本站原创【摘 要】分析椎体生物力学实验中目前应用广泛的横截面积计算方法(传统方法),探讨其存在的不足之处,进而提出改进的方法(扫描法).此方法可简化实验步骤,提高工作效率,且可减少误差,提高实验准确程度,值得在相关研究中推广应用.
【关 键 词】椎体；生物力学；横截面积；扫描法
目前,应用生物力学指标对骨骼的相关性能进行描述是十分有效的研究方法之一,在运动医学及骨质疏松症领域进展较快,特别是在动物实验中,直接通过对动物骨标本进行生物力学相关指标测试,观测相关指标的变化,即可得出机体骨骼性能变化的情况.骨生物力学检测指标中,极限强度、破断强度及结构刚度均由相关检测数据计算得出,而这其中,横截面积是极为重要的数据,通过一定的方法计算出骨骼受力部位的横截面积就显得非常关键了［1］.
通过观察实验动物(如大鼠)股骨的生物力学性能指标的变化可以推断其皮质骨性能的改变,推断松质骨性能变化通常则是观察其腰椎生物力学指标的变化.目前,椎体横截面积的计算方法是根据阿基米德定理通过椎体的浮力计算所得,此方法技术成熟,应用最为广泛,已经得到普遍公认［2,3］.
具体测试过程为：首先用游标卡尺测量出椎体的高度(H)；用分析天平称取椎体湿重(G1),再应用分析天平称取椎体浸没在蒸馏水的重量(G2),求两重量之差(G1-G2)即可得椎体在蒸馏水中所受浮力(F),水的密度(ρ)与重力加速度(g)的乘积再除椎体在蒸馏水中所受浮力(F),数学公式表述为F/ρg,即可得到椎体体积(V)；最后求椎体体积(V)与椎体高度(H),数学公式表述为V/H,即得到椎体的横截面积.总的数学计算公式可写为：(G1-G2)/ρgH从上述计算椎体横截面积的描述中我们不难看出其中的计算过程比较麻烦,由于实验中称取椎体浸没在蒸馏水中的重量一般均应用精确度较高的分析天平,而分析天平在测量时要求较高,如干燥、空气流动较小等,在应用分析天平称取椎体浸没在蒸馏水中的重量的实际操作中就显得过于复杂,而且因为干扰因素相对多,也可能造成误差相对较大.而在动物实验中,应用最广泛的大鼠椎体的体积小、重量轻,这样的小标本在具体操作中显得很不方便.另外,椎体生物力学实验中,实验前椎体标本需要作一定处理,目前通常的处理方法是处死动物后取出腰椎,剪除椎体上下椎间盘、棘突及附件,并用细砂纸打磨成上下平面平行且与纵轴垂直的三棱柱［4］.正是因为这样的打磨手段,然后通过浮力的方法检测,这样不可避免地会产生与方法不够严密相关的误差.因为椎体外层较薄的皮质骨在打磨中受损甚至完全去除,这样在将其浸没水中测量计算其体积时,水将会进入与外界相通的松质骨间隙中,造成计算所得体积值比真实值偏小,这样就会造成最终计算所得到的椎体横截面积偏小.因此我们认为此方法不仅有操作上不方便的缺陷,而且造成的误差可能会较大.
正是基于上述考虑,我们对传统方法进行了一些改进,设计了一种便于操作的计算椎体横截面积方法,我们将之称为“扫描法”.具体操作方法如下［5］：将磨制好的椎体竖直置于扫描仪上,经扫描后存储BMP图像.分别扫描椎体上下两底面.然后采用Photoshop7．0图形软件处理系统对其进行分析处理,所得结果再经SP专用软件分析计算上下两底面面积,两底面面积求平均值即为椎体横切面积.扫描后通过电脑处理直接求出椎体横截面积.
“扫描法”在椎体生物力学实验中计算其横截面积相对目前常用的传统方法不仅具有着操作方便的优点,而且此方法是通过扫描,然后通过图像直接计算得出结果,这样就避免了操作过程中可能产生较大误差的步骤.
“扫描法”在计算椎体横截面积中有着传统方法所不能及的优点,不仅简化了相关科研实验的步骤,大大提高工作效率,而且可以最大程度减少误差,提高实验的准确程度.所以我们认为此方法可以在相关研究中推广应用.