陶瓷关节产品市场概述与主要厂商介绍 [复制链接]

早期尝试在9世纪，现代外科技术的两大基石——麻醉和无菌技术逐渐发展起来，为关节置换术的成熟奠定了基础。尽管一般认为关节置换术是在20世纪才真正发展成熟，但事实上，年在德国柏林已经进行了第一例关节置换手术。这位患者是一名年仅7岁的女孩，因膝关节结核接受了膝关节置换，以铰链式象牙作为替代。然而，这项手术在当时并未得到广泛认可，甚至手术医生Glunk在其职业生涯中因此备受争议。

ThemistoclesGluck，这位开创性手术的医生，于年出生于罗马尼亚一个医学世家。他自幼便接触医学，并在柏林的医学环境中深受启发，开始对组织置换产生浓厚兴趣。在塞尔维亚和保加利亚的战争中，Gluck首次尝试使用钢板固定骨折两端，取得了显著效果。同时，他还创新性地使用钢板替代因肿瘤切除的下颌骨，同样取得了良好效果。此外，他还对骨折、肌腱、软组织等进行了深入研究，并成为首位使用骨水泥的外科医生。

年5月20日，Gluck进行了第一例象牙全膝关节置换术，并在术后3周又成功进行了一例全腕关节置换术。其中膝关节置换的患者在术后35天便实现了无痛、活动自如的康复奇迹。这得益于当时使用的象牙（一种天然的磷酸钙陶瓷），与树脂和石膏的巧妙结合，使得股骨及胫骨得到了稳固的固定。

年，德国Jena大学的Langer教授进行了现代社会的第一例陶瓷膝关节假体植入手术，该假体由多晶氧化铝制成，仅部分替代胫骨平台。这种氧化铝陶瓷在平台宿主骨侧采用非骨水泥固定方式，表面布满垂直于宿主骨的凹槽，以确保稳定。而与股骨接触的一侧则经过抛光、打磨处理。共有72例患者接受了这种手术，年龄范围从23岁到79岁，经过5年的随访，临床效果令人满意。

随后，日本京都的京瓷公司研发出全陶瓷膝关节假体，股骨侧和胫骨侧均采用氧化铝陶瓷，关节面则由陶瓷对聚乙烯构成。该公司还开发了保留后叉韧带和后交叉韧带替代型的假体，以及陶瓷型髌骨假体。Oonishi等人首次报道了34名患者使用这种假体（KOM，京瓷）的情况。Inoue等也首次报道了使用另一种氧化铝全膝关节置换假体（KC-，京瓷）的经验，该假体同样为非骨水泥型，与钴铬合金假体相比，聚乙烯的磨损率有所降低。

然而，由于氧化铝的抗弯性能有限，早期的膝关节假体设计显得过于庞大。为了改进这一点，后来在股骨假体中采用了钇稳定的氧化锆（Y-TZP），而胫骨托盘则选用钛合金或CoCr合金，并配合使用水泥。这样一来，全膝关节假体中的氧化锆陶瓷就展现出了优异的机械性能，使得股骨部件能够制成与钴铬合金几乎相同的大小。自年起，日本开始使用氧化锆陶瓷作为TKA假体的材料（KU型，京瓷），并推出了两套系统：LowFrictionAnatomic和Bi-Surface。但遗憾的是，这些假体仅限于在日本境内使用。

此外，在欧洲也曾有过几次关于陶瓷膝的尝试。上世纪90年代末，欧洲委员会资助了一项试验性的陶瓷膝项目，由英国的Morgan工业陶瓷公司和意大利的Lima公司共同进行。该项目中使用的股骨假体结合了钛合金与氧化锆材料，形状与以往的全金属假体相似。但遗憾的是，该研究成果并未能成功转化为实际生产。另外，法国的StGobain公司也曾研发出氧化锆陶瓷膝，并在欧洲和美国进行了临床试验，但最终未能投产。而Payten和Ben则开发了一种创新的股骨假体，其底板采用金属组件，髁部则选用氧化镁稳定的氧化锆材料，但目前尚未发现该假体的进一步研究报道。

这些项目最终未能广泛应用的原因可能包括：

早期全髋关节置换术（THA）中氧化锆陶瓷的失败，对陶瓷膝中氧化锆的使用产生了负面影响。CeramTec公司率先研发出氧化铝复合物材料，加速了其他项目的淘汰。最终，德国CeramTec的Bioloxdelta陶瓷系列膝关节假体脱颖而出，成为市场上的佼佼者，为英国Lima公司的MultigenPlus膝关节假体系统和德国PeterBrehm公司的BPK-S膝关节假体系统提供了技术支持。

值得注意的是，陶瓷型膝关节假体的使用历史已达上百年，尽管经过近半个世纪的不断发展，但仍未能在临床上得到广泛应用。目前，德国的CeramTec和日本的京瓷公司是陶瓷膝的主要生产商。

日本京瓷，自年4月日成立以来，便以其精密陶瓷技术立足市场。创始人稻盛和夫，这位传奇商人，不仅创立了京瓷Kyocera，还创办了第二电信KDDI，使其成为日本第二大通讯公司。京瓷的业务广泛，从精密陶瓷到消费者业务如手机、太阳能等都有涉猎。

在医疗领域，京瓷医疗的膝关节假体产品尤为引人注目。他们早在98年便开始研究陶瓷型膝关节假体，并推出了多代产品。从氧化铝陶瓷及股骨组件的第一代陶瓷膝，到使用陶瓷股骨和钛合金平台的第二代陶瓷膝，再到增加陶瓷微球多空涂层并改进工艺的第三代陶瓷膝，每一代产品都体现了技术的进步。

到了第四代陶瓷膝，京瓷更是采用了高性能的四方氧化锆多晶硅陶瓷，其强度优于氧化铝陶瓷。而在年，京瓷公司更是进一步开发出了三髁假体，其主要成分为氧化铝，并包含7%的钇。这种设计在膝关节深屈时能起到承重作用，其球窝关节的大接触面积和优异的旋转自由度，使得股骨髁在深度屈曲时能够后滚，从而提高了假体的稳定性。一项长达5年的临床随访研究显示，4例患者共67只膝关节，在接受三髁型陶瓷假体植入后，其生存率高达94%。

CeramTec在陶瓷领域有着深入的研究，他们将陶瓷分为四大类：

硅酸盐陶瓷：这种类型的陶瓷历史悠久，以天然原料硅酸盐与氧化铝结合制成。氧化物陶瓷组：这类陶瓷主要由金属氧化物构成，如氧化铝、氧化锆和钛酸铝等。非氧化物陶瓷：它们主要由碳、氮、硅等的化合物构成，例如碳化硅、氮化硅和氮化铝。压电陶瓷（或称功能陶瓷）：这种陶瓷能够转换机械参数为电参数，反之亦然。

值得一提的是，Bioloxdelta陶瓷头（也被称为粉陶）在3年问世，而Bioloxdelta陶瓷膝则在6年诞生。相较于氧化锆合金和钴铬合金，Bioloxdelta陶瓷的抗划伤能力高出5倍和0倍。其更坚硬的表面意味着更低的磨损率。

随着四代陶瓷在全髋关节置换术（THA）中的成功应用，越来越多的厂商开始采用这种材料制作膝关节假体。其中，意大利的Lima公司和德国的PeterBrehm公司是行业的佼佼者。

Lima公司的MultigenPlus膝关节假体采用了四代粉陶技术，而PeterBrehmGmbHCo.KG生产的BPKS膝也采用了相同的材料。近期研究显示，使用这些假体的患者在一年的随访期内未发现陶瓷断裂等并发症。

然而，陶瓷型膝也存在一些挑战。虽然其耐磨性和生物兼容性优异，但陶瓷材料的脆性以及与骨水泥粘合性欠佳的问题仍需克服。这些可能影响到假体的长期稳定性和患者的安全。但无论如何，随着技术的不断进步和临床经验的积累，我们期待陶瓷型膝能更好地服务于患者。

髋关节置换，也被称为人工髋关节置换，是一种成熟且可靠的治疗方法。它涉及将人工假体，包括股骨和髋臼部分，通过骨水泥和螺丝钉固定在正常的骨质上，以替代病变的关节，并重建患者髋关节的正常功能。这种技术始于国外40年代，而我国在60年代后开始逐步推广。最初，仅进行人工股骨头的置换，即半髋置换，但随着时间的推移，全髋关节置换已成为更常见的选择。

骨性关节炎、股骨头坏死、股骨颈骨折、类风湿性关节炎、创伤性关节炎、良性和恶性骨肿瘤以及强直性脊柱炎等疾病，若伴有中度至重度的持续关节疼痛和功能障碍，且非手术治疗无法缓解，那么髋关节置换术便是一个合适的选项。随着科技的发展，人工假体的材质也经历了从不锈钢、钛合金到陶瓷等多种材料的演变。

在固定模式方面，人工髋关节的发展也经历了多个阶段。最初采用的是压配型固定，随后是Charnley提出的骨水泥型固定，最后发展到了生物固定型。生物固定型因其长期并发症和松动率更低而受到青睐。骨水泥型股骨柄是一种光面股骨柄，其特点是植入股骨后，通过自凝特性的骨水泥填充骨与植入物之间的间隙或骨腔。而生物型股骨柄则具有截骨量更少、操作简便以及翻修时易于完整取出等优势，因此对于相对年轻的患者，临床上建议优先考虑生物型固定。值得注意的是，骨水泥型假体主要适用于骨质严重疏松等特定情况。

在20世纪60年代，JoneCharnley基于髋关节低摩擦生物学原理，创新地提出了金属股骨头与聚乙烯髋臼的组合方案，这一成就为髋关节置换术奠定了坚实基础，甚至一度成为其他关节置换手术的金标准。然而，随着全髋关节置换术的普及，人们逐渐意识到假体无菌性松动是影响人工关节寿命的关键问题。经研究揭示，关节假体磨损产生的聚乙烯颗粒是导致骨溶解和假体松动的主要诱因。面对这一挑战，临床医生与材料科学家携手合作，利用材料学和制造工艺的进步，不断探索改进。近年来，金属-高交联聚乙烯、金属-金属以及陶瓷-陶瓷等界面组合的应用与研究日益增多，已取得一系列阶段性成果，为医生提供了更多元化的治疗选择。

在年，法国外科医生PierreBoutin率先在临床上为患者植入了氧化铝陶瓷关节。然而，受限于当时的工艺水平和质量控制，所使用的氧化铝陶瓷纯度不高、密度较小且脆性大，这导致关节容易破裂，进而使得全陶瓷人工关节置换术后的并发症率和关节翻修率均处于较高水平。但幸运的是，现代陶瓷材料加工工艺的提升和假体设计的改进，使得氧化铝陶瓷材料的性能在过去30年里得到了显著改善。通过加入烧结助剂MgO，可以在氧化铝陶瓷晶界处引入玻璃相，从而降低烧结温度并提高陶瓷的致密性。尽管高比例的玻璃相会损害材料的力学强度，但通过降低MgO含量、采用热等静压工艺以及将氧化铝陶瓷的平均晶粒尺寸减小至5μm，材料的弯曲强度和断裂韧性得到了显著提升。此外，激光蚀刻法替代了原有的烧结前机械铣削刻字工艺，有效降低了因局部应力集中而导致的陶瓷关节碎裂风险。

与氧化铝陶瓷相比，氧化锆（ZrO2）陶瓷展现出了出色的耐腐蚀性和生物相容性，同时其断裂韧性和弯曲强度也更为优越。年左右，随着氧化锆股骨球头被成功植入人体，氧化锆陶瓷开始在骨科领域得到应用。纯氧化锆陶瓷具有单斜相、四方相和立方相三种晶体结构，其密度各不相同。在烧结过程中，当温度降至约°C时，氧化锆会发生四方相到单斜相的晶体结构转变，并伴随体积膨胀，这会导致材料内部产生应力和微裂纹。特别是四方相氧化锆，由于其晶格膨胀和剪切应变在各个方向上不同，使得纯氧化锆陶瓷烧结后内应力巨大，甚至可能导致产品碎裂。因此，纯氧化锆陶瓷不适宜作为医用材料，尤其是负重关节假体。

为了克服氧化铝陶瓷韧性不足和氧化锆陶瓷体内环境易老化的缺点，材料学家们开始研究氧化铝与氧化锆的复合陶瓷材料。他们利用氧化锆的相变增韧特性，同时避免其在体内环境的老化问题。基于这种复合材料，CeramTec公司推出了BIOLOX?delta陶瓷关节假体。该假体采用氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷（ZTA）材料，其中氧化铝提供硬度和耐磨性，氧化锆通过相变增韧提高材料的断裂韧性。此外，还加入了少量其他氧化物以优化材料的性能。ZTA材料通过两种增韧机制来提高材料的韧性：一是氧化锆颗粒在氧化铝基体中的均匀分布，其相变导致的晶粒体积膨胀在裂纹尖端产生局部压应力，从而阻止裂纹扩展；二是通过加入氧化锶促使基体中形成板条状晶粒，这些板条状晶粒能使已出现的陶瓷裂纹发生偏转，延长裂纹扩展路径，增加裂纹扩散所需的能量。BIOLOX?delta陶瓷（第四代陶瓷）通过巧妙地将氧化锆陶瓷晶体散布在氧化铝晶格之间，利用氧化锆在外力作用下的相态转变特性，实现了有效的缓冲作用和应力吸收。此外，通过加入氧化锶，该陶瓷在氧化铝晶体间构建了小样板的晶体结构，从而显著提升了材料的强度、韧度以及热稳定性，相较于前三代陶瓷展现出了卓越的性能。

自年成立以来，一直专注于陶瓷元件的研发与生产。凭借其卓越的技术实力，已成为全球领先的技术陶瓷公司，其产品广泛用于汽车、航空航天等高精尖领域，同时在医疗领域也占据重要地位。在陶瓷人工关节市场，赛琅泰克更是独树一帜，几乎垄断了全球市场。其Biolox?系列产品，自年问世以来，已经历了四代革新，其中第四代Biolox?delta陶瓷，以其出色的性能，成为了目前市场上应用最广泛的关节陶瓷材料。据统计，全球已有0万套陶瓷关节假体应用于临床，而赛琅泰克在年的销售量就高达60万件。目前，全球销售的髋关节假体系统中，每两套就有一套包含至少一个陶瓷组件，即陶瓷髋关节，这充分展现了赛琅泰克在陶瓷材料领域的领先地位。安颂科技，成立于年，是国内唯一一家同时掌握氧化锆和氧化铝陶瓷材料生产技术的关节企业。其研发的氧化锆陶瓷球头已正式进入国家药监局的创新医疗器械特别审批程序，这一突破不仅打破了国外厂家的技术垄断，更填补了市场空白，引领了国际技术新标准。作为材料与器械一体化研发生产企业，安颂科技承接了国家工业和信息化部、国家药监局联合发布的创新任务，致力于解决关键技术难题，加速实现全产业链的国产化替代。

在全球骨科市场中，人工关节占据着近40%的份额，成为最大的骨科植入细分市场。然而，陶瓷球头作为人工关节的核心成本组件，却一直依赖于境外单一供应商，进口陶瓷球头在市场上占据着绝对垄断地位，这无疑给国产关节器械的发展带来了巨大的挑战。

为了推动国产关节器械的发展，财金集团于年对该项目进行了股权投资，并通过基金招商方式在德州落地了人工陶瓷髋关节假体研发制造项目，总投资高达5亿元。目前，项目一期已经完成了厂房施工，设备安装调试工作也在紧张进行中，即将迎来投产。

安颂科技的氧化锆陶瓷股骨头产品作为髋关节假体组件，采用了独特的高低温循环烧结技术，具有诸多优势，如避免金属离子释放、减少假体松动以及良好的生物相容性等。近日，安颂科技自主研发的国产陶瓷关节获得了批准，这是20年来首个获批的自主研发国产陶瓷关节，意义重大。此外，安颂科技的氧化铝陶瓷股骨头已成功完成临床试验并待注册，而氧化锆增韧氧化铝股骨头也已完成性能测试，即将开展临床试验并申请上市。届时，安颂科技有望成为全球唯一能够同时提供三种陶瓷关节的企业。安颂科技在陶瓷医疗及工业品领域取得了多项重大突破，包括中国首创的陶瓷膝关节、牙科陶瓷种植体以及基台等，这些创新产品打破了国外的技术垄断，为患者提供了更多优质的选择。