【摘 要】
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随着汽车安全技术的进步,成人乘员在汽车碰撞事故中得到了较好的保护,儿童乘员的安全防护问题却日益突出。为进行儿童损伤机理及其防护措施的研究,有必要开展幼龄骨骼生物力学试验。由于伦理等现实因素,儿童骨骼的力学性能研究受到了极大限制。动物骨骼作为人类骨骼的替代物在生物力学试验中发挥了重要作用。因此,借助动物试验获取大量幼龄骨骼材料参数,定量分析骨骼生长发育过程中力学特性变化,是开展儿童生物力学研究的重要
【基金项目】
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湖南省自然科学基金面上项目（2019JJ40034）
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随着汽车安全技术的进步,成人乘员在汽车碰撞事故中得到了较好的保护,儿童乘员的安全防护问题却日益突出。为进行儿童损伤机理及其防护措施的研究,有必要开展幼龄骨骼生物力学试验。由于伦理等现实因素,儿童骨骼的力学性能研究受到了极大限制。动物骨骼作为人类骨骼的替代物在生物力学试验中发挥了重要作用。因此,借助动物试验获取大量幼龄骨骼材料参数,定量分析骨骼生长发育过程中力学特性变化,是开展儿童生物力学研究的重要途径。本文以小鼠胫骨为试验对象,涵盖新生到断奶期及性成熟的5个年龄组:3天、7天、14天、21天及8周龄。共获取了30个试样,以1m N峰值力的梯形载荷加载方式开展纳米压痕试验,获取每个试样16个点的载荷-深度曲线,基于Oliver-Pharr分析法识别试样的压入模量和硬度。采用非参数Kruskal-Wallis检验分析年龄对皮质骨力学性能的影响;采用双因素方差分析及Bonferroni组间比较,研究年龄及解剖位置对骨骼力学性能的综合影响。非参数检验结果显示年龄对皮质骨压入模量（p<0.001）、硬度（p<0.001）均有显著影响。幼年骨骼在生长发育中,压入模量与年龄呈现正相关。双因素方差分析结果显示,年龄（p<0.001）和解剖位置（p=0.001）对皮质骨压入模量影响显著,仅年龄（p<0.001）对硬度影响显著,但他们对压入模量（p=0.946）和硬度（p=0.769）的影响均不存在交互作用。组间比较结果表明,相比3天试样,7天、14天、21天、8周试样的压入模量分别显著增加35.49%（p<0.001）、51.47%（p<0.001）、62.41%（p<0.001）和139.57%（p<0.001）,外侧解剖位置的压入模量显著高于前侧11.97%（p=0.022）和后侧15.51%（p=0.002）。在硬度的比较中,8周试样硬度最大、7天试样次之、3天试样硬度值最小,7天和8周试样的硬度分别显著高于3天试样44.24%（p<0.001）和70.34%（p<0.001）。因此,年龄及解剖位置对骨骼力学性能具有重要影响,压入模量在两者作用下发生显著性变化。在研究中,应考虑年龄及解剖位置引起的材料参数差异,即使同一物种中,不同年龄或不同解剖位置试样的力学性能数据也应谨慎使用。
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