骨质疏松骨中螺钉拔出强度的比较研究：合成股骨替代物的创新突破

本研究针对骨质疏松骨中植入物固定强度评估的难题，开发了新型聚氨酯树脂骨(PuReBone)替代物。通过对比实验证实，PuReBone空心髓腔模型的拔出力(855±307 N)与真实骨质疏松人骨(835±444 N)高度吻合(p=1.000)，显著优于商业环氧基替代物(1905±375 N)和Krülit管(3234±291 N)(p<0.001)。该材料能精确模拟骨质疏松骨力学特性，为骨科植入物测试提供了更可靠的生物力学模型。

　　

骨质疏松症作为常见的代谢性骨病，严重削弱骨骼强度，导致髋部和股骨等部位易发骨折。临床上面临的严峻挑战是，骨质疏松骨中减小的骨小梁密度和变薄的皮质层会显著降低植入物固定强度。目前生物力学研究广泛使用的合成骨模型存在固有缺陷——它们往往高估固定性能，特别是对骨质疏松骨的模拟效果欠佳。这给骨科植入物的研发和手术方案优化带来了重大障碍。

为突破这一技术瓶颈，研究人员开发了新型定制聚氨酯树脂骨(PuReBone)替代物。该材料通过掺入矿物填料和可控开孔工艺，精确模拟骨质疏松人股骨的力学和形态特征。研究团队设计了两种变体：髓腔填充松质骨泡沫的PuReBone-CF和模拟严重骨质疏松空心髓腔的PuReBone-HC，并与商业环氧基替代物、Krülit管以及真实骨质疏松人骨进行系统对比。

研究采用标准化螺钉拔出测试，使用4.5 mm皮质螺钉，通过高精度材料试验机记录力-位移曲线。关键创新在于建立了多参数评估体系：除拔出力外，还分析失效位移、结构刚度、失效模式及皮质厚度等指标。测试样本包括8个PuReBone-CF、8个PuReBone-HC和8个Krülit管，并引用文献中5例骨质疏松人股骨和8个商业替代物(SBosteop-lit)数据作为对照。

3. 结果
验证实验显示，PuReBone-HC的拔出力(855±307 N)与骨质疏松人骨(835±444 N)无统计学差异(p=1.000)，而商业替代物SBosteop-lit(2122±352 N)和Krülit(3234±291 N)均显著偏高(p<0.001)。皮质厚度测量表明所有合成模型(4.2-4.8 mm)处于相同量级，排除了厚度因素的干扰。

失效模式分析揭示重要发现：PuReBone仅出现螺钉孔周围局部表层剥离，与真实人骨相似；而商业替代物表现出大面积环氧树脂剥落，Krülit则形成独特的火山锥形变形。这种差异反映了材料本质特性——PuReBone更接近真实骨的破坏机制。

4. 讨论
该研究突破了现有ASTM F1839-19标准仅适用于泡沫材料的局限，为固体聚氨酯基皮质骨替代物建立了新基准。虽然PuReBone密度(1.05 g/cm³)远超标准上限(0.80 g/cm³)，但其力学响应却与低密度泡沫相当，这揭示了材料组成与结构对性能的协同影响。

研究同时澄清了学术界长期存在的争议：商业环氧基替代物因过高估计拔出强度(达真实值的154-287%)，可能导致植入物测试数据失真。而PuReBone通过调节矿物填料含量和皮质厚度，可实现从正常到严重骨质疏松状态的精准模拟，为个性化医疗研究提供新工具。

5. 结论
这项发表在《Journal of Biomechanics》的研究证实，PuReBone空心髓腔模型能精确复现骨质疏松骨的螺钉固定特性，解决了传统合成模型高估固定性能的关键问题。结合前期在骨小梁形态、螺钉切出力学和全骨力学行为方面的验证，PuReBone已展现出作为骨质疏松研究标准化平台的巨大潜力，将显著提升骨科植入物测试的临床相关性。未来研究可进一步优化材料配方，拓展其在动态载荷和骨愈合研究中的应用。