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)測骨折的危險度和評定骨脆性,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)是對骨質(zhì)量評定的一種直接、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)強度的變化和再負(fù)荷時骨折發(fā)生的可能性大小所以開展骨生物力學(xué)的研究,不但有助于對骨質(zhì)量進(jìn)行直接評價,也是評價各種對抗骨質(zhì)丟失措施的最佳方法之一。我們經(jīng)過幾年的探索,根據(jù)質(zhì)構(gòu)儀(Stevens quality and test systems ，OTS25 型英國)的工作原理和特點,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.建立了一套比較系統(tǒng)和成熟的檢測骨骼生物力學(xué)指標(biāo)的方法并用于多項課題的研究,試驗結(jié)果比較滿意。筆者對用質(zhì)構(gòu)儀所測定的骨生物力學(xué)常用的指標(biāo)及意義、試驗方法和注意事項等做如下報道。

1.質(zhì)構(gòu)儀的構(gòu)成和工作原理質(zhì)構(gòu)儀的主機與微機相連,主機上的機械臂可以隨著凹槽上下移動.探頭與機械臂遠(yuǎn)端相接,與探頭相對應(yīng)的是主機的底座,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的機械臂和探頭連接處有一個力學(xué)感應(yīng)器.能感應(yīng)標(biāo)本對探頭的反作用力,并將這種力學(xué)信號傳遞給微機 .在應(yīng)用軟件的處理下將力學(xué)信號轉(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)儀檢測骨標(biāo)本的試驗:

(1)壓縮試驗(compressive test):是一種測量骨力學(xué)性能的技術(shù).常用于對椎骨的檢測。其優(yōu)點是骨樣本受力方向與生理狀態(tài)相近,使用時簡便。缺點是如果與機器接觸的標(biāo)本面不平整,使質(zhì)構(gòu)儀對標(biāo)本施加的力集中于某個局部,影響測定結(jié)果。

(2)拉伸試驗(tensible test):能準(zhǔn)確的測試皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的生物力學(xué)性狀。但該試驗由于骨標(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(bending test):該試驗常用于測量長骨如脛骨和股骨的力學(xué)性能。試驗外力作用的方向垂直于標(biāo)本,主要模擬長骨受到外力作用后.骨骼抵抗能力的大小.是目前試驗室最常用的方法。主要有3點彎曲(theree point bending test)和4點彎曲試驗(four point bending test)。4點彎曲試驗由于要求各加壓點上的力度必須相等,技術(shù)難度較大，一般不常用。