確定完整的牛椎骨松質(zhì)骨組織的模量：協(xié)議的開發(fā)和驗(yàn)證

恩布雷森交流

松質(zhì)或海綿狀骨骼占人體骨骼內(nèi)部表面積的近 80%,，盡管僅占其質(zhì)量的 20%,。它由為哺乳動物骨骼提供輕質(zhì)內(nèi)部支撐的支柱和板網(wǎng)絡(luò)組成。此外,，它還經(jīng)常充當(dāng)骨骼系統(tǒng)與人工髖關(guān)節(jié),、膝關(guān)節(jié)和骨折固定裝置等植入設(shè)備之間的主要接口。然而,，髖關(guān)節(jié)置換術(shù)可能會因骨吸收導(dǎo)致植入物松動,，這被認(rèn)為是由于裝置與周圍骨骼之間的表觀和實(shí)際剛度不匹配造成的。許多研究試圖確定松質(zhì)骨組織的楊斯模量,，但結(jié)果遠(yuǎn)未達(dá)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(xiàng)挑戰(zhàn),。在本論文中，使用定制設(shè)備安裝微型單軸測試設(shè)備,，對牛腰椎的整個單個小梁進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測試,，以確定它們的楊氏模量。該設(shè)備本身通過測試模量范圍為 1 至 200 GPa 的材料進(jìn)行了驗(yàn)證,。使用顯微 X 射線計算機(jī)斷層掃描 (µXCT) 確定松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)和單個支柱的形態(tài),。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(jìn)行測量,。將沒有加工表面的樣品（因此被認(rèn)為是完整的或未切割的）與在切片期間被鋸切割的支柱進(jìn)行比較,。驗(yàn)證表明，該系統(tǒng)能夠確定比預(yù)期的松質(zhì)模量（銅,，115 GPa）大約 5 倍硬的材料的模量,，誤差在公布值的 10% 以內(nèi)。這使人們對骨骼的結(jié)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(fā)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(fā)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(fā)生的微損傷,。