陶对陶全髋关节置换术后异响现象已有比较详细的报道。一般来说，这是患者可承受的良性并发症，仅在极少数情况下需要进行翻修手术。造成异响的病因尚未彻底被了解，但是很明显这是一个多因素造成的现象。我们研究了髋关节置换术后造成髋关节异响的人口统计学数据和假体植入位置等因素，针对该组假体进行一系列异响机制研究，提出一种异响产生的机制。

　　关键字：异响；陶瓷；髋关节；关节置换术

　　髋关节置换术后异响并不是最近才发现的现象，最早于二十世纪九十年代Judet半髋关节置换术中即有报道。现代全髋关节置换术中异响一般是指硬对硬关节界面的并发症，最近的报道多见于陶对陶摩擦界面。

　　尽管异响现象报道较多，其病因仍存在争议。异响通常在一些异常情况下会发生，如聚乙烯磨损后金属股骨头直接与金属臼杯摩擦、陶瓷内衬破裂或存在陶瓷磨屑，但是有些表现正常的陶瓷对陶瓷全髋关节置换术（THR）后也会出现异响。骨科文献中陶对陶摩擦界面异响的发生率变化范围非常大，从1％到20％。

　　一般来说，患者对异响耐受良好，存在异响的髋关节和无声的髋关节的患者满意度和髋关节评分之间没有差异。然而，少数情况下异响也会让患者难以忍受，导致翻修手术。

　　为了明确异响的病因，我们在既往研究中发现，陶对陶髋关节相关的患者因素和假体位置因素。我们还提出一种异响产生的机制。

　　髋关节异响的人口统计学因素

　　造成髋关节异响的相关因素可以被大致分为患者相关因素和假体位置相关因素。

　　我们既往曾研究过可能与异响发生率增加相关的人口统计学因素和假体因素。这是目前纳入陶对陶髋关节两种异响相关因素的最大研究，共纳入1997年6月至2008年12月同一中心由三名医生实施的2406例陶对陶初次全髋关节置换术。平均随访10.6年，74髋在不同阶段出现异响，平均术后40月出现异响。异响频率变化较大，4名（5％）患者每一步都会发生异响，一些患者仅仅是偶尔在屈髋或伸髋时出现，本序列中俯身是最常诱导异响产生的动作。15％的异响在术后平均9.5年消失，提示这可能是一种暂时性问题。

　　该研究中Sexton等进行人口数据分析，发现身高和体重较大且活动量较大的年轻人髋关节易出现异响，这些人口学特征与Murali等的另一项独立研究结果相契合，从而强化了这种相关性的证据级别。这些因素本身或相结合会增加髋关节的机械载荷，使其易于出现异响。肥胖本身并不会增加异响发生的几率。

　　很重要的是，我们的研究中并未发现存在异响。患者和不存在异响患者的满意度或Harris评分之间存在显著差异。异响髋的Harris评分中位数为96(51-100)，不存在异响髋的中位数为95(29-100)(P=0.34,MannCWhitneyUtest)。

　　髋关节异响的假体位置因素

　　我们发现造成异响的4个假体位置因素。出现下列一个或多个因素都可能会导致髋关节异响风险增加。

　　1、髋臼假体外展角过大。

　　这种情况在金属对聚乙烯界面上会增加磨损。陶对陶摩擦界面的体外实验提示髋臼外展角度不良还会增加磨穿率11。

　　2、、髋关节中心外移。

　　这会增加髋关节的作用力。

　　3、髋臼假体前倾过大或过小。

　　这种情况下股骨假体和髋臼假体之间易出现撞击，髋臼边缘负荷增加。

　　4、股骨偏心距过大。

　　此时身高可能是一个混淆因素，高个子的患者（此时髋关节的机械负荷较大）股骨偏心距会较大。

　　Walter等在一系列研究中试图寻找异响的发病机制，分析异响髋和非异响髋的髋关节X光片，将前倾15°至35°，外展35°至55°视为可接受的范围，发现16例异响髋中仅有6例的髋臼外展角和前倾角在可接受的范围内，相应的，17例非异响髋中有16例在可接受的范围内。

　　髋臼假体前倾过大或过小会增加股骨颈与髋臼边缘撞击的风险，从而增加边缘负荷，可能是导致异响发生的原因之一。与此相对应的是，研究还发现术后内旋或外旋活动度较好的患者更容易出现异响。

　　然而，即使假体位置完美，不存在股骨颈与髋臼边缘撞击的髋关节也可能出现异响，这提示异响并不是孤立因素导致，而是多因素现象。

　　髋关节置换中的噪音产生

　　Walter等根据几项髋关节置换噪音机制研究进行分析，报道其累计数据。该研究小组的一项研究对髋关节置换后因噪音或疼痛和噪音接受翻修手术取出的假体进行深度分析。平均术后23月取出。该研究共分析了来自3个不同国家11个不同医生收集的12个第三代氧化铝陶对陶摩擦界面。测量磨损的长度、宽度和深度，观察钛合金髋臼杯的边缘是否存在撞击。根据测量参数计算磨损总量。

　　异响髋的股骨头年均磨损率平均值为2.9mm3，髋臼内衬为3.4mm3，这明显高于既往报道中无异响髋的磨损率，其股骨头为0.1mm3，髋臼内衬为0.04mm3。这12套取出的摩擦副均存在边缘负荷磨损的表现，其中7套存在股骨颈与髋臼边缘撞击表现。除此之外，一部分髋臼内衬与钛合金髋臼杯之间存在相对活动。

　　尽管异响髋取出的假体大多数都存在撞击，但这并不是异响产生的必要条件。异响髋取出的假体的共同点是都存在边缘负荷磨损。该研究小组使用有限元分析对边缘负荷进行进一步研究。

　　获取整个骨盆的CT扫描数据并进行重建，植入钛合金髋臼杯和氧化铝陶瓷内衬。根据已发表的文献对钛合金和氧化铝陶瓷进行材料赋值。使用专业软件，于步态循环的脚趾离地时刻在内衬外缘呈半椭圆形在20个节点上施加负荷。在两种不同的状态下进行测试：髋臼外展角为45°和42°前倾角或24°前倾角。

　　该研究发现髋臼杯与内衬之间存在刚度不兼容。由于存在不平衡，臼杯易于变形，臼杯-内衬的锥度系统变得不匹配。出现不匹配时，内衬会沿着加应力相反的方向从臼杯中倾斜（见图1）。髋臼前倾越大，臼杯与内衬的分离越大。如前倾角为42°，分离为40μm；而前倾角为24°，分离仅为4μm。研究者认为这种分离使臼杯成为振荡器，并产生异响。异响与前倾增加之间的相关性与既往研究相契合。

　　我们认为髋关节置换术后的异响是强制共振的结果，由驱动力和动态响应组成。驱动力是硬对硬界面缺乏液膜润滑时出现的高摩擦力。动态响应是指装置（共振器）的一部分按照其固有振动频率发生共振。

　　液膜润滑需要很多因素达到微妙平衡，包括滑动速度、润滑流粘度、摩擦界面粗糙度，间隙和接触压力。液膜润滑瓦解可能会导致边缘负荷（接触面积减少）、关节中的三体颗粒（如陶瓷磨屑）、关节面破坏（粗糙度增加）或摩擦界面直径不匹配。

　　臼杯内衬系统不匹配出现边缘负荷，以及假体间相对活动增加，可能是摩擦驱动力的原因之一。该研究小组继续比较异响髋的发生频率，将其与假体各部分的固有频率相比较，试图发现哪个或哪些部分可能会成为共振器。

　　这涉及异响髋所发出声音的频率和性质进行深入的体外和体内声学和模态分析，以及陶对陶全髋关节置换各个假体的类似分析。结合使用数字视频摄录一体机、外接麦克风和声学软件收集陶对陶髋关节置换术后存在异响的名患者的髋关节异响。一旦确定异响，很容易测量异响部分的主要频率。

　　研究发现体内异响基本频率在400Hz到7500Hz之间。每名患者在每次异响发生时都至少有一个基本频率。三名患者在两个不同的场合时记录下异响，每个场合的频率均不同。

　　同时进行假体各部分的体外模态分析。接受分析的假体部分包括：

　　1、装有股骨头的股骨柄

　　2、三种不同臼杯和内衬组合―全匹配锥度连接；仅在臼杯口部接触的锥度连接；仅在臼杯底部接触的锥度连接

　　3、单独的臼杯

　　4、单独的陶瓷内衬

　　模态分析结果提示陶瓷假体仅会在高于人类可听范围内的频率内发生共振，而金属假体会在人类可听范围内的频率内发生共振。该分析还提示陶瓷内衬和钛合金臼杯结合的频率也不在可听范围内。

　　该研究小组还进行进一步的声学分析以检验这一假设。结果同样提示陶瓷部件的固有频率并不在可听范围内，因此不太可能在异响的产生中发挥作用。然而，钛合金臼杯和金属股骨假体的固有频率低得多，更可能是异响产生的原因。这可能意味着钛合金臼杯和金属股骨假体的固有频率与临床上所见的异响有关，提示共振发生于金属部分，而不是陶瓷部分。

　　结论

　　很明显，没有单一因素会导致陶对陶髋关节置换术后的异响，这应该是一种多因素的现象。我们提出陶对陶髋关节异响的一种机制：在理想状态下，硬对硬摩擦界面应具有液膜润滑，摩擦力极低。然而，如果液膜润滑瓦解，摩擦力会因滑动接触而大幅增加。如果增加的摩擦力提供的能量大于系统能够消散的能量（如通过热或亚音频噪声），摩擦可能会引起共振和声辐射等形式的不稳定。声学和模态分析表明金属部分放大这种共振驱动力，变成可以听到的声音。

　　身高和体重较大且活动量较大的年轻人的髋关节机械负荷会不可避免的增加，从而增加假体早期磨损的风险。髋关节异响患者中髋臼假体位置不良的发生率较高，提示异响可能继发于液膜润滑瓦解导致的边缘负荷。

　　显然，目前发现的与异响相关的因素中，仅有一部分在外科医生的控制中，尽管假体位置不良与异响相关，毫无疑问仍存在其他原因。我们建议患者接受陶瓷髋关节置换后出现异响应进行CT扫描，以排除陶瓷破裂的可能性，这种情况在X光片上可能并不明显。如果可以排除，应告知患者，只有患者深受噪音困扰（不存在提示翻修的其他因素）时才考虑翻修手术。

　　大多数情况下，异响不是一个严重的临床问题，目前尚未观察到异响与摩擦界面的早期失败之间存在任何关联。鉴于其极低的磨损率和骨溶解发生率，陶对陶摩擦界面仍是年轻活跃患者的首选。尽管彻底解释陶对陶髋关节置换术后异响尚需时日，其病因日益明了。假体设计在异响中的作用仍需进一步的研究。