莫氏锥度150年：从1864年的斯蒂芬·莫尔斯到髋置换模块化相关并发症
这一切缘于斯蒂芬·莫尔斯在1864年发明麻花钻时研究的一种新型钻孔方法。机床操作员必须能够快速方便地安装或拆卸刀头。例如，车床的主轴箱中有一个旋转主轴，人们可能希望在主轴箱上安装一个直驱或夹头；另一个例子是钻床，操作员可能希望直接或通过使用钻夹头将钻头安装到钻床上。机床锥度使用带有逐渐变细刀柄的刀头（或刀架）和匹配的中空主轴，这是一种简单、低成本、高重复性和多功能的刀具安装系统。
对于轻负载（如车床尾架），刀具只需滑入主轴即可；主轴对工件的压力将锥形柄紧紧地推入内锥孔中。界面为整个表面区域的摩擦力提供大量扭矩传递，因此不需要锁扣。锥形过盈配合通常用于工程实践中，如莫尔斯锥度，用来啮合车床钻头。
1864年，斯蒂芬·莫尔斯凭借一项新专利和3万英镑的股东投资在马萨诸塞州新贝德福德成立了莫尔斯麻花钻机器公司。当他认识到需要一种方法来驱动他的麻花钻时，莫尔斯创造了锥柄系列。他制作了两套主测厚仪；其中一份被送往华盛顿特区标准局，最终被列为国家标准，另一个则留在莫尔斯公司。
1868年，摩尔斯因与董事会的分歧而辞职。1877年在费城的百年展上第一次展示了莫尔斯工具。莫尔斯的产品在质量上赢得了国际声誉，并销往美国、英国、俄罗斯和德国。19世纪后半叶，该公司开始了一种收购模式，带来了巨大的利益。莫尔斯接管了新泽西州纽瓦克的曼哈顿火器公司和康涅狄格州丹伯里的美国标准工具公司，还获得了康涅狄格州梅里丹工具公司（Meridan Tool Company，Meridan）的沙滩卡盘专利和斯科菲尔德专利研磨线，这些都确保了钻头研磨的准确性。1874年，莫尔斯购买了康涅狄格州布里奇波特的纽约攻丝模具公司的机械、专利和股票。1897年，莫尔斯收购了T & B工具公司。 T & B 机器用于制造等角麻花钻，由前莫尔斯员工设计，由普拉特和惠特尼制造。
进入20世纪，莫尔斯开发了一种用于制造钻头的磨床。直到第一次世界大战开始，该公司一直在销售一系列普通和通用研磨机。战争期间，商业持续增长，莫尔斯的产量在二战期间增加到正常产量的四到五倍，为战争做出了贡献。自二战以来，莫尔斯在包括海湾和西部在内的多家公司的所有权下运营。目前的所有者是一群美国投资者，他们从一家苏格兰制造企业手中收购了该公司，并致力于维护莫尔斯公司在高品质、美国制造的刀具方面的声誉。今天，莫尔斯公司为法国市场服务的各种刀具的存货超过25000件。想象力、技术创新和对质量的坚持是莫尔斯每一款产品的基础。
40年前，当陶瓷头被引入髋关节手术时，莫尔斯的想法从金属切削工具的设计和制造跃升到整形外科手术。
在将陶瓷引入髋关节置换术之前，股骨头和股骨柄是一体式的。在法国西南部波城工作的 Boutin植入了Ceraver制造的第一个陶瓷-陶瓷髋关节。他发现陶瓷对陶瓷的磨损问题与机械性能无关，陶瓷头难以固定在金属部件上导致股骨头存在碎裂的风险。起初是用胶水将氧化铝陶瓷头固定在金属上，然后拧在阀杆上。这导致头部与阀杆分离，并常伴有碎裂。
球头固定这一问题在1974年基本上得到了解决，当时Mittelmeier教授采用了莫尔斯锥度与制造商Ceramtec合作的陶瓷头，使得股骨头破碎率大幅降低。1977年，制造商Ceraver和Daniel Blanquaert也采用了莫尔斯锥，将氧化铝固定在金属上。骨科行业现在已经将这些锥度用于金属头，通用名称为莫氏锥度，作为在手术台上可靠地连接模块化组件的方法。它们现在用于股骨和髋臼部件设计、肱骨头部件设计等。
Mittelmeier Ceraver
莫尔斯锥度在骨科行业没有标准化，它们因公司而异。因此，锥柄（公锥）和内锥孔（母锥）可能看起来是兼容的，但也可能是完全不兼容的。在进行安装过程中，使用这些锥度必须格外小心，以确保不同制造商的产品不会混合。
拔出力和插入力以及构件中的应力分布，取决于锥度角、接触长度、构件的内径和外径、插入深度、材料特性和摩擦系数以及股骨头的大小和质量。
临床经常提出的一个问题是，什么是莫尔斯锥度以及它能否在部件之间提供稳定的连接。一个莫尔斯锥度是由锥度表面相对于部件纵轴的角度以及公锥和母锥之间的匹配角度定义的。
商用关节置换术中存在一系列不同的莫尔斯锥角、部件公差、尺寸以及表面光洁度差别。手术时（制造商规定）组合或更换部件用来优化长度、偏移、直径、形状和材料，这是模块化系统的一个重要机会，同时也能保持合理库存。但是，除特殊情况外，禁止在不同设备之间或不同制造商之间交换莫尔斯锥度部件。
骨科医生应了解现有的设计参数，包括锥度区的直径、长度、锥度、表面光洁度、接触面积和相对角度，以了解各种设备的限制。这对于避免松动、意外拆卸或断裂等现象是必要的。其他并发症如微动介导也有报道。微动和微动腐蚀现象被认为是最关键的，因为制造公差以及设计和临床条件的变化在功能期间引入了更大幅度的界面微动。
骨科手术中引入的莫尔斯锥也有一些不利的方面。首先，莫尔斯锥度的尺寸没有标准化，不同公司的锥度各不相同。因此，A公司制造的公锥不得与B公司制造的母锥混合。它们可能看起来完全相同，但它们不是由此类部件组装而成的全髋关节系统，因此分离的风险很大。
其次，莫尔斯锥度连接两种不同的材料。因此，莫尔斯锥度可能存在微动和腐蚀问题。为避免此类问题，外科医生必须确保接合面清洁干燥，然后再轻敲接合面。有些锥形设计在潮湿时几乎没有联锁。
第三，连接陶瓷股骨头和股骨干的莫尔斯锥在陶瓷材料内产生应力。如果这些所谓的环向应力超过一定水平，就会导致陶瓷股骨头的灾难性碎裂。当两个不同制造商的产品耦合在一起时，就会发生这种情况。因此，保持陶瓷头与同一制造商制造的匹配股骨柄连接尤为重要。但也有报道，在翻修手术中，外科医生在另一（旧）制造商生产的旧股骨干组件上使用了新制造商生产的新陶瓷头。这通常是过去陶瓷头碎裂的原因。
模块化组件显著增加了外科医生的装备，但也增加了不匹配和机械故障的可能性。模块化组件的使用大大增加了全髋关节置换术中的灵活性，但也带来了界面失效和术中匹配错误的风险。由于外伤，模块化股骨头可能会分离。当计划对模块化髋关节进行翻修时，重要的是在操作前确定制造商和原始髋关节的头部尺寸。头部可能已经损坏或需要改变长度。莫尔斯锥度的规格因不同制造商而异，因此新部件必须来自同一制造商，并且具有适当的头部直径，并允许更改颈部长度。
手术失误是另一类并发症。大多数模块化系统会提供三四个能匹配内衬的股骨头。尽管模块化使得不匹配的可能性更大，但它也使得在不干扰固定良好的组件的情况下更容易进行纠正。外科医生意识到了这个潜在的陷阱，并在植入前仔细检查所有组件的大小是很重要的。
我们对与模块化相关的并发症发生率的粗略估计是基于贡献病例的外科医生进行关节成形术的估计数量，该数量较低，为 0.1~0.2%。然而，事实上，我们在五年内收集了20个此类并发症，这使我们相信，问题的严重程度尚未得到充分认识。仔细注意细节可以避免操作错误，但避免机械故障需要改进制造。
审校：陈献韬
参考文献：
[1] Boutin P (1971) Alumina and its use in surgery of the hip. (Experimental study). Presse Med 79(14):639–640
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