CN105559948B - 一种人工关节假体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种人工关节假体，包括功能区和裸区，所述功能区表面为其原有表面，所述裸区表面为银离子表面，所述银离子表面通过在所述裸区表面覆盖银离子涂层而形成。本发明同时提供一种在人工关节假体的裸区施加银离子涂层的方法，通过对所述裸区施加银离子涂层，在所述裸区表面形成银离子表面，并使所述功能区表面保持其原有表面。本发明的人工关节假体既不影响原生物涂层部位骨长入和关节界面的摩擦，提高人工关节假体的稳定性，又可以通过银离子的迁移和扩散，起到人工假体周围的抗菌作用，增加人工关节假体的抗感染能力，降低人工关节假体的感染风险。

Description

一种人工关节假体

技术领域

本发明涉及一种人工关节假体，还涉及一种在人工关节假体的裸区施加银离子涂层的方法，属于医疗和机械制造结合领域。

背景技术

随着世界人口老龄化程度的加剧以及生活水平的提高，人工关节的需求量越来越大。据估计仅在美国每年就有超过50万例的人工关节置换，这个数字有望在下一个十年末翻倍。在我国，近年来人工关节置换术广泛开展，中国人工全髋/膝关节置换术每年约40万例以上，且呈逐年递增趋势。

而假体周围感染是人工关节手术一个严重的并发症，可导致手术彻底失败，造成患肢关节功能障碍，严重者甚至造成截肢或死亡，给医疗和社会保障体系带来巨额的经济负担。关节置换术在年轻患者中的扩大应用，以及翻修等二次手术的开展，均增加了人工关节的感染风险。已证实，医院治疗假体周围感染的资源消耗比治疗初次关节置换的消耗多3-4倍，也是无菌翻修术的2倍。对于患者而言，人工假体感染会使患者经历多次手术治疗，给患者的身心造成严重的伤害。尽管医生采取多种手段预防感染，初次关节置换后感染发生率仍保持在1.0-2.5％。目前，我们仍缺乏针对人工关节置换术后感染的有效可行的预防方法。

临床最常用的预防假体周围感染的措施包括：控制易感因素和预防使用抗生素。前者包括术前治疗潜在感染性病灶，术中使用脉冲冲洗伤口和截骨面等；后者包括术前预防性使用静脉抗生素，在骨水泥型关节的水泥中预混抗生素。

而对于临床中越来越多应用到的生物型人工关节假体，控制感染就没有特别有效的手段。如何使生物型假体表面也具有抗菌性能，同时又不影响其骨长入及骨长上及原有力学性能，是目前亟待解决的难题。近年来喷涂金属离子由于其安全性高、持续时间长、有光谱抗菌性、抗菌性强和耐热性高的特点而有望为解决这一难题提供思路。

与其它金属相比，银离子具备更强的抗菌和杀菌能力。目前含银的抗菌医疗器材在在临床上已得到应用。如导尿管、人工血管等多种含银的医疗器材已经在临床上应用，银的聚酯纤维人工血管用于血管重建，效果良好。但此类器械在骨科假体领域的应用，文献报道较少。仅在骨肿瘤领域有所提及。Hardes J等曾报道银包被的肿瘤假体对人体不存在毒副作用。并且运用银包被的假体可以有效的减少骨肉瘤巨大假体置换术后的感染发生率。银离子的抗菌作用给我们提供了一个让人工关节假体具备自抗菌能力的好机会。

人工关节的主要材料为金属材料、陶瓷材料和高分子材料。人工关节假体引发的感染主要发生在假体与骨髓腔的接触面，也就是金属材料的表面。导致人工关节置换术后感染难以预防和诊疗的两大原因是：细菌在假体表面形成了生物膜，屏蔽了机体的自身免疫监视和细菌清除功能；致病菌毒力强或者对抗生素耐药。

假体周围感染的治疗手段包括局部和全身的抗生素治疗、坏死组织的清除、假体旷置等。细菌黏附到假体表面改变了其生物学行为。它们产生一层能够抵御抗生素的生物膜。细菌生物膜的存在降低细菌的代谢水平从而延长它们的生存时间。Costerton等发现相对没有黏附的细菌，黏附的铜假绿单胞菌需要的妥布霉素的最低抑菌浓度升高了800倍。全身应用抗生素在局部不可能达到这么高的浓度，所以很难奏效。

类似于骨水泥型假体表面的抗生素水泥，对抗感染的一个策略是在假体表面附着上抗生素，使假体自身成为抗生素的药物释放系统。其优势在于假体本身的作用不变，却有了在局部持续释放抗生素的优势。既避免了全身应用抗生素的毒副作用又能在局部达到很高的药物浓度。早在1998年，Darouice等就报告了在动物模型中使用洗必泰和二甲苯作涂层的假体的效果。在试验中，有涂层和没有涂层的假体被植入到事先接种了金黄色葡萄球菌的胫骨髓腔内，结果假体相关性骨髓炎的发生率从62％降低到了9％。但这种抗菌作用是短暂的，随抗生素的代谢而消失。由于迟发感染的存在，大家更希望患者的假体持续带有抗菌性，避免灾难的发生。这种迟发感染没有办法通过后续的抗生素来解决，因此更希望患者的假体具有持续的自抗菌性。

在假体表面结合具有抗菌特性的金属离子使人工假体具有持久抗感染能力提供了可能。W.Chen等最近报道了使用反应溅射的方法把Ag⁺与羟基磷灰石一起结合到假体表面，体外试验中明显抑制了细菌的生长，而没有对正常细胞的生长产生毒性影响。国内外也出现了带银离子钢板螺钉系统来预防骨折治疗中出现的内固定物感染。这些研究都提示了银离子界面的良好的抗菌作用且生物安全性良好，但未涉及银离子涂层技术对内置物力学性能的影响。且人工关节不同于钢板螺钉系统，生物型人工关节最终需要与宿主骨良好的的结合来固定。喷涂银离子的方式、浓度、含量、部位等会不会对骨整合及继发的假体松动带来影响仍未可知。

假体表面改性方法主要考虑假体表面抗菌效果、骨长入区与骨的结合力等问题。如传统的羟基磷灰石涂层关节假体可在假体与骨长入方面具有生物诱导优势，运用银离子结合羟基磷灰石涂层，可能会影响骨长入效率，影响人工假体的稳定性。目前，人工关节假体采用钴铬钼合金作为主体，表面喷涂羟基磷灰石、钛珠、钛丝或者金属钽，都是为了增加骨诱导和骨长入的特性，使假体固定牢靠。但是基于抗菌的目的，银离子复合涂层结合表面可能影响骨长入的特性，反而影响假体的稳定性。

另外，作为初次置换手术使用的非骨水泥型人工髋关节假体，股骨侧假体都是股骨近端固定，即股骨近端涂层与骨结合，对于其它非骨长入区域和非零部件结合区域我们定义为“裸区”，这些区域主要承担应力分散的作用，没有负重、骨长入等需求。髋臼侧假体的外表面涂层，是骨长入区域，而内表面、钉孔周围也是裸区。对于人工膝关节假体而言，绝大多数是骨水泥固定假体，因此除了股骨髁外表面和部分旋转平台假体胫骨上表面与高分子聚乙烯衬垫形成摩擦外，其余区域我们也称为裸区，包括骨水泥结合区。对于骨水泥型髋关节假体，我们同样将骨水泥结合区归入裸区。因此我们拟设计在裸区进行银离子涂层，希望不影响涂层部位骨长入和关节界面的摩擦，提高人工关节假体的稳定性，又可以通过银离子的迁移和扩散，起到人工假体周围抗菌的作用，降低人工假体周围感染的风险，减少了患者的痛苦和节省医疗费用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种人工关节假体，本发明的人工关节假体其功能区表面为其原有表面，其裸区为银离子表面，既不影响涂层部位骨长入和关节界面的摩擦，提高人工关节假体的稳定性，又可以通过银离子的迁移和扩散，达到对骨长入区域的抗菌作用，起到人工假体周围抗菌的要求，增加人工关节假体的抗感染能力，降低人工关节假体的感染风险。

本发明一方面提供一种人工关节假体，包括功能区和裸区，所述功能区表面为其原有表面，所述裸区表面为银离子表面。

其中，所述银离子表面通过在所述裸区表面覆盖银离子涂层而形成。

特别是，所述银离子涂层的厚度为10-200μm。

尤其是，所述银离子涂层由金属银离子颗粒组成。

其中，所述功能区包括骨长入区和零部件结合区。

对于非骨水泥型人工关节假体，其功能区包括骨长入区和零部件结合区。其中，所述骨长入区为人工关节假体与人体骨骼直接接触的区域；所述零部件结合区位人工关节假体与其他零部件相接处的区域；所述裸区为人工关节假体上除了骨长入区和零部件结合区的区域。

其中，所述功能区包括零部件结合区。

对于骨水泥型人工关节假体，包括功能区和裸区，其功能区即为零部件结合区，其与骨水泥结合的区域也可称之为裸区。

本发明另一方面提供一种在人工关节假体的裸区施加银离子涂层的方法，包括：

对人工关节假体进行清洗处理；

将所述经过清洗处理后的人工关节假体的功能区保护起来，使所述经过清洗处理后的人工关节假体的裸区裸露；

通过对所述裸区施加银离子涂层，在所述裸区表面形成银离子表面，并使所述功能区表面保持其原有表面；

对所述裸区表面施加了银离子涂层的人工关节假体进行热处理。

其中，所述的对人工关节假体进行清洗处理为将所述人工关节假体先后分别置于丙酮和乙醇中进行超声波清洗处理。

特别是，所述的将所述经过清洗处理后的人工关节假体的功能区保护起来为通过使用金属保护壳在所述经过清洗处理后的人工关节假体的功能区表面形成保护层将功能区保护起来，而使人工关节假体的裸区裸露。

尤其是，对所述裸区施加银离子涂层包括：

对其功能区覆盖了保护层的人工关节假体的表面施加银离子涂层，使所述人工关节假体的裸区表面和所述保护层上覆有银离子涂层；

通过从功能区剥离覆有银离子涂层的保护层，使所述功能区表面保持其原有表面，从而仅仅在所述裸区表面形成银离子表面。

特别是，对其功能区覆盖了保护层的人工关节假体的表面施加银离子涂层包括：

将其功能区覆盖了保护层的人工关节假体置于真空环境中，然后将银离子颗粒施加于所述人工关节假体的裸区表面和所述保护层上，形成银离子涂层。

尤其是，对所述裸区表面施加了银离子涂层的人工关节假体进行热处理包括：

将所述裸区表面施加了银离子涂层的人工关节假体在氩气的保护下通过镁粉进行脱氧处理，使银离子更加牢固和持久的结合在人工假体的裸区，发挥其长期的抗菌作用。

其中，所述功能区包括骨长入区和零部件结合区。

对于非骨水泥型人工关节假体，其功能区包括骨长入区和零部件结合区。其中，所述骨长入区为人工关节假体与人体骨骼直接接触的区域；所述零部件结合区位人工关节假体与其他零部件相接处的区域；所述裸区为人工关节假体上除了骨长入区和零部件结合区的区域。

其中，所述功能区包括零部件结合区。

对于骨水泥型人工关节假体，包括功能区和裸区，其功能区即为零部件结合区，其与骨水泥结合的区域也可称之为裸区。

特别是，所述银离子涂层的厚度为10-200μm。

尤其是，所述银离子涂层由金属银离子颗粒组成。

本发明的优点和有益技术效果如下：

1、本发明的人工关节假体，其功能区表面为其原有表面，其裸区为银离子表面，不影响功能区的骨长入和关节界面的摩擦，提高人工关节假体的稳定性，解决了现有技术在人工关节假体表面施加银离子复合涂层而产生的影响骨长入效率、影响人工假体的稳定性的技术问题。

2、本发明的人工关节假体，其裸区表面的银离子涂层中的银离子通过迁移和扩散，可以对骨长入区起到抗菌作用，达到人工假体周围抗菌的要求，增加人工关节假体的抗感染能力，降低人工关节假体的感染风险。

附图说明

图1为本发明实施例1中人工髋关节假体图；

图2为本发明实施例1中人工髋关节假体图；

图3为本发明实施例2中人工膝关节假体图；

附图标记说明：

1、裸区；2、骨长入区；3、零部件结合区；4、裸区(骨水泥结合区)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明：

实施例1

以非骨水泥型人工髋关节假体为例(见图1、2)，说明在非骨水泥型人工关节假体的裸区施加银离子涂层的方法及得到的人工关节假体：

1)将人工髋关节假体先置于丙酮中进行超声波清洗处理，然后再置于乙醇中进行超声波清洗处理，得到清洗后的人工髋关节假体；

2)使用金属保护壳包覆经过清洗处理后的人工髋关节假体的骨长入区和零部件结合区，在骨长入区和零部件结合区的表面形成保护层，从而将骨长入区和零部件结合区保护起来，使人工髋关节假体的裸区裸露；

3)将具有保护层的人工髋关节假体置于真空环境中，通过MSM三用磁控溅射电源将银离子颗粒溅射到人工髋关节假体的裸区表面和保护层上，形成银离子涂层；

4)将骨长入区和零部件结合区上的保护层剥离，得到其骨长入区和零部件结合区为其原有表面，而其裸区表面溅射了银离子的人工髋关节假体；

5)将上述人工髋关节假体置于管式炉内，在氩气保护下通过镁粉进行脱氧处理，得到其骨长入区和零部件结合区为其原有表面，而其裸区表面为银离子表面的非骨水泥型人工髋关节假体。

实施例2

以骨水泥型人工膝关节假体为例(见图3)，说明在骨水泥型人工关节假体的裸区施加银离子涂层的方法及得到的人工关节假体；

1)将人工膝关节假体先置于丙酮中进行超声波清洗处理，然后再置于乙醇中进行超声波清洗处理，得到清洗后的人工膝关节假体；

2)使用金属保护壳包覆经过清洗处理后的人工膝关节假体的零部件结合区，在零部件结合区的表面形成保护层，从而将零部件结合区保护起来，使人工膝关节假体的裸区裸露；

3)将具有保护层的人工膝关节假体置于真空环境中，通过MSM三用磁控溅射电源将银离子颗粒溅射到人工膝关节假体的裸区表面和保护层上，形成银离子涂层；

4)将零部件结合区上的保护层剥离，得到其零部件结合区为其原有表面，而其裸区表面溅射了银离子的人工膝关节假体；

5)将上述人工膝关节假体置于管式炉内，在氩气保护下通过镁粉进行脱氧处理，得到其零部件结合区为其原有表面，而其裸区表面为银离子表面的骨水泥型人工膝关节假体。

尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种人工关节假体，包括功能区和裸区，其特征在于，所述功能区表面为其原有表面，所述裸区表面为银离子表面；

其中，所述裸区为人工关节假体上非骨长入区域和非零部件结合区域、髋臼侧假体内表面、钉孔周围、除了股骨髁外表面和部分旋转平台假体胫骨上表面分别与高分子聚乙烯衬垫形成摩擦外的其余区域；

其中，所述银离子表面的银离子涂层的厚度为10-200μm。

2.如权利要求1所述的人工关节假体，其特征在于，所述银离子表面通过在所述裸区表面覆盖银离子涂层而形成。

3.如权利要求1所述的人工关节假体，其特征在于，所述功能区包括骨长入区和零部件结合区。

4.如权利要求1所述的人工关节假体，其特征在于，所述功能区包括零部件结合区。

5.一种在人工关节假体的裸区施加银离子涂层的方法，其特征在于，包括；

对人工关节假体进行清洗处理；

将所述经过清洗处理后的人工关节假体的功能区保护起来，使所述经过清洗处理后的人工关节假体的裸区裸露；

通过对所述裸区施加银离子涂层，在所述裸区表面形成银离子表面，并使所述功能区表面保持其原有表面；

对所述裸区表面施加了银离子涂层的人工关节假体进行热处理；

其中，所述裸区为人工关节假体上非骨长入区域和零部件结合区域、髋臼侧假体内表面、钉孔周围、除了股骨髁外表面和部分旋转平台假体胫骨上表面与高分子聚乙烯衬垫形成摩擦外的其余区域。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述裸区施加银离子涂层包括：

对其功能区覆盖了保护层的人工关节假体的表面施加银离子涂层，使所述人工关节假体的裸区表面和所述保护层上覆有银离子涂层；

通过从功能区剥离覆有银离子涂层的保护层，使所述功能区表面保持其原有表面，从而仅仅在所述裸区表面形成银离子表面。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述功能区包括骨长入区和零部件结合区。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述功能区包括零部件结合区。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述银离子涂层的厚度为10-200μm。