镍钛形状记忆合金材料在骨科应用的研究进展
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记忆合金环抱器治疗多发性肋骨骨折
记忆合金环抱器治疗多发性肋骨骨折摘要】目的探讨记忆合金环抱器治疗多发性肋骨骨折的方法。
方法 2008年2月～2009年12月,采用镍钛形状记忆合金环抱器治疗多发性肋骨骨折15例,其中男9例,女6例;年龄21～69岁。
交通事故伤10例,摔伤3例,压砸伤2例。
肋骨骨折部位:3～7肋12例,8～11肋2例，2～11肋1例（同时合并锁骨骨折）。
所有患者均行切开复位内固定术,术后定期随访,观察骨折愈合情况。
结果切口均Ⅰ期愈合,无并发症发生。
术后8～12周X线片示骨折临床愈合。
结论应用镍钛形状记忆合金环抱器治疗多发性肋骨骨折具有创伤小、操作简便、安全、固定可靠、组织相容性好以及并发症少等优点,且利于促进骨折愈合和呼吸功能改善,是一种治疗多发性肋骨骨折较好的方法。
【关键词】肋骨骨折多发性记忆合金环抱器内固定2008年2月～2009年12月,我们采用镍钛记忆合金环抱器手术治疗多发性肋骨骨折15例,术后呼吸痛立即消失,胸廓畸形恢复,疗效满意。
报告如下。
1 临床资料1.1 一般资料本组男9例,女6例,年龄21～69岁。
损伤原因:车祸伤10例,摔伤3例,压砸伤2例。
单纯肋骨骨折8例,合并上肢骨折2例,下肢骨折3例,骨盆骨折1例,脊柱骨折1例,合并血胸和/或气胸、皮下气肿5例。
并发浮动胸壁伤7例。
肋骨骨折部位:3～7肋12例,8～11肋2例，2～11肋1例（同时合并锁骨骨折）。
均为闭合性骨折。
伤后3小时～10天手术。
1.2 手术方法本组采用兰州西脉记忆合金股份有限公司生产的镍钛形状记忆合金环抱器作内固定物,患者取健侧卧位,患侧上臂抬高固定于手架上。
气管插管全麻,常规术前消毒、铺巾,以准备固定之肋骨处为中心取纵形切口,切口长短根据肋骨骨折数目及骨折部位而定。
暴露骨折端,清除周围血凝块。
如有胸膜破口,可由此进入胸腔探查,视肺脏损伤情况予以清除胸腔积血,修补肺或支气管裂口,出血点止血,然后去除骨折端软组织,剥离骨折两端少许骨膜(约2cm),给予解剖复位,骨碎片复回原位。
镍钛形状记忆合金在颌面部牵张成骨技术中的研究进展
收 稿 日期 ： ２ ｏ ． ５２ ｏ ８ Ｏ ．Ｏ 作 者简 介 ： 安厚 鹏 （９ ０） ， 士研 究 生 ， 主任 医师 ． １７ ．， 硕 男 副 通 讯作 者 ： 安 厚 鹏 ． 主 任 医 师 ． — ａｈ ａ ｈ ｐ １ ７ ＠ｙ ｈ ｏＣ ｌ． 副 Ｅ ｍ ｉ ｎ ｏ ｅ ９ ０ ａ ｏ ．Ｏ ｃ ｎｎ
Ｒｅ ｉ ｗ ｆ Ｎｉ ｈａｐ ｅ ｏ ｙ Ａｌｏ ｙ ｉ Ｄｉｔ ａ ｔｖ ｔ ｏ ｅ ｓｓ ｖ ｅ ｏ ＴｉＳ ｅ Ｍ ｍ ｒ ｌ ｒ ｎ ｓ ｒ ｃ ｉ ｅ Ｏｓｅ ｇ ｎｅ ｉ
Ｎ ｕ－ ｎ ，ＬＶ ｉｙ ｎ ，Ｘ Ｕ ｎ ｙ ｎ ，Ｘ Ｕ Ｈｏ ｐｅ ｇ Ｚｈ — ｏ ｇ Ｄｏ ｇ－ ａ ｇ Ｘｕ— ｕ ｎ ｇ ａ ｇ
在 口 内遗 留创 口， 响正 常饮 食 。 影 容易 感染 ． 须定 且 期 加力 。牵 张器 至少需 带 ３个月 以上 ，影 响正 常生
软组织 ， 到关 闭裂 隙或矫 治缺 损 的 目的ｌ 达 Ｉ Ｉ 张成 。牵 骨技术 的牵张器 种类 很多 ，例 如王 兴等 自行 研制 的
内置式 颌 骨牵 张器 ， 明军 等［自行 研制 的三 维骨 牵 崔 ２ １
（ｅ ａｔ ｎ ｒｌ ｎ ｘｌｆｃａ ｕｇ ｒ， ｈ ｅ ｏ ｄ ｆ ｌ ｔｄＨｏｐｔ ， Ｄｐｒ ｍｅ ｔｆＯ ａ ａｄＭａ ｉｏａ ｉ Ｓ ｒｅｙ Ｔ ｅＳ ｃｎ Ａｆ ｉ ｅ ｓ ｉ ｌ ｏ ｌ ｌ ｉ ａ ａ
Ｈ ｅｂｎＭｅ ｉａ Ｕ ｉ ｒｉ ， ａ ｒｉ １ ０ ０ ， ｅｌ ｇｉｎ ｒｖｎｅ Ｃ ｉａ ａ ｒｉ ｄｃ ｎ ｅｓ ｙ Ｈ ｅｂｎ ５ ０ ８ Ｈ ｉ ｎｊａｇＰｏ ｉｃ， ｈｎ） ｌ ｖ ｔ ｏ
张器等 。但 用镍 钛形 状记 忆合 金牵 张器 临床 应用 报
Ｒｅ ｉ ｗ ｆ Ｎｉ ｈａｐ ｅ ｏ ｙ Ａｌｏ ｙ ｉ Ｄｉｔ ａ ｔｖ ｔ ｏ ｅ ｓｓ ｖ ｅ ｏ ＴｉＳ ｅ Ｍ ｍ ｒ ｌ ｒ ｎ ｓ ｒ ｃ ｉ ｅ Ｏｓｅ ｇ ｎｅ ｉ
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在 口 内遗 留创 口， 响正 常饮 食 。 影 容易 感染 ． 须定 且 期 加力 。牵 张器 至少需 带 ３个月 以上 ，影 响正 常生
软组织 ， 到关 闭裂 隙或矫 治缺 损 的 目的ｌ 达 Ｉ Ｉ 张成 。牵 骨技术 的牵张器 种类 很多 ，例 如王 兴等 自行 研制 的
内置式 颌 骨牵 张器 ， 明军 等［自行 研制 的三 维骨 牵 崔 ２ １
（ｅ ａｔ ｎ ｒｌ ｎ ｘｌｆｃａ ｕｇ ｒ， ｈ ｅ ｏ ｄ ｆ ｌ ｔｄＨｏｐｔ ， Ｄｐｒ ｍｅ ｔｆＯ ａ ａｄＭａ ｉｏａ ｉ Ｓ ｒｅｙ Ｔ ｅＳ ｃｎ Ａｆ ｉ ｅ ｓ ｉ ｌ ｏ ｌ ｌ ｉ ａ ａ
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张器等 。但 用镍 钛形 状记 忆合 金牵 张器 临床 应用 报
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
在此启迪下，张春才等采用板材设计了系列弓齿记忆 接骨器，在连臂的功能弧上，循规则与不规则骨的解剖形
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
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。
镍钛记忆合金材料在骨科的应用
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。
笔者通过40例髋臼骨折的治疗研究,患者在术后2.5月时伤侧关节即可达到健侧的功能水平,随访中发现治疗效果稳定无反弹。
髋关节上通过基于Charnley髋关节置换术的研究[3],发展而来的镍钛股骨头杯,可起到良好的替代效果。
其体现了镍钛合金稳定性的特性,降低了旋转导致内翻和脱落得发生。
笔者通过8例9个髋关节手术验证了其较好的临床效果。
此外,镍钛双弧型人工髋关节的使用,可有效降低假肢的下沉。
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
形状记忆合金在骨科的临床应用
·临床研究·形状记忆合金在骨科的临床应用赵欣，张海芹（包头市第三医院，内蒙古 包头 014040）0 引言记忆合金是一组特定状态的金属材料，经过一定程度的热处理后，可以恢复到原来的形状。
因为其有较好的形状效应、弹性以及良好的生物相容性，逐渐在医学领域得以广泛应用。
本文将对镍钛记忆合金的特性以及其在骨科临床的应用进行研究和探讨。
1 镍钛形状记忆合金形状记忆合金的记忆原理是：将金属在特定的高温环境下制成一定的形状，先快速冷却，再进行塑性变形。
形状记忆合金通常是由两种或两种以上金属组合而成的。
据研究表明镍钛（NiTi）合金的形状记忆效应和马氏体的可逆相变之间息息相关。
普通金属中马氏体是非扩散相变的产生结果，由于碳在α-Fe中的扩散速率比较大，因此马氏体在进行加热时马上会出现分解的现象而这种转变一般情况下是不可逆转的。
然而，镍钛（NiTi）形状记忆合金的马氏体相变是可逆的。
镍钛（NiTi）形状记忆合金的本质是合金中的热弹性马氏体相变[1]。
2 形状记忆合金的生物相容性生物相容性是决定形状记忆合金是否能够应用于人体的最重要因素。
生物相容性不好的材料在生物体中常常会引起生物过敏性反应，并向生物体的血液中释离子，而相容性较好的记忆合金能够在生物体中存在很长一段时间且不会产生过敏反应，不产生有害反应。
材料的生物相容性是否会引起验证和过敏反应受到形状记忆合金表面性质的影响。
其他的影响因素还有很多，例如患者的年龄大小、健康程度、免疫状况以及金属材料的特性都会对患者的炎症反应和过敏反应产生影响。
为了测试和评估镍钛（NiTi）形状记忆合金在人体内的生物相容性，避免其在使用后对人体造成伤害，因此许多研究实验都会对形状记忆合金的元素进行了测试才进行临床应用。
尽管镍是人体所必需的微量元素，但据研究表明人体长期接触镍会导致慢性鼻炎、贫血、鼻窦炎、鼻咽癌和肺癌等疾病，对人体有剧毒。
但钛经过氧化反应会产生一种无毒的TiO2，而这一氧化层能有效地抵抗钛合金的腐蚀，对人体无害。
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。
镍钛合金在骨科中的应用
镍钛合金在骨科中的应用
1. 矫形外科：镍钛合金广泛用于制作矫形外科骨科植入物，如骨板、骨钉、骨螺钉等。
由于镍钛合金具有弹性记忆和超弹性的特点，可以提供持久的力学稳定性，并能够吸收骨骼的负荷。
这些特性使得镍钛合金植入物成为快速修复骨骼损伤和骨折的理想选择。
2. 关节假体：镍钛合金也广泛用于制作人工关节假体，如人工髋关节、人工膝关节等。
镍钛合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，可以长期稳定地与人体组织接触。
此外，镍钛合金还可以模拟人体关节的运动特性，提供更自然的关节功能。
3. 功能性支架：镍钛合金还可以制作功能性支架，用于治疗骨髓内固定、骨融合以及骨折愈合等。
这些支架可以具备调整性的特点，能够根据骨骼的生长和愈合情况进行调整，提供适当的压力和支持，促进骨骼的正常恢复。
总的来说，镍钛合金在骨科中的应用主要是通过制作骨科植入物、人工关节假体以及功能性支架等，以实现骨骼的修复和重建。
这些应用使得镍钛合金成为骨科领域中重要的材料之一。
镍钛形状记忆合金材料在骨科应用的研究进展
镍钛形状记忆合金材料在骨科应用的研究进展
王勇平;陈根元;刘小荣
【期刊名称】《生物骨科材料与临床研究》
【年(卷),期】2010(007)002
【摘要】@@ 自1963年Buehler[1]报道了镍钛合金(nitinol)具有形状记忆效应,此后对其本质和应用研究日趋深入.国内外对镍钛形状记忆合金(nitinol shape memory alloy NiTi-SMA)的基础和临床应用做了大量研究,结果表明:NiTi-SMA 在体内长期植入可释放Ni离子,因美国、日本、西欧等国家,对引进新的人体用材料有严格的法律规定,目前上述国家除在口腔正畸普及应用NiTi-SMA外,大多还处于动物试验、生化学测试阶段,研制的骨科器械也仅在尸体上或动物体内进行实验.【总页数】5页(P31-35)
【作者】王勇平;陈根元;刘小荣
【作者单位】甘肃省肿瘤医院骨科,甘肃,兰州,730050;兰州大学第一医院骨科,甘肃,兰州,730000;甘肃省第二人民医院检验科,甘肃,兰州,730000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.镍钛记忆合金材料在骨科的应用 [J], 齐晓军
2.镍钛形状记忆合金的生物相容性及其在骨科的应用 [J], 李强;唐际存
3.镍钛形状记忆合金材料在骨科的应用 [J], 余洋;李新志;郑之和
4.镍钛形状记忆合金在骨科中的研究和应用 [J], 原野;曾跃林;陈铖;谭海涛;吴安平;朱崇瑜
5.镍钛形状记忆合金在骨科中的研究和应用 [J], 原野;曾跃林;陈铖;谭海涛;吴安平;朱崇瑜;;;;;;;;
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形状记忆镍钛合金的应用
形状记忆镍钛合金的应用1.引言1.1 概述形状记忆镍钛合金是一种具有特殊性能的材料，它能够在受到外界刺激时发生形状变化并在去除刺激后恢复原状。
这种合金以其独特的形状记忆效应而得名。
形状记忆镍钛合金具有可以记忆两种不同形状的能力，即"正相变形"和"逆相变形"，这使得它在多个领域具有广泛的应用前景。
在医疗领域，形状记忆镍钛合金可以用于制造医疗器械和植入物，如支架、夹具、心脏起搏器等。
它们具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，可以适应人体的变化并提供有效的治疗。
在航空航天领域，形状记忆镍钛合金可以用于制造航天器和飞机的零部件。
它们可以在极端的温度和压力下保持结构的稳定性，并具有减轻重量和提高安全性的优势。
在汽车工业领域，形状记忆镍钛合金可以用于制造汽车零部件，如刹车片、引擎部件等。
它们可以在高温和高速条件下提供可靠的性能，并具有耐磨损和耐腐蚀的特点。
在建筑领域，形状记忆镍钛合金可以用于制造具有自适应功能的建筑结构，如自动调节温度和光线的窗户、门等。
它们可以根据外部环境的变化自动调整形状，提高建筑物的舒适性和节能性。
在电子领域，形状记忆镍钛合金可以用于制造电子元件和传感器。
它们可以根据电磁场、温度和应力等因素的变化精确控制形状和尺寸，提供更高的性能和可靠性。
总之，形状记忆镍钛合金的应用领域非常广泛，具有巨大的发展潜力。
随着科学技术的不断进步和创新，对其应用的研究和开发将会越来越深入，为各行各业带来更多的创新和突破。
1.2 文章结构本文将围绕形状记忆镍钛合金的应用展开，主要内容分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分概述了文章的主题以及形状记忆镍钛合金的基本概念，介绍了本文的结构和目的。
正文部分主要包括以下几个方面的内容：2.1 形状记忆镍钛合金的定义和特性：详细介绍形状记忆镍钛合金的定义和特点，包括它的形状记忆效应、超弹性等性质，以及其在不同温度和应力条件下的行为。
2.2 形状记忆镍钛合金在医疗领域的应用：探讨形状记忆镍钛合金在医疗器械、植入物等方面的应用，如支架、矫正器、闭合器等，以及它的优势和局限性。
镍钛形状记忆合金材料的生物相容性研究应用进展
镍钛形状记忆合金材料生物相容性研究进展摘要：镍钛形状记忆合金作为重要生物医用材料已经获得了广泛应用，但镍离子在人体环境中释放引起了人们忧虑。
本文结合关于镍钛形状记忆合金材料生物相容性方面研究论文，阐述了镍钛形状记忆合金概念、工作原理、物化性能、生物相容性、医学应用以及发展趋势等。
核心词：The niti shape memory alloy biocompatibility Surface modification1引言生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替代其病损组织、器官或增进其功能新型高技术材料。
它是研究人工器官和医疗器械基本，己成为材料学科重要分支，特别是随着生物技术莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发热点。
当代生物材料已处在实现重大突破边沿，不远将来，科学家有也许借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济一种支柱产业.由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
生物体内各种材料和部件有各自生物功能。
它们是“活”，也是被整体生物控制。
生物材料中有是构造材料，涉及骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；尚有许多功能材料所构成功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞构成薄膜内而形成无散射、无吸取、可持续变焦广角透镜。
在生物体内生长有不同功能材料和部件，材料科学发展方向之一是模仿这些生物材料制造人工材料。
它们可以做生物部件人工代替物，也可以在非医学领域中使用。
前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模仿生物黏合剂、模仿酶、模仿生物膜等镍钛形状记忆合金因具备独特形状记忆效应、超弹性、较高疲劳极限、优良耐磨性及良好生物相容性，在医学领域获得了广泛应用，如畸齿丝、心血管扩张支架、骨折修复材料等。
作为一种长期植入人体生物材料，不但要具备良好生物力学性能，并且还要有优秀耐蚀性和生物相容性。
镍钛记忆合金在生物医疗中的应用
镍钛记忆合金在生物医疗中的应用
镍钛记忆合金在生物医疗领域有多种应用。
这种合金具有独特的形状记忆效应和超弹性，因此在医疗设备和植入物中得到了广泛应用。
血管内支架：镍钛合金是最成功的医疗应用之一，用于制造血管内支架。
这些支架可以在插入血管后扩张，支撑血管并保持其通畅，从而防止狭窄和闭塞。
骨科植入物：镍钛合金也可以用于制造骨科植入物，如固定钉、钢板和人工关节。
由于镍钛合金具有形状记忆效应，这些植入物可以在体内适应骨骼的形状，提供更好的固定和支撑。
牙科应用：镍钛合金在牙科领域也有应用，例如制造牙齿矫正器和保持器。
这些设备利用镍钛合金的超弹性，可以在口腔内施加适当的力，逐渐将牙齿移动到正确的位置。
手术器械：镍钛合金也可以用于制造手术器械，如钳子、剪刀和缝合针。
这些器械具有优异的强度和耐腐蚀性，可以在手术过程中提供可靠的性能。
药物输送系统：镍钛合金还可以用于制造药物输送系统，如微针和胶囊。
这些系统可以利用镍钛合金的形状记忆效应和超弹性，在体内精确地输送药物到目标部位。
总之，镍钛记忆合金在生物医疗领域具有广泛的应用前景，可
以帮助医生更有效地治疗疾病和改善患者的生活质量。
钛镍记忆合金在骨科张力性切口中临床分析及应用研究
钛镍记忆合金在骨科张力性切口中临床分析及应用研究发布时间：2022-05-30T08:40:36.444Z 来源：《医师在线》2022年7期作者：祝建军[导读] 探讨钛镍记忆合金缝合线在骨科张力性切口中的应用价值。
祝建军成武县伯乐集镇卫生院 ,山东菏泽 274209【摘要】目的探讨钛镍记忆合金缝合线在骨科张力性切口中的应用价值。
方法选取2018年11月至2020年11月在东明县人民医院收治的骨科患者100位作为研究对象，把这100位患者按照不同的缝合线分成实验组与参照组，每组各50位患者。
实验组患者的治疗方法是应用钛镍记忆合金缝合线连续减张皮肤及皮下组织全层缝合，参照组患者的治疗方法是预置普通丝线拉拢缝合，免打结可吸收缝合线缝合，钢丝缝合、PROLENE线缝合。
观察实验组与参照组两组患者的愈合时间。
观察两组患者的手术切口指标。
结果根据实验组与参照组两组患者的愈合时间可以看出，实验组患者的切口肿胀消退时间，首次收紧缝合线时间，切口闭合时间以及拆线愈合时间都要低于参照组的患者，两组对比差异具有统计学意义（P＜0.05）。
根据实验组与参照组两组患者的缝合技术手术切口指标可以看出，实验组患者术后一周无炎性反应率为78.00%（39/50），高于参照组患者的58.00%（29/50），两组对比差异具有统计学意义（P＜0.05）。
术后实验组患者的主观疼痛度（V AS）评分低于参照组的患者，两组对比差异具有统计学意义（P＜0.05）。
实验组患者术后两个月瘢痕横径在1 mm及以上的有14.00%（7/50），蜈蚣症为2.00%（1/50），均低于参照组的42.00%（21/50），与72.00%（36/50），两组对比差异具有统计学意义（P＜0.05）。
结论在骨科张力性切口中应用钛镍记忆合金能够有效的减少切口愈合的时间，降低出现的炎症几率，提高患者的治疗效果。
【关键词】骨科张力性切口，钛镍记忆合金，愈合时间【中图分类号】R686.5在骨科创伤当中较为常见的问题就是皮下组织以及皮肤因其在外力作用下而导致伤口肿胀，张力增加的情况。
镍钛形状记忆合金在骨科的研究与应用
１ 镍钛形状记忆合金的功 能特性与安全性 能研 究
１．１ 镍钛形状 记忆 合金 的功能 特性 记忆 合金 与 一般金 属 材料 的力学特性 有很 大 区别 ，它 们 的材料 弹性模 量 与合金 成 分 、加工方式 、热机 械处 理有 关 ，而呈 现不 同的物 理特 性。至 今 已发现具有形状记 忆功 能 的材料 有近 １００种 ，其 中 Ｎｉ—Ｔｉ 系 记 忆 性 能 最 突 出 ，应 用 也 最 为 成 熟 和 广 泛 。镍 钛 形 状 记 忆 合金作为记忆合金 的代 表 ，以其 ８％ 的变形率 、百万 次的循 环 次数 、超细 的晶粒度 、优异的抗腐蚀性 和生物相 容性 以及低 弹 性模量 、低磁性 、低 比重 和射 线不 透性 ，被 认为 是最 佳 的生 物 植 入材料。由于镍 钛记 忆合 金 的弹性 模 量在 ５２—５９ Ｇｐａ之 间 ，是不锈钢 的 １／４，与人 体皮 质 骨较 为 接近 。依 据 ｗｏＩｆｆ定 律 ，低弹性模 量的 器械 能 够消 除应 力 遮 挡现 象 ，避 免 骨质 疏 松 。此 外 ，记 忆 合 金 在 形 变 恢 复 过 程 中 能 够 对 外 做 功 ，而 坚 强 固定下 的持续应力刺激是促进 骨愈合 的主要 因素之一 ，所 以 ， 其制作 的接骨板 或聚髌 器 ，都可 在形 变恢复 过程 中产 生 持续 的加压力 ，这种独 特 的 自加 压功 能为患 者提 供 了 良好 的生 物 力学条件 ，便 于骨创 面的修 复。 １．２ 镍钛形状记 忆合 金的 安全性 能研究 镍钛形 状 记忆 合 金作为长期植入物 ，在人 体 复杂 的电化 学系 统 中面临 的最 重 要的问题就是腐 蚀。Ｌｏｐｅｚ等 认 为击穿 电位 ＞５００ ｍＶ 的生 物材料植入人 体后 ，具 有足 够的耐 腐蚀 性。而 镍钛 合金 在人 体 液中的击 穿电位高 达 １０００ ｍＶ 以上 ，从而 证 明其 植入 人体 后耐腐蚀性能 特别 强 。１９７６年 Ｃａｓｔｌｅｍａｎ等将镍 钛记 忆合 金植入动物骨骼 中，通过 Ｘ线片 、组织学 、形态 学观察证实 ，镍 钛记忆合金对局部组织无损 害 ，所产 生的炎症 反应 轻 ，组 织修 复过程短 。Ｒｙｈａｎｅｎ等 在 为期 ２６ Ｗ的实验 中，镍钛 记忆 合 金 内植物周 围软组织未发现 毒性和炎症 反应。动 物体 内实验
１．１ 镍钛形状 记忆 合金 的功能 特性 记忆 合金 与 一般金 属 材料 的力学特性 有很 大 区别 ，它 们 的材料 弹性模 量 与合金 成 分 、加工方式 、热机 械处 理有 关 ，而呈 现不 同的物 理特 性。至 今 已发现具有形状记 忆功 能 的材料 有近 １００种 ，其 中 Ｎｉ—Ｔｉ 系 记 忆 性 能 最 突 出 ，应 用 也 最 为 成 熟 和 广 泛 。镍 钛 形 状 记 忆 合金作为记忆合金 的代 表 ，以其 ８％ 的变形率 、百万 次的循 环 次数 、超细 的晶粒度 、优异的抗腐蚀性 和生物相 容性 以及低 弹 性模量 、低磁性 、低 比重 和射 线不 透性 ，被 认为 是最 佳 的生 物 植 入材料。由于镍 钛记 忆合 金 的弹性 模 量在 ５２—５９ Ｇｐａ之 间 ，是不锈钢 的 １／４，与人 体皮 质 骨较 为 接近 。依 据 ｗｏＩｆｆ定 律 ，低弹性模 量的 器械 能 够消 除应 力 遮 挡现 象 ，避 免 骨质 疏 松 。此 外 ，记 忆 合 金 在 形 变 恢 复 过 程 中 能 够 对 外 做 功 ，而 坚 强 固定下 的持续应力刺激是促进 骨愈合 的主要 因素之一 ，所 以 ， 其制作 的接骨板 或聚髌 器 ，都可 在形 变恢复 过程 中产 生 持续 的加压力 ，这种独 特 的 自加 压功 能为患 者提 供 了 良好 的生 物 力学条件 ，便 于骨创 面的修 复。 １．２ 镍钛形状记 忆合 金的 安全性 能研究 镍钛形 状 记忆 合 金作为长期植入物 ，在人 体 复杂 的电化 学系 统 中面临 的最 重 要的问题就是腐 蚀。Ｌｏｐｅｚ等 认 为击穿 电位 ＞５００ ｍＶ 的生 物材料植入人 体后 ，具 有足 够的耐 腐蚀 性。而 镍钛 合金 在人 体 液中的击 穿电位高 达 １０００ ｍＶ 以上 ，从而 证 明其 植入 人体 后耐腐蚀性能 特别 强 。１９７６年 Ｃａｓｔｌｅｍａｎ等将镍 钛记 忆合 金植入动物骨骼 中，通过 Ｘ线片 、组织学 、形态 学观察证实 ，镍 钛记忆合金对局部组织无损 害 ，所产 生的炎症 反应 轻 ，组 织修 复过程短 。Ｒｙｈａｎｅｎ等 在 为期 ２６ Ｗ的实验 中，镍钛 记忆 合 金 内植物周 围软组织未发现 毒性和炎症 反应。动 物体 内实验
形状记忆合金在骨科中的临床应用体会
形状记忆合金在骨科中的临床应用体会目的对形状记忆合金在骨科中的临床应用效果进行分析。
方法对2010年以来我院骨科采用钛镍（TiNi）形状记忆合金系列骨科器械治疗的各类骨折和矫形共68例患者的临床资料进行分析，总结体会。
结果对64例病人进行术后随访3个月～3年，患者骨折均顺利愈合，愈合周期为8～14周，平均9周。
未发现术后感染和骨愈合不全情况，临床治疗效果良好。
结论随着近几年来医学技术的高度发展，钛镍（TiNi）形状记忆合金作为一种全新的骨科器械治疗材料已经越来越多的应用于临床内固定技术中，以其简便的操作方式，广泛的适用范围和优良的理化性和生物相容性获得了广大临床医师的青睐。
标签：骨科；形状记忆合金；临床应用；体会最近几年随着社会的进步，医学科技水平也达到了相应的层次，新型的内固定技术和器械治疗材料的应用使得临床骨科一系列医学难题迎刃而解。
我院2010年以来临床骨科中应用钛镍（TiNi）形状记忆合金在治疗各类骨折和矫形病历共计68例，效果显著，现报告如下。
1 资料与方法1.1 一般资料临床资料共68例，其中男型患者48例，女性患者20例；年龄9～73岁。
股骨干骨折9例，其中单纯斜形或横形骨折3例，螺旋形骨折2例，粉碎性骨折4例；锁骨骨折20例，其中单纯斜形或横形骨折12例，螺旋形骨折4例，粉碎性骨折4例，复杂骨折2例；尺桡骨骨折11例，其中单纯斜形或横形骨折3例，螺旋形骨折1例，粉碎性骨折4例，复杂骨折1例，指骨斜形骨折1例，掌骨斜形骨折1例；髌骨骨折24例，其中单纯斜形或横形骨折5例，粉碎性骨折12例，复杂骨折5例，右膝内翻胫骨上段截骨矫形2例。
1.2 方法根据不同种类的骨折，采取针对性措施。
尺桡骨、股骨、骨卡环、锁骨、髌骨爪及指掌骨环抱式接骨板、自行加压骑缝钉技术进行内固定。
术中暴露和手术入路和普通钢板内固定术及截骨矫形术一致。
在患者骨折复位以后，将形状记忆合金内固定材料在0～5℃冰盐水中展开并安放与骨折位置处，将纱布浸热盐水后敷在合金表面，令其“记忆”的形状迅速恢复，从而完成内固定过程。
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王家林等设计了具有导向固定作用，并能主动记忆加 压于骨断端的尺骨鹰嘴导向记忆固定器。张春才等设计 的肱骨髁上解剖型记忆接骨器，用于治疗肱骨髁上骨折、 骨不连。 2.4 腕关节
2010 年 04 月 第7卷 第2期
生物骨科材料与临床研究 ORTHOPAEDIC BIOMECHANICS MATERIALS AND CLINICAL STUDY
记忆合金独特的属性早在上世纪 30 年代就已经为人 所熟知，但直到上世纪 60 年代，记忆合金才有技术上的应 用。20 世纪 70 年代以来，国内外对镍钛记忆合金的基础 和临床应用做了大量研究，取得了重大进展。1981 年 9 月，NiTi-SMA 的第一种骨科内固定器材——加压骑缝钉 应用于治疗髌骨骨折。此后，一系列由 NiTi-SMA 制成的 内固定物应用于骨科临床的各个领域。 1 四肢骨折内固定 1.1 NiTi-SMA 加压骑缝钉
戴克戎等设计 NiTi-SMA 锯齿臂环抱内固定器，动物 实验与体外力学试验证实，它有良好的抗弯与抗扭作用， 应力遮挡效应明显低于接骨板，临床应用于股骨、肱骨、桡 骨、尺骨骨折治疗，效果满意。
NiTi-SMA 锯齿臂环抱内固定器，可用于全身各部位 的长骨状骨折 。 [3-6] 环抱内固定器主要有圆柱型和圆锥型 两种。圆柱型用来固定长管状骨中段骨折，圆锥型则用来 固定长管状骨的远或近端骨折。环抱器的臂上有锯齿，环 抱器的体和臂组成了一个 2/3 的圆周，臂超过半圆的部分 更加内弯来增加与不规则的骨横截面之间的接触。使用 时将环抱器置于 4℃以下的冰水中，将每对臂向外拉开,置 于复位后的骨折处，加温到 37℃左右，臂的形状自动恢复 而紧紧环抱在骨折的远近段，产生固定作用 。环 [7-9] 抱器对 骨的血供破坏较小，比髓内钉具有更好的抗扭转性能，而 且在提供与不锈钢板几乎同等程度的抗弯和抗扭强度时， 应力遮挡效应比不锈钢板小得多。这些特点使形状记忆 合金环抱器能更好地促进骨折愈合，减少骨折愈合后骨质 疏松的产生。 1.3 NiTi-SMA 套合式交锁髓内钉
戴克戎等采用丝材设计的 NiTi-SMA 骑缝钉，设计简 单，几乎能满足所有关节内骨折的治疗要求。该钉呈 U 字 形，有一个波浪形的压缩部和两条直的腿，腿和压缩部夹 角为 70 度。在植入患者体内前，把它放在 4℃冷水里，可 将波浪形的压缩部拉直，夹角扩大成 90 度。把它的两条 腿分别放在骨折线的两侧并加热后，它能对骨折处产生持 续的压缩力。该骑缝钉可用于治疗髌骨、踝部、尺骨鹰嘴 和肱骨小头等关节部位骨折[2]。
全髋人工关节置换术已相当普及，可能因骨质或股骨 的人工假体柄下与骨干的应力关系，导致柄下骨折。此类 骨折，治疗难度大，骨不连的发生率较高。徐卫东等为之 设计的柄下骨折记忆加压接骨器为解决这一难题提供了 一种行之有效的方法，它轴向持骨、纵向断端加压、夹板植 骨，提高了断端的稳定性。 1.7 NiTi-SMA 箍环
NiTi-SMA 扩张夹由两个斜臂和一个水平臂软、 合拢，便于植入，37℃自动恢复张开状态，利用这种回复力 固定移植物。水平臂防止扩张夹滑入椎管。 3.3 NiTi-SMA 节段内固定器
腰椎峡部裂单节段内固定适用于单纯峡部裂或腰椎 轻度滑脱，无合并椎间盘退变等致痛因素的患者。尽可能 少地融合脊柱节段不但保留了脊柱的活动度，同时还避免 了因多节段固定对脊柱造成的力学及生理、生化等方面的 不利影响。目前临床上常用的节段内固定方法有：横突棘 突钢丝捆绑法、钩螺钉固定法等，但各有其不足之处。杨 建成等 [22] 自行研制了记忆合金节段内固定器治疗腰椎峡 部裂。该固定器呈弓形，两端钩回，形成上下两钩，其下钩
NiTi-SMA 鹰嘴引导记忆固定器，可用于尺骨鹰嘴骨 折。该固定器由髓内引导锁针、基部解剖圆弧和压缩固定 臂三部分组成。固定器放入冰水中变形后置入骨折处，体 温下固定器趋于回复到原来形状，对鹰嘴骨折处产生持续 的压缩力。基部解剖圆弧的弧度设计成比鹰嘴稍微小一 点，可带来坚固的固定，从而防止普通张力带固定时钢针 退出的并发症。 1.5 NiTi-SMA 聚髌器
2010 年 04 月 第7卷 第2期
文章编号：
生物骨科材料与临床研究 ORTHOPAEDIC BIOMECHANICS MATERIALS AND CLINICAL STUDY
综述与讲座
镍钛形状记忆合金材料在骨科应用的研究进展
王勇平 1 陈根元 2 刘小荣 3
自 1963 年 Buehler[1]报道了镍钛合金(nitinol)具有形状 记忆效应，此后对其本质和应用研究日趋深入。国内外对 镍钛形状记忆合金(nitinol shape memory alloy NiTi-SMA)的 基础和临床应用做了大量研究，结果表明：NiTi-SMA 在体 内长期植入可释放 Ni 离子，因美国、日本、西欧等国家，对 引进新的人体用材料有严格的法律规定，目前上述国家除 在口腔正畸普及应用 NiTi-SMA 外，大多还处于动物试验、 生化学测试阶段，研制的骨科器械也仅在尸体上或动物体 内进行实验。我国 NiTi-SMA 的基础研究和临床应用走在 世界前列，骨科领域已开发出各种内固定器械，实践表明， 疗效满意。本文对 NiTi-SMA 的基础研究进展及骨科器械 的临床应用作以综述。
NiTi-SMA 聚髌器由 2 个基部的髌骨爪，3 个顶部的髌 骨爪和一个连接腰部组成。在临床操作中，先将爪子在冰 水中打开，然后将聚髌器置于复位的骨折处，在体温下回 复原来形状，产生一个持续的压力 。 [11-13] 髌骨和聚髌器直 径的差异使得聚髌器在骨折愈合过程中能紧紧固定在骨 折处，可牢固地固定髌骨粉碎性骨折。 1.6 NiTi-SMA 柄下骨折记忆加压接骨器
桡骨远端涉及关节面的粉碎骨折、骨不连与各种畸 形，临床多见，处理困难。禹宝庆等设计的桡骨远端解剖 型记忆聚合器，为之探索了一条新的途径。
另外，有针对舟骨腰部骨折的内固定器 [17]、部分腕骨 融合的四角融合器[18]及三角融合器 。 [19] 3 脊柱外科 3.1 NiTi-SMA 人工颈椎椎间关节
戴克戎等设计 NiTi-SMA 股骨头杯，杯口收拢，不易因 旋转发生内翻与脱落。赵文宽等用 NiTi-SMA 螺丝钉治疗 股骨颈骨折，取得良好的疗效。另外，尚有无柄 NiTi-SMA 人工股骨假体研制。 2.2 膝关节
为治疗各类型髌骨骨折并试图取代部分和全部髌骨 切除术，张春才等设计了一种 NiTi-SMA 聚髌器(NT-PC)。 它具有 2 个髌底功能爪，3 个髌尖功能爪和一个连接爪的 腰部组成，NT-PC 在体温驱动下，能从 5 个方向产生回复 力，向心、主动、持续地把粉碎的髌骨聚合加压于解剖位直 至骨愈合。NT-PC 不但适用于各类型髌骨骨折，而且避免 部分与全部髌骨切除。 2.3 肘关节
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
NiTi-SMA 人工颈椎椎间关节植入术适用于椎节稳定 又无需确实固定的颈椎病患者，不但可以减轻相邻节段负 荷, 避免或者延缓其退行性变，而且患者还可以获得一个 相对灵活的脊柱。 3.2 NiTi-SMA 扩张夹
颈椎前路减压及植骨融合术最主要的并发症是移植 物脱落和假关节形成，主要原因是移植物与相邻椎体之间 由于颈椎的屈伸活动产生剪力。因此，各种前路内固定装 置必须稳定,以减少颈椎屈、伸、旋转而带来融合节段的剪 切力。Mei 等 [21] 设计了 NiTi-SMA 扩张夹，植入骨移植物 中，依靠记忆合金的回复力, 使骨移植物与上下椎体紧密 接触，达到牢固的融合。
在此启迪下，张春才等采用板材设计了系列弓齿记忆 接骨器，在连臂的功能弧上，循规则与不规则骨的解剖形
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
颈椎病前路传统手术多采用颈椎前路减压并植骨融 合，此种方法的优势在于可以获得局部稳定性，但是操作 较复杂，易出现各种并发症，尤其会加速或引起相邻节段 颈椎的退行性变，为此赵定麟等 [20] 设计了 NiTi-SMA 人工 颈椎椎间关节，以取代传统的植骨融合术。
NiTi-SMA 人工颈椎椎间关节呈 型，使用时置于冰水 中当颈前路减压术完成后，将 形的弓臂压成扁平状，便 于通过椎体前方较为狭窄的开口进入椎间隙中央，在正常 体温的作用下迅速恢复原形。生物力学显示可完全支撑 头颈部重量，增加活动度。
宁锦龙等[15]应用“Y”型镍钛形状记忆合金接骨板治疗 股骨转子下骨折 12 例，均获得骨性愈合，优良率为 100%。 2 关节外科 2.1 髋关节 2.1.1 髋臼三维内固定系统
长期以来，髋臼骨折、尤其是粉碎性复杂性髋臼骨折， 一直是创伤骨科中的难题之一，髋臼解剖形态虽然复杂而 不规则，但其共同特点是大小的弧线相连相叠；皮质骨较 集中于线嵴部；松质骨充实，血运丰富。这些特点提示了： (1)非一种形态的固定物所能胜任；(2)只要稳定于解剖位， 骨愈合应快于管状骨干。张春才等 [16] 依髋臼的解剖特点 与镍钛合金特性，研制了髋臼三维记忆内固定系统，由前 柱臼 A、后柱臼 B、弓齿 C、粗隆 D 四组系列组成，前柱臼 由前柱弓、臂支、方区顶壁板组成，后柱臼由后柱弓、臼网、 方区后壁板组成，弓齿由正面弧、对称臂齿组成，转子由转 子导针和弧齿支组成。该系统用于各种髋臼骨折，由于此 三维内固定系统是遵循髋臼多变而不规则的解剖弧线设 计的，再加上记忆合金特有的记忆能力，所以可以使破碎 的髋臼聚合于解剖位, 并且能够对抗臀中肌等的外展力， 使骨折处于稳定的解剖位，利于骨折愈合。 2.1.2 其他
2010 年 04 月 第7卷 第2期
生物骨科材料与临床研究 ORTHOPAEDIC BIOMECHANICS MATERIALS AND CLINICAL STUDY
记忆合金独特的属性早在上世纪 30 年代就已经为人 所熟知，但直到上世纪 60 年代，记忆合金才有技术上的应 用。20 世纪 70 年代以来，国内外对镍钛记忆合金的基础 和临床应用做了大量研究，取得了重大进展。1981 年 9 月，NiTi-SMA 的第一种骨科内固定器材——加压骑缝钉 应用于治疗髌骨骨折。此后，一系列由 NiTi-SMA 制成的 内固定物应用于骨科临床的各个领域。 1 四肢骨折内固定 1.1 NiTi-SMA 加压骑缝钉
戴克戎等设计 NiTi-SMA 锯齿臂环抱内固定器，动物 实验与体外力学试验证实，它有良好的抗弯与抗扭作用， 应力遮挡效应明显低于接骨板，临床应用于股骨、肱骨、桡 骨、尺骨骨折治疗，效果满意。
NiTi-SMA 锯齿臂环抱内固定器，可用于全身各部位 的长骨状骨折 。 [3-6] 环抱内固定器主要有圆柱型和圆锥型 两种。圆柱型用来固定长管状骨中段骨折，圆锥型则用来 固定长管状骨的远或近端骨折。环抱器的臂上有锯齿，环 抱器的体和臂组成了一个 2/3 的圆周，臂超过半圆的部分 更加内弯来增加与不规则的骨横截面之间的接触。使用 时将环抱器置于 4℃以下的冰水中，将每对臂向外拉开,置 于复位后的骨折处，加温到 37℃左右，臂的形状自动恢复 而紧紧环抱在骨折的远近段，产生固定作用 。环 [7-9] 抱器对 骨的血供破坏较小，比髓内钉具有更好的抗扭转性能，而 且在提供与不锈钢板几乎同等程度的抗弯和抗扭强度时， 应力遮挡效应比不锈钢板小得多。这些特点使形状记忆 合金环抱器能更好地促进骨折愈合，减少骨折愈合后骨质 疏松的产生。 1.3 NiTi-SMA 套合式交锁髓内钉
戴克戎等采用丝材设计的 NiTi-SMA 骑缝钉，设计简 单，几乎能满足所有关节内骨折的治疗要求。该钉呈 U 字 形，有一个波浪形的压缩部和两条直的腿，腿和压缩部夹 角为 70 度。在植入患者体内前，把它放在 4℃冷水里，可 将波浪形的压缩部拉直，夹角扩大成 90 度。把它的两条 腿分别放在骨折线的两侧并加热后，它能对骨折处产生持 续的压缩力。该骑缝钉可用于治疗髌骨、踝部、尺骨鹰嘴 和肱骨小头等关节部位骨折[2]。
全髋人工关节置换术已相当普及，可能因骨质或股骨 的人工假体柄下与骨干的应力关系，导致柄下骨折。此类 骨折，治疗难度大，骨不连的发生率较高。徐卫东等为之 设计的柄下骨折记忆加压接骨器为解决这一难题提供了 一种行之有效的方法，它轴向持骨、纵向断端加压、夹板植 骨，提高了断端的稳定性。 1.7 NiTi-SMA 箍环
NiTi-SMA 扩张夹由两个斜臂和一个水平臂软、 合拢，便于植入，37℃自动恢复张开状态，利用这种回复力 固定移植物。水平臂防止扩张夹滑入椎管。 3.3 NiTi-SMA 节段内固定器
腰椎峡部裂单节段内固定适用于单纯峡部裂或腰椎 轻度滑脱，无合并椎间盘退变等致痛因素的患者。尽可能 少地融合脊柱节段不但保留了脊柱的活动度，同时还避免 了因多节段固定对脊柱造成的力学及生理、生化等方面的 不利影响。目前临床上常用的节段内固定方法有：横突棘 突钢丝捆绑法、钩螺钉固定法等，但各有其不足之处。杨 建成等 [22] 自行研制了记忆合金节段内固定器治疗腰椎峡 部裂。该固定器呈弓形，两端钩回，形成上下两钩，其下钩
NiTi-SMA 鹰嘴引导记忆固定器，可用于尺骨鹰嘴骨 折。该固定器由髓内引导锁针、基部解剖圆弧和压缩固定 臂三部分组成。固定器放入冰水中变形后置入骨折处，体 温下固定器趋于回复到原来形状，对鹰嘴骨折处产生持续 的压缩力。基部解剖圆弧的弧度设计成比鹰嘴稍微小一 点，可带来坚固的固定，从而防止普通张力带固定时钢针 退出的并发症。 1.5 NiTi-SMA 聚髌器
2010 年 04 月 第7卷 第2期
文章编号：
生物骨科材料与临床研究 ORTHOPAEDIC BIOMECHANICS MATERIALS AND CLINICAL STUDY
综述与讲座
镍钛形状记忆合金材料在骨科应用的研究进展
王勇平 1 陈根元 2 刘小荣 3
自 1963 年 Buehler[1]报道了镍钛合金(nitinol)具有形状 记忆效应，此后对其本质和应用研究日趋深入。国内外对 镍钛形状记忆合金(nitinol shape memory alloy NiTi-SMA)的 基础和临床应用做了大量研究，结果表明：NiTi-SMA 在体 内长期植入可释放 Ni 离子，因美国、日本、西欧等国家，对 引进新的人体用材料有严格的法律规定，目前上述国家除 在口腔正畸普及应用 NiTi-SMA 外，大多还处于动物试验、 生化学测试阶段，研制的骨科器械也仅在尸体上或动物体 内进行实验。我国 NiTi-SMA 的基础研究和临床应用走在 世界前列，骨科领域已开发出各种内固定器械，实践表明， 疗效满意。本文对 NiTi-SMA 的基础研究进展及骨科器械 的临床应用作以综述。
NiTi-SMA 聚髌器由 2 个基部的髌骨爪，3 个顶部的髌 骨爪和一个连接腰部组成。在临床操作中，先将爪子在冰 水中打开，然后将聚髌器置于复位的骨折处，在体温下回 复原来形状，产生一个持续的压力 。 [11-13] 髌骨和聚髌器直 径的差异使得聚髌器在骨折愈合过程中能紧紧固定在骨 折处，可牢固地固定髌骨粉碎性骨折。 1.6 NiTi-SMA 柄下骨折记忆加压接骨器
桡骨远端涉及关节面的粉碎骨折、骨不连与各种畸 形，临床多见，处理困难。禹宝庆等设计的桡骨远端解剖 型记忆聚合器，为之探索了一条新的途径。
另外，有针对舟骨腰部骨折的内固定器 [17]、部分腕骨 融合的四角融合器[18]及三角融合器 。 [19] 3 脊柱外科 3.1 NiTi-SMA 人工颈椎椎间关节
戴克戎等设计 NiTi-SMA 股骨头杯，杯口收拢，不易因 旋转发生内翻与脱落。赵文宽等用 NiTi-SMA 螺丝钉治疗 股骨颈骨折，取得良好的疗效。另外，尚有无柄 NiTi-SMA 人工股骨假体研制。 2.2 膝关节
为治疗各类型髌骨骨折并试图取代部分和全部髌骨 切除术，张春才等设计了一种 NiTi-SMA 聚髌器(NT-PC)。 它具有 2 个髌底功能爪，3 个髌尖功能爪和一个连接爪的 腰部组成，NT-PC 在体温驱动下，能从 5 个方向产生回复 力，向心、主动、持续地把粉碎的髌骨聚合加压于解剖位直 至骨愈合。NT-PC 不但适用于各类型髌骨骨折，而且避免 部分与全部髌骨切除。 2.3 肘关节
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
NiTi-SMA 人工颈椎椎间关节植入术适用于椎节稳定 又无需确实固定的颈椎病患者，不但可以减轻相邻节段负 荷, 避免或者延缓其退行性变，而且患者还可以获得一个 相对灵活的脊柱。 3.2 NiTi-SMA 扩张夹
颈椎前路减压及植骨融合术最主要的并发症是移植 物脱落和假关节形成，主要原因是移植物与相邻椎体之间 由于颈椎的屈伸活动产生剪力。因此，各种前路内固定装 置必须稳定,以减少颈椎屈、伸、旋转而带来融合节段的剪 切力。Mei 等 [21] 设计了 NiTi-SMA 扩张夹，植入骨移植物 中，依靠记忆合金的回复力, 使骨移植物与上下椎体紧密 接触，达到牢固的融合。
在此启迪下，张春才等采用板材设计了系列弓齿记忆 接骨器，在连臂的功能弧上，循规则与不规则骨的解剖形
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
颈椎病前路传统手术多采用颈椎前路减压并植骨融 合，此种方法的优势在于可以获得局部稳定性，但是操作 较复杂，易出现各种并发症，尤其会加速或引起相邻节段 颈椎的退行性变，为此赵定麟等 [20] 设计了 NiTi-SMA 人工 颈椎椎间关节，以取代传统的植骨融合术。
NiTi-SMA 人工颈椎椎间关节呈 型，使用时置于冰水 中当颈前路减压术完成后，将 形的弓臂压成扁平状，便 于通过椎体前方较为狭窄的开口进入椎间隙中央，在正常 体温的作用下迅速恢复原形。生物力学显示可完全支撑 头颈部重量，增加活动度。
宁锦龙等[15]应用“Y”型镍钛形状记忆合金接骨板治疗 股骨转子下骨折 12 例，均获得骨性愈合，优良率为 100%。 2 关节外科 2.1 髋关节 2.1.1 髋臼三维内固定系统
长期以来，髋臼骨折、尤其是粉碎性复杂性髋臼骨折， 一直是创伤骨科中的难题之一，髋臼解剖形态虽然复杂而 不规则，但其共同特点是大小的弧线相连相叠；皮质骨较 集中于线嵴部；松质骨充实，血运丰富。这些特点提示了： (1)非一种形态的固定物所能胜任；(2)只要稳定于解剖位， 骨愈合应快于管状骨干。张春才等 [16] 依髋臼的解剖特点 与镍钛合金特性，研制了髋臼三维记忆内固定系统，由前 柱臼 A、后柱臼 B、弓齿 C、粗隆 D 四组系列组成，前柱臼 由前柱弓、臂支、方区顶壁板组成，后柱臼由后柱弓、臼网、 方区后壁板组成，弓齿由正面弧、对称臂齿组成，转子由转 子导针和弧齿支组成。该系统用于各种髋臼骨折，由于此 三维内固定系统是遵循髋臼多变而不规则的解剖弧线设 计的，再加上记忆合金特有的记忆能力，所以可以使破碎 的髋臼聚合于解剖位, 并且能够对抗臀中肌等的外展力， 使骨折处于稳定的解剖位，利于骨折愈合。 2.1.2 其他