方法和股骨骨折测试在横盘整理的秋天在臀部位置检测的夹具
Summary
在这份手稿，我们提出一项议定书，在髋关节的配置使用标准伺服液压架上安装检测的夹具侧身摔倒骨折试验尸近端股骨。在测试过程中采集包括部队、 时刻和位移以及两个高速视频流的九个数字化的信号。
Abstract
机械测试的股骨带来有价值的见解，了解临床可以衡量的变量，例如骨矿物密度分布和几何形状对股骨力学性能的贡献。目前，尚没有用于这种措施强度和刚度的几何复杂骨头的机械试验标准协议。为了缩小这种差距我们制订了一项议定书，尸体股骨骨折并衡量其生物力学参数测试。此协议说明一套适应性强的夹具，以容纳不同的负载大小和方向为可能的骨方向在秋天会计髋关节配置，测试速度、 骨大小和左的腿右腿变化。股骨准备测试由清洗、 切割、 扫描和灌封的远端和股骨大转子接触表面在 poly(methyl methacrylate))，提出在不同的协议。准备好的标本被放置在测试夹具中模仿侧身落在臀部的位置和加载断裂。在测试期间，两个负载细胞测量垂直力适用于股骨头和股骨大转子、 六轴负载细胞测量的部队，并时刻在股骨远端和位移传感器测量差动位移之间股骨头和股骨转子区联系支持。高速摄像机被用来同步记录在测试过程中的断裂事件发生的顺序。这种数据减少允许我们进行归类的强度、 刚度，和断裂能的近 200 骨质疏松，骨质疏松，和正常的尸体股骨，为进一步发展基于工程的骨质疏松症的诊断工具的研究。
Introduction
股骨骨折风险评估的新方法及落在髋关节骨折预防发展需要对断裂过程中所涉及的生物力学过程的全面理解。尸体股骨近端强度测试已被证明是有效地确定股骨强度与股骨提供重要的见解，在此过程1，2结构承载能力影响因素之间的关系,3.实验测量股骨强度也可用于验证的基于定量计算层析成像的有限元分析 (QCT/FEA) 使断裂强度4，5，一个非侵入性的估计 6，7。
到目前为止，并无接受的标准程序来测试整个股骨标本骨折。要隔离临床可以衡量变量 （例如骨密度和几何） 和他们对股骨强度的影响，是实验测试必须以可控和可重复的方式进行。尸体股骨有不规则的形状和范围大小8中，可以索取使它无法使用内置固定装置的标准试验机测试不同年龄段的男性或女性尸体。在横盘落在髋关节事件，股骨大转子经历时股骨近端可能会遇到复杂的载荷，包括压缩、 张力、 弯矩和扭矩，压缩加载。测试这种加载场景添加实验设计的复杂性。因此，夹具，作为一个重要组成部分的测试协议，必须专门设计、 捏造，并安装以容纳股样本的不同形状和大小的不同的测试速度。此夹具也必须持有标本测试所需的方向来模拟放在臀部上坠落可能冲击载荷范围内。要满足各种各样的条件，需要有多个固定夹具和运动部件连接尽量发挥在系统中，获得平滑的荷载-位移响应的方式。
在测试过程中，可靠的数据采集也是关键的。实验设计必须纳入必要的负载细胞、 位移传感器、 信号放大器和改良剂对准确地测量力和力矩根本支持。此外，高速视频获得同步采集的部队与股骨的前部和后部意见是必要的有助于了解导致骨折，鉴定骨折类型，事件的顺序和精确定义股骨强度4，9。
虽然有宝贵的实验研究在文献中对整个股骨测试，已发布的协议要么缺乏细节上如何进行了测试，要么是非常不同的从一项研究的另一个，真正使他们重现10， 11。当前工作的目标是介绍机械测试可以作为努力的起点用于标准化测试的可重复性和可再现的骨组织的股骨样品的协议。为此，我们设计和制作测试夹具，用于测试约 200 尸体股骨。测试夹具包括底部夹具和十字头夹具。底部夹具 （图 1A-E） 举行股骨在测试过程中所需的方向，包括转子负荷细胞和连接到股骨干 6 信道负载细胞。它还可容纳三个独立的翻译，以便定位的骨骨折测试。旋转点添加到模仿膝关节。底部夹具的主要部分被组成的厚片的不锈钢和铝，使非常僵硬的夹具。负载细胞被附加到底部夹具在测试过程中测量股骨大转子上的压缩力。十字头夹具 (图 2A-2E) 包括两个铝基座和两个非常僵硬幻灯片球轴承 （连接在一起的铝板），在测试过程中占股骨头的运动，容纳为左、 右股骨。负载单元格包括在十字头夹具措施压缩力。附加到负载单元格铝杯用于将压缩荷载传递到股骨头。我们的方法用于男女各种尺寸与左、 右股骨、 颈干角，骨密度，和加载条件模仿侧身落在臀部。在我们的实验测试速度为 5、 100 和 700 毫米/秒，但他们可以设置为任何值的测试计算机上可用。设计工装夹具有两个主要组件，一个连接到测试机十字头和其他连接到测试框架。两个部分被即刻负载细胞足以测量力和力矩边界条件在所有支持。此外，两个高速摄像机被用来在测试过程中记录断裂事件。骨折后，一套 x 射线和计算层析成像 (CT) 扫描后实验性骨折分析得到了。结果从这些实验包括断裂强度和能源目前用于额外的诊断工具的研究，最终改善骨质疏松症患者近端断裂强度的评估。
Protocol
Representative Results
Discussion
我们提出了一项议定书，断裂测试尸体股骨近端在秋天的髋关节的配置，我们已经成功地测试了大约 200 个样本。议定书 》 包括几个内部设计的夹具为股骨强度在不同加载条件下的试验。夹具允许测试在不同的测试速度和骨方向的左边和右边股骨。后安装夹具和测量仪器，测试的玻璃纤维股骨骨折以确保所有的硬件和软件工具正确连接，同步，工作和正确地记录的信号和视频。只是之前实际尸体…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们想感谢的材料和结构测试核心设施和工程在梅奥诊所司的技术支持。此外，我们想感谢劳伦斯 J.殷勤，詹姆斯 · 布朗，布兰特纽曼，Jorn op den Buijs，博士学位，他们在研究期间的帮助。这项研究提供了由格兰杰基金会从固安捷创新基金资助。
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
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