钨基高比重系列《钨基高比重在医疗器械中的应用》
发布时间：
2024-09-12
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钨基高比重合金在医疗器械中的应用，不仅提升了放射性物质处理的安全性，也提高了放射治疗的精确度和效果，更为患者带来了更好的治疗体验。随着材料科学和制造技术的进步，我们有理由相信，钨基高比重合金将在未来的医疗领域发挥更加重要的作用。
在现代医学的快速发展中，医疗器械的创新和材料的革新是提升治疗效果和患者安全的关键。随着医疗技术的进步，特别是放射影像诊断的广泛应用，如CT扫描和DR（数字放射）检查，医院放射科的安全防护问题日益受到重视。因放射性物质对人体和环境具有潜在的危害，因此，如何有效地进行辐射防护，减少辐射暴露，成为了亟待解决的问题。
基于此背景，钨合金作为一种新型屏蔽材料，逐渐受到了广泛的关注。钨基高比重合金是指由钨和其他金属元素（如镍、铁、铜）组成的合金，具有高密度（密度可达16.5~19.0g/cm³，能有效吸收辐射）、高强度和硬度（能确保长期使用中的耐用性和稳定性）、良好的生物相容性（能减少对人体健康的影响），其对射线的屏蔽能力是传统铅材料的1.5倍，因此钨基高比重材料已逐渐取代铅在医疗领域成为最佳的防辐射屏蔽材料。本文着重分享钨基高比重材料在医疗器械中的几个具体应用。
一、钨合金防护罐/转移罐
图 1 钨合金防护罐/转移罐
在核医学中，放射性同位素如锝99（TC 99）和F18等常被用于诊断和治疗过程。这些放射性同位素需要被安全地存储和运输，以防止对周围环境和人员造成伤害。因此防护罐和转移罐就成了安全存储和运输放射性物质的关键设备。钨合金因其高密度、高强度性能和射线吸收能力成为制作此类产品的理想材料，既能有效保护医护人员和患者免受辐射，还能保证防护罐/转移罐在意外跌落或撞击时，其结构的完整性和防止放射性物质的泄漏。
与传统屏蔽材料相比，钨合金作为新的屏蔽材料体现了很好的价值。铅块是较早用于屏蔽件领域的金属材料，但是在使用过程中发现，铅制作的屏蔽件的效率不够高，还会对环境造成严重的污染。而新一代的钨屏蔽效率已被证明其对射线的屏蔽能力是传统铅材料的1.5倍。钨合金防护罐的重量比铅少25%至50%，同时可以消除附带的毒性危害物和降低混合废物的处理成本。
二、钨合金注射器防护套
图2 钨合金注射器防护套
钨合金注射器防护套的设计原理主要基于钨合金的高密度和优异的射线屏蔽能力。在放射性药物注射过程中，注射器防护套是保护医护人员和患者免受辐射的重要工具。钨合金注射器防护套能在注射过程中，即时屏蔽辐射，减少对医护人员手部的辐射暴露。而且其设计可以保证足够的灵活性，使医护人员能够准确操作注射器。
钨合金注射器防护套辐射防护衡量标准：铅防护当量（mmpb，毫米铅当量）。铅当量是一个用于评估辐射屏蔽材料防护能力的标准，表示该材料在阻挡辐射方面相当于多厚的纯铅板，也相当于可以减少多少的辐射剂量到达工作人员的身体。
例如：5当量的钨合金注射器防护套意味着它在阻挡辐射方面的效果相当于5毫米厚的纯铅板，也就是说可以减少5当量的辐射剂量到达工作人员的身体；10当量的钨合金注射器防护套则意味着它在阻挡辐射方面的效果相当于10毫米厚的纯铅板，也就是说可以减少10当量的辐射剂量到达工作人员的身体。
在进行屏蔽设计时，可根据要求屏蔽层达到的总的减弱倍数计算屏蔽材料的厚度。
公式：K = e0.693 d / △1/2
K：屏蔽层的总减弱倍数
△ 1/2：该屏蔽材料的半值层值
d：屏蔽层厚度，其单位同半值层厚度，需要将半值层的质量厚度换算成材料的厚度时，再除以材料的密度即可得到。
三、伽马射线准直器
图3 伽马射线准直器
CT，是电子计算机断层扫描简称，一般采用精确准直的X射线配合探测器对人体某一部位做断面扫描，是医疗行业中最常见的一种医学影像设备。
在医用CT设备中，准直器发挥着重要作用，主要分为两种类型：第一种是X线管侧准直器，也称为前准直器，位于CT球管的前方。这个部件负责将球管产生的锥形X射线转换为薄片形光束。它的主要作用是控制扫描层厚度，通过调整X线束在人体长轴平行方向上的宽度来实现。第二种是探测器侧准直器，即后准直器。它的狭缝与各个探测器对准，确保探测器只接收垂直入射的射线，从而降低其他方向散射线对信号的干扰。伽玛刀是把并列在球状表面的201个钴60线源放出的伽玛射线集中一个焦点，可使脑肿瘤或脑血管畸形消失或抑制其成长。为了保护射线的集中，和保护患者以及医护人员的健康安全，需要通过高比重屏蔽材料来进行射线的屏蔽，其中屏蔽组件的屏蔽套和端盖采用的是钨合金。
伽马射线，又称为γ射线或γ粒子流，是原子核能级跃迁退激时释放出的射线，是波长短于0.01埃的电磁波。由于γ射线有很强的穿透能力，所以其在医疗上用来治疗癌症。值得注意的是，当γ射线进入到人体内部时，会与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，因此可以杀死癌细胞。但是如果正常细胞吸收受到γ射线照射的话，那将会严重干扰体内各大系统的正常循环。所以，伽马射线准直器的屏蔽效果极其重要。如果准直器的屏蔽效果差的话，那治疗的误差也会越大，这样伽马射线可能照射到患者肿瘤旁边的位置。相对于传统的铅屏蔽材料来说，钨合金的阻隔射线能力更强，更适合应用于伽马射线准直器中。
在医学领域中，伽马射线准直器有着广泛的应用。它可以用于放射治疗中的剂量监测和预测，可以帮助医生更好地了解治疗效果，减少治疗带来的风险。它还可以用于身体成像和诊断，帮助医生精确定位何处需要进行治疗。钨合金的高密度和精确的机械加工性能使得准直器能够精确地控制射线束的形状和大小，提高治疗效果，而且在反复使用和高剂量辐射环境下，钨合金的耐用性和稳定性保证了准直器的长期有效性。
四、CT探测器用钨合金箔片
图4 CT探测器用钨合金箔片
钨合金箔片是CT机探测器上重要的防散射组件。一个CT机探测器上可能有9-129片的钨合金防散射箔片。
对于CT检查，因为是一种X射线检查手段，会产生电离辐射，即有可能对人体健康产生影响。所以，CT机上都会有钨合金屏蔽件的存在。采用钨合金打造的防散射箔片在长时间的使用过程中不容易变形，因而不会引起通道宽度变化，避免了X射线通过变形的传统射线通道时信号失真，从而确保了图像质量。
传统的屏蔽箔是由铅制作而成的，这种屏蔽箔重量重，使用不便，而且会对人体产生危害。相比之下，钨合金屏蔽箔其性质优于铅，无毒，重量较轻，适用性灵活，使用方便。
五、钨合金防护门
图5 钨合金防护门
高比重钨合金因其卓越的物理及化学特性，在射线防护领域正迅速崭露头角。其高密度、优异的机械稳定性和卓越的抗腐蚀性与热稳定性，使其逐渐取代原来的铅门成为现代射线防护门的材料，应用于CT室、手术室、口腔医院等。当病人到医院看病，进行诊断显影时，如接受X射线、CT、PET、同位素治疗等仪器的诊断而受到一定的照射，这些辐射本身具有一定危害性。钨合金防护门可以在实现高端医疗设备防止电磁干扰时，同时实现防辐射的屏蔽功能，保障医护人员和病患不受辐射污染。而且，钨合金环保、无毒、无污染、硬度高、经久耐用。重要的是，和传统铅门相比较，钨合金门的厚度更薄，却能够达到更佳的屏蔽效果。
六、钨合金在医疗领域的其他应用
在医疗领域，钨合金还因其高密度、高强度、耐腐蚀性以及良好的生物相容性，常被用于牙科填充物、牙科植入物和正畸装置，以及骨科植入物，如人工关节和骨骼固定装置。钨导丝和导管常用于介入性医疗程序，如血管造影、支架植入和介入治疗等。
钨基高比重合金在医疗器械中的应用，不仅提升了放射性物质处理的安全性，也提高了放射治疗的精确度和效果，更为患者带来了更好的治疗体验。随着材料科学和制造技术的进步，我们有理由相信，钨基高比重合金将在未来的医疗领域发挥更加重要的作用。
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