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钛及钛合金作为人体植入物的优良性能

来源:钛棒,钛板,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-7-13 12:16:52
在人体中分布广泛,正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg,其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞,使免疫力增强这一作用已被证实。钛的特性本身具有高硬度且质轻之不会生锈变质、或致使金属过敏之稳定金属类。钛具有特殊的电流特性,对人体会产生有益的生理作用且其化学性安定,不会发生经时性的变化或变质。在近10年来,生物医用材料及制品的市场增长率一直保持在30%左右,预计未来10年-20年内,包括医用金属材料在内的医疗器械产业将达到医药制品市场规模,将成为21世纪世界经济的支柱产业。世界人口近65亿,据不完全统计,伤残者接近4亿,肢体伤残者6000万, 牙病患者20亿,目前生物材料器件植入者仅有3500万人,每年关节置换量约150 万例,与实际需要置换者的数量相差甚远。因此,生物医用材料市场需求潜力巨大。而作为外科医用金属材料的首选——钛及钛合金需求也将大增,因此加大医用钛合金材料的研发力度势在必行。生物医用钛材(基础材料:医用钛板,医用钛棒,医用钛丝)是医用材料科学的一个重要分支,主要用于治疗或替代人体组织、器官或增进其功能、是具有高技术含量和高经济价值的新型载体材料。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时,这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。
 
在生物医用金属材料中,钛及钛合金凭借优良的综合性能,成为人工关节(髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等)、骨创伤产品(髓内钉、钢板、螺钉等)、 脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植物产品的首选材料。目前,还没有比钛合金更好的金属材料用于临床。发达国家和世界知名体内植入物产品供应商都非常重视钛合金的研发工作,推出了一系列新的医用钛合金材料,包括具有生物活性的钛合金仿生材料,在医用钛合金材料的表面处理方面也做了很多专利性的设计与开发,赋予医用钛合金材料更好的生物活性以满足人体的生理需要,从而达到使患者早日康复的目的。工业纯钛,是最早用于人体医疗用途的钛合金。我国在1977年对某患者进行了工业纯钛人工股骨头置换手术。30年后观察发现,钛假体球部表面光滑,直径没有明显变化,用骨水泥固定钛假体牢固,没有松动和下沉,与髋臼配合良好,髋关节活动自如(包括屈、伸、外展、内收、内旋、外旋等),无疼痛感,长期疗效良好。Ti-6A1-4V和Ti-6A1-4VELI合金,是比较成熟的钛合金,广泛应用于植入物材料。由于该合金含有毒元素钒,长期用于人体,恐有潜在有害影响。医务界对此心存疑虑。第二代无钒医用钛合金。Ti-6Al-7Nb合金由瑞士    Sulzer医学技术公司开发并投人临床应用,证明其具有更好的生物相容性,于1987年被纳人瑞士SN056512标准。国内由北京有色金属研究院与宝鸡有色金属加工厂共同研制开发该合金,并通过医学临床应用试验,该项目于2001年度获中国有色金属工业科学技术一等奖。此外,还有德国的Ti-5Al-2.5Fe合金、印度的Ti-5A1-1.5B合金,Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-6Al-2Nb-lTa等。
 
近日,第四军医大学唐都医院成功为一名胸骨肿瘤患者整体切除胸骨后换上了“私人订制”的3D打印钛合金胸骨,填补了3D打印钛合金胸骨置换手术的空白。2014年6月,54岁的顾女士在其家乡河南洛阳体检时被诊断为胸骨肿瘤,随后肿瘤组织不断长大,进而由于肿瘤压迫产生了疼痛、胸闷、气短等症状。顾女士在家人的陪同下四处求医问药,然而大多数医院表示只能切除胸骨。2015年4月,顾女士慕名来到第四军医大学唐都医院。钛胸骨据唐都医院胸腔外科副主任王小平教授介绍,到医院检查后,发现患者胸骨肿瘤直径约6-7cm,已经产生了压迫症状。“传统的胸骨切除手术后,患者的前胸部位会出现一个巨大的缺损,心脏就失去了‘防护’墙,拥抱一下都有可能伤及心脏。”王小平教授说,由于传统的胸骨切除术会对患者的呼吸功能、外观以及安全性等造成严重影响,所以经过充分的病情研讨和与患者的沟通,专家组提出一个大胆的想法,决定运用3D打印技术,为患者量身定制一个3D打印钛合金胸骨进行置换。据www.hvw00.com介绍,唐都医院3D打印小组经过精密计算患者胸骨的大小、形状等,充分研究讨论,历时一周,为患者设计出了手术使用的3D胸骨模型,并与西北工业大学凝固技术国家重点实验室合作,为患者打印出了1:1钛合金胸骨模型。随后,又对该模型进行了一系列严密的医学处理。“手术历时2.5小时,对患者的胸骨进行了整体切除,置换了钛合金胸骨,目前患者恢复良好,未发现任何并发症。”王小平教授称,根据专业机构检索,该手术是世界首例针对胸骨肿瘤疾病,将3D打印的可植入性钛合金胸骨植入人体,实现病变胸骨的整体置换的手术。该手术的成功意味着未来将会为更多的胸骨肿瘤患者带来福音。
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