基于改進Weibull模型的高強縫合錨釘縫線強度預測

李新婭 王寧 盧佳浩 張鵬 夏兆鵬 侯耒

DOI： 10.19398j.att.202309018

摘? 要：為消除縫合錨釘縫線在使用過程中存在斷裂的風險，以8.3 tex超高分子量聚乙烯纖維為原材料，采用編織工藝制備了單層編織縫線和軸向襯紗雙層編織縫線。為了研究其力學性能，選擇8、16、24、32、40、48 mm隔距對單纖維的斷裂強力進行測試，選擇50、200 mm隔距對8.3 tex復絲的斷裂強力進行測試，選擇200 mm隔距對單層編織縫線和軸向襯紗雙層編織縫線的斷裂強力進行測試。對纖維的直徑和縫線中纖維與軸向夾角的角度進行測量。采用兩參數Weibull模型和改進Weibull模型對單纖維、8.3 tex復絲和單層編織縫線的斷裂強度進行預測。結果表明：單層編織縫線的斷裂強力為299.8 N，軸向襯紗雙層編織縫線的斷裂強力高達393.0 N。對8.3 tex復絲和單層編織縫線的斷裂強度進行預測，改進Weibull模型的預測值準確度高。高強骨錨釘縫線的強力比同類型醫用縫線更高，改進Weibull模型可對高強縫合錨釘縫線的強力進行精準預測，實現了從單纖維到復絲再到紗線的斷裂強度預測，可為醫用縫線結構設計和力學性能分析提供理論依據。

關鍵詞：縫合錨釘縫線；超高分子量聚乙烯；斷裂強力；兩參數Weibull模型；改進Weibull模型；強度預測

中圖分類號：TS101.2

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）06-0052-09

收稿日期：20230914

網絡出版日期：20231220

作者簡介：李新婭（1999—），女，天津人，碩士研究生，主要從事生物醫用紡織品方面的研究。

通信作者：夏兆鵬，E-mail：xiazhaopeng@tiangong.edu.cn

在骨科手術中，軟組織在骨骼上的固定是手術成功的關鍵一環。縫合錨釘可以簡單有效地固定肌腱和韌帶等軟組織，是骨骼上軟組織固定的主要方式［1-2］。縫合錨釘由錨釘部分和縫線部分組成，錨釘部分被植入骨頭中，用于固定縫線；縫線部分用于固定軟組織［1-5］。理想的縫合錨釘必須提供足夠的機械穩定性，以降低手術失敗的風險。縫線的強力是衡量縫合錨釘機械穩定性的重要指標，然而因縫線斷裂致使錨釘失效的案例不在少數［6-8］。因此制備高強度的縫合錨釘縫線，對骨科手術具有重要意義。

Weibull分布是一種纖維強度預測成熟的表征工具［9］。脆性材料的抗拉強度變化通常用Weibull分布來表示［10］，已廣泛用于衡量合成纖維［11-12］和天然纖維的抗拉強度［13-14］。但傳統的兩參數Weibull模型的預測結果存在很大誤差［15-16］。因此，一般引入多模態和三參數Weibull模型或其他改進模型來提高預測精度［16-17］。

本文以8.3 tex超高分子量聚乙烯纖維為原材料，通過編織工藝制備單層編織縫線和軸向襯紗雙層編織縫線，并分析其力學性能；對單纖維、復絲和縫線的強力進行測試；對纖維的直徑和縫線中纖維與軸向夾角的角度進行測量；采用兩參數Weibull模型、改進Weibull模型預測縫合錨釘縫線的斷裂強度，以期為醫用縫線結構設計和力學性能分析提供理論依據。

1? 實驗

1.1? 材料與儀器

8.3 tex超高分子量聚乙烯纖維（東莞市盛芯特殊繩帶有限公司）。編織機（ZLPB-2A型，徐州恒輝編織機機械有限公司）；電子單纖維強力儀（YM-06A型，萊州元茂儀器有限公司）；

微機控制拉力試驗機（WGL-2500ST，利拓檢測儀器有限公司），熒光顯微鏡（LK40POL型，天津徠科光學儀器有限公司）。

1.2? 實驗方法

1.2.1? 單層編織縫線的制備

采用錠子型編織機制備單層編織縫線。將8.3 tex超高分子量聚乙烯纖維繞成16組錠子之后裝上編織機，機器的主要操作部分為一穩定的工作平臺（立式），在平臺表面設有彼此交錯的切線相連的“8”字形凹槽，將錠子裝在凹槽中，并分為大小相等的兩個部分，彼此均勻交叉并作等速率的反向移動。如此往復，機器織出16股紗線。操作過程如下：

a）將8.3 tex超高分子量聚乙烯纖維繞上16組錠子，再將16組錠子裝上機器的工作平臺。

b）集合16股束纖維，穿過織口的小孔，并繞上卷筒。

c）連接電源，先按點動按鈕觀察運行流暢度，再按動運行按鈕，進行編織。

1.2.2? 軸向襯紗雙層編織縫線的制備

將8.3 tex超高分子量聚乙烯纖維繞上16組錠子，裝上工作平臺。再將一根16股單層紗線放在16組錠子中間進行同步編織，使16組纖維在16股單層紗線表面編織形成編織層，編織出軸向襯紗雙層編織紗線。

1.3? 測試方法

1.3.1? 單纖維強力測試

根據Textile fibres—Determination of breaking force and elongation at break of individual fibres（ISO 5079∶2020），使用電子單纖維強力儀，進行單根纖維的強力測試。分別測定8、16、24、32、40、48 mm隔距單纖維的斷裂強力，拉伸速度為20 mm/min。

1.3.2? 復絲和縫線強力測試

根據《高強化纖長絲拉伸性能試驗方法》（GB/T 19975—2005），使用微機控制拉力試驗機在兩種不同條件下測試斷裂強力。a）在夾持距離為200 mm、拉伸速度250 mm/min條件下，分別測量8.3 tex超高分子量聚乙烯纖維、單層編織縫線和軸向襯紗雙層編織縫線的斷裂強力。b）在夾持距離為50 mm、拉伸速度250 mm/min條件下，分別測量8.3 tex超高分子量聚乙烯纖維和單層編織縫線的斷裂強力。

1.3.3? 纖維直徑變異測試

用熒光顯微鏡測量6種長度（8、16、24、32、40、48 mm）樣品纖維的直徑。因為纖維的形態是完全圓形的，所以采用圓的面積公式計算橫截面面積。

具體測試方法為：每種長度的纖維各采集20個數據點，8 mm長度的纖維測試點間距為0.4 mm，16 mm長度的纖維測試點間距為0.8 mm，24 mm長度的纖維測試點間距為1.2 mm，32 mm長度的纖維測試點間距為1.6 mm，40 mm長度的纖維測試點間距為2 mm，48 mm長度的纖維測試點間距為2.4 mm。

1.3.4? 縫線纖維與軸向夾角測量

用熒光顯微鏡觀察表面形貌，并測量編織紗線表面纖維的軸向夾角θ。

2? Weibull分布統計分析

強度分布σ通常用兩參數Weibull分布表示如下：

P=1-exp-VV0σσ0m（1）

式中：m為Weibull模量（或形狀參數），σ0為特征強度（或尺度參數），V0為參考體積，V為纖維體積，P為纖維斷裂概率。

P由式（2）計算：

P=i-an+b（2）

式中：n是測試數據的樣本數，i是測試數據的序號，a和b是常數。通常情況下，0≤a≤0.5，0≤b≤1。

當纖維直徑不變時，式（1）變換為：

P=1-exp-LL0σσ0m（3）

式中：L0為單位長度，L為測試隔距。

由式（3）可計算σ0的平均值：

σ-=σ0LL0-1mΓ1+1m（4）

式中：Γ表示伽馬函數。

由式（4）可由L1處纖維的平均斷裂強度σ1計算出L2處纖維的平均斷裂強度σ2：

σ-2=σ-1L2L1-1m （5）

式中：σ1為紗線在L1處的斷裂強度，cN/dtex；σ2為紗線在L2（單位為mm）處的斷裂強度，cN/dtex；m為紗線的Weibull模量。因此由式（5）可以知道，測得了某個隔距長度下的紗線強度，便可以在理論上求出任意長度下的紗線強度。

根據式（3），兩參數Weibull分布的線性擬合方程為：

ln［-ln（1-P）］=mlnσ-mlnσ0+lnL（6）

然而，兩參數Weibull分布并不能總是準確預測纖維的斷裂強度，根據式（6）得到的實驗數據與計算數據存在顯著差異［14］。因此，Xia等［15］對實驗數據進行Weibull預測時使用γ參數對兩參數Weibull方程進行了修正，并定義了γ為纖維變異系數，式（7）為兩參數Weibull方程修正形式：

P=1-exp-LL0γσσ0m（7）

根據式（7），纖維的平均斷裂強度可寫為：

σ-=σ0LL0-γmΓ1+1m（8）

式（5）可變為：

σ-2=σ-1L2L1-γm （9）

式（6）可變為：

ln［-ln（1-P）］=γlnL-γlnL0+mlnσ-mlnσ0（10）

因此，Weibull模量和特征強度可以從ln（-ln（1-P））與ln（σ）產生的直線圖中得到。

根據文獻［18］以及式（7），可以得到兩參數Weibull分布下束纖維斷裂強度σ-b，可表示為：

σ-b=σ0（Lm）-1mexp-1m（11）

束纖維和紗線的關系可用式（12）表示：

σ-b=σ0（Lm）-1mexp-1mcos2θ（12）

改進后的Weibull分布下束纖維斷裂強度σ-b可表示為：

σ-b=σ0（Lγm）-1mexp-1m（13）

束纖維和紗線的關系式為：

σ-b=σ0（Lγm）-1mexp-1mcos2θ（14）

3? 結果與討論

3.1? 纖維拉伸強力

將超高分子量聚乙烯纖維在8、16、24、32、40、48 mm隔距下進行強力測試，其定速拉伸性能如表1。

由表1可以看出，超高分子量聚乙烯纖維的斷裂強度隨著測試隔距的增大逐漸減小。Xia等［19］測試了不同隔距下黃麻纖維的斷裂強度，也得出了相同結論。這是由于測試隔距越大，使纖維發生斷裂的弱節出現的概率越大。此外，纖維直徑變異值也隨測試隔距的增大而增大。表明超高分子量聚乙烯纖維的斷裂強度不僅跟纖維本身的缺陷有關，跟纖維的直徑變異也有關系。纖維直徑變異系數越大，纖維的斷裂強度越小。

3.2? 復絲和縫線拉伸強力

將8.3 tex復絲和縫線進行強力測試，其定速拉伸性能如表2和表3所示。從表2可以看出，8.3 tex復絲拉伸性能和單纖維拉伸性能類似，斷裂強度均隨著測試隔距的增大而隨之減小。

表3中的數據來源于文獻［20-21］中的測試結果，所有的縫合線均為美國藥典標準尺寸（No.2）。從表3中可以看出，本文所設計的單層編織縫線強力為299.8 N，均大于文獻［20-21］中所述醫用縫線的強力，改進后的軸向襯紗雙層編織縫線強力高達393.0 N。

3.3? Weibull分布參數的確定

3.3.1? Weibull斷裂概率P

根據式（2）和文獻［22］，a、b一般取值范圍如表4所示。

采用Weibull方程進行預測時，被預測隔距距離預測隔距越近，其預測結果越準確［19］。為保證預測準確度，故采用測量隔距中間值24 mm隔距處測得的超高分子量聚乙烯斷裂強度進行預測，根據表4中列出的4種a、b值和式（2）可計算得到斷裂概率P，故根據不同的斷裂概率P可以得到基于24 mm隔距超高分子量聚乙烯纖維的Weibull線性回歸圖，如圖1所示。

4組不同a、b取值計算得到的相關系數平均值均在0.90及以上，所以ln（-ln（1- P））與ln（σ）之間具有良好線性關系。根據圖1可知，當a=0、b=1，測試隔距為24 mm時超高分子量聚乙烯纖維Weibull線性回歸的R2值最大（R2=0.91），此時ln（-ln（1- P））與ln（σ）線性關系最好。由于研究的是超高分子量聚乙烯的實測值，僅憑R2值的大小仍然無法推斷最終斷裂強度預測值的準確性。但可以根據誤差的高低來判斷斷裂概率P式預測是否準確［22］， 誤差的計算公式為：

ε/%=|σ實測-σ估計|σ實測×100（15）

根據式（2）、式（5）、式（15）以及按照表4中4種a、b取值的順序，利用24 mm隔距測得的超高分子量聚乙烯斷裂強度，計算得到32、40、48 mm隔距纖維斷裂強度預測值，如表5所示。

根據誤差比較可得第3組別（a=0，b=1）是誤差最小的情況，所以選取第3組別（a=0，b=1）來確定本文中Weibull方程的斷裂概率P。

3.3.2? 不同測試隔距下的Weibull線性擬合圖

選取第3組別（a=0，b=1）計算得到32、40、48 mm隔距超高分子量聚乙烯纖維斷裂強度Weibull線性擬合圖，如圖2所示。

由圖2可知，R2的值均在0.89到0.99之間，可得上述4種隔距下ln（-ln（1-P））與ln（σ）之間具有良好的線性度，表明四種情況下的超高分子量聚乙烯纖維斷裂強度均符合Weibull分布。

3.3.3? Weibull參數m和σ0

根據圖2和式（6），可以得出不同隔距下超高分子量聚乙烯纖維Weibull參數模量以及特征強度如表6所示。

從表6可知，4種隔距的Weibull模量值均不相同，這與隨機誤差有關。特征強度隨著隔距的增大而減小。Xia等 ［19］在探究不同隔距下黃麻纖維的特征強度時也得出了類似結論。這是由于測試隔距越大，使纖維發生斷裂的弱節出現的概率越大。

3.3.4? Weibull參數γ

纖維變異系數的對數值與纖維測試隔距的對數值呈線性關系，其直線斜率即為Weibull參數γ［15］（纖維直徑變異值用VFD表示）。圖3為纖維直徑變異值與測試隔距線性關系圖。

如圖3所示，線性相關系數R2值為0.903，因此ln（VFD）與ln（L）存在良好的線性關系。可以得出式（16）。

ln（VFD）=0.375×ln（L）-1.064+e（16）

式中e為隨機誤差。由式（16）可以得出，Weibull參數γ值為0.375。

variation and test spacing

3.4? 8.3 tex復絲斷裂強度預測

采用Weibull方程進行預測時，被預測隔距距離預測隔距越近，其預測結果越準確［19］。因此選取48 mm作為預測隔距，預測50、200 mm隔距8.3 tex復絲斷裂強度。

根據式（11）、（13）、（15）及式（16）得到的γ值以及基于48 mm測試隔距得到的單纖維斷裂強力，可以得到50、200 mm隔距兩參數和改進Weibull模型對8.3 tex復絲斷裂強度預測值以及誤差率，如表7和圖4所示。

根據圖4所示的誤差分析可知，兩參數Weibull方程預測50、200 mm隔距下8.3 tex復絲斷裂強度與其實測值差距較大，預測準確度很低，且均在實測值95%置信區間外，因此兩參數Weibull方程無法對50、200 mm隔距8.3 tex復絲斷裂強度進行預測。采用改進Weibull方程對其進行預測可得，在50、200 mm隔距下8.3 tex復絲斷裂強度預測值的誤差率均低于兩參數Weibull方程，預測準確度高，且均在其實

測值95%置信區間內，表明改進Weibull方程可以對50、200 mm隔距下8.3 tex復絲斷裂強度進行預測。

3.5? 單層編織縫線斷裂強度預測

根據48 mm測試隔距得到的單纖維斷裂強力和紗線表面纖維之間夾角θ為28.79°，通過式（12）、式（14）—（15），可以得到200 mm隔距兩參數和改進Weibull模型對單層編織縫線斷裂強度預測值以及誤差率，如表8和圖5所示。

從圖5中可以發現，單層編織縫線斷裂強度與8.3 tex復絲斷裂強度的預測結果相似，兩參數Weibull方程的預測值與實測值誤差較大，改進Weibull方程的預測值均在其實測值95%置信區間內。表明改進Weibull方程的預測值比兩參數Weibull方程的預測值準確度高，改進Weibull方程可以對200 mm隔距單層編織縫線的斷裂強度進行預測。

4? 結論

本文采用8.3 tex超高分子量聚乙烯纖維為原材料，通過編織工藝完成了高強縫合錨釘縫線的制備，研究其斷裂強度；并改進了現有的Weibull模型，提升對其斷裂強度預測的準確率。主要研究結論如下：

a）本文制備的單層編織縫線強力為299.8 N，改進后的軸向襯紗雙層編織縫線強力高達393.0 N。

b）不論是對8.3 tex復絲斷裂強度預測還是對單層編織縫線斷裂強度的預測，改進Weibull模型預測值均比兩參數Weibull模型預測值準確。

c）采用改進Weibull模型，實現了從單纖維到復絲再到紗線的斷裂強度預測。

本文所制備的高強縫合錨釘縫線比同類型醫用縫線強力優異，可提高縫合錨釘的機械穩定性，從而為骨科手術減少醫療隱患，為患者提供更好的醫療保障，并為醫用縫線結構設計和力學性能分析提供理論依據。

參考文獻：

［1］TROFA D P， BIXBY E C， FLEISCHLI J E， et al. All-suture anchors in orthopaedic surgery： Design， rationale， biomechanical data， and clinical outcomes［J］. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons， 2021， 29（19）： e950-e960.

［2］李海鵬， 辛培源， 朱娟麗， 等.錨釘修復Bankart損傷后關節軟骨損傷1例報告［J］.中國矯形外科雜志，2023， 31（2）： 189-190.

LI Haipeng， XIN Peiyuan， ZHU Juanli， et al. Repair of articular cartilage injury after Bankart injury with anchor nail： A case report［J］.Orthopedic Journal of China， 2023， 31（2）： 189-190.

［3］余承瑄， 馮思嘉， 王鵬， 等.全縫線錨釘治療肩關節運動損傷研究進展［J］.中國運動醫學雜志， 2022， 41（10）： 812-821.

YU Chengxuan， FENG Sijia， WANG Peng， et al. Research progress of total suture anchor nail in the treatment of shoulder joint sports injury［J］. Chinese Journal of Sports Medicine， 2022， 41（10）： 812-821.

［4］史文驥， 毛賓堯， 汪楓祺， 等.老年肩袖撕裂關節鏡下修復方式再探討［J］.中國骨傷， 2021， 34（11）： 1040-1043.

SHI Wenji， MAO Binyao， WANG Fengqi， et al. Re-discussion on arthroscopic repair of rotator cuff tear in aged patients［J］. China Journal of Orthopaedics and Traumatology， 2021， 34（11）： 1040-1043.

［5］曾斌， 吳旭東， 黃小剛等.關節鏡下Healix帶線錨釘經脛骨隧道縫合固定治療半月板撕裂［J］.中醫正骨， 2021， 33（1）：60-62.

ZENG Bin， WU Xudong， HUANG Xiaogang， et al. Arthroscopic internal fixation with Healix suture anchor through tibial tunnel for treatment of meniscus tear［J］. The Journal of Traditional Chinese Orthopedics and Traumatology， 2021， 33（1）：60-62.

［6］SMUIN D M， VANNATTA E， AMMERMAN B， et al. Increased load to failure in biceps tenodesis with all-suture suture anchor compared with interference screw： A cadaveric biomechanical study.［J］. Arthroscopy， 2021， 37（10）： 3016-3021.

［7］BARBER F A. Regarding "biomechanical analysis of medial-row all-suture suture anchor fixation for rotator cuff repair in a pair-matched cadaveric model"［J］. Arthroscopy： The Journal of Arthroscopic & Related Surgery， 2019， 35（8）： 2260-2261.

［8］KHALILI A， KROMP K. Statistical properties of Weibull estimators［J］. Journal of Materials Science， 1991， 26（24）： 6741-6752.

［9］NAIK D L， FRONK T H. Weibull distribution analysis of the tensile strength of the kenaf bast fiber［J］. Fibers and Polymers， 2016， 17（10）： 1696-1701.

［10］孟志新， 羅磊， 陳婧旖， 等.纖維絲束大小對Mini-C/SiC拉伸性能與強度分布的影響［J］.當代化工， 2021， 50（8）： 1810-1813.

MENG Zhixin， LUO Lei， CHEN Jingyi， et al. Influence of fiber bundle size on tensile properties and strength distribution of mini-C/SiC［J］. Contemporary Chemical Industry， 2021， 50（8）： 1810-1813.

［11］劉家鑫，李秉洋，鐘勇， 等.基于聲發射技術的T700碳纖維/樹脂基體界面性能評估［J］.裝備環境工程， 2023， 20（5）：111-118.

LIU Jiaxin， LI Bingyang， ZHONG Yong， et al. Evaluation of interfacial performance of T700 carbon fiber/resin matrix by acoustic emission ［J］. Equipment Environmental Engineering， 2023， 20（5）： 111-118.

［12］張晨，孫國棟，雷豹， 等.單向纖維束SIC/SIC復合材料強度統計分布規律與微結構損傷分析［J］.復合材料學報， 2023， 40（7）：4210-4225.

ZHANG Chen， SUN Guodong， LEI Bao， et al. Statistical distribution pattern of strength and microstructural damage analysis of unidirectional fiber bundle SiC/SiC composites［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2023， 40（7）： 4210-4225.

［13］DEMBRI I， BELAADI A， BOUMAAZA M， et al. Tensile behavior and statistical analysis of Washingtonia filifera fibers as potential reinforcement for industrial polymer biocomposites［J］. Journal of Natural Fibers， 2022， 19（16）： 14839-14854.

［14］ZHANG Y P， WANG X G， PAN N， et al. Weibull analysis of the tensile behavior of fibers with geometrical irregularities［J］. Journal of Materials Science， 2002， 37（7）： 1401-1406.

［15］XIA Z P， YU J Y， CHENG L D， et al. Study on the breaking strength of jute fibres using modified Weibull distribution［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2009， 40（1）： 54-59.

［16］LAIFA F， ROKBI M， AMROUNE S， et al. Investigation of mechanical， physicochemical， and thermal properties of new fiber from Silybum marianum bark fiber［J］. Journal of Composite Materials， 2022， 56（14）： 2227-2238.

［17］譚燕， 陳興祥， 肖衡林， 等. 基于三參數Weibull模型的玄武巖再生混凝土疲勞壽命分析［J］.中國科技論文， 2022， 17（7）：801-806.

TAN Yan， CHEN Xingxiang， XIAO Henglin， et al. Fatigue life analysis of basalt recycled concrete based on three-parameter Weibull model［J］. China Sciencepaper， 2022， 17（7）：801-806.

［18］DANIELS H E .The Statistical Theory of the strength of bundles of threads. I［J］.Proceedings of the Royal Society of London Series A Mathematical and Physical Sciences， 1945， 183（995）： 405-435.

［19］XIA Z P， YU J Y， CHENG L D， et al. Study of the tensile properties of jute/cotton blended yarns using weibull distributions［J］. Research Journal of Textile and Apparel， 2010， 14（1）： 18-25.

［20］BARBER F A， HERBERT M A， COONS D A， et al. Sutures and suture anchors： Update 2006［J］. Arthroscopy， 2006， 22（10）： 1063-1069.

［21］BARBER F A， HERBERT M A， BEAVIS R C. Cyclic load and failure behavior of arthroscopic knots and high strength sutures［J］. Arthroscopy： The Journal of Arthroscopic & Related Surgery， 2009， 25（2）： 192-199.

［22］XIA Z P. Studying the mechanical properties of jute/cotton blended yarns using the weibull model ［J］. Journal of Donghua University（English Edition）， 2009， 26 （4）： 393-396.

Prediction of suture strength of high-strength suture anchors based on

modified Weibull model

LI? Xinya1，? WANG? Ning1，? LU? Jiahao2，? ZHANG? Peng3，? XIA? Zhaopeng1，2，? HOU? Lei1

（1.School of Textile Science and Engineering， Tiangong University， Tianjin 300387， China;

2.Qinghai Provincial Institute for Product Quality Inspection and Testing， Xining 810000， China;

3.Department of Sports Medicine， Characteristic Medical Center of Chinese

People's Armed Police Forces， Tianjin 300162， China）

Abstract：

Suture anchors play a pivotal role in securely affixing soft tissue to the skeletal framework， having emerged as indispensable tools in the realm of orthopedic surgery. The genesis of suture anchors， comprised initially of metallic screws and sutures， traces back over three decades. In the pursuit of augmenting the tensile strength of these suture anchors， a plethora of variants have been conceived， encompassing metallic suture anchors， biodegradable suture anchors， bio-stable suture anchors， bio-composite suture anchors， and all-suture anchors. The quintessential suture anchor necessitates the provision of substantial mechanical stability to ensure the resolute fixation of soft tissue upon osseous substrates. Within the realm of suture anchors， it is noteworthy that improvements in the anchoring component have mitigated suture rupture as a primary cause of surgical failure in orthopedics. Thus， augmenting suture tensile strength represents the crux of the contemporary challenge. This investigation delves into the fabrication of high-strength suture anchor sutures and scrutinizes their mechanical properties. Leveraging a braiding methodology， we have manufactured high-tensile suture anchor sutures， further prognosticating the rupture strength of suture anchor sutures via both two-parameter Weibull model and modified Weibull model， thereby mitigating risks associated with the utilization of suture anchors.

In this experimental endeavor， 8.3 tex UHMWPE fibers were adopted as the primary raw material， and a braiding technique was employed to engender single-layer braided sutures as well as axially-reinforced double-layer braided sutures. To scrutinize their mechanical properties， we selected varying intervals of 8， 16， 24， 32， 40， and 48 mm to test the tensile strength of individual fibers， opted for 50 and 200 mm intervals for assessing the tensile strength of 8.3 tex filaments， and relied upon a 200 mm interval for gauging the tensile strength of single-layer braided sutures and axially-reinforced double-layer braided sutures. Concurrently， the diameter of fibers and the angular displacement between fibers within the sutures were subjected to meticulous measurement. Subsequently， both the two-parameter Weibull model and the modified Weibull model were employed to characterize the tensile strength of individual fibers， 8.3 tex filament， and single-layer braided sutures.

The findings unveiled that the fracture strength of single-layer braided sutures stood at 299.8 N， whereas axially-reinforced double-layer braided sutures exhibited an impressive fracture strength soaring to 393.0 N. Regrettably， when utilizing the two-parameter Weibull model to prognosticate the rupture strength of 8.3 tex filament and single-layer braided sutures， substantial disparities from actual values were noted， with all predictions falling outside the 95% confidence interval of the observed values and an accuracy rate of less than 5%. Conversely， the forecasts derived from the modified Weibull model consistently fell within the 95% confidence interval of the actual values， attesting to their superior accuracy.

This study's manufactured high-tensile suture anchor sutures evince superior tensile strength when juxtaposed with analogous medical sutures. The axially-reinforced double-layer braided sutures， in particular， attain a formidable rupture strength of 393.0 N. Whether it pertains to the prediction of the tensile strength of 8.3 tex filament or single-layer braided sutures， the modified Weibull model's prognostications surpass the accuracy of those rendered by the two-parameter Weibull model. Furthermore， by employing the modified Weibull model， it becomes possible to predict the tensile strength from individual fibers to filaments and subsequently to yarns. This achievement establishes a solid theoretical foundation for future research in medical suture structural design and mechanical performance analysis.

Keywords：

suture anchor sutures; UHMWPE; fracture strength; two-parameter Weibull model; modified Weibull model; strength prediction