消除人工髋关节应力遮挡等问题的理论分析与研究

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.39.003

摘要/Abstract

摘要：

背景：为减小应力遮挡采用了很多的方案，经过几十年的试验与应用，至今未能取得重大的进展。起源于股骨和金属柄结合为固定柄的根源，引发了骨质吸收等严重问题，这种应力遮挡效应产生于骨的异常应力和异常应变的作用，且受诸多因素的制约，找不到有效而适用的方法解决。
目的：为使金属柄不传导应力是消除应力遮挡的关键，选择初级多孔层方案作为研究的对象，彻底改造它的外貌和内在的质量，采取有效的措施制造高级多孔层，是消除应力遮挡的基础，能解决初级多孔层引发的隐患和部分劣势。
方法：采用相等直径的钴铬钼合金小球为制造高级多孔层结构件的方案，其结构件作用在股骨上使柄与骨分离，作用在领平面上由股骨距截骨面固定柄，这些结构件有能力消除人工髋关节上全部的应力遮挡。
结果与结论：高级多孔层是用相等直径(1.00-1.29 mm)的钴铬钼合金小球，在其表面镀以高性能的中间层合金，作有序紧密排列，经由活性扩散焊工艺连接而成。全部孔隙的孔径均为155-200 μm，且均匀分布，供骨单元长入。实施金属材料合金化、合金表面陶瓷化，并控制磨损颗粒的大小和数量等办法能解决多孔层周围的骨溶解、金属溶解及其纯金属钴、铬微粒的毒性、癌变和白血病等问题。理论根据的规定是先除去柄刚度的作用，让骨柄分离成为消除应力遮挡的前提，让股骨距截骨面长入领平面上焊接的结构件孔隙中，能固定柄是消除应力遮挡的根本，这两者共同的作用可以达到消除股骨中应力遮挡的目的，而髋臼窝上的应力遮挡较容易消除。

关键词: 骨关节植入物, 人工假体, 减小应力遮挡, 应力遮挡效应, 初级多孔层, 高级多孔层, 股骨距截骨面, 骨溶解, 消除其效应

Abstract:

BACKGROUND: For reducing the stress shielding, a lot of the schemes have adopted, and there is no great improvement although via the trial and the application for several ten years. It comes from a root which is the combination by thigh bone (abbreviation of the bone) and metallic handle (abbreviation of the handle) which causes the serious problems of absorption of bone quality, and this kind of stress shielding effect is produced by abnormal stress and abnormal strain, and affected by various factors, so there is no effective and applicable method to solve this problem.
OBJECTIVE: To select the primary porous layer scheme as the subject of the study and entirely change the appearance and inherent quality as the metallic handle that cannot transmit the stress is the key to eliminate the stress shielding; making the senior porous layer with the effective measure is the basis to eliminate stress shedding and can solve the disaster and partial inferior position aroused by the primary porous layer.
METHODS: The cobalt-chromium-molybdenum alloy small metallic spherules with equal diameter were used to manufacture the senior porous layer structure. The structural member employed in the thigh bone could separate the handle from the bone. This structural member welded on the plane of bone neck could fix the handle with calcar osteotomy surface. And these structural members had an ability to eliminate all the stress shieldings on the artificial hip joint surface.
RESULTS AND CONCLUSION: The senior porous layer was made with cobalt-chromium-molybdenum alloy small metallic spherules with the same diameter (1.00-1.29 mm), and the surface of the porous layer was plated with high property of medium layer alloy and arranged orderly and inseparable, and then connected with active diffusion welding technology. The diameter of all the holes was 155-200 μm and distributed evenly which was benefit for the bone unit to grew. The alloying of metal materials, ceramic of alloy surface and controlling of size and number of wear particles can solve the bone dissolution of the surrounding porous layer of bone, metal dissolution as well as its pure cobalt and chromium particle toxicity, cancerization and leukemia. A stipulation of theoretical basis was to eliminate the handle rigidity firstly that could made the separation of handle from the bone became the premise for eliminating the stress shielding. The calcar osteotomy surface grew into the pores of the structural member welded on plane of bone neck could fix the handle, and that was the basis for eliminating the stress shielding. The common roles can eliminate the stress shielding in thigh bone, and the stress shielding on acetabulum is easily to eliminate.

Key words: joint prosthesis, hip joint, femur, stress, mechanical

中图分类号:

R318

刘昌星，卢通成. 消除人工髋关节应力遮挡等问题的理论分析与研究[J]. 中国组织工程研究, 2013, 17(39): 6875-6880.

Liu Chang-xing, Lu Tong-cheng. Theory analysis and research on the dispelled stress shielding on artificial hip joint[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(39): 6875-6880.

图/表（结果） 1

4.1 相等直径(1.00-1.29 mm)金属小球应用的必然性初级多孔层改制成高级多孔层结构件后，可以直接消除髋臼窝上其效应，也可以间接消除股骨中两个其效应。相等直径金属小球的应用是消除其效应的核心技术。它能保证结构件外层中每个金属小球与它周围的金属小球有7-9个接头，是必须遵守的技术参数。

4.2 劣势必须消除劣势不能全部消除有危险性，即使其效应已经消除，也会因此而失效造成柄松动或髋臼杯脱落等破坏性的结果。其劣势共有4种：①孔隙中骨单元的溶解。②多孔层表面的金属溶解。③金属表面周围的骨溶解。④纯金属钴、铬微粒的毒性、癌变和白血病等。据理论分析，癌变和白血病是扎刺于人体某点的微粒毒性经长期不断反复作用的结果，消除其毒性可使病变减少很多。文献确定像钒、钴、铬等微粒中元素的毒性在合金中会变得很弱，解决的办法是合金成分均匀化^[7]；假体表面经陶瓷化处理后，能阻隔骨单元及其体液与金属接触反应；髋臼衬和股骨头的材料采用氧化铝粉末与专用的中间层合金粉末按比例均匀混合，经热等静压制成专用的“金属陶瓷”(它是由合金小颗粒将氧化铝小颗粒扩散焊接成成分均匀的一个整体)，不仅硬度高抗磨损，而且强度高不易破裂^[17]，并且其磨损颗粒与人体有良好的生物相容性；用数控桁磨抛光髋臼球头成高光洁度镜面，减少产生磨损微粒的大小和数量，这些措施都有利于劣势显著减少。

4.3 合金材料的选用 ①合金材料应具备固有的冶金特性：该合金应容易焊接，接头强度高，有韧性；硬度高耐磨损；抗腐蚀性好；有长期的使用寿命；刚度大，不易变形；为防接头脆性及电化学腐蚀，柄与金属小球应是同一种合金；在制成柄时没有冶金缺陷，柄就不会折断。②为消除其效应，用相等直径金属小球，制成高级多孔层结构件，本身不产生隐患。这些条件Co Cr Mo合金都能达到。

4.4 检讨股骨距截骨面固定柄的牢靠性阻止柄转动的原理是股骨距截骨面长入焊接在领平面上的高级多孔层孔隙中成为骨单元，它穿过其结构件的外表面层和里层的孔隙成为骨单元网，有结合力大的特性。在骨柄分离时，柄在导管中可自由滑动(骨单元长入领平面多孔层后不再滑动只有领对股骨距截骨面应力的变化)，此外，要求其扁圆环形网圈内表面上的全部金属小球与柄导管外表面完全接触，加强柄固定的牢靠性。

4.5 本文意义本文揭示几十年来为减轻股骨应力遮挡(骨吸收的原因)的努力并不成功的原因(骨吸收表现为骨质疏松、骨腔扩大和骨壁减薄等3种结果，引起股骨脆断，加重下次植入术的困难，或使假体提前松动，缩短其使用寿命，采用减轻的方法基本不解决问题)外，以一种改造成新型的刚性多孔层结构，能全面地根除应力遮挡，是应用改造后的齐全的应力遮挡理论为基础，并提出新的理论依据作指导，采用新工艺、新技术和新方法得到的结果。从多孔钽不能真正减轻问题到一下子根除问题在技术上是一个飞跃，时间上至少提前15年左右。显然，这对专业人员是一种鼓舞和启发，具有参考价值，甚至有指导意义。

(1)本文肯定骨柄不结合而能固定的做法是正确的，但能否成功？涉及到实行的技术措施有无理论依据，会不会产生相互否定的作用？若违背其中任意一个原则肯定是失败的结果。

(2)文中研究的是全面地解决骨质吸收的问题，包括3个部位：股骨、股骨距(截面骨)和髋臼窝等，是国内外首创，采用把原始PCA(Porous Coated Anatomic)多孔层改造为新型PCA特制的刚性结构。并为提高这种假体的使用寿命创造了第一个条件。

(3)文中简单地以5种有效的方法能抑制或消除金属磨损碎屑对人体的恶性作用。这是创造的第二个条件，与第一个条件一起作用，使制成的假体有长期的使用寿命变成现实。

(4)刚性的结构能成功的外部条件是：作者修正和完善了应力遮挡理论不齐全的结果。该理论中只有异常应力是不够的，从理论和临床实践上证实缺少异常应变的理论几乎无用。然而，该理论中增加了异常应变后，就能找到根除骨质吸收的理论依据。

(5)刚性的多孔层成功的内在原因是：虽然它产生的问题多而严重，但都是可以解决的，采用的是一些特殊的有效的方法。另外，该方法之间不会相互否定，能牢固地固定柄，使骨柄真正分离，且能为克服股骨距的骨质吸收准备了条件，达到恢复股骨原有的受力状态的目的，尤其能延长假体的使用寿命是有保证的。而弹性的多孔钽，因其容易变形，纤维状多孔钽细丝是裂纹源，本身引发了不少问题，这是不能成功的原因。

为了根除骨质吸收，应发挥众多的外专业人员的积极性，在制造更完善的人工假体上他们大有用武之地。其中包括从事金属的连接、离子镀膜、假体结构设计、制造等直径钴铬钼合金小球、热处理和机加工工艺等专业的技术骨干汇集在一起，采用最先进的技术，制成新型PCA特制的刚性结构是有成功的把握。

参考文献

[1]吕厚山.人工关节外科学[M].北京:科学出版社,1998:17-223.
[2]刘昌星,郭万林,李天文. 采用烧结工艺粘结多孔层植入体多孔层的误解[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(47): 9337-9340.
[3]Bobyn JD, Poggie RA, Krygier JJ,et al. Clinical validation of a structural porous tantalum biomaterial for adult reconstruction.J Bone Joint Surg Am. 2004;86-A Suppl 2: 123-129.
[4]刘建国.应力遮挡效应的概念及研究方法[J].医用生物力学,1992, 7(2):136.
[5]南京工学院力学教研组.材料力学上册[M].北京:人民教育出版社, 1961:25.
[6]杨桂通.医用生物力学[M].北京:科学出版社,1994:14-89.
[7]周勇刚,王岩,何登伟,等. 金属与金属相关节的人工髋关节的发展[J].当代医学,2001,7(11):68-70.
[8]邓键.钎焊[M]. 北京:机械工业出版社,1979:186.
[9][苏]H.Φ.卡扎柯夫著.何康生,孙国俊译.材料的扩散焊接[M]. 北京:国防工业出版社,1982:11-195.
[10]浦素云.金属植入材料及其腐蚀[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,1990:32-249.
[11]刘昌星,郭万林,李天文.连接工艺对多孔层植入体多孔层质量的影响和作用[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(51): 10141-10144.
[12][美]M.M.舍瓦尔兹.袁文钊等译.金属焊接手册[M]. 北京:国防工业出版社,1988:332.
[13]张奕琦,王凯.高温合金固态扩散焊用Ni-Be中间层合金[C]. 扬中:第九届全国钎焊与扩散焊技术交流会论文集,1996:409.
[14]刘昌星.扩散焊MRA-M246合金用中间层合金的研究[C].第七届全国焊接学术会议论文集，1993:1-55.
[15]郝应其,孙元,马艳秋.生物材料及人工关节[M]. 北京:北京航空材料研究院,1986:11.
[16]陈森林.简明数学辞典[M].武汉:湖北人民出版社,1983:291.
[17]杨勋烈.热等静压(HIP)[M]. 北京:冶金工业出版社,1983.

引言

材料方法

1 问题的提出 Propose the problems

1.1 从前的方案都没有减小其效应的能力据统计，目前有4种方法可以适当地减小其效应。第1种是减小柄的刚度；第2种是把钴铬钼合金的柄换成钛合金，有大幅度减小其效应的能力；第3种是文献为分析各种理论、材料和结构等因素产生其效应的结果，想从这些因素中找到可用的借鉴；第4种是减小骨柄的结合力或结合长度等。这些方法各自有局限性和片面性。第1种柄的刚度不宜减小太多，否则易折断；第2种钴铬钼合金柄不可以改换成钛合金，因为钛合金硬度偏低，球头易于磨损成微粒，易产生“黑水”对人体不利；第3种令其效应减小的因素很多其幅度很小，又不能集中在一个方案中；第4种减小骨柄结合力或结合长度，前者不能实现，后者效果差，总体没有实用价值。

1.2 优点多的材料会相互否定弹性多孔钽丝网叠层构件^[3]，它的优点有：钽丝表面氧化膜致密、有抗腐蚀性，对长入孔隙中的骨单元无溶解作用；因为是钽丝，不必用钎焊，并无掉粒、孔隙堵塞之说；骨长入结构件孔隙中两者的结合率高达100%；其弹性的作用有缓解骨柄刚度之差等。业内人士和骨科专家对这个方案给予高度评价，事实上这是误解。它的优点多，有相互矛盾相互否定的作用。虽然钽抗腐蚀性好，但制成结构件后，改变了它的一些特性，在交变体质量应力的作用下，骨柄反复不断挤压钽丝网并与骨单元产生相互锉动和摩擦，其表面的氧化膜容易脱落，裸露的纯金属钽在应力作用下会被磨损，钽丝与骨单元的空隙会增大，则柄势必松动，还有其他一些严重问题，总之这种方案的弊远远大于利。

1.3 设计新方案仍以骨柄结合为依据不会有进展在最近几十年中设计了许多种方案，皆以骨柄结合为依据，并没有本质性的借鉴之处。最有影响的方案莫过于弹性多孔钽丝网叠层构件，是技术发展的高峰，却被它的许多弊病所否定。设计者要做的不仅是消除其效应，而是消除所有的问题，这才是目的。

1.4 骨中缺少异常应变的作用难以骨重建文献在肯定异常应力是产生其效应的主因时，唯独没有异常应变的作用，不符合理论的原理^[4-5]。在研究柄刚度对其效应的作用时，理论早已发现减小柄的刚度有减轻其效应的效果^[1]，不是增大异常应力的原因，而是在骨中已有异常应变的基础上起了增大的结果。它不是柄传导应力产生的结果(数量上是相关的)，却是从领平面内侧经股骨距截骨面把内应力传向与之接触的股骨近端，同时产生异常应力和压缩、弯曲、扭转等异常应变，成为两种受力状态。文献在应力大小理论中认定^[6]，在力的作用下，骨产生一定的异常应变与理论容许应变有偏差，这种差异信息将刺激骨细胞的活动，导致骨重建^[6]。这是人骨中的普遍规律，骨中的异常应变有产生其效应的作用。

1.5 对初级多孔层的改造和利用人工髋关节植入后出现以应力遮挡效应为主的问题最严重。消除应力遮挡的方案是使股骨分离，且将股骨固定柄改为股骨距截骨面固定领而间接固定柄，从而实现股骨中应力遮挡的消除。将初级多孔层进行彻底地改造，制成高级多孔层，便有了能消除应力遮挡的有效方法。但是人们深知Co和Cr微粒的毒性不清除^[7]，影响对消除应力遮挡的信任。

2 问题的分析 Analyze the problems

2.1 减小应力遮挡很难实现为骨固定柄的目的，终究引起其效应很严重，只围绕骨柄结合的因素(方法)做些微小改动，改动的结果并不能减小其效应，极个别的方案触及到一点实质，能增加假体几年的使用寿命。事实证明，对骨固定柄的因素做轻微的改动没有减小应力遮挡的能力。

2.2 下列两种方案不应该再用 ①钛合金多孔丝网层须否定。钛合金表面氧化膜致密，与基体结合牢固不易清除，是连接的阻隔^[8]，丝网板由3层丝网薄片组成，经固态小压力扩散焊连接而成。层与层之间的接触点原本不多，接头强度不高，丝网板与柄是不同的金属，连接的接头是脆性的金属间化合物^[9]，在力的作用下，骨柄挤压丝网板，接头脆裂，必然会整体松脱。同时，丝网板与其孔隙中的骨单元摩擦，其表面上的氧化膜剥脱，出现纯钛合金被骨单元中的体液电化学腐蚀成微粒或磨损成微粒^[10]，再溶解骨单元，柄得不到支持而松动。②“杂交式”固定的折中方案不可再用。所谓“杂交式”固定系指采用骨水泥固定柄，其他的固定不变。而这两种方案的弊病都集中在一个假体上，无优势可言。采用骨水泥固定柄有大块骨溶解、后期柄无菌松动、骨水泥折断或碎裂等问题难以解决^[10]，才设计初级多孔层予以取代这种骨水泥，不料初级多孔层引起的问题更多更严重，反而被取代，这种以骨柄结合为依据的相互取代毫无意义。再这样走下去否定了初级多孔层，也就否定了高级多孔层。

2.3 几项重要的技术措施 ①初级多孔层有很高的利用价值，它经过彻底地改造成为高级多孔层消除其效应有独特的价值；骨长入高级多孔层的孔隙中，形成特殊的结合机制，结合力很大，只要柄不传导应力，就不产生其效应。②消除其效应从初始条件开始。不论初级多孔层引起问题有多少(主要为隐患)，应知晓它们产生的原因(低质量的结构材料和低水平的连接工艺等造成的)^[11]，都有解决的办法(制成高级多孔层结构件后隐患会自然消失)。这是由初级多孔层改造成高级多孔层过程的必然性。③高级多孔层孔隙的孔径应符合文献的规定，在150-200 μm之间^[1]，供骨单元长入，对应的金属小球直径为0.97-1.29 mm，按需要作有序紧密排列一层或二层。同一件多孔层结构件中只能使用同一规格相等直径的金属小球，以≥ø1.00 mm为宜。④高级多孔层扁圆环形网圈导管是供柄插入之用，要求其网圈里层全部的金属小球与导管外表面完全接触，焊后每个金属小球有7-9个接头相互牵扯阻挡，接头强度高，不会产生破裂或掉粒的问题。

2.4 几种先进技术的作用欲要消除其效应，须采用如下的先进技术：①采用相等直径的钴铬钼合金小球取代低质量的结构材料。②设计专门制造这种相等直径Co Cr Mo合金小球的设备。③由活性扩散焊工艺^[12]，代替一般钎焊工艺。④采用离子镀膜技术^[13]，镀层不改变合金的成分。⑤在相等直径的合金小球表面镀以高性能的中间层合金^[14]，以提高接头强度。⑥陶瓷化处理是为防止金属件表面腐蚀成微粒，阻隔骨组织与假体表面接触，避免骨单元溶解。

3 问题的解决 Solve the problems

3.1 消除其效应的总体分析 ①消除其效应为必然的最后阶段。20多年前研制的多孔钽丝网叠层构件，有不少优点，虽然作了很多改进、解决了不少问题，但在减小其效应上毫无建树，还不如40多年前采用的羟基磷灰石涂层固定柄这个最简单的方案，其效应略显轻些。所以，再做多少改进研究，或许假体的使用寿命会增加三、五年，达到20年左右已是极限值。要求有40年以上的应用期，是实施新方案才能完成的任务。②消除其效应的技术保障。可以肯定的是一旦实施新方案，不仅假体引起其效应得以全部消除，而且假体结构件产生金属微粒引起的某些问题也随之减轻或消失。理论根据存在骨结构重建和受力的关系式中^[7]，但因受柄刚度的作用而改变其过程，加重其效应。为研究和恢复骨重建的规律，须要直接显示异常应力与异常应变的关系曲线，除去柄刚度对骨的作用是必要的，是第一个先决条件，可以实现骨柄分离，柄不再传导应力。第二个先决条件是在骨的新位置上采用独创的方法间接固定柄，是成功地消除其效应的技术保证。③骨固定柄的方法可使柄不转动外，再无其他有益用途。要达到柄不再传导应力的目的，骨柄完全分离是惟一的途径。

3.2 消除其效应初级多孔层有重要贡献 ①初级多孔层虽有问题(以缺陷为主)，但也起到了基石的作用。1985年北京四大医院交给作者们研制初级多孔层固定柄的任务，纵观各国初级多孔层总体质量差异不大，表现在都有隐患问题，最终致使国外已决定局部否定它在柄上的应用。经过详尽分析，根据它形成的原理，抓住其效应的本质后，作者们决定解决它所存在的缺陷(多孔层粒度大小不一)，开始钴铬钼相等直径金属小球的工艺研究，并为后续工作作了许多准备，若制成高级多孔层后可使隐患问题自动消失，消除其效应有了物质基础。②初级多孔层的属性是使骨柄结合力大，但这并不是坏事，也不可怕，为消除其效应这种结合力尚嫌不够。它可让结构、形状、尺寸等按需要变化，使骨与其新结构件的结合力大到能消除其效应。目前，世界各国初级多孔层都是低级的水平，皆有隐患，而将它改造成高级多孔层新结构件后就有了新的价值，确保骨柄完全分离，另行固定柄的实现。其结合机制的特性所述如下：它由该多孔层中焊接的最小单位——相邻3个金属小球形成的是球心面的两旁各有一个小巨型孔与球心面上微型孔串联组成，骨单元长入孔隙中被牢牢卡紧在两头。若由一层或两层相等直径金属小球制成的该多孔层，骨单元长入孔隙中形成外层和里层的结合机制，这种机制使骨单元与高级多孔层的孔隙中形成镶嵌、自锁和封闭等物理钳制作用，其结合力远比初级多孔层与骨外层整体结合力大许多倍。③消除其效应的验证。使用初级多孔层的初衷是为减小柄传导的应力，但该应力却不能减小，正是产生其效应的根源，惟一的出路是采用消除其效应的新方法，即阻止柄传导应力，采用两个先决条件对消除其效应有特效。在过去的课题试验和研究中，对消除其效应做了充分的准备，为证明结构件的制造细节和内容都是正确、合理、可行的，作者于2006年初把设计的简图(示意图)和文件交由江苏大学附属医学院骨科主任沈铁成教授审阅，他组织了江苏大学、镇江市科技局和解放军359医院等领导和教授们审议论文并作答辩，在会议纪要中得到了肯定，并给予高度评价。

3.3 骨柄分离的方法为除去柄刚度对骨的作用，首先要使骨柄完全分离，以阻止柄传导应力。骨柄分离成功的关键是柄插入高级多孔层结构件的扁圆环形网圈导管中，有一定的精度配合，植入术后骨单元在其网圈的孔隙中长成，而柄可上下滑动且不转动、不摆动即达到目的，为使骨传导正常应力，已创造了根本条件。

3.4 股骨距截骨面固定柄的方法股骨距截骨面固定柄是正确的方法。但事实上股骨距截骨面很难长入领平面上高级多孔层的孔隙中。由植入术的文献可知，股骨距吸收率高，成功率低^[1]，预示要想结合成功还需另想办法。从文献中可知，人工骨转化成自然骨需要一个简易的条件，就是让它们紧密接触^[15]。其简单的转化机制是用羟基磷灰石和磷酸三钙两种细粉末均匀混合，制成膏填入多孔层的孔隙中成为人工骨，与骨直接紧密接触，开始转化过程。这种混合材料有个特性，骨不能直接吸收，须由人骨分泌的酶降解，经成分融合、均匀排列，呈现初步人骨结构，再经扩散和调节成自然骨，向前推进，逐渐转化直到完毕，股骨距截骨面将柄间接牢牢固定。当然也可以选用其他的转化材料。

3.5 股骨中两个其效应的消除当柄与骨完全分离时，柄不再传导应力，同时，股骨距截骨面长入领平面内形成结合，它们的共同作用，使骨传导正常应力得以实现。那么，股骨近端和股骨距截骨面两个部位中其效应也就消除了。应该强调的是在人工球头上体质量内应力的作用下，股骨距截骨面外侧承受正拉应力，其内侧承受正压应力，都是正常应力，只有这样，股骨近端才能恢复原先的受力状态。

3.6 髋臼窝上其效应的消除髋臼窝上其效应产生于髋臼杯外径(50-60 mm)，是整个受力面积上应力太小引起的。这个应力的大小随髋臼窝与髋臼杯连接面积改变而改变，消除其效应的具体技术方案是减小两者连接面积，以增大该面积上应力，达到正常应力的水平。有效的方法是尽可能减小髋臼窝与金属髋臼杯结合面积等于人骨球头外表面积的一半^[16]。其结合面积在垂直于髋臼杯承受应力的轴线外表面上一个球冠面积，焊接上高级多孔层结构件，让髋臼窝骨单元长成在其孔隙中，能牢靠地固定髋臼杯，于是其效应也就消除了。该多孔层外侧能承受正拉应力的总和比一个螺钉固定承受的正拉应力要大许多倍，髋臼杯的底部有专门零部件阻止它的摆动，受力的作用不会挤压松质骨形成空隙而松动，髋臼杯长期应用自然不会脱落。