Biomomentum

案例1：

目前對關(guān)節(jié)炎和軟骨研究的一個(gè)不滿意的需求是對整個(gè)關(guān)節(jié)軟骨表面的體外功能評估，無論是定量的還是非破壞性的。本研究的目的是研究一種新的自動(dòng)化技術(shù)的能力，以表征整個(gè)關(guān)節(jié)表面的機(jī)械性能，以便快速區(qū)分退化和健康的關(guān)節(jié)軟骨。

1.    方法

1.1  樣品
來自8個(gè)人類遠(yuǎn)端股骨的完整關(guān)節(jié)面是從佛羅里達(dá)州的RTI外科獲得的。關(guān)節(jié)面被連接到一個(gè)充滿PBS的試驗(yàn)室，并配備有攝像頭定位系統(tǒng)（1毫米定位分辨率）。位置網(wǎng)格疊加在樣本的圖像上。使用ICRS系統(tǒng)對關(guān)節(jié)表面進(jìn)行視覺分級：
ICRs0（視覺正常）
icrs>0（視覺異常）

1.2  自動(dòng)法向壓痕映射
一種球面壓頭（半徑=3毫米），用于這種新的自動(dòng)壓痕技術(shù)。
多軸測力傳感器使用fx、fy和fz計(jì)算法向力。
三軸機(jī)械測試儀（mach-1 v500css）利用三個(gè)位移分量同時(shí)進(jìn)行基于測量表面方向的垂直位移。

1.3  自動(dòng)測厚度
針狀探頭代替球形壓頭。
稱重傳感器使用FZ計(jì)算力。
厚度測量采用針入度技術(shù)。
整個(gè)關(guān)節(jié)表面軟骨垂直距離的映射。
軟骨厚度的計(jì)算使用先前獲得的表面方向。
厚度=垂直距離x余弦（表面方向）
瞬時(shí)模量計(jì)算 
通過將載荷-位移曲線（對應(yīng)厚度）擬合到壓痕中的彈性模型，得到各位置的瞬時(shí)模量。

2.  討論
    與傳統(tǒng)生物力學(xué)測試（即單個(gè)樣本采集、垂直于壓縮軸的樣本表面視覺定位、可能導(dǎo)致機(jī)械誤差的樣本保存）相比，這種技術(shù)不需要干預(yù)。因此大大減少了測量誤差的來源，并允許整個(gè)關(guān)節(jié)表面的高分辨率映射。這項(xiàng)研究的結(jié)果清楚地證明了這種新的自動(dòng)壓痕技術(shù)能夠快速、客觀和無損地繪制全關(guān)節(jié)表面的生物力學(xué)特性圖，并識(shí)別退化區(qū)域。這種自動(dòng)壓痕繪圖技術(shù)在骨性關(guān)節(jié)炎進(jìn)展和軟骨修復(fù)研究中的磨損模式識(shí)別具有重要價(jià)值。