植入人体的金属材料

1、目录：首先，为什么钛或钛合金是首选的人体植入物二、核磁共振对人体金属植入物的要求第三，金属植入物对放射治疗的影响第四，电场对金属植入物的影响附件：国内外医用钛及钛合金品牌成分简介附件：钛合金在医学领域的应用首先，为什么钛或钛合金是首选的人体植入物金属材料作为一种生物医学功能材料，是材料科学的一个重要分支，已经在人体植入物中应用了400多年。在英国，早期用纯金板修复颅骨和牙齿，然后用银、铁皮、铁丝和铁基合金修复骨折关节。1930年后，英国和美国使用钴基合金作为人体植入物。第二次世界大战期间，英国、美国和日本使用大量不锈钢作为人体植入物。不锈钢植入人体，但对镍过敏的不能植入316升或317升。20

2、世纪50年代初，随着稀有金属工业的发展，经过加工和铸造的钛、铌和锆被用作临床实验中的人体植入物。钛合金在医学领域的应用现状及发展趋势钛是20世纪50年代发展起来的重要结构金属。钛合金因其高比强度、良好的耐腐蚀性和高耐热性而被广泛应用于各个领域。世界上许多国家已经认识到铽合金材料的重要性，并相继进行了研究和开发，并在实践中得到应用。第一种实用的钛合金是1954年在美国研制成功的钛-6Al-4V合金。由于其良好的耐热性、强度、塑性、韧性、成型性、可焊性、耐腐蚀性和生物相容性，已成为钛合金工业中的王牌合金，其用量已占所有钛合金的75% 85%。许多其他钛合金可视为钛-6Al-4V合金的改型。从20世

3、纪50年代到60年代，主要发展了航空发动机用高温钛合金和机体用结构钛合金。20世纪70年代，开发了许多耐腐蚀钛合金。自20世纪80年代以来，耐腐蚀钛合金和高强度钛合金得到了进一步发展。耐热钛合金的使用温度从50年代的400提高到90年代的600 650。随着A2(Ti3Al)和r(TiAl)基合金的出现，钛正从发动机(风扇和压缩机)的冷端向发动机(涡轮)的热端发展。结构钛合金正朝着高强度、高塑性、高强度、高韧性、高模量和高损伤容限的方向发展。此外，自20世纪70年代以来，出现了钛镍、钛镍铁和钛镍铌等形状记忆合金，并在工程中得到广泛应用。目前，世界上已开发出数百种钛合金，其中最著名的是BT20

4、30，如钛-6Al-4V、钛-5Al-2.5Sn、钛-2Al-2.5Zr、钛-32Mo、钛-钼-镍、钛-钯、钛-700和钛-6242钛合金可分为四种类型：、 、合金和TixAl(这里x=1)。人体钛合金植入物是一种与人类生活和健康密切相关的特殊功能材料。与其他金属材料相比，使用钛及钛合金的优势主要包括六点：1.轻量在20时，钛及钛合金的密度为4.5g/cm3，仅为不锈钢的56%。植入人体大大减轻了人体的负荷，作为医疗器械，也减轻了医务人员的工作负荷。2低弹性模量钛及钛合金的弹性模量低，纯钛为10850 kgf/mm2，仅为不锈钢的53%。植入人体时更接近人体的天然骨骼，有利于骨骼固定，并能降低

5、骨骼对植入体的应力屏蔽作用。3无磁性钛和钛合金是非磁性金属，不受电磁场和雷暴的影响，使用后有利于人体安全。4无毒钛及其合金无毒，作为植入物，对人体没有毒副作用。5耐腐蚀性钛和钛合金被称为生物惰性金属材料，在人体血液浸泡环境中具有优异的耐腐蚀性，并确保与人体血液和细胞组织的良好相容性。作为植入物，不会对人体造成污染，也不会产生过敏反应，这是钛及钛合金应用的基本条件。对人体植入用钛及钛合金表面进行阳极氧化着色处理，提高了植入体在人体条件下的耐磨性、耐腐蚀性和抗循环疲劳性，在很大程度上解决了金属离子溶解问题，提高了植入体的相容性。同时，它还可以作为不同规格产品的标志，方便手术操作。6高强度和良好的韧

6、性外伤、肿瘤和其他因素会对骨骼和关节造成损伤。为了建立稳定的骨支架，必须使用弧形板、螺钉、人工骨和关节。如果这些植入物长时间留在人体内，它们会受到人体弯曲、扭转、挤压和肌肉收缩的影响，这就要求植入物具有高强度和韧性。研究和临床实例表明，纯钛可用于应力较小的部位，钛-6Al-4V合金可用于应力较大的部位，完全满足人体植入物的要求。国内外的相关研究和大量临床治疗实例已经认识到，钛及钛合金是迄今为止最理想的人体植入物金属材料，被列为医疗外科行业中仅次于不锈钢和钴基合金的第三代金属。医用钛及钛合金材料的优点已被医学界所认可，并被越来越多的患者所接受。目前，钛-6Al-4ve Li合金广泛应用于医疗领域

7、，会沉淀出极少量的钒和铝离子，降低其细胞适应性，并可能对人体造成危害。这个问题已经引起了医学界的广泛关注。早在20世纪80年代中期，美国就开始开发不含铝、不含钒且具有生物相容性的钛合金，用于骨科手术。日本和英国也在这一领域做了大量的研究工作，并取得了一些新的进展。例如，日本开发了一系列具有优良生物相容性的 钛合金，包括钛-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、钛-15Zr-4Nb-ATA-0.20 0.05N、钛-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和钛-15Sn-44。与 钛合金相比，钛合金具有更高的强度、更好的切口性能和韧性，更适合作为植入物植入人体。在美国，有五种钛合金被推荐用于医学领域

8、，即tmzftm (ti-12mo-Zr-2fe)、Ti-13Nb-13Zr、Ti-15Mo-2.5nb-0.2si和Tiadyne 1610(Ti-16Nb-9.5Hf)钛合金用于制造医疗器械、假体或人造器官以及植入人体的辅助治疗设备。主要有钛6铝4钒、钛5铝2.5锡、ELI钛6铝4钒等合金。它们具有高比强度、接近人体骨骼的机械性能、远优于纯钛的强度、抗疲劳性、耐腐蚀性和优异的生物相容性。人体不会排斥钛首先，大多数金属会与空气中的氧气发生反应。这种现象就是氧化。俗话说，生锈。铜生铜绿，铁生铁锈，等等。钛在极高的温度下是非常不稳定的，它会到处抢夺电子。在剥夺电子来平衡自身后，它当然会稳定。钛在

9、室温下非常稳定，不会窃取别人的电子或自己的电子。一般来说，钛一旦超过600摄氏度就会变得不稳定。由于钛的高稳定性，它不容易与体内的物质发生化学变化，也不会被体内的酸性物质腐蚀。钛本身具有良好的性能，但它并不完美。因此，我们能看到的所有钛都不是纯钛，而是化合物。只有化合物才能在室温下稳定存在，并且不容易改变。人造关节、骨钉、手术刀、吸脂套管等。进入人体的都是钛合金。至于目前市场上流行的液化钛和碳化钛，这些都是代替纯钛的化合物。当钛与不同的东西结合时，它会表现出不同的特征。目前已知只有液化钛和碳化钛的钛项圈、钛锗手镯、钛项链等产品具有调节人体的保健功能，而普通钛产品则没有这种功能。二、核磁共振对人

10、体金属植入物的要求核磁共振是一种物理现象，作为一种分析方法被广泛应用于物理、化学和生物学领域。直到1973年，它才被用于医学临床检测。为了避免与核医学中的放射成像混淆，它被称为磁共振成像。磁共振成像是一种生物磁自旋成像技术，它利用核自旋运动的特性，在外磁场中被射频脉冲激发后产生信号，用探测器探测，输入计算机，经计算机处理和转换后在屏幕上显示图像。磁共振成像是诊断骨科疾病，尤其是脊柱外科疾病的有效工具。1)由于核磁共振机和核磁共振检查室内有很强的磁场，绝对禁止对装有心脏起搏器的人、血管手术后有金属夹和金属支架的人、正在进行冠状动脉、食管、前列腺和胆道金属支架手术的人进行核磁共振检查。否则，因为金

11、属被强磁场吸引，它可能会有严重的后果并危及他们的生命。2)对于植入金属植入物的患者，在检查过程中，磁共振图像的金属植入物区域会出现大量的伪影，影响图像的诊断性能。使用铁、不锈钢等作为骨科植入材料，伪影非常明显，严重干扰了图像的判读。近年来，随着科学技术的进步和发展，许多骨科内固定器，特别是脊柱内固定器，开始由钛合金(医用钛合金含有少量铁)或钛金属制成。1)钛合金具有良好的力学性能和抗疲劳性能，是骨科植入物的首选材料之一。2)钛不会在磁场中移动，因为它不会被磁场吸引。因此，患者体内钛内固定对磁共振检查是安全的。钛不会干扰核磁共振图像。这对需要进行脊柱内固定手术的脊柱疾病患者非常有价值。一些脊柱患

12、者在钛内固定后必须在该部位进行磁共振检查，但仍显示清晰，对身体没有影响。3)与其他金属相比，钛合金在磁共振成像环境中产生的磁场吸引力较小，产生的热量较少，因此钛合金植入体可以安全地接受磁共振成像检查，磁共振成像图像上产生的伪影明显少于铁和不锈钢植入体。通过选择合适的扫描顺序和参数，可以进一步减少钛合金植入体在磁共振成像中产生的伪影，获得良好的图像。一些医院规定身体里有金属，并且不会进行核磁共振检查。一般来说，只要确定低场磁共振机是由钛制成的，而不是由不锈钢制成的，那么低场磁共振机的检查就没有什么问题。根据相关医学文献，含有铁、镍、铬等金属的合金会对诊断产生一定的影响，并可能出现伪影等影像问题，

13、从而影响诊断。然而，钛在强磁场中不会被磁化，这既不会干扰图像也不会影响诊断，并且与磁共振成像诊断兼容。同意北京大学第三医院放射科(疼痛与肿瘤CT介入诊疗室)刘晨医生：刘晨，北京大学第三医院疼痛与肿瘤CT介入诊疗室钛植入物不受磁场影响，而不锈钢植入物需要特殊分析。如果疾病必须通过核磁共振来识别，建议选择磁场强度相对较低的核磁共振进行检查。经过多年的观察和实践，目前1.5T核磁共振相对安全。一般的原理是，人体内有金属可以小心地做核磁共振，但这并不是绝对不可能做到的，因为如果金属发生位移，可能会对内脏和大血管造成损伤。通常，位于骨骼上的金属植入物相对稳定。如果用齿固定的金属托盘可以拆卸，尽可能将其拆

14、下；内脏手术用的吻合器也相对安全。第三，金属植入物对放射治疗的影响目的：探讨辐射场金属植入物对周围组织吸收剂量的影响。方法：将相同大小的骨科内固定不锈钢板、钛合金板和条状肌肉置入尸体标本的左前股骨，构建实验组和对照组模型。用直线加速器6 MV X射线照射，用热释光剂量计测量不同植物内部界面的吸收剂量，用治疗计划系统模拟有无金属植入物的剂量变化，并与测量结果进行比较。结果不锈钢板、钛合金板和条状肌肉经6MVX射线照射后，入射面实际测量值分别为1.18 Gy0.04 Gy、1.12 Gy0.04 Gy和0.97 Gy 0.03 Gy，P 0.01)。与条状肌肉相比，不锈钢板和钛合金板的吸收剂量分别

15、增加了21.65%和15.46%。出射面的实测值分别为0.87 Gy0.03 Gy、0.90Gy0.02 Gy和0.95 Gy0.04 Gy(F=13.37，p 0.01)，不锈钢板和钛合金板的吸收剂量分别比条状肌肉减少8.42%和5.26%。模拟计算表明，钢板入射面1 cm范围内的吸收剂量明显高于条状肌肉结论：金属植入物对辐射剂量分布有明显影响，吸收剂量可产生5% 22%的偏差；在相同条件下，不锈钢板对辐射剂量分布的影响比钛合金板更明显。不同骨科植入物对放射治疗的影响文摘：分析了商用不锈钢种植体、钛基合金种植体和自制碳纤维种植体在放射诊断中的影像差异及其对放射治疗剂量的影响，并探讨了碳纤维种

16、植体在放射治疗中的应用前景。手术后将三种不同材料制成的骨科植入物植入同一只家猪的同一条后腿。利用普通模拟定位机和CT模拟定位机观察不同骨科植入物对图像的影响，然后利用放射治疗计划系统分析不同植入物对放射治疗剂量的影响。结果表明，碳纤维植入体对放射治疗图像和剂量分布的影响最小。与其他两种植入体相比，碳纤维骨科植入体在模拟放疗定位和放射治疗方面具有无可比拟的优势，具有良好的应用前景。作者:南京航空航天大学核科学与工程系；南京医科大学附属常州第二人民医院。第四，电场对金属植入物的影响超短波电场对金属植入物有副作用吗？作者：不详文章来源：深圳恒生医院入院时间：2009年9月4日16:08:38高频电疗广泛应用于神经肌肉骨科疾病，但一般认为治疗区域不允许有金属物体存在，以免造成伤害。然而，随着科学技术的发展，骨植入材料在临床上得到广泛应用，并且对高频电磁场有更大的亲和力。中山大学第二附属医院采用40.68兆赫超高频电场对两种骨植入材料(钛合金和奥氏体不锈钢合金)进行治疗。奥氏体不锈钢是指常温下具有奥氏体结构的不锈钢。奥氏体不锈钢是非磁性的，具有高韧性和高塑性，但其强度较低。奥氏体：碳溶解在-铁中形成的间隙固溶体，具有面心立方结构，无磁性。)进行了观察。将两部分骨科材料置于40.68兆赫的超高频电场中，在无热、微热、温热和热流的情况下测量其温度变化。发现所有矫形植入物在不