《Scientific Reports》：New design of plate implant for bone healing assessment using frequency measurement: a biomechanical cadaveric study
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本研究针对骨愈合评估临床挑战，研发了基于金属丝固有频率检测的骨愈合评估钢板（BUDWF）。通过尸体胫骨实验证实，该植入物在400N轴向负荷下可精准区分骨折（10mm缺损）与愈合状态（频率差达897Hz，p<0.001），ROC曲线下面积达0.938。这项技术为骨科植入物智能化提供了新思路，有望推动骨愈合监测技术发展。
在全球范围内，骨骨折是骨科最常见的损伤之一。据统计，2019年全球新增骨折病例约1.78亿例，其中下肢骨折占比显著。尽管现代骨科技术不断进步，但骨折治疗后骨不连的发生率仍高达1.9%-10%，这不仅严重影响患者生活质量，还带来沉重的经济负担。目前临床上主要依靠X线平片等影像学方法评估骨愈合，但这些方法存在主观性强、灵敏度不足等问题，常常导致骨愈合状态的误判。
为了解决这一临床难题，来自朱拉隆功大学的研究团队开展了一项创新性研究，开发了一种能够主动监测骨愈合状态的智能钢板植入物。这项发表在《Scientific Reports》的研究提出了一种基于频率测量原理的新型骨愈合评估方法，为骨科植入物领域带来了新的技术突破。
研究团队设计了一种名为"骨愈合检测用金属丝固有频率钢板"（BUDWF）的创新植入物。该装置的核心原理是利用金属丝张力与振动频率的物理关系：当骨折未愈合时，轴向负荷主要通过钢板传递，导致钢板应变增大，金属丝张力增加，振动频率升高；随着骨愈合进展，负荷逐渐由骨骼分担，钢板应变减小，金属丝频率相应降低。
关键技术方法包括：1）基于10孔窄动态加压钢板（DCP）改造的BUDWF钢板设计，其中部设有60mm槽口容纳直径0.3mm的316L不锈钢丝；2）采用聚醚醚酮（PEEK）材料的声音发生器；3）使用8具人体尸体胫骨标本（平均年龄69.1岁）进行生物力学测试；4）通过Instron Electropuls E10000万能试验机施加0-400N轴向负荷；5）利用Synco G1A1电容麦克风和Audacity软件进行频率采集分析。
实验结果
测量可靠性分析
频率测量显示出极佳的组内可靠性，骨愈合组ICC(3,1)为0.944-0.959，骨折组为0.946-0.984，均属"优秀"等级。变异系数（CV）在2.17%-3.53%之间，表明测量结果稳定可靠。
频率变化规律
线性混合效应模型显示，骨状态与轴向负荷对金属丝频率存在显著交互作用（p<0.01）。在400N负荷下，骨折组（10mm缺损）频率显著高于愈合组，平均差值为897Hz（95%CI：855.3-938.7Hz，p<0.001）。随着负荷增加，骨折组频率呈现剂量依赖性上升，而愈合组频率保持相对稳定。
诊断效能评估
受试者工作特征（ROC）分析表明，在300N和400N负荷下，频率对骨愈合状态的预测效能最佳：300N时曲线下面积（AUC）为0.875，400N时提高至0.938。以≤3036Hz为临界值，诊断灵敏度为75%，特异性达100%，准确率为87.5%。
讨论与结论
本研究通过生物力学尸体实验验证了BUDWF钢板在骨愈合评估中的可行性。该技术的创新之处在于将机械应变转化为可测量的频率信号，实现了对骨愈合状态的定量评估。与传统的应变片、压电传感器等检测方法相比，BUDWF钢板无需电路或电池，具有良好的生物相容性和安全性。
研究结果证实，在400N轴向负荷下，金属丝频率变化能够有效区分骨折与骨愈合状态。这一负荷水平接近日常活动中的生理负荷范围，具有临床转化潜力。值得注意的是，在零负荷条件下，骨折与愈合组的频率无显著差异，这表明负荷刺激是激活检测机制的关键因素。
该技术也存在一定局限性：尸体模型无法完全模拟活体的骨愈合过程；缺乏软组织覆盖可能影响振动传导；手动激发声音的方式可能引入操作变异。未来研究需要优化植入物设计，减少软组织激惹风险，并开展在体实验验证其长期安全性。
尽管仍需进一步优化，BUDWF钢板代表了一种简单而有效的骨愈合监测新策略。这种将力学信号转化为可测量参数的创新思路，为开发智能骨科植入物提供了重要参考，有望在未来实现个体化、精准化的骨折治疗管理。
