植入人体的金属材料

目录：

一、为什么优选钛或钛合金作为人体植入物

二、核磁共振对人体金属植入物的要求

三、金属植入物对放射性治疗的影响

四、电场对金属植入物的影响

附件：国内外医用钛及钛合金牌号成分简介

附件：钛合金在医学领域的应用

一、为什么优选钛或钛合金作为人体植入物

金属材料作为生物医用功能材料是材料科学的一个重要分支，用于人体植入物的历史已有４００余年。

英国较早地使用了纯金板修补颅骨、镶牙，其后陆续使用了银、铁片、铁丝及铁基合金的固定骨折关节件。１９３０年以后，英国、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、美国和日本等国家使用了大量的不锈钢作为人体植入物。

不锈钢植入人体，对镍过敏的不能植入316L或是317L。

２０世纪５０年代初，随着稀有金属工业的发展，加工态和铸态的钛、铌、锆作为人体植入物用于临床实验。

医学领域中钛合金的应用现状与发展趋势

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。

第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。

20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。

另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。

目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等。

钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl，此处x=1）四类。钛合金人体植入物是与人的生命和健康密切相关的特殊的功能材料。同其它金属材料相比较，使用钛及钛合金的优势主要有六点：

1质轻

钛及钛合金的密度，20℃时为4.5克/厘米3，仅为不锈钢的56%。植入人体内大幅度减轻了人体的负荷量，作为医疗器械也减轻了医务人员操作负荷。

2 弹性模量低

钛及钛合金的弹性模量低，纯钛为10850公斤力/毫米2，仅为不锈钢的53%，植入人体内与人体自然骨更接近，有利于接骨，能够减少骨头对植入物的应力屏蔽效应。

3 无磁性

钛及钛合金是无磁性金属，不受电磁场和雷雨天气的影响，这有利于使用后的人体安全。

4 无毒性

钛及钛合金的无毒性，作为植入物对人体无毒副作用。.

5 抗腐蚀性

钛及钛合金被称为是生物惰性金属材料，对人体血液的浸泡环境中具有优异的耐腐蚀性能，保证了与人体血液及细胞组织的相容性好，作为植入物不产生人体污染，不会发生过敏

反应，这是钛及钛合金应用的基础条件。

在人体植入物用钛及钛合金表面进行阳极氧化着色处理，提高了植入物件在人体条件下的耐磨性、耐蚀性和循环疲劳抗力，也在很大程度上解决了金属离子溶出问题，提高了植入

物的相溶性。同时也可以作为不同规格制品的标识，方便了手术操作。

6 强度高、韧性好

因外伤、肿瘤等因素导致骨、关节损害，为建立稳固的骨支架，必须借助弧型板、螺丝钉、人造骨及关节等，这些植入物要长期留置于人体内，会受到人体的弯曲、扭转、挤压、

肌肉收缩力等作用，要求植入物具有高的强度和韧性。研究与临床实例证明，在人体受力小

的部位可以用纯钛，在人体受力大的部位可以用Ti-6Al-4V合金，完全可以满足人体植入物

的要求。

世界各国的相关研究和大量的临床治疗实例，从深度和广度上认可钛及钛合金是迄今为止最理想的人体植入物金属材料，被当今医疗外科业列为继不锈钢、钴基合金之后崛起的第三代金属。医用钛及钛合金材料的优势已经被医学界认可，也被越来越多的患者接受。

目前，在医学领域中广泛使用Ti-6Al-4v ELI合金，会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。美国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx （TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。

用于制造植入人体内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备的钛合金。主要有钛6铝4钒、钛5铝2.5锡、ELI钛6铝4钒等合金。它们具有比强度高、力学性质接近人骨，强度远优于纯钛，还具有耐疲劳、耐腐蚀及生物相容性优良等特点。

人体不会对钛产生排斥

首先，大部份的金属都会与空气中的氧起作用，这种现象就是氧化，俗话说的生锈。铜会长铜绿，铁会长铁锈等。

钛在极高温时，会呈现高度不稳定的现象，会四处抢电子，抢完电子平衡自己後，当然就稳定了。钛在室温下，是极度的稳定，不会抢别人电子或是自己的电子被抢走。一般来说，钛一超过摄氏600 度就会开始不稳定。

因为钛这种高度稳定的特性，所以应用在人体时，不容易跟身体内的物质起化学变化，也不会被身体内的酸性物质所腐蚀。

钛本身的特性就很好，但是并不是完美的。因此我们所能看到的钛，都并不是纯钛，而是化合物。也只有化合物可以稳定的在室温下存在，而且不容易起变化。

进入人体的人工关节、骨钉、手术刀、抽脂用插管等，全部都是钛合金所制成。

至於目前市面上所流行的液化钛、碳化钛，这些也都是化合物，而不是纯钛。钛与不同的东西化合後，就会呈现不同的特性。

目前所知，只有液化钛及碳化钛的钛项圈、钛锗手链、钛项链等产品具有调整人体的保健功能，一般的钛制品无此功能。