摘要：背景:机器学习与医用金属材料的结合,弥补传统实验和计算模拟的低效性和高成本的不足,通过分析大量数据快速准确地预测金属材料特性,优化材料设计和性能,提高医学应用的安全性和效率。目的:总结并归纳机器学习在医用材料特性中的研究进展及不足。方法:由第一作者通过计算机检索中国知网、PubMed、X-MOL和Web of Science数据库2013年1月至2023年4月的相关文章。中文检索词为“医用金属材料机器学习,医用钛合金,医用镁合金,医用金属材料性能”,英文检索词为“machine learning medical metal materials,medical stainless steel alloy,medical cobalt-chromium alloy,medical titanium alloy,medical magnesium alloy”,最终纳入70篇相关文献进行归纳总结。结果与结论:①随着传统实验和计算模拟方法所产生的大量数据的可获取性提高,机器学习作为材料设计方法的引入为材料科学研究开辟了新的范式。②机器学习工作流主要分为4个部分:数据收集及预处理、特征工程、模型选择及训练和模型评估,每个环节不可缺少。③医用金属材料分为:不锈钢共基合金、钴铬合金、钛合金和镁合金。针对不锈钢共基合金,机器学习预测其力学性能,要提高机器学习的泛化能力;针对钴铬合金,机器学习预测其力学性能,可得出钴铬合金为髋关节植入物的最佳材料;针对钛合金,机器学习预测其力学性能,可选择出力学性能最优异的植入物;针对镁合金,机器学习预测其耐腐蚀性和力学性能,集成模型可准确预测镁合金的力学性能,随机森林模型可预测镁合金作为血管支架时的最优元素含量。④机器学习在医用材料领域存在一定局限性,如模型相对滞后、数据未能标准化及泛化性较低;未来研究解决此类问题应充分利用深度学习和分割算法技术,使用统一标准数据,改善模型提高泛化能力。

摘要：结合文献和课题组的研究,对医用金属材料腐蚀疲劳性能的研究进展进行了总结,分别从腐蚀疲劳的危害性、分类、设计、控制等几个方面进行了阐述。腐蚀疲劳失效首先发生于材料表面,医用材料-生理环境的界面对于植入器械手术成功与否有着至关重要的作用,可以根据裂纹扩展速度曲线特征,将腐蚀疲劳分为三类。医用金属材料的腐蚀疲劳性能研究应考量其服役环境进行设计,可以通过表面处理、合金化等方法改善医用金属材料的腐蚀疲劳性能。医用金属材料腐蚀疲劳性能研究的一些基础问题仍待解决:医用金属材料在微生物参与下的腐蚀疲劳行为及其相关机制亟待阐述;医用金属材料的微生物腐蚀疲劳研究是一个系统、长期、复杂的过程,需要合理地建立实验模型,将三维有限元与传统实验方法有机结合,进一步指导医用金属材料相关器械的设计;新的合金成分设计、新的加工制造方式所获得的新型合金生理环境下的腐蚀疲劳性能,其相关数据亟待完善,这关系到新型医用金属材料长期使用的生物安全性问题,亟需开展大量的基础研究工作。在综合评述医用金属材料腐蚀疲劳性能研究现状的基础上,对医用金属腐蚀疲劳在学科交叉研究和新材料基础研究方面的发展趋势进行了展望。

摘要：医用金属材料以其优良的综合性能,在生物医用材料领域占有越来越重要的地位。第一性原理方法作为目前合金微观组织研究中应用最广泛的理论计算方法,不依赖任何经验参数,即可为合金化设计提供理论基础。本文首先介绍了第一性原理计算的理论及方法,然后详细综述了第一性原理计算在设计新型医用钛合金和可降解镁合金中的研究应用现状,最后指出了其在医用金属材料设计中存在的问题及应用方向。

摘要：多孔金属材料被视为医学植入体的理想材料。增材制造技术可以实现高精度复杂结构零件个性化制造,为直接制造医用多孔金属材料植入体提供了完美的解决方案。本文介绍了目前激光选区熔化技术制造316L不锈钢、Co基合金、钛及钛合金、Ta等几种典型医用多孔金属材料的研究情况,包括多孔结构设计、力学性能研究、生物相容性研究等方面的研究进展。最后简单评述展望了增材制造技术打印医用多孔钽材料的研究趋势。

摘要：激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用Di Metal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、Co Cr Mo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和Di Metal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明Di Metal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。

摘要：(2022年4月20日消息)与常规晶粒尺度(5~10μm)的钛合金相比,超细晶钛合金不仅具有更高的强度与良好的塑性匹配,同时还具有更高的耐磨性和更佳的生物相容性,在航空航天、生物医学等诸多重要应用领域中极具吸引力。然而,超细晶钛合金不仅制备加工极为困难,且组织的热稳定性较差,这两大瓶颈问题制约了超细晶钛合金的发展与应用。中科院金属研究所杨柯团队长期从事新型医用金属材料的基础与应用研究。近期,团队成员任玲、王海等通过“双相壳层包裹超细等轴晶”的显微组织设计思想,同时从热力学、动力学两方面提高超细晶钛合金组织热稳定性,并利用常规热处理与热加工的工艺组合,实现了超细晶组织的大尺寸制备,解决了超细晶钛合金制备加工难、组织稳定性差的两大瓶颈问题,获得了性能优异和热稳定性高的超细晶含铜钛合金,研究取得重要突破。

摘要：与现已投入临床使用的各种医用金属材料相比,镁合金作为生物医用材料具有突出的优点。镁元素属于人体必需的微量元素之一,具有一定的诱导骨生长的作用;镁合金具有与人骨最为接近的密度和机械性能,并具有所有金属中最高的比强度;镁基合金具有良好的生物相容性,可以在体内自动降解,无需再次手术取出;并且在人体体液中生成的镁离子可被周围机体组织吸收,然后通过体液排出体外。同时,镁及镁合金作为生物医用材料,也存在一些缺陷:

摘要：3D打印(3D printing)属于快速成形技术的一种,是以计算机辅助设计数字文件为基础直接制造三维实体的技术,在口腔医学领域的应用前景广阔。本文系统地阐述了金属3D打印技术的分类、优缺点及3D打印金属在口腔领域的研究现状,为今后的相关研究提供参考方向。

摘要：国家生物医学材料浙江口腔种植研究中心由浙江大学赵士芳教授牵头组建，于2006年挂牌成立。该中心以口腔种植的基础理论和临床应用为研究方向，由研究医用金属材料方面的王小祥教授，医用生物材料方面的李晓东副研究员，口腔临床医学方面的王慧明教授、何福明副主任医师，以及浙江广慈医疗器械有限公司的研发设计人员等多研究领域的人员组成。该中心到目前为止已培养了1名博士后，10名博士研究生，15名硕士研究生。