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巴黎牙医J.波特·迈克尔斯（J. Porter Michaels）加快了假体的设计和制作过程（佩昂早先已经切除了部分感染的肱骨）。关节柄由铂金属材质的圆柱体制成，上面有两个凸起和几个孔，用于固定骨膜和肌肉。远端设有螺孔，用于连接骨桩。上端由橡胶球制成，橡胶球事先在石蜡中煮沸24小时，已经硬化。球体表面互相垂直的两道大圆周上设有凹槽，每个凹槽包含一圈金属环，一个连接在关节盂上，另一个固定在关节柄近端。他们相信这一假体可以为患者提供足够的力量，并使其活动自如。[6]
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这场起初看上去大获全胜的手术，在一年之后出现了问题。第一个迹象是患者肘部出现了红肿和排脓，必须通过手术来缓解症状。进行了三次清创之后，感染似乎得到了控制。根据这样的病例表现，现代外科医生会推断这位巴黎面包师与格鲁克患者的经历不同，并没有出现术后经由皮肤传播的感染（如葡萄球菌感染），即首次手术后几天内并没有出现关节化脓。他的情况是植入的人工关节周围结核菌感染复发。由于没有抗生素可以控制局部复发，植入手术注定会以失败告终。
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术后两年，患者手臂周围出现了脓性窦道。再多的抗生素也不能够逆转人工关节的慢性化脓性感染，即使在今天也是如此，只有移除植入物才能缓解病痛。在移除铂金和橡胶材质的人工关节之前，佩昂医生还做了一件非常重要的事：他拍了一张X射线照片 。1895年，伦琴在德国维尔茨堡工作时发现了电磁射线具有发光的能力。在世界上首例关节置换的X光片中，佩昂拍到的影像显示“假体周围有一个长而坚硬的骨质外壳”。[7] 120年前在巴黎被移除的这个人工关节并没有被丢进垃圾堆，而是被当成今天世界上数百万种人体植入物的鼻祖，在华盛顿的史密森学会博物馆等待人们的参观。
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外科医生们就像看到了“不要践踏我”[8] 的旗帜一样，一考虑到植入手术，他们就会为人工关节可能在任何部位造成慢性感染而担惊受怕。佩昂移除了铂金和橡胶材质的人工关节之后的几十年里，唯一使用过的植入物就是偶尔在骨折患者身上嵌入的金属板和螺丝钉，尽管科学家们尚未确定哪种合金最适合人类。在20世纪初期，外科医生们意识到关节炎对人体的损害，尤其是对髋部和膝部的伤害。随着生活条件的改善和人们对新鲜空气的重视，结核病发病率呈下降趋势，而X射线检查使医生可以亲眼看到关节，这在以前是办不到的。
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人体的关节具有几点共同特征：它们至少有两块连接骨，都有一个关节囊，如同一张包裹着润滑液的薄膜，都有将关节固定在一起的稳固性韧带，还有最为神奇的关节软骨。软骨像一块软垫，为运动提供了一个平滑的表面，假如软骨健康，人们运动起来就不会感到疼痛。关节软骨是世界上最滑溜的材料，不过，随着年龄的增长，它开始失去这种惊人的性能。如果医生告诉某个人说他患有关节炎，那意味着他的软骨出现了毛病，有些属于“磨损”性退化，有些是因为自体免疫过程，即免疫系统攻击并破坏了关节软骨，如类风湿性关节炎就是这样得上的。不论哪种情况，一旦软骨遭到磨损或破坏，关节炎就会导致疼痛、僵硬、进行性运动功能丧失，骨骼末端形成骨性突出物，松散的软骨体在关节中浮动，还会经常发生关节变形。1895年以前，医生只能通过直接观察来检查病人，但X射线检查将关节炎呈现在医学工作者的面前，这使他们不仅思考如何治疗结核病感染，而且也开始考虑如何通过手术来治疗关节炎。
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马里乌斯·史密斯-彼得森（1886—1953年）将自己的整个职业生涯都奉献在了波士顿麻省总医院的手术台上，直至67岁去世。史密斯-彼得森医生是挪威人，在威斯康星州读完高中和大学之后，进入哈佛大学完成了医学院的学习和骨科住院医师培训。他以一心一意的工作态度、强大的个人魅力以及手术方面的过人天分而在业内闻名，[9] 他对医学的最大贡献在于对髋关节的研究。他还是一名骨科住院医师时，就研究出一种新颖的髋部手术方法，这种方法在世界范围内使用了几十年。史密斯-彼得森医生对自己当住院医师时所学到的股骨颈髋部骨折基本治疗方法的不良预后感到不满，于是他发明出髋部三刃钉，极大地改善了数百万患者的生活质量，该技术在稍加改进后沿用至今。查尔斯·尼尔医生的首篇论文中评估的就是这个装置。
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史密斯-彼得森医生最重要的成就是找到了一种后来被淘汰的植入物，向关节炎这一人类劲敌宣战。
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一旦医生能够在X射线照片上看到髋关节炎，问题就变成哪种情况造成了更严重的后果。是从股骨头和髋臼处像珊瑚般伸出来的骨刺，还是关节软骨表层缺失导致的骨与骨之间的直接接触与摩擦？外科医生推断，周围的骨刺可能是罪魁祸首。这并不奇怪，因为当时生物力学研究尚未开展。生物力学这个至关重要的领域将告诉我们，健康的软骨光滑得惊人。医生对髋关节周围的骨质突出物发起了进攻，希望可以改善髋关节性能，就好像人们打开汽车引擎盖后，用橡胶清洗剂清洁皮带和管子，期望发动机能够更好地运转。20世纪20年代，外科医生开始围绕髋部做大切口，深入探查髋臼周围的肌肉组织，用锤子、凿子和大号尖嘴钳挖除埋住发炎髋关节的外壳。尽管这种治疗改善了部分患者的髋部运动范围，在一定程度上缓解了疼痛，但是它无法说服像史密斯-彼得森这样的医生。一小组外科医生调整了手术流程，在手术过程中，为股骨头添加一个临时的生物性覆盖层。外科医生从大腿侧面采集一块阔筋膜，把它当成一个临时的光滑表面，固定在失去关节软骨的地方，他们徒劳地希望人体可以接受这一肌腱组织，并再造一个新的光滑关节面。但那些留心观察手术结果的医生很快就意识到，软骨远比他们之前想象的特别。
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尽管史密斯-彼得森没准备完全放弃20世纪20年代新兴的关节成形术，即围绕发炎的关节塑骨，但是一次偶然的观察让他产生了人体能够形成新组织的想法。1923年，这位哈佛的外科医生接诊时遇到一位年轻患者，主诉是背部大面积疼痛。史密斯-彼得森将患者带到手术室，在他的疤痕组织中发现了一块玻璃。后来，他回忆道：“……取出了一块玻璃，这块玻璃在组织里已经有一年之久，周围的疤痕组织极少，垫着一个闪闪发亮的滑囊，其中含有几滴清澈的黄色液体。这种对惰性异物的良性反应引发了我的思考：关节成形术中或许可以用到这样一种修复手段。这一初步想法日益发展成熟，并形成了‘铸模’的构想。在股骨头和髋臼新形成的表面之间插入一个由惰性材料制成的铸模，这样可以引导自然修复，以消除种种缺陷。修复完成后，再将铸模移除，留下顺滑协调的表面以符合身体的运动功能。”[10] 也就是说，史密斯-彼得森设想出一种手术：将玻璃柱体的球面一端放置在新形成的股骨头上，人体对此做出反应，会长出新的纤维组织，理想状态下它会像股骨头的透明软骨一样，这样就能提供新的顺滑表面。玻璃铸模起到培养组织的作用。患者在术后15~25个月后，会回来再进行第二次手术，这一次只是将铸模移除。
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十年间，科学家们尝试用玻璃、黏性胶体（一种赛璐珞）、贝克莱特酚醛树脂（Bakelite）和派来克斯（Pyrex）玻璃制成臼杯，进行反复测试。从1923年开始，各种材料的测试取得了不同程度的成功。有时也会发生玻璃破损、人体对黏性胶体有异常反应和感染的情况。相对来说，派来克斯玻璃要稳定得多而且不易破损，病人的股骨头上也确实长出了软骨般的结构。在第一个臼杯或者说铸模关节成形术出现的15年之后，玻璃和聚合物的坚固耐用程度已经明显不适合这项手术的发展了（见彩插11.3左图和右图）。
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史密斯-彼得森意识到铸模关节成形术的这些初步尝试无法担此重任，他与自己的波士顿牙医约翰·库克讨论了失败的情况，库克建议他采用钴铬钼合金（Vitallium），这是一种颇受牙医青睐的新型合金。莱纳·埃德勒和查尔斯·普兰奇两位医生创建了奥氏实验室（Austenal Laboratories），专门运用新兴的合金材料铸造牙模。从青铜时代开始，人类就尝试将各种基本金属元素（例如铜、锡、铁和锌）组合在一起，随着铬、钴、钼等稀有元素的发现，“不锈”钢材成为可能。
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我们常常见到工厂钢架或桥梁生锈，这是由于水的存在，周围空气中的氧气与钢材中的铁相结合，发生了氧化，经过一系列的氧化还原反应形成氧化铁。令人惊讶的是，同样的反应过程可以在人体中 发生，人体中显然含有氧气和水，所以普通的钢植入物进入人体将带来灾难性的失败。分辨哪种金属可以在人体内应用在20世纪属于冶金学家的工作，他们对各种元素进行反复试验，并根据性能、硬度以及成本方面的表现，确定适用的合金。但是，一位来自圣安东尼奥的外科医生，为史密斯-彼得森、尼尔以及后来的每一位追随他们的外科医生解开了合金的秘密。
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放射影像的出现使骨折的护理得到了极大的改善，外科医生可以真正地看到每一块骨骼的骨折情况，然后将其分类。最终创伤医生知道哪些骨折打上熟石膏就能痊愈，哪些需要手术干预。最初的螺丝钉和金属板（带有螺孔的长而薄的金属片）由纯金属如铝、银、金和锡制成，但事实证明，这些材质还是太软，不足以支撑愈合后的骨骼。铁要坚固得多，但是会与周围组织发生化学反应，所以并不可行。合乎逻辑的下一步是尝试铬电镀钢板，即镀锌的钢材，以期最大限度地减少腐蚀。但不幸的是，在螺纹与金属板啮合的地方，镀铬被磨损掉了，暴露在外的钢板就会受到腐蚀。
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因此，唯一能被人体接受的骨科植入物必须是一种彻头彻尾的合金，但是人们还从未进行过这方面的生物学测试。在圣安东尼奥，弗吉尼亚州长大的查尔斯·维纳布尔（Charles Venable）医生与两位骨科搭档花了数年时间，专门在狗的前肢骨骼上测试螺丝钉，对骨骼及周围组织进行X射线检查和显微镜分析。他们对24条狗进行了实验，在狗的前肢骨骼上近距离打上一系列的金属螺丝钉。他们知道每种金属都有自己的“电动势”（EMF），即描述一种金属与其他金属电势关系的数学表达。电动势差异较大的金属制成的螺丝钉近距离放在一起，可以生成一种电势，继而在两个螺丝钉之间产生电蚀作用。在所有被测试的金属和合金中，骨骼及其周边组织对一种合金的耐受性最好，那就是钴铬钼合金。[11] 不同于其他不锈钢合金，钴铬钼合金不含铁，只有钴（65%）、铬（30%）、钼（5%）以及微量的锰和硅。这种合金所表现出的电解反应最弱，愈合结果最佳。
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在文章的结尾部分，维纳布尔与他的共同作者陈述道：“……我们建议骨科使用一种类似于钴铬钼合金的材料……”（如果其中的铬最终没有对人体产生毒性的话）。这次可以说是大局已定。几年来，奥氏实验室一直提倡牙医使用钴铬钼合金，但维纳布尔的文章第一次在外科期刊中提到这种合金。在维纳布尔医生亲自向他担保这种合金“完全合适”之后，史密斯-彼得森医生立即着手制作钴铬钼合金模具，并经过反复试验，在1938年6月植入了第一个模具（见彩插11.3右图）。仅10个月后，他发表了自己最重要的一篇文章。[12] 他已经知道铸模关节成形术的原理是一项重大创新，但突破点在于钴铬钼合金这种材料。既然现在已经找到了一种具有优良弹性又经久耐用的植入物，那么他就可以在文章中探讨一种值得关注的可能性了。“现在的问题是，我是否应该抛弃原本的铸模原理。如果钴铬钼合金是一种惰性材料，即使将它插入两个移动的表面之间，也不发生反应，那么或许就不需要第二阶段移除铸模的手术。”[13] 史密斯-彼得森猜测，新的“再造表面”手术也许足以解决问题，不过只有时间能够证明其结论。正如科幻小说家儒勒·凡尔纳所说：“科学是由错误组成的，但这些错误是有用的，因为它们会指引我们一步一步地走向真理。”
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现在回想起来，从覆盖股骨头的活动性臼杯，到金属材质的替代性股骨头，这种理念的飞跃似乎是顺理成章的。当时的外科医生经常处理股骨头粉碎性骨折，习惯了以麻木的情感告知患者，他们要接受在柳条轮椅上度过余生的宿命。在第二次世界大战前后，有进取精神的骨科执业医生认为可以用金属股骨头完全替代坏死和塌陷的股骨近端，第一位将这个想法付诸实践的医生是巴尔的摩约翰斯·霍普金斯医院的哈罗德·博尔曼（Harold Bohlman）。他饶有兴味地阅读了维纳布尔和史密斯-彼得森的文章，在钴铬钼合金铸模关节成形术的论文发表仅仅几个月后，他在一根金属柄上安装了一个钴铬钼合金材质的球体，仿佛制作了一个夹心棒棒糖。
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此后的一年里，世界各地的外科医生都竞相设计与博尔曼所制作的股骨头替代物相似的假体，通常都使用金属材质，但偶尔也使用丙烯酸等新型聚合物。然而，外科医生们逐渐看到安装的金属球体松动下沉，彻底失败，最初的热忱不出几年就消失了。曾经的残疾患者本来通过植入钴铬钼合金股骨头暂时缓解了髋部疼痛并解决了残疾问题，可是现在他们再次变成了残疾人。第二次世界大战接近尾声时，改良合金材料面世仅有几年时间，另一项使外科医生们备受鼓舞的惊人变化发生了，即青霉素的发现及其生产方式的改进。虽然手术器械和植入物的蒸汽灭菌（发明于19世纪80年代）已经降低了感染的风险，但是抗生素的出现改变了医学世界的每一个角落，也再次激励了人们为解决髋关节病变深入地探寻答案。外科先驱们开始思考，如果铸模和小巧的人工股骨头感染已经不再是问题，那么从长期效果来说，大型假体是不是更好的选择。
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科学技术发展的讽刺之处在于，世界上许多的伟大创新都是由一些个体在偏远落后之地灵光一现而促成的。这世上每出现一个来自萨尔茨堡的莫扎特，就会有一个来自明尼苏达州希宾的鲍勃·迪伦。在外科学领域，这样一种开拓性的突破来自俄克拉何马市和南卡罗来纳州哥伦比亚等地的小人物。
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美国骨科医师学会（AAOS）是世界上最大的重要骨科机构。在学会成立的前15年中，其全国总部都会在芝加哥召开一年一度的会议。但是，在1950年，数以千计的外科医生参加了学会在纽约市华尔道夫酒店举办的会议。在参会者中，有一名来自俄克拉何马市的外科医生带着一名65岁的女性患者。厄尔·麦克布莱德医生是来展示一款新型髋关节植入物的，它与以往的所有设计都不同，将钴铬钼合金材质的股骨头安置在一根长长的金属柄顶端，这根金属柄向下置入中空的股骨髓腔。他很不寻常地把第一位接受这种关节置换的患者带在身旁，这在今天十分罕见，但19世纪的医生确实会带着他们的患者会见同事，以展示罕见疾病或者特殊成果。我们不难推测，麦克布莱德医生带着自己的患者一路从俄克拉何马市来到纽约，是因为他想让外科医生们亲眼看到她的预后有多出色。
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不到两年后，他在《骨与关节外科杂志》（Journal of Boneand Joint Surgery ）[14] 上发表的文章中详述了“门把式”假体的运用，这是一种将植入物插入股骨髓腔的关节置换术。自格鲁克医生于1890年将象牙植入物填入长长的骨髓腔以来，这还是首次将假体植入髓腔，当然这一次麦克布莱德使用的是钴铬钼合金。他写道：
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尽管她运动无碍，没有疼痛，不需要借助任何支撑物就可以在［纽约的］街道上行走，但还是有很多人各持己见，认为这“根本行不通，金属过多，髋臼无法承重，压力会造成坏死，会出现松动”。[15]
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在这篇1952年发表的文章中，所有的22名患者都恢复良好，其中包括陪同他去纽约的那位患者，他们没有发生感染和脱位。那些唱反调的人都错了。虽然麦克布莱德的螺纹柄禁不住时间的考验，但是，1950年2月会议之后的短短几个月间，髋部和肩部的柄状植入物大量出现，这便是他的发明创新所带来的影响。直到20世纪70年代，美国食品和药品监督管理局才设立了医疗器械部门（Bureau of Medical Devices）来监管此类事物。此前，所有医疗器械发明都是自由自在的，任何外科医生或工程师都可以想象、设计、制作装置并将它们植入人体，基本上不受任何限制。虽然这并不总是对患者有利的，但是，美国以及世界其他地区无限制的大环境与技术的飞速发展、抗菌药物的进步相结合，为植入物的兴起奠定了基础。
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塞米斯托克利斯·格鲁克准备在1890年的柏林国际外科学大会上做报告，因此与医疗器械制造商和一流的家具工匠合作，一起在人体骨骼模型上安装了象牙材质的肩、肘、腕、膝和踝替代物。我们可以想象，将人体骨骼与手工制作的象牙替换关节组装在一起有多么费时费力。但是，德国外科同行担心他的研究使德国科学界声誉蒙羞，拒绝了格鲁克的展示。这副模型后来以“巴黎骨架”（Skeleton of Paris）之名为人所知。[16] “巴黎骨架”在欧洲各地展览了数十年，在第二次世界大战后归苏联所有。简而言之，科学怪人弗兰肯斯坦所造的怪物，已经从幻想中的恐怖生物变为一副骨骼与象牙混合制成的人体骨架。
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二战结束的几十年后，在一部1973年首播的电视剧中，名为史蒂夫·奥斯汀的美国宇航员在一次失败的飞行实验中受了重伤，勉强活了下来。这就是《无敌金刚》（The Six Million Dollar Man ）的故事。剧中的行事神秘的政府特工奥斯卡·高德曼以普罗米修斯般的造物主口气说道：“先生们，我们可以重新组装他。我们拥有这种技术。我们可以使他比过去更优秀。更好……更强……更快。”
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[1] 关节成形术英文为arthroplasty，来自希腊语，意为“形成或塑制一个新的关节”。——作者注
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