20 世纪60 年代初，现代髋关节置换之父——约翰·查恩雷(John Charnley )开展低摩擦关节置换手术，从而开创人工关节置换领域的革命。此前他所用的类似设计采用了一种较弱的材料聚四氟乙烯，并未获得成功。虽然使用了医用级聚乙烯，似乎可以获得良好的中期结果，但仍有相当多学者对金属-聚乙烯组合的耐久性持怀疑态度。McKee 担心聚乙烯材料的强度，于 20 世纪 60 年代中期研发金属对金属髋关节置换。许多学者尝试其他材料替代聚乙烯，1970 年，巴黎人 Boutin 实施了第一例陶瓷对陶瓷全髋关节置换术。
鉴于其硬度和耐刮擦，氧化铝是一种优异的关节面材料，这在当时就如今天一样被意识到了。首例陶瓷全髋关节在髋臼侧用非骨水泥固定，而在股骨侧用骨水泥将陶瓷头固定于股骨柄。尽管氧化铝陶瓷的摩擦性能在应用伊始就备受赞誉，实践中仍存在问题。陶瓷材料非常脆，存在碎裂的可能。它们确实发生了，虽然并不很常见。陶瓷头与柄锥之间的骨水泥固定是避免两者之间因匹配不精确而造成应力过高的解决方案。然而，髋臼侧固定不牢常导致松动和疼痛，虽然由于缺乏炎性颗粒，很少观察到明显的骨质缺损。臼杯早期松动的解决办法有两大流派：法国派使用骨水泥固定氧化铝臼杯，而德国的 Mittelmeier 创建了一套新的系统，使用带螺纹的陶瓷臼杯，将其“拧”入髋臼。该系统同时使用压配式股骨假体，陶瓷头和股骨假体金属连接部的制造工艺也更加精确。制造工艺的改进使陶瓷头和股骨柄的匹配更佳，不必再使用骨水泥固定。随着假体设计和手术技术的进步，早期和中期结果改善，两大流派都获得一定程度的早期成功。与此同时，Charnley 使用的聚乙烯设计仍持续蓬勃发展。
20 世纪 70 年代和 80 年代，低摩擦关节置换术固定方式和材料的改进占主导地位。多数人认为假体失败由骨水泥导致，从而产生“骨水泥病”这个术语，为了规避术中骨水泥的使用，从而推动了非骨水泥假体的发展，并出现“组配式”髋臼，将金属臼杯植入后再将聚乙烯内衬打入锁定装置。承重功能和固定功能的这一重要分离，使得两者均可获得优化，是这一时期的关键进展。
20 世纪 80 年代末到 90 年代初，全聚乙烯髋臼假体的高失败率被广为关注，因此，1994 年召开的共识会议将非骨水泥髋臼杯和骨水泥股骨假体的组合，也就是混合型全髋关节，视为标准。然而骨溶解和假体失败仍有发生，随着适应证的扩展，更年轻和更活跃的患者开始接受全髋关节置换术，失败的数量和骨缺损的程度越来越引人注意。
与此同时，陶瓷对陶瓷髋关节置换术也在继续使用。法国流派的领导者是 Boutin 的学生 LaurentSedel，他坚信陶瓷技术是最佳选择，并致力于改善该项技术。他与一家法国制造Ceraver 一起工作，采用德国人开发出来的柄颈锥部设计制造技术，使得不再需要用骨水泥固定陶瓷头。他还开始使用骨水泥固定改良的钛合金柄，获得了巨大成功。但髋臼假体仍是困扰长期结果的关键因素。一体化陶瓷臼杯，无论是骨水泥固定还是非骨水泥固定，其松动率均高到令人无法接受，从而导致翻修 。Laurent 描述“这种翻修很容易”，因为溶骨较少，这仍是陶瓷关节面的优势，鼓励其使用者继续优化并寻找髋臼固定的解决方案。
有些外科医生欣赏 Mittelmeier 设计，这种假体在世界范围内销售，欧洲和亚洲有很多植入病例。1985 年Richards 公司将该产品引入美国，但由于外科医生不熟悉螺旋式臼杯技术，操作存在难度，该假体并未获得商业成功。回顾来看，该假体的设计的确存在一些问题。螺旋式臼杯难以将假体放置在正确的位置上，粗大的螺纹增加了调整假体位置的难度，再次定位或反向拧臼杯时往往会破坏髋臼，并影响固定的质量。陶瓷头颈长有限，加长头有一个巨大的陶瓷外延，呈蘑菇状。这种设计会导致撞击，增加陶瓷碎屑和臼杯应力，两者均易导致松动。股骨假体也存在问题。虽然早期股骨假体开始使用压配设计，但无微孔或其他涂层，股骨柄松动率很高。由于这些问题开始变得明显，而其他系统可获得更好的短期和中期结果，因此，三到四年后，该产品最终退出美国市场。
20 世纪 90 年代中后期，研究证实磨损和颗粒疾病是假体松动和骨溶解的元凶，同时，几种非骨水泥股骨柄获得了非常优异的中期结果，此时的关注焦点开始集中于关节面材料。制造商发现氧化会影响聚乙烯的质量，开始在真空或惰性气体环境下消毒聚乙烯。虽然这些方法的确可以改善中长期的聚乙烯磨损，但磨损依然是个问题。也就是在这个时候，硬对硬关节面开始再度流行。经过长时间的沉寂，金属对金属髋关节置换再次复兴。BernardWeber 在 20 世纪80 年代末开创了金属对金属假体的新时代。当非骨水泥钛合金髋臼杯设计可容纳陶瓷或金属内衬，标志着现代金属对金属和陶瓷对陶瓷假体的产生。陶瓷内衬使用一整块高质量氧化铝陶瓷，通过大面积的锥度锁定于髋臼杯。而金属内衬实际上嵌于聚乙烯之中，利用标准的聚乙烯锁定装置将其锁定于非骨水泥臼杯，从而避免重新设计新的臼杯，显著降低制造成本。
在此期间，陶瓷的优点开始在美国和世界范围内广为接受。尽管只有少数外科医生积极尝试陶瓷对陶瓷髋关节置换术，但陶瓷头对聚乙烯粘着磨损和磨粒磨损特性的改善开始获得认可和赞赏。20 世纪 90 年代初，陶瓷对聚乙烯组合在美国和欧洲的应用缓慢增长，尤其是年轻的患者人群。很明显氧化锆开始主导这一市场。氧化锆陶瓷具有显著的断裂韧性，材料强度更高，碎裂率更低。考虑到氧化锆陶瓷的热力学特性和相变可能性，它并不是一种用作陶瓷 - 陶瓷关节的良好材料。这导致了医用级氧化铝陶瓷制造工艺的改进，包括更高的纯度 ( 减少杂质)、热等静压(更小的晶粒尺寸)和“保证试验”。减少杂质可以显著降低因应力集中导致的碎裂风险；热等静压可以减小晶粒尺寸，显著增加断裂韧性，降低碎裂风险；“保证试验”是指每个成品部件都会通过一个非破坏性的超载无损测试，从而进一步改善假体出厂时的质控。
随着组配式髋臼和第三代陶瓷材料的应用，陶瓷对陶瓷假体可以解决磨损颗粒所导致的假体松动和骨溶解问题。虽然欧洲已经开始应用这些假体，但新设计在美国的应用却不那么容易。因为类似的假体此前从未在美国使用过，无法通过常规机制 (如 510k 手续 ) 引入市场。FDA 认为该类假体与市场上已有的系统“没有可比性”，因此需要复杂的评估手续，也就是“研究性植入物豁(investigational device exemption，IDE)”。该 过 程操作复杂，费用昂贵，需要招募志愿者参加前瞻随机研究。这些研究非常重要。它们确立了陶瓷对陶瓷全髋关节置换术的成功性和可靠性，并按食品和药物管理局 (FDA) 规定设定了上市后 10 年监测数据收集和患者随访的新标准。这些不同 IDE 中的几个中期结果已获发表。没人能预计到在此过程中从植入第一个陶瓷对陶瓷关节到FDA 批准花费了接近七年时间。事实上，Osteonics 公司的 IDE 始于 1996 年 ( 后被 Stryker 收购 )，但 2003年才获 FDA 的最终批准。20 世纪 90年代末，陶瓷头对聚乙烯的手术需求迅速增加，占有陶瓷假体美国市场最大份额和世界市场重要份额的 Desmarque 公司，改变了其氧化锆球头的烧结工艺，从标准式或“批量型”烤炉转变为隧道式烤炉，后者是指载有未处理氧化锆股骨头的输送带在一个特定的时间内通过烤炉。这增加了氧化锆假体的产量，但这些假体植入后碎裂率突然明显增高。与批量型烤炉技术相比，隧道式烤炉技术的明显失误冲击了整个行业。这个灾难还导致 FDA 要求增加监督，并记录生产过程的所有环节。最终确保陶瓷部件质量的审核验证过程费时数年。
碎裂一直是陶瓷髋关节置换的薄弱环节。陶瓷碎裂属于灾难性失败，需要马上翻修，有时会给医生和制造商带来法律纠纷。因此，在将这项有前途的技术安全地提供给患者时，减少碎裂成为重中之重。一系列改进围绕着如何确保陶瓷部件以及与之相匹配的金属部件具有非常精密的制造公差。另一个重要改进是第四代陶瓷材料的研发。在氧化铝基体中加入一定量的氧化锆、铬和锶，从而开发出氧化铝基复合材料。这是一个重大的进步，因为其断裂韧性比十年前开发的第三代材料提高了接近一倍。
2003 年以来，许多公司已完成 IDE 程序，其陶瓷对陶瓷髋关节已获美国 FDA 批准，但该技术仍属于第三类植入物。过去十年，陶瓷对陶瓷髋关节置换的应用相当频繁。阅读文献可以发现，氧化铝陶瓷低磨损且无骨溶解的特性一直没有改变。金属和陶瓷假体工程技术方面的进一步精细化，使用第四代氧化铝基复合材料设计的趋势开始增加大直径股骨头的使用，从而与金属对聚乙烯和金属对金属关节面系统中的大直径股骨头相竞争。陶瓷大直径股骨头的优势很明显，它可以增加假体的稳定性，同时降低假体碎裂的风险，因为较大的球头更不易碎裂。
在过去的十年中，陶瓷负重面使用过程中的异响广受诟病。使用初期几乎没有出现过该类问题。随后突然出现相当多的病例报道。随后的研究并未发现异响的真正来源，但一般认为这种声音的产生是一个“系统”问题，在一种特定假体系统中发生率相当高。尽管使用第四代材料的系统异响发生率可能会下降，但仍是一种危险因素。
在写这篇简史时，读者从阅读下面的文献会认同，陶瓷材料和假体设计都在稳步提高，由于陶瓷所产生的微粒几乎不会产生磨损和组织反应，其临床结果优异。随着一杯多衬臼杯的出现，以及第四代陶瓷材料最终用于股骨侧和髋臼侧，陶瓷对陶瓷全髋关节置换术仍是针对年轻活跃患者一个非常具有吸引力的选择。
(感谢赵辉和应明医师对译文的翻译和整理)
引起人工髋关节中陶瓷部件碎裂需要极大的外力，因此在临床上发生率极低。但这是以术中陶瓷部件恰当植入前提的，即这些陶瓷部件在髋关节置换中被安放在合适的角度上。
在过去的几年中，现代组配式陶瓷髋关节假体部件的临床应用有了极大的增长，特别是在美国，FDA批准了陶瓷髋的临床使用。随着用量的增加，假体的制造工艺更加精湛、材料的工程学特性也有所提高，这些都有利于临床应用。然而，陶瓷在许多方面与聚乙烯有所不同，在某种意义上说容错度稍差，因此我们在采用陶瓷假体行全髋关节置换时必须牢记几条指导原则，以减少发生并发症的危险，这一点十分重要。
1、减少股骨颈截骨：
与金属球头相比，陶瓷球头的颈长范围有限，通常在0-7mm。直径较大的球头，比如36mm的，有较大的颈长范围。由于颈长范围有限，开始时应该减少股骨颈截骨量，必要时宁可在试复位获得合适肢体长度后增加截骨。在使用金属球头时，偶尔会用到更长颈的球头(如带裙边的)以增加肢体长度，从而使双侧肢体等长或增加关节稳定性。但陶瓷球头中没有带裙边的。因此，减少股骨颈截骨可以避免发生需要球头提供7mm或更长的颈长这样的问题。
2、水平位植入髋臼：
陶瓷对陶瓷全髋虽然强度度很高，但理想的情况还是将髋臼置于外展45度或更小的位置，从而使头与臼之间有最大的接触面积，以均匀地分布负荷。由于关节最大负荷发生在髋伸展时，因此将髋臼安放得更水平有助于负荷的分散。另外，水平位植入髋臼也能减少髋臼边缘的应力，减少植入后发生陶瓷内衬晚期边缘破碎的危险。
3、增加前倾角：
由于髋臼假体植入更趋水平，从一定程度上有更多的髋臼的后部被拉到了上方，从而随着水平程度的增加后方髋臼覆盖减少。通常这可以通过增加髋臼的前倾角来弥补。另外，目前的陶瓷内衬没有像聚乙烯内衬那样可以做成防脱高边的。因此，增加前倾角能使关节更加稳定，特别是在采用后入路手术的。应注意，术中测试稳定性是获得良好关节功能、避免撞击和脱位的关键。恰当的和稍用力些的前方稳定性测试至关重要，可通过伸展、外旋肢体来进行。
4、使用内衬试模：
股骨柄颈与球头或臼衬与臼杯间的连结面仅供一次使用。因此，在植入最终的陶瓷头或陶瓷衬前，非常重要的是在试复位、检查关节稳定性和活动度时应采用试头和试衬。这一点听似容易，但许多术者却会疏忽，因为他们已经习惯于先打入聚乙烯衬再回头来做股骨侧，而完全不用试衬。如果打入了陶瓷衬而又觉得髋臼位置不甚理想时，衬的取出将会非常困难，通常需要特殊的工具。虽然会有现成的这类工具，也可能会成功地取出，但这种情况下衬的锥结构很可能已经受损，通常不推荐重新植入这一假体。一旦医生用试头和试衬获得了满意的关节稳定性和关节活动度，即可以很放心地植入真正的陶瓷假体。所以使用陶瓷假体时一定要让器械提供者准备内衬试模。
5、去除骨赘、必要时去除髋臼壁：
偶尔情况下，增加髋臼前倾角会使臼的前缘稍稍低于骨性髋臼的前壁或前方骨赘。在有些病例，对这些前部结构的撞击会致某种程度的不稳定。此时，为了增加稳定性，可细心地清除可能引起撞击的骨性结构，以获得有效的稳定。这样做也可避免为求关节稳定而选用更长颈的或高偏心。
6、臼衬的植入：
陶瓷臼衬植入时可能会略有困难。较为平缓的锥度容易使臼衬在不良的位置上“卡”在臼杯里。以笔者的经验，臼衬安装工具不够好用。徒手将臼衬植入往往更为容易，还可以用手指沿边缘触摸一圈，以确保臼衬平整地安装在臼杯里，没有任何一处突出或更深地陷入臼杯。另外需要注意的重要一点是：随着髋臼型号的增大，臼衬植入不正确的发生率也相应增加。在臼衬植入位置不当时敲击臼衬，既可能导致臼衬难以取出，也可能引起臼衬碎裂。此时必须特别注意，以保证臼衬正确植入。随着小切口技术应用的日益增加，植入臼衬变得较为困难。目前已问世了一些新的工具用于植入臼衬，这些工具的出现对实施这一步骤有很大帮助。
内衬安装，延边推入
检查是否平行
敲击植入
7、陶瓷部件的敲击：
如今，臼杯内壁和股骨柄颈上均有机加工出的数条沟槽，在显微镜下观察他们是一些列的波峰波谷。为了与陶瓷部件一定的公差相适应，这些波峰波谷以以中国非常高效的方式起到最大限度地增加应力传递面积的作用。当陶瓷部件植入并被敲击到位后，原有的波峰变得较为平坦了，在陶瓷部件与锥形的臼杯内壁或颈部形成一个环形的整体接触面以均匀分布应力。因此，陶瓷部件不应简单的拧上或植入，还需要敲击。如果不予以敲击，极可能发生晃动，或者不能形成完整的接触面以传递负荷。
总结
陶瓷对陶瓷全髋关节置换已有长期成功应用的历史，这一设计以往的不足主要在于髋臼欠佳。对取出假体的研究表明，当氧化铝质量很高又手术植入恰当 时，关节磨损很少。而翻修手术也相对容易，因为很 少发生骨溶解。在美国，陶瓷对陶瓷人工全髋关节虽然 尚处于初期，但已显示出良好的前景。如同过去一样，陶瓷部件碎裂仍是一个让人关心的问题，但这一碎裂的 发生机制大部分已经确定。依靠现代的生产技术和精细 的术中技巧，陶瓷对陶瓷全髋关节是可以放心使用的。 考虑到其磨损仅为金属对聚乙烯关节的1/200，一种经 久耐用、有望使患者受益终生的人工关节现已成为可能。
参考文献：
1.Garino,J. P.: Modern ceramic-on-ceramic total hip systems in the United States: earlyresults. Clinical Orthopaedics & Related Research, (379): 41-7, 2000.
2.Sedel L,Bizot P., Nizard R, Meunier A: Perspective on a 25 year experience with Ceramicon Ceramic total hip replacement. Seminars in Arthroplasty 9:123-134, 1998:
Prudhommeaux F, Nevelos J,Doyle, Meunier A, Sedel L: Analysis of wear Behavior of Alumina-Alumina HipProsthesis after 10 years of Implantation. In: Reliability and Longterm Resultsof Ceramics in Orthopaedics; Laurent Sedel, Gerd Willmann Eds; Georg ThieneVerlag (pub) Stuttgart, 111, 1999
本文来源：关节置换助手
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