CN1555275A - 使用氧化锆表面接触交联聚乙烯表面的假体装置 - Google Patents

使用氧化锆表面接触交联聚乙烯表面的假体装置 Download PDF

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Abstract

公开了具有涂覆有氧化锆的表面的整形植入装置，其包括锆或者基于锆的合金的部件，或者可选择的，公开了包括接触交联聚乙烯的表面的耐磨蚀的表面的其它整形植入装置。这样的植入装置提供了在人造关节、膝关节、肘部等特别有用，而且在其它植入装置中也同样有用的低摩擦、高耐磨损的涂层。

Description

使用氧化锆表面接触交联聚乙烯表面的假体装置
发明背景
本申请要求2001年7月18日提交的序列号为09/908,520的美国申请的优先权。
本发明涉及具有涂覆有薄的、稠密的、低摩擦的、高耐磨损的、均匀厚度的氧化锆涂层的承载表面的金属植入装置。本发明主要也涉及具有承载的耐磨蚀的表面的金属植入装置。在本发明中，承载的氧化锆表面或者耐磨蚀的表面接触交联聚乙烯(XLPE)的相对支承表面。与在假体中使用的其它传统的聚合物材料相比，XLPE具有优越的磨损特性。氧化锆具有导热特性，当用于假体装置中其靠着XLPE铰接时，该导热特性是特别有利的。氧化锆和耐磨蚀表面的独特优点，结合XLPE的独特优点导致允许增强XLPE作为相对支承表面的优越性能的协作，导致优越的假体装置。
历史上，铰接表面的假体由接触表面的具有不同硬度的材料构成。通过具有一个“屈服”表面，这样的已有技术的装置最终形成最佳的装配，即，精密公差，从而最小化擦伤、啮蚀和其它侵蚀现象，导致了持续更持久的假体装置。这些早期的装置的一个例子是髋关节股骨柄假体的股骨头，其接合髋臼杯中相对支承表面，该髋臼杯通常由诸如超高分子量的聚乙烯之类的更软的材料制成。然而，使用具有不同硬度的接触表面不是理想的方法。该更软的表面是通过自然牺牲的；它最终会停止作用，它的主要优点是实现假体的使用寿命的全面增加。此外，更软表面的啮蚀导致碎片，这对于病人的健康有有害影响。
这里描述的本发明是一种特别类型的陶瓷靠着聚合物的假体。它的独特的组成特性提供了陶瓷靠着聚合物系统的传统优势，同时避免了它们的主要缺点。
本发明克服了在使硬表面靠着软表面铰接的假体装置中通常固有的主要缺点。这里描述的改进所基于的基本技术在由Hunter等在1999年11月24日提交的转让给Davidson的美国专利5,037,438和共同转让的且共同悬而未决的申请09/381,217中描述，通过参考将它们完全在此引用。
医学植入装置的寿命是最重要的，因为期望该植入装置应该在病人的整个一生都可以起作用。如果病人是年轻人，且手术修补的次数要保持到最小，最好是零，那么这点尤其正确。为此，整形植入材料最好应该结合高强度、耐腐蚀和组织相容性。影响诸如髋关节植入装置之类的承载植入装置寿命的变量之一是铰接表面的磨损速度和金属离子释放的长期作用。一种典型的髋关节假体包括股骨柄、股骨头和髋臼杯，股骨头靠着髋臼杯铰接。一个或者两个铰接表面的磨损导致磨损微粒数量的增加，以及在股骨头和髋臼杯之间的“间隙”，股骨头靠着髋臼杯铰接。磨损碎片促进不利的组织反应，导致骨吸收，且最终必须更换该关节。
人造髋关节的髋臼杯和股骨头表面的磨损速度依赖于很多因素，这些因素包括构成股骨头和髋臼杯的材料的相对硬度和表面光洁度、髋臼杯和股骨头的材料之间的磨损系数、施加的载荷，以及在铰接表面处产生的应力。目前在髋关节植入装置的制造中最通用的材料组合包括，由钴、钛或者锆合金制成的股骨头靠着装衬有机聚合物或者诸如包括例如超高分子量的聚乙烯(UHMWPE)的聚合物之类的复合物的髋臼杯铰接，以及由抛光的氧化铝制成的股骨头结合装衬有机聚合物或者复合物或者由抛光的氧化铝制成的髋臼杯。
在影响传统的髋关节植入装置的磨损速度的因素中，最重要的是病人的体重和活动程度。此外，在植入装置的正常使用中由摩擦产生的热表现出促使聚乙烯髋臼杯的加速蠕变和磨损。而且，在将转矩负载转移到髋臼杯的摩擦力矩与在股骨头和股骨头靠着铰接的髋臼杯的表面之间的摩擦系数之间有相关性。髋臼杯转矩与髋臼杯的松弛相关。这样，通常给定载荷的摩擦系数越高，产生的转矩的级别越高。陶瓷支承表面表现出产生相当小级别的摩擦转矩。还值得注意的是，如上所述的三种通常使用的髋关节系统中的两种包括靠着髋臼杯内部的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)衬垫铰接的金属股骨头。作为聚合材料的UHMWPE，由于其相对较低的熔点，在较高温度下比普通使用的金属合金或者陶瓷更容易蠕变，因此比合金或者陶瓷更容易磨损。
对于诸如UHMWPE之类的表面内含物的原始动力是它们牺牲地作用；它们会慢慢停止作用，且在较硬的表面之前停止作用，以允许装置的使用寿命的整体延长。此外，聚乙烯被认为是吸收震动比较硬表面好很多，从而模拟了实际的软骨的效果。虽然通过使用靠着UHMWPE表面铰接的氧化锆表面来实现的本领域的进步是在金属部件和UHMWPE表面之间减轻磨损和松开髋臼杯，但是没有完全消除该问题。这样，本发明描述了本领域中的另一进步，即，磨损的进一步改进，且同时极大地改进了与包括靠着较硬表面铰接的聚乙烯的已有技术的假体相关的蠕变问题。
还发现金属假体在人体中不是完全惰性的。体液作用于金属，促使它们通过离子化过程慢慢地腐蚀，从而将金属离子释放到人体中。从假体释放的金属离子也与承载表面的铰接和磨损速度相关，因为，如可以想到的，当例如金属股骨头靠着UHMWPE铰接时，形成在股骨头上的被动氧化膜经常被去除。在该过程期间，重新钝化过程经常释放金属离子。而且，第三主体磨损(陶瓷或者骨碎片)的存在加速了该过程，且微小啮蚀的金属微粒可以增加摩擦。因此，股骨头靠着铰接的髋臼杯内部的UHMWPE衬垫经历程度加剧的蠕变、磨损和转矩。这些有害影响的减少也改进了金属离子释放的问题。
为了校正这些问题的许多尝试是该领域中的许多早期工作的主题。转让给Suzuki的美国专利4,145,764讲授了用粘合剂等离子喷射的金属假体，该粘合剂又用多孔陶瓷涂层覆盖，该多孔陶瓷允许骨针向内生长进入孔中。然而，Suzuki专利没有整形植入装置支承表面的摩擦或者磨损问题，而是将其本身限制到金属假体的生物相容性的单个问题，且没有处理当施加这样的涂层时产生的尺寸变化的问题。转让给Bokros的美国专利3,677,795指出将碳化物涂层施加到金属假体装置上。该方法据说产生了一种具有“与人体组织的极好的相容性且不会形成血栓”的假体装置。然而，Bokros没有处理整形植入装置支承表面的摩擦、发热、蠕变和磨损的问题，或者由于高温处理产生的在下面的金属的机械特性中产生的变化。
已有技术的上述缺点由Davidson在美国专利5,037,438中部分地处理。在该专利5,037,438中，Davidson讲授了一种通过深蓝色的或者黑色的氧化锆表面就地氧化来涂覆的锆或者包含锆的金属合金假体，该深蓝色的或者黑色的氧化锆表面靠着有机聚合物或者基于聚合物的复合物铰接。该氧化锆涂层为假体提供一种理想地适用在关节假体的铰接表面上的薄的、稠密的、低摩擦的、耐磨损的、生物相容的表面，其中，关节的一个或者多个表面靠着匹配关节表面铰接、平移或者旋转。因此，在专利5,037,438中描述的氧化锆涂层可以有用地用于髋关节植入装置的股骨头或者髋臼杯的内表面上，或者用于诸如膝关节之类的其它类型的假体的铰接表面上。特别地，专利5,037,438的氧化锆涂层是特殊类型的氧化锆。氧化锆以很多形式表现，其中一些形式是白色、浅褐色和深蓝色。白色的种类在本申请中特别不利，这是由于它趋向于分离和脱落基底。例如由简单的空气氧化形成的传统的氧化锆表面不会是深蓝色或者黑色的种类，且不会具有在专利5,037,438中描述的深蓝色或者黑色的种类的优越特性。这些特性中最重要的是由于表面氧化物的存在产生的高硬度、低摩擦。
专利5,037,438中特殊的深蓝色或者黑色的氧化锆涂层在机械轴承领域中已知，已经在美国专利2,987,352中描述，该专利讲授了一种700-1100华氏温度氧化的方法来产生深蓝色或者蓝色氧化锆涂层。后来颁发给Haygarth的专利(美国专利4,671,824)讲授了可选择的盐浴方法来产生所期望的涂层。拥有必要的特性的本发明的深蓝色或者黑色氧化锆主要是单斜晶体结构。这已经由Hunter等表征。(Hunter，G等Mat.Res.Symp.Proc.，(1999)，550，337)
引入XLPE作为铰接假体中的相对支承表面是处理UHMWPE部件的相对短的使用寿命的问题的另一种不相关的尝试。交联的UHMWPE在聚合物链之间形成共价键，其通过单个聚合物链的内部加固来延缓磨损过程。然而，XLPE不是没有问题的。XLPE相对于其它形式的聚乙烯的优点减小，这是由于相对支承表面的粗糙程度增加，且装置的工作温度增加。这样，拥有防止或者改进上述条件的特性的相对支承表面将增强XLPE相对于传统形式的聚乙烯的优点。此外，有轶事证据表明，磨损特性的改进的代价是更容易蠕变，尤其是在升高的温度下。
XLPE装置表现了其它的不足，已有技术已经很大程度地涉及这些不足。然而，如果不出现通过交联或者其它形式的再结合产生的终止，那么在辐照期间形成的自由基不确定地存在。而且，反应的中间体不断地形成和衰减。将这些自由基种类在任何时间(例如，在辐照、搁置老化、在体老化期间)暴露给氧分子或者任何其它反应氧化剂可以导致它们的氧化。广泛的氧化导致分子量的减小，随后包括耐磨损的物理特性改变。已经进行了很多尝试来改进XLPE的特性。这些尝试包括交联聚乙烯引起的辐射(如转让给Howmedica的美国专利5,728,748；5,650,485；5543,471；5,414,049和5,449,745；Johnson&Johnson的EP0737481A1可见，还可以在Hamilton，J.V.等，Scientific Exhibit，64thAAOS Meeting，1997年2月；Hamilton，J.V.等，Trans 43rdORS，782，1997年；Biomet的世界专利申请97/29787可见；还可以在Oonishi.H.等，Radiat.Phys.Chem.，39(6)，495，1992；Oonishi.H.等，Mat.Sci：Materialsin Medicine，7，753-63，1966年；Oonishi.H.等，J.Mat.Sci：Materials in Medicine，8，11-18 1997年；美国专利5,879,400；世界专利申请WO98/01085；美国专利6,165,220；EP0729981A1；美国专利6,017,975；以及美国专利6,228,900可见，对于化学交联的聚乙烯(如EP0722973A1可见))。
在本发明中，XLPE的性能的改进不是通过改进XLPE成分本身来实现，而是通过使用氧化锆或者其它耐磨蚀表面作为相对支承表面来实现，XLPE部件靠着该相对支承表面铰接。本发明的优点是保留了XLPE的所期望的特性，同时消除了一些其负面特性。专利5,037,438没有考虑，也没有讲授直接接触XLPE表面的氧化锆表面的使用。本发明人发现，氧化锆的独特特性增强了XLPE作为相对支承表面的内在优点。深蓝色或者黑色氧化锆的优越的强度和硬度、低摩擦、耐磨损、导热性和生物相容特性本身足够来相当大地减慢和可能防止已有技术的假体装置经历的降解的磨损过程。因为氧化锆用来改进XLPE作为相对支承表面的性能的独特性能，所以实现了不明显的协作。当使用其它耐磨蚀的表面时，这些意外的优点也较小程度的存在。
本发明涉及形成氧化锆靠着XLPE的假体装置，其表现了一种特殊种类的氧化锆靠着聚合物的装置，显示了相对于传统的假体材料靠着UHMWPE甚至更长的总体使用寿命。这不仅是由于当用氧化锆代替传统的假体材料时生效的优点，而且由于当XLPE靠着氧化锆铰接时表现的XLPE性能协同改进。本发明不限于由锆或者锆合金形成的假体。该假体基底本身可以是复合材料，只要求锆或者锆合金在基底层中紧邻要形成氧化锆涂层的表面上存在。
发明内容
如这里使用的，“一”可以指一个或者多个。如这里在权利要求书中使用的，当结合词语“包括”使用时，词语“一”可以指一个或者多于一个。如这里使用的，“另一个”可以指至少第二个或者更多。
如这里使用的，“耐磨蚀表面”限定为具有比下面的基底更大硬度的材料表面。当有关下面的基底材料使用时，它与“表面硬化”同义。氧化锆表面是耐磨蚀表面的一个例子。其它的例子包括，但不限于涂覆有陶瓷材料的基底。
如这里使用的，“底部材料”限定为其上要形成一层氧化锆的材料。它可以是同类的，包括单相材料，或者它可以是不同种类的，包括由一种或者多种基底层形成的复合材料。
如这里使用的，术语“接触表面”指假体装置或者医学植入装置的任何两个表面，它们以承载(铰接)的方式或者非承载(非铰接)的方式相互接触。
如这里使用的，“基底层”限定为底部材料中的明显的化学区域或者范围。基底层可以包括或者不包括锆或者锆合金。
如这里使用的，“锆合金”限定为以任何大于零的量包含锆的任何金属合金。这样，锆是较小成分的合金这里也认为是“锆合金”。
下面的讨论包含用于实现本发明的优选的实施例的说明和例子。然而，它们不是限制性的例子。其它例子和方法也可以来实现本发明，且对于阅读了本公开物以后的本领域中的普通技术人员很明显。
在本发明的一个实施例中，假体包括由锆或者锆合金制成的假体主体，其包括用于插入病人的身体组织中的植入部分、支承表面和适于与支承表面配合的相对支承表面，其中，该支承表面包括深蓝色或者黑色的氧化锆涂层，相对支承表面包括交联聚乙烯。
在一个具体的实施例中，该假体的特征在于，该深蓝色或者黑色的氧化锆涂层从大约1到大约20微米厚。在一个可选择的实施例中，该假体的特征在于，该深蓝色或者黑色的氧化锆涂层从大约1到大约5微米厚。
在另一个实施例中，该假体的特征在于，该假体主体的植入部分还包括适于容纳在假体主体的一部分上向内生长的组织的不规则表面结构。
在一个具体的实施例中，该假体的特征在于，该不规则的表面结构包括接附到假体主体的外表面的锆或者锆合金的珠缘，其中，这些珠缘的表面至少一部分氧化为深蓝色或者黑色氧化锆。在另一实施例中，该假体的特征在于，该不规则的表面结构包括连接到假体主体的外表面的锆或者锆合金的金属丝网，其中，该网的表面至少一部分氧化为深蓝色或者黑色氧化锆。
在也包括上述的任何特征的其它实施例中，该假体的特征在于，该支承表面是具有至少一个骨节的股骨部件的一部分，且特征还在于，相对支承表面是胫骨部件的一部分，该相对支承表面适于与支承表面配合。
在也包括上述的任何特征的其它实施例中，该假体的特征在于，该支承表面是具有头部分的股骨部件的一部分，且特征还在于，相对支承表面是胫骨部件髋臼杯内表面的一部分，所述内表面适于与在头部分上的支承表面配合。
在也包括上述的任何特征的其它实施例中，该假体的特征在于，非铰接的表面包括氧化锆的表面和交联聚乙烯的表面，其中，所述氧化锆的表面直接接触所述交联聚乙烯的表面。
在一个具体的实施例中，非铰接的假体从包括骨板、接骨螺钉、颅骨板、颚部植入装置、牙齿植入装置、内部固定器、外部固定器、立体框架、销、钉、金属丝和夹子的组中选择。
附图说明
图1是描述在原位中的髋关节假体的示意图。
图2是示出了典型的髋关节假体的示意图。
图3是在原位中的膝关节假体的示意图。
图4是典型的膝关节的部分的示意图。
具体实施方式
本发明提供了用于假体装置的低摩擦的、耐磨损和蠕变的、铰接的、分界支承表面。优选的，本发明提供一种假体装置，其中，一个接触面由深蓝色或者黑色氧化锆形成，另一个接触面由XLPE形成。或者，一个接触面由耐磨蚀的材料形成，另一个接触面是XLPE。
氧化锆以很多形式表现，其中一些形式是白色、浅褐色和深蓝色。白色的种类在本申请中特别不利，这是由于它趋向于易于分离和脱落基底。例如由简单的空气氧化形成的传统的氧化锆表面不会是深蓝色或者黑色的种类。
拥有必要的特性的本发明的深蓝色或者黑色氧化锆主要是单斜晶体结构，且可以包括四边形的氧化锆。它的微观结构由Hunter等表征。这里使用的具体的深蓝色或者黑色氧化锆涂层在机械轴承领域是已知的，已经由Watson在美国专利2,987,352中最初讲授。Davidson在美国专利5,037,428中首先讲授了将这种形式的氧化锆应用到假体装置。
重要的，氧化锆涂层形成在其上的底部材料不需要完全由锆或者锆合金制造。氧化锆表面形成的唯一要求是在形成氧化锆层以前在表面中的锆或者锆合金材料。当形成氧化锆表面时，前面的表面成为第一基底层。例如，复合材料是本发明的可能的实施例。这允许人们理解具有一种或者多种不同的核心材料的假体的强度和重量优点。例如，本发明展望了一种具有高强度和轻重量以及具有锆或者锆合金饰面或者外部层的合成核心材料。底部材料的内部可以由一种或者多于一种的材料形成，允许在整个制造中根据应用改变多相性的程度。或者，可以是较小程度的多相性。例如，底部材料在表面处的锆或者锆合金相对丰富，且当进入基底的深度增加表现出连续下降的锆含量是另一种可能性。在后面这个例子中，在底部材料中不存在陡峭的宏观边界。这些例子只是示例性的，不是穷举的；这些可能的实施例中的变化对于本领域中的普通技术人员阅读了该公开物时是很明显的，且是本发明的一部分。
在本发明中有用的XLPE是通过任何方式交联的聚乙烯，辐照或者化学的方法是示例性的例子，它们在本领域中通常是已知的。假体装置的示例性例子在示意性图1-4中显示，这里公开的接触界面用于这些假体装置。
一种典型的髋关节组件在图1和图2中在原位显示。髋关节股骨柄2安装到股骨中，同时假体的股骨头6安装到髋臼杯10的内部衬里8，且靠着髋臼杯10的内部衬里8铰接，该髋臼杯10又固定到骨盆，如图1所示。可以包括多孔金属珠缘或者金属丝网涂层12，以允许通过周围组织向内生长到多孔涂层来稳定植入装置。类似地，这样的涂层也可以应用到髋臼部件。股骨头6可以是髋关节股骨柄2的整体部分，或者可以是在髋关节假体的颈部4的端部处安装在锥形接续器上的单独的部件。这允许制造具有金属股骨柄和颈部，但是股骨头由不同材料制成的假体。
这种构造方法通常是期望的，因为复合材料的使用允许局部优化诸如重量、强度和耐磨损之类的多种参数。然而，无论什么材料，股骨头靠着髋臼杯的内表面铰接，从而引起磨损，经过长时间，这必然要求替换假体。当股骨头由金属形成，髋臼杯装衬有有机聚合物或者复合物时尤其是这样的情况。虽然这些聚合物的表面提供了好的、相对低摩擦的表面，且是生物相容的，但是它们如上所述的由于在平常使用期间遭受摩擦热和转矩而经历磨损和加速蠕变。
在本发明中，内部衬里8最好由XLPE形成，且股骨头6涂覆有深蓝色或者黑色氧化锆表面。氧化锆表面涂层最好是1-20μm厚，但是可以在该范围以外。它可以选择为大约1-5μm厚。金属丝网或者金属珠缘表面12可以至少部分涂覆有深蓝色或者黑色氧化锆表面，以促进组织或者骨骼向内生长进入该装置，从而稳定其位置。
一种典型的膝关节假体在图3和图4中在原位显示。该膝关节包括股骨部件20和胫骨部件30。股骨部件包括提供股骨部件的铰接表面的骨节22，以及用于将股骨部件固定到股骨的栓24。胫骨部件30包括胫骨底部32，其具有用于将胫骨底部安装到胫骨上的栓34。胫骨平台36安装在胫骨底部32的顶上，且提供有类似于骨节22的形状的凹槽38。骨节26的底部表面接触胫骨平台36的凹槽38，使得骨节在这些凹槽内靠着胫骨平台铰接。在本发明中，关节22涂覆有深蓝色或者黑色氧化锆表面，且在胫骨平台36上的凹槽38包括XLPE。股骨部件20和胫骨部件30的剩余的一部分或者全部可以具有深蓝色或者黑色氧化锆表面涂层。该表面涂层最好是1-20μm厚，但是可以在该范围以外。它们可以选择为大约1-5μm厚。和在髋关节的情况一样，多孔珠缘或者金属丝网涂层也可以应用到膝盖的胫骨部件或者股骨部件或者两者。这些膝盖假体的多孔珠缘或者金属丝网涂层也可以至少部分涂覆有深蓝色或者黑色氧化锆表面，以促进组织或者骨骼向内生长进入该装置，从而稳定其位置。
底部(即，基底)包含锆的金属合金通过传统的方法铸造或者加工成所期望的形状和尺寸，以获得假体基底。该基底然后经历这样的处理条件，使得在其表面上自然(就地)形成一层紧密粘附的、扩散结合的氧化锆涂层。这些处理条件包括例如空气、蒸汽或者水氧化，或者在盐浴中氧化。这些过程理想地在假体基底的表面上提供厚度通常在几个微米(10-6米)量级的薄的、硬的、稠密的、深蓝色或者黑色的、低摩擦耐磨损的氧化锆膜或者涂层。在该涂层下，来自氧化过程的扩散的氧增加了下面的基底金属的硬度和强度。
重要的，底部材料不需要完全由锆或者锆合金制造。氧化锆表面形成的唯一要求是在形成氧化锆层以前锆或者锆合金材料组成底部材料的表面层。例如，复合材料是本发明的可能的实施例。这允许人们理解具有一种或者多种不同的核心材料的假体的强度和重量优点。例如，一种由锆或者锆合金饰面或者外部层包围的具有高强度和轻重量的合成核心材料是本发明的一个可能的实施例。一个或者多个基底可以组成底部材料，这些基底可以由任何合适的材料组成，这些合适的材料可以包括也可以不包括锆或者锆合金。或者，该底部材料可以包括连续相，其中锆或者锆合金的浓度随着进入底部材料的深度而变化。例如，在表面处形成的氧化锆涂层的锆相对丰富，随着进入底部材料的距离增加(即，远离基底)该浓度下降。按照该公开物，普通的实施例的变化在本发明的范围内。
形成深蓝色或者黑色氧化锆的表面涂层的代表性的方法先前已经在转让给Watson的美国专利2,987,352和转让给Davidson的5,037,428中描述，它们好像完全在此阐述一样通过参考来引用。1到5μm厚度的涂层是优选的。对于该变化厚度的表面的制造有用的条件在美国专利5,037,428中描述。用于控制氧化锆涂层的均匀性的方法在共同转让的共同悬而未决的申请S/N 09/381,217中描述，其好像完全在此阐述一样通过参考来引用。
氧、铌和钛是合金中的普通的合金元素，时常存在铪。虽然这样的包含锆的合金可以通过在冶金领域中已知的传统方法来定制，但是许多合适的合金是商业上可以获得的。这些商用合金的说明性的例子其中包括Zircadyne 705、Zircadyne 702和锆合金。
这些扩散结合的、低摩擦的、高耐磨损的氧化锆涂层应用到经历磨损的整形植入装置的接触表面之一。这样的表面包括膝关节、肘关节和髋关节的铰接表面。在髋关节的情况下，股骨头和股骨柄通常由金属合金制造，而髋臼杯可以由陶瓷制造。唯一的要求是，该装置的接触表面的底部材料表面必须是锆或者锆合金，使得当在适当条件下表面氧化时，形成了可测量的表面氧化锆浓度。延伸进入底部材料内部的基底层可以包括一种或者多种材料，它们中的任何一种可以是锆或者锆合金，或者它们都不是锆或者锆合金。
在某些条件下，XLPE相对于传统聚乙烯的磨损优点减小了。例如，当相对支承表面的粗糙度增加时，XLPE的耐磨损接近传统聚乙烯(例如McKellop等的“Wear of Gamma-Crosslinked PolyethyleneAcetabular Cups Against Roughened Femoral Balls”，Clin.Orthop.，(1999)369，pp.73-82可见)。通过使用靠着XLPE的低粗糙度、耐磨蚀的铰接表面，增强了XLPE相对于传统聚乙烯的磨损优点。
有轶事证据表明，交联聚乙烯比传统的聚乙烯更倾向于蠕变。这样，在医学植入装置中进行可能的权衡，以获得相对于传统PE的优越的XLPE磨损特性。然而，铰接支承表面意外地减小了该缺点。蠕变是相对缓慢的塑性变形过程，其在材料更接近其熔点时，在较高的温度下更加突出。(如“Metallurgy Fundamentals”，D.A.Brandt and J.C.Warner，Goodheart-Wilcox Pub.Co.，Inc.，p.57，1999可见)。热导体的接触表面通过其传导热的能力将减小传统的聚乙烯相对于XLPE的耐蠕变的优点，且避免了温度的局部上升。当任一聚合物的温度上升时，其经受长时间的应力应变载荷的能力下降，使得由传统聚乙烯或者XLPE制成的假体遭受故障。在比熔点低很多的温度下，两种聚合物在耐蠕变方面相互更加接近。
氧化锆相对于其它传统假体材料在拥有良导热性方面是独特的。它将极好的表面粗糙度特性与很高的导热性相结合。这样，它拥有金属和陶瓷的有关的有益特性(根据XLPE)，同时避免了前者有关的缺点且胜过后者。这样，虽然诸如氧化锆和氧化铝之类的所有耐磨蚀的表面享有XLPE的降低的磨损的好处和在耐蠕变方面的至少一些改进，但是氧化锆将享有极大减小的磨损和极大减小容易蠕变两种好处。下面的表格1示意性地示出了这些特性。
表格1：各种假体表面的有关在相对支承表面上的各种特性和整体降解效果的相对性能
氧化锆 锆 氧化铝 金属
表面粗糙度    3  2    2   1
强度 3  1  0  3
磨损(本身) 2  2  3  0
导热性 3  0  3  3
聚乙烯的磨损和蠕变 2  2  2  0
XLPE的磨损和蠕变 3  2  2  0
3＝极好
2＝好
1＝一般
0＝差
本发明的假体在多种应用中显示了设计优势。重要的，相对于UHMWPE已经优越的XLPE的耐磨损特性完全实现了，而当XLPE靠着耐磨蚀表面铰接时，耐蠕变的特性也改进了。当XLPE靠着氧化锆铰接时，这些改进经一步提高，以允许聚合物衬里构造为比在传统的假体中的厚度更低。氧化锆相对支承表面关于低摩擦和高导热性的优越性允许更薄的聚合物衬里。合成的结果是具有相对于传统的假体的重量优势的可能的更小的假体，其要求较少的骨切除，更大的一致性和接触面积，且显示了减小的接触应力，增加的活动范围和降低的脱臼可能性。要求更少量的聚合物材料，以导致骨质溶解的可能性更小(由于材料移动的可能性更小)，同时具有相同或者更大的部件使用寿命。假体质量的减少在通常比膝部假体大的髋部应用中有更长的意义，且具有更小的活动范围。
本发明也可以用于膝部假体。膝部假体通常有两种类型：可活动的支承膝(MBK)和固定的支承膝(FBK)。参考图3和4，MBK的特征在于，使其铰接胫骨部件30相对于胫骨平台36可以活动。这导致在胫骨部件30的顶部和底部上的磨损和蠕变。相反，在FBK中的界面是固定的，唯一的运动在胫骨部件的顶部和骨节22之间。结果，与FBK相比，MBK具有更大的活动范围，但是遭受更大的磨损和蠕变。当靠着耐磨蚀表面铰接时，相对于UHMWPE，XLPE通常提供更大的磨损和可比的耐蠕变性。当胫骨盘由氧化锆形成时，提高了该特性。相同的优点在FBK假体中也可见，但是局限于胫骨部件30和骨节22之间的铰接界面。
锆或者锆合金还被用来提供多孔珠缘或者金属丝网表面，周围的骨骼或者其它组织可以合并到多孔珠缘或者金属丝网表面，以稳定氧化锆靠着氧化锆的假体。这些多孔的涂层可以以类似于用于消除或者减小金属离子释放的底部假体的氧化的方式通过氧化处理来同时处理。而且，在就地氧化和氧化锆涂层形成以前，锆或者锆合金也可以用作施加在传统植入材料上的表面层。
尽管参考了其优选实施例描述了本发明，但是本领域中的那些普通技术人员在阅读了该公开物时，可以理解可以进行变化和改进，且这些变化和改进没有偏离如上所述或者后面所要求的本发明的范围和精神。
参考
本说明书中提到的所有专利和出版物表现出本发明适合的本领域中的普通技术人员的水平。这里的专利和出版物相同程度的通过参考来引用，就好像每个单个的出版物是专门地和单独地通过参考来引用。
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美国专利4,145,746    3/1979    Suzuki等
美国专利3,677,795    7/1972    Bokros等
美国专利2,987,352    2/1958    Watson
美国专利4,671,824    6/1987    Haygarth
美国申请S/N09/387,217    11/1999提交     Hunter等
Hunter等Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，(1999)，550，337
McKellop等的“Wear of Gamma-Crosslinked PolyethyleneAcetabular Cups Against Roughened Femoral Balls”，Clin.Orthop.，(1999)369，pp.73-82
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Claims (10)

1.一种假体包括：
由锆或者锆合金制成的假体主体，其包括用于插入病人的身体组织中的植入部分、支承表面；以及
适于与该支承表面配合的相对支承表面，
其中，该支承表面包括深蓝色或者黑色的氧化锆涂层，相对支承表面包括交联聚乙烯。
2.如权利要求1所述的假体，其特征在于：该深蓝色或者黑色的氧化锆涂层从大约1到大约20微米厚。
3.如权利要求1所述的假体，其特征在于：该深蓝色或者黑色的氧化锆涂层从大约1到大约5微米厚。
4.如权利要求1所述的假体，其特征在于：该假体主体的植入部分还包括适于容纳在假体主体的一部分上向内生长的组织的不规则表面结构。
5.如权利要求4所述的假体，其特征在于：该不规则的表面结构包括接附到假体主体的外表面的锆或者锆合金的珠缘，其中，这些珠缘的表面至少一部分氧化为深蓝色或者黑色氧化锆。
6.如权利要求4所述的假体，其特征在于：该不规则的表面结构包括连接到假体主体的外表面的锆或者锆合金的金属丝网，其中，该网的表面至少一部分氧化为深蓝色或者黑色氧化锆。
7.如权利要求1-6中的任何一项所述的假体，其特征在于：该支承表面是具有至少一个骨节的股骨部件的一部分，且相对支承表面是胫骨部件的一部分，该相对支承表面适于与支承表面配合。
8.如权利要求1-6中的任何一项所述的假体，其特征在于：该支承表面是具有头部分的股骨部件的一部分，且相对支承表面是髋臼杯内表面的一部分，所述内表面适于与在头部分上的支承表面配合。
9.如权利要求1-6中的任何一项所述的假体，其特征在于：非铰接的表面包括氧化锆的表面和交联聚乙烯的表面，其中，所述氧化锆的表面直接接触所述所述交联聚乙烯的表面。
10.如权利要求9所述的非铰接的假体是从包括骨板、接骨螺钉、颅骨板、颚部植入装置、牙齿植入装置、内部固定器、外部固定器、立体框架、销、钉、金属丝和夹子的组中选择。
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