基于成人膝关节骨软骨复合体微结构特征参数设计仿生骨软骨支架的实验研究

目的 探讨正常成人骨软骨复合体的微结构特征,提供一种新型仿生骨软骨支架模型的设计方案.方法 随机选取3具非骨组织疾病致死的成年人尸体,在左右膝关节股骨关节面的外侧髁、内侧髁、髌面各取一大小相同的正方体骨块.利用高分辨率显微CT断层扫描系统对标本进行扫描,获取软骨、软骨下骨板平均厚度,松质骨骨小梁及其松质骨间隙的形态计量学参数BV/TV、TbN、TbTh、TbSp,并进行对比分析.依据获得的解剖数据,采用计算机辅助软件VG Studio MAX 3.4构建具有特定内部结构的骨软骨支架模型.结果 髌面软骨平均厚度大于外侧髁、内侧髁(P<0.05);髌面软骨下骨板平均厚度大于外侧髁、内侧髁(P<0.05);髌面软骨厚度/骨板厚度小于外侧髁、内侧髁(P<0.05);松质骨骨小梁形态计量学参数TbSp及松质骨间隙形态计量学参数TbTh在外侧髁与髌面之间差异有统计学意义(P<0.05).利用计算机辅助软件VG Studio MAX 3.4构建的用于非可降解材料的数字化模型,具有与正常骨软骨复合体一致的三维结构;用于可降解材料的数字化模型,其软骨层及软骨下骨板层结构与正常软骨及软骨下骨板结构一致,其支架层的结构类似于正常骨小梁间隙的三维结构.结论 人体膝关节不同部位的骨软骨复合体微结构特征存在一定的差异性,基于Micro-CT数据和计算机辅助设计可以精确构建骨软骨支架数字化三维模型.