医用形状记忆合金(SMA)
作者：王野平 赵立群 顾云峰 雷 琼
单位：上海铁道大学 (200331)
关键词：
中国医疗器械杂志990309 Medical Shape Memory Alloy
Wang Yeping Zhao Ligun Gu Yunfeng Lei Qiong
Shanghai Tiedao University
形状记忆合金(SMA)是指具有形状记忆效应的合金材料。具有记忆效应的合金目前已发现20余种，但具有医用开发前景的只有镍钛(TiNi)形状记忆合金。镍钛形状记忆合金不但具有奇特的形状记忆效应、超弹性及优良的耐磨性，而且具有良好的耐蚀性和组织相容性，因此在临床各科和医疗器械等方面获得了广泛的应用。
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1 镍钛形状记忆合金
某些金属材料在发生塑性变形后，如通过加热使其温度升到某一特定温度之上，便能回复到变形前的形状，这种现象称为形状记忆效应。具有这种效应的金属通常为合金，故称为形状记忆合金。具有形状记忆效应的实用镍钛合金的镍和钛的原子数相近，原子比约为1∶1。形状记忆效应是在马氏体相变中发生的。通常把马氏体相变中的高温相叫做母相(P)，低温相叫做马氏体相(M)。从母相到马氏体相的相变叫做马氏体正相变，或马氏体相变，从马氏体相到母相的相变叫做马氏体逆相变。形状记忆效应一般是在马氏体逆相变中产生的。马氏体逆相变的开始温度就是形状记忆合金的形状回复温度。医用镍钛形状记忆合金的形状回复温度一般为35～40℃。它主要取决于合金中镍的含量。形状记忆合金的马氏体相变不但能由温度变化引发，在外部应力作用下也能诱发。此时合金将向弹性模量低、塑性好的马氏体相组织转变，从而使作用应力下降。从宏观上看，材料能在很大的变形范围内保持内部应力基本不变。这就是形状记忆合金的超弹性。
, http://www.100md.com 2 镍钛形状记忆合金的基础医学研究
形状记忆合金要应用于生物体内，不仅要有机械性能上的可靠性，还必须有化学、生物学、生化学的可靠性。我国于80年代初开始对形状记忆合金进行基础研究。薛淼、张彩霞等人分别对镍钛形状记忆合金进行生物介质腐蚀试验、细胞附着试验等体外实验[1]。结果表明TiNi的耐腐蚀性能优良，细胞附着生长良好。将TiNi丝或板置入动物体内进行埋藏试验，两年期间其皮毛含镍量未见明显增加，试件周围组织被膜很薄，周围细胞无畸变。刘阳等对TiNi气管内支架周围组织进行检查也未见明显炎症及异常细胞反应[2]。综上所述，镍钛形状记忆合金在人体内的生物相容性及耐腐蚀性是良好的。这为镍钛形状记忆合金在人体内的应用提供了重要依据。
3 镍钛形状记忆合金在临床各科中的应用
3.1 口腔科 形状记忆合金在口腔科的应用主要包括正畸丝、种植牙和卡环等。
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3.1.1 口腔正畸科 具有超弹性功能的形状记忆合金材料可在很大的应变范围内保持应力值基本不变。这种性能对口腔正畸来说是非常有用的。它能使作用在牙齿上的矫正力不随牙齿的移位而发生显著的变化。由北京口腔医院和北京有色金属研究总院共同研制的镍钛形状记忆合金矫正丝已临床应用数万例[3]，效果良好，并大量出口美国和欧洲等。
3.1.2 口腔颌面外科 形状记忆合金在口腔颌面外科的应用可概括为两大方面：一是象骨科那样用SMA加压骑缝钉和接骨板等来治疗颌骨骨折，二是用于制造种植牙。与用纯钛或钛合金制造的种植牙相比，SMA种植牙植入方便，且它与牙槽骨之间自始至终有一定的压应力作用。这不但有利于骨组织的恢复，而且能有效地防止种植牙的松动。
3.1.3 口腔修复科 由于形状记忆合金在低温下的弹性模量小、塑性好，因此SMA口腔修复用卡环不但取用方便，而且能用在许多不便使用卡环的场合，如用于牙齿颈部或倾斜基牙的卡环。
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3.1.4 口腔内科 上海第九人民医院曾探索用SMA加压骑缝钉来治疗隐裂牙[4]。首先在垂直于隐裂的方向上制出两条钉槽，在钉槽两端分别钻出四个一定大小的钉道，然后将特制的骑缝钉装入并加热使其恢复记忆形状，最后用光固化复合树脂将骑缝钉全部包埋。临床应用后总体效果良好。用这种方法治疗隐裂牙需在牙齿顶面上钻四个孔，开两条槽，因此对牙体组织损伤较大，不宜用于牙冠面积较小的前磨牙。
3.2 骨科 镍钛记忆合金在骨科中的应用最为广泛。其主要的应用形式有：
3.2.1 加压骑缝钉 用加压骑缝钉治疗骨折操作简单，使用方便，还可在骨折处产生一定的压应力。这不但有助于骨组织的恢复，而且能有效地减少应力遮挡效应。
3.2.2 内固定器 对于承重或受力较大的长骨骨折，采用形状记忆合金材料制作的内固定器可在骨折处产生一种持续性的压应力。这种压应力不会随骨折线的吸收而消失，可防止骨不连的发生。另外，SMA内固定器一般均具有较好的稳定性和较高的强度。典型产品有上海第九人民医院研制的锯齿臂环抱内固定器和上海长海医院研制的弓形记忆加压接骨器等[5][6]。
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3.2.3 髓内钉 与传统的不锈钢髓内钉相比较，SMA髓内钉插入方便，不需要髓腔铰孔，能有效地防止骨折部的横向移位和弯曲变形。但其抗扭能力差，只能用于某些特定骨的骨折治疗中。解放军总医院研制的Y型SMA髓内钉能有效地改善其抗扭能力[7]，对手部掌指骨骨折具有良好的治疗效果。
3.2.4 接骨板 传统的不锈钢接骨板在骨折部固定时要给予很大的对紧力，操作麻烦，且会产生较严重的应力遮挡效应。使用SMA接骨板不但手术时不需要给予过大的对紧力，且骨折处的应力遮挡率明显下降。
3.2.5 人工关节 形状记忆合金在人工关节中的应用包括人工股骨头、人工髋臼和人工椎间关节等。采用SMA人工股骨头可较好地解决股骨头的松动问题，且不需要使用可能导致人体过敏的骨水泥。另外，镍钛形状记忆合金的耐磨性也比钛合金或钴铬钼合金好。上海长征医院用SMA人工椎间关节治疗骨源性颈椎病数十例效果良好[8]。
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3.2.6 镍钛形状记忆合金螺丝钉 天津医院等研制的镍钛形状记忆合金螺丝钉对股骨颈骨折治疗具有良好的效果[9]。该螺丝钉的前部是记忆成开口的。安装在骨折部后，不但可对骨组织产生一定的压应力，而且可提高螺丝钉的抗扭能力。
3.2.7 聚髌器 上海长海医院等研制的聚髌器是一种专门治疗髌骨骨折的形状记忆合金器件[10]。用聚髌器治疗髌骨骨折不但可保留髌骨，恢复其原有的解剖形态，而且固定可靠，操作简单。临床应用已达数千例，效果良好。
3.2.8 哈伦顿棒 对脊柱侧弯进行矫形外科手术治疗时，一般采用不锈钢制哈伦顿棒。由于不锈钢的刚性大，手术中作用在脊柱上的矫正力较难控制，万一矫正力过大不但会损伤脊柱，而且会伤及神经等其它周围组织。另外不锈钢制哈伦顿棒手术后的矫正力下降较快，有时不得不进行第二次手术以调整矫正力。而如采用SMA哈伦顿棒，只要正确控制其高温时的记忆形状，就能较好地解决上述问题。
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3.2.9 接骨线 用具有超弹性的SMA接骨线进行结扎可持久地保持稳定的结扎力，且结扎力不会随骨折线的吸收而消失。但使用SMA接骨线时，连接较困难，不能象传统金属线那样简单拧接，需使用专用的连接器。
3.3 泌尿外科 近年来，用形状记忆合金内支架来治疗前列腺增生所致尿道梗阻已越来越多。与其它材料的内支架相比，SMA内支架的显著优点是置入方便，不易损伤其它组织。另外它还具有良好的耐腐蚀性和生物相容性。形状记忆合金在泌尿外科的另一个重要应用是用来治疗各种原因引起的尿失禁[11]。利用几个具有双程记忆效应的形状记忆合金元件，可构成一个能置入体内并控制尿路通断的微型阀。
3.4 胆道外科 对于各种原因引起的胆道狭窄或梗阻，如无法进行手术切除则可用SMA胆道内支撑来保持胆道的通畅，以延长患者的存活时间并提高其生存质量。以前使用的SMA胆道内支撑呈螺旋弹簧状。为了保持一定的密度，其螺旋升角不能做得太大，因而低温时不能拉得太细。为了克服这一缺点，目前使用的SMA胆道内支撑均采用螺旋升角较大的网状结构。
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3.5 胸外科 解放军总医院和上海胸科医院等曾用SMA内支架治疗各种食管狭窄和气管狭窄[12]，临床应用后效果良好。用于治疗食管狭窄和气管狭窄的SMA丝较粗，不便做成相互交叉的网状结构，一般采用螺旋弹簧的形式。为了保证SMA内支架在食管或气管内可靠地固定，内支架的一端或两端直径往往做得稍大一些。由于形状记忆合金在低温下的弹性模量小、塑性好，SMA内支架不但置入方便、可靠，而且万一手术失败取出也非常方便。有报道[13]，SMA内支架脱落后经消化道排出未引起任何症状。利用形状记忆合金在高温时的形状回复力，形状记忆合金还可用作人工心脏的动力源[14]。将记忆成收缩状的SMA丝贴在人工心室的外壁上，SMA丝通电受热后就会使人工心室收缩而产生泵出作用。SMA丝的冷却依靠自然降温，故其工作频率较低。四川医学科学院附属医院用加压骑缝钉治疗严重创伤性胸壁软化，效果明显优于其它方法。
3.6 脑外科 在对脑动脉瘤进行手术治疗时，可用脑动脉瘤夹把动脉瘤的根部夹住，阻止其中的血液流通，使得动脉瘤渐渐地变成正常组织而得到治疗。SMA脑动脉瘤夹使用方便，夹紧力稳定、可靠，容易控制。另外，SMA脑动脉瘤夹在低温时对脑动脉的夹紧力很小，此时可以进一步确定脑动脉瘤夹的位置及所夹血管是否正确，以免发生差错。上海长海医院等曾研制过专门用于颅骨成形术的形状记忆合金弓形钉和方形钉[15]，临床应用后效果良好。
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3.7 五官科 上海钢研所和上海卢湾区牙防所曾联合研制过一种止鼾器[16]。其主要原理是应用某一特殊装置来固定患者的舌或小舌，以防止它们在患者睡眠时堵塞呼吸通道。利用形状记忆合金的超弹性和形状记忆效应，SMA止鼾器不但安装方便，而且在固定患者舌或小舌时，作用力柔和、稳定。整个装置的结构也比以前用不锈钢做的简单。患者使用SMA止鼾器后异物感小，能正常进食，某些患者还能非常流利地说话。日本学者曾研究用形状记忆合金来制造代用听小骨[17]。利用其形状记忆效应和超弹性，SMA听小骨不但安装方便，而且和其它骨组织间的接触力柔和、稳定，接触可靠，能有效地传递耳内的振动。
3.8 计划生育 应用SMA输卵管夹行绝育手术必要时，可将SMA输卵管夹取出以使输卵管再通。与此类似，泸州市人民医院等研制的镍钛记忆合金微型圈在行男性绝育手术后[18]，必要时也可将微型圈取出以使输精管再通。但用上述方法进行绝育都必须动手术，因此许多人不愿意接受。上海钢研所等研制的SMA宫内避孕器可根据女性身体的解剖特点来设计避孕器的形状，因此和身体间的贴合性好，固定可靠，反应轻，效果好，而且取用方便。
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3.9 血管外科 镍钛形状记忆合金在血管外科的应用主要包括两个方面，一是对各种异常血管通道进行堵塞，二是在各种血管狭窄处或动脉瘤处形成血液流通通道。上海长海医院等研制的NT-海球栓是一种较典型的SMA血管闭塞装置[19]，临床应用后效果良好。所谓动脉瘤实际上是指血管局部直径变大、壁厚变薄，长期发展下去可能会导致血管破裂，引起大出血。上海中山医院等正在开展用SMA血管内支架来治疗动脉瘤的研究工作，即用SMA血管内支架来代替长有动脉瘤部分的血管。
4 镍钛形状记忆合金在医疗器械中的应用
形状记忆合金除在临床各科中获得了广泛的应用外，它在医疗器械领域也有非常广泛的应用，当然，它在用于临床各科时，也是一种医疗器械。由于形状记忆合金元件的形状回复力是与其特征尺寸的二次方成正比，其随特征尺寸减小而衰减的速度要明显小于与特征尺寸三次方成正比的重力、惯性力等，再加上形状记忆合金元件尺寸减小后其比表面积增加，冷却加快，因此在微机械领域常采用形状记忆合金来做驱动器。形状记忆合金在医疗器械领域的许多应用与它的上述特性有关。
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4.1 用微型机器人作结肠检查 意大利学者曾研制过一种用于结肠检查的微型机器人[20]。该机器人能通过用SMA微型阀控制的压缩空气在肠内作运动。与传统的结肠检查装置相比，病人用这种微型机器人作结肠检查时痛苦要减少许多。比利时研究人员也研制过一种类似的能在肠道内运动的微型机器人。这种机器人是直接采用形状记忆合金元件来作驱动器的。它还可在治疗或检查各种肠道疾病时作为运载工具用。
4.2 微型外科手术钳 美国研究人员用形状记忆合金做出了大小只有一颗沙粒左右的微型外科手术钳，它可用来对脑动脉瘤进行手术治疗，以防止发生中风。
4.3 药物释放器 对于需要长期每天进行多次注射的病人，注射会给病人带来痛苦、麻烦，影响其工作、休息，尤其对于需要定时注射的病人更是如此。为此，比利时的研究人员发明了一种可置人体内的药物释放器[21]。该药物释放器上有一个用形状记忆合金元件驱动的微型阀。通过加热或冷却形状记忆合金元件就可控制微型阀的开闭。据报道，药物释放器一次存放的药物量可相当于3000次注射的药物剂量。当药物释放器内的药物释放完毕后，还可通过体外注射的办法给其重新充填药物。
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4.4 人工脏器用微型泵 携带式人工肾脏系统需不断注入抗凝剂、中和剂等药物。用于这种目的的药物注入泵不但要求流量极其微小，而且必须小而可靠。用形状记忆合金来制造这种泵不但结构简单小巧，控制方便，而且非常可靠。
4.5 管道镜 用形状记忆合金作驱动器的管道镜可通过远程控制在各种复杂的人体管道内运动。外科医生可用这种管道镜对血管等进行显微外科手术。
4.6 主动性导管或导丝 主动性导管一般由多节组成。每节之间用形状记忆合金驱动器进行连接。通过远程控制它可在各种狭窄弯曲的人体血管等管道内运动，以便对血管等进行治疗。主动性导丝一般其前端或全部用形状记忆合金制造。通过加热或冷却形状记忆合金丝，主动性导丝可在人体非常细的血管内运动。
4.7 触觉手套 对于用微机械或微机器人进行的显微外科手术，微机械或微机器人的动作一般不是直接用程序来进行控制，而是医生在观察了病人的具体情况后，通过用手示教来进行控制。但医生在控制过程中手上没有一点感觉，因此常常会出错。为此，美国学者研制了一种用形状记忆合金制造的能反映触觉和触力大小的触觉手套。其主要原理是将传感器输出的信号转换成一定大小的加热电流，从而通过控制形状记忆合金元件的温度来控制作用在医生手上力的大小。
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4.8 毛细管 由于形状记忆合金具有超弹性及低弹性模量的特点，因此用形状记忆合金做成的毛细管非常柔软、易弯曲，能在血管壁等的导向作用下深入到人体各个部位去，从而对人体某个特定部位进行注射等治疗。
4.9 康复器械 由于人体四肢上的肌电信号与其想要实现的动作间存在一定的对应关系，因此对于四肢有残疾的人来说，可利用这种信号来控制假肢的运动。用形状记忆合金做这类假肢既简单又可靠。先将肌电信号转换成与其有一定对应关系的形状记忆合金加热电流。控制加热电流就可控制形状记忆合金元件的温度，从而控制其形状。
参 考 文 献
1. 薛淼等.镍钛记忆合金的医学基础研究.中国生物医学工程学报.1983；2(1):28
2. 刘阳等.镍钛记忆合金气管内植入的医学基础研究.中国生物医学工程学报.1996；15:245
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3. 鲍燕贻.钛镍形状记忆合金的口腔正畸临床研究.北京口腔医院院刊.1983；144
4. 孔冬古.镍钛记忆合金在纵裂牙修复中的初探.口腔材料器械杂志.1994；3(4):168
5. 戴克戎等.形状记忆锯齿臂环抱内固定器的实验研究与临床应用.中华外科杂志.1994；32(10):629
6. 张春才等.上肢管状骨弓形记忆加压接骨器的研制与临床应用.中华外科杂志.1993；31(5):269
7. 董纪元等.Y形镍钛形状记忆合金钉治疗手部掌指骨骨折.中华外科杂志.1993；31(5):265
8. 赵定麟.形状记忆合金椎间关节用于颈椎病前路减压术.中华外科杂志.1984；22(7):410
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9.赵文宽等.镍钛记忆合金螺丝钉治疗新鲜股骨颈骨折.中华骨科杂志.1995；15(3):142
10. 张春才等.镍钛-聚髌器治疗髌骨骨折及其生物力学特性.骨与关节损伤杂志.1996；11(2):78
11. S Chonan et al.Development of an artificial urethral valve using SMA actuators.Smart Material Structure.1997(6):410.
12. 刘阳等.镍钛记忆合金支架治疗气管狭窄的实验研究及临床应用.中华外科杂志.1993；31(5):267
13. 董宗俊等.钛合金食管支撑物的初步临床应用.中华外科杂志.1993；31(5):262
14. 舟久保等.形状记忆合金.北京；机械工业出版社.1992
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15. 刘建民.镍钛形状记忆合金弓形钉的设计及在颅骨成形术中的应用.中华医学杂志.1991；(3):172
16. C Haidong et al.The use of NiTi alloy device in the treatment of obstructive sleep apnea syndrome. Metall. 1992;46(2):148
17. 杨杰等.形状记忆合金及其应用.合肥；中国科学技术大学出版社.1993
18.罗礼俊等.镍钛记忆合金微型圈在男性节育术中的应用.中华外科杂志.1996；34(10):591
19.张维娥等.应用NT—海球栓栓塞髂内动脉配合治疗骶尾部肿瘤.中华放射学杂志.1993；27(3):155
20. Carrozza,M.C. et al. A microrobot for colonoscopy.IEEE on Micro Machine and Human Scinece. 1996;223
21. Reynaerts, D. et al. Design of a SMA-actuated implantable drug delivery system. IEEE on Micro Machine and Human Science 1995, http://www.100md.com
单位：上海铁道大学 (200331)
关键词：
中国医疗器械杂志990309 Medical Shape Memory Alloy
Wang Yeping Zhao Ligun Gu Yunfeng Lei Qiong
Shanghai Tiedao University
形状记忆合金(SMA)是指具有形状记忆效应的合金材料。具有记忆效应的合金目前已发现20余种，但具有医用开发前景的只有镍钛(TiNi)形状记忆合金。镍钛形状记忆合金不但具有奇特的形状记忆效应、超弹性及优良的耐磨性，而且具有良好的耐蚀性和组织相容性，因此在临床各科和医疗器械等方面获得了广泛的应用。
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1 镍钛形状记忆合金
某些金属材料在发生塑性变形后，如通过加热使其温度升到某一特定温度之上，便能回复到变形前的形状，这种现象称为形状记忆效应。具有这种效应的金属通常为合金，故称为形状记忆合金。具有形状记忆效应的实用镍钛合金的镍和钛的原子数相近，原子比约为1∶1。形状记忆效应是在马氏体相变中发生的。通常把马氏体相变中的高温相叫做母相(P)，低温相叫做马氏体相(M)。从母相到马氏体相的相变叫做马氏体正相变，或马氏体相变，从马氏体相到母相的相变叫做马氏体逆相变。形状记忆效应一般是在马氏体逆相变中产生的。马氏体逆相变的开始温度就是形状记忆合金的形状回复温度。医用镍钛形状记忆合金的形状回复温度一般为35～40℃。它主要取决于合金中镍的含量。形状记忆合金的马氏体相变不但能由温度变化引发，在外部应力作用下也能诱发。此时合金将向弹性模量低、塑性好的马氏体相组织转变，从而使作用应力下降。从宏观上看，材料能在很大的变形范围内保持内部应力基本不变。这就是形状记忆合金的超弹性。
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形状记忆合金要应用于生物体内，不仅要有机械性能上的可靠性，还必须有化学、生物学、生化学的可靠性。我国于80年代初开始对形状记忆合金进行基础研究。薛淼、张彩霞等人分别对镍钛形状记忆合金进行生物介质腐蚀试验、细胞附着试验等体外实验[1]。结果表明TiNi的耐腐蚀性能优良，细胞附着生长良好。将TiNi丝或板置入动物体内进行埋藏试验，两年期间其皮毛含镍量未见明显增加，试件周围组织被膜很薄，周围细胞无畸变。刘阳等对TiNi气管内支架周围组织进行检查也未见明显炎症及异常细胞反应[2]。综上所述，镍钛形状记忆合金在人体内的生物相容性及耐腐蚀性是良好的。这为镍钛形状记忆合金在人体内的应用提供了重要依据。
3 镍钛形状记忆合金在临床各科中的应用
3.1 口腔科 形状记忆合金在口腔科的应用主要包括正畸丝、种植牙和卡环等。
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3.1.1 口腔正畸科 具有超弹性功能的形状记忆合金材料可在很大的应变范围内保持应力值基本不变。这种性能对口腔正畸来说是非常有用的。它能使作用在牙齿上的矫正力不随牙齿的移位而发生显著的变化。由北京口腔医院和北京有色金属研究总院共同研制的镍钛形状记忆合金矫正丝已临床应用数万例[3]，效果良好，并大量出口美国和欧洲等。
3.1.2 口腔颌面外科 形状记忆合金在口腔颌面外科的应用可概括为两大方面：一是象骨科那样用SMA加压骑缝钉和接骨板等来治疗颌骨骨折，二是用于制造种植牙。与用纯钛或钛合金制造的种植牙相比，SMA种植牙植入方便，且它与牙槽骨之间自始至终有一定的压应力作用。这不但有利于骨组织的恢复，而且能有效地防止种植牙的松动。
3.1.3 口腔修复科 由于形状记忆合金在低温下的弹性模量小、塑性好，因此SMA口腔修复用卡环不但取用方便，而且能用在许多不便使用卡环的场合，如用于牙齿颈部或倾斜基牙的卡环。
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3.1.4 口腔内科 上海第九人民医院曾探索用SMA加压骑缝钉来治疗隐裂牙[4]。首先在垂直于隐裂的方向上制出两条钉槽，在钉槽两端分别钻出四个一定大小的钉道，然后将特制的骑缝钉装入并加热使其恢复记忆形状，最后用光固化复合树脂将骑缝钉全部包埋。临床应用后总体效果良好。用这种方法治疗隐裂牙需在牙齿顶面上钻四个孔，开两条槽，因此对牙体组织损伤较大，不宜用于牙冠面积较小的前磨牙。
3.2 骨科 镍钛记忆合金在骨科中的应用最为广泛。其主要的应用形式有：
3.2.1 加压骑缝钉 用加压骑缝钉治疗骨折操作简单，使用方便，还可在骨折处产生一定的压应力。这不但有助于骨组织的恢复，而且能有效地减少应力遮挡效应。
3.2.2 内固定器 对于承重或受力较大的长骨骨折，采用形状记忆合金材料制作的内固定器可在骨折处产生一种持续性的压应力。这种压应力不会随骨折线的吸收而消失，可防止骨不连的发生。另外，SMA内固定器一般均具有较好的稳定性和较高的强度。典型产品有上海第九人民医院研制的锯齿臂环抱内固定器和上海长海医院研制的弓形记忆加压接骨器等[5][6]。
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3.2.3 髓内钉 与传统的不锈钢髓内钉相比较，SMA髓内钉插入方便，不需要髓腔铰孔，能有效地防止骨折部的横向移位和弯曲变形。但其抗扭能力差，只能用于某些特定骨的骨折治疗中。解放军总医院研制的Y型SMA髓内钉能有效地改善其抗扭能力[7]，对手部掌指骨骨折具有良好的治疗效果。
3.2.4 接骨板 传统的不锈钢接骨板在骨折部固定时要给予很大的对紧力，操作麻烦，且会产生较严重的应力遮挡效应。使用SMA接骨板不但手术时不需要给予过大的对紧力，且骨折处的应力遮挡率明显下降。
3.2.5 人工关节 形状记忆合金在人工关节中的应用包括人工股骨头、人工髋臼和人工椎间关节等。采用SMA人工股骨头可较好地解决股骨头的松动问题，且不需要使用可能导致人体过敏的骨水泥。另外，镍钛形状记忆合金的耐磨性也比钛合金或钴铬钼合金好。上海长征医院用SMA人工椎间关节治疗骨源性颈椎病数十例效果良好[8]。
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3.2.6 镍钛形状记忆合金螺丝钉 天津医院等研制的镍钛形状记忆合金螺丝钉对股骨颈骨折治疗具有良好的效果[9]。该螺丝钉的前部是记忆成开口的。安装在骨折部后，不但可对骨组织产生一定的压应力，而且可提高螺丝钉的抗扭能力。
3.2.7 聚髌器 上海长海医院等研制的聚髌器是一种专门治疗髌骨骨折的形状记忆合金器件[10]。用聚髌器治疗髌骨骨折不但可保留髌骨，恢复其原有的解剖形态，而且固定可靠，操作简单。临床应用已达数千例，效果良好。
3.2.8 哈伦顿棒 对脊柱侧弯进行矫形外科手术治疗时，一般采用不锈钢制哈伦顿棒。由于不锈钢的刚性大，手术中作用在脊柱上的矫正力较难控制，万一矫正力过大不但会损伤脊柱，而且会伤及神经等其它周围组织。另外不锈钢制哈伦顿棒手术后的矫正力下降较快，有时不得不进行第二次手术以调整矫正力。而如采用SMA哈伦顿棒，只要正确控制其高温时的记忆形状，就能较好地解决上述问题。
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3.2.9 接骨线 用具有超弹性的SMA接骨线进行结扎可持久地保持稳定的结扎力，且结扎力不会随骨折线的吸收而消失。但使用SMA接骨线时，连接较困难，不能象传统金属线那样简单拧接，需使用专用的连接器。
3.3 泌尿外科 近年来，用形状记忆合金内支架来治疗前列腺增生所致尿道梗阻已越来越多。与其它材料的内支架相比，SMA内支架的显著优点是置入方便，不易损伤其它组织。另外它还具有良好的耐腐蚀性和生物相容性。形状记忆合金在泌尿外科的另一个重要应用是用来治疗各种原因引起的尿失禁[11]。利用几个具有双程记忆效应的形状记忆合金元件，可构成一个能置入体内并控制尿路通断的微型阀。
3.4 胆道外科 对于各种原因引起的胆道狭窄或梗阻，如无法进行手术切除则可用SMA胆道内支撑来保持胆道的通畅，以延长患者的存活时间并提高其生存质量。以前使用的SMA胆道内支撑呈螺旋弹簧状。为了保持一定的密度，其螺旋升角不能做得太大，因而低温时不能拉得太细。为了克服这一缺点，目前使用的SMA胆道内支撑均采用螺旋升角较大的网状结构。
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3.5 胸外科 解放军总医院和上海胸科医院等曾用SMA内支架治疗各种食管狭窄和气管狭窄[12]，临床应用后效果良好。用于治疗食管狭窄和气管狭窄的SMA丝较粗，不便做成相互交叉的网状结构，一般采用螺旋弹簧的形式。为了保证SMA内支架在食管或气管内可靠地固定，内支架的一端或两端直径往往做得稍大一些。由于形状记忆合金在低温下的弹性模量小、塑性好，SMA内支架不但置入方便、可靠，而且万一手术失败取出也非常方便。有报道[13]，SMA内支架脱落后经消化道排出未引起任何症状。利用形状记忆合金在高温时的形状回复力，形状记忆合金还可用作人工心脏的动力源[14]。将记忆成收缩状的SMA丝贴在人工心室的外壁上，SMA丝通电受热后就会使人工心室收缩而产生泵出作用。SMA丝的冷却依靠自然降温，故其工作频率较低。四川医学科学院附属医院用加压骑缝钉治疗严重创伤性胸壁软化，效果明显优于其它方法。
3.6 脑外科 在对脑动脉瘤进行手术治疗时，可用脑动脉瘤夹把动脉瘤的根部夹住，阻止其中的血液流通，使得动脉瘤渐渐地变成正常组织而得到治疗。SMA脑动脉瘤夹使用方便，夹紧力稳定、可靠，容易控制。另外，SMA脑动脉瘤夹在低温时对脑动脉的夹紧力很小，此时可以进一步确定脑动脉瘤夹的位置及所夹血管是否正确，以免发生差错。上海长海医院等曾研制过专门用于颅骨成形术的形状记忆合金弓形钉和方形钉[15]，临床应用后效果良好。
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3.7 五官科 上海钢研所和上海卢湾区牙防所曾联合研制过一种止鼾器[16]。其主要原理是应用某一特殊装置来固定患者的舌或小舌，以防止它们在患者睡眠时堵塞呼吸通道。利用形状记忆合金的超弹性和形状记忆效应，SMA止鼾器不但安装方便，而且在固定患者舌或小舌时，作用力柔和、稳定。整个装置的结构也比以前用不锈钢做的简单。患者使用SMA止鼾器后异物感小，能正常进食，某些患者还能非常流利地说话。日本学者曾研究用形状记忆合金来制造代用听小骨[17]。利用其形状记忆效应和超弹性，SMA听小骨不但安装方便，而且和其它骨组织间的接触力柔和、稳定，接触可靠，能有效地传递耳内的振动。
3.8 计划生育 应用SMA输卵管夹行绝育手术必要时，可将SMA输卵管夹取出以使输卵管再通。与此类似，泸州市人民医院等研制的镍钛记忆合金微型圈在行男性绝育手术后[18]，必要时也可将微型圈取出以使输精管再通。但用上述方法进行绝育都必须动手术，因此许多人不愿意接受。上海钢研所等研制的SMA宫内避孕器可根据女性身体的解剖特点来设计避孕器的形状，因此和身体间的贴合性好，固定可靠，反应轻，效果好，而且取用方便。
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3.9 血管外科 镍钛形状记忆合金在血管外科的应用主要包括两个方面，一是对各种异常血管通道进行堵塞，二是在各种血管狭窄处或动脉瘤处形成血液流通通道。上海长海医院等研制的NT-海球栓是一种较典型的SMA血管闭塞装置[19]，临床应用后效果良好。所谓动脉瘤实际上是指血管局部直径变大、壁厚变薄，长期发展下去可能会导致血管破裂，引起大出血。上海中山医院等正在开展用SMA血管内支架来治疗动脉瘤的研究工作，即用SMA血管内支架来代替长有动脉瘤部分的血管。
4 镍钛形状记忆合金在医疗器械中的应用
形状记忆合金除在临床各科中获得了广泛的应用外，它在医疗器械领域也有非常广泛的应用，当然，它在用于临床各科时，也是一种医疗器械。由于形状记忆合金元件的形状回复力是与其特征尺寸的二次方成正比，其随特征尺寸减小而衰减的速度要明显小于与特征尺寸三次方成正比的重力、惯性力等，再加上形状记忆合金元件尺寸减小后其比表面积增加，冷却加快，因此在微机械领域常采用形状记忆合金来做驱动器。形状记忆合金在医疗器械领域的许多应用与它的上述特性有关。
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4.1 用微型机器人作结肠检查 意大利学者曾研制过一种用于结肠检查的微型机器人[20]。该机器人能通过用SMA微型阀控制的压缩空气在肠内作运动。与传统的结肠检查装置相比，病人用这种微型机器人作结肠检查时痛苦要减少许多。比利时研究人员也研制过一种类似的能在肠道内运动的微型机器人。这种机器人是直接采用形状记忆合金元件来作驱动器的。它还可在治疗或检查各种肠道疾病时作为运载工具用。
4.2 微型外科手术钳 美国研究人员用形状记忆合金做出了大小只有一颗沙粒左右的微型外科手术钳，它可用来对脑动脉瘤进行手术治疗，以防止发生中风。
4.3 药物释放器 对于需要长期每天进行多次注射的病人，注射会给病人带来痛苦、麻烦，影响其工作、休息，尤其对于需要定时注射的病人更是如此。为此，比利时的研究人员发明了一种可置人体内的药物释放器[21]。该药物释放器上有一个用形状记忆合金元件驱动的微型阀。通过加热或冷却形状记忆合金元件就可控制微型阀的开闭。据报道，药物释放器一次存放的药物量可相当于3000次注射的药物剂量。当药物释放器内的药物释放完毕后，还可通过体外注射的办法给其重新充填药物。
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4.4 人工脏器用微型泵 携带式人工肾脏系统需不断注入抗凝剂、中和剂等药物。用于这种目的的药物注入泵不但要求流量极其微小，而且必须小而可靠。用形状记忆合金来制造这种泵不但结构简单小巧，控制方便，而且非常可靠。
4.5 管道镜 用形状记忆合金作驱动器的管道镜可通过远程控制在各种复杂的人体管道内运动。外科医生可用这种管道镜对血管等进行显微外科手术。
4.6 主动性导管或导丝 主动性导管一般由多节组成。每节之间用形状记忆合金驱动器进行连接。通过远程控制它可在各种狭窄弯曲的人体血管等管道内运动，以便对血管等进行治疗。主动性导丝一般其前端或全部用形状记忆合金制造。通过加热或冷却形状记忆合金丝，主动性导丝可在人体非常细的血管内运动。
4.7 触觉手套 对于用微机械或微机器人进行的显微外科手术，微机械或微机器人的动作一般不是直接用程序来进行控制，而是医生在观察了病人的具体情况后，通过用手示教来进行控制。但医生在控制过程中手上没有一点感觉，因此常常会出错。为此，美国学者研制了一种用形状记忆合金制造的能反映触觉和触力大小的触觉手套。其主要原理是将传感器输出的信号转换成一定大小的加热电流，从而通过控制形状记忆合金元件的温度来控制作用在医生手上力的大小。
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4.8 毛细管 由于形状记忆合金具有超弹性及低弹性模量的特点，因此用形状记忆合金做成的毛细管非常柔软、易弯曲，能在血管壁等的导向作用下深入到人体各个部位去，从而对人体某个特定部位进行注射等治疗。
4.9 康复器械 由于人体四肢上的肌电信号与其想要实现的动作间存在一定的对应关系，因此对于四肢有残疾的人来说，可利用这种信号来控制假肢的运动。用形状记忆合金做这类假肢既简单又可靠。先将肌电信号转换成与其有一定对应关系的形状记忆合金加热电流。控制加热电流就可控制形状记忆合金元件的温度，从而控制其形状。
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