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Bioengineering

कृंतक हड्डियों के पूरे हड्डी झुकने वाले परीक्षणों से जुड़े अध्ययनों के डिजाइन, निष्पादन और व्याख्या के लिए व्यावहारिक विचार

Published: September 1, 2023 doi: 10.3791/65616
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Department of Biomedical Engineering, Indiana University-Purdue University Indianapolis

Summary

कृंतक हड्डियों का यांत्रिक परीक्षण फ्रैक्चर के लिए हड्डी की संवेदनशीलता के बारे में जानकारी निकालने के लिए एक मूल्यवान तरीका है। उचित व्यावहारिक समझ की कमी, परिणामों की अधिक व्याख्या की जा सकती है या वैधता की कमी हो सकती है। यह प्रोटोकॉल यह सुनिश्चित करने के लिए एक गाइड के रूप में काम करेगा कि वैध और कार्यात्मक डेटा प्रदान करने के लिए यांत्रिक परीक्षण सही ढंग से किए जाते हैं।

Abstract

फ्रैक्चर के लिए अग्रणी कंकाल की नाजुकता एक अमेरिकी सार्वजनिक स्वास्थ्य संकट है जिसके परिणामस्वरूप हर साल 1.5 मिलियन फ्रैक्चर होते हैं और प्रत्यक्ष देखभाल लागत में $ 18 बिलियन होते हैं। हड्डी की बीमारी के अंतर्निहित तंत्र और उपचार की प्रतिक्रिया को समझने की क्षमता न केवल वांछित है, बल्कि महत्वपूर्ण है। हड्डी का यांत्रिक परीक्षण हड्डी के फ्रैक्चर की संवेदनशीलता को समझने और मापने के लिए एक मूल्यवान तकनीक के रूप में कार्य करता है। हालांकि यह विधि प्रदर्शन करने के लिए सरल प्रतीत होती है, अनुचित और गलत निष्कर्ष पर पहुंचा जा सकता है यदि उपयोगकर्ता द्वारा मान्यताओं और प्रमुख चरणों की अवहेलना की जाती है। यह सभी विषयों में देखा गया है क्योंकि अध्ययनों को तरीकों के दुरुपयोग और परिणामों की गलत व्याख्या के साथ प्रकाशित किया जाना जारी है। यह प्रोटोकॉल इन तकनीकों के आवेदन के साथ-साथ यांत्रिक परीक्षण से जुड़े सिद्धांतों के लिए एक प्राइमर के रूप में काम करेगा-ऊतक कटाई और भंडारण के माध्यम से नमूना आकार के विचारों से, डेटा विश्लेषण और व्याख्या के लिए। हाथ में इस के साथ, फ्रैक्चर के लिए एक हड्डी की संवेदनशीलता के बारे में बहुमूल्य जानकारी प्राप्त की जा सकती है, अकादमिक अनुसंधान और नैदानिक समाधान दोनों के लिए समझ को आगे बढ़ाना।

Introduction

हड्डी का यांत्रिक परीक्षण फ्रैक्चर के लिए हड्डी की संवेदनशीलता से संबंधित कार्यात्मक जानकारी निकालने का प्राथमिक तरीका है। प्रीक्लिनिकल अध्ययनों में, कई परीक्षण तौर-तरीकों का उपयोग किया जा सकता है लेकिन अब तक सबसे आम लंबी हड्डियों का झुकना है। ये परीक्षण करने में आसान हैं और इनका उपयोग मानव से लेकर माउस तक के आकार की हड्डियों पर किया जा सकता है। चूहों preclinical अनुसंधान में सबसे अधिक अध्ययन जानवरों में से एक हैं के रूप में, इस प्रोटोकॉल झुकने चूहों की femora और tibiae पर प्रदर्शन परीक्षण पर ध्यान केंद्रित करेंगे.

झुकने वाले परीक्षण करने से पहले, हड्डियों को ठीक से काटा और संग्रहीत किया जाना चाहिए। सबसे आम भंडारण विधियां पारंपरिक रूप से खारा लथपथ धुंध में हड्डियों को फ्रीज कर रही हैं, अकेले खारा में ठंड कर रही हैं, या इथेनॉल 1 में हड्डियों को निर्जलित कर रही हैं। इथेनॉल में संग्रहीत हड्डियों को कठोरता और लोचदार मापांक में वृद्धि हुई है और जमे हुए संग्रहीत बनाम विरूपण मापदंडों में कमी आई है1. यहां तक कि परीक्षण से पहले हड्डियों को पुनर्जलित करने से इन गुणों को सामान्य स्तर 1 पर वापस नहीं लाया जाता है। खारा में डूबा हुआ भंडारण हड्डी को नुकसान पहुंचा सकता है क्योंकि खारा फैलता है क्योंकि दबाव डाला जाता है। इसके अलावा, माइक्रोकंप्यूटेड टोमोग्राफी (μCT) स्कैनिंग के लिए हड्डियों को हटाने के लिए समाधान का एक पूरा पिघलना आवश्यक होगा। नतीजतन, खारा लथपथ धुंध में ताजा कटाई हड्डियों ठंड मानक भंडारण विधि बन गया है और इस प्रोटोकॉल भर में सिफारिश की है.

क्योंकि एक हड्डी का आकार और आकार इसकी थोक शक्ति को प्रभावित करता है और कई रोग मॉडल हड्डी के आकार और आकृति विज्ञान को महत्वपूर्ण रूप से बदल देते हैं, इंजीनियरिंग सिद्धांतों का उपयोग ऊतक2 के व्यवहार का अनुमान लगाने वाले गुणों का उत्पादन करने के लिए आकार के प्रभावों को सामान्य करने के लिए किया जाता है। इस दृष्टिकोण के लिए विफलता स्थान की क्रॉस-अनुभागीय ज्यामिति की आवश्यकता होती है, जिसे परीक्षण से पहले हड्डियों के स्कैन बनाने के लिए μCT का उपयोग करके सबसे अधिक अधिग्रहित किया जाता है। μCT का व्यापक रूप से इसकी उपलब्धता और उच्च छवि रिज़ॉल्यूशन के कारण उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, नरम ऊतक के योगदान शामिल नहीं हैं, और स्कैनिंग रासायनिक निर्धारण या हड्डी 3,4 के लिए अन्य संशोधनों की आवश्यकता नहीं है. सीटी के सभी रूपों में, एक एक्स-रे स्रोत एक वस्तु पर केंद्रित होता है जबकि वस्तु के दूसरी तरफ एक डिटेक्टर परिणामी एक्स-रे ऊर्जा को मापता है। यह नमूना है कि एक छवि 3,5 में परिवर्तित किया जा सकता है की एक एक्स-रे छाया पैदा करता है. स्कैन की जा रही वस्तु को घुमाया जाता है (या एक्स-रे स्रोत और डिटेक्टर को नमूने के चारों ओर घुमाया जाता है), ऐसी छवियां उत्पन्न होती हैं जिन्हें ऑब्जेक्ट5 का प्रतिनिधित्व करने वाले त्रि-आयामी डेटा सेट में पुनर्निर्मित किया जा सकता है।

स्कैन रिज़ॉल्यूशन, या दो ऑब्जेक्ट्स एक साथ कितने करीब हो सकते हैं और अभी भी व्यक्तिगत रूप से हल किए जा सकते हैं, परिणामी छवि में नाममात्र वोक्सेल आकार या पिक्सेल के आकार को बदलकर नियंत्रित किया जाता है। यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि वस्तुओं को3 की पहचान करने के लिए एकल वोक्सेल के आकार का कम से कम दो गुना होना चाहिए, लेकिन एक उच्च अनुपात बेहतर परिशुद्धता की अनुमति देगा। इसके अलावा, बड़े वोक्सल्स आंशिक मात्रा प्रभावों के लिए अधिक प्रवण होते हैं: जब एक एकल स्वर में अलग-अलग घनत्व के ऊतक होते हैं, तो इसे एकल ऊतक के विशिष्ट घनत्व के बजाय इन घनत्वों का औसत सौंपा जाता है, जिससे ऊतक क्षेत्रों और खनिज घनत्व3 का अधिक या कम अनुमान हो सकता है। हालांकि इन मुद्दों को छोटे वोक्सेल आकार चुनकर कम किया जा सकता है, उच्च रिज़ॉल्यूशन का उपयोग करके आंशिक वॉल्यूम प्रभावों के उन्मूलन को सुनिश्चित नहीं करता है और लंबे समय तक स्कैन समय3 की आवश्यकता हो सकती है। जब हड्डियों पूर्व vivo स्कैनिंग, 6-10 सुक्ष्ममापी के एक स्वर आकार सही माउस हड्डियों के trabecular वास्तुकला का आकलन करने के लिए आम तौर पर सिफारिश की है. कॉर्टिकल हड्डी के लिए 10-17 माइक्रोन का एक बड़ा स्वर आकार इस्तेमाल किया जा सकता है, हालांकि सबसे छोटा उचित वोक्सेल आकार का उपयोग किया जाना चाहिए। यह प्रोटोकॉल एक 10 माइक्रोन वोक्सेल आकार का उपयोग करता है, जो प्रमुख ट्रैब्युलर गुणों को अलग करने और व्यापक स्कैन समय के बिना आंशिक मात्रा प्रभाव को कम करने के लिए काफी छोटा है।

एक्स-रे ऊर्जा और ऊर्जा फिल्टर सेटिंग्स को भी सावधानी से चुना जाना चाहिए, क्योंकि उच्च खनिज घनत्व और हड्डी के ऊतकों की मोटाई बहुत क्षीण होती है और प्रेषित एक्स-रे ऊर्जा स्पेक्ट्रम को बदल देती है। यह आम तौर पर माना जाता है कि क्योंकि उत्सर्जित एक्स-रे स्पेक्ट्रम स्पेक्ट्रम के बराबर है जो ऑब्जेक्ट6 से बाहर निकलता है, हड्डी जैसी घनी वस्तुओं पर कम-ऊर्जा एक्स-रे का उपयोग करने से बीम सख्त7 के रूप में जाना जाने वाला एक आर्टिफैक्ट हो सकता है। 50-70 kVp के एक उच्च वोल्टेज की सिफारिश की है जब इनकलाकृतियों की घटनाओं को कम करने के लिए हड्डी के नमूनों को स्कैन 5. इसके अलावा, एक एल्यूमीनियम या तांबा ऊर्जा फिल्टर डालने एक अधिक केंद्रित ऊर्जा किरण बनाता है, आगे कलाकृतियों 4,7 को कम करने. इस प्रोटोकॉल में 0.5 मिमी एल्यूमीनियम फिल्टर का उपयोग किया जाएगा।

अंत में, स्कैन रोटेशन चरण और रोटेशन की लंबाई (जैसे, 180 ° -360 °), एक साथ कैप्चर की गई छवियों की संख्या को नियंत्रित करते हैं, जो अंतिम स्कैन4 में शोर की मात्रा निर्धारित करता है। प्रत्येक चरण में कई फ़्रेमों का औसत शोर को कम कर सकता है लेकिन स्कैन समय4 बढ़ा सकता है। यह प्रोटोकॉल 0.7 डिग्री के रोटेशन चरण और 2 के फ्रेम औसत का उपयोग करता है।

स्कैनिंग के बारे में एक अंतिम नोट: hydroxyapatite अंशांकन प्रेत g/cm35 में खनिज घनत्व के लिए क्षीणन गुणांक के रूपांतरण को सक्षम करने के लिए प्रयोगात्मक हड्डियों के रूप में एक ही स्कैन सेटिंग्स का उपयोग करके स्कैन किया जाना चाहिए। यह प्रोटोकॉल 0.25 ग्राम/सेमी 3 और 0.75 ग्राम/सेमी3 हाइड्रॉक्सीपाटाइट के प्रेत का उपयोग करता है, हालांकि विभिन्न प्रेत उपलब्ध हैं। ध्यान दें कि कुछ स्कैनिंग सिस्टम दैनिक सिस्टम अंशांकन के हिस्से के रूप में आंतरिक प्रेत का उपयोग करते हैं।

एक बार स्कैनिंग पूरी हो जाने के बाद, कोणीय अनुमानों को ऑब्जेक्ट की क्रॉस-अनुभागीय छवियों में पुनर्निर्मित किया जाता है, आमतौर पर निर्माता के साथ सॉफ्टवेयर का उपयोग करके। जो भी प्रणाली का उपयोग किया जाता है, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि पूरी हड्डी पुनर्निर्माण में कब्जा कर ली गई है और हड्डी बनाम गैर-हड्डी की मान्यता के लिए अनुमति देने के लिए थ्रेसहोल्डिंग उचित रूप से सेट की गई है। पुनर्निर्माण के बाद, सभी स्कैन को तीन आयामों में घुमाना महत्वपूर्ण है ताकि हड्डियों को लगातार उन्मुख किया जा सके और अनुप्रस्थ अक्ष के साथ ठीक से संरेखित किया जा सके, फिर से निर्माता के सॉफ्टवेयर का उपयोग करके।

रोटेशन के बाद, विश्लेषण के लिए ब्याज के क्षेत्रों (आरओआई) का चयन इस आधार पर किया जा सकता है कि यांत्रिक सामान्यीकरण के लिए कॉर्टिकल गुण, ट्रैब्युलर गुण या फ्रैक्चर ज्यामिति वांछित है या नहीं। उत्तरार्द्ध के लिए, आरओआई को फ्रैक्चर साइट से हड्डी के एक छोर तक की दूरी को मापकर और स्कैन फ़ाइल में संबंधित स्लाइस स्थान निर्धारित करने के लिए वोक्सेल आकार का उपयोग करके परीक्षण के बाद चुना जाना चाहिए। चयनित क्षेत्र लंबाई में कम से कम 100 माइक्रोन होना चाहिए, आरओआई के अनुमानित केंद्र पर फ्रैक्चर बिंदु के साथ, पर्याप्त अनुमान4 प्रदान करने के लिए.

आरओआई के चयन के साथ, यांत्रिक सामान्यीकरण (झुकने वाले तनाव और तनाव की गणना करने के लिए) के लिए दो गुणों की आवश्यकता होती है: तटस्थ झुकने वाले अक्ष से सतह तक अधिकतम दूरी जहां विफलता शुरू होती है (तनाव में भरी हुई सतह माना जाता है, परीक्षण सेटअप द्वारा निर्धारित), और तटस्थ अक्ष के आसपास जड़ता का क्षेत्र क्षण, (परीक्षण सेटअप पर भी निर्भर)। यह प्रोटोकॉल इन मानों को निर्धारित करने के लिए एक कस्टम कोड के उपयोग की अनुशंसा करता है। कोड तक पहुंच के लिए, संबंधित लेखक से सीधे संपर्क करें या अधिक जानकारी के लिए https://bbml.et.iupui.edu/ पर लैब वेबसाइट पर जाएं।

एक बार μCT स्कैनिंग पूरी हो जाने के बाद, यांत्रिक परीक्षण शुरू हो सकता है। झुकने परीक्षण चार-बिंदु या तीन-बिंदु कॉन्फ़िगरेशन में किए जा सकते हैं। चार-बिंदु झुकने वाले परीक्षणों को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि वे लोडिंग बिंदुओं के बीच हड्डी में कतरनी तनाव को खत्म करते हैं, जिससे इस क्षेत्र में शुद्ध झुकने की अनुमतिमिलती है। हड्डी तब तनाव के कारण फ्रैक्चर हो जाएगी, जिससे एक विफलता पैदा होगी जो हड्डी के वास्तविक झुकने वाले गुणों का अधिक प्रतिनिधि है3. हालांकि, हड्डी को इस तरह से लोड किया जाना चाहिए जैसे कि दोनों लोडिंग पॉइंट्स पर समान लोड देने के लिए (यह एक पिवट लोडिंग हेड के साथ सुविधा प्रदान की जा सकती है)। तीन-बिंदु झुकने वाले परीक्षणों में, कतरनी तनाव में एक बड़ा बदलाव होता है जहां लोड बिंदु हड्डी से मिलता है, जिससे हड्डी इस बिंदु पर कतरनी के कारण टूट जाती है, तनाव3 नहीं। एएसटीएम मानकों की सलाह है कि झुकने से गुजरने वाली सामग्रियों की लंबाई-से-चौड़ाई अनुपात 16: 1 होना चाहिए, जिसका अर्थ है कि कतरनी 8,9 के प्रभावों को कम करने के लिए समर्थन अवधि की लंबाई हड्डी की चौड़ाई से 16 गुना बड़ी होनी चाहिए। छोटी कृंतक हड्डियों का परीक्षण करते समय इसे प्राप्त करना अक्सर असंभव होता है, इसलिए लोडिंग स्पैन को जितना संभव हो उतना बड़ा बनाया जाता है, लेकिन जितना संभव हो उतना क्रॉस-अनुभागीय आकार में बदलाव के साथ। इसके अलावा, चार-बिंदु झुकने का प्रदर्शन करते समय, निचले और ऊपरी स्पैन की लंबाई के बीच का अनुपात ~ 3: 18 होना चाहिए, जिसे आमतौर पर टिबिया में प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन यह छोटी फीमर में मुश्किल है। इसके अलावा, फीमर की पतली कॉर्टिकल दीवारें उन्हें रिंग-टाइप विरूपण के लिए अतिसंवेदनशील बनाती हैं जो परीक्षण के दौरान हड्डी क्रॉस-सेक्शन के आकार को बदल देती है (इसे चार-बिंदु परीक्षणों में उच्चारण किया जा सकता है क्योंकि तीन-बिंदु झुकने की तुलना में एक ही झुकने वाले क्षण को प्रेरित करने के लिए अधिक बल की आवश्यकता होती है)। इसलिए, माउस फीमोरा के लिए तीन-बिंदु झुकने का उपयोग किया जाएगा, जबकि इस प्रोटोकॉल में टिबिया के लिए चार-बिंदु झुकने का उपयोग किया जाएगा।

अंत में, सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए अध्ययन को ठीक से शक्ति देना महत्वपूर्ण है। यांत्रिक परीक्षण के लिए एक सामान्य सिफारिश यह है कि मतभेदों का पता लगाने में सक्षम होने के लिए प्रयोगात्मक समूह प्रति 10-12 हड्डियों का नमूना आकार हो, क्योंकि कुछ यांत्रिक गुण, विशेष रूप से पोस्टयील्ड पैरामीटर, अत्यधिक परिवर्तनशील हो सकते हैं। कुछ मामलों में, इसका मतलब यह हो सकता है कि अध्ययन के दौरान होने वाले संघर्षण को देखते हुए एक उच्च पशु नमूना आकार के साथ शुरू करना। मौजूदा डेटा का उपयोग कर नमूना आकार विश्लेषण एक अध्ययन का प्रयास करने से पहले पूरा किया जाना चाहिए.

कई सीमाएं और धारणाएं हैं, लेकिन झुकने वाले परीक्षण काफी सटीक परिणाम प्रदान कर सकते हैं, खासकर जब समूहों के बीच सापेक्ष अंतर रुचि रखते हैं। ये गुण, ट्रैब्युलर आर्किटेक्चर और कॉर्टिकल आकारिकी के विश्लेषण के साथ, रोग की स्थिति और उपचार के नियमों में बेहतर अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं। यदि प्रयोग के उन पहलुओं के साथ देखभाल की जाती है जो हमारे नियंत्रण में हैं (जैसे, कटाई, भंडारण, स्कैनिंग और परीक्षण), तो हम आश्वस्त महसूस कर सकते हैं कि सटीक परिणाम उत्पन्न हुए हैं।

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Protocol

इस प्रोटोकॉल में वर्णित सभी प्रक्रियाओं जिसमें जानवरों को शामिल किया गया है, प्रक्रिया से पहले इंडियाना यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ साइंस इंस्टीट्यूशनल एनिमल एंड यूज कमेटी (IACUC) द्वारा अनुमोदित किया गया है। प्रक्रिया में वर्णित जानवरों को सीओ2इनहेलेशन के माध्यम से इच्छामृत्यु के द्वितीयक साधन के रूप में गर्भाशय ग्रीवा अव्यवस्था के बाद इच्छामृत्यु के माध्यम से इच्छामृत्यु दी गई थी।

1. हार्वेस्ट, स्टोरेज, और हड्डियों का विगलन

  1. फसल और भंडारण
    1. माउस उदर पक्ष ऊपर रखें. एक तरफ फीमर और श्रोणि के अनुमानित जंक्शन पर चीरा बनाने के लिए एक स्केलपेल (या एक रेजर ब्लेड या कैंची) का प्रयोग करें।
    2. प्रारंभिक चीरा पृष्ठीय रूप से जारी रखें जब तक कि कूल्हे का जोड़ स्थित न हो जाए; ऊरु सिर की तलाश करें जो श्रोणि से जुड़े एक छोटे सफेद क्षेत्र के रूप में दिखाई देता है।
    3. एक स्केलपेल के किनारे के साथ ऊरु सिर के समीपस्थ किनारे पर दबाव लागू करें जब तक कि ऊरु सिर सॉकेट से बाहर न निकल जाए। शव के शेष भाग से हिंदलिंब को मुक्त करने के लिए अतिरिक्त ऊतक का उत्पादन करें।
    4. हिंदलिंब को अलग करने के साथ, घुटने के जोड़ पर फ्लेक्सन को प्रेरित करके टिबिया और फीमर को अलग करें। घुटनों के पूर्वकाल सतह पर औसत दर्जे का पार्श्व दिशा में स्केलपेल ले जाएँ किसी भी आसन्न ऊतक के माध्यम से कटौती करने के लिए, हड्डियों के बीच स्नायुबंधन सहित.
    5. यदि यह हड्डियों को अलग नहीं करता है, तो पीछे की सतह तक पहुंच की अनुमति देने के लिए घुटने के जोड़ का विस्तार करें। हड्डी को काटने या आर्टिकुलर उपास्थि को खुरचने से बचने के लिए सावधान रहें।
    6. एक बार फीमर और टिबिया अलग हो जाने के बाद, संयुक्त को फ्लेक्स करके और संयुक्त के पीछे की सतह पर औसत दर्जे का पार्श्व काटने का कार्य गति का उपयोग करके टिबिया से हिंदफुट को हटा दें। यदि आवश्यक हो, तो पूर्वकाल सतह को उजागर करने के लिए संयुक्त का विस्तार करें। हड्डी काटने से बचने के लिए सावधान रहें।
    7. एक बार अलग हो जाने पर, सभी आसन्न नरम ऊतक की हड्डियों को साफ करें। यदि टिबिया पर चार-बिंदु झुकने परीक्षण कर रहे हैं, तो फाइबुला को भी हटा दें। फाइबुला समीपस्थ अंत में स्नायुबंधन से जुड़ा हुआ है, लेकिन हड्डी के बाहर के छोर के पास टिबिया से जुड़ा हुआ है। फाइबुला को अलग करने के लिए कनेक्शन बिंदु के पास तेज कैंची का प्रयोग करें।
    8. खारा लथपथ धुंध में अलग से अलग और साफ हड्डियों लपेटें और -20 डिग्री सेल्सियस पर उन्हें दुकान. फसल के तुरंत बाद ऐसा करें।
    9. शव के दूसरी तरफ के लिए 1.1.8 के माध्यम से चरण 1.1.1 दोहराएं।
      नोट: यदि 1.1.4-1.1.6 चरणों में हड्डियों को अलग करने की कोशिश करते समय प्रतिरोध होता है, तो हड्डियों को अलग करने की कोशिश करने के बजाय चरणों को दोहराना सबसे अच्छा है। बलपूर्वक आंदोलनों से हड्डियों को नुकसान या फ्रैक्चर हो सकता है।
  2. विगलन
    नोट: फ्रीज-पिघलना चक्रों की संख्या एक हड्डी से गुजरती है क्योंकि अत्यधिक फ्रीज-पिघलना चक्र हड्डी के यांत्रिक गुणों को हानिकारक रूप से प्रभावित कर सकते हैं। μCT स्कैनिंग के लिए आंशिक विगलन 5-10 मिनट के लिए कमरे के तापमान पर हड्डी छोड़ने से प्राप्त किया जा सकता है। नीचे वर्णित के रूप में झुकने परीक्षण करते समय केवल हड्डी को पूरी तरह से पिघलाएं।
    1. रातोंरात पिघलना-पसंदीदा
      1. एक ठंडे कमरे या रेफ्रिजरेटर में 1-4 डिग्री सेल्सियस के लिए -20 डिग्री सेल्सियस भंडारण से हड्डियों ले जाएँ. सुनिश्चित करें कि परीक्षण से पहले हड्डियों को पूरी तरह से पिघलने के लिए 8-12 घंटे के लिए वहां रहें।
    2. त्वरित-पिघलना
      1. स्नान का तापमान लगभग 37 डिग्री सेल्सियस पर सेट करें। एक बार इस तापमान पर, हड्डियों को स्नान में जोड़ें।
      2. लगभग 1 घंटे के लिए स्नान में हड्डियों को छोड़ दें।

2. μCT स्कैनिंग

  1. हाइड्रेशन बनाए रखने के लिए स्कैनिंग से पहले हड्डियों को पैराफिल्म में लपेटें। स्कैन किए जाने की प्रतीक्षा करते समय अन्य सभी हड्डियों को बर्फ पर रखें।
  2. एक बार पैराफिल्म में लिपटे, स्कैनर के साथ इंटरफेस करने के लिए हड्डी को धारक में रखें। सुनिश्चित करें कि सभी स्कैन की गई हड्डियों को एक ही अभिविन्यास में संरेखित किया जाता है क्योंकि लगातार संरेखण विश्लेषण में बाद में रोटेशन को सरल करेगा।
  3. स्कैन के आवेदन के अनुसार स्कैन सेटिंग्स को समायोजित करें। माउस हड्डियों के लिए निम्नलिखित सामान्य स्कैन सेटिंग्स की सिफारिश की जाती है: रिज़ॉल्यूशन/वोक्सेल आकार: 10 माइक्रोन; पिक्सेल आकार: मध्यम, 2000 x 1048; फिल्टर: 0.5 मिमी एल्यूमीनियम; रोटेशन चरण: 0.7; फ्रेम औसत: 2.
    नोट: स्कैन करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रणाली के आधार पर ये सेटिंग्स भिन्न हो सकती हैं, और आवश्यकतानुसार निर्माता और उपयोगकर्ता पुस्तिका से परामर्श किया जाना चाहिए।
  4. एक बार एक्स-रे स्रोत चालू है, कलाकृतियों को कम करने के लिए एक फ्लैट क्षेत्र सुधार प्रदर्शन. ऐसा करने के लिए, पहले, सुनिश्चित करें कि कक्ष खाली है और फ्लैट क्षेत्र बंद कर दें।
  5. खेत की औसत तीव्रता को मापिए और इसे 60% तक समायोजित कीजिए। एक बार 60% पर, फ्लैट फ़ील्ड को अपडेट करें और इसे वापस चालू करें।
  6. सुनिश्चित करें कि औसत तीव्रता अब (86-88%) है।
    नोट: यह प्रक्रिया उपयोग की जाने वाली μCT प्रणाली के आधार पर भिन्न हो सकती है। प्रक्रिया का प्रयास करने से पहले उपयोगकर्ता पुस्तिका से परामर्श करें।
  7. एक बार फ्लैट-फील्ड सुधार सफलतापूर्वक किया जाता है, धारक को कक्ष में रखें। सुनिश्चित करें कि नमूने कक्ष में कुरसी रखने से पहले केंद्रित और स्तर हैं।
  8. एक बार पेडस्टल सुरक्षित हो जाने के बाद, कक्ष को बंद कर दें, सुनिश्चित करें कि पूरी हड्डी स्कैन में कैद हो जाएगी (स्काउट दृश्य आवश्यक हो सकता है), और स्कैन शुरू करें।
  9. स्कैनिंग के बाद, -20 डिग्री सेल्सियस पर खारा लथपथ धुंध में हड्डियों को फिर से स्टोर करें।

3. μCT पुनर्निर्माण

  1. एक आरओआई का चयन करें जो पुनर्निर्माण में पूरी हड्डी को पकड़ लेगा। ऐसा करने के लिए, हड्डी के सबसे बड़े क्रॉस सेक्शन को देखें और इस क्रॉस सेक्शन के आधार पर आरओआई का आकार दें।
  2. गैर-हड्डी की तुलना में हड्डी की उचित पहचान की अनुमति देने के लिए सॉफ्टवेयर की थ्रेसहोल्डिंग सेट करें। ऐसा करने के लिए, एक हिस्टोग्राम का उपयोग करें जिसमें एक कम बाधा 0 पर सेट की जाती है और ऊपरी बाधा को शिखर हिस्टोग्राम डेटा के अंत में सेट किया जाता है।
  3. रिंग आर्टिफैक्ट रिडक्शन और बीम हार्डनिंग सहित अतिरिक्त सेटिंग्स को क्रमशः 5 और 20% तक समायोजित करें। जांचें कि मिसलिग्न्मेंट मुआवजा -7 से 7 की सीमा के भीतर है। ये मान सॉफ़्टवेयर के अनुसार भिन्न हो सकते हैं। सुनिश्चित करें कि पुनर्निर्माण शुरू करने से पहले वे उपयोगकर्ता पुस्तिका और निर्माता-आधारित निर्देशों के साथ सत्यापित हैं।
    नोट: बीम सख्त, अंगूठी कलाकृतियों, और misalignment मुआवजे के लिए सुधार का उपयोग कर पुनर्निर्माण के दौरान कलाकृतियों को कम से कम किया जा सकता है। गलत संरेखण मुआवजा स्कैन की गुणवत्ता के संकेतक के रूप में कार्य कर सकता है और यदि निर्माता-निर्दिष्ट सीमा के बाहर है, तो स्कैन को दोहराया जाना चाहिए। हालांकि, पुनर्निर्माण सेटिंग्स सॉफ़्टवेयर-निर्भर होंगी, और उपयोगकर्ता के मैनुअल से परामर्श किया जाना चाहिए।

4. μCT रोटेशन

नोट: एक बार पुनर्निर्माण के बाद, स्कैन को सभी हड्डियों में लगातार अभिविन्यास स्थापित करने के लिए घुमाया जाना चाहिए, और यह सुनिश्चित करने के लिए कि परिणामी हड्डी के अनुप्रस्थ वर्गों को अनुदैर्ध्य अक्ष पर सामान्य रूप से कम ऑफसेट कोण के साथ लिया जाता है। यह उपयोगकर्ता की पसंद के सॉफ़्टवेयर के साथ किया जाना चाहिए।

  1. फीमर रोटेशन
    1. फीमर को घुमाएं ताकि सभी हड्डियों में एक ही अनुदैर्ध्य अभिविन्यास हो। उदाहरण के लिए, स्कैन के शीर्ष पर हड्डी के समीपस्थ अंत के साथ सभी हड्डियों को उन्मुख करें।
    2. हड्डी को घुमाएं ताकि सभी हड्डियों का क्रॉस-सेक्शनल ओरिएंटेशन समान हो। उदाहरण के लिए, हड्डियों को घुमाएं ताकि पूर्वकाल की तरफ हमेशा स्कैन के दाईं ओर हो।
    3. एक बार ये समायोजन किए जाने के बाद, केंद्रीय अक्ष के बारे में समरूपता बनाए रखने के लिए स्कैन को सीधा करें।
    4. घुमाए गए डेटासेट को सहेजें।
  2. टिबिया रोटेशन
    1. टिबिया के लिए चरण 4.1.1-4.1.4 दोहराएं।

5. यांत्रिक परीक्षण प्रक्रिया

  1. तैयारी
    1. यांत्रिक परीक्षण से पहले, सुनिश्चित करें कि 6-10 माइक्रोन रिज़ॉल्यूशन माइक्रोन सीटी स्कैन प्राप्त किया गया है और फ्रैक्चर साइट (वर्गों 2-3) पर क्रॉस-अनुभागीय ज्यामिति की गणना करने के लिए प्रत्येक नमूने के लिए एक गुणवत्ता स्कैन प्राप्त किया गया है, यह सत्यापित करने के लिए पुनर्निर्माण किया गया है।
    2. प्राप्त और सत्यापित स्कैन के साथ, परीक्षण से पहले सभी हड्डियों को पिघलाएं (धारा 1)। एक ही दिन में एक प्रयोग से सभी हड्डियों का परीक्षण करें और नमूनों और प्रयोगात्मक समूहों में उपयोगकर्ता पूर्वाग्रह और सिस्टम परिवर्तनशीलता को कम करने के लिए परीक्षण के क्रम को यादृच्छिक बनाएं। सुनिश्चित करें कि परीक्षण प्रक्रिया के दौरान हड्डियां हाइड्रेटेड रहें।
  2. उपकरण सेटअप
    1. नमूना के लिए उचित संवेदनशीलता और क्षमता के साथ एक लोड सेल का पता लगाएँ। नमूना के लिए अपेक्षित विफलता रेंज पर विचार करें और संवेदनशीलता को अधिकतम करते हुए लगभग 50% अधिक क्षमता के साथ एक लोड सेल चुनें (उदाहरण के लिए, 0-25 एन विफलता रेंज में माउस हड्डी के लिए 45 एन क्षमता के साथ एक 10 एलबीएफ लोड सेल)।
    2. लोडिंग का पता लगाएँ और अवधि जुड़नार का समर्थन करें।
    3. लोड सेल और जुड़नार स्थापित करें जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, परीक्षक के ऊपर या नीचे के समर्थन पर लोड सेल को पेंच करके, लोड सेल पर शीर्ष लोडिंग स्थिरता, और परीक्षक के निचले समर्थन पर नीचे स्थिरता। एक सुरक्षित फिट सुनिश्चित करें।
      नोट: लोड सेल के साथ तरल पदार्थ के संपर्क से बचने के लिए झुकने परीक्षण करते समय शीर्ष स्थिरता के लिए लोड सेल के लगाव की आमतौर पर सिफारिश की जाती है, लेकिन यदि आवश्यक हो तो नीचे का उपयोग किया जा सकता है।
    4. एक बार लोड सेल और जुड़नार स्थापित हो जाने के बाद, एक समर्थन अवधि लंबाई का चयन करें और सुनिश्चित करें कि यह परीक्षण किए जा रहे सभी नमूनों के लिए स्थिर रहता है। समर्थन अवधि दूरी चुनने के लिए, सबसे पहले, नमूना सेट में सबसे छोटी हड्डी का पता लगाएं।
    5. जुड़नार के बीच हड्डी उन्मुख के रूप में चित्रा 2 में दिखाया गया है.
    6. फीमर के तीन-बिंदु झुकने के लिए, चित्रा 2 ए का पालन करें। सुनिश्चित करें कि हड्डी की पूर्वकाल सतह समर्थन अवधि के खिलाफ है और अवधि क्षेत्र नमूने के डायफिसिस के भीतर है। समीपस्थ अंत और संक्रमण बिंदु पर तीसरे trochanter सहित से बचें जहां हड्डी metaphysis और बाहर का अंत पर condyles में चौड़ा है.
    7. चार-बिंदु झुकने के लिए, सुनिश्चित करें कि समर्थन और लोडिंग स्पैन एक दूसरे के साथ संरेखित और केंद्रित हैं। जुड़नार में हड्डी लोड करने के लिए चित्रा 2 बी का पालन करें.
      1. 3:1 अनुपात8 (जैसे, 9 मिमी समर्थन अवधि और 3 मिमी लोडिंग अवधि) का पालन करने के लिए समर्थन और लोडिंग अवधि निर्धारित करें।
      2. एक टिबिया के लिए, टिबिया/फाइबुला जंक्शन पर एक समर्थन के साथ समर्थन अवधि के खिलाफ हड्डी की औसत दर्जे की सतह को लोड करें। अन्य समर्थन संभवतः टिबियल शिखा के ठीक बाद स्थित होगा। लोडिंग स्पैन सुनिश्चित करें, समर्थन अवधि के भीतर केंद्रित है, फिर हड्डी का एक समान क्षेत्र है।
    8. तीन-बिंदु झुकने का प्रदर्शन करते समय समर्थन अवधि दूरी को मापें और लोडिंग और समर्थन अवधि दूरी दोनों यदि 4-बिंदु झुकने का प्रदर्शन करते हैं और इन दूरियों को रिकॉर्ड करते हैं। सुनिश्चित करें कि यह मान लोडिंग और समर्थन अवधि माप दोनों के लिए लोडिंग बिंदुओं के केंद्र से दर्ज किया गया है।
    9. हड्डी को वापस खारा में रखें या खारा के एक बोलस के साथ पुनर्जलीकरण करें।
      नोट: लोडिंग स्पैन के लिए बिंदुओं का चयन करते समय, परिपत्र बिंदुओं का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है (0.75 मिमी त्रिज्या पर्याप्त है क्योंकि यह सर्कल के स्पर्शरेखा पर हड्डी से संपर्क करते हुए लोड वितरित करता है)। जबकि सिद्धांत एक बिंदु भार का प्रतिनिधित्व करने के लिए एक चाकू की धार की सिफारिश करता है, यह लोड आवेदन के बिंदु पर हड्डी को कुचल देगा, जिससे तनाव के अतिरेक और मापांक को कम करके आंका जा सकता है।
    10. सुनिश्चित करें कि स्थिरता के सभी भाग तंग और आंदोलन से मुक्त हैं।
  3. सॉफ्टवेयर सेटअप
    1. सुनिश्चित करें कि परीक्षक मॉड्यूल बॉक्स, लोड सेल चैनल, और सिस्टम मैनुअल के अनुसार किसी भी अन्य आवश्यकताओं के माध्यम से कंप्यूटर से ठीक से जुड़ा हुआ है।
    2. मैकेनिकल टेस्टर से जुड़े सॉफ्टवेयर में, एक रैंप के साथ एक झुकने वाला टेस्ट प्रोफाइल बनाएं जिसमें एक विस्थापन दर हो जो हड्डी को विफलता में लोड करने के लिए विस्कोलेस्टिक प्रभाव (0.025 मिमी /
    3. परीक्षण प्रोफ़ाइल बनाते समय 25 हर्ट्ज की न्यूनतम नमूना आवृत्ति की भी सिफारिश की जाती है, हालांकि उच्च नमूना दर को प्राथमिकता दी जाती है।
    4. प्रति अध्ययन समूह एक फ़ोल्डर बनाएँ और प्रत्येक परीक्षण को उस फ़ोल्डर में एक व्यक्तिगत फ़ाइल के रूप में सहेजें.
  4. नमूने लोड करना और परीक्षण करना
    1. एक ठीक से पिघली हुई हड्डी का चयन करें (चरण 1.2 देखें)। कैलिपर्स के साथ इसकी पूरी लंबाई को मापें और रिकॉर्ड करें।
    2. जुड़नार पर नमूना लोड के रूप में चित्रा 2A में दिखाया गया है अगर तीन-बिंदु झुकने में एक फीमर का परीक्षण और चित्रा 2B यदि चार-बिंदु झुकने में टिबिया का परीक्षण कर रहा है।
    3. परीक्षण किए जा रहे नमूने को प्रतिबिंबित करने के लिए फ़ाइल नाम बदलें।
    4. लोड शून्य (विस्थापन नहीं)। सिस्टम के प्रस्तावक को चालू करें; सुनिश्चित करें कि यह लोड या विस्थापन नियंत्रण में नहीं है।
    5. सावधानी का उपयोग करना, अपनी स्थिति को सुरक्षित करने के लिए हड्डी के लिए एक न्यूनतम पूर्व लोड लागू करें और रोलिंग से हड्डी को रोकने में मदद लेकिन यह नमूना समझौता नहीं करता है कि सुनिश्चित करें. लगभग 0.25 N के प्रीलोड के लिए निशाना लगाओ। सुनिश्चित करें कि आगे बढ़ने से पहले वांछित हड्डी अभिविन्यास बनाए रखा गया है।
    6. उदारता से खारा के साथ dousing द्वारा नमूना हाइड्रेट.
    7. सॉफ़्टवेयर में स्टार्ट या रन का चयन करके झुकने का परीक्षण शुरू करें। महत्वपूर्ण: परीक्षण की संपूर्णता के लिए नमूने को ध्यान से देखें और उन परीक्षणों को नोट करें जहां कोई समस्या हुई (जैसे, रोलिंग, फिसलना)।
      नोट: ये मुद्दे डेटा से समझौता कर सकते हैं और इन परीक्षणों के बारे में नोट्स विश्लेषण के दौरान परामर्श करने में सहायक होंगे।
    8. हड्डी को फ्रैक्चर (तन्यता की तरफ) शुरू करने के लिए देखें। विफलता होने तक अधिकांश परीक्षण आगे बढ़ेंगे। इस बिंदु पर, परीक्षण अपनी क्रमादेशित सीमाओं के माध्यम से समाप्त हो जाएगा। यदि विफलता होती है लेकिन परीक्षक विस्थापित करना जारी रखता है, तो लोड सेल को नुकसान से बचाने के लिए मैन्युअल रूप से परीक्षण बंद करें।
    9. एक बार परीक्षण पूरा हो जाने के बाद, कैलीपर्स का उपयोग करके बाहर के छोर से ब्रेक पॉइंट तक की लंबाई को मापें और इसे रिकॉर्ड करें।
    10. दोहराएँ कदम 5.4.1 - प्रत्येक नमूने के लिए 5.4.9.

Figure 1
चित्रा 1: मैकेनिकल परीक्षक सेटअप। (ए) तीन-बिंदु और (बी) चार-बिंदु झुकने वाले परीक्षण। लोड सेल पीले रंग में दिखाया गया है, लोडिंग जुड़नार नीले रंग में दिखाए गए हैं, और समर्थन जुड़नार हरे रंग में दिखाए गए हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: जुड़नार के बीच हड्डियों का अभिविन्यास। (ए) तीन-बिंदु झुकने लोडिंग जुड़नार में एक फीमर का उचित अभिविन्यास (ऊपर से नीचे तक) दिखा रहा है (ऊपर से नीचे) फीमर के औसत दर्जे का, पूर्वकाल और पीछे की तरफ से विचार जब सही ढंग से तैनात किया जाता है। लोडिंग जुड़नार नारंगी में दिखाए जाते हैं और समर्थन जुड़नार नीले रंग में दिखाए जाते हैं। नीचे के स्पैन को डायफिसिस के सबसे सीधे हिस्से को जितना संभव हो उतना शामिल करने के लिए समायोजित किया जाना चाहिए, और शीर्ष स्थिरता उन स्पैन के बीच केंद्रित होनी चाहिए। (बी) टिबिया के पूर्वकाल, पार्श्व और औसत दर्जे का पक्षों से (ऊपर से नीचे तक) विचारों को दिखाने वाले चार-बिंदु झुकने के लिए एक टिबिया का उचित अभिविन्यास। हड्डी को लोड किया जाना चाहिए ताकि औसत दर्जे की सतह नीचे की स्थिरता से संपर्क करे, और पार्श्व सतह शीर्ष स्थिरता से संपर्क करे। टिबिया-फाइबुला जंक्शन को लोडिंग स्पैन के ठीक बाहर रखा जाना चाहिए। स्पैन को 1:3 के लोडिंग-टू-सपोर्ट स्पैन अनुपात को पूरा करने के लिए समायोजित किया जाना चाहिए। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

6. आरओआई चयन

  1. रिकॉर्ड की गई ब्रेक लंबाई के साथ, घुमाई गई छवियों को उपयोगकर्ता की पसंद के सॉफ़्टवेयर में लोड करें। घुमाया छवियों लोड कर रहे हैं एक बार, का पता लगाने और हड्डी के ऊपर और नीचे स्लाइस रिकॉर्ड.
  2. ऊपर और नीचे स्लाइस के बीच अंतर की गणना. माइक्रोमीटर में हड्डी की समग्र लंबाई निर्धारित करने के लिए स्कैनिंग वोक्सेल आकार से इस मान को गुणा करें।
  3. सीटी स्कैन में फ्रैक्चर स्थान का पता लगाने के लिए, स्कैन के बाहर के छोर से ब्रेक पॉइंट तक μCT स्लाइस की संख्या प्राप्त करने के लिए वोक्सेल आकार से रिकॉर्ड की गई ब्रेक लंबाई (माइक्रोमीटर में) को विभाजित करें।
  4. इस स्थान पर केंद्रित ROI चुनें. सबसे पहले, आरओआई की कुल वांछित लंबाई (कम से कम 100 माइक्रोन) निर्धारित करें। आरओआई में स्लाइस की कुल संख्या निर्धारित करने के लिए वोक्सेल आकार द्वारा माइक्रोमीटर में लंबाई को विभाजित करके इस लंबाई का प्रतिनिधित्व करने वाले स्लाइस की संख्या का पता लगाएं।
  5. आरओआई की निचली सीमा प्राप्त करने के लिए, आरओआई स्लाइस की कुल संख्या को 2 से विभाजित करें और चरण 6.4 में पाए गए पहले गणना किए गए ब्रेक स्थान से इस मान को घटाएं।
  6. आरओआई की ऊपरी सीमा प्राप्त करने के लिए स्लाइस में आरओआई की कुल लंबाई को पहले से गणना किए गए मूल्य में जोड़ें।
  7. परिकलित सीमाओं के आधार पर उपयुक्त ROI का चयन करें, और इसे सहेजें।

7. बल और विस्थापन डेटा का सामान्यीकरण

नोट: यांत्रिक परीक्षक केवल x और y निर्देशांक (विस्थापन, बल) के साथ अंक उत्पन्न करेगा। इन बिंदुओं को यूलर-बर्नौली झुकने वाले तनाव और तनाव समीकरणों का उपयोग करके तनाव और तनाव में परिवर्तित किया जा सकता है, लेकिन इन्हें μCT स्कैन से प्राप्त ज्यामितीय गुणों की आवश्यकता होती है। इन गुणों की मात्रा का ठहराव उपयोगकर्ता के पसंदीदा सॉफ़्टवेयर के साथ किया जा सकता है। हम एक कस्टम कोड पसंद करते हैं, जो सभी इनपुट, गणना और आउटपुट पर पूर्ण नियंत्रण देता है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, कोड तक पहुंच के लिए, संबंधित लेखक से सीधे संपर्क करें या अधिक जानकारी के लिए https://bbml.et.iupui.edu/ पर लैब वेबसाइट पर जाएं। तनाव और तनाव समीकरणों, साथ ही आवश्यक ज्यामितीय गुण जो μCT स्कैन से प्राप्त किए जाने चाहिए, इनकी गणना करने के लिए नीचे चर्चा की गई है।

  1. तीन-बिंदु झुकने सामान्यीकरण समीकरण
    1. तीन-बिंदु झुकने में तनाव की गणना करने के लिए उपयोग किया जाने वाला समीकरण समीकरण 1 में नीचे दिखाया गया है। इस समीकरण में, "एफ" बल का प्रतिनिधित्व करता है और "एल" समर्थन अवधि की लंबाई का प्रतिनिधित्व करता है। परीक्षण के दौरान यांत्रिक परीक्षक द्वारा बल मान दर्ज किए जाते हैं। सुनिश्चित करें कि परीक्षण से पहले समर्थन अवधि की लंबाई दर्ज की गई है। "सी" और "आई" ज्यामितीय गुण हैं जिनकी गणना μCT स्कैन (धारा 7.3) का उपयोग करके की जाएगी।
      Equation 1(1)
    2. तनाव की गणना करने के लिए समीकरण समीकरण 2 में नीचे दिखाया गया है; "सी" और "एल" तनाव और तनाव गणना दोनों के लिए समान गुणों का प्रतिनिधित्व करते हैं। "डी" परीक्षणों के दौरान यांत्रिक परीक्षक द्वारा दर्ज किए गए विस्थापन मूल्यों को दर्शाता है।
      Equation 2(2)
  2. चार-बिंदु झुकने सामान्यीकरण समीकरण
    1. चार-बिंदु झुकने में तनाव के लिए समीकरण नीचे समीकरण 3 में दिखाया गया है। "एफ" और "आई" चरण 7.1.1 में चर्चा किए गए समान चर रहते हैं। परीक्षण से पहले समर्थन और लोडिंग अवधि के माप से "ए" की गणना करें। यदि चार-बिंदु झुकने के लिए लोडिंग अवधि के समर्थन के लिए 3: 1 के अनुशंसित अनुपात का पालन करते हैं, तो "ए" समर्थन अवधि की लंबाई का एक तिहाई होगा।
      Equation 3(3)
    2. चार-बिंदु झुकने में तनाव के लिए समीकरण समीकरण 4 में नीचे दिखाया गया है। "सी" और "ए" तनाव और तनाव गणना दोनों के लिए समान गुणों को दर्शाते हैं। "डी" परीक्षणों के दौरान यांत्रिक परीक्षक द्वारा दर्ज किए गए विस्थापन मूल्यों को दर्शाता है।
      Equation 4(4)
  3. μCT स्कैन से ज्यामितीय गुणों की गणना
    1. चर "सी" तटस्थ अक्ष से हड्डी की सतह तक की दूरी का प्रतिनिधित्व करता है जो तनाव में लोड किया गया था। नतीजतन, μCT स्कैन में प्रत्येक क्रॉस सेक्शन के केन्द्रक का निर्धारण करें क्योंकि तटस्थ अक्ष सेंट्रोइड से गुजरता है।
      1. यदि चरण 5.2.6 में वर्णित तीन-बिंदु झुकने में एक फीमर के परीक्षण अभिविन्यास का पालन करते हुए, पूर्वकाल सतह के संबंध में "सी" को मापें।
      2. यदि चरण 5.2.7 में वर्णित टिबिया के परीक्षण अभिविन्यास का पालन करते हुए, हड्डी की औसत दर्जे की सतह के संबंध में "सी" को मापें।
    2. चर "I" झुकने की धुरी के बारे में जड़ता के क्षेत्र आघूर्ण का प्रतिनिधित्व करता है (एक फीमर के लिए औसत दर्जे का पार्श्व अक्ष; एक टिबिया के लिए पूर्वकाल-पश्च अक्ष)। समीकरण 5 का उपयोग करके इस मान की गणना करें। इस समीकरण में, "डीए" μCT स्कैन में कैप्चर किए गए प्रत्येक पिक्सेल का क्षेत्र है जबकि y तटस्थ अक्ष से प्रत्येक पिक्सेल की गणना की गई दूरी है।
      Equation 5(5)

8. ब्याज के यांत्रिक परीक्षण गुण

  1. किसी भी यांत्रिक गुणों की गणना करने से पहले, एक बल विस्थापन वक्र और तनाव तनाव वक्र (आदर्श घटता चित्रा 3 में नीचे दिखाया गया है, महत्वपूर्ण गुणों के साथ) उत्पन्न करें.
    नोट: जैविक नमूनों का परीक्षण हमेशा घटता उत्पन्न नहीं करता है जो इन आदर्श उदाहरणों की तरह दिखते हैं, लेकिन वे एक उपयोगी मार्गदर्शिका बने रहते हैं।
  2. परीक्षण में त्रुटियों को स्पॉट करने के लिए विश्लेषण से पहले इन वक्रों की जांच करें, जैसे कि हड्डी लुढ़कना या फिसलना। ये त्रुटियां आमतौर पर वक्र के प्रारंभिक रैखिक भाग में धक्कों या सपाट क्षेत्रों का कारण बनती हैं। अतिरिक्त डेटा निकालें, किसी भी डेटा है कि परीक्षक हड्डी या विफलता के बाद डेटा से संपर्क करने से पहले एकत्र किया गया हो सकता है सहित, इस बिंदु पर.
  3. एक बार प्लॉट किए गए वक्रों द्वारा गुणवत्ता परीक्षण का आश्वासन दिए जाने के बाद, महत्वपूर्ण गुणों का विश्लेषण शुरू करें।
    1. कठोरता और लोचदार मापांक
      1. बल-विस्थापन वक्र के केवल लोचदार क्षेत्र का उपयोग करके कठोरता की गणना करें। इस क्षेत्र में वक्र का ढलान कठोरता है।
      2. प्रतिबल-विकृति वक्र के केवल प्रत्यास्थ भाग के प्रवणता का उपयोग करके प्रत्यास्थ मापांक परिकलित कीजिए।
    2. यील्ड पॉइंट
      नोट: दो उपज बिंदु हैं, एक बल-विस्थापन वक्र पर और एक तनाव-तनाव वक्र पर। बल-विस्थापन वक्र से इस बिंदु के लिए (x,y) मानों को उपज और उपज बल के विस्थापन के रूप में जाना जाता है, जबकि तनाव-विकृति वक्र के मानों को उपज और उपज तनाव के लिए तनाव के रूप में जाना जाता है। ये बिंदु वक्र के लोचदार क्षेत्र के अंत का प्रतिनिधित्व करते हैं और नीचे सूचीबद्ध तरीकों से पाए जा सकते हैं।
      1. तनाव-तनाव वक्र विधि: 0,0% तनाव (0.2 माइक्रोस्ट्रेन) द्वारा (2,000) से एक लाइन ऑफसेट की गणना करें, लेकिन लोचदार मापांक के समान ढलान के साथ। इस लाइन को स्ट्रेस-स्ट्रेन ग्राफ पर प्लॉट करें; जिस स्थिति पर यह रेखा तनाव-तनाव वक्र को रोकती है, उसे उपज बिंदु के रूप में परिभाषित किया जाता है। अनुरूप बल और विस्थापन मूल्यों को खोजने के लिए इस उपज तनाव और तनाव समन्वय का उपयोग करें; ये मान उपज मूल्यों के लिए उपज बल और विस्थापन का प्रतिनिधित्व करेंगे।
      2. सेकेंट विधि: बल-विस्थापन वक्र से कठोरता की गणना करें और एक चुने हुए प्रतिशत (5-10%) द्वारा कठोरता को कम करें। इस कम कठोरता के ढलान के साथ (0,0) से शुरू होने वाली एक रेखा को प्लॉट करें और इसे बल-विस्थापन वक्र के साथ प्रतिच्छेद करने की अनुमति दें। चौराहे के बिंदु में निर्देशांक (उपज के लिए विस्थापन, उपज बल) होगा।
        नोट: तनाव-तनाव डेटा के बिना उपज बिंदु खोजने के लिए सेकेंट विधि का उपयोग किया जा सकता है।
    3. परम बल और परम तनाव
      1. संबंधित डेटा सेट में अधिकतम मूल्य का पता लगाकर परम बल और अंतिम तनाव की गणना करें।
    4. विस्थापन और तनाव गुण
      1. उपज के लिए विस्थापन और उपज मूल्य के लिए तनाव उपज बिंदु पर विस्थापन या तनाव का प्रतिनिधित्व करता है। उन्हें खोजने के लिए, चरण 8.3.2 में वर्णित उपज का पता लगाएं।
      2. कुल विस्थापन और कुल तनाव मान कुल विस्थापन या कुल तनाव का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो पूरे परीक्षण में अनुभव किया गया नमूना है और विफलता बिंदु के अनुरूप है।
      3. पोस्टयील्ड विस्थापन और पोस्टयील्ड तनाव: पोस्टयील्ड विस्थापन आमतौर पर रिपोर्ट किया जाता है और कुल विस्थापन से उपज के लिए विस्थापन को घटाकर गणना की जा सकती है। कुल तनाव से उपज के लिए तनाव को घटाकर पोस्टउपज तनाव की गणना करें, लेकिन सावधानी के साथ इसकी रिपोर्ट करें, क्योंकि तनाव पहले इस धारणा के तहत प्राप्त होता है कि सामग्री रैखिक रूप से लोचदार (प्रीयील्ड) है। यह एक पोस्टयील्ड उपाय को अमान्यता के लिए अतिसंवेदनशील बनाता है।
    5. ऊर्जा गुण
      1. बल-विस्थापन अथवा प्रतिबल-विकृति वक्र के अंतर्गत क्षेत्रफल के रूप में ऊर्जा परिकलित कीजिए।
      2. बल-विस्थापन वक्र के अंतर्गत के क्षेत्र को कार्य के रूप में जाना जाता है। वक्र के पूर्व-उपज भाग, या लोचदार क्षेत्र के तहत गणना किए गए क्षेत्र को लोचदार कार्य या ऊर्जा के रूप में जाना जाता है। उपज-बिंदु, या प्लास्टिक क्षेत्र से पहले वक्र के तहत गणना किए गए क्षेत्र को पोस्ट-यील्ड या प्लास्टिक वर्क, या लॉस्ट एनर्जी के रूप में जाना जाता है।
      3. तनाव-तनाव वक्र के तहत गणना किए गए कुल क्षेत्र को क्रूरता या क्रूरता के मापांक के रूप में जाना जाता है, जबकि उपज बिंदु तक तनाव-तनाव वक्र के तहत गणना किए गए क्षेत्र को लचीलापन के रूप में जाना जाता है। पोस्ट-यील्ड क्रूरता, पोस्ट-यील्ड स्ट्रेन की तरह, अक्सर तनाव समीकरणों की मान्यताओं के कारण रिपोर्ट नहीं की जाती है कि यह संपत्ति नीचे नहीं आती है।

Figure 3
चित्रा 3: बल-विस्थापन और तनाव-तनाव घटता। (ए) आदर्श बल-विस्थापन वक्र; (बी) लाल रंग में दिखाए गए उपज बिंदु की गणना करने के लिए उपयोग की जाने वाली 0.2% ऑफसेट विधि से प्राप्त रेखा के साथ आदर्श तनाव-तनाव वक्र (ध्यान दें कि इस रेखा में वक्र के लोचदार क्षेत्र के समान ढलान है)। बल-विस्थापन वक्र से प्राप्त किए जा सकने वाले प्रमुख गुणों में उपज बल, अंतिम बल, उपज के लिए विस्थापन, कुल विस्थापन और कार्य शामिल हैं। तनाव-तनाव वक्र से प्राप्त होने वाले ऊतक स्तर के गुणों में उपज तनाव, अंतिम तनाव, उपज के लिए तनाव, कुल तनाव, लचीलापन और क्रूरता शामिल हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Representative Results

सीटी स्कैनिंग के पूरा होने पर, पुनर्निर्माण में सबसे अपर्याप्त स्कैन पकड़े जा सकते हैं। अक्सर, खराब स्कैन में एक उच्च मिसलिग्न्मेंट मुआवजा होगा जो स्कैन के दौरान एक त्रुटि का एक स्पष्ट संकेतक है। हालाँकि, अन्य चरणों में त्रुटियाँ हो सकती हैं और गलत डेटा भी हो सकता है। इन त्रुटियों को अक्सर देखा जा सकता है क्योंकि व्यक्तिगत गणना की गई वास्तुशिल्प गुणों की जांच की जाती है। यदि मान किसी समूह में दूसरों की सीमा से बहुत दूर हैं, तो स्कैन, आरओआई और गुणों की गणना करने की विधि की फिर से जांच की जानी चाहिए।

एक बार झुकने वाले परीक्षण पूरे हो जाने के बाद, प्रत्येक परीक्षण से बल-विस्थापन भूखंडों की जांच खराब परीक्षणों की पहचान करने के लिए की जानी चाहिए जिन्हें डेटासेट से हटाने की आवश्यकता हो सकती है। समस्याग्रस्त परीक्षण का एक उदाहरण चित्रा 4 में दिखाया गया है। चित्रा 4 ए में साजिश एक सही ढंग से प्रदर्शन झुकने परीक्षण के परिणाम से पता चलता है. एक स्पष्ट रैखिक क्षेत्र है जिसमें कम-ढलान वाले पैर की अंगुली, एक उपज बिंदु, एक अंतिम बिंदु (अधिकतम बल), बल में गिरावट के रूप में विस्थापन अधिकतम बल से आगे बढ़ता है, और एक विफलता बिंदु होता है। वक्र चिकनी है जब तक कि अंतिम बिंदु तक पहुंचने के बाद तक लोडिंग में कोई अचानक परिवर्तन नहीं होता है। नतीजतन, इस परीक्षण से गुणों को आसानी से पहचाना और भरोसा किया जा सकता है। चित्रा 4 बी में दिखाया साजिश कई संबंधित सुविधाओं के साथ एक झुकने परीक्षण का परिणाम से पता चलता है. लोडिंग में अचानक परिवर्तन और भूखंड में कई चोटियों की उपस्थिति इस परीक्षण के साथ समस्याओं के प्रमुख संकेतक हैं। जबकि मामूली चोटियाँ अंतिम बल के पास एक उचित परीक्षण में हो सकती हैं, इस भूखंड में चोटियों की भयावहता और संख्या से पता चलता है कि परीक्षण के दौरान हड्डी लुढ़क गई होगी। चाहे परीक्षण के दौरान मनाया और नोट किया गया हो या विश्लेषण से पहले परीक्षणों की जांच करते समय, परीक्षण के बाद के विश्लेषण के दौरान नमूना डेटा की जांच की जानी चाहिए। यदि डेटा वास्तव में दोषपूर्ण है या समूह में अन्य नमूनों की सीमा से बहुत बाहर है, तो इस परीक्षण को अंतिम डेटासेट में शामिल नहीं करना आदर्श होगा। यह प्राथमिकता शक्ति गणना के साथ प्रयोग को ठीक से शक्ति देने का एक कारण है। एक नमूने से केवल कुछ गुणों की रिपोर्ट करना संभव हो सकता है (इस मामले में, प्रीयील्ड गुण स्वीकार्य हो सकते हैं), लेकिन यह आदर्श नहीं है और रिपोर्ट किए जाने पर स्पष्ट रूप से समझाया जाना चाहिए।

Figure 4
चित्रा 4: बल-विस्थापन भूखंड। (ए) आदर्श बल-विस्थापन साजिश। (बी) एक खराब झुकने वाले परीक्षण के परिणामस्वरूप बल-विस्थापन साजिश। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

सभी बल-विस्थापन भूखंडों की जांच और तनाव-तनाव के लिए सामान्यीकृत मूल्यों के साथ, ब्याज के गुणों की पहचान की जा सकती है और कई तरीकों से प्रदर्शित किया जा सकता है। चित्रा 5 में, परिणामस्वरूप एक पूरे अध्ययन के लिए बल-विस्थापन और तनाव-तनाव भूखंडों को दिखाया गया है। ये योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व हैं जिससे प्रारंभिक बिंदु (0,0) पर बल और विस्थापन, उपज, अंतिम बिंदु और प्रत्येक हड्डी के लिए विफलता निर्धारित की जाती है और फिर, प्रत्येक समूह के लिए एक औसत भूखंड प्रदान करने के लिए बल/तनाव और विस्थापन/तनाव का औसत निकाला जाता है। भूखंडों का उपयोग सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए नहीं किया जाता है, लेकिन उनका उपयोग यह दिखाने के लिए किया जा सकता है कि उपचार या रोग की स्थिति जैसे कारकों के कारण समग्र व्यवहार कैसे भिन्न होता है। चित्रा 5 में दिखाए गए भूखंड एक अध्ययन से हैं जो नियंत्रण चूहों की तुलना में टाइप 2 मधुमेह और क्रोनिक किडनी रोग (टी 2 डी-सीकेडी) की स्थिति से प्रेरित हैं। इन जानवरों के सही tibiae चार बिंदु झुकने का उपयोग कर विफलता के लिए परीक्षण किया गया और प्रोटोकॉल खंड 8 में चर्चा की गुणों को प्राप्त करने के लिए विश्लेषण किया. चित्रा 5 से, यह स्पष्ट है कि टी 2 डी-सीकेडी समूह ने संरचनात्मक और ऊतक दोनों स्तरों पर ताकत और कठोरता सहित यांत्रिक गुणों को कम कर दिया था। इन चूहों में भी पोस्टयील्ड गुणों को कम किया गया है, जो भंगुरता का एक संकेतक है। इन भूखंडों का उपयोग किसी अध्ययन से निश्चित निष्कर्ष निकालने के लिए नहीं किया जाना चाहिए। बल्कि, वे एक दृश्य प्रतिनिधित्व के रूप में कार्य करते हैं और ब्याज के सभी गुणों पर एक सांख्यिकीय विश्लेषण करके सत्यापित किया जाना चाहिए।

Figure 5
चित्रा 5: एक पूरे अध्ययन के लिए बल-विस्थापन और तनाव-तनाव भूखंड। (ए) नियंत्रण जानवरों और टाइप 2 मधुमेह- और क्रोनिक किडनी रोग-प्रेरित जानवरों के लिए बल-विस्थापन साजिश। इस साजिश के परिणामस्वरूप उपज बल, उपज के लिए विस्थापन, अंतिम बल, अंतिम विस्थापन, विफलता बल, और प्रत्येक समूह के लिए कुल विस्थापन और मानक विचलन के साथ इन साधनों की साजिश रचना। (बी) नियंत्रण जानवरों और T2D-CKD जानवरों के लिए तनाव तनाव. यह साजिश औसत उपज तनाव, उपज के लिए तनाव, अंतिम तनाव, अंतिम तनाव, विफलता तनाव, और कुल तनाव और मानक विचलन के साथ परिणामी साधनों की साजिश रचने के परिणामस्वरूप हुई। संक्षिप्त: T2D-CKD = टाइप 2 मधुमेह- और क्रोनिक किडनी रोग-प्रेरित जानवर। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

यांत्रिक डेटा और दो-पूंछ वाले टी-परीक्षण के परिणाम तालिका I में दिखाए गए हैं। डेटा को मानक विचलन ± माध्य के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। एक सामान्य परीक्षा उचित सीमाओं के भीतर और परिवर्तनशीलता के अपेक्षित स्तर के साथ डेटा का सुझाव देती है। ध्यान दें कि पोस्टयील्ड गुणों में सबसे बड़ी भिन्नता होती है और इसलिए, अक्सर सार्थक अंतर का पता लगाने के लिए सबसे बड़े नमूना आकार की आवश्यकता होती है। चित्रा 5 में योजनाबद्ध घटता के रूप में सुझाव दिया, वहाँ लगभग सभी संरचनात्मक और ऊतक-स्तर यांत्रिक गुणों में महत्वपूर्ण कमी आई है. इन आंकड़ों से, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि प्रेरित रोग की स्थिति ने हड्डियों को जन्म दिया जो कमजोर, कम कठोर और विकृति के नुकसान और कम क्रूरता के कारण फ्रैक्चर के लिए अधिक संवेदनशील हैं। अधिक बारीक तुलना वाले अध्ययन व्याख्या करने के लिए सरल नहीं हो सकते हैं। इसका एक उदाहरण हो सकता है यदि संरचनात्मक-स्तर के यांत्रिक गुणों में महत्वपूर्ण सुधार देखे जाते हैं, लेकिन ऊतक-स्तरीय यांत्रिक गुणों में नहीं। इस मामले में, देखे गए प्रभाव ऊतक स्तर पर हड्डी की गुणवत्ता में सुधार के बजाय हड्डी की वास्तुकला (जैसे, बढ़े हुए क्षेत्र, कॉर्टिकल मोटाई में वृद्धि) में परिवर्तन से प्रेरित होते हैं। उदाहरण के लिए, बुनी हुई हड्डी के लाभ के कारण हड्डी क्षेत्र में वृद्धि हुई है, लेकिन ऊतक की गुणवत्ता में कमी आई है क्योंकि एक असंगठित बुनी हुई हड्डी अब एक संगठित लैमेलर हड्डी के बजाय मौजूद है। यह μCT विश्लेषण द्वारा समर्थित किया जा सकता है जिसमें वास्तुकला में सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण सुधार देखे जा सकते हैं। इसके विपरीत, संरचनात्मक-स्तर के यांत्रिक गुणों में न्यूनतम / कोई सुधार नहीं होने के साथ ऊतक-स्तरीय यांत्रिक गुणों में महत्वपूर्ण सुधार हो सकते हैं। यह उच्च ऊतक गुणवत्ता छोटी हड्डियों के नुकसान को मुखौटा कर सकती है। डेटा व्याख्या आगे जटिल हो सकती है यदि परिवर्तन प्रीड्यूल्ड गुणों में देखे जाते हैं लेकिन पोस्टयील्ड गुणों में नहीं या इसके विपरीत। पूर्व मामले में, विरूपण का विरोध करने की हड्डी की क्षमता में बदलाव में सुधार किया जा सकता है, जबकि क्षति को सहन करने की क्षमता नहीं है। इनमें से प्रत्येक मामले में, μCT विश्लेषण से वास्तुशिल्प गुणों को संदर्भित करने की क्षमता अत्यधिक फायदेमंद है और इसका उपयोग किया जाना चाहिए (हालांकि उस विधि का वर्णन करना इस पत्र के दायरे से परे है)। इन गुणों की व्याख्या की जटिलता के कारण, सभी गुणों को तालिका या आकृति के रूप में प्रस्तुत करना (न केवल उन गुणों को जो व्याख्या करने में सबसे आसान होते हैं जैसे कि अंतिम बल, या जो कहानी को बताना चाहते हैं) यांत्रिक प्रभावों के अधिक पूर्ण प्रतिनिधित्व की अनुमति देता है।

नियंत्रण टी2डी-सीकेडी P मान
यील्ड फोर्स (N) 19.7 ± 2.9 15.2 ± 2.6 0.0032**
परम बल (N) 22.8 ± 3 17.6 ± 3.4 0.0031**
उपज के लिए विस्थापन (माइक्रोन) 205 ± 17 190 ± 21 0.1039
पोस्टयील्ड विस्थापन (माइक्रोन) 246 ± 235 60 ± 51 0.0435*
कुल विस्थापन (माइक्रोन) 451 ± 230 249 ± 53 0.0278*
कठोरता (एन / मिमी) 110 ± 10 91 ± 13 0.0037**
वर्क टू यील्ड (mJ) 2.16 ± 0.45 1.54 ± 0.36 0.0055**
पोस्टयील्ड वर्क (एमजे) 4.24 ± 3.01 1.04 ± 0.9 0.0109*
कुल कार्य (एमजे) 6.4 ± 2.88 2.58 ± 0.97 0.0025**
यील्ड स्ट्रेस (एमपीए) 180 ± 20 157 ± 25 0.0504
परम तनाव (एमपीए) 209 ± 26 181 ± 27 0.0434*
उपज के लिए तनाव (mɛ) 16.8 ± 2 16.4 ± 1.5 0.5771
कुल तनाव (mɛ) 36.6 ± 17.2 21.5 ± 4.3 0.0277*
मापांक (GPa) 12.2 ± 1.1 10.9 ± 1.1 0.0171*
लचीलापन (एमपीए) 1.62 ± 0.33 1.38 ± 0.33 0.1377
कठोरता (एमपीए) 4.85 ± 2.29 2.26 ± 0.73 0.0076**

तालिका 1: यांत्रिक परीक्षण और सांख्यिकीय विश्लेषण के परिणाम। मानक विचलन ± माध्य के रूप में दिखाए गए मान। P मान दो-पूंछ वाले अयुग्मित t-परीक्षण के परिणामस्वरूप होते हैं। * पी < 0.05 और ** पी < 0.01। संक्षिप्त: T2D-CKD = टाइप 2 मधुमेह- और क्रोनिक किडनी रोग-प्रेरित जानवर।

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Discussion

स्कैनिंग और परीक्षण प्रक्रिया के दौरान, ऐसे क्षण होते हैं जब समस्या निवारण और अनुकूलन उपयुक्त होते हैं। इनमें से पहला तब होता है जब μCT का उपयोग करके हड्डियों को स्कैन किया जाता है। जबकि कई प्रणालियां एक धारक के साथ आती हैं जिसमें एक वस्तु को रखा और स्कैन किया जा सकता है, कस्टम धारकों को एक ही समय में कई हड्डियों को स्कैन करने के लिए गढ़ा जा सकता है। कई हड्डियों को स्कैन करना अनुकूलन के लिए एक उत्कृष्ट बिंदु हो सकता है, लेकिन यह सुनिश्चित करने के लिए स्कैनिंग और विश्लेषण प्रक्रिया के दौरान सावधानी बरतनी चाहिए कि कलाकृतियों को प्रेरित नहीं किया जा रहा है। चूंकि एक्स-रे प्रत्येक कोणीय वृद्धि पर हड्डी के ऊतकों की अलग-अलग मात्रा से गुजरते हैं (और क्षीण होते हैं), इससे परिणामी डेटा में अशुद्धि हो सकती है।

समस्या निवारण के लिए दूसरा बिंदु स्कैन के पुनर्निर्माण में होता है। उपयोग किए गए कार्यक्रम के आधार पर, उपयोगकर्ता पुनर्निर्माण के लिए घनत्व विंडो को परिभाषित कर सकता है, जिसकी गणना स्कैन के क्षीणन गुणांक मूल्यों से की जाती है। यह एक रैखिक गुणांक है जिसका उपयोग यह दर्शाने के लिए किया जाता है कि एक्स-रे बीम किसी वस्तु5 द्वारा कितना क्षीण होता है। कुछ प्रोग्राम इन घनत्वों को प्राप्त करते हैं और उन्हें हिस्टोग्राम में 0 से 255 तक के ग्रेस्केल मानों में परिवर्तित करते हैं। दो मूल्यों को एक हिस्टोग्राम में दिखाया जाएगा और इसके विपरीत सीमा10 के रूप में जाना जाता है, जिसे हड्डी बनाम गैर-हड्डी स्वर की मान्यता के लिए उचित रूप से सेट किया जाना चाहिए। कम मूल्य आम तौर पर शून्य के एक ग्रे स्केल मूल्य के लिए सेट किया जाएगा, जबकि उच्च विपरीत मूल्य ब्याज की सामग्री (हड्डी)10 की अधिकतम क्षीणन के 10-20% के लिए सेट किया जा करने की सिफारिश की है. विश्लेषण में त्रुटियां हो सकती हैं यदि यह मान उचित रूप से सेट नहीं किया गया है क्योंकि डेटा के कुछ हिस्सों को काटा जा सकता है। नतीजतन, इस मान को स्कैन किए गए नमूने के आधार पर समायोजित करने की आवश्यकता होती है। सबसे अच्छा अभ्यास एक लघुगणकीय पैमाने पर हिस्टोग्राम को देखने के लिए और सभी हड्डी डेटा10 शामिल कर रहे हैं सुनिश्चित करने के लिए लघुगणकीय पूंछ के अंत से थोड़ा बड़ा है कि एक संख्या के रूप में ऊपरी सीमा का चयन करने के लिए है.

यांत्रिक परीक्षण और विश्लेषण के दौरान समस्या निवारण के लिए अतिरिक्त बिंदु होते हैं। परीक्षण के बाद बल-विस्थापन घटता को परीक्षण और देखने के दौरान, लुढ़के हुए नमूनों को देखा जा सकता है और प्रतिनिधि परिणामों में चर्चा के अनुसार डेटासेट से हटा दिया जाना चाहिए। इसके अलावा, हड्डी के उन्मुखीकरण के बारे में सावधानी बरतनी चाहिए क्योंकि परीक्षण की जा रही हड्डी के आकार को नियंत्रित करने वाली धारणाएं हैं। तनाव और तनाव की गणना करने के लिए यूलर-बर्नौली झुकने वाले समीकरणों का उपयोग करते समय, यह माना जाता है कि नमूने की लंबाई3 के साथ एक समान क्रॉस सेक्शन है। यह देखते हुए कि अधिकांश हड्डियों में एक समान क्रॉस सेक्शन नहीं होता है, परीक्षण करने के लिए हड्डी के सबसे समान क्षेत्र का चयन करना सबसे अच्छा है (तीन-बिंदु झुकने के लिए पूरे समर्थन अवधि में या चार-बिंदु झुकने के लिए लोडिंग बिंदुओं के बीच)।

एक फीमर में, मिडशाफ्ट पर तीन-बिंदु झुकने में परीक्षण को प्राथमिकता दी जाती है। हड्डी की कोमल वक्रता के कारण, किसी को स्थानीय सतह बकलिंग को रोकने के लिए वक्रता की दिशा में परीक्षण करना चाहिए (यानी, तनाव में पूर्वकाल सतह के साथ फीमर का परीक्षण)। टिबिया में एक अधिक परिवर्तनशील क्रॉस-अनुभागीय आकार होता है, इसलिए परीक्षण करने के लिए आदर्श क्षेत्र टिबिया और फाइबुला के जंक्शन के समीपस्थ शुरू होता है। यदि हड्डी को तनाव में औसत दर्जे की सतह के साथ रखा जाता है, तो परीक्षण किया जा रहा हड्डी का क्षेत्र सपाट होता है और झुकने की दिशा में त्रिज्या और जड़ता के क्षण में कम से कम परिवर्तनशीलता होती है। इस धारणा के कारण झुकने वाले परीक्षणों के परिणामों की व्याख्या करते समय सावधानी भी बरती जानी चाहिए कि सामग्री आइसोट्रोपिक, समरूप और रैखिक रूप से लोचदार है - हड्डी3 का परीक्षण करते समय इनमें से प्रत्येक धारणा का कुछ हद तक उल्लंघन किया जाता है। इन मान्यताओं को फिट करने में हड्डी की अक्षमता झुकने वाले परीक्षणों के परिणामों की ओर ले जाती है जिन्हें सावधानी के साथ व्याख्या की जानी चाहिए। जिन गुणों की सबसे अधिक सावधानी से व्याख्या की जानी चाहिए, वे उपज बिंदु से पहले तनाव-तनाव वक्र से प्राप्त होते हैं क्योंकि परिभाषा के अनुसार, उपज को पार करना रैखिक लोचदार धारणा का उल्लंघन करता है। जबकि हड्डी के आकार में सामान्यीकरण किया जा सकता है, जानवरों के शरीर के वजन को सामान्य करने का प्रयास करने की अनुशंसा नहीं की जाती है जब तक कि समूहों में सकल अंतर न हों। इस मामले में, इन मतभेदों की भरपाई के लिए सहप्रसरण का विश्लेषण किया जा सकता है लेकिन ज्यादातर मामलों में शरीर के वजन के सामान्य सामान्यीकरण से बचा जाना चाहिए।

इस पूरी प्रक्रिया में होने वाली समस्या निवारण समस्याओं के बावजूद, झुकने वाले परीक्षणों से यांत्रिक गुण उत्पन्न होते हैं जो हड्डी के फ्रैक्चर की संवेदनशीलता का वर्णन कर सकते हैं। ये परीक्षण अपेक्षाकृत सरल और प्रदर्शन करने में त्वरित भी हैं। यद्यपि इन परीक्षणों से पूर्ण मान हमेशा पूरी तरह से मान्य नहीं हो सकते हैं, समूहों के बीच सापेक्ष अंतर का पता लगाने में सक्षम होना विभिन्न आकारों और आकारों के नमूनों के लिए काफी सटीक हो सकता है। प्राप्त यांत्रिक गुण अध्ययन में कार्यात्मक प्रासंगिकता प्रदान करते हैं जहां हड्डी में अंतर की उम्मीद की जा सकती है। हालांकि मोनोटोनिक विफलता परीक्षण सबसे आम और आसानी से सुलभ यांत्रिक परीक्षण हैं, थकान जीवन और फ्रैक्चर क्रूरता सहित अन्य तरीकों से ब्याज के अतिरिक्त यांत्रिक गुणों को प्रकट किया जा सकता है और इस पर विचार किया जा सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास घोषित करने के लिए हितों का कोई टकराव नहीं है।

Acknowledgments

इस प्रोटोकॉल को विकसित करने के लिए किए गए कार्य को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान [AR072609] द्वारा समर्थित किया गया है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CTAn Bruker NA CT Scan Analysis Software
DataViewer Bruker NA CT Scan Rotation Software
Matrix Laboratory (MATLAB) 2023a MathWorks NA Coding platform used for data analysis
NRecon Bruker NA CT Scan Reconstruction software
SKYSCAN 1272-100 kV w/ 16 MP CCD detector, incl 3D Suite Software   Micro Photonics Inc SKY-016814 Micro-CT system that can non-destructively visualize up to 209 mPs in every virtual slice through an object 

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References

  1. Vesper, E. O., Hammond, M. A., Allen, M. R., Wallace, J. M. Even with rehydration, preservation in ethanol influences the mechanical properties of bone and how bone responds to experimental manipulation. Bone. 97, 49-53 (2017).
  2. Jepsen, K. J., Silva, M. J., Vashishth, D., Guo, X. E., van der Meulen, M. C. Establishing biomechanical mechanisms in mouse models: practical guidelines for systematically evaluating phenotypic changes in the diaphyses of long bones. Journal of Bone and Mineral Research. 30 (6), 951-966 (2015).
  3. Basic and Applied Bone Biology. Eds Burr, D. B., Allen, M. R. , Elsevier/Academic Press, London. (2019).
  4. microCT SkyScan 1272 User Manual. , Konitch, Belgium. https://research.rutgers.edu/sites/default/files/2022-02/1272_UserManual_v1_2.pdf (2018).
  5. Kim, Y., Brodt, M. D., Tang, S. Y., Silva, M. J. MicroCT for scanning and analysis of mouse bones. Methods in Molecular Biology. 2230, 169-198 (2021).
  6. Bouxsein, M. L., et al. Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography. Journal of Bone and Mineral Research. 25 (7), 1468-1486 (2010).
  7. Micro-CT specimen scanner, Centre for high-throughput phenogenomics. , https://chtp.ubc.ca/equipment/x-ray-imaging/micro-ct-specimen-scanner (2023).
  8. ASTM International. Standard test method for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials by four-point bending. , https://www.astm.org/d6272-17e01.html (2020).
  9. ASTM International. Standard test methods for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials. , https://www.astm.org/d0790-17.html (2017).
  10. Bruker microCT NRecon: An overview. , Konitch, Belgium. https://www.yumpu.com/en/document/read/8764648/nrecon-user-manual-skyscan (2023).

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Reul, O. N., Anneken, A. M., Kohler, … More

Reul, O. N., Anneken, A. M., Kohler, R. K., Segvich, D. M., Wallace, J. M. Practical Considerations for the Design, Execution, and Interpretation of Studies Involving Whole-Bone Bending Tests of Rodent Bones. J. Vis. Exp. (199), e65616, doi:10.3791/65616 (2023).

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