骨是由鈣離子和磷所構(gòu)成的輕基磷灰石結(jié)晶沉著于由膠原蛋白組成的基質(zhì)上而成。骨骼的質(zhì)量主要由骨礦鹽與骨基質(zhì)之間的比例所決定,反映骨質(zhì)質(zhì)量的指標(biāo)主要有骨骼的強(qiáng)度、彈性、剛度以及骨質(zhì)的密度等。所以判斷骨骼質(zhì)量的高低,需要測(cè)定其生物力學(xué)和骨礦鹽密度等指標(biāo)。雖然骨礦鹽密度常被用于預(yù)測(cè)骨折的危險(xiǎn)度和評(píng)定骨脆性,但是僅有骨礦鹽密度并不能準(zhǔn)確反映骨質(zhì)量的高低。如單純骨礦鹽含量的增加,骨質(zhì)量并不一定相應(yīng)的增加有時(shí)反而降低。骨生物力學(xué)是生物力學(xué)的分枝它以工程力學(xué)的理論為基礎(chǔ),研究骨組織在外力作用下的力學(xué)特性和骨在受力作用后的生物學(xué)效應(yīng)是對(duì)骨質(zhì)量評(píng)定的一種直接、客觀并且可靠的方法。

研究骨質(zhì)量變化的最終目的在于研究骨骼力學(xué)強(qiáng)度的變化和再負(fù)荷時(shí)骨折發(fā)生的可能性大小所以開(kāi)展骨生物力學(xué)的研究,不但有助于對(duì)骨質(zhì)量進(jìn)行直接評(píng)價(jià),也是評(píng)價(jià)各種對(duì)抗骨質(zhì)丟失措施的最佳方法之一。我們經(jīng)過(guò)幾年的探索,根據(jù)質(zhì)構(gòu)儀(Stevens quality and test systems ，OTS25 型英國(guó))的工作原理和特點(diǎn),結(jié)合工程力學(xué)和理論力學(xué)的概念和方法,將其應(yīng)用于骨生物力學(xué)的檢測(cè).建立了一套比較系統(tǒng)和成熟的檢測(cè)骨骼生物力學(xué)指標(biāo)的方法并用于多項(xiàng)課題的研究,試驗(yàn)結(jié)果比較滿(mǎn)意。筆者對(duì)用質(zhì)構(gòu)儀所測(cè)定的骨生物力學(xué)常用的指標(biāo)及意義、試驗(yàn)方法和注意事項(xiàng)等做如下報(bào)道。

1.質(zhì)構(gòu)儀的構(gòu)成和工作原理質(zhì)構(gòu)儀的主機(jī)與微機(jī)相連,主機(jī)上的機(jī)械臂可以隨著凹槽上下移動(dòng).探頭與機(jī)械臂遠(yuǎn)端相接,與探頭相對(duì)應(yīng)的是主機(jī)的底座,探頭和底座有10幾種不司形狀和大小,分別適用于各種標(biāo)本。其工作原理是在主機(jī)的機(jī)械臂和探頭連接處有一個(gè)力學(xué)感應(yīng)器.能感應(yīng)標(biāo)本對(duì)探頭的反作用力,并將這種力學(xué)信號(hào)傳遞給微機(jī) .在應(yīng)用軟件的處理下將力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字和圖形顯示于顯示器上,即直接快速地記錄標(biāo)本受力情況。

2.質(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)骨標(biāo)本的試驗(yàn):

(1)壓縮試驗(yàn)(compressive test):是一種測(cè)量骨力學(xué)性能的技術(shù).常用于對(duì)椎骨的檢測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)是骨樣本受力方向與生理狀態(tài)相近,使用時(shí)簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是如果與機(jī)器接觸的標(biāo)本面不平整,使質(zhì)構(gòu)儀對(duì)標(biāo)本施加的力集中于某個(gè)局部,影響測(cè)定結(jié)果。

(2)拉伸試驗(yàn)(tensible test):能準(zhǔn)確的測(cè)試皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的生物力學(xué)性狀。但該試驗(yàn)由于骨標(biāo)本的受力方向與正常的生理狀態(tài)受力方向相反,在研究中使用的較少。

(3)彎曲試驗(yàn)(bending test):該試驗(yàn)常用于測(cè)量長(zhǎng)骨如脛骨和股骨的力學(xué)性能。試驗(yàn)外力作用的方向垂直于標(biāo)本,主要模擬長(zhǎng)骨受到外力作用后.骨骼抵抗能力的大小.是目前試驗(yàn)室最常用的方法。主要有3點(diǎn)彎曲(theree point bending test)和4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)(four point bending test)。4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)由于要求各加壓點(diǎn)上的力度必須相等,技術(shù)難度較大，一般不常用。