背景
金属已被广泛用于制造多种不同形式的骨科植入物。在整个历史中，许多不同的材料被测试作为骨骼的替代物。各种各样的材料，如象牙，木材，橡胶，丙烯酸和酚醛树脂已被用于制造假体植入物。
现代金属合金的广泛用途与20世纪初期的贵金属制成的几种不同合金开始的可用性和成功有关。通常使用由铁，钴，铬，钛和钽制成的植入物（参见下面的图像）。临床研究表明，由这些金属制成的合金可以在制造延长时期在体内留下的整形外科植入物中安全有效地使用。这些材料的机械，生物学和物理性质起到这些植入物的寿命中起显着的作用。
金属合金。复合茎把身体结合在一起cal properties of alloys with those of other biomaterials. Note, ceramic or metal femoral heads are used on composite hip stems because composites have relatively poor wear properties.
种植体有三种基本方式:
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它们可以将机器研磨或钻成所需的形状
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它们可以被铸造，这意味着植入物是由熔化的金属倒入模具中形成的
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它们可以伪造，这意味着植入物用诸如弯曲或锤击等力的力量成形为其最终形式
提供长期稳定植入物的合金需要具有高水平的耐腐蚀性以及某些机械性能（参见植入物的免疫反应）。
结果
Dalury等，随后有96名患者5年，患有单钛茎的总髋关节置换术。 [1.]在最终的后续行动和射线照相中，普通哈里斯髋关节得分为96分（范围，73-100点），所有茎都是根深蒂固的。没有茎有超过3毫米的沉降，并且没有大于5毫米的腿长差异。作者得出结论，钛干是总髋关节置换术的通用选择。
Grupp等人报告了他们在髋关节置换术后，由于磨损或腐蚀导致组合式钛颈适配器与钛合金组合式短髋关节干结合失败的经验。 [2.]然后用钴铬适配器替换它们。作者指出，到2008年底，植入的钛合金颈部接合器中有1.4%（约5000个中的68个）在术后平均2年（0.7至4.0年）出现故障。
Grupp等人得出结论，模块化钛合金颈适配器的失效可能是由于表面污染或高负载种植体组件导致的表面微运动引起的。 [2.]根据作者的说法，患者风险的患者平均重量超过100公斤。他们补充说，通过钴 - 铬颈，微调可以减少3个倍数3并且微动腐蚀的发生率显着降低。
金属
如果在电解试验上证明正电荷，则将元素被认为是金属。 [3.]该测试包括将元素溶解在酸中并通过溶液运行电流。当这些元素完全降低时，识别它们的金属性质，它们及其合金称为金属;当氧化时，它们可以用作陶瓷材料。 [4.]
金属具有几种特定的特性，包括延展性（允许金属成形为植入物）和延展性（指以金属丝的形状拉出金属的能力），这是允许制造髓内棒、螺钉和长柄的重要特性。通过将几种金属元素结合在合金中，可以获得比单一元素更高的性能。骨科手术中使用的合金需要具有特定的性能。由于植入物的合金浸泡在体液中，因此材料必须具有低腐蚀率和相对惰性。
所有金属合金的弹性模量都明显高于骨骼的弹性模量。这种机械不相容性导致植入物在结构上比骨骼更硬。弹性模量接近骨骼的合金可能会产生较少的应力屏蔽。
不同的金属在体内溶解时会形成电池效应。电偶系列提供了电化学比较，允许预测两种不同金属之间的腐蚀，当他们在盐溶液中物理接触。 [5.]如果将不锈钢手术钢丝包裹在钴或钛基合金股骨组件上，或者将钴铬股骨头放置在钛合金股骨柄上，则会发生电偶腐蚀，因此不建议使用这种金属错配。钴基和钛基合金部件可相互接触使用，如果避免实际物理接触，不锈钢部件（如缝线）可与任何一种部件一起使用。
手术不锈钢
骨折治疗用钢板的引入要归功于谢尔曼。 [6.]用不同量的铁，铬和镍制备的外科不锈钢合金（316L）目前用于制造假体。手术不锈钢中的低碳（L）减少腐蚀，降低不良组织反应和金属过敏。虽然许多植入物仍然由这种优质的材料制造，但其使用目前主要被降级为板，螺钉和髓内器件，这并不意味着延长的时间。疲劳失效和相对较高的腐蚀速率使其成为制造现代关节置换植入物的较差的候选者。 [7.]
含铬铁(和钴基)合金具有表面氧化铬为基础的表面，这是表面钝化或氧化的结果。氧化铬形成一层非常薄的不可见屏障，提供了抗生物降解的能力。由于氧化层在体内缓慢溶解，这些合金具有相对较高的腐蚀速率。这显然是一种同时存在微动和缝隙腐蚀的倾向，这限制了生物固定或模块化植入物制造的可能性。
钴基合金
Venable和Stick通过测试各种金属对周围组织和骨骼的电解效应，发现了体内金属的电池效应。 [3.]这些测试表明钴基合金vitallium的腐蚀程度较低。
由钴、铬和钼制成的合金可以以各种不同的多孔形式使用，以便通过向内生长进行生物固定。与铁基或钛基合金相比，这些合金是韧性最低的合金之一，这使得这些髓内棒和脊柱器械的制造更加困难。这些合金具有骨科植入物中观察到的一些最高弹性模量，因此，这是第一代钴合金生物固定股骨髋植入物中观察到的应力屏蔽和大腿疼痛的一个因素。 [8.]
这些合金非常适合于生产植入物，该植入物设计用于替代骨骼并延长时期的延长时期的负荷，如果不是永久性的话。
奥斯汀·摩尔假肢和汤普森假肢都是用钴基合金制造的。第一代生物固定植入物(即多孔涂层解剖植入物[PCA]和解剖髓锁植入物[AML])就是用这种材料制造的。许多现代假肢仍然使用这种优秀的合金制造，并用于髋关节和膝关节置换的胶结和多孔形式。
钛合金合金
1951年，Levanthal将钛作为外科手术的金属。 [9]钛基合金具有优异的性能，可用于多孔形式的假体生物固定。最常见的是Ti-6铝Ti-4钒(Ti6Al4V)，但其他更现代的合金也开始使用。由于钛基合金的弹性模量低于钴基合金或手术用不锈钢，因此在用作髋关节置换术时，钛基合金的可靠性不高。此外，由于在股骨头中观察到明显的磨损，它们在全膝关节置换术中的应用仅限于胫骨假体的非关节部分。 [10]
钛的高生物相容性，低腐蚀，弹性模量接近于骨，使其可以用于许多多孔种植体，并取得了良好的长期效果。低水平的腐蚀允许模块化种植体的建造，节省库存，并允许更精确的种植体适合。 [11]
目前在各种形式中使用钛是在生产骨折板和髓内棒中，并在生产用于骨骼的骨骼和髋臼植入物中。当已知植入部位被感染或需要术后阴影成像时，也优选地使用由钛基合金制造的断裂固定组分。
工业界一直在用许多专利涂料改变钛植入物的表面积。 [12]模拟松质骨微观结构的尝试在增加这些植入物的划痕配合方面非常有效。 [13]时间将判断这些涂层的寿命是否会导致改善的组分长期发起。
钽和复合材料
钽还具有显著的抗腐蚀性能，已被用作超级合金的原料，主要用于飞机发动机和航天器，但目前50%的使用是以制造晶体管和电容器的粉末金属的形式。钽可以制备成多孔的形式，其弹性模量比不锈钢或钴基合金更接近于骨的弹性模量。钽球已经被用于需要骨标记物的研究中;然而，直到最近它才被用于种植体的制造。钽由于其优异的耐腐蚀性能，非常适合生物长入环境。
钽目前的用途是一种蜂窝状结构，这种结构非常多孔，有利于骨长入。它可以以几种形式用于桥接骨缺损，但它在股骨干制造中的应用还有待观察。钽似乎是一种有前途的金属用于髋臼重建，但需要长期的研究。 [14,15,11,16,17]
金属合金与其他生物材料的结合可以使植入物具有更好的机械和物理性能。目前设计复合种植体的尝试并没有取得非常成功的结果;然而，未来改进的可能性是有希望的。
穿
不同的合金展示了不同的磨损率。合金的硬度和轴承表面的平滑度决定了其相对磨损率。由不锈钢制成的钴 - 铬 - 钼合金和合金比钛或钛基合金更耐磨。当发生钛基合金的故障时，通常观察到组织内的黑色区域。
金属离子的释放发生在体内，大量的研究表明，在肝脏、脾脏、肺，甚至髂骨远处的骨髓中，都有可溶解和沉淀的腐蚀产物，以及金属磨损碎片。金属对金属假体的持续运动导致钝化表面的磨损和金属离子释放的增加。最近对金属对金属假体的兴趣提出了这些金属离子可能引起的生物相容性和可能的致癌效应的问题。 [18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30]
一些金属对金属假体已经被召回，人们对金属对金属假体的长期安全性表示担忧。2010年4月，英国药品和保健品管理局发布了关于金属对金属髋关节置换术的医疗器械警报。建议对疼痛的金属对金属髋关节置换术患者进行特殊的血液检测和影像学检查。金属离子测试和评估金属碎片的影响，如可能的局部神经麻痹、局部肿胀和关节脱位或半脱位，应由使用金属对金属假体治疗患者的整形外科医生考虑。
第六个高级髋关节Resurfacing课程（Ghent，Belgium，2014年5月）的共识由专家金属贴髋关节实验室的国际学院制定，髋关节重架应限于经验丰富的大容量髋关节外科医生在HIP Resurfacing或已被培训以在专业中心进行HIP Resurfacing。 [31]
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金属合金。钽（左）和钛（右）纤维网髋臼杯。
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金属合金。不锈钢Charnley杆(左)和钴铬米勒(右)。
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金属合金。复合茎把身体结合在一起cal properties of alloys with those of other biomaterials. Note, ceramic or metal femoral heads are used on composite hip stems because composites have relatively poor wear properties.
