換已成為治療各種嚴(yán)重髖關(guān)節(jié)疾病的重要方法,但現(xiàn)代人工髖關(guān)節(jié)假體置換依然面臨很多問題,最終導(dǎo)致手術(shù)的失敗,其中,置換術(shù)后假體的無菌性松動(dòng)最為突出。盡管已經(jīng)通過使用各種新技術(shù)或新材料進(jìn)行改善,如鈷鉻合金(CoCr)、陶瓷、黑晶等,但依然各有缺點(diǎn)。目前認(rèn)為,材料磨損及骨長入失敗是導(dǎo)致無菌性松動(dòng)的主要原因。因此,降低假體摩擦界面的磨損,加強(qiáng)假體的骨整合能力可以改善關(guān)節(jié)假體的性能,延長假體壽命。本研究中,我們使用磁控濺射技術(shù)在醫(yī)用鈦合金及鈦合金球頭表面沉積具有交替碳層和C-Ti復(fù)合層的納米多層膜,稱為“a-C/a-C:Ti納米多層膜”(a-C NM膜),或“碳基納米多層膜”。我們對鍍膜鈦合金材料進(jìn)行了體外細(xì)胞毒性試驗(yàn),兔體內(nèi)植入試驗(yàn);使用鍍膜鈦合金球頭和CoCr球頭進(jìn)行了犬的全髖關(guān)節(jié)置換試驗(yàn)并隨訪。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,與未鍍膜鈦合金相比,鍍膜鈦合金材料無明顯細(xì)胞毒性,體內(nèi)及體外生物相容性良好。犬全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后兩年,從假體周圍軟組織中分離出的聚乙烯磨損顆粒在兩組中顯示出相似的大小,形狀和數(shù)量(所有P值均0.05)。觀察發(fā)現(xiàn),取出的股骨頭表面粗糙度輕度變化,但各組之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.696)。然而,全身金屬離子分析表明,鍍膜鈦合金球頭組中Co和Cr離子的釋放量顯著低于CoCr組(P0.005)。CoCr組假體周圍組織的組織學(xué)分析顯示組織細(xì)胞反應(yīng)比鍍膜組更嚴(yán)重(P=0.029)。頭錐接合界面在CoCr組中顯示出輕度電偶腐蝕痕跡,但在鍍膜鈦合金組中沒有觀察到。本研究采用凝膠注模和二次燒結(jié)技術(shù)制備了多孔鈦合金。通過控制添加到合金粉末中間隔顆粒的數(shù)量和尺寸,可以制造具有不同孔隙率和孔徑的多孔合金。我們對新燒結(jié)工藝制備的多孔鈦合金的機(jī)械性能、生物學(xué)性能及成骨能力進(jìn)行了體外和體內(nèi)研究。并對不同孔隙率的多孔鈦、3D打印多孔鈦進(jìn)行了對比。另外,我們還制備了一種全多孔鈦合金髖臼杯,進(jìn)行了有限元分析及犬的全髖關(guān)節(jié)置換試驗(yàn),并與傳統(tǒng)的羥基磷灰石(HA)涂層臼杯對比。結(jié)果顯示,多孔鈦具有良好的機(jī)械性能,足夠的抗壓縮強(qiáng)度和較低的彈性模量,生物相容性和成骨能力良好,使得這種多孔合金在生物醫(yī)學(xué)有良好的應(yīng)用前景。與50%孔隙率相比,孔隙率為75%的合金具有更好的力學(xué)性能,合適的孔徑和孔隙率,使更多的骨長入。與3D打印技術(shù)相比,燒結(jié)工藝制備的75%孔隙率的多孔鈦微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能與松質(zhì)骨更相似,沒有明顯的應(yīng)力屏蔽,并且可以更有效地實(shí)現(xiàn)植入后的早期穩(wěn)定性。犬全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后一年,與HA涂層臼杯相比,多孔鈦杯表現(xiàn)出良好的生物相容性和成骨能力,micro-CT和組織病理學(xué)結(jié)果顯示多孔組骨骼向內(nèi)植入物內(nèi)部生長較多,骨-種植體接觸率較高。因此,采用新型燒結(jié)技術(shù)制造的犬全多孔鈦合金髖臼杯可以提供足夠的空間和足夠的機(jī)械支撐,對骨骼向內(nèi)生長沒有明顯的應(yīng)力屏蔽效應(yīng)。與傳統(tǒng)的HA涂層杯相比,多孔杯可以更有效地實(shí)現(xiàn)體內(nèi)穩(wěn)定性。綜上所述,鍍膜鈦合金生物相容性良好,鍍膜鈦合金球頭有良好的體內(nèi)摩擦磨損性能,釋放更少的有害金屬離子,引起的組織反應(yīng)更輕微,可作為人工髖關(guān)節(jié)股骨頭的良好選擇;燒結(jié)多孔鈦合金及全多孔鈦合金臼杯生物相容性、機(jī)械性能及成骨能力良好,可作為人工髖關(guān)節(jié)臼杯的良好選擇。因此,鍍膜球頭與多孔鈦臼杯的應(yīng)用有助于降低假體無菌性松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn),延長假體的壽命。
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R687.4;R318.08
【圖文】：

解放軍醫(yī)學(xué)院博士學(xué)位論文試驗(yàn)組包括兩種不同類型的鍍膜樣品：直徑為２０＿，厚度為２＿的合金圓盤，用于體外細(xì)胞試驗(yàn)；直徑２ｍｍ，長度６＿的鍍膜鈦合金棒，內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)。相同規(guī)格的未鍍膜醫(yī)療級(jí)鈦合金樣品作為對照組。兩組樣品所示。鍍膜樣品相較于未鍍膜樣品顯示出顏色更深的黑色光澤。本研究中所有樣品在使用前均在環(huán)氧乙烷中滅菌，在實(shí)驗(yàn)之前至少放置１５天的時(shí)得環(huán)氧乙烷能夠完全消散。逡逑

苯噻嗪的ｈ邋１混合物麻醉兔子，固定雙后肢并準(zhǔn)備進(jìn)行無菌手術(shù)。剃毛，消毒逡逑后切開皮膚，暴露股四頭肌，并用刀片切一小口，用細(xì)剪刀在股四頭肌內(nèi)修整出逡逑一個(gè)肌肉間隙，并將樣品輕輕插入其中（圖２），然后用可再吸收的縫合線縫合逡逑肌肉及皮膚切口。對側(cè)肢體重復(fù)該過程。試驗(yàn)組鍍膜標(biāo)本總是植入左側(cè)股四頭肌，逡逑未鍍膜樣品植入右側(cè)。動(dòng)物在手術(shù)時(shí)接受單次肌內(nèi)注射克拉維酸強(qiáng)化的阿莫西林。逡逑術(shù)后不限制動(dòng)物活動(dòng)。逡逑另外１２只新西蘭大白兔用于骨內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)。如前所述進(jìn)行麻醉，術(shù)前準(zhǔn)備逡逑和術(shù)后管理。在股骨外側(cè)上進(jìn)行皮膚切口，切開皮下組織，分離肌肉以暴露股骨逡逑的骨膜表面。使用２．０毫米不銹鋼鉆頭制造三個(gè)孔，并將棒狀樣品插入鉆孔中（圖逡逑２－ｂ）。注意確保植入物的末端與骨的外皮層齊平。然后重新復(fù)位周圍肌肉，用逡逑可吸收縫合線縫合肌肉、皮下組織和皮膚切口。對側(cè)肢體重復(fù)該過程。試驗(yàn)組鍍逡逑膜標(biāo)本總是植入左側(cè)股骨，未鍍膜樣品植入右側(cè)。逡逑ｆ邋１＿＿｜逡逑ＨＩＨ逡逑圖２．植入實(shí)驗(yàn)操作過程：（ａ）肌間植入（ｂ）骨內(nèi)植入逡逑２．３?

３．１體外生物相容性逡逑３．１．１細(xì)胞形態(tài)及活性分析逡逑圖３邋（ａ－ｅ）顯示了成骨細(xì)胞暴露于不同濃度的浸提液２４小時(shí)后的形態(tài)變化，逡逑我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)正常，未見明顯異常變化，而且各組間未發(fā)現(xiàn)明顯差別。細(xì)胞逡逑活性檢測的熒光分析如圖３邋（ｆ－ｇ）所示，每幅圖均顯示兩組樣品表面有均勻分布逡逑的活細(xì)胞（綠色），而死亡的細(xì)胞（紅色）數(shù)量極少。通過計(jì)量分析，在培養(yǎng)基逡逑組（即浸提液濃度為０），以及１００％，５０％，邋２５％，１２．５％濃度的浸提液組細(xì)胞死亡逡逑率如圖４ａ所示，但各組間差別沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Ｆ＝１．２９２，Ｐ＝０．３０６）。逡逑ＧＭ邐１００％邐５０％邐２５％邐１２．５％逡逑■■■■■逡逑圖３．細(xì)胞形態(tài)及活性分析：暴露于不同濃度的浸提液２４小時(shí)后（ａ－ｅ）成骨細(xì)胞形態(tài)表現(xiàn)，逡逑（ｆ－ｇ）成骨細(xì)胞活性表現(xiàn)。圖中比例尺為１００，。逡逑１９逡逑

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