基于纳米压痕测试的骨骼力学 特性解剖学区域差异研究

厘清骨骼不同解剖学区域的力学性能差异可为构建高生物逼真度的骨骼有限元模型提供重要依据.从牛股骨中段的前、后、内、外四个解剖学区域各制备一个试样,采用玻式压头对每个试样分别进行18个点的纳米压痕试验,记录加载力和压入深度的时间历程曲线,获得各压痕点的压入模量和硬度.结果显示长骨前侧、后侧、外侧、内侧的压入模量分别为20.78±2.66 GPa、18.66±2.57 GPa、16.39±2.29 GPa、21.57±2.19 GPa,硬度分别为0.65±0.79 GPa、0.58±0.08 GPa、0.44±0.06 GPa、0.61±0.15 GPa.方差分析表明,解剖学区域对压入模量和硬度的影响显著(p<0.001);组间多重比较表明,前侧试样的压入模量和硬度显著高于外侧试样,内侧试样的压入模量和硬度显著高于外侧试样,后侧试样的硬度显著高于外侧试样,内侧试样的压入模量显著高于外侧试样.因此,采用非均一材料将有助于提升长骨有限元模型的生物逼真度.