钛合金骨内植入体与骨的整合及经皮植入体与软组织整合的研究

论文摘要

传统套筒式假肢存在很多自身难以克服的缺陷,例如接受腔与残肢界面透气性差,易产生异味;因负重摩擦导致残肢破溃引发感染;受悬吊装置的束缚,只能前进不能后退;使用受残肢长短限制;与人体正常生理结构的重力线不吻合及不符合正常肢体力矩等。近年来经皮植入式骨内固定假肢被诸多学者研究,这种新型假肢是将一个钛金属连接件的一端植入残肢的骨髓腔内,另一端经皮肤穿出体外与外部假肢连接。因此,这种假肢的结构能从根本上解决传统假肢的缺陷。但这种假肢目前尚未克服的难题是植入体的松动和经皮穿出界面的密封问题。植入体经皮穿出体外需接触皮肤及皮下软组织,若植入体不能与皮肤及皮下软组织形成密封,就将继发细菌感染、上皮移行而导致植入体失效,因此将皮下组织与植入体的牢固结合是实现经皮穿出界面密封的一个有效方法,而目前国内外研究尚未发现较理想的解决办法。对于克服植入体松动的研究,目前国内外主要集中于使用生物陶瓷涂层对植入体表面进行改性,使经改性的植入体能与骨骼形成牢固的骨整合。羟基磷灰石涂层是目前研究最多的生物陶瓷涂层,并且已被证明具有较理想的骨整合能力,但由于羟基磷灰石涂层呈脆性,涂层易剥离,所以在骨整合的应用中受到一定程度的限制。本研究利用微弧氧化技术对钛合金植入体表面进行微弧氧化陶瓷层改性处理,通过动物体内实验来研究和评价经微弧氧化陶瓷层改性的植入体与宿主骨整合及软组织整合的能力。微弧氧化陶瓷层的制备过程采用电击穿的原理,将植入体置于含一定比例钙、磷的电解质溶液中,以钛合金植入体为阳极,以不锈钢片为阴极,在电解液中采用脉冲直流电源对植入体进行微弧氧化处理。形成的陶瓷层用扫描电镜观察可见陶瓷层由致密陶瓷相和微孔两种特征组成,微孔均匀分布在陶瓷层中,深浅不均,在稍大孔的底部又形成许多小孔向膜层深入。扫描电镜观察陶瓷层横切面见陶瓷层与植入体完全融为一体。X射线能谱分析发现陶瓷层中主要存在氧、钛、磷、钙四种元素,其中钙和磷来源于电解质溶液,而钛来源于植入体,可见陶瓷层相当于氧化电焊于植入体上;X射线衍射图谱表明陶瓷层主要由锐钛矿和金红石矿组成,又以锐钛矿占优势,已有研究表明锐钛矿具有较好的生物活性。陶瓷层的微孔结构和陶瓷层中氧、钙、磷等元素均被证明是陶瓷层具有生物活性的必要条件。动物体内实验分为两个部分,第一部分将微弧氧化陶瓷涂层改性处理的钛合金植入体植入成年雌性山羊的胫骨内,同时以羟基磷灰石涂层改性的植入体和未经表面改性的植入体为对照,术后8周取材,组织学处理后镜下见:微弧氧化处理的植入体与骨骼界面形成严密整合,羟基磷灰石涂层处理的植入体亦可与骨骼形成整合,但植入体与骨界面主要以新生骨整合为主,而未经表面改性的植入体与骨界面存在明显的裂隙,不能形成整合。第二部分将设计有凸缘的经皮植入体采用微弧氧化陶瓷层处理后,经皮植入山羊胫骨,植入体一端与体内骨骼固定,另一端暴露于体外,同时以未经表面改性处理的植入体为对照,术后8周取材,采用组织学处理后,镜下见:微弧氧化处理的经皮植入体与皮肤软组织形成密封整合,陶瓷层形成的孔洞已有软组织长满,有互相连通的孔已有软组织长入并互相连通;而未经表面改性处理的植入体与皮肤软组织之间存在明显的裂隙,不能形成密封整合。本研究的结果提示:微弧氧化陶瓷层的微孔结构和陶瓷层中氧、钙、磷等元素是陶瓷层具有生物活性的必要条件,陶瓷层的形成原理及陶瓷层中的元素来源说明陶瓷层具有较好的结合强度。同时,经动物体内试验验证,陶瓷层具有很高的生物活性,能很好的诱导骨长入及软组织长入并形成整合。这为以后经皮植入式骨内固定假肢的临床研究、开发、应用提供一定的实验依据。

论文目录

• 缩略语表
• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 文献回顾
• 正文
• 实验一 微弧氧化处理钛合金经皮植入体与周围软组织整合的研究
• 1 材料
• 2 方法
• 3 结果
• 4 讨论
• 5 结论
• 实验二 钛合金植入体表面经生物陶瓷改性后与骨整合的研究
• 1 材料
• 2 方法
• 3 结果
• 4 讨论
• 5 结论
• 小结
• 参考文献
• 个人简历及研究成果
• 致谢