股関節や膝関節は複雑な荷重を受ける関節であり.荷重がかかると.人工関節には引張り.圧縮.ねじり.界面せん断が加わり.疲労や摩耗が繰り返されます。
そのため.人工関節の材料には.中程度の強度.塑性変形性.疲労・摩耗・腐食に対する耐性が要求されます。
また.関節全体の安全な耐荷重は.体重の7倍以上であることが望ましい。
これに加えて.人工関節は長期間埋め込まれるため.生体適合性.無毒性.体液の化学的・電気化学的腐食に強い材料である必要があり.比重が軽く.弾性率が人間の皮質骨に近いことも望まれる。
このような状況を踏まえると.現在のバイオマテリアルは完全ではなく.生理環境や関節力学の要求を可能な限り満たした特性の組み合わせで選択するしかない。
その結果.現在使用されている人工関節の寿命は限られています。 人工関節の各構成部品はそれぞれ異なる材料で作られており.人工関節の関節面を研磨して適切な方法で骨組織に固定される。
現在.人工股関節の大腿骨頭や膝関節の大腿骨顆部の表面はコバルト.チタン.鉄系合金金属材料.人工股関節の臼蓋部や人工膝関節の脛骨プラトー部は超高分子ポリエチレン材料.人工関節と骨組織の固定はポリメチルメタクリレート骨セメントが使用されています。 近年.新しい研究成果が人工関節置換術の臨床に応用されています。
人工関節の骨への固定性を高め.ゆるみや脱落を防ぐための人工関節表面の前処理.人工関節ステムの摩耗.疲労破壊.ゆるみの問題に対処するための合金の化学組成の変化や加工の改良.骨セメントの新しい使用法.人体の生体力学的特性により近い人工関節形状の設計.人工関節の固定性の向上とゆるみの合併症の軽減.などです。
手術手技の向上と.より精密な手術用ポジショニングデバイスの設計により.ほとんどの症例で人工関節の良好なポジショニングを確保できるようになりました。