שיטה, מעקב אביזר בשביליאתה לא רואה שיש בדיקה בעמדה סתיו-בה-היפ לצדדים
Summary
כתב יד זה, אנו מציגים פרוטוקול שבר femora הפרוקסימלית cadaveric מבחן בנפילה הצידה לתצורת הירך באמצעות גופי מעקב רכוב על מסגרת הידראולי סרוו סטנדרטי. תשעה אותות סרוקים הכוללת כוחות, רגעים ועקירה יחד עם שני זרמי וידאו במהירות גבוהה נרכשים במהלך הבדיקה.
Abstract
בדיקות מכניות של femora מביא תובנות לתוך הבנת התרומה של measureable קלינית משתנים כגון עצם צפיפות מינרלים הפצה וגיאומטריה על תכונות מכניות הירך. נכון לעכשיו, אין שום פרוטוקול סטנדרטי עבור בדיקות מכניות של עצמות גיאומטריים מורכבים כגון מדד חוזק, קשיות. לפנות את הפער הזה פיתחנו פרוטוקול כדי לבדוק femora cadaveric להישבר וכדי למדוד את הפרמטרים biomechanical שלהן. פרוטוקול זה מתאר קבוצה של גופי וישימה כדי להתאים עומס מגניטודות השונים, כיווני החשבונאי עצם אפשרי אוריינטציות בנפילה לתצורת היפ, בדיקת מהירות, בגודל העצם ברגל שמאל של הרגל הימנית וריאציות. Femora הוכנו לבדיקה על ידי ניקוי, חיתוך, סריקה, השתילה הדיסטלי של הירך פנה משטחים ב- poly(methyl methacrylate) (PMMA) כפי שהוצג ב פרוטוקול אחר. דגימות מוכן להציב את מתקן הבדיקה בעמדה מחקה ליפול לצדדים על הירך, טעון להישבר. במהלך הבדיקה, טען שני תאים נמדד כוחות אנכי חלה על ראש הירך, הירך, תא שש ציר עומס כוחות נמדד ומדד רגעים הפיר הירך הדיסטלי, וכן חיישן תזוזה הזחה ההפרש בין ראש הירך, תל הירך פנה תומך. מצלמות וידאו במהירות גבוהה שימשו באופן סינכרוני להקליט רצף האירועים שבר במהלך הבדיקה. ההפחתה של נתונים אלה אפשרה לנו לאפיין את החוזק, קשיחות, שבר אנרגיה כמעט 200 osteoporotic, osteopenic, ומחקר נורמלי femora cadaveric להמשך פיתוח של מבוסס על הנדסת כלי אבחון לאוסטאופורוזיס.
Introduction
פיתוח שיטות רומן הערכת סיכונים בשביליאתה לא רואה שיש ומניעת שבר ליפול על הירך דורשות הבנה מקיפה של התהליכים biomechanical מעורב במהלך שבר. בדיקות חוזק עצם הירך מקורב cadaveric הוכח להיות יעיל בקביעת היחס בין הכוח הירך ואת הגורמים המשפיעים על יכולת מבנית של עצם הירך לספק תובנות חשובות זה תהליך1,2 , 3. כוח הירך השפעול נמדד משמש גם לצורך אימות מבוסס-טומוגרפיה מחושב כמותית סופיים רכיב QCT/לפורומי אנליזות אשר מאפשרת הערכה בלתי פולשני של שבר כוח4,5, 6,7.
נכון להיום, יש אין נוהל מקובל לבחון דגימות כל הירך להישבר. כדי לבודד משתנים measureable קלינית (כגון צפיפות המינרלים של העצם וגיאומטריה) והשפעתם על הירך כוח, זה הכרחי לצורך בדיקה ניסויית יבוצע באופן מבוקר. Cadaveric femora יש טווח והצורות לא סדיר בגדלים8 , ניתן להשיג זכר או נקבה גופות בגילאים שונים, ואי אפשר לבדוק באמצעות גופי מובנה של תקן בדיקות המכונות. בנפילה הצידה על אירוע היפ, הירך עובר טעינה compressive, בעוד עצם הירך proximal עלולים להיתקל העמסה מורכבות כולל דחיסה, מתח, כיפוף רגע ולאחר מאמץ פיתול. בדיקת תרחישים כאלה העמסה מוסיפה מורכבות הנבחנים. לכן, אביזר, כמרכיב חשוב אחד של פרוטוקול הבדיקה, חייב להיות במיוחד המיועד, מפוברק, מותקן כדי להכיל את הירך דגימות של צורות שונות, גדלים של מהירויות בדיקה שונים. זה מקבע עליך להחזיק גם דגימות לבדיקת במגוון כיוונים הרצוי כדי לדמות המון השפעה אפשרית מנפילה על הירך. לפגוש כזה מגוון תנאים, הנורה צריך להיות נייחים מרובים, הזזת רכיבים מחוברים בצורה כדי למזער את המשחק במערכת וכדי להשיג היענות חלקה עומס-עקירה.
רכישת נתונים אמינים חיוני גם במהלך הבדיקה. הנבחנים חייבים לשלב את הצורך טען תאים, מתמרים תזוזה, אות מגברים ותומך מזגני כוחות למדוד במדויק, רגעים בכלל. בנוסף, קטעי וידאו במהירות גבוהה של שתי התצוגות anterior ואת אחורי של עצם הירך שהושג באופן סינכרוני עם רכישת כוחות נחוצים לעזור להבין את רצף האירועים שהובילו שבר, לאפיין את סוגי שבר, בדיוק להגדיר כוח הירך4,9.
אמנם יש ערך מחקרים ניסיוניים בספרות על כל עצם הירך בדיקות, פרוטוקולים שפורסמו או חוסר פרטים על איך הבדיקה בוצעה או שונים מאוד מחקר אחד לשני כדי באמת להפוך אותם לשחזור10, 11. מטרת העבודה הנוכחית הייתה להציג עבור בדיקות מכניות דוגמאות הירך יכול לשמש כנקודת ההתחלה של מאמץ לתקנן את רקמת העצם בדיקה שיכולה להיות הדיר, לשחזור של פרוטוקול. לשם כך, אנו תוכנן, מפוברק מתקן בדיקה אשר שימש כדי לבדוק כ-200 femora cadaveric. הנורה הבדיקה כללה מתקן התחתון מתקן גלגל נוהג. הנורה התחתון (איור 1 א’-E) מחזיק עצם הירך-כיוון הרצוי במהלך הבדיקה והוא כולל תא מטען תל הירך תא 6-ערוץ עומס מחובר הפיר הירך. מתאים גם שלושה תרגומים עצמאית כדי לאפשר מיקום העצם לבדיקת שבר. נקודת סיבוב נוסף לחקות את הברך. החלקים העיקריים של הנורה התחתון נעשו חתיכות עבות של פלדת אל-חלד, אלומיניום כדי להפוך אביזר מאוד נוקשה. תא המטען מחובר אביזר התחתון כדי למדוד כוחות compressive על הירך במהלך הבדיקה. הנורה גלגל נוהג (איור 2 א-2E) כוללת שני לוחות הבסיס אלומיניום, שקופיות והגאי מסבים (מחובר יחד על ידי צלחת אלומיניום), כדי להסביר התנועה של ראש הירך במהלך הבדיקה וגם כדי להכיל שני עבור femora ימינה ושמאלה. תא מטען כלולה האמצעים מקבע גלגל נוהג כוחות compressive. גביע אלומיניום המצורפת לתא המטען משמש כדי להחיל את עומסי compressive לראש הירך. השיטה שלנו שומש femora ימינה ושמאלה משני המינים, בגדלים שונים, זוויות פיר הצוואר, צפיפות, וטעינה תנאים מחקה לצדדים ליפול על הירך. המהירויות בדיקות בניסויים שלנו נקבעו ב 5, 100 ו- 700 מ מ/s, אך הם ניתן להגדיר ערך כלשהו זמין במחשב בדיקה. הנורה מעוצב היו שני מרכיבים עיקריים, האחד מחובר גלגל נוהג של מכונת בדיקות והשני מחובר למסגרת הבדיקה. שני החלקים היו שעברו אינסטרומנטציה עם תאי טעינה מספיקות למדוד את כוח ותומך תנאי גבול רגע בכלל. בנוסף, שתי מצלמות וידאו מהיר שימשו כדי לתעד את האירועים שבר במהלך הבדיקה. לאחר שבר, סריקת סדרת צילומי רנטגן, שחושב טומוגרפיה ממוחשבת (CT) התקבלו עבור פוסט ניתוחי שבר ניסיוני. התוצאות שהתקבלו ניסויים אלה כולל שבר כוח, אנרגיה משמשים כיום לצורך מחקר נוסף של כלי אבחון בסופו של דבר לשפר את ההערכה של כוח proximal שבר osteoporotic בחולים.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנחנו הציע פרוטוקול להישבר מבחן femora cadaveric הפרוקסימלית בנפילה לתצורת היפ אשר בדקנו בהצלחה כ-200 דוגמאות. הפרוטוקול כולל מספר גופי מעוצבת ללא צורך במיקור חוץ לכוח הירך בדיקות בתנאים העמסה שונים. הנורה מאפשרת בדיקה של femora הימנית והשמאלית -במהירויות בדיקות שונות וכיוונים העצם. לאחר הרכבה הנורה…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות על חומרים מתקן הליבה בדיקת מבנית ואת המחלקה להנדסה במרפאת מאיו לקבלת תמיכה טכנית. בנוסף ברצוננו להודות ברגלנד ג’יי לורנס, ג’יימס Bronk, ברנט ניומן, יורן op den Buijs, Ph.d., על עזרתם במהלך המחקר. מחקר זה נתמכה כלכלית על ידי הקרן חדשנות גריינג’ר מטעם קרן גריינג’ר.
Materials
| CT scanner | Siemens | Somatom Definition scanner (Siemens, Malvern, PA) | CT scanning equipment |
| Quantitative CT Phantom | Midways Inc, San Francisco, CA | Model 3 CT calibration Phantom | Used for obtaining BMD values from Hounsfield units in the CT image |
| Hygenic Orthodontic Resin (PMMA) | Patterson Dental Supply | H02252 | Controlled substance and can be purchased with proper approval |
| Freezer | Kenmore | N/A | This is a -20oC storage for bones |
| X-ray scanner | General Electric | 46-270615P1 | X-ray imaging equipment. |
| X-ray films | Kodak | N/A | Used to display x-ray images |
| X-ray developer | Kodak X-Omatic | M35A X-OMAT | Used for developing X-ray images |
| X-ray Cassette | Kodak X-Omatic | N/A | Used for holding x-ray films |
| Physiologic Saline (0.9% Sodium Chloride) | Baxter | NDC 0338-0048-04 | Used for keeping samples hydrated |
| Scalpels and scrapers | Bard-Parker | N/A | Used to clean the bone from soft tissue |
| Fume Hood | Hamilton | 70532 | Used for ventilation when preparing PMMA for potting of specimens |
| Single axis load cell | Transducer Techniques, Temecula, CA, USA | LPU-3K; S/N 219627 | Capacity 3000 LBS |
| Six channel load cell | JR3,Woodland, CA | 45E15A4 | Mechanical load rating 1000N |
| Linear potentiometer | Novotechnik, Southborough, MA, USA | Used to acquire linear displacements during testing | |
| Slide ball bearing | Schneeberger | Type NK | Part of the testing fixture |
| Mechanical testing machine | MTS, Minneapolis, MN | 858 Mini Bionix II | Used for compression of femur |
| Lighting unit | ARRI | Needed for high speed video recordings | |
| high-speed video camera | Photron Inc., San Diego, CA, USA | Photron Fastcam APX-RS | Used to capture the high speed video recordings of the fracture events |
| Photron FASTCAM Viewer | Photron Inc., San Diego, CA, USA | Ver.3392(x64) | Used to view the high speed video recordings |
| Camera lens | Zeiss | Zeiss Planar L4/50 ZF Lens | Needed to high image resolution |
| Signal conditioner board (DAQ) | National Instruments | Input/output signal connector | |
| Signal Express | National Instruments | N/A | Data acquisition software |
| Laptop Computer | Dell | N/A | Used to monitor and acquire all signals from the testing procedure |
References
- Bouxsein, M. L., Szulc, P., Munoz, F., Thrall, E., Sornay-Rendu, E., Delmas, P. D. Contribution of trochanteric soft tissues to fall force estimates, the factor of risk, and prediction of hip fracture risk. J Bone Miner Res. 22, 825-831 (2007).
- Rezaei, A., Dragomir-Daescu, D. Femoral Strength Changes Faster With Age Than BMD in Both Women and Men: A Biomechanical Study. J Bone Miner Res. 30, 2200-2206 (2015).
- Zani, L., Erani, P., Grassi, L., Taddei, F., Cristofolini, L. Strain distribution in the proximal Human femur during in vitro simulated sideways fall. J Biomech. 48, 2130-2143 (2015).
- Dragomir-Daescu, D., et al. Robust QCT/FEA models of proximal femur stiffness and fracture load during a sideways fall on the hip. Ann Biomed Eng. 39, 742-755 (2011).
- Schileo, E., Balistreri, L., Grassi, L., Cristofolini, L., Taddei, F. To what extent can linear finite element models of human femora predict failure under stance and fall loading configurations?. J Biomech. 47, 3531-3538 (2014).
- Koivumaki, J. E., et al. Ct-based finite element models can be used to estimate experimentally measured failure loads in the proximal femur. Bone. 50, 824-829 (2012).
- Pottecher, P., et al. Prediction of Hip Failure Load: In Vitro Study of 80 Femurs Using Three Imaging Methods and Finite Element Models—The European Fracture Study (EFFECT). Radiology. , 142796 (2016).
- Rivadeneira, F., et al. Femoral neck BMD is a strong predictor of hip fracture susceptibility in elderly men and women because it detects cortical bone instability: the Rotterdam Study. J Bone Miner Res. 22, 1781-1790 (2007).
- de Bakker, P. M., Manske, S. L., Ebacher, V., Oxland, T. R., Cripton, P. A., Guy, P. During sideways falls proximal femur fractures initiate in the superolateral cortex: evidence from high-speed video of simulated fractures. J Biomech. 42, 1917-1925 (2009).
- Courtney, A. C., Wachtel, E. F., Myers, E. R., Hayes, W. C. Age-related reductions in the strength of the femur tested in a fall-loading configuration. J Bone Joint Surg Am. 77, 387-395 (1995).
- Cheng, X. G., et al. Assessment of the strength of proximal femur in vitro: relationship to femoral bone mineral density and femoral. Bone. 20, 213-218 (1997).
- Courtney, A. C., Wachtel, E. F., Myers, E. R., Hayes, W. C. Effects of loading rate on strength of the proximal femur. Calcif Tissue Int. 55, 53-58 (1994).
- Keyak, J., Rossi, S., Jones, K., Les, C., Skinner, H. Prediction of fracture location in the proximal femur using finite element models. Medical engineering & physics. 23, 657-664 (2001).
- Nishiyama, K. K., Gilchrist, S., Guy, P., Cripton, P., Boyd, S. K. Proximal femur bone strength estimated by a computationally fast finite element analysis in a sideways fall configuration. J Biomech. 46, 1231-1236 (2013).
- Langton, C. M., Njeh, C. F. . The physical measurement of bone. , (2016).
- Ariza, O., et al. Comparison of explicit finite element and mechanical simulation of the proximal femur during dynamic drop-tower testing. J Biomech. 48, 224-232 (2015).
