到目前为止，从来没有一种工具可以确定患者需要多长时间才能从胫骨骨折中愈合。

“我们的项目令人兴奋的是，所有的机械分析都是对患者的临床治疗不知情的，外科医生从未见过我们的任何数据，”利哈伊大学机械工程和力学助理教授Hannah Dailey说。PC罗辛工程与应用科学学院。“当我们把它们放在一起时，我们能够回答这个问题，'虚拟机械测试可以预测患者需要多长时间才能愈合?'我们发现它可以。“

Dailey还是Lehigh功能材料与器件研究所(I-FMD)的附属机构，是“基于低剂量计算机断层扫描胫骨骨折扫描的虚拟机械测试”的主要作者。该论文发表在7月3日出版的“骨与关节外科杂志”上。

大多数打破胫骨或胫骨的人都会沿着正常的治疗时间线前进。随着时间的推移，越来越多的新骨骼称为愈伤组织沿骨折线形成。愈伤组织开始时是一种海绵状物质，随着时间的推移，它会变成与断裂前一样强壮或强壮的骨骼。患者通常定期进入X射线，只要图像显示该区域的愈伤组织越来越多，一切都很好。

但有些人通常不会愈合。这种治愈失败被称为骨不连，它可能完全使人虚弱。

“肌肉骨骼损伤非常非常痛苦，”戴利说。“当骨骼无法正常愈合时，患者可能会疼痛数周或数月。”

她说，理想情况下，外科医生会尽早对患有骨不连的患者进行手术。但区分真正的骨不连 - 完全没有形成新骨 - 和骨愈合 - 只是非常缓慢 - 很难。而这种差异至关重要。如果是前者，则必须进行第二次手术。如果是后者，则患者等待并避免另一次手术的风险和费用可能更好。

由于外科医生通常依靠X射线来确定骨愈合的程度，因此难以确定谁需要额外手术与谁之间的关键差异是困难的。然而，X射线是二维的，通常是模糊的，并且可以揭示不完整的图像。

“我们的方法是，'我们能否以结构的方式测量治疗效果，并对骨骼愈合方法进行评估?'”Dailey说。“我们可以更准确地使用X射线来确定，'是，治愈'或'不，未治愈'，使用工程工具，答案是肯定的。我们可以。”

在这项研究中，胫骨干骨折的成年人在标准的扩髓髓内钉固定后进行观察，这是一种将钛棒插入胫骨中空空间并用螺钉固定在顶部和底部的方法。螺钉允许患者在手术后很快通过保持上骨碎片不会塌陷到下骨片上而承受重量。

患者随访包括X线片和完成患者报告的结果测量，所有这些都在手术后6,12,18和24周进行。在12周时进行低剂量计算机断层扫描(CT)扫描。这些扫描提供了每个患者内部发生情况的详细三维图片。

Dailey的博士生和研究合着者Peter Schwarzenberg在扫描中使用专业的商用软件，建立了三维机械结构模型，用于识别骨骼和新骨骼或愈伤组织的区域。Schwarzenberg随后通过有限元分析软件运行模型 - 土木工程师使用相同的程序来模拟当负载(如汽车或行人)应用于桥梁时桥梁发生了多少变形。施瓦岑贝格和戴利想要对骨骼做同样的事情 - 施加一个力量，看看骨头弯曲了多少。弯曲越少，愈合愈合得越多。

Schwarzenberg使用有限元软件将每个骨骼模型划分为称为四面体的微小区域，这些区域彼此之间具有数学关系。然后他和Dailey模拟固定骨骼的底部，使其无法移动，并以一度旋转扭曲的形式将负荷放在骨骼的顶部。该技术称为虚拟扭转测试。

“所以我们知道骨头边缘的四面体发生了什么，”施瓦岑贝格说。“但是，有限元分析可以让你计算出那些四面体的邻居然后是那些四面体的邻居发生了什么，它会一直计算，直到你评估了骨头内的每一块。”