髖關(guān)節(jié)植入物發(fā)展歷程、現(xiàn)狀與趨勢(shì)綜述

塔娜 周夢(mèng) 王玉海

1 國(guó)家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械技術(shù)審評(píng)中心 （北京 100081）

2 北京愛(ài)康宜誠(chéng)醫(yī)療器材有限公司 （北京 102200）

3 捷邁（上海）醫(yī)療國(guó)際貿(mào)易有限公司 （上海 200131）

內(nèi)容提要： 從髖關(guān)節(jié)植入物的組成和分類(lèi)、國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程、植入物材料和關(guān)節(jié)界面發(fā)展等方面回顧了人工髖關(guān)節(jié)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，并對(duì)人工髖關(guān)節(jié)未來(lái)的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)進(jìn)行了展望。

人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療股骨頭壞死、髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良、退變性髖骨關(guān)節(jié)炎、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病終末期病變的最重要和最有效的手術(shù)之一。人工髖關(guān)節(jié)置換是指用生物相容性良好的材料制成的一種類(lèi)似人體骨關(guān)節(jié)的假體置換被疾病或損傷所破壞的關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)面，以緩解關(guān)節(jié)疼痛、矯正畸形假體、改善關(guān)節(jié)的活動(dòng)功能。

1.髖關(guān)節(jié)植入物組成與分類(lèi)

1.1 髖關(guān)節(jié)植入物組成

常見(jiàn)的人工髖關(guān)節(jié)植入物通常包括髖臼部件、內(nèi)襯、球頭以及股骨柄四個(gè)部件。①髖臼杯：按照固定方式可分為骨水泥和非骨水泥固定型髖臼假體，用來(lái)修復(fù)或重建病損的髖臼。②髖臼內(nèi)襯：通常采用生物相容性較好且耐磨損的高分子材料或生物陶瓷制備而成。③股骨頭（球頭）：可由耐磨的金屬、陶瓷等材料制備而成，與髖臼內(nèi)襯形成光滑耐磨的關(guān)節(jié)界面。④股骨柄：其柄部與球頭連接以支撐新的髖關(guān)節(jié)，通常由金屬材料制備而成。按照固定方式可分為骨水泥柄和非骨水泥柄。

1.2 髖關(guān)節(jié)植入物分類(lèi)

根據(jù)置換范圍的不同，人工髖關(guān)節(jié)置換一般分為表面關(guān)節(jié)置換、半髖關(guān)節(jié)置換和全髖關(guān)節(jié)置換。①表面關(guān)節(jié)置換：只更換患者病變髖關(guān)節(jié)表面軟骨和部分軟骨下骨，其設(shè)計(jì)初衷是為了盡可能多地保留骨組織以在假體失效后再次行人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)時(shí)達(dá)到初次人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的效果。②半髖關(guān)節(jié)置換：又稱(chēng)人工股骨頭置換，采用金屬的人工股骨頭置換病變的股骨頭部分，髖臼側(cè)保留自然的關(guān)節(jié)面，形成金屬股骨頭與自然髖臼軟骨組成的關(guān)節(jié)副。③全髖關(guān)節(jié)置換：全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（Total Hip Arthroplasty，THA）被認(rèn)為是最成功的骨科介入治療措施之一[1]。

2.髖關(guān)節(jié)植入物國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程

人工髖關(guān)節(jié)置換從早期的探索階段到今天較為成熟的發(fā)展階段已有100余年的歷史。目前，人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)已經(jīng)普及并廣泛應(yīng)用。

2.1 國(guó)外發(fā)展歷程

2.1.1 人工髖關(guān)節(jié)的早期探索階段（1922年～1937年臼杯成形術(shù)）

1923年，美國(guó)外科醫(yī)生Marius Smith-Petersen首次實(shí)踐了股骨頭表面玻璃杯關(guān)節(jié)成形術(shù)，被認(rèn)為是髖關(guān)節(jié)置換的鼻祖。

1938年，Smith Petersen發(fā)現(xiàn)將鈷鉻鉬合金材料用來(lái)做成鐘狀開(kāi)頭的金屬杯，用于人工髖關(guān)節(jié)置換。

2.1.2 人工髖關(guān)節(jié)的初步形成階段（1938年～1957年人工股骨頭成形術(shù)）

1938年，英國(guó)Phillip Wiles在倫敦用不銹鋼假體為6位患者進(jìn)行了全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，用螺釘固定髖臼假體，用螺栓將股骨頭假體固定在股骨頸上，被認(rèn)為是第一位施行真正意義上的全髖關(guān)節(jié)置換的骨科醫(yī)生。

1941年，美國(guó)Moore和F.R Thompson分別設(shè)計(jì)了長(zhǎng)直柄人工股骨頭和長(zhǎng)彎柄股骨頭假體，后來(lái)成了Muller、Harris全髖股骨頭假體的原形。

1946年，Judet兄弟在法國(guó)采用了短柄的股骨頭假體進(jìn)行了半關(guān)節(jié)置換術(shù)，假體由丙烯酸酯熱壓成型直柄，由大轉(zhuǎn)子下穿出。

1950年，Moore和Thompson分別設(shè)計(jì)了自鎖式鈷鉻鉬合金的人工股骨頭假體，并投入臨床使用。

1953年，George McKee使用改良的Thompson干和新的一體式鈷鉻合金套管作為新的髖臼。該假體模式被許多人借鑒，如Charnley在1965年用作了骨水泥型假體的模型。McKee被認(rèn)為是對(duì)現(xiàn)代全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)作出巨大貢獻(xiàn)的學(xué)者之一。

2.1.3 現(xiàn)代人工髖關(guān)節(jié)的發(fā)展階段（1958年～20世紀(jì)90年代）

1962年，英國(guó)的Charnley[2]醫(yī)生設(shè)計(jì)出了22.225mm的金屬股骨頭和超高分子聚乙烯髖臼組合假體，并用骨水泥進(jìn)行固定，從而創(chuàng)建了低摩擦的人工關(guān)節(jié)置換術(shù)。至今，Charnley的人工髖關(guān)節(jié)已成為衡量其他人工髖關(guān)節(jié)的“金標(biāo)準(zhǔn)”，他也被譽(yù)為“現(xiàn)代全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)之父”。Muller是和Charnley同一時(shí)期的瑞士骨科醫(yī)生，他在Charnley的基礎(chǔ)上改進(jìn)全髖假體，采用32mm的股骨頭代替22.225mm的股骨頭。這種大球頭增加了髖關(guān)節(jié)的活動(dòng)度，防脫位效果會(huì)更好。

2.1.4 人工髖關(guān)節(jié)的高速發(fā)展階段（20世紀(jì)90年代至今）

在此之后，人工髖關(guān)節(jié)就進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展階段，這個(gè)階段也是骨水泥固定和非骨水泥固定（即生物固定）假體共同發(fā)展的階段，在21世紀(jì)初，也開(kāi)始出現(xiàn)基于增材制造的類(lèi)骨小梁固定技術(shù)。

骨水泥固定型人工髖關(guān)節(jié)：在人工骨髖關(guān)節(jié)的發(fā)展史上，骨水泥占據(jù)著重要地位。在20世紀(jì)50年代后期，Charnley用牙科醫(yī)生的水泥推廣了這種技術(shù)。隨后，骨水泥固定理論技術(shù)逐步為廣大骨科醫(yī)生所接受。骨水泥固定可以達(dá)到良好的早期固定效果，但仍存在碎屑顆粒引起的周?chē)侨芙猬F(xiàn)象以及疲勞效應(yīng)導(dǎo)致的碎裂問(wèn)題。理論上，加強(qiáng)假體表面的粗糙程度可以增強(qiáng)其與骨水泥的結(jié)合強(qiáng)度，但是目前仍存在爭(zhēng)議。相信隨著骨水泥技術(shù)的不斷改進(jìn)以及新型骨水泥材料的出現(xiàn)，骨水泥固定關(guān)節(jié)置換術(shù)依然會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)期存在[3]。

非骨水泥固定型人工髖關(guān)節(jié)：科研工作者在20世紀(jì)70年代初開(kāi)始探索發(fā)展非骨水泥固定假體，即“生物固定”假體來(lái)進(jìn)一步改善關(guān)節(jié)置換術(shù)后的長(zhǎng)期效果。其固定原理是利用骨長(zhǎng)入（Bone Ingrowth）或骨長(zhǎng)上（Bone Ongrowth）來(lái)固定假體。非骨水泥固定初期多采用螺釘或緊壓配合等方法，并通過(guò)骨長(zhǎng)入使骨與假體表面形成緊密地生物固定。為了達(dá)到骨與假體界面的牢固結(jié)合。

混合式固定技術(shù)：髖關(guān)節(jié)混合式固定提出于1989年，該方法結(jié)合了上述兩種固定方式，即股骨柄假體采用骨水泥固定，髖臼假體采用非骨水泥固定。

目前，初次髖關(guān)節(jié)置換術(shù)髖臼側(cè)固定傾向于非骨水泥固定方式，僅在翻修術(shù)中髖臼有明顯骨質(zhì)缺失時(shí)使用骨水泥固定。對(duì)于全髖關(guān)節(jié)置換，混合型固定也較為常見(jiàn)，即股骨柄側(cè)使用骨水泥固定，而髖臼側(cè)使用生物固定方式。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程

中國(guó)關(guān)節(jié)置換植入物的開(kāi)始比世界晚了幾十年，同樣可以分為幾個(gè)階段。

2.2.1 第一階段早期艱難探索階段（1950年～1970年）

自1957年開(kāi)始，范國(guó)生教授采用Judet人工股骨頭為7例高齡股骨頸骨折患者做了人工股骨頭置換術(shù)，最長(zhǎng)的1例隨訪(fǎng)了5年。這是目前我國(guó)現(xiàn)有文獻(xiàn)中所能查到的最早的有真正意義的人工關(guān)節(jié)的報(bào)道。

2.2.2 第二階段自主研發(fā)生產(chǎn)和國(guó)外產(chǎn)品涌入階段（1970年～1990年）

隨著我國(guó)改革開(kāi)放，國(guó)外人工髖關(guān)節(jié)技術(shù)為我國(guó)醫(yī)學(xué)界和工程界所了解，并引進(jìn)到國(guó)內(nèi)。具體反映在3個(gè)方面：①醫(yī)工結(jié)合，開(kāi)展研發(fā)工作。北京301醫(yī)院盧世璧和北京621所、鋼鐵研究院等單位合作，系統(tǒng)開(kāi)展了假體設(shè)計(jì)、關(guān)節(jié)柄制造、珍珠面制作工藝等研究，開(kāi)發(fā)出我國(guó)第一款全髖人工關(guān)節(jié)。②誕生了一批民營(yíng)企業(yè)。孫元以621所為依托組建了我國(guó)第一個(gè)人工關(guān)節(jié)產(chǎn)業(yè)——北京京航醫(yī)療器械公司。之后，我國(guó)人工關(guān)節(jié)民族企業(yè)和中外合資企業(yè)相繼成立，產(chǎn)品雖然以仿制國(guó)外為主，但滿(mǎn)足了我國(guó)低端醫(yī)療市場(chǎng)的需求。③與此同時(shí)，國(guó)外各大著名關(guān)節(jié)公司的產(chǎn)品通過(guò)銷(xiāo)售代理紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，如Zimmer、Stryker、Depuy、Link、Biomet、Howmedica、LINK等，產(chǎn)品基本壟斷了我國(guó)高端醫(yī)療市場(chǎng)。

2.2.3 第三階段緊跟世界發(fā)展步伐——從追隨到齊頭并進(jìn)（20世紀(jì)90年代至今）

從上世紀(jì)90年代至今，中國(guó)的人工關(guān)節(jié)可以說(shuō)是迅猛發(fā)展，具體反映在4個(gè)方面：①通過(guò)優(yōu)勝劣汰，一批民族產(chǎn)業(yè)脫穎而出，如北京百幕京航、愛(ài)康宜誠(chéng)、春立正達(dá)，納通、威高等。生產(chǎn)形成規(guī)模、設(shè)備先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量提升，開(kāi)始進(jìn)入自主研發(fā)階段。②一批國(guó)外著名企業(yè)在中國(guó)落地建廠生產(chǎn)，如Zimmer、Biomet、強(qiáng)生、Stryker在浙江和江蘇建廠進(jìn)行本地化生產(chǎn)。③有實(shí)力的民族產(chǎn)業(yè)跨出國(guó)門(mén)，并購(gòu)國(guó)外著名企業(yè)，生產(chǎn)面向國(guó)內(nèi)外的產(chǎn)品。如上海微創(chuàng)骨科并購(gòu)美國(guó)Wright公司的大關(guān)節(jié)部分，北京愛(ài)康宜誠(chéng)醫(yī)療器材有限公司并購(gòu)英國(guó)JRI Orthopaedics Ltd，開(kāi)啟了我國(guó)骨科植入物企業(yè)并購(gòu)國(guó)外企業(yè)的先河。④在老一輩骨科工作者的帶動(dòng)下，我國(guó)陸續(xù)建立了各種高效的學(xué)會(huì)和組織團(tuán)體，搭建交流憑條，鼓勵(lì)原始創(chuàng)新，推動(dòng)國(guó)際合作，促進(jìn)人才培養(yǎng)[4]。

3.髖關(guān)節(jié)植入物材料及界面

3.1 髖關(guān)節(jié)植入物材料

目前常用于人工關(guān)節(jié)的材料主要包括金屬材料、聚乙烯材料、陶瓷材料，還有一些臨床應(yīng)用較少或者正在試驗(yàn)階段的材料，包括碳纖維、玻璃纖維以及PEEK等。

金屬材料：包括金屬和合金，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在具有良好的生物相容性、良好的綜合力學(xué)性能、優(yōu)良的抗生理腐蝕性能以及物理性能等。臨床上常用的醫(yī)用金屬材料主要包括不銹鋼、鈷基合金、鈦及鈦合金等。

聚乙烯材料：主要有超高分子量聚乙烯和高交聯(lián)超高分子量聚乙烯材料，因其優(yōu)良的耐磨損、耐沖擊、自潤(rùn)滑等性能，在臨床中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。針對(duì)傳統(tǒng)超高分子量聚乙烯材料的不耐磨損和易氧化等問(wèn)題，超高分子量聚乙烯的制造方法和加工工藝也進(jìn)行了改進(jìn)。目前較為理想和普遍接受的是高交聯(lián)超高分子量聚乙烯和復(fù)合維生素E的超高分子量聚乙烯[5]。

陶瓷材料：主要有氧化鋁（Al2O3）、氧化鋯（ZrO2）和羥基磷灰石（Hydroxyapatite）生物活性陶瓷等。陶瓷材料不僅具有良好的生物相容性，而且具有超高硬度、耐磨損和耐腐蝕，能夠有效解決金屬假體材料的離子釋放和高分子假體材料磨損顆粒引起的骨溶解問(wèn)題。同時(shí)，陶瓷具有良好的親水能力，作為人工關(guān)節(jié)可保證關(guān)節(jié)的潤(rùn)滑性。

表1. 目前常用的髖關(guān)節(jié)界面的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

3.2 髖關(guān)節(jié)植入物界面

根據(jù)人工股骨頭和髖臼內(nèi)襯材料選擇的不同，其摩擦界面主要分為金屬對(duì)金屬界面（Metal on Metal，MOM）、金屬對(duì)聚乙烯界面（Metal on Poly，MOP）、陶瓷對(duì)聚乙烯界面（Ceramic on Poly，COP）、陶瓷對(duì)陶瓷界面（Ceramic on Ceramic，COC）[6]。

對(duì)人工髖關(guān)節(jié)置換來(lái)說(shuō)，假體材料選擇和摩擦界面問(wèn)題，是限制假體使用壽命的重要原因，也是影響手術(shù)長(zhǎng)期療效的關(guān)鍵因素。表1總結(jié)了幾種關(guān)節(jié)面的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，醫(yī)生和患者在選擇關(guān)節(jié)界面時(shí)可作為參考。

4.髖關(guān)節(jié)植入物發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

4.1 3D打印人工髖關(guān)節(jié)時(shí)代

作為20 世紀(jì)80 年代后期逐漸興起的新型數(shù)字化成形技術(shù)，3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)得到越來(lái)越多的關(guān)注。

2007年，意大利外科醫(yī)生Guido Grappiolo醫(yī)生通過(guò)與Lima以及金屬3D打印設(shè)備廠商Arcam合作合作，植入了世界上第一個(gè)3D打印的髖臼杯Delta-TT杯。

2010年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了Intepprip?，這是一種由Exactech制造的髖臼杯，采用鈦合金制成，表面采用3D打印制造。

2016年，在美國(guó)矯形外科醫(yī)師學(xué)會(huì)年會(huì)上，全球醫(yī)療技術(shù)產(chǎn)品供應(yīng)商施樂(lè)輝（Smith & Nephew）公司推出了基于CONCELOC技術(shù)的REDAPT修正髖臼全孔杯。

就國(guó)內(nèi)來(lái)看，我國(guó)首個(gè)3D打印的人體植入物——人工髖關(guān)節(jié)產(chǎn)品于2015年獲得國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局注冊(cè)批準(zhǔn)，該產(chǎn)品也是國(guó)際上首個(gè)通過(guò)臨床驗(yàn)證后獲得注冊(cè)的3D打印人工髖關(guān)節(jié)假體，標(biāo)志著我國(guó)3D打印植入物已經(jīng)邁進(jìn)產(chǎn)品化階段，并在技術(shù)、時(shí)間上與國(guó)際接軌，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先及國(guó)際相同的水平。

4.2 髖關(guān)節(jié)植入物發(fā)展趨勢(shì)

微創(chuàng)治療是近年來(lái)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一種新治療手段，代表著醫(yī)學(xué)發(fā)展的新方向。微創(chuàng)治療技術(shù)試制以最小的侵襲和最小的生理干擾達(dá)到最佳手術(shù)療效的一種新技術(shù)。而個(gè)體化治療也是髖關(guān)節(jié)植入物的一個(gè)方向，近年來(lái)，作為世界第三次工業(yè)革命的標(biāo)志性技術(shù)之一的增材制造技術(shù)，已應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域并得到了飛速發(fā)展。同時(shí)，智能化可謂大勢(shì)所趨。計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了可視化技術(shù)的進(jìn)步，它與日益完善的影像學(xué)技術(shù)結(jié)合，在關(guān)節(jié)領(lǐng)域形成了一種新的技術(shù)手段——計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)，從而開(kāi)啟了關(guān)節(jié)手術(shù)向智能化方向的發(fā)展。

總之，無(wú)論國(guó)際關(guān)節(jié)生產(chǎn)商還是本土企業(yè)，只要計(jì)劃繼續(xù)在髖關(guān)節(jié)市場(chǎng)上分一杯羹，必須不斷創(chuàng)新，推出更有競(jìng)爭(zhēng)力和安全有效的產(chǎn)品。而如何保持假體的穩(wěn)定性，提高材料的生物相容性；如何減低磨損，提高摩擦界面的耐久性；如何進(jìn)一步減小創(chuàng)傷，提高患者術(shù)后的滿(mǎn)意度等一直是各個(gè)髖關(guān)節(jié)研發(fā)企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。目前來(lái)看，微創(chuàng)化、個(gè)體化和智能化是未來(lái)髖關(guān)節(jié)發(fā)展的主流趨勢(shì)。