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& 全髋关节假体的设计和选择
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全髋关节假体的设计和选择
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目前全髋关节股骨和髋臼假体的材料多样、设计众多，难分仲伯，其设计特征在不同情况下各有其优点。没有哪种类型的假体适用于所有病人，因而手术医生需全面了解各种类型的假体，包括它们的长处和弱点。假体的选择应基于病人的需求，要考虑其预期寿命和活动量以及骨骼质量和大小，并备齐假体和相关手术器械，同时兼顾手术医生的经验。
　　（一）股骨假体河南省洛阳正骨医院髋部损伤科张颖
　　股骨假体的主要功能是替换被切除的股骨头和颈部。最终目标是获得生物力学上牢固、稳定的髋关节，若要实现这一目标，就需密切注意保留适当的颈长和偏距。
　　垂直高度（垂直偏距）主要取决于假体颈基本长度加所用头组件后获得的长度。另外，垂直高度还取决于假体植入股骨髓腔的深度。若使用骨水泥，可进一步根据股骨颈截骨水平来调整垂直高度。这种灵活性在无骨水泥固定假体时可能不存在，因为假体植入深度更多地取决于其在股骨干骺端的贴合情况而非股骨颈的截骨水平。
　　偏距（水平偏距）主要是假体设计的一个功能。生产出的每个假体必须有固定的颈－柄构型，这决定了头中心与柄长轴之间的偏距。现在许多假体都有标准和加长偏距二种类型。这是通过减少颈－柄角（一般减至127°）和/或将颈部在更偏内侧的位置结合于柄部来实现的。
　　适当的颈倾角（前偏距）常通过在股骨髓腔内旋转假体来完成。这在使用骨水泥固定时没问题，然而，当采用紧压配合方式固定时，股骨假体必须以与股骨颈相同的倾斜方向植入，以最大限度地填充股骨近端并使假体获得旋转稳定性。使用柄部旋转不依赖于干骺端的组合式股骨假体或进行股骨反旋转截骨可避免发生该问题。所谓的解剖型股骨柄近端有一略微向后的弓形，以重现股骨内部的轮廓，从而预先固定了假体的旋转方向。作为补偿，这类股骨柄多数在颈部融入一定度数的前倾角，需区分左右侧。
　　目前所用的所有的全髋关节系统均用金属柄插入髓腔以达到股骨假体的固定。许多旨在提高假体寿命的创新设计均集中于促进假体在股骨髓腔内的固定。多数情况下，股骨假体的选择并非基于其关节部分而是基于其柄固定的要求。股骨假体有三种主要类型：骨水泥固定型、适于骨长入的多孔表面无骨水泥固定型及紧压配合无骨水泥固定型。一些设计用于无骨水泥固定的多孔表面股骨假体由于未获得美国食品和药品管理局(U.S.FoodandDrugAdministration，FDA)的许可，故实际上也用作骨水泥固定。如此使用多孔表面股骨柄可加强骨水泥和假体之间的结合并防止松动。然而，如果因其它原因需对其进行早期翻修时，骨水泥固定的多孔表面股骨柄取出极为困难。另外，规范的多孔表面假体植入技术常在髓腔内修出与柄精确匹配的隧道，并未在柄周围预留足够放置骨水泥套的空间。有报告称将设计成紧压配合型的股骨柄用骨水泥固定后发生了脂肪栓塞综合征。由于这些原因以及额外的费用，常规将设计成无骨水泥固定的股骨假体用骨水泥固定的做法不值得提倡。
　　1．骨水泥固定的股骨柄随着Charnley低摩擦型人工关节置换术的引入，丙烯酸骨水泥成为股骨假体固定的标准。最近在柄的设计和骨水泥应用方面的进展极大地改善了骨水泥固定假体的长期寿命。尽管目前对生物固定也有研究，但在可预见的将来，骨水泥仍不失为股骨假体固定的有效手段之一。
　　骨水泥固定柄的某些设计特征已被广泛接受。柄应使用高强度超合金制作。大部分设计者选择钴铬合金，因其弹性模量较高，可以降低近端骨水泥套中的应力。柄的横截面应有一宽的内侧缘，其外侧缘也常加宽以向近端骨水泥套施加压力载荷。锐缘可造成局部应力升高而致骨水泥套折断，故应避免。颈领可帮助确定植入深度并可减少颈内侧的骨吸收。
　　越来越多的证据表明骨水泥型柄的松动开始于骨水泥—假体界面，开始是骨水泥与柄分离，继而发生骨水泥折断。该界面的结合强度可通过柄的各种类型巨孔表面而得到加强（见图7-5-6、图7-5-7、图7-5-8）。在柄上预涂聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的做法比一些类型的柄具有更高的松动率，这种做法基本被陶汰了。非圆形，如圆角矩形或椭圆形；不规则表面，如沟或长轴方向的槽，也可增加柄在骨水泥套中的旋转稳定性（见图7-5-9）。
　　然而人们担心即使对柄表面进行改良也可能无法维持其与骨水泥的结合，而一旦柄与骨水泥分离，则在运动中，粗糙或有表面结构的柄将比光滑的表面抛光柄产生更多的碎屑。Rockborn和Olsson发现，使用Exeter型粗糙面柄其松动和骨吸收发生率比使用同一类型的光面柄高。将最初的抛光Charnley型柄与其后来的粗糙面改进型柄相比较，也有类似的发现。由于这一原因，抛光柄又重新在骨水泥固定关节置换中得到应用。Ling推荐了一种无颈领、抛光，并在两个平面逐渐变细（见图7-5-10）的假体，它允许少量的下沉并可维持骨水泥套内的压应力。
　　柄应有多种尺寸（一般4至6个），以使其能占据近80％髓腔横截面，并形成近端至少4mm、远端至少2mm厚的最佳厚度的骨水泥套。柄在髓腔内保持中心位可减少局部区域骨水泥套过薄的可能性，薄弱骨水泥可碎裂并引起柄的松动。为了使柄位于股骨髓腔中心及骨水泥能形成较为均匀的套，在置入柄之前，许多假体在柄的远和/或近端附加PMMA中位器（见图7-5-10）。中位器也与骨水泥粘合，并形成骨水泥套。
　　最后，柄的最佳长度决定于股骨髓腔的大小和几何形状。最初，Charnley型假体柄长约13cm，该长度足以使之在股骨干骺端及近端骨干内达到可靠的固定。较长的柄占据髓腔峡部，植入时不易出错或将柄置于内翻位。然而，由于股骨髓腔存在正常的前弓，故柄的末端可能撞击前方骨皮质甚或在皮质较薄时将其刺穿。另外，要充分填塞峡部水平以下的髓腔在技术上仍有一定的困难，其结果可能是柄周围及柄尖端以远的骨水泥填入量不足。目前柄长设计一般在120mm～150mm。对于骨皮质已穿破、骨折或因螺丝钉孔或其它内固定物引起皮质薄弱者，可用更长的柄，尤其是翻修手术。
　　2．多孔表面无骨水泥固定股骨柄70年代中期，有关丙烯酸骨水泥固定股骨假体的问题逐渐表现出来。机械性松动和有时伴有骨水泥碎裂的广泛骨丢失是最为关注的问题。结果，人们进行了大量实验及临床研究，以尽量减少骨水泥的使用，并提出了股骨假体生物固定的方法。这些研究中多数是有关多孔金属表面骨长入的研究。鉴于近来采用现代骨水泥技术固定的股骨假体的长期随访结果取得进展，目前无骨水泥固定假体主要用于活动量大的年轻病人和骨水泥固定失败假体的翻修术中。
　　骨长入的两个先决条件是手术时假体获得即刻稳定及多孔表面与活性宿主骨的密切接触。为了达到这些要求，所设计的假体必须尽可能紧密地填充股骨近端的髓腔。即使这样也仍需对股骨髓腔作一定程度的修整以精确地适应将要植入的柄。总之，对假体类型和大小的选择以及手术方法和手术器械操作等均需比使用骨水泥固定假体时更精确。
　　目前，各种多孔表面柄的设计在材料、形状、多孔表面的部位以及刚度方面均有所不同。根据经验主要集中使用两种材料：①钛合金制成，带有商品纯钛丝网或珠粒制成的多孔表面；②钴铬合金制成，具有烧结的珠粒表面。迄今证明这两种材料令人满意。由于钛有极好的生物相容性、高疲劳强度和低弹性模量，受到许多设计者的推崇。然而它比钴铬合金更易划伤，其切割敏感性（notchsensitive）大于钴铬合金，使其容易在冶炼缺陷处或在多孔表面结构附着部位形成裂隙，因此，钛基柄的多孔表面必须局限在较大的近端，并避开承受明显张应力的区域，如柄的外缘。
　　无骨水泥固定全髋关节柄有两种基本外形：解剖形和直柄形（见图7-5-11）。解剖形股骨假体在干骺部有一后弓，而在骨干部有一前弓，与股骨的几何形状相应。这就需要区分左右侧，并且在颈部制出前倾角。因股骨曲度有解剖变异，常需对其作一定程度的额外扩髓；若柄的末端偏心放置，就会顶着髓腔前方的骨皮质，这种点负荷可能是术后大腿疼痛的原因之一。直柄的横截面对称，双侧髋关节均可使用，因而可减少人工关节的库存。直柄的横截面有多种规格，其中一些高度填充髓腔并且近端呈锥形；另一些双侧缘平行，近端髓腔填充程度较轻。这两种类型的目的都是为了在远近端都获得最佳匹配，从而凭借其形状获得轴向和旋转稳定性。对股骨髓腔几何形状的解剖学研究表明，由于髓腔的解剖变异相当大并且其直径随年龄而发生改变，故要达到假体与骨皮质完全密贴是不太可能的。然而，解剖型柄的支持者坚持认为如果负荷能以最大的面积予以分散并有重点接触区，就可更好地接近股骨的正常应变模式，从而有利于长期固定。为了适应直柄的形状需对股骨髓腔作较大程度的修整，但是这类设计的支持者坚持认为，这样可使假体与修好的腔道之间更为精确地贴合。
　　无骨水泥固定全髋关节置换术的焦点大多集中于近端匹配问题。Whiteside和Easley证明，远端匹配在控制微动方面同样重要。使用大小比例固定的柄常出现近端和远端匹配不合情况的，因而开发出了一些组合式股骨柄，可在手术时自由选择假体两部分的大小。尽管这些假体已用于临床，但目前尚未确定各组件最佳的组合方法，最令人关注的仍然是其组配界面的长期稳定性。
　　全涂层多孔表面股骨柄已被认为是股骨骨重建不良的一个原因。该现象无疑也与柄的刚度有关。如果直径10.5mm的全多孔表面钴铬合金柄有广泛的骨长入，只引起轻微的近端骨丢失；但植入16mm的全多孔表面柄时，近端皮质骨重建的程度有时令人担扰。由于认为近端负荷传导可重建股骨内更接近正常的应力模式，故有将多孔表面限于柄近端的趋势。维持正常的负荷模式可以保留足够的骨质，有望改进长期固定的前景并减小翻修手术的复杂程度。值得注意的是，如果股骨骨质没有因应力遮挡的影响而被严重破坏，将骨长入良好的广泛多孔表面假体取出是十分困难的。广泛多孔表面假体常留作全髋关节翻修术中使用，因为有时假体的稳定性有赖于其远端固定。
　　3．非多孔表面无骨水泥固定股骨假体对因松动以外的原因进行翻修而回收的假体进行分析，证实多孔表面骨长入的总量其实不足10％。该事实使一些研究人员开始怀疑，对于假体固定，骨长入是否确实必要。考虑到多孔表面假体的疲劳强度、离子释放和不良股骨重建，一些无骨水泥固定股骨假体已取消了多孔表面。这些假体有沟槽和其它表面改良结构，以与骨质产生大块结构性交锁，但不具备骨长入的能力。紧压配合技术和即刻稳定的要求与多孔表面假体完全相同。但是，对于初期紧压配合固定对维持假体持久稳定性的作用，目前仍存在争论。无需多孔表面又能改进骨－假体界面的方法正在研究之中。生物活性陶瓷如羟基磷灰石可在金属表面附着形成薄层（见图7-5-12）。初步研究表明这种处理方法可极大地促进紧压配合假体的骨结合，能为假体提供骨骼固定，直到骨长入到柄的多孔表面内。
　　非多孔表面钛合金柄，带有近端羟基磷灰石涂层
　　4．特制和定制股骨假体尽管已有大量股骨假体可供选择，但先天性因素、创伤、肿瘤或以往手术所造成的畸形或骨缺损可使任何标准柄都无法适合股骨或充分恢复股骨头的位置。如(图7-5-13)所示，几种带股骨距的股骨置换假体可用于股骨近端有不同程度骨缺损的病人，以替代骨移植。对一些因恶性或良性侵袭性骨和软组织肿瘤而施行保肢手术的病人，可能需定制假体。Chao和Sim介绍了一种适用于大块骨或关节切除的组合式关节系统，它或许能在一定程度上减少对个体定制假体的需求（见图7-5-13）。在柄的多孔表面周围植骨。个别病例可能需要置换整个股骨，即同时置换髋和膝关节。
　　左头颈置换柄右置换整个股骨近端的柄
　　（二）髋臼假体
　　髋臼假体可分为骨水泥型、非骨水泥型和双极型假体三种。由于髋臼加强环能和骨水泥型假体一起使用，故在此一并讨论。
　　1．骨水泥固定髋臼假体最初用于骨水泥固定的髋臼为厚壁的聚乙烯帽。其外表面常有垂直和水平的沟槽以增加髋臼在骨水泥套内的稳定性，并在塑料内埋入金属线以便在术后X线片上更好地判断髋臼假体的位置。这些设计中有许多仍在常规使用。最近的设计加入了一些改进，可确保获得更为均匀的骨水泥套。增加PMMA小垫，一般为3mm高，以保证骨水泥套均匀，从而避免臼底突入导致骨水泥套薄弱或中断的现象。PMMA垫与聚合的骨水泥结合，产生厚3mm的连续骨水泥套。假体周边增加凸缘，可在将臼挤压至正常位置时对骨水泥产生额外的压力（见图7-5-14）。
　　尽管假体设计和骨水泥技术得到了改进，骨水泥固定髋臼假体的长期使用寿命并未得到实质性增加。现临床应用正在趋向于非骨水泥髋臼假体。
　　2．无骨水泥固定髋臼假体多数无骨水泥固定髋臼假体整个外表均为多孔表面，以利骨长入，但它们获得初始稳定的方法不同。用跨髋臼螺钉(transacetabularscrews)（见图7-5-15）固定多孔表面髋臼壳比较常见，但也存在损伤骨盆内血管、脏器的危险，并且还需万向改锥将螺丝钉拧入。将制于假体外表的栓或棘（见图7-5-16）锤入备好的骨孔，在一定程度上可增加旋转稳定性，但仍不如螺丝钉。其他一些假体将周缘直径加大，植入后可达到紧压配合而不需辅助固定装置（见图7-5-17）。无多孔表面的螺纹型髋臼假体尽管早期报告效果良好，但其在初次置换和翻修术后已出现较高的松动率。
　　Cook等以及Harris对翻修取出的多孔髋臼假体进行分析，发现在栓或螺丝钉等固定装置附近出现的骨长入最确切。据报告，早期用多个螺丝钉固定的髋臼假体的骨长入最广泛。多数髋臼假体金属外壳的外径为40mm～75mm，与组合式聚乙烯内衬配套使用。采用这种组合，外科医生可根据具体要求选择各种大小的股骨头，直径一般为22mm、26mm、28mm和32mm。聚乙烯内衬必须可靠地锁定于金属外壳中，目前的锁定方式包：塑料凸缘和金属线圈锁于金属壳内的突起后面，以及采用周缘螺丝钉锁定。这些锁定方式尚需进一步研究，因为有报告发现在体内聚乙烯内衬与金属帽脱离。另外，内衬的非关节面与金属帽内面之间的微动也可能是聚乙烯颗粒产生的一个原因，这称为“背侧磨损”，认识到这个问题，人们开始改进聚乙烯内衬与金属帽间的固定，而有些类型的假体金属帽内面是抛光的。最后，薄聚乙烯臼的过度磨损问题应引起注意。金属外壳须有足够厚度才能防止疲劳损坏，因而外径固定的聚乙烯内衬其厚度就需相应地减少。Bartel等指出，当塑料杯的厚度小于5mm时，聚乙烯的应力增高，假体会有因磨损而过早破坏的危险。因此，为了使聚乙烯保持足够的厚度，在髋臼假体外径较小时，就必须中配以小尺寸股骨头。
　　髋臼假体须倾斜45°以才能使关节获得最大的稳定性，而正常髋臼与身体横切面的倾角约为55°，因此这一角度比髋臼假体的理想位置更垂直。目前因采用与金属帽偏心的聚乙烯内衬已经解决了该问题。这样可将金属外壳置于骨性髋臼的范围内；而偏心内衬放置的位置可使上方或后侧的覆盖面更大。一些假体还将周缘的一侧设计成突起，而另一些则将臼的开口面完全改变方向达20°。还有一些假体仅单纯外移髋关节中心，而不改变其开口面的方向。如此设计可代偿放置金属外壳时的轻微偏差。Krushell、Burke和Harris证明一侧边缘突起的内衬，在某些方向上的活动度可增加，而另一些方向的活动度则减小。内衬突起缘的部位不合适可致柄颈部撞击，造成关节不稳定。因此须谨慎使用带突起缘的聚乙烯内衬。
　　3．髋臼加强网以往，金属环、钢丝网和其他材料被用于加强髋臼固定。这些器材旨在加固骨水泥，但总体上其长期效果较差。最近设计的一些新型的加强网可对网后髋臼缺损进行植骨，而不需在加强网两面使用骨水泥（骨水泥仅用于将纯聚乙烯髋臼假体固定于加强网上），加强网可为髋臼假体提供即刻支撑并防止移植骨在愈合之前过早承受应力。加强网常被称为“防突出网（anti－protrusionrings）”和“笼（cages）”。
　　一些髋臼上的问题可用这些装置来解决，包括严重的节段性和腔隙性联合缺损、骨盆不连续、瘤性破坏以及放射性坏死造成的骨脆弱等。当髋臼假体有一半以上与移植骨接触时，则无法预料无骨水泥固定假体的骨长入，而用骨水泥固定其长期失败率又相当高。加强网与骨移植结合使用可被看作是无骨水泥重建，因骨水泥的作用仅仅是将髋臼假体固定于金属加强网上。
　　加强网有三种基本类型：①只采用上方钢板及螺丝钉固定到髂骨上，如Muller加强网，②采用钢板、螺丝钉和下方钩固定于髂骨上，如Ganz和GAP加强网，（见图7-5-18），③采用螺丝钉将上方和下方钢板固定于髂骨和坐骨（见图7-5-19），如Burch-SchneiderAPC。手术成功取决于假体的正确选择及手术操作。
　　Muller加强网用于髋臼内壁完整、仅有局限的周围性或腔隙性缺损的病人。翻修术时很少用到它。如果使用一些带下方钩的加强网，在放置下方钩时需要广泛暴露下部切口。下方钩主要用来维持加强网的位置，几乎没有稳定加强网的作用。在放置防突出笼时，为了安全拧入螺丝钉，需要完全显露后柱的外表面。有一种方法可将下方钢板插入准备好的耻骨槽内，不需拧入下方螺丝钉。这些类型的假体均要求在用钢板固定髂骨外表面之前拧入臼顶部螺丝钉。目前的结果表明，当加强网上方有完好的自体骨做支撑时，结果比移植骨支撑要好。
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