生物医用材料系列4--生物医学金属材料

1,生物医学金属材料及其应用,第一节 生物医学金属材料概述第二节 生物医学金属材料的条件与要求第三节 生物医学金属材料的种类第四节 生物医学金属材料的临床应用第五节 生物医学金属材料研究进展及展望,2,第一节 生物医学金属材料概述,金属材料应用最早，已有数百年的历史；半永久性或永久性地植入体内，以置换被破坏的、病变的或部分磨损的组织，或进行骨骼、关节、血管、牙齿等的修复。常用于植入用的生物医学材料按其先后采用次序为：金属、高分子聚合物和无机材料。,3,生 命 体 器 官 的 人 工 替 代人 工 器 官 的 研 究 进 展,公元前3500年古埃及人用棉花纤维, 马鬃做缝合线;墨西哥的印地安人用木片修补受伤的颅骨;公元前2500年中国, 埃及的墓葬中发现假牙,假鼻,假耳;人类很早用黄金来修复缺损的牙齿;1588年用黄金板修复腭骨;1775年有记载用金属固定体内骨折;1800年有大量应用金属板固定骨折的报道;1809年有人用黄金制成种植牙齿;1851年报道用硫化天然橡胶制成的人工牙托和腭骨.,Diakon aus Paris, Alter 58 Jahre, 1761 in Genf(Grabungen Prof. Alt, Freiburg),Prof. Dr. H. F. Kappert Forschungsbereich fr Experimentelle Zahnheilkundeder Universitts-ZMK-KlinikFreiburg i.Br.,5,金属材料具有较高强度和韧性，适用于修复硬组织系统，如用金属板修补颅骨缺损或镶牙。随后使用有抗蚀性能的不锈钢、钴基合金和钽，组织反应小，效果更佳。近年来钛及其合金也被采用，其质量轻，弹性模量与骨相近似，有推广趋势。应用范围扩大：如人工关节、人工骨、矫形物、人工假体、血管套管吻合、脑止血夹等等。,6,坚硬固定系统,7,特点： 生物医学金属材料的用量小，品种多，规格不一， 要求严，故其研制至为重要。 临床上根据应用部位和功能要求不同，有不同需求。 例如：体外用电子假手比较简单，植入人体内者要求就特别严格。,第二节 生物医学金属材料的条件与要求,8,9,一、基本要求： 作为金属生物医学材料，首先考虑植入人体， 其基本要求是同一的， 必须符合 “医用级” 标准。包括以下几方面：,10,1.生物相容性良好 即对人体的适应性和亲和性，包括组织、体液、力学和电学相容性等方面。 其中，首先是生物相容性，即必须是最小的生物学反应，无不良刺激，无毒害，不引起毒性反应、免疫反应，或干扰免疫机能，无变态和过敏，不致癌，不致畸，无炎性反应，不引起感染，不被排斥。植入后需较长期存在，能有助于愈合及附着。,11,通过体外组织或细胞培养、毒性试验、动物体内埋藏、临床应用诸方面对材料进行检测评定。,12,炎性反应：是组织愈合的自然变化。原因：单纯磨损引起对组织的机械刺激，或手术创伤引发；植入物所引起。区分特点：前者反应早而短暂；后者植入物作为异物存留体内，机体首先是试图排斥，如不能排斥，就包裹起来，使之与正常组织隔绝，故反应持续或较晚出现。,13,组织反应：一般根据植入物周围形成的包膜厚度及细胞浸润数来评定。ASTMF4的标准是动物体内埋藏6个月，纤维包膜厚度0.03mm为合格。,14,毒性反应：与物质的化学作用有关；也与植入物浓度，即其溶解于体液的速度和清除率有关。一般可通过组织或细胞培养、急性和慢性毒性试验、溶血试验等来检测。血液相容： 指不引起凝血或溶血，不破坏红细胞、血小板等。,15,2足够的能适应应力的机械性能 （I）足够的强度和韧性，包括静力和动力学强度,能承受人体某部位机械作用力，不因生理环境而降低强度。 （II） 弹性疲劳、变形。 （III） 弹性与组织相容。 （IV） 磨损及摩擦性能与组织相容，即耐磨性好。 （V） 硬度与植入区组织相近似或适应。 （） 表面光洁度 。,16,3理化性能稳定 要求高度惰性，不因体液而有变化，结构稳定。 （I） 抗化学性和电离性腐蚀。 （II） 抗溶解和膨胀。 （III）无毒。 （IV）无热源反应。 （V） 无磁性？。 （）耐久性。,17,符合生物力学要求，设计合理，结构简单，适应功能需要。材料本身及器具设计、结构和技术操作均须符合人体生物力学要求。材料选择与结构也不同，原则是仿生而不是解剖复制。易于加工造型和制作，易植入和再次手术。价格低廉，来源易得，便于推广应用。,18,仿生结构设计：手指关节： 多用硅橡胶或复合体；大关节及矫形物：金属材料或与其他材料配 伍；接骨钢板长度与孔数因骨骼粗细而有不同；加压钢板及各型髓内针也有其力学特性。,19,二、金属材料的特殊要求腐蚀问题 金属材料的缺点主要是腐蚀问题。腐蚀种类：一般腐蚀：移植在体内的金属浸泡在体液，即血液、间质液、淋巴和滑液中，均含有蛋白质、有机酸、硷金属和无机盐，其中Na+、K+、Ca2+、Cl-等离子均是电解质可使金属产生均匀或一般腐蚀。,20,21,点腐蚀：成分的不纯引起；晶间腐蚀：组织的不均匀性引起；电离腐蚀：材料的混用引起。诸如不同金属的混合、金属的传递、体内电解质环境的差异和金属内部能量水平的差异；凹陷及缝隙腐蚀：接合处磨损引起；应力腐蚀：应力集中或疲劳性断裂引起；间隙腐蚀：矫形物如接骨板与钉间作用引起。,22,后果： 降低或破坏金属材料的机械性能，导致断裂，产生腐蚀产物，对人体有刺激性和毒性。,23,检测方法： 检测金属的抗蚀性能，一般采用体外和体内试验。体外试验包括用腐蚀液浸泡金属试件测定腐蚀速度及电化学特性、金属阳极分级特性试验，及测定金属电动势与阳极反馈电动势等方法。体内埋藏试验则用金相学、光谱分析和组织学观察。一般工业用不锈钢的腐蚀率标准为0.25m/a，但医用标准更低，即 钴基合金 不锈钢,29,2、毒性问题纯金属的毒性与它在元素周期表的位置有关。第族的铍(Be）、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、锌(Zn)、镉(Cd)、汞(Hg)毒性强；第族的铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)和第族的锡(Sn)、硅(Si)、钛(Ti)、锆(Zr)完全无毒；第族的的铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)也无毒性。,30,在第、及族中，同族中原子量小的铜(Cu)、钒(V)、砷(As)、锑(Sb)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)有毒，而同族中原子量大的金(Au)、钽(Ta)、铂(Pt)未发现毒性。,31,金属在周期表中的位置和生物反应,32,33,34,在有毒的纯金属单质中加入某些金属形成合金，可以减小甚至消除毒性。例如： 不锈钢中含有毒的铁、钴、镍，加入有毒的铍（2%）可减小毒性；加入铬（20%），则毒性消失，且抗蚀性增强。,35,金属的毒性主要作用于细胞，可抑制酶的活动，阻止酶通过细胞膜扩散和破坏溶酶体。 利用测定乳酸脱氢酶(LDH)和6磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD)活性法检测植入金属对鼠类吞噬细胞的影响，可以表明；有毒金属如钴镍和钴铬合金能损伤细胞，释放 LDH，降低G6PD的活性，但钛、铬、钼则能为吞噬细胞所耐受。 某些金属成分还可以引起过敏反应。,36,37,38,39,3、金属的机械性能用于人工股骨的金属股骨头，要求强度不低于 540Mpa。人股骨头抗压强度为143Mpa，纵向弹性模量约为13.8Gpa，径向弹性模量为纵向的1/3。健康骨骼还具有自行调节能力，不易损伤或断裂。金属植入物在体内不能自行调节。因此，金属植入物在体内代替骨骼时必须比骨骼有更高的强度和弹性模量以及抗疲劳性能。,40,一般使用的金属弹性模量均应比骨骼的大，否则过低不能获得良好的骨折固定。但过大也会增加应力集中，加上废用原因，均可增加骨的吸收。据此，钛合金（弹性模量110103Mpa）即优于不锈钢（200103 Mpa）。,41,对人工关节的金属材料而言，抗疲劳和耐磨损是主要问题。以髋关节为例：静力下股骨头负荷压力从头凸面呈放射状向内传递，应力增高，股骨近端内侧承受的后应力较大。如股骨头负荷为45.36kg 时，股骨近端内侧骨皮质应力高达8.27Mpa. 由强大肌力牵拉，实际应力比理论值还要大三倍。,42,人工股骨头每年还要经受3.65106次交变载荷（每日一万步计），故材料必须具有高抗疲劳和耐磨损性能。 一般钴基合金较优，钛及其合金则较差，但可通过表面渗氮以增强。或改变其摩擦偶，即金属高分子聚合物，以减小磨损。,43,4、其他金属材料可用热、化学和放射等方法消毒灭菌，如配合应用复合材料, 应注意高分子材料不能耐热或气体消毒。在冶炼过程中，有无添加剂，采用何种工艺（包括电弧、真空冶炼、沉淀硬化、热处理、冷加工等）, 均可影响质量。 抗凝血或溶血、抗感染等特殊要求，也需不断提高或解决。植入器件的固定松动问题可试用多孔材料，以获得生物镶嵌内锁型固定。,44,全自动微电脑蒸汽消毒炉,45,金属材料的热蒸汽消毒,46,第三节 生物医学金属材料的种类,金属有较高强度和韧性，故适用于修复置换人体硬组织，对骨科和口腔更显重要。 发展： 金属钢材不锈钢超低碳钢钴基合金、纯钛及其合金。记忆合金、多孔钛也在研制应用. 临床上主要应用不锈钢、钴基合金、钛及其合金、钽等。钛及其合金的比重小，弹性模量与人骨接近，易被人体接受，较为理想。,47,一、金属种类1、常用金属生物医学材料 （1）不锈钢：为铁基耐蚀合金，抗蚀性不如钴基合金，但易加工，且价格低廉。所含元素各有其所用，可增强并维持合金结构的稳定性、强度和抗蚀性能。例如：钼（2%-3%）可增加在氯离子(氯化物)环境中的抗力，抗点腐蚀。但不能过量，否则易断裂。铬可形成氧化铬, 组成稳定的保护用钝化膜 。,48,镍和铬均稳定奥氏体结构，加入镍（12%14%）可得到单相奥氏体组织，防止转化为低下性能的其他结构。不锈钢中要尽量减少Si、Mn等杂质元素及非金属夹杂物，否则影响其耐蚀性。 目前最常用的不锈钢为AISI 316L超低碳不锈钢，为体内植入的阴性对照材料。 不锈钢经济性好，加工简易，可制成多种形体，如针、板、钉、螺钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和各种人工假体。,49,（2）钴基合金：为钴基奥氏体结构，即铬钴钼合金，或称钒钢或活合金。可以铸造或锻造，但硬度大，加工制作工艺较困难。从耐蚀性和机械性能考虑，较不锈钢优越，是目前较优良的材料。1929年已开始应用于临床。锻造植入器件已列入ISO国际标准，并有硬、中、软三种类型。,50,铸造钴基合金含钴高达30%，耐蚀性比不锈钢高40倍， 加入5%7%钼可组织晶粒长大，提高耐蚀性，善疲劳性能。 因耐磨性能高， 适于制作人工关节的金属间滑动联接。锻造钴基合金以Elgiloy为例，含钴40%、铬20%、镍15%、钼7%、锰2%、碳0.15%、铍0.04%。 含钛的钴铬钼合金，更符合植入要求。 钴基合金由于价格较高，加工比较困难。 应用尚不普及。,51,（3）钛及其合金：钛质轻，比重与人骨近似，纯钛强度为390490Mpa实验证明其耐蚀性和抗疲劳性能均优于不锈钢和钴基合金，生物相容性好， 组织反应轻微，表面活性好，钛易与氧反应形成致密氧化膜即氧化层稳定，具有生物医学材料的条件，适于植入，为较理想有发展的一种植入材料，也已列入ISO国际标准.,52,53,纯钛为六角形致密微细结晶，强度低。加入钒的结构为立方体。加入铝成为稳定的六角形结构。加入铝和钒的钛合金，可提高强度和机械性能，而不损失其抗蚀性，故可推广应用，有取代不锈钢和钴基合金之势。,54,钛及其合金对生理溶液和某些氨基酸有较强的耐蚀性，所用溶液有非缓冲液、Hanks缓冲生理液，加入尿酸、氨基酸的Hanks液。 对纯钛及其合金检测，腐蚀极低。缺点：耐磨性能差，强度不如钴基合金，加工困难需在真空下紧密铸造。,55,为了提高耐磨性能和硬度，可将钛制品表面进行高温离子氮处理，引起晶格畸变，表面具有压应力状态，使硬度、耐磨及耐蚀性提高。离子氮化后纯钛及钛合金硬度分别提高7和2倍；纯钛磨损率降低到原来的1/12，钛合金降低到原来的1/6。年腐蚀率氮化钛材是非氮化钛材的1/3。动物实验表明组织对表面渗氮钛材反应轻微，无毒性。,56,镍钛记忆合金为含镍54%56%的镍钛金属间化合物，具有独特的形状记忆效应、良好的生物相容性和生物力学性能。 70年代美国已利用其超弹性用于口腔整矫弓丝，我国也已开展研制并应用。,57,用途：钛及其合金已广泛应用于临床。钛网与钛箔用于修复脑膜和腹膜，钛板用于修补颅骨，可用于制作人工骨、关节、人工心脏瓣膜支架、人工心脏部体、用于口腔面颌矫形和修补，牙和矫形物；脑止血夹、手术器械、医疗仪器和人工假肢等 。,58,三维钛网,59,眶周固定,60,（4）钽及其合金 钽及其合金性能良好，在40年代就用作植入材料。当时只是从生物相容性和可塑性来考虑，近年来则用于可承受高负荷部体。钽的耐蚀性高，除溶解在硝酸和氢氟酸的混合液、氢氟酸、热的浓硫酸、苛性碱 (100%110%) 外，其他试剂对钽都不起作用。对人体无刺激，体液对钽的交变疲劳强度无影响。,61,钽可做人工骨、矫形器件、钉、缝针和缝线，尤其是钽丝缝合修复肌腱、神经和血管。钽片或箔可修复颅骨、腹壁。五氧化钽与少量三氧化铁的混合物还可用来加速血液的凝结。钽的资源少，价格高，其推广应用尚受限制。,62,上述几种常用金属目前使用情况（以美国为例）：以不锈钢占多数，约75%，钴基合金次之，约20%，其余5%为钛及其合金。每年金属植入物达200万件以上，髋关节即有5万件以上。,63,二、新材料开发 在满足应用和研究上，主要包括工艺改进，新的合金材料和复合材料等。1、Cop 及型不锈钢 为弥补和提高316型不锈钢的抗蚀性和强度，利用沉淀硬化法研制出Cop型不锈钢，I型是铁基的，含钴、铬、镍各20%、钼4%，加入磷0.2%以产生时效强化。其强度及耐磨性不亚于钴基合金，临床上已用于人工关节。,64,2、多孔材料人工假体的固定一般用机械法（嵌入、螺钉）或粘合剂，均非生物性固定，有可能出现假体松动或下沉，骨水泥且可能导致骨质溶解。七十年代以来，已在研制多孔材料并应用，如 多孔钛、钴基合金及陶瓷， 由其粉末或纤维烧结涂层制成，减少了植入物与骨间弹性模量的差别，骨质长入，获得生理结合。,65,3、形状记忆合金50年代初已发现金(Au)、镉(Cd)和铟(In)、铊（Tl）合金有记忆效应；1963年美海军武器实验室的Buehler发现镍钛合金也具有记忆效应才引起重视；1969研制成功镍钛记忆铆钉；70年代进行了广泛研究；,66,80年代发展铁基及不锈钢记忆合金、钛镍铂(TiNiPt)高温记忆合金、宽滞后记忆合金、有机记忆合金和陶瓷记忆合金。,67,记忆合金有单向、双程、全程记忆三种：单程记忆为不可逆记忆效应，回复力大；双程记忆同时有高温和低温的状态，温度升降可逆地反复；全程记忆为加热时为高温相形状，冷却时则形成与高温相形状相同但方向相反的现象。,68,镍钛合金是镍（Ni）和钛（Ti）等原子比（1：1） 的金属间化合物，具有形状记忆效应和超弹性，包括低温变形和升温回复两个过程。即在某一温度成形后,在室温下可任意塑型，当温度回复到成形温度后，又恢复到原来的形状。,69,表15-7 镍钛记忆合金的机械性能,70,表15-8 镍钛记忆合金的物理性能,71,用途：人工关节材料，矫正脊柱畸形，制作加压钢板，止血夹、髓内针、血管栓塞器、血栓过滤器、心血管扩张支架、牙齿矫正器、齿根固定器、牙颌整矫、尿道扩张支架、避孕器 输卵管夹、骑缝钉等。,72,4、复合材料为了减少 金属/金属 的磨损与过敏反应，临床上已尽量改用人工假体的 金属/高分子 或 陶瓷/高分子 等复合材料，或 混用多种材料 制成植入器件，碳素材料也可替代陶瓷制成复合体。,73,5、齿科材料修复牙齿用的合金除银之外主要有镍铬、钴铬和烤瓷合金。镍铬合金（软质）适于制作齿冠、冠桥等部件；钴铬合金（中硬质）适于作齿环、基托，硬质者则适于作舌杆、整体部件,74,75,烤瓷合金是用于制造烤瓷固定修复体的底层合金。先用紧密铸造制成帽状冠，在表面涂上烤瓷，高温烧结。强度与耐磨性高于塑料牙，又能按牙齿色调配制。高铜银合金粉系用于龋齿治疗。为了解决银合金粉与汞调和中汞蒸气的危害，已制成银汞胶囊，效应更佳。,76,77,银汞合金导致的“重复充填”,78,79,牙槽骨内种植体,80,三、国内生物医学金属材料研究近况 以不锈钢为基础，316、316L、317、含氮不锈钢、 钴基合、钛及其合金、表面渗氮处理钛材、记忆合金、齿科材料、复合材料及其他生物医学材料均在研制应用，基本取代了进口。人工假体及矫形物的设计制作，如全义齿系列成品、梯形或波形及Z形内固定钢板、记忆合金制品、多孔材料等均已开展并应用，更符合生物力学要求 。,81,第四节 生物医学金属材料的临床应用,金属材料用于人体已有数百年历史，特别是用于硬组织系统。早在1565年Fetronnius应用金板修复头盖骨破裂。17世纪中叶已用金、银、铜丝缝合裂伤,其后有用铁丝做骨折内固定。,82,1827年Rodgess用银丝结扎骨折一端，以后可以拔出。1857年在 Hansmann的薄钢板加用镀镍钢螺钉(1886)的基础上改用金属板，随 后又加用螺钉治疗骨折。1900年以来试用铅、铜、镁、银等材料，均因强度不够或性能不适应，不能取得良好效应。从而开始研究金属的毒性和电离作用等问题。,83,Lambotte(1907)研制各种内固定物，并制成钉、板、丝、杆、螺帽等器件。Lane(1914)设计出各种固定器。Sherman制成与骨形状相适应的曲形钢板。直到 Venable 及 Stuck (1936) 采用不锈钢材料（8Cr8Ni)，才得以解决长期植入问题。,84,应用范围：金属材料最常用于口腔、矫形外科等硬材料，诸如镶牙、口腔整矫、修补颅骨、人工关节、人工骨、内固定矫形物。还可广泛用以制作医疗仪器、器件和手术器械，例如脑及动脉瘤血管夹、心脏瓣膜支架、体外循环过滤器、血管吻合轮及钉、避孕环等。某些金属在制药上有重要作用。,85,一、人工关节和人工骨人工关节和人工骨是为置换某一肢体关节或骨骼而发展起来的，适应于骨和关节严重破坏，引起疼痛、功能障碍或丧失的患者。,86,骨关节需负重与活动，如髋关节负重1470N1960 N，指（趾）10N15N，冲击时还可增加三倍，另外还有应力影响。人工关节假体必须耐用，易固定，对人体无害，能保持良好功能。材料必须符合标准要求，性能良好，应具备荷重好、磨损少、弹性适应、,87,设计合理，适应力学要求，并易于加工、制作和操作。 目前常用金属为不锈钢、钴基合金及钛合金，或与高分子及无机材料复合应用。问题：感染、松动、脱位、磨损等。 解决： 有赖于关节生理基础、材料科学、生物力学等学科的协作。,88,强度 ：金属刚性大大超过人骨，而韧性不足。运动 自由度以接近生理情况而又稳定为妥，不宜过度。设计：要求 应能使用50年而少损毁，低摩擦、低磨损，结构简单，复合仿生而非解剖复制，固定牢靠。,89,1、髋关节早在1960年Charnley即研制全髋关节置换，关节部件：高密度聚乙烯髋与金属股骨头组成，粘合剂：（骨水泥即聚甲基丙烯酸甲酯）固定。 提供一低摩擦关节成形，取代病变关节功能，减轻症状和病废。,90,表15-10 常用髋关节假体,91,半关节成形术：适应于60岁的股骨颈骨折，某些 股骨头无菌坏死。此包括半内假体和双动假体置换。表面置换：是半关节与全关节成形的折中方法，用于严重关节炎但股骨头骨质尚正常者，适应于青年患者。如失败还可以进一步做全髋置换或融合来补救。,92,全髋置换：对改善症状有效，但要严格选择适应症。所用材料在半关节用金属，双动头外层为超高分子聚乙烯，内层及柄为金属。全关节则有金属/金属，高分子/金属，陶瓷/陶瓷 等配伍。同一材料如 金属/金属，陶瓷/陶瓷配伍磨损大，已放弃不用，而多用复合材料。,93,所用金属为不锈钢、钴基合金和钛合金，各具优点，均有采用。多孔材料已研制并应用，改善假体的固定。钛合金表面渗氮处理，可增加耐蚀和耐磨性能。假体柄部改呈珊瑚面或采用多孔材料，固定更优越。,94,2、膝关节 膝关节不稳定，借助于肌肉跨越关节和韧带以获得稳定。故人工关节假体的设计必须考虑到无需软组织仍能稳定功能的制约措施。 常见并发症社假体松动、胫骨断裂或折纹和感染。磨损和生物学固定也是需要改进和解决的问题。 人工膝关节有轨道型、绞链型、几何型和解剖型等类型。目前临床应用有以下几类：,95,表15-11 膝关节假体设计与类型,96,3、其他关节 （1）指掌及指间关节：硅橡胶人工关节的改良切除关节成形术效果颇佳。也有采用金属/塑料铰链型设计（Steffee、Se.georg、Schultz)。 （2）拇趾的跖趾关节：硅橡胶弹性体假体可消除疼痛，改善外形，而运动居次要。已有应用。,97,（3）肩肱关节 半关节 成形术已早应用(1955)。常用金属制Neer假体，必须保留适当的肌肉功能。全关节常用金属/高分子复合组件。 （4）踝关节。 （5）肘关节 有解剖型和铰链型两种。,98,99,存在问题：1、设计问题 缺乏合适的实验模型来检测假体设计。如不符合要求，用于人体效果欠佳。设计一般要求结构简单，符合生物力学，仿生功能优越，便于操作。2、磨损率及磨损颗粒问题磨损率高将导致假体植入失败，磨损颗粒则可沉积与淋巴结中。,100,3、松动问题此与技术和固定方式有关。粘合剂可降解，促使骨质溶解，不够理想。多孔材料则可使获得内锁型生物镶嵌，固定可靠。4、脱位问题主要是技术问题。安装不正确，损伤肌力，疲劳断裂都是发生脱位的原因。5、感染问题感染意味治疗失败。主要在于预防。,101,二、矫形物 金属材料：不锈钢、超低碳不锈钢、钴基合金、钛合金、表面渗碳处理合金,102,设计：,直形板加螺钉，根据骨折部位与形状应用丝、针钉、板等器件。特殊部位还有特制或特形制品，例如三棱钉用于股骨颈，鹅头钉用于股骨粗隆间,螺栓用于踝部，L形板用于踝部。 髓内针固定长骨骨折，各种形状（V、）的髓内针，选用适当，效果满意。已采用记忆合金制作。,103,1、长骨骨折内固定主要应用钢板螺钉或髓内针。常用髓内针有V形、三叶钉、菱形切面钉、梅花型、褶纹钉，多用于股骨及胫骨。圆形针、三角针用于尺、桡、肱及腓骨。Sage钉用于尺桡骨，Lottes针用于胫骨，Ender针也用于胫及股骨。,104,2、小的长骨即短骨 常用细Kirschner针交叉固定，比较髓内针或穿过骨骺或关节为佳。小型钢板也有应用。3、脊椎骨折 内固定物帮助整复和固定脊椎骨折远比一般手法修复、石膏固定优越。目前多用Harringlon棒、Luque棒、Dick钉板、Steffee钉板,也有应用记忆合金棒者。,105,4、髋部骨折股骨颈骨折可用针状器件如knowls、Deyerle或Hagie针。陈旧性骨折应用Mcmurray截骨后可加用钢板固定如骨已坏死或颈被吸收，则行人工股骨头置换。,106,5、膝部骨折 关节内骨折要求关节面的解剖复位，可用螺栓或叶片钢板固定。胫骨棘骨折则用钢丝缝合于位。 内固定待改进的问题：不易获得足够稳定以容许邻近关节活动，粉碎骨折更如此近关节的骨折，即使广泛显露，断端骨质也不易固定；髓内针也常因粉碎骨折或位置过高或低而不易固定。为避免内固定手术的复杂性和不足，采用骨外固定器穿针固定治疗。,107,三、其他人工假体凡植入体内以替代或辅助某器官或组织功能的器件或部件均属人工假体。黄金曾被称为镶牙材料之王。其理化性能良好，加工制作与牙外形一致。但由于价高，已被不锈钢或钛合金所替代。,108,修复牙齿的金系金属是以金银铜为基础，加入铂可使变软，也有以钯代铂。充填牙齿材料常用银汞或高铜银合金。补形材料主要是微孔钛网，厚0.5mm，网眼直径1.1mm，孔间距3mm,用于修补颅骨。钛箔厚0.02mm,则修补腹膜。,109,金属材料还用于心脏起搏器外壳、心脏瓣膜支架、人工心脏（即血泵）、人工肾、体外氧合器、胰岛素灌输泵、人工锥体等高性能器件。 镍钛记忆合金也用于牙颌矫形、颅骨铆钉、接骨骑缝钉、髓内针、脑止血夹等。,110,上颌固定器,111,牙槽骨重建专用钛网,112,下颌牵拉器,113,四、药物某些金属，尤其是稀有金属及其盐类和化合物还具有药物作用。如晕船药(铈)、抗贫血药剂(铈、铒盐、氧化锗)、治疗糖尿病(氧化铈)、漆中毒、肾结石(锂盐)、精神病(磷酸锂)，,114,用作荧光剂（镧、铕、钕、铽、钆的氧化物)、 防腐剂 (钕和镨的水杨酸盐)、 扫描剂 (镱169-DTPA)、 催化剂 (钯、铂）用于维生素和抗菌素：四氧化锇合成激素可的松，锂用于维生素A和肾上腺皮质素，二氧化硒可用于可的松和烟酸)、,115,净化剂 (氢氧化锂)、去垢剂（硒）、止血剂（皓）、消毒剂（碲）、安眠剂（铷、铯）、还用于治癌（铂铬合物）。,116,五、医疗仪器材料：镀镍黄铜，不锈钢，钛合金。钛过滤器用作四咪唑精制工序生产高效驱虫剂，抗腐性高，过滤精度优良。钛阳极作污水处理，使食盐电解生产次氯酸钠，消毒饮用水。钛合金可制作活性硷性钙离子水生成器凝血过滤器，助听器中的转换器扬声器 。,117,某些金属的特性，可用于某些特殊性能的仪器。钇铝石榴和铌可作激光材料，稀土元素铥、铕、铈、钷、铷、铯的放射性同位素作放射源或球管材料，含镧氧化物(La2O3)的光纤玻璃用于内窥镜，永磁铂合金用于磁疗和助听器，绅化镓和锗作探测器，锂和铂制作高能微电池等。,118,六、手术器械 大部分手术器械均用金属材料不锈钢制作。某些精密器械已开始采用性能更优越的金属材料。钛合金用于制作脑动脉止血夹，有弹性和夹持力。钛和钽均已制作吻合钉，用于血管吻合器。,119,钽、铌及钨丝用于缝线，修复肌腱、血管和神经。磁性铂和锆合金也