生物医学工程是压电陶瓷应用的重要领域。用作生物医学材料的压电陶瓷称为压电生物陶瓷,如铌酸锂、锆钛酸铅和钛酸钡压电陶瓷等。压电生物陶瓷主要用于制作探测人体信息的压电传感器(如用钛酸钡压电陶瓷制作的心内导管压电微压器和心尖搏动心音传感器,用复合压电材料制作的脉压传感器)和压电超声医疗仪。
压电超声医疗仪中应用最广的是B型超声诊断仪。这种诊断仪中有用压电陶瓷制成的超声波发生探头,它发出的超声波在人体内传输,体内各种不同组织对超声波有不同的反射和透射作用。反射回来的超声波经压电陶瓷接收器转换成电信号,并显示在屏幕上,据此可看出各内脏的位置、大小及有无病变等。B型超声诊断仪通常用来检查内脏病变组织(如肿块等)。
压电陶瓷还可应用于超声治疗。进入人体的超声波达到某一强度时,能使人体某一部分组织发热、轻微振动,起到按摩推拿作用,达到治疗的目的,如用于治疗关节、肌肉及其他软组织的创伤和劳损。此外,还可用超声波粉碎体内结石,如胆结石、肾结石、尿路结石等。
医学材料生物医用材料(biomedicalmaterial)是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础,己成为材料学科的重要分支,尤其是随着生物技术的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的热点。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘,不远的将来,科学家有可能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的一个支柱产业。1.生物医用材料的分类生物材料应用广泛,品种很多,有不同的分类方法。通常是按材料属性分为:合成高分子材料(聚氨醋、聚醋、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等)、天然高分子材料(如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等)、金属与合金材料(如钦金属及其合金等)、无机材料(生物活性陶瓷,羟基磷灰石等)、复合材料(碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物等)。根据材料的用途,这些材料又可以分为生物惰性(bioinert)、生物活性(bioactive)或生物降解(biodegradable)材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关,对其使用有严格要求。首先,生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次,要求耐生物老化。即对长期植入的材料,其生物稳定性要好;对于暂时植入的材料,耍求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料,其要求各有侧重。
2.应用广泛,增长迅速生物医学材料应用广泛,仅高分子材料,全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800佘种制品,西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%~20%的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破,生物材料的应用将更加广泛。生物医用材料在社会中有着典型应用,其应用之广泛可见一斑。
1990~1995年,世界生物医用材料市场以每年大于20%的速度增长,中国增长较快,但由于起点低,其市场份额约占世界市场的2%。近年来,生物材料市场发展势头迅猛,其发展态势已可以与信息、汽车产业在世界经济中的地位相比。
当代生物医学材料产业仍是常规材料居主导地位。2000年全球医疗器械市场己达1650亿美元,其中生物医学材料及制品约占40%~50%。上世纪90年代医疗器械平均年增长率为11%左右,预计1999~2004年将有所增高,其中发展中国家增长最快。例如,除日本外的亚洲地区将从2000年占世界市场份额17%的280亿美元,增长至2005年占世界市场份额的25%。矫形外科修复材料和制品的世界市场中增长率可达26%(1999~2005年);预计工程化组织和器官上市后,可开拓800亿美元的新市场;人造皮肤、组织粘合剂及术后防粘连制品年增长率可达45%;心血管系统修复材料、血液净化材料、药物缓释材料也是高速增长的领域。与此同时,主物材料前沿研究不断取得进展,将开拓更为广阔的市场空间,并为常规材料的改整和创新提供导向。
(一)断肢再植1963年1月2日,新年的第一个工作日。清晨,上海市北京西路上行人寥寥,突然,一辆三轮车由东向西飞驰而来,车上一位老师傅扶着一个右手被紧紧包扎着的青年工人,只见他脸色苍白,神情紧张,尽管是凛冽寒冬,额上仍布满豆大的汗珠。
这个青年工人名叫王存柏,是上海机床钢模厂冲床车间的工人。这天清早,由于一时疏忽,违反了安全操作规程。刹那间,“咯嚓”一声,40吨冲床的冲刀以万钧之力咬住了小王的右手,整只手在手腕上约3厘米处被切了下来。旁边的几位老师傅立刻扶着他坐上三轮车送往邻近的市第六人民医院急救。有位老师傅看到冲床落料盘里那只断手,赶紧拾起来追着送到三轮车上。冒着扑面的寒风,三轮车工人一路紧踏猛蹬,不一会就到了市第六人民医院。
急诊室里,灯火通明。“松开手,让我看看伤口。”护士长忙着察看伤势。这时,三轮车工人递过来一只沾满油污的沉甸甸的劳动手套,她接到手上,心头猛地一沉,啊!是一只手。
“医生,请想想办法,把这只手接上去吧!”站在一旁的老师傅恳切地请求着。
是的,一个年轻的工人,失去一只赖以劳动的右手,那该多么痛苦呀!
面对着工人师傅殷切的目光,青年值班医生心里涌起了热浪。“好!一定尽量设法。”说着,捧起那只断手急步奔向六楼骨科医生办公室,去找主治医生陈中伟。
陈中伟接过断手,仔细一看,骨头的横断面比较整齐,手的皮肤虽已呈灰白色,不过断面的肌肉还比较红润。但是能不能接上去呢?这可是个大难题。完全性断肢再植,当时还处在动物试验阶段,国内外临床中还没有成功的先例。
现在,这一只工人兄弟劳动的手,激起了年轻的主治医生陈中伟心头强烈的责任感和攀高峰的愿望。尽管没有成功的经验可以借鉴,困难一定很多,但世上的路是人走出来的,只要群策群力,天大的困难也定能闯过去!陈医生的愿望得到一致赞同,医院领导也亲临现场,全力支持。
手术最主要之点,是必须尽快把断手的4根主要血管接通,把骨头、3根神经和18条肌腱一一对接,否则断手组织就会缺血坏死,或者不能恢复原有的功能。时间,现在有着特殊的意义。
一场争分夺秒的战斗开始了!
无影灯下,陈中伟在模糊的血肉中熟练地整理出切断的肌腱,找到两侧骨头的断端,用不锈钢板和螺钉把切断的桡骨牢牢地固定起来。接着,进入手术的关键一步——吻合血管。这是使断肢重获生命的关键。陈中伟请来了富有吻接血管经验的钱允庆大夫。血管吻合有缝合和套接两种。缝合只适用于较大的血管,而现在要接的都是直径只有2~3毫米的小血管,只能用套接的方法;但是这种方法以前谁也没试过,而且手头也没有特制的带齿的不锈钢血管套,真是急死人!
时间一秒一秒地流逝。医生们的额头都沁出了汗珠。是否用塑料套管试试?医生们在断肢截面中,找到一根火柴梗粗细的血管,先用最细的缝针在血管断端穿上牵引线,再用一小段塑料套管套住血管,让断端露在外面,然后把露出的一端翻过来覆在塑料管上。细小的血管又滑又软,塑料管两头又没齿痕,好不容易将血管翻过来,又缩回去;缩回去,再翻过来……整整40分钟过去了,细小而倔强的血管始终不肯就范。主刀的陈、钱两位医生互相望了一眼,彼此眼神里都闪着百折不挠的决心。再努力一次,血管终于被驯服了,它被翻过来用线缚住;接着把另一端血管套上,再用丝线紧紧缚住。
血管钳一放,鲜红的血液直泻断手。“啊!接通了!”手术室里响起了一阵轻轻的欢呼声。
经过3小时的不懈努力,4根主要血管全部接通吻合。当松开右臂上端动脉的血管钳时,完全断离已近4小时的苍白断手,重又呈现生命的红润。
接着,又吻合肌腱,缝合神经;最后缝合肌肉和皮肤,顺利地完成了整个手术。此时,窗外已是暮色朦胧、万家灯火了。陈中伟和他的伙伴们奋战了7个多小时,直到现在才深深地舒了一口气。
晚上,劳累了一天的陈中伟在床上辗转反侧,怎么也睡不着,他想着白天的手术,思考着可能出现的问题,不知过了多久才迷迷糊糊地睡着。第二天清晨,天还没亮陈中伟就惊醒了,他急匆匆赶到医院,站到王存柏的病床边,轻轻地扶住那只手。手是温暖的,一揿,皮肤泛红了,他那颗悬着的心才平静下来。