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チタンは高い。 ステンレスは安い。 チタンは弱い。ステンレスは強い。 どっちが最適? / メリット・デメリット

July 17, 2015

 

国内・海外には、ステンレス製・チタン製さまざまなデザインの整形外科インプラントがあります。皆さんは、ステンレス製とチタン製どちらをお使いですか?

今回はステンレス製とチタン製のメリット・デメリットをお伝えします。

 

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1. ステンレス

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ステンレスは錆びにくいといわれる材料で、大きく分けると「オーステナイト系」・「フェライト系」・「マルテンサイト系」の3種類があり、さまざまな製品に用いられています。

一般的に動物用のプレートとスクリューに用いられているステンレスは、特に耐食性のある「オーステナイト系」です。

 

 

1-1. メリット

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  •  材質の強度がチタンよりもある。(ヤング率/199GPaが高いので硬い。)

  •  製品に加工しやすい。

  •  価格が安いので手術の材料費が抑えられる。

 

 

1-2. デメリット

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  •  ヤング率が高いので、ストレスシールディングのリスクが高い。

  •  熱膨張係数が高いので、温度差による伸び縮みがある。

  •  インプラントの抜去をする割合が多く、手術回数、費用が掛かる。

  •  抜去後のスクリューホールからの再骨折の心配がある。

 

 

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2. チタン

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チタンは大きく分けると純チタンとチタン合金の2種類があります。純チタンは、「グレード1」・「グレード2」・「グレード3」・「グレード4」に分かれ、主にFeとOの含有量の違いにより分類されます。この中で、FeとOの含有量が少ないグレード1が最も軟らかく、グレード4が最も硬いとされています。チタン合金はAl・V等の金属を添加して強度を上げたもので、添加する金属の種類によって強度や加工性が変わります。

 

 

2-1. メリット

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  •  生体適合性がある。

  •  感染抵抗性が高いと言われている。

  •  ステンレスと比較してチタンはヤング率/106GPa(剛性)が低いので、骨に荷重が加わりやすい。(プレートを厚くすることで、厚みの三乗に比例して剛性は向上しますが、過剰な厚みはストレスシールディングが生じ易くなり注意が必要です)

  •  熱膨張係数が低いので温度差による伸び縮みが小さい。(ステンレスの約50%)

  •  比重が低いので軽い。(ステンレスの約56%)

  •  インプラントの抜去を前提としていないため、手術回数の低減や抜去後の再骨折を防ぐ。

  •  ステンレスと比較しX線吸収率が非常に少なく、CT撮影時にアーチファクトがほとんど生じない。

 

 

2-2. デメリット

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  •  ステンレスと比較し、加工技術が必要。

  •  チタン製は高価であるため、手術に対する材料費の割合が高い。

  •  純チタンプレートの中央部に1穴のエンプティープレートホールを設けると、応力が集中し破折する可能性が高まる。

  •  純チタンプレートはステンレスプレートと比較しヤング率が低いため、初期固定強度が劣る。そのため、3週間前後の外固定が必要。

 

 

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3. まとめ

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ソフィアテックはチタンの整形外科インプラントを扱っていますので”チタン推し”ではありますが。ステンレスとチタン、それぞれの特性は興味深いものですね。この材質特性の違いは、治療計画に影響を与えるひとつの要因となります。メリットとデメリットを考慮して、症例に適した材質選択が必要です。

インプラントのデザインもさることながら、材質の違いも奥が深いのです。

 

 

 

 

 

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