髋骨移植外科手术，帮助许许多多患者离开轮椅恢复活力，使他们重新享受到生活的乐趣。在美国每年大约有126，000多人次进行这种手术。髋骨移植术是当今高级工程技术在医学上大量应用的实例之一。在今后的20年间，该手术很可能变得极其普遍。

关节变性病是进行髋骨移植手术最常见的原因。关节变性病是一种随人的年龄增长而发展并且逐渐恶化的最普通的疾病。因此，几乎70%的这种手术是在65岁和年龄更大一点的老人中进行。由于很难找到一种治愈关节炎的好办法，卫生部官员预测、将来退休老人中患这种病的人如同今天一样普遍。在美国这一年龄层次的老龄人数在迅速增长，所以依靠人造髋关节行走的人数大概会显著增加。

早期技术

早在1890年，曾有一名内科医生，格拉克博士首次试图进行髋骨成形手术或叫做关节修补手术。这是一例用象牙球替换患者股骨头部的手术。他用螺丝和一种亲自调制的骨胶状物质把象牙球装在患者的股骨上。然而，按当时的医疗条件，做各种外科手术都存在着固有的危险。这种实验性的外科手术导致患者因感染和血液中毒引起的死亡危险远远超过了患者所能得到的利益。

到40年代初，外科医生们装配成股骨头部更换物。在正常情况下，把这种更换物装进髋臼骨中，组成球窝状的髋关节。有的是用铬钼合金球装在带有三面凸缘的爪形股骨上，也有的是在股骨上端12英吋处换上用螺丝和夹钳固定的假体。到40年代中期，普通的设计是把人造股骨头部装在一根直杆上。这根直杆包埋在股骨主杆的上端部分。这些更换物先是用丙稀酸材料，以后又用铬钼铸件。然而，当时外科医生对生物力学了解甚少，由于这种球窝和杆状设计本身缺乏承载能力，以致几乎所有的试验都失败了。

如此，不可避免地使外科医生们开始想到，需要同时更换股骨头部和髋臼骨。然而，这些手术，所谓整个髋关节移植手术，也由于当时的医学界缺乏机械设计知识而同样遭受挫折。虽然这种种形式的手术成功率相对较低，但是毕竟能使仍然病痛缠身的患者有了选择的余地。

战后惊人的进展

1950年，奥斯丁 · 摩尔做的一例手术，在关节成形手术中，是最有进展的一例。他正确地论证了支杆略微弯曲的人造股骨头部可被固定在骨髓截面上，而更为重要的是，这种弯曲的股骨给头部更大的支撑力。他的原始设计经修正后一直沿用至今。

另一个大的进展是在50年代后期，人们首次使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为固定髋骨更换物的粘结剂。最初在兔和猴身上的实验表明生物体是能很好地接受这种胶质物的。后来神经外科在纠正头盖骨缺陷的手术中得出经验，确认这种材料是能和人体相容的。到1971年，推广应用PMMA得到认可，从此以后就一直成为固定关节移植组件最流行的方法了。

50年代后期，也有过不少改变人造髋臼骨材料的报道。其实，医生们一直在寻找一种材料，用以解决金属对金属的球窝状关节中产生的摩擦和润滑问题。起先，试用聚四氟乙烯材料做成衬套，垫在髋臼骨上，摩擦是减少了，但不耐磨，更主要的是人体对聚四氟乙烯有反应。

1961年，人们开始使用致密的聚乙烯材料，它的润滑性能较好且为生物体相容。在使用时同时减小股骨头部的尺寸，使摩擦减少到最低限度。结果，在现代髋骨移植手术中，最终选择了聚乙烯材料。

尽管聚乙烯材料长期以来一直受到欢迎，但是工程技术人员还是关注着髋骨更换物的耐磨性能。某些研究表明衬套每年要磨损0.1 mm，磨损速率与植入人体内的时间成正比。由于大多数衬套厚3 mm，所以一般使用年限是30年左右。好在也没有什么移植物需要被使用更长的年限。现在还有一些工程技术人员在聚乙烯材料中加入碳纤维以增加它的耐磨性。

最近的发展

人造髋关节组件的模块化和尺寸系列化是进入80年代的重要标志。在髋骨移植手术中，不论是采用粘结法还是压入固定法，只有尺寸正确才能保证最佳的固定。尺寸也是保证关节的几何形状，或者骨骼位置正确的关键。如果没有正确的几何形状，患者经治愈后，髋关节功能也许不能完全恢复。

自从80年代初以来，许多做关节成形手术的公司已经研制了髋关节组件的系列制成品，这就使得外科医生在施行关节移植手术时，能灵活地选择每一组件的尺寸。这些组件包括骨杆，骨颈，股骨头部，髋臼骨和尾端部，它们组成了人造髋关节总成。用粘结法把尾端部固定在股骨腔内骨杆中心部位并保证粘结剂成最佳分布。当外科医生使用这些由不同尺寸的组件装配成的关节时，通常会考虑到患者骨骼之间的变化。

由于手术过程中，髋关节的固定和它们的几何形状非常重要。因此，公司已经开始制造一种按常规方法设计的工具来安装人造髋关节。在有些情况下，对每一种关节，制造商都要求带一套特殊的安装工具。

许多公司期望，用合成材料代替金属后，髋骨移植手术会有惊人的进展。工程技术人员希望应用合成材料将使他们能调整人造关节的各种组件，以便改变它的硬度和强度，这种力学性质非均匀性的人造关节将更像自然骨组织。现在正在对某种更有希望的合成材料进行最初的毒性试验。

羟基磷灰石——生物陶瓷是另一种人造关节试制材料。它的组成和结构与骨相似。新泽西州的艾伦达尔公司应用等离子喷射技术——高速粒子流熔于与其相接触的人造关节上。然后，用压入固定法植入这种人造关节。研究人员希望这种羟基磷灰石涂层将促进骨骼生长并增强自然骨骼与人造关节间的粘结。

人们也在研究应用一种合适的材料——高强度陶瓷制作股骨头部。在球窝状髋关节中，陶瓷确实具有经受负载试验的必要强度。由于它们改善了耐磨性能，所以使用性能比磨光金属更好。

[Machine Design，1989年11月9日]