鈦及鈦合金密度較，彈性模量低 ， 可以避免局部骨吸收現(xiàn)象的產(chǎn)生 ，因而是十分優(yōu)良的人工骨 、關(guān)節(jié)等硬組織替換材料 。人工髖關(guān)節(jié)假體的髖臼杯和骰骨柄通常用鈦及鈦合金來制造 ，見圖 1［28］。 髖臼固定后 ，關(guān)節(jié)頭可以在髖臼杯里自由活動 。人工膝關(guān)節(jié)也常采用鈦及鈦合金制備 ， 由脛骨部件 、 股骨部件和髕骨部件三部分組成 。

　　骨與關(guān)節(jié)替代物在人體內(nèi)會受到人體的扭轉(zhuǎn)曲、擠壓 、肌肉收縮力等作用 ， 因此對植入物的強度和韌性要求很高 。 在人體受力小的部位可以用純鈦，在人體受力大的部位可以用 TC4 鈦合金 。1985年，瑞士 Sulzer 公司采用 Ti-6Al- 7Nb 合金制造人工髖關(guān)節(jié)柄并得到應(yīng)用 。2000 年，該公司的人工髖關(guān)節(jié)柄進入中國 ，每年的銷售量達到幾萬套 。 目前我國人工關(guān)節(jié)加工所需的優(yōu)質(zhì)鈦材仍依賴進口 ，而國內(nèi)生產(chǎn)的醫(yī)用鈦材主要用來滿足國內(nèi)中低端醫(yī)用產(chǎn)品如接骨螺釘和接骨板等使用 ［29］。2010 年我國生產(chǎn)銷售的醫(yī)用純鈦及 Ti-6Al- 4V 合金材料已達到 1 084t,其中出口約占 20% 。 我國每年生產(chǎn)醫(yī)用 Ti-6Al- 7Nb合金材料上百噸 ，但幾乎全部出口國外 ，國內(nèi)尚無實際應(yīng)用 。
2. 2 牙科植入物鈦及鈦合金被廣泛用作牙齒修復材料 ，其優(yōu)點主要有 ：①鈦在酸性和堿性環(huán)境下溶化量少 ， 沒有銀合金存在的腐蝕 、 變色問題 ； ② 對人體有很好的安全性 ，不會出現(xiàn)鎳合金引起的超敏反應(yīng) ；③ 純鈦的密度僅為 4. 50 g /cm3，與自然牙齒的密度接近 ，制作的牙床重量輕 ， 鑲牙裝著感好 ； ④純鈦的熱傳導率低 ，對牙髓無刺激性 ；⑤ 與傳統(tǒng)的牙床材料相比，具有咀嚼時不改變食物味道的特性 。因此 ，鈦及鈦合金是迄今為止臨床應(yīng)用效果最佳的牙科材料 。表 3 列出了鈦及鈦合金在牙科中的主要用途 。 可以看出 ， 純鈦和 TC4 鈦合金是牙科領(lǐng)域使用的主要材料。

　　表 2 我國外科植入物和矯形器械分類目錄中涉及的鈦合金典型產(chǎn)品

　　Table 2 Typical titanium alloy products involved in the contentsof surgical implants and orthopedic devices

　　表 3 鈦及鈦合金在牙科中的用途

　　Table 3 Use of titanium and titanium alloys in dentistry

　　瑞典開發(fā)的 Ti- 6Al- 7Nb 合金［8］ 以及日本開發(fā)的Ti-29Nb-13Ta-4. 6Zr 合金［30］ 對于牙科應(yīng)用也具有很強的吸引力 。牙科領(lǐng)域所用鈦材通常采用精密鑄造成形 ，因此具有較高的強度 ，但延伸率較低 。為此 ，研究者們進行了大量提高其延伸率的研究 ， 主要方法有熱處理 （如 α-β固溶處理 、β固溶處理等 ）、 破碎 α相結(jié)構(gòu)以及熱塑性變形及后熱處理等 。2. 3 顱骨修復植入物開顱手術(shù)通常會造成顱骨缺損 ，目前臨床上通常用鈦網(wǎng)修復缺損的顱骨 。進行修復時 ，為了使修補體與患者原顱骨較好地嵌合 ，在術(shù)前或術(shù)中醫(yī)生需根據(jù)患者缺損部位的大小和形狀 ，在鈦網(wǎng)上剪很多豁口 ，并在患者頭上比較后反復修型 、剪縫 ，直到符合患者缺損部位的要求 。 這樣不僅會增加鈦釘?shù)氖褂昧?，降低鈦網(wǎng)的強度 ，而且增加了手術(shù)時間 。近年來 ，人們開發(fā)出一種 CT 三維重建軟件系統(tǒng) ，利用該系統(tǒng)可得到患者顱骨缺損部位的 CT 三維數(shù)據(jù) ，并通過數(shù)字化鈦網(wǎng)成形機制備出與患者顱骨缺損部位完全一致的鈦網(wǎng)修復體 （如圖 2）

　　［31］ 。臨床應(yīng)用表明，采用這種技術(shù)不僅大大提高了手術(shù)精度 ， 縮短了手術(shù)時間和鈦釘使用量 ，降低了手術(shù)復雜度 ，而且減少了術(shù)后并發(fā)癥 ， 提高了患者的生活質(zhì)量 ［32］ 。

　　2. 4 心血管修復材料

　　鈦及鈦合金在人體心血管方面應(yīng)用的實例有人造心臟瓣膜 、血液過濾器 、心臟起搏器和人工心臟泵等 。

　　其優(yōu)點主要有 ：

　　① 強度高 ，化學穩(wěn)定性好，生物相容性優(yōu)良 ；

　　② 鈦具有無磁性 ，在磁共振圖譜MＲI中很少產(chǎn)生假象 ；

　　③ NiTi 記憶合金具有的彈性能力和形狀恢復功能非常適合于醫(yī)學方面的應(yīng)用 NiTi 合金在低溫 （零度附近 ）時呈馬氏體態(tài) ，很容易變成易于導入人體內(nèi)的形狀 ，當溫度升高到體溫時 會產(chǎn)生逆相變 ，從而恢復到原來設(shè)定的形狀 ，并產(chǎn)生較大的回復力起到矯形及支撐作用 。近些年 ，NiTi 形狀記憶合金在血管支架上的應(yīng)用備受關(guān)注 。 然而，NiTi 合金在生理條件下可能溶出 Ni 離子 ，從而誘發(fā)毒性和炎性反。 為此 ，研究人員對該合金進行了大量表面改性研究 ，主要方法有表面惰性涂層化、表面氧化 、表面活性化和表面接枝大分子等 ［33］雖然立足點各不相同 ，但均可以有效抑制 Ni 離子的溶出，改善 NiTi 合金的抗腐蝕性和生物相容性 。

　　據(jù)有關(guān)資料 ［35］， 我國成人風濕性心臟病的發(fā)病率為 2. 34% ～2. 72% ， 按總?cè)丝谕扑愠赡觑L濕性心臟病患者約 190 萬人 。 因瓣膜病變嚴重需要實施人造心臟瓣膜置換手術(shù)的病人約 25 萬例 ，而實際人工心臟瓣膜用量只有 2. 5 萬支 ，國產(chǎn)率在 30% 左右 起搏器的年需求量40 萬臺左右 ， 實用量為 2 萬臺，國產(chǎn)率僅為 1% ， 而冠脈支架產(chǎn)品的國產(chǎn)率較高，達到了 50%左右。

　　除以上應(yīng)用外 ，鈦及鈦合金還是優(yōu)良的人體骨接合材料和脊柱植入物材料 。典型的骨接合材料包括骨螺釘 、 接骨板 、上頜面植入體等 。骨螺釘可以單獨用來固定斷骨 ，也可以與接骨板或其他器件一起來固定斷骨 。經(jīng)過噴砂 、等離子噴涂 、蝕刻等處理的鈦及鈦合金能夠促進表面類骨磷灰石的形成 ，可以提高骨結(jié)合強度 ， 縮短骨愈合過程 。同其他金屬材料 （不銹鋼 、 鈷鉻鉬合金等 ）相比較 ， 使用鈦及鈦合金的優(yōu)勢主要4 點：

　　① 密度小 ， 比強度高，可大幅度減輕患者的負荷 ；

　　② 彈性模量低 ，與人體骨骼更匹配 ；

　　③ 無毒性 ，作為植入物對人體無毒副作用 ；

　　④生物相容性好 ，只進行一次手術(shù)即可 ，骨折愈合后不用二次手術(shù)去除 。

　　據(jù)報道 ［36］， 我國每年大概有 300 萬人次做骨折手術(shù) ， 其中 ，接骨板需求量為 200 萬套左右 ， 人工關(guān)節(jié)約 25 萬個 ，脊柱裝置約 40 萬個 ，市場規(guī)模約120 億元 。 中國已經(jīng)成為世界上臨床手術(shù)量僅次于美國的第二大國家 。 隨著我國人口老齡化的到來 ，未來 10 ～15 年骨科產(chǎn)業(yè)年均復合增長率約為 15% ～20% 。盡管我國目前已實現(xiàn)鈦制骨螺釘 、 接骨板等常規(guī)產(chǎn)品國產(chǎn)化 ，但由于質(zhì)量等問題仍需大量進口 。