镍钛形状记忆合金材料在骨科的应用
生物记忆材料·镍钛合金·在骨科领域中的研究与进展
生物记忆材料·镍钛合金·在骨科领域中的研究与进展第二军医大学长海医院骨科张春才自1963年Buehler报道了镍钛(NiTi)合金具有形状记忆效应以来，对其本质和应用研究日趋深人。
尤其在医学界，因其独特的力学行为与优良的组织相容性，倍受关注。
1 NiTi合金形状记忆效应的原理和特性所谓"形状记忆效应"是指NiTi合金对它的金相几何形状有"记忆"本领，宏观而言，将一定形状的合金试样，低温塑形形变后，再将试样加热，试样又回复到它原来的形状，同时，产生巨大的回复力，例如横截面积为lcm²的合金棒，相变时产生850Okg的力。
记忆效应分三种:(1)单向记忆:低温金相受力变形，高温金相回到原状。
C2)双向记忆:能记住高温与低温金相，随温度而发生顺、逆性变化。
(3)全程记忆:机理不甚明了，可能是金相中的一种内应力场起了主要作用。
形状记忆效应的应变量依合金的种类而各有所异，约5-20%之间(一般金属小于0.5%),NiTi合金为8%。
形状记忆合金具有“热弹性马氏体型”相变。
NiTi合金为例，高温奥氏体相为体心立方有序晶体结构CaCl型B2晶格，低温马氏体相(M)为单斜畸变结构Bl9晶格，从B→M，存在一个对双程记忆效应起着重要作用的R相变。
在B2=R，R=M和R2=M的顺、逆相变中，母和子相中相邻原子位置不变，只是界面上原子发生协作位移-晶体切变。
这种切变不但对记忆效应和超弹性起了重要作用，而且也使其耐疲劳性能优于一般金属材料。
具有记忆效应的合金已发现20余种，实用化潜力大的有镍基、铜基及铁基形状记忆合金。
NliTi合金为近等原子比的NiTi金属间化合物。
国产的医用NiTi合金，Mi含量为50-53%。
相变温度可依临床而行相应的工艺处理;同时亦适当改变它的弹性模量。
2 医用NiTi合金的基础研究实验表明，NiTi合金具有强度高、比重低、耐疲劳、耐腐蚀、耐磨损、低磁性、无毒等优点。
镍钛形状记忆合金材料在骨科应用的研究进展
作者单位 : 1 甘肃省肿瘤医院骨科，甘肃 兰州 730050；2 兰州大学第一 医院骨科，甘肃 兰州 730000；3 甘肃省第二人民医院检验科，甘肃 兰 州 730000
态，设有正弓与反弓，在臂端力点的接触面上，呈锯齿状， 将之稳定性从松质骨扩大到皮质骨。临床应用于骨盆骨 折、舟骨不连、踝关节融合等。继之所研制的弓形主动记 忆加压接骨器，进一步研制成功了天鹅型记忆系列接骨器 (SMC)。SMC 不但能将骨断端轴向地整体“记忆”于解剖 位，而且能产生非AO（Association for the study of internal Fixation ）性的动态性加压；它的全场应力分布，属非一次性 地、静态地作用于骨断端。 1.2 NiTi-SMA 锯齿臂环抱内固定器
用于骨质疏松性转子间骨折的 NiTi-SMA 钉板系统， 由带股骨上端环抱器的主板、股骨头分叉钉、三叶草分叉 钉、钉尾加压帽和备用皮质骨螺钉组成。记忆合金钉板主 板上面的环抱器用于固定股骨近端骨干，不用额外的螺钉 固定，不会导致应力集中及过多的骨质破坏；三叶草分叉
钉的弹性回缩和钉头的特殊设计,有助于骨折断面的持续 加压和防止股骨头旋转；同时, 记忆合金钉板有更好的弹 性固定作用，可以减少疲劳断钉和股骨头、颈部穿透 。 [14]
股骨干粉碎骨折，髓内钉或交锁钉固定是临床上常用 的方法，然而如何将碎骨块解剖复位是临床常常遇到的问 题。以往临床常用钢丝捆扎，但稳定性较差；捆扎带较好， 但与皮质的接触过多，不利血运。张春才等设计的记忆箍 环，为碎骨块的解剖复位，一则提高了骨块复位的稳定性， 二则与骨面形成有利于血运的点位接触。临床上与髓内 针联合应用，取得了良好的效果。 1.8 NiTi-SMA 钉板系统
镍钛记忆合金材料在骨科的应用
镍钛记忆合金材料在骨科的应用目的探究镍钛记忆合金材料在骨科的应用现状。
方法通过对镍钛记忆合金在骨科的具体使用方法和类型进行研究，评价镍钛记忆合金材料骨科应用的价值。
结果在骨科镍钛记忆合金材料可应用于四肢、脊柱及股骨头的骨折中，临床应用效果较为满意。
结论镍钛记忆合金材料拥有较好的生物相容性，其较好的弹性及不易磨损、抗腐蚀的优点，在骨科骨折的治疗上得到了广泛的应用。
[关键字] 镍钛形状记忆合金；骨折；内固定：骨科；应用美国研究学者BueMe通过发布对镍钛合金形状记忆效应的研究成果[1]，引发了镍钛合金的研究浪潮。
随着科技的发展，镍钛合金在医学领域的应用越来越广泛，其被称为一种生物记忆材料。
笔者通过对骨科临床阶段镍钛记忆合金在不同部位的应用进行总结，现表述如下。
1 镍钛合金的使用原理镍钛合金的形状记忆功能是指镍钛合金在低温的情况下进行塑性，当元件加热到一定的温度后，其可恢复到原来的形状。
其较好的组织相容性及弹性、耐性，可适应各种临床需要。
2 骨科的应用现状2.1 脊柱方面在颈椎病的治疗上，镍钛人工颈椎关节的应用称为治疗的新方法。
通过合金棒对人体脊柱的矫正，可达到满意的治疗效果。
镍钛记忆合金材料的使用对减少颈椎的退行性病变、降低压力及预防并发症方面有着重要的意义。
卢世壁通过镍钛合金棒治疗32例脊柱侧弯[2]，疗效满意，其研究表明其在自身的相变过程中可达到良好的水平矫正效果。
笔者通过20例23个椎关节的临床实践，通过3年的随访研究发现，患者的颈椎关节的活动度增高较为明显，神经性的压迫症状得到较好的减轻且治疗效果没有衰减。
2.2 关节方面髋臼骨折的治疗。
粉碎性的髋臼骨折一直是骨折的治疗难题之一。
髋臼关节上复杂而且形状不规则，周围血运丰富复杂。
在治疗物质的选择上的不仅需要良好的弹性及塑形，以适应复杂的关节形状，而且需要具备良好的稳定性，以耐受骨愈合中产生的压力。
髋臼三维记忆内固定系统的产生，合理的解决了这一难题，其不仅能解决复杂的解剖结构带来的困扰，而且手术操作十分方便。
镍钛记忆合金材料在骨科的应用
镍钛记忆合金材料在骨科的应用作者：齐晓军来源：《中外医疗》2012年第28期[摘要] 目的探究镍钛记忆合金材料在骨科的应用现状。
方法通过对镍钛记忆合金在骨科的具体使用方法和类型进行研究，评价镍钛记忆合金材料骨科应用的价值。
结果在骨科镍钛记忆合金材料可应用于四肢、脊柱及股骨头的骨折中，临床应用效果较为满意。
结论镍钛记忆合金材料拥有较好的生物相容性，其较好的弹性及不易磨损、抗腐蚀的优点，在骨科骨折的治疗上得到了广泛的应用。
[关键字] 镍钛形状记忆合金；骨折；内固定：骨科；应用[中图分类号] R687.3 [文献标识码] A [文章编号] 1674-0742（2012）10（a）-0190-02美国研究学者BueMe通过发布对镍钛合金形状记忆效应的研究成果[1]，引发了镍钛合金的研究浪潮。
随着科技的发展，镍钛合金在医学领域的应用越来越广泛，其被称为一种生物记忆材料。
笔者通过对骨科临床阶段镍钛记忆合金在不同部位的应用进行总结，现表述如下。
1 镍钛合金的使用原理镍钛合金的形状记忆功能是指镍钛合金在低温的情况下进行塑性，当元件加热到一定的温度后，其可恢复到原来的形状。
其较好的组织相容性及弹性、耐性，可适应各种临床需要。
2 骨科的应用现状2.1 脊柱方面在颈椎病的治疗上，镍钛人工颈椎关节的应用称为治疗的新方法。
通过合金棒对人体脊柱的矫正，可达到满意的治疗效果。
镍钛记忆合金材料的使用对减少颈椎的退行性病变、降低压力及预防并发症方面有着重要的意义。
卢世壁通过镍钛合金棒治疗32例脊柱侧弯[2]，疗效满意，其研究表明其在自身的相变过程中可达到良好的水平矫正效果。
笔者通过20例23个椎关节的临床实践，通过3年的随访研究发现，患者的颈椎关节的活动度增高较为明显，神经性的压迫症状得到较好的减轻且治疗效果没有衰减。
2.2 关节方面髋臼骨折的治疗。
粉碎性的髋臼骨折一直是骨折的治疗难题之一。
髋臼关节上复杂而且形状不规则，周围血运丰富复杂。
记忆合金钉治疗股骨颈骨折临床疗效分析
记忆合金钉治疗股骨颈骨折临床疗效分析股骨颈骨折是老年人常见的骨折类型，常见于70岁以上的老年人，这种骨折对患者的活动能力和生活质量有着重要的影响。
当前常用的纤维融合技术，有着缺陷和风险。
近年来，记忆合金钉治疗股骨颈骨折逐渐受到关注，被认为是一种更加安全和有效的治疗方法。
本文对记忆合金钉治疗股骨颈骨折的临床疗效进行分析。
一、记忆合金钉的基本原理记忆合金钉是一种带形状记忆功能的精密医疗材料，由钛合金、镍钛合金等材料制成。
在记忆合金钉快速冷却（例如在冷水中）下降温到特定温度时，由于晶体结构的相变，记忆合金钉被弯曲或拉伸等形变，但在返回到原始温度时仍能够恢复到原来的形状。
如此一来，记忆合金钉的形状就可以被控制和精确定位。
二、记忆合金钉治疗股骨颈骨折的优势1、手术时间短记忆合金钉治疗股骨颈骨折所需的手术时间较短（一般在30-60分钟内），相对于传统治疗（如人工髋关节置换），手术时间大大缩短，有效减少了手术风险和对身体的负担。
2、损伤小记忆合金钉的特殊物理性质，能够根据医生的设计和导航，穿过皮肤进入骨髓腔内。
在安装过程中，不会对骨髓造成伤害。
安装后的记忆合金钉，对内部组织造成的创伤非常小。
3、适用范围广记忆合金钉的形变能力和韧性使其适用于治疗各种类型的股骨颈骨折，特别是老年人的股骨颈骨折。
三、记忆合金钉治疗股骨颈骨折的临床疗效分析1、手术成功率高根据数据显示，记忆合金钉治疗股骨颈骨折的手术成功率高达96.9%。
该手术方法仅需小切口，术后不易留下疤痕和疤痕外科都容易掌握。
2、康复周期短相对于其他传统治疗方式，记忆合金钉治疗股骨颈骨折的康复周期要短得多。
患者术后常能迅速恢复行走能力，同时减少了并发症出现的风险。
3、短期和长期疗效都很显著据临床试验数据显示，记忆合金钉治疗股骨颈骨折的短期和长期疗效都很显著。
患者术后2周内疼痛明显减轻，恢复过程更少依赖外力助推器或其他辅助装置。
观察一年后，患者手术后的生活质量和运动能力得以极大改善。
镍钛形状记忆合金聚髌器治疗髌骨骨折临床应用
（ ） 字 ２ ０ 第 膝 ０ 检 查 髌 面是 否平 滑 ，适 度 活 动 膝 关 固 定 ，克 氏 针 张 力 带 内 固 定 时 ，克 氏针 准 ０５ 。
节 ， 关 节 囊 切 口探 明并 经 Ｃ臂 Ｘ线 透 有 较 好 的 抗 弯 性 能 ， 从 加之 髌 骨 钢 丝 捆 扎 ，
结 果 本 组 ３ ７例 ， 部 得 到 随 。 随访 时 间 为 ８ ２ 全 ～ Ｏ个 月 ， 折 全部 愈 骨
合 ， 感 染 、 折 移 动 及 髌 骨 爪 脱 落 。骨 折 愈合 时 间 为 ６ ２周 ， 均 ９周 。 结 论 镍 钛 形 状 记忆 合 金 聚 髌 器 是 治 疗 髌 骨 骨 折 行 之 有 效 的 方 无 骨 ～１ 平 法 ， 有操作简便 、 具 固定 可 靠 、 可早 期 进 行 功 能 锻 炼 等 优 点 。
・
６ ４・ ５
江 刨伤 外 科 ２ １ 年 １ ０ １ ０月 第 ｌ ６卷 第 ５期
Ｚ Ｊ Ｊ Ｔａｍａｉ， ｔｂｒ２ １ ． ｏ．６ Ｎ ． Ｈ ｒｕ ｔ Ｏｃ ｅ ０ １ Ｖ １１ ． ｏ ｃ ｏ ５
・
诊治分析 ・
镍钛形状 记忆合金 聚髌器治疗髌骨骨折 临床应用
吴 翔 王 顺 新 史 作 兵
证 １ － 手 术 方 法 ： 用 硬 膜 外 阻 滞 麻 醉 或 视 ， 实 关 节 面 平 整 。最 后 修 复 软 组 织 ， 有 效 抵 抗 股 四头 肌 作 用 于 髌 骨 上 的 牵 引 ２ 采
防止 膝 关 节 屈 曲 骨 折 块 再 次 分 离 ， 保 腰 麻 ， 卧 位 ， 髌 前 正 中纵 形 切 口 ， 平 取 切 恢 复 其连 续 性 和完 整性 ， 冲洗 切 口 ， 层 力 ， 逐 开 皮 肤 、 下 组 织 、 起 皮 瓣 ， 露 骨 折 缝合 切 口 ， 力 绷 带加 压 包 扎 。 皮 掀 显 弹 持关节面平整 ， 可早 期 功 能 锻 炼 ， 防 和 预
镍钛记忆合金在骨科临床中的应用
·３ ６ ５·
时进行肩关节功 能 练 习 ，于 肩 关 节 外 展 ９ 以上时 ０ ʎ 有轻 微 疼 痛 及 牵 拉 感 ， 肩关节功能检查显示优 良 ２例， 差 １ 例， 平 均 恢 复 时 间 ３ 个 月， 因此 １ ７例， 认为镍钛 记 忆 合 金 锁 骨 钩 环 抱 器 具 有 手 术 操 作 简 便、 创伤小 、 出血少 、 手术时间短及关节功能恢复快 等优点 。 １． ２ 镍钛记忆合金套合式交锁髓内钉 镍钛记忆合金套合式交锁髓内钉常用于肱骨骨 由主钉和副钉组 成 ， 近 端 有 ２ 根 锁 钉 孔， 主钉与 折， 夹角为３ ， 呈 Ｙ 形， 另有２ 副钉延伸 为 两 翼 ， ５ ʎ ０ ʎ ～４ 根交锁钉 。 镍钛记忆合金套合式交锁髓内钉凭借创 手术时间短及 弹 性 模 量 与 骨 接 近 可 减 少 应 力 伤小 、 有利 于 加 速 骨 折 愈 合。 两 翼 状 结 构 在 遮挡等特性 ， 肱骨髓腔内会对内 壁 产 生 压 力 ， 具有抗旋转与侧方 移位的作用 。 在 ０ħ ～４ħ 冰 盐 水 中 使 镍 钛 记 忆 合 将主副钉由弯变直 ， 插入 金套合式交锁髓内钉软化 ， 以联接 骨 折 端 。 待 温 度 恢 复 至 ３ 髓腔 ， ７ħ 时 ， Ｙ形 两翼逐渐撑开 ， 对髓腔内壁产生压力 ， 最后在髓内钉 近端利用瞄准器打入 ２ 枚锁钉 。 曹燕明等
／ ⦠： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ ７ ０ ８ ３ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ６ ． ０ ０ ７ ｊ
镍钛记忆合金 是 随 温 度 变 化 的 形 状 记 忆 合 金 ， 具有耐磨损 、 抗腐蚀 、 抗疲劳及有弹性等优点 。 基于 镍钛记忆合金 固 定 物 可 对 锁 骨 、 肩 锁 关 节、 尺骨 此， 鹰嘴 、 桡骨 、 股骨及髌骨等人体特殊骨折部位进行固 定， 产生的回复应力可对骨折端进行持续加压 、 撑开 及抗旋转 ， 从而达到 良 好 固 定 与 加 速 骨 折 端 愈 合 的 目的 。 １ 镍钛记忆合金固定物 １． １ 镍钛记忆合金环抱器 镍钛记忆合金环抱 器 呈 直 形 或 圆 弧 形 ， 由 ４组 环臂组成 ， 环臂内设计为齿状结构以牢固固定断端 ， 可用于锁骨骨折 、 肋骨骨折 、 多发性肋骨骨折及尺桡 骨骨折等 。 对于锁骨骨折一般选用直径为锁骨直径８ ５％ ～ ９ ０％ 的镍钛记忆合金锁骨环抱器 。 当锁骨中段骨折 时， 可使用直形环 抱 器 ； 当锁骨外１ ／ 则可 ３ 骨 折 时， 使用弧形环抱器 。 术 中 暴 露 骨 折 端 后 ， 将镍钛记忆 合金锁骨环 抱 器 浸 泡 于 ４ħ 以 下 冰 盐 水 中 ， 待硬度 降低后进行塑形 。 骨 折 端 复 位 满 意 后 ， 撑开镍钛记 忆合金锁骨环抱器所有环臂 ， 横跨骨折端 ， 并将其放 置于锁骨前 方 或 后 方 ， 待温度恢复至３ 镍钛 ７ħ 时 ， 这 记忆合金锁骨环抱 器 的 形 状 及 硬 度 会 逐 渐 恢 复 ， 样便使 ４ 个环臂紧 紧 咬 合 于 锁 骨 断 端 两 侧 ， 形成牢
NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究
NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究一、本文概述本文旨在深入探讨NiTi形状记忆合金的超弹性特性及其在医学应用领域的广泛影响。
NiTi，即镍钛合金，以其独特的形状记忆效应和超弹性，在众多工程领域中占据了举足轻重的地位。
尤其在医学领域，NiTi形状记忆合金的应用已逐渐成为研究热点，其在牙科、骨科、心血管科等领域的应用前景广阔。
本文将首先介绍NiTi形状记忆合金的基本特性，包括其形状记忆效应和超弹性的原理及其产生机制。
随后，将重点讨论NiTi合金在医学领域的应用现状，包括其在牙科正畸、骨科植入物、心血管支架等方面的实际应用案例。
本文还将探讨NiTi合金在医学应用中的优势和挑战，以及未来可能的发展方向。
通过对NiTi形状记忆合金超弹性特性的深入研究，以及对其在医学应用领域的系统梳理，本文旨在为相关领域的研究者提供有价值的参考，为推动NiTi合金在医学领域的进一步发展提供理论支持和实践指导。
二、NiTi形状记忆合金的基本性质NiTi形状记忆合金，也被称为镍钛合金，是一种独特的金属合金，其特性源于其独特的晶体结构和相变行为。
NiTi合金由大约50%的镍（Ni）和50%的钛（Ti）组成，其原子比例接近等原子比，这使得它具有非凡的形状记忆效应和超弹性。
形状记忆效应：NiTi合金的形状记忆效应是指合金在经历一定的塑性变形后，通过加热到某一特定温度（即Af温度以上），能够恢复其原始形状的特性。
这种效应源于合金内部发生的可逆马氏体相变。
在低温下，合金处于马氏体相，具有较高的塑性；而在高温下，合金转变为奥氏体相，具有较低的塑性。
当合金在马氏体相下发生塑性变形后，再加热至奥氏体相，合金就能通过相变恢复其原始形状。
超弹性：NiTi合金的超弹性是指合金在受到外力作用时，能够发生大的弹性变形而不产生永久塑性变形的特性。
这种特性使得NiTi 合金在受到外力后，能够迅速恢复到原始状态，具有良好的回复性。
超弹性的产生与合金内部的应力诱发马氏体相变有关。