確定完整的牛椎骨松質骨組織的模量：協議的開發和驗證

恩布雷森交流

松質或海綿狀骨骼占人體骨骼內部表面積的近 80%，盡管僅占其質量的 20%。它由為哺乳動物骨骼提供輕質內部支撐的支柱和板網絡組成。此外，它還經常充當骨骼系統與人工髖關節、膝關節和骨折固定裝置等植入設備之間的主要接口。然而，髖關節置換術可能會因骨吸收導致植入物松動，這被認為是由于裝置與周圍骨骼之間的表觀和實際剛度不匹配造成的。許多研究試圖確定松質骨組織的楊斯模量，但結果遠未達成一致。報告的值范圍從小于 1 到接近 20 GPa。此外，小梁的小尺寸使解剖和測試成為一項挑戰。在本論文中，使用定制設備安裝微型單軸測試設備，對牛腰椎的整個單個小梁進行三點彎曲測試，以確定它們的楊氏模量。該設備本身通過測試模量范圍為 1 至 200 GPa 的材料進行了驗證。使用顯微 X 射線計算機斷層掃描 (µXCT) 確定松質骨的結構和單個支柱的形態。使用低速鋸在恒定潤滑下手動將單個支柱從切片中分離出來，并在立體顯微鏡下進行測量。將沒有加工表面的樣品（因此被認為是完整的或未切割的）與在切片期間被鋸切割的支柱進行比較。驗證表明，該系統能夠確定比預期的松質模量（銅，115 GPa）大約 5 倍剛度的材料的模量，誤差在公布值的 10% 以內。這使人們對骨骼的結果充滿信心。未切割樣品的模量為 15.28 ± 2.26 GPa，而切割樣品的模量顯著降低 (p = 1.665 × 10-6)，為 2.63 ± 2.65 GPa。未切割樣品的較低模量可能是由于加工和解剖過程中發生的微損傷。而切割試樣在 2.63 ± 2.65 GPa 處的模量顯著降低（p = 1.665 × 10-6）。未切割樣品的較低模量可能是由于加工和解剖過程中發生的微損傷。而切割試樣在 2.63 ± 2.65 GPa 處的模量顯著降低（p = 1.665 × 10-6）。未切割樣品的較低模量可能是由于加工和解剖過程中發生的微損傷。