医用钛合计应用

钛和钛合金具有高强度,低重量,出色的耐腐蚀性,从而导致了广泛而多样的成功应用,这些应用要求在外科和医学以及航空航天,汽车,化工厂,电力中具有高水平的可靠性能。发电,油气开采,体育等重大行业。

每年全球范围内,将超过1000吨(220万磅)各种功能的钛器械植入患者体内。随着人们寿命的延长或通过激烈的体育运动或慢跑使自己遭受更大伤害,或者在道路交通和其他事故中受重伤,关节置换的需求不断增长。钛轻巧,坚固且具有生物相容性,是自然满足人体植入要求的少数材料之一

医用钛合金的强度重量比比竞争不锈钢高得多。可用的钛合金范围使医学专家设计人员可以选择适合应用需求的材料和形式。合金的范围很广,从必须使用高延展性的商业纯钛(必须具有极好的可成形性)到强度超过1300 MPa(190 KSI)的可完全热处理的合金。基于钛的形状记忆合金进一步扩展了有用的性能和应用范围。锻造或铸造,机械加工和制造相结合是医疗产品使用的工艺路线。表面工程经常发挥重要作用,使钛的性能超出其天然能力数倍。

钛在医疗应用中的性能:

当关键应用中的设备一旦安装后就无法轻易维护或更换时,“即插即用”是一项基本要求。在这方面,没有比人体植入物更具挑战性的用途。在这里,植入物,医疗和外科手术器械以及设备的有效性和可靠性是挽救生命以及长期减轻痛苦和痛苦的重要因素。植入是对人体化学,生理和机械结构的潜在攻击。在活组织中没有什么可以比拟金属植入物了。体液和组织中的大多数金属都存在于稳定的有机络合物中。体液对植入金属的腐蚀会导致释放出不需要的金属离子,从而可能干扰生命过程。耐腐蚀性本身不足以抑制人体对细胞中有毒金属或镍等致敏元素的反应,即使在最低限度的腐蚀浓度下也能引发排斥反应。钛被认为是完全惰性的,并且不受所有体液和组织的腐蚀,因此具有完全的生物相容性。

植入钛的自然选择取决于最有利的特性,包括抗腐蚀能力,生物相容性,强度,低模量和密度以及与骨和其他组织结合的能力-骨整合。钛合金的机械和物理性能相结合,可提供高度耐损伤的植入物。人体解剖学自然限制了植入物的形状和允许的体积。与钢相比,钛合金的较低模量是减少骨吸收的积极因素。另外两个参数定义了可植入合金的用途,缺口敏感性,缺口状态与未缺口状态下的抗拉强度之比,以及对裂纹扩展或断裂韧性的抵抗力。钛在两种情况下得分都很高。钛及其合金的典型NS / TS比为1.4-1.7(对于可接受的植入物材料,最小值为1.1)。所有高强度可植入合金的断裂韧度均高于50MPam-1 / 2,临界裂纹长度远高于通过无损测试的标准方法所能检测到的最小值。

骨关节置换术:

全世界每年约有一百万名患者接受关节炎和膝关节的完全置换治疗。假体有多种形状和尺寸。髋关节通常具有一个股骨金属柄和一个头部,该柄位于一个超高分子量低摩擦聚乙烯承窝中,两者均用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥固定就位。一些设计,包括无骨水泥的关节,使用粗糙的生物活性表面(包括羟基磷灰石)来刺激骨整合,限制吸收,从而延长了年轻受体的植入寿命。内部和外部骨折固定为钛提供了进一步的主要应用,如脊柱融合装置,大头针,骨板,螺钉,髓内钉和外部固定器。

牙种植体:

使用患者自身组织修复面部损伤的手术不能总是获得所需的结果。可能需要人造部件来恢复说话或进食的能力以及外观,以弥补因损伤或疾病而丧失的面部特征。骨整合的钛植入物满足了生物相容性和强度的所有要求,从而使外科手术取得了空前的进步,从而成功治疗了具有大缺陷和迄今存在严重问题的患者。

心血管设备:

钛经常用于起搏器盒和除颤器,作为置换心脏瓣膜和血管内支架的载体结构。

外部假体:

钛适用于临时和长期的外部固定装置和设备,以及矫正卡钳和假肢,两者均因其轻巧,坚韧和耐腐蚀而广泛使用钛。

手术器械:

各种各样的手术器械都是用钛制成的。金属的轻度有助于减少外科医生的疲劳。仪器通常经过阳极氧化处理,以提供非反射表面,这在显微外科手术(例如眼科手术)中必不可少。钛仪器可承受重复灭菌,而不会影响边缘或表面质量,耐腐蚀性或强度。钛是非磁性的,因此不会威胁到小的敏感植入物。


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