成都华西华科研究所分析骨影响实验结果因素测试结果可比性与QCT骨密度软件体模检测

影响实验结果的因素 与测试结果的可比性（Factors affecting testing results and comparability of the testing results)

一、影响实验结果的因素和力学测试时的注 意事项（Factors affecting testing results or atten­tions to he paid during mechanical testing)

骨样本-•般应当夜从冰箱中取出，以便第二天在 室温中进行力学測试。在这过程中间，要控制样本的湿度和选定测试时所选川的砬变速率，否则会影响测试结 果的可比件&^49]。

(一）   湿度

与测试前保存竹的要求相同，骨在力学测试时也要 用生理盐水保持it样本的湿度。如果r•燦，竹祥本则会 变脆，导致其弹性模ft相应增加和骨折所盅能M下降(图 33- 15V⁴.⁹】〇

(二）   温度

温度同样会影响骨的力学特性。最理想是体温

(3 71：)情况K对伢进行力学测试。但这样做有实际困 难，故大多数伢力学测试是在室溢（23C左右）下进行。 与体溢比，室溢下骨的弹性模敏会略微增萵2%〜 4%^f251。温度的变化对骨的疲劳测试结粜会有较ft着影

0.01   0.02   0.03   0.04

应变

RI33-15测试速率为每秒0.01时骨千湿度不同情况下 密质骨应力-应变曲线响（图33-16)，据报道在室温下产生疲劳性背折所苽的 应力是在体溫下测试时的两倍&^25;。

(三）应变速率

力学测试时所选用的应变速率亦影响骨的力学特性。 测试速度增加十位数，骨的应力会增加近15%。选择测试 速度没有严格的规定。一般可采用#生理应变速率，即应变 系数在0.01s和0.08s之间（图33- 17,^{8 91}。

速度的影响％

1T

一一上，

(四）测试时的受力方向 在各方向上具有相同应力的材料称各向同性材料。 骨的结构特性与木材或其它生物结构相似，在各方向的 应力大小不均匀，斶于各向异性材料。如骨干密质骨的 弹性模馕由长骨长轴户方向的丨7GPa可减少到在横轴方 向的12GP_a^[8’⁹³〇另外，骨受压力负荷的能力要强于受剪 切负荷的能力。与密质骨相似，松质骨的弹性模量人小 取决于骨小梁排列的方向和密度。其弹性模M的变化可 由4.5降低至O.lGPa,即骨小梁垂直受力时具有最大的 弹性棋童（图33- 18A-B)m。此外，在相同测试条件 下骨质密度越卨其力学试验结果臀如最大应力和弹性模 摄则越大（图33-19)^{{4 91}。

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图33-18A人弪骨平台的压缩弹性模置。圆圈内的值表 示该位置测得的#性模* (MP_a>^[81

图32-18B骨是各甸异性材料。例如人体股骨骨平骨密 质的最大应力和弹性模最在垂直（L)受力时最大，而在横向

(T)受力时最小^

(五）年龄

衰老对骨组织力学性能的彩响，戴尅戎教授领导的 上唬第二医科大学骨与关节研究中心对于这个问题进行 了一系列深入、细致的研究工作。他们以老年和靑年的 股骨头内部松质骨为研究对象，从内部常董及其傲最元 素的含量、组织形态计量学指标、三维图橡重建及力学性 能测试等多方面比较它们的差异⑴。衰老引起的骨组织 力学性能的下降也是渐进的。研究表明[*^]，人类从20岁 到100岁，每过10年，股骨近端和脊柱松质骨的压缩极限

0050 1

应变（％>图33-19密质骨受压缩和拉伸负荷及不间方肉对骨作用

力时的不同应力-应变曲线图¹²³³

强度（cm)分别下降7%和11%。其中，从20岁到30岁, 强度下降不显者，其后呈明显的下降趋势（图33-20)。不 同部位强度开始明M下降的年龄可能不一致。

    . y_S!5.43-0.054X,r^a=0.66

0    20   40   60   80   100  120

年龄

图33-20人类股骨近端和脊柱松质骨的压缩极限强度随

年齡的变化^

二、测试结果的可比性（Comparability of the testing results)

由于各实验室所选用的动物模甩、样本保存、小样本 的制备程序和所选用的力学测试条件不尽相同，所以不 同实验室所获得的实验数据之间缺乏绝对可比性。但在 同一实验室的同一研究课题中，要求确保上述条件的统 一性，从最大限度上提高实验资料的稍确性和可比性₃ 下述三点是我们应在实验设计和力学试验中若1考虑的 因素0

(一）   选择有效和易行的力学测试方法

上述各宏观和微观的力学测试方法各有优弱点◊选 用冇效和易行的方法是相对整体座用而言的。如在同一 测试中获得败个相关力学参数时，我们应对他们进行分 析和选用，选取最能准确和精确反应骨有关生物力学的 参数〔卜⁹¹。

(二）  选用标准材料做对照

应尽可能采用标准材料来证实所选用的测试程序的 准确性。一般常用的骨样本对照标准材料是有机玻璃制 成的符合相应力学测试形态的材料

(三）   骨的储存与骨样本的制备

上文已讨论了用于力学测试骨的储存方法。当采用 制备好的特殊形状的#小样本做力学测试时.要用慢速 骨锯，并制备过程中用生理盐水加以冷，从而避免由于机 械损伤和热效应所导致的骨应力强度的改变。此外，在 力学试验过程中.要切记用生理盐水浔湿骨样本，以防止 由于干燥而导致的骨质变脆，这一点在骨疲劳测试中尤 为重要

三、小结（Summary)

背生物力学测试直接反映防治骨质疏松药物对骨组 织结构的力学强度的影响，是研制和开发防治骨疏松新 药的一个礅要检验手段。以上简述了骨样本的保存、力 学试验的方法和影响测试结果的实验因素等。这些内容 是研究抗#质疏松药物对骨力学性质影响的基础。此 外，本文作者近期汇编了国际生物力学界互联网页，内容 包括了专业社团MTS 力学测试 系统成都华西华科研究所分析研发定量CT QCT骨密度体模软件分析系统  
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