振动锯切过程中转折点冲击损害皮质骨生物力学完整性

《Annals of Biomedical Engineering》：Turning-Point Impact Compromises the Biomechanical Integrity of Cortical Bone During Oscillating Sawing

　　### 摘要**目的**振荡骨锯广泛应用于骨科手术，保持制备骨表面的机械完整性对于植入物稳定性至关重要。然而，拐点冲击对制备骨表面生物力学完整性的影响尚不清楚。本研究旨在量化拐点冲击对骨表面完整性和皮质骨力学性能的影响。**方法**采用传统轨迹和优化轨迹，对牛皮质骨进行振荡锯切实验。测量动态锯切力以量化拐点冲击事件。通过扫描电子显微镜和数字显微镜表征表面损伤。分别通过平头冲头测试和常规压缩测试评估局部和整体力学性能。**结果**传统轨迹产生明显的拐点冲击力，伴随广泛的表面裂纹和崩缺缺陷。相比之下，优化轨迹显著抑制了拐点冲击力（*p* < 0.001），并保持了沟槽壁表面完整性。因此，局部（*p* < 0.001）和整体（*p* = 0.001）抗压强度均提高，而弹性模量保持不变。这些结果表明，拐点冲击主要通过引入局部微观结构缺陷来降低失效强度，同时基本保持整体弹性刚度。**结论**拐点冲击通过降低植入物相关骨表面的承载能力，损害了皮质骨的生理解剖完整性。抑制这些瞬时冲击有助于保持植入物相关骨表面完整性，并可能提高骨-植入物界面的稳定性。这些发现为未来手术机器人中的实时冲击监测和自适应控制提供了生理解剖学基础，以防止冲击引起的损伤。