摘要
作者： 东莞市泰帆贸易有限公司 2025.8.17 发表于www.taifanlab.com
在骨科和牙科研究中，标准化的实验材料对于保证实验结果的可重复性与对比性具有重要意义。ASTM F1839 标准提出了刚性聚氨酯泡沫作为模拟骨组织的统一规范，广泛应用于骨科器械与植入物的生物力学测试。作为代表性产品，Sawbones 骨块凭借其结构均一和性能稳定的特点，成为实验室与临床前研究的重要替代材料。本文结合典型应用案例，分析了 Sawbones 骨块在植入稳定性测试、骨移植物工具优化、骨折固定模型验证及生物力学一致性评估中的应用价值，并讨论其在 ASTM F1839 框架下的意义。
关键词：Sawbones；ASTM F1839；聚氨酯泡沫；生物力学测试；骨科器械
1 引言
在医学工程和骨科研究领域，实验模型的选择直接影响研究结果的可靠性。人体骨组织作为理想实验材料，虽然在生理特性上最接近真实情况，但因来源受限、个体差异大、保存及伦理问题复杂而难以广泛使用。为解决这一问题，ASTM（American Society for Testing and Materials）于 1997 年制定了 ASTM F1839 标准，推荐使用刚性聚氨酯泡沫作为标准骨替代材料。
Sawbones 公司作为骨模型制造的领先企业，其骨块产品严格按照 ASTM F1839 要求生产，被广泛用于骨科器械、植入物及教学研究，成为当前应用最为广泛的骨替代材料之一。
2 ASTM F1839 标准与聚氨酯泡沫特性
ASTM F1839 明确规定了聚氨酯泡沫在密度、抗压强度、弹性模量等方面的物理和机械性能指标。该标准确保不同实验室在测试过程中可获得一致的材料特性，从而提高实验的可比性。
聚氨酯泡沫具有多孔结构，可通过调节密度模拟不同质量等级的骨组织。例如，高密度泡沫用于模拟致密骨，而低密度泡沫更接近松质骨的力学行为。这种灵活性使其成为骨科研究中不可或缺的标准化材料。
3 Sawbones 骨块的典型应用案例
3.1 植入稳定性测试
在牙科和骨科领域，螺钉或种植体的稳定性是评价临床效果的重要指标。利用 Sawbones 骨块进行拉出力（pull-out strength）试验，可以避免尸体骨差异过大的问题，确保实验结果的稳定性和可重复性。研究表明，该模型在拉出力与初始稳定性评估中与天然骨结果高度一致。
3.2 骨移植物工具设计优化
在骨移植操作中，收割工具的几何结构和切削参数直接影响骨碎片的质量。通过在 Sawbones 骨块上进行切削实验，研究人员能够系统分析刀具倾角、切削深度对切削性能的影响，进而优化工具设计。这种方法不仅降低了实验成本，也减少了对动物实验和人体标本的依赖。
3.3 骨折固定与有限元模型验证
Sawbones 骨块常被制成骨盆或长骨的模型，用于模拟骨折并开展固定方式的力学测试。这些实验数据进一步用于校准和验证有限元模型，从而提升数值模拟的准确性与临床参考价值。
3.4 生物力学一致性测试
通过 ASTM F1839 规定的聚氨酯泡沫样块，可以在不同密度等级下测定抗压强度与弹性模量，进而评估器械或植入物在不同骨质条件下的表现。例如，在较低密度泡沫中螺钉的稳定性较差，与临床观察结果一致。这种方法使实验结果能够更好地对应实际临床情况。
4 讨论
Sawbones 骨块在 ASTM F1839 标准下的应用具有以下优势：
- 可重复性高：材料性能稳定，避免了天然骨个体差异带来的误差。
- 实验可控性强：通过调节泡沫密度可模拟不同骨质条件，便于进行对比研究。
- 成本与伦理优势：相较于尸体或动物实验，使用聚氨酯泡沫更经济，也避免伦理争议。
- 广泛适用性：既适用于基础研究，也适合新器械设计的临床前验证。
然而，该模型仍存在局限性，例如缺乏骨组织的生物学反应，无法完全再现骨愈合过程，因此在临床转化研究中仍需结合动物模型与临床试验。
5 结论
ASTM F1839 标准为骨科实验提供了可靠的材料规范，而 Sawbones 骨块凭借其高度标准化与力学可控性，在植入稳定性测试、工具设计优化、骨折固定研究及有限元验证中均展现出广泛应用价值。该材料不仅提高了实验的可重复性和对比性，也为临床前研究提供了可靠的实验平台。未来，结合先进制造技术与新型复合材料，Sawbones 骨块的应用范围有望进一步拓展，在医学研究和教育领域发挥更大作用。