在自体移植物中从患者骨骼的另一部分收获骨材料并移植到骨缺损部位

当作为植入物引入人体，或甚至作为金属替代物的涂层时，陶瓷材料可刺激骨骼生长，产生组织形成，并为免疫系统提供保护。小于人类头发的玻璃微球体被用于向身体中的患病器官递送大量局部量的辐射。事实上，陶瓷是为数不多的耐久且足够稳定的材料之一，可以承受体液的腐蚀作用。以下是这些多功能材料的一些最新医疗应用。

心脏渲染陶瓷。与健康的天然心脏瓣膜相比，现代机械心脏瓣膜置换术在三个重要方面存在缺陷。首先，瓣膜的小主动脉尺寸与它们所取代的天然瓣膜的尺寸不匹配。其次，所有现有的阀门，无论大小，都必须通过反向流动关闭。后者的缺陷对于较大的二尖瓣假体尤其明显。第三，机械人工瓣膜需要抗凝治疗。

成千上万的新英格兰工程师和拥有购买力的高管将来到新英格兰设计与制造公司，这是该地区最先进的制造业展览会。他们的第一目标：寻找供应商。为了吸引他们，数百家公司将参加展会。如果您现在预订展位，可以加入他们。

考虑到这些缺陷，位于德克萨斯州奥斯汀的医学碳研究所(MCRI)呼吁在材料和设计技术方面取得进展，以创造一种增强型心脏瓣膜。MCRI的目标：优化阀门设计，在整个尺寸范围内提供最大的净正向流量和小的压力损失，同时保持最高的结构完整性和表面质量。结果：On-XTM系列假体心脏瓣膜。

这些阀门依靠MCRI的On-X热解碳，它具有独特的机械性能，拓宽了阀门设计的可能性。MCRI研发副总裁Axel D. Haubold说，到目前为止，生产热解碳孔形状以优化喷嘴效率是不可能的。

具体而言，除了直筒之外的形状不能充分拉伸而不会破裂以允许瓣叶插入。On-X碳的断裂应变比其他热解碳高25%。这允许具有喇叭形入口的孔口，防止在组装期间弹性地变形流动分离。此外，具有喇叭形入口的碳孔可以做得很薄，节省孔口面积。并且，由于它们的形状，喇叭形孔本身是刚性的，因此不需要庞大的金属加强环。

基于这种材料的能力，MCRI设计了用于小主动脉根部的瓣膜置换，改善了血流动力学。关键：增加孔口内径。知道通过孔的流量取决于其内径的四次方，请考虑这个例子。如果孔口内径增加10%，则流量增加50%。

Haubold说，对于更大的阀门尺​​寸，将内径限制到最佳几何孔面积(OA)可以实现临床上无关紧要的压力损失。将内径增加到超过OA的内径会使压力损失小幅增加，而负面因素的不成比例增加则无效。

“新一代”X-On心脏瓣膜的主要特点包括：

获得专利的细长孔，可组织流动并减少湍流。它还允许小的小叶偏移角度，减少反流，空化潜力和噪音。

扩口入口，可减少入口湍流并阻止组织过度生长。

超环形缝合环通过从环形空间消除缝合环体积来增加有效孔口面积，包括钛环，并且是可旋转的。

获得专利的驱动枢轴设计，可提供正向关闭力矩。

使用获得专利的On-X碳可为阀门增加纯度，强度和表面质量。

有了这些设计功能，Haubold认为MCRI在心脏瓣膜方面取得了显着进步。“通过材料，科学和设计的创新，On-X阀门通过提供最大的净前向流量，最小的压力损失和低湍流剪切应力，为患者提供优化的血液动力学益处，”他兴奋地说。

肝脏治疗。在肝癌的情况下，定位辐射剂量可防止健康组织的损害。这是微观玻璃陶瓷珠(微球)发挥重要作用的地方。将珠子辐射，然后通过导管注入体内以治疗癌症。目前在加拿大使用的这种新疗法正在评估在美国使用

根据密苏里州罗拉市密苏里大学材料研究中心陶氏工程系Delbert Day教授的说法，通过这种类型的治疗，患者可以获得更高的放射剂量，从而缩短治疗周期。此外，定位剂量可以最大限度地减少与其他形式的放射治疗相关的副作用。

Day是该程序的共同开发者。它由该大学以玻璃微球的商标名TheraSphere许可。

多年来，医学研究人员一直关注将{β}和{γ}辐射安全传递给患病的内脏器官。在原位这些器官的照射有超过外部辐射源几个优点：更局部放射，对健康组织的损伤小，更高的辐射剂量，更短的治疗期，和更少的患者的不适感。

将{β} - 发射放射性同位素溶解在化学不溶性玻璃微球中对于这种原位照射处理具有很大的希望。玻璃微球具有生物相容性，对身体无毒，不溶(放射性物质不释放到体内)，不含中子轰击后会产生放射性的不需要的元素，并且大小适合放入待治疗器官的毛细血管床中。

在密歇根大学，24名肝癌患者接受了研究，旨在确定氧化钇铝硅酸盐(YAS)玻璃微球的毒性 - 而不是其有效性 - 用于原位辐射。只有六名患者接受超过10,000拉德的剂量，被认为是最低治疗剂量。

用微球治疗4个月后，24例患者中有16例显示阳性反应;即肿瘤生长停止或减少。随访包括前8周每周进行体检和肝功能实验室检查，然后每隔8周检查一次，直至观察到疾病进展。每8周进行胸部X光片和腹部计算机断层扫描检查，直至观察到疾病进展。

注射后立即对4名患者继续肿瘤生长;大约一半的患者在六个月内没有发生这种情况。治疗后19个月，10名患者存活。用放射性YAS玻璃微球治疗的结直肠癌患者的平均存活时间为60周。未治疗的结直肠癌转移患者的中位生存时间为4至40周。

通过这些测试，Day得出结论，可以注意到以下结果：

{beta}发射放射性玻璃微球可以安全地输送高达15,000拉德的剂量。

有证据表明预期寿命会增加。

注意到最小的副作用，这导致更好的生活质量。

改善听力受损。在另一个应用中，玻璃陶瓷用于代替中耳中的小骨(小骨)，这有助于将声波传导到内耳。最重要的是，这些特殊材料与硬组织和软组织结合。它们具有生物相容性，坚固，耐用，无毒。

从这个应用程序中获得的好处包括使患者能够更清楚地听到;与骨骼/组织的牢固结合可防止植入物移动，掉落或切割耳鼓，这对塑料植入物造成了问题。

位于马里兰州巴尔的摩的美国生物材料公司(US Biomaterials Corp.)生产这种基于Bioglass的产品，该产品由佛罗里达大学的Larry Hench教授开发。Bioglass的第一个临床应用是作为中耳假体用于治疗传导性听力损失。这种听力损失通常是由慢性耳聋引起的，但也可能是由于创伤和先天性异常引起的。

之前用于治疗的许多材料在长期使用中是不成功的，因为瘢痕组织包裹，其在声音到达椭圆形窗口之前使声音衰减，但主要是因为材料没有粘合到耳鼓上。

必须拒绝在植入过程中损坏的任何植入物，因为软组织将长入裂缝中，并且及时将它们加宽到足以使其失效。即便如此，在8年或更多年的成功临床表现中，Bioglass陶瓷器件证明优于任何其他可用器件。但这还不够好。

该装置的最新设计是US Biomaterials的截锥，Douek-MED(R)，可在手术时成形，以适应中耳中的任何解剖变异。新植入物的轮廓可以确保它不会与组织接触，例如必须避免粘合的面神经。并且它非常适合于磁带或锤骨周围，这些小骨仍然存在，消除了脆弱的连接，这是锥形植入物设计的关键改进。

最近，美国生物材料公司宣布，它已开发出另一种有前景的陶瓷材料，可以帮助数百万患有过敏牙齿的人。它希望今年能够启动人体临床试验，并在明年初向FDA提供这些数据。

骨科替代品。然而，陶瓷最广泛接受的领域是它们在矫形假体中用于更换臀部，膝盖和手指的关节。陶瓷的粘合能力可防止植入物脱臼。此外，由于陶瓷涂层能够润滑接头，因此陶瓷涂层可以使植入物磨损更长，并且将来的并发症更少。

陶瓷球窝接头可以更好地承受复杂的应力状态和不断的运动。它们的强度，耐磨性和耐腐蚀性允许比金属更长的使用，更舒适和更少的破损，因为金属颗粒迁移到周围组织中而出现问题。

最近对这种类型的处理的改进由XYLON Ceramic Materials，Alfred，NY引入。该公司最近获得了一个里程碑，它成为第一个获得美国联邦食品和药物管理局注册的美国生产商，可以直接进入收件人的臀部插座。

以前的髋关节球窝关节置换系统，包括XYLON，1991年成为第一个获得FDA注册的美国制造的陶瓷股骨头，需要将球插入聚乙烯杯中。XYLON的陶瓷球比使用金属替换接头减少了聚乙烯杯的磨损，使其更适合用于过活跃生活方式的人。

但XYLON的Paul Johnson说，这种新的更大的陶瓷球可用于对抗患者自身髋关节窝的天然组织，无需使用聚氨酯帽。由于它已获得FDA批准，外科医生可以在不需要全髋关节置换术的患者中使用该球。

XYLON将很快提交给FDA注册肩部植入物，并正在开发拇指，膝盖和大脚趾的替换关节，以及扩展到其他耐磨和抗腐蚀应用。

如何在身体中使用玻璃

在大多数情况下，玻璃可以三种方式用于体内。因此，密苏里州罗拉市密苏里大学罗拉分校陶瓷工程系和材料研究研究生中心的Delbert Day教授报道。

第一种是传统上用于牙科修复的生物惰性碱 - 碱土铝硅酸盐玻璃 - 帽，牙冠，牙桥和贴面。较新的玻璃陶瓷和玻璃/聚合物复合材料正在取代用于填充的金属汞合金。

第二种身体用途是改性的钠钙硅玻璃，它具有生物活性，并具有粘合活软和硬组织的能力。这些名为BioGlassTM的眼镜是由佛罗里达大学的Larry Hench发现的。用氧化磷改性的钠钙硅玻璃用作牙科植入物，用于治疗牙周病和恢复听力。

玻璃在体内的第三种用途是稀土铝硅酸盐玻璃，用于向患病器官提供大剂量的局部放射。它们被用于治疗肝癌患者，这几乎总是致命的。这些玻璃与其他玻璃不同，因为它们不含碱金属或碱土金属氧化物 - 放入体内时具有放射性。

陶瓷也用于制造人造眼睛(光学植入物)。陶瓷与现有的肌肉，组织和血管结合，并且是无毒的，生物相容的，并且允许人造眼睛更自然地移动。

Interpore International，Irvine，CA，从其称为Pro Osteon(R)Interpore 200(R)的珊瑚羟基磷灰石生产这种材料。多孔陶瓷采用专有的ReplamineformTM工艺从珊瑚中提取。海洋生物相容性材料(称为息肉的微小海洋动物)的外骨骼具有与人骨相似的相互作用的孔隙度，结构和化学成分，促进骨骼和组织的生长。

眼眶植入物取代受损或患病的眼睛，挤压或迁移的人造眼睛，或现有的人工眼睛，以改善跟踪和运动。Interpore声称这些眼眶植入物提供了一种优于其他人工眼睛的替代品，因为植入物与患者的软组织物理连接。结果，患者通常经历软组织整合到眼眶植入物中。这反过来又改善了患者伴侣眼对人工眼的跟踪。

根据Interpore公司总裁兼首席执行官David Mercer的说法，Pro Osteon是美国第一种用于骨科应用的商用合成骨填充物。在临床研究中，该材料通过放射学和临床证实具有与自体移植程序相当的愈合时间和并发症率。

在自体移植物中，从患者骨骼的另一部分收获骨材料并移植到骨缺损部位。这个过程增加了总的手术时间和费用，并且可能导致并发症，例如感染，慢性疼痛，畸形和多余的失血。

Mercer说，Pro Osteon是自体移植和同种异体移植(尸体骨)材料的有吸引力的替代品。当没有骨供体部位可用时，它被批准用于修复急性干骺端(骨头相遇)缺陷以及刚性内固定(板和螺钉)。他不相信任何症状或条件会严重限制Pro Osteon的使用。