“硬对软”的组合

在20世纪60年代早期John Charnley在低摩擦扭矩的原则上发展了髋关节置换假体，以骨水泥来固定。在使用Teflon遭到惨重失败后，用高密度聚乙烯（HDPE）及22mm的不锈钢股骨头的组合非常成功。以后又在这个基础上作了一些改进，主要是金属头直径变大（28/32），用钴铬材料，采用陶瓷股骨头以及引进更先进的称为”超高分子量聚乙烯”材料。但是Charnley提出的这种组合一直没有根本的改变，直到20世纪90年代早期出现有关这种组合的长期使用的一些问题，其中最主要的问题是由聚乙烯及表面粗糙的股骨头造成的大量磨损颗粒引起的严重骨溶解。由此对该组合类型作了若干方面的改进：①更好的聚乙烯内衬和金属杯的锁定机制；②聚乙烯材料的无氧灭菌及储存；③更坚硬及光滑的股骨头（陶瓷）；④更耐磨的高交联聚乙烯。

（一）聚乙烯内衬对金属头和对陶瓷头的比较

聚乙烯与陶瓷头及金属头的使用已有40年了。Willert报道了长寿及活动要求高的患者因聚乙烯碎屑可引起骨溶解。由于聚乙烯氧化及金属股骨头刮擦造成聚乙烯内衬的加速磨损时有报道，氧化铝陶瓷被认为更有能力对抗刮擦并有可能减少聚乙烯磨损。研究确实表明，陶瓷对聚乙烯的组合比金属对聚乙烯组合磨损减少50%。氧化锆假体材料是近10年来研制出的，它的主要优点是该材料的韧性要比三氧化二铝好，可进一步降低陶瓷材料碎裂的发生率。对于小直径的陶瓷头，由于股骨头假体和假体颈的部分会很薄，因此许多医师不愿意使用外径为22mm的氧化铝陶瓷股骨头假体，而氧化锆具有高韧性，其强度较氧化铝陶瓷增加73%，因此可以将氧化锆制成小直径股骨头。目前，氧化锆陶瓷主要用来制造股骨头假体并与聚乙烯杯配合使用。

（二）聚乙烯现代灭菌方法

聚乙烯是由乙烯单体聚合成链而制成，UHMWPE（超高分子聚乙烯磨损颗粒）对氧化造成的损伤非常敏感，灭菌后储存于惰性气体中会减少氧化。目前，这种处理方式正被各大生产骨科内置入产品的公司使用，但不同公司使用不同的灭菌方法。目前最常用的灭菌方法是使用Gamma放射法，因为这种方法会穿透整个聚乙烯层。乙烯氧化和等离子气体的灭菌方法无法穿透整个聚乙烯层，因此，上述方法只能用于单件包装的假体。同时，灭菌方法会影响聚乙烯的磨损特性。用Gamma放射线灭菌会分解分子并释放自由基，这些自由基会重新与原来或另外的链形成交联，或与氧结合造成氧化，而这一点会削弱聚乙烯的耐磨特性。

（三）高交联UHMWPE

在过去的20年中为了使UHMWPE更耐磨，人们尝试了许多方法，但先前的许多方法并不是很成功。碳纤维强化的PE会造成过度的炎性反应及高的失败率；经过再加工PE（Hylamen），又常因太脆而导致失败。高交联聚乙烯的发现则表现出相当的成功，生产高交联UHMWPE包括三个步骤：①放射性照射；②热处理；③灭菌。通过这三个步骤使线性的聚乙烯分子转化成相互交联的聚乙烯，这个过程可以加强聚乙烯的抗磨损能力，但会减弱抗疲劳的性能。交联程度的大小由放射线的量来决定，Mokellop等报道在中等程度（50kGy）交联的情况下，聚乙烯磨损减少80%；在高程度交联（100kGy）的情况下，聚乙烯磨损减少95%。交联聚乙烯能减少磨损这一事实，促使使用更大直径金属头成为可能，因为这样可以降低脱位的几率。但同时也会消除前述的高交联所带来的优势，因为聚乙烯的磨损与股骨头直径的大小成正比。更进一步的担心是由于采用较大的金属头会使聚乙烯内衬的厚度减少。