确定完整的牛椎骨松质骨组织的模量：协议的开发和验证

恩布雷森交流

松质或海绵状骨骼占人体骨骼内部表面积的近 80%，尽管仅占其质量的 20%。它由为哺乳动物骨骼提供轻质内部支撑的支柱和板网络组成。此外，它还经常充当骨骼系统与人工髋关节、膝关节和骨折固定装置等植入设备之间的主要接口。然而，髋关节置换术可能会因骨吸收导致植入物松动，这被认为是由于装置与周围骨骼之间的表观和实际刚度不匹配造成的。许多研究试图确定松质骨组织的杨斯模量，但结果远未达成一致。报告的值范围从小于 1 到接近 20 GPa。此外，小梁的小尺寸使解剖和测试成为一项挑战。在本论文中，使用定制设备安装微型单轴测试设备，对牛腰椎的整个单个小梁进行三点弯曲测试，以确定它们的杨氏模量。该设备本身通过测试模量范围为 1 至 200 GPa 的材料进行了验证。使用显微 X 射线计算机断层扫描 (µXCT) 确定松质骨的结构和单个支柱的形态。使用低速锯在恒定润滑下手动将单个支柱从切片中分离出来，并在立体显微镜下进行测量。将没有加工表面的样品（因此被认为是完整的或未切割的）与在切片期间被锯切割的支柱进行比较。验证表明，该系统能够确定比预期的松质模量（铜，115 GPa）大约 5 倍硬的材料的模量，误差在公布值的 10% 以内。这使人们对骨骼的结果充满信心。未切割样品的模量为 15.28 ± 2.26 GPa，而切割样品的模量显着降低 (p = 1.665 × 10-6)，为 2.63 ± 2.65 GPa。未切割样品的较低模量可能是由于加工和解剖过程中发生的微损伤。而切割试样在 2.63 ± 2.65 GPa 处的模量显着降低（p = 1.665 × 10-6）。未切割样品的较低模量可能是由于加工和解剖过程中发生的微损伤。而切割试样在 2.63 ± 2.65 GPa 处的模量显着降低（p = 1.665 × 10-6）。未切割样品的较低模量可能是由于加工和解剖过程中发生的微损伤。