摘要
背景/目标： 条纹骨具有脆性特性，其行为受微观尺度变形和损伤的影响。然而，由于传统断裂力学方法不适用于结构上不连续的多孔组织，因此很难量化裂纹的扩展情况。这项初步研究旨在探讨同步辐射X射线计算机断层扫描（XCT）结合数字体积相关技术（DVC）是否能够提供一种实用且基于几何特征的标准化方法，用于量化人类条纹骨中的裂纹开口行为。方法： 从髋部骨折患者（n = 5）和未发生骨折的对照组（n = 5）的股骨头中获取半圆柱形样本，在进行XCT成像的同时对其施加逐步三点弯曲载荷。通过全场位移图来测量裂纹口开口位移（CMOD）、裂纹长度（a）以及二者的比值CMOD/a，该比值在此被用作反映脆性响应的基于几何特征的标准化指标，而非材料本身的固有属性。同时将基于相位一致性原理的自动裂纹检测方法与手动测量结果进行对比。结果： XCT–DVC技术能够清晰显示所有样本在裂纹萌生和扩展过程中的三维位移不连续性。髋部骨折患者的临界裂纹开口比值（CMOD/a）明显低于对照组（中位数分别为0.31和0.47；p = 0.008），且在更低的载荷下就会出现结构不稳定现象。两组样本的裂纹总延伸量（Δa*）则相近。基于相位一致性原理的自动裂纹追踪结果与手动测量结果高度一致（r2 = 0.98），这表明可以从DVC位移场中可靠地提取裂纹几何信息。结论： 在这一小规模初步研究中，XCT–DVC技术为在无法应用传统断裂力学参数的情况下比较裂纹开口行为提供了一种可行且基于几何特征标准化的方法。自动测量结果与手动测量结果的高度一致性也证明了基于位移的测量流程具有可重复性。髋部骨折样本较低的临界CMOD/a值可能意味着其脆性响应更为显著。不过，鉴于样本量较小、性别分布不同以及髋部骨折组骨骼体积分数更低，这些研究结果仍处于初步阶段，还需要在更大规模的样本群中加以验证。未来需要在微观结构匹配的样本群中进一步研究，以确定所观察到的差异究竟是源于组织本身的脆性、结构特征，还是二者共同作用的结果。
