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人工關(guān)節(jié)置換術(shù)是骨科醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的最重要進(jìn)展之一，人工關(guān)節(jié)的使用能夠幫助晚期關(guān)節(jié)嚴(yán)重破壞、股骨頭壞死、高齡股骨頸骨折等患者恢復(fù)運(yùn)動功能，達(dá)到如同正常人一樣行走的效果（圖1）。然而，人工關(guān)節(jié)存在一定的磨損，這些磨損會造成人工關(guān)節(jié)的提早失效，實驗室建立了模擬關(guān)節(jié)運(yùn)動的體外磨損實驗機(jī)，根據(jù)ISO國際標(biāo)準(zhǔn)對人工關(guān)節(jié)進(jìn)行長達(dá)500~1000萬次的步態(tài)模擬，從而預(yù)測人工關(guān)節(jié)在長期使用中的磨損情況。

圖1 人工關(guān)節(jié)示例

在整個測試中人工關(guān)節(jié)磨損經(jīng)歷多個不同階段，以髖關(guān)節(jié)磨損為例，可觀察到塑料髖臼表面由粗糙到高拋光形貌（圖2），但髖、膝關(guān)節(jié)樣品表面的具體磨損形貌、樣品磨損后的粗糙度等磨損參數(shù)卻不得而知。這給關(guān)節(jié)表面磨損情況的分析帶來了巨大困難 ，實驗室使用共聚焦顯微鏡出色地解決了樣品微觀形貌分析過程中存在的困難。

圖2 髖臼內(nèi)襯宏觀形貌

髖臼內(nèi)襯在磨損測試各階段的具體微觀形貌如圖3所示。實驗室在使用了LEICA DCM共聚焦顯微鏡之后，由于高精度的三維成像分析，實驗結(jié)果更具專業(yè)性以及準(zhǔn)確性，能夠準(zhǔn)確分析髖關(guān)節(jié)內(nèi)襯和球頭在磨損測試各階段的表面形貌、粗糙度，是人工關(guān)節(jié)磨損測試與表征中的一大助力。

圖3 500萬次磨損各階段髖臼內(nèi)襯磨損形貌

圖4 金屬涂層的宏觀形貌

圖5 LEICA DCM8共聚焦顯微鏡觀測下的金屬涂層三維形貌

對所選取測量范圍圖像的采集與分析，擬合出的涂層表面各項參數(shù)如圖6所示。

圖6 LEICA DCM8共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的表面擬合參數(shù)

金屬涂層切面形貌如圖7所示。

圖7 金屬涂層切面形貌

利用該項技術(shù)，實驗室對國內(nèi)外知名骨科企業(yè)所用的涂層進(jìn)行了大量的評測，形成了一套有效的涂層分析與測量方法。