液态金属注射型骨水泥的应用和优势

老年人由于钙大量流失易受骨类关节疾病的影响，如骨质疏松、股骨头坏死甚至是骨折。当骨的结构受损后，患者不仅会承受疾病所带来的病痛，更会影响人的正常功能，如起立、行走、抓取物体、支撑身体等。临床上，针对骨的结构受损，往往会采用各种替代材料对骨组织进行修复。体外人工合成的骨水泥广泛应用在各种骨置换和修复手术中。目前，人们广泛应用的骨水泥材料主要是丙烯酸骨水泥，但它的凝固过程伴随高热，可能会造成周围组织的坏死；另外，它不存在造影效果，往往要在材料本身掺杂X射线显影剂提高其造影效果。但由于掺杂的造影剂与材料本身的融合效果不佳，会影响材料自身的力学效果。再者，骨水泥材料为消耗品，植入人体后机械磨损和腐蚀会改变材料的形状，几年后还需修复，多次手术会增加成本及病人的痛苦。由此，清华大学研究小组首次提出基于液态金属固液相转换的骨水泥修复材料。首先选择熔点在60℃左右的液态金属合金材料，通过加热达到材料熔点，材料由固态变为液态，直接通过注射器注入需修复的部位，凝固后起到支撑作用。当材料磨损后，可以通过局部加热的方式，抽取出填充材料。研究结果还表明，作为骨科填充物，液态金属还可起到对CT成像的增敏作用，如图5.7所示。

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图5.7　液态金属骨水泥猪股骨的放射成像

a.猪股骨挖出骨髓后的X线成像；b.猪股骨内填充液态金属合金的x形成像；c.在a和b图中的C1、C2线的灰度成像；d.通过CT重建的几何模型；e.CT重建的几何模型的水平切面；f.CT重建的几何模型的冠状切面；g.CT成像的横断面；h.CT成像的冠状面