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髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)植入物在改善人們的活動(dòng)能力和生活質(zhì)量領(lǐng)域創(chuàng)造了奇跡，但它們?cè)跈C(jī)場(chǎng)金屬探測(cè)器上有點(diǎn)麻煩。金屬比骨骼密度大得多，所以X射線不容易穿透，這就導(dǎo)致排隊(duì)和不可避免的搜身。

碳纖維醫(yī)用植入物可以改變這一點(diǎn)。雖然碳纖維髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)替代物的研究仍在繼續(xù)，但在許多醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，這種材料已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的影響。

01、利于醫(yī)療應(yīng)用的碳纖維特性

碳纖維比鋼更輕、更堅(jiān)固，幾十年來一直用于航空航天、體育運(yùn)動(dòng)和汽車應(yīng)用。碳纖維從單向帶或薄板開始，可以加工成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)比金屬（甚至是鈦）更堅(jiān)固、輕便、更耐疲勞。這樣可以在加工更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和組件的同時(shí)節(jié)省重量。

除了上述這些特性外，碳纖維還有三個(gè)其他特性引起了醫(yī)學(xué)專業(yè)人士的興趣。主要包括：

射線可透性：用于醫(yī)學(xué)成像的X射線可通過它

生物相容性：人體可接受碳纖維植入物，有證據(jù)表明碳纖維植入物比金屬植入物更能促進(jìn)骨整合

密度和彈性與骨骼相似

02、碳纖維在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用

強(qiáng)度和射線可透性使碳纖維成為許多成像應(yīng)用的首選材料。例如，CT和MRI設(shè)備依賴于對(duì)患者身體進(jìn)行360°掃描，如果病人躺著的桌子是金屬的，它會(huì)阻礙大部分成像。為了防止這種情況的發(fā)生，患者躺在一個(gè)滑入成像區(qū)域的懸臂式碳纖維醫(yī)療臺(tái)上，這些桌子可以承受200磅以上的重量，不會(huì)產(chǎn)生偏斜，也不會(huì)限制放射科醫(yī)生的視野。

碳纖維的另一個(gè)醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用是電動(dòng)工具。這些要求密封件不會(huì)向任何方向泄漏，并且能夠承受臨床清洗和滅菌方案。與彈性密封不同，由碳纖維填充的PTFE制成的密封具有承受這些過程所需的溫度和耐化學(xué)性。

03、碳纖維在修復(fù)中的應(yīng)用

截肢者需要重量輕、堅(jiān)固耐用的假肢，這使得碳纖維成為理想的材料。許多制造商正在用碳纖維生產(chǎn)假肢插座和假肢。最初為航空航天和賽車運(yùn)動(dòng)開發(fā)的制造技術(shù)常用于制造假肢。

這些需要使用預(yù)浸帶和壓縮或高壓釜成型加工。然而，3D打印的使用正在越來越多，正如這條新的假肢，它使用了一種用短碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料。

碳纖維在假肢上的一個(gè)有趣的、有點(diǎn)爭(zhēng)議的應(yīng)用與腳有關(guān)。運(yùn)動(dòng)員們發(fā)現(xiàn)碳纖維比人的腳能提供更大的能量?jī)?chǔ)存和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。這意味著碳纖維假足給殘疾運(yùn)動(dòng)員帶來了優(yōu)勢(shì)。碳纖維在融入運(yùn)動(dòng)鞋中時(shí)還可以提高性能。

04、碳纖維醫(yī)用植入物

目前已有廣泛的研究證實(shí)了碳纖維不僅用于醫(yī)療植入物是安全的，而且與其他植入物材料相比具有一些優(yōu)勢(shì)。根據(jù)沃爾夫定律，這包括優(yōu)越的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，有助于增強(qiáng)骨骼，以及促進(jìn)組織形成的電特性。

骨科植入物通常由碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（CFR-PEEK）制成。PEEK是一種熱塑性聚合物，具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、高熔點(diǎn)和約289°F的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在混合物中添加短切碳纖維可產(chǎn)生強(qiáng)度高、耐疲勞且重量輕的復(fù)合材料。復(fù)合流動(dòng)成型工藝是注射成型的衍生工藝，用于制造CRF-PEEK植入物。

CFR-PEEK 已用于接骨螺釘和植入物多年。脊柱保持架是另一種成熟的應(yīng)用，最近，醫(yī)生們開始使用這種材料來代替椎間盤。在膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中使用 CFR-PEEK 骨科植入物替代鈦的工作也正在進(jìn)行中。

有趣的是，碳纖維射線可透性對(duì)于植入物而言不是一項(xiàng)優(yōu)異特性，因?yàn)樗粫?huì)出現(xiàn)在 X 射線上，這使得醫(yī)療專業(yè)人員更難確定位置。但是，碳纖維醫(yī)療植入物的制造商通過添加散射 X 射線的材料（特別是鉭絲）來解決這個(gè)問題。