人工关节置换术是骨科医学领域的最重要进展之一，人工关节的使用能够帮助晚期关节严重破坏、股骨头坏死、高龄股骨颈骨折等患者恢复运动功能，达到如同正常人一样行走的效果（图1）。然而，人工关节存在一定的磨损，这些磨损会造成人工关节的提早失效，实验室建立了模拟关节运动的体外磨损实验机，根据ISO国际标准对人工关节进行长达500~1000万次的步态模拟，从而预测人工关节在长期使用中的磨损情况。

图1 人工关节示例

在整个测试中人工关节磨损经历多个不同阶段，以髋关节磨损为例，可观察到塑料髋臼表面由粗糙到高抛光形貌（图2），但髋、膝关节样品表面的具体磨损形貌、样品磨损后的粗糙度等磨损参数却不得而知。这给关节表面磨损情况的分析带来了巨大困难 ，实验室使用共聚焦显微镜出色地解决了样品微观形貌分析过程中存在的困难。

图2 髋臼内衬宏观形貌

髋臼内衬在磨损测试各阶段的具体微观形貌如图3所示。实验室在使用了LEICA DCM共聚焦显微镜之后，由于高精度的三维成像分析，实验结果更具专业性以及准确性，能够准确分析髋关节内衬和球头在磨损测试各阶段的表面形貌、粗糙度，是人工关节磨损测试与表征中的一大助力。

图3 500万次磨损各阶段髋臼内衬磨损形貌

图4 金属涂层的宏观形貌

图5 LEICA DCM8共聚焦显微镜观测下的金属涂层三维形貌

对所选取测量范围图像的采集与分析，拟合出的涂层表面各项参数如图6所示。

图6 LEICA DCM8共聚焦显微镜系统的表面拟合参数

金属涂层切面形貌如图7所示。

图7 金属涂层切面形貌

利用该项技术，实验室对国内外知名骨科企业所用的涂层进行了大量的评测，形成了一套有效的涂层分析与测量方法。