विधि और एक बग़ल में गिरावट-पर-कूल्हे की स्थिति में ऊरु फ्रैक्चर परीक्षण के लिए साधन स्थिरता
Summary
इस पांडुलिपि में, हम एक मानक इमदादी हाइड्रोलिक फ्रेम पर घुड़सवार साधन फिक्स्चर का उपयोग हिप विन्यास पर एक बग़ल में गिरावट में परीक्षण cadaveric समीपस्थ femora फ्रैक्चर के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं । दो उच्च गति वीडियो धाराओं के साथ बलों, क्षणों, और विस्थापन शामिल के नौ डिजीटल संकेतों परीक्षण के दौरान हासिल कर रहे हैं ।
Abstract
femora के यांत्रिक परीक्षण ऊरु यांत्रिक गुणों पर अस्थि खनिज घनत्व वितरण और ज्यामिति के रूप में नैदानिक रूप से मापने चर के योगदान को समझने में मूल्यवान अंतर्दृष्टि लाता है । वर्तमान में, इस तरह के ज्यामितीय जटिल हड्डियों के यांत्रिक परीक्षण के लिए शक्ति को मापने के लिए कोई मानक प्रोटोकॉल है, और कठोरता । इस अंतर को हल करने के लिए हम एक प्रोटोकॉल cadaveric femora परीक्षण करने के लिए भंग करने के लिए और उनके यांत्रिक मापदंडों को मापने के लिए विकसित किया है । इस प्रोटोकॉल अनुकूलनीय फिक्स्चर का एक सेट का वर्णन करने के लिए विभिंन लोड परिमाण और दिशाओं कूल्हे विंयास, परीक्षण की गति, हड्डी का आकार, और बाएं पैर सही पैर रूपांतरों पर एक गिरावट में संभव हड्डी झुकाव के लिए लेखांकन समायोजित । femora सफाई द्वारा परीक्षण के लिए तैयार थे, काटने, स्कैनिंग, और बाहर का अंत पॉटी और अधिक से अधिक trochanter संपर्क पाली में सतहों (मिथाइल methacrylate) (पीएमएमए) के रूप में एक अलग प्रोटोकॉल में प्रस्तुत किया । तैयार नमूनों परीक्षण स्थिरता में कूल्हे पर एक बग़ल में गिरावट नकल उतार और फ्रैक्चर के लिए भरी हुई स्थिति में रखा गया था । परीक्षण के दौरान, दो लोड कोशिकाओं ऊर्ध्वाधर ऊरु सिर और अधिक से अधिक trochanter, एक छह अक्ष लोड सेल मापा बलों और बाहर ऊरु शाफ्ट में क्षणों को लागू बलों, और एक विस्थापन सेंसर मापा अंतर विस्थापन के बीच ऊरु प्रमुख र trochanter सम्पर्क तहको हो । उच्च गति वीडियो कैमरों को तुल्यकालिक परीक्षण के दौरान फ्रैक्चर घटनाओं के अनुक्रम रिकॉर्ड किया गया । इस डेटा की कमी हमें शक्ति, कठोरता, और लगभग २०० osteoporotic, osteopenic के लिए फ्रैक्चर ऊर्जा की विशेषता के लिए अनुमति दी, और इंजीनियरिंग के आगे विकास के लिए सामान्य cadaveric femora-ऑस्टियोपोरोसिस अनुसंधान के लिए नैदानिक उपकरणों आधारित.
Introduction
ऊरु फ्रैक्चर जोखिम मूल्यांकन और कूल्हे पर गिरने के लिए फ्रैक्चर की रोकथाम के लिए उपंयास तरीकों के विकास के लिए यांत्रिक फ्रैक्चर के दौरान शामिल प्रक्रियाओं की एक व्यापक समझ की आवश्यकता है । Cadaveric समीपस्थ फीमर शक्ति परीक्षण ऊरु शक्ति और फीमर की संरचनात्मक क्षमता को प्रभावित करने वाले कारकों के बीच संबंध का निर्धारण करने में कारगर साबित हुआ है इस प्रक्रिया में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान1,2 , 3. प्रयोग मापा ऊरु शक्ति भी मात्रात्मक गणना टोमोग्राफी के सत्यापन के लिए प्रयोग किया जाता है आधारित परिमित तत्व विश्लेषण (QCT/FEA) जो फ्रैक्चर शक्ति के एक गैर इनवेसिव अनुमान4,5सक्षम बनाता है, 6,7.
तारीख करने के लिए, वहाँ कोई स्वीकार किए जाते हैं मानक प्रक्रिया फ्रैक्चर करने के लिए पूरे ऊरु नमूनों का परीक्षण करने के लिए है । नैदानिक माप चर को अलग करने के लिए (जैसे अस्थि खनिज घनत्व और ज्यामिति के रूप में) और ऊरु ताकत पर उनके प्रभाव, यह प्रयोगात्मक परीक्षण एक नियंत्रित और दोहराने तरीके से किया जा करने के लिए आवश्यक है । Cadaveric femora अनियमित आकार और आकार8 में सीमा है और या तो पुरुष या विभिंन युगों की महिला cadavers से प्राप्त किया जा सकता है, यह असंभव का उपयोग कर परीक्षण करने के लिए बनाया मानक परीक्षण मशीनों के फिक्स्चर में । समीपस्थ फीमर संपीड़न, तनाव, झुकने पल, और मरोड़ सहित जटिल लदान का अनुभव हो सकता है, जबकि हिप घटना पर एक बग़ल में गिरावट में, अधिक से अधिक trochanter compression लोड हो जाता है । इस तरह के लदान परिदृश्यों परीक्षण प्रयोगात्मक डिजाइन करने के लिए जटिलता कहते हैं । इसलिए, एक स्थिरता, परीक्षण प्रोटोकॉल के एक महत्वपूर्ण घटक के रूप में, विशेष रूप से डिजाइन किया जाना चाहिए, गढ़े, और अलग आकृति और आकार के ऊरु नमूनों को समायोजित करने के लिए स्थापित है, और अलग परीक्षण गति. यह दृढ़ता भी वांछित झुकाव की एक श्रेणी में परीक्षण के लिए नमूनों को पकड़ना चाहिए कूल्हे पर गिरने से संभव प्रभाव भार अनुकरण । शर्तों के इस तरह के एक किस्म को पूरा करने के लिए, स्थिरता के लिए कई स्थिर और चलती एक तरह से प्रणाली में खेलने के लिए और एक चिकनी लोड-विस्थापन प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए जुड़े घटकों की जरूरत है ।
विश्वसनीय डेटा अधिग्रहण भी परीक्षण के दौरान महत्वपूर्ण है । प्रयोगात्मक डिजाइन आवश्यक लोड कोशिकाओं को शामिल करना चाहिए, विस्थापन ट्रांसड्यूसर, संकेत एम्पलीफायरों और कंडीशनर सही ढंग से सभी का समर्थन करता है पर बलों और क्षणों को मापने के लिए. इसके अतिरिक्त, दोनों के पूर्वकाल और पीछे विचारों की उच्च गति वीडियो बलों के अधिग्रहण के साथ तुल्यकालिक प्राप्त करने में मदद करने के लिए प्रमुख घटनाओं के अनुक्रम को समझने के लिए आवश्यक हैं, भंग प्रकार की विशेषताएं, और ठीक परिभाषित ऊरु शक्ति4,9।
हालांकि पूरे फीमर परीक्षण पर साहित्य में मूल्यवान प्रयोगात्मक अध्ययन कर रहे हैं, प्रकाशित प्रोटोकॉल या तो कैसे परीक्षण किया गया था या एक अध्ययन से बहुत अलग करने के लिए वास्तव में उंहें प्रतिलिपि10कर रहे है पर या तो कमी विवरण, 11. वर्तमान काम के लक्ष्य को ऊरु नमूनों के यांत्रिक परीक्षण है कि एक के लिए प्रारंभिक बिंदु के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता हड्डी ऊतक परीक्षण जो दोहराया जा सकता है और प्रतिलिपि के लिए मानकीकरण प्रयास के लिए एक प्रोटोकॉल शुरू किया गया था । यह अंत करने के लिए, हम डिजाइन और एक परीक्षण स्थिरता जो के बारे में २०० cadaveric femora परीक्षण किया गया था गढ़े । परीक्षण स्थिरता एक नीचे स्थिरता और एक crosshead स्थिरता शामिल थे । नीचे स्थिरता (चित्र 1a-ई) परीक्षण के दौरान एक वांछित उंमुखीकरण पर फीमर रखती है और एक trochanter लोड सेल और एक 6 चैनल लोड ऊरु शाफ्ट से जुड़ा सेल भी शामिल है । यह भी फ्रैक्चर परीक्षण के लिए हड्डी की स्थिति के लिए अनुमति देने के लिए तीन स्वतंत्र अनुवाद को समायोजित करता है । एक रोटेशन बिंदु संयुक्त घुटने की नकल करने के लिए जोड़ा जाता है । नीचे स्थिरता के प्रमुख भागों स्टेनलेस स्टील और एल्यूमीनियम के मोटे टुकड़े से बना एक बहुत कड़ा स्थिरता बना रहे थे । एक लोड सेल नीचे स्थिरता के लिए अधिक से अधिक trochanter पर संपीड़न बलों के परीक्षण के दौरान उपाय करने के लिए संलग्न है । crosshead स्थिरता (चित्रा 2a-2E) दो एल्यूमीनियम आधार प्लेटें और दो बहुत कड़ी स्लाइड गेंद बीयरिंग शामिल (एक एल्यूमीनियम थाली द्वारा एक साथ संलग्न), परीक्षण के दौरान ऊरु सिर के आंदोलन के लिए खाते में और भी समायोजित करने के लिए दाएं और बाएं femora के लिए । एक लोड सेल crosshead स्थिरता उपायों compressing बलों में शामिल थे । लोड सेल से जुड़ी एक एल्यूमीनियम कप ऊरु सिर पर compression loads लागू करने के लिए प्रयोग किया जाता है । हमारी विधि दोनों लिंगों के बाएं और दाएं femora विभिंन आकारों, गर्दन शाफ्ट कोण, अस्थि खनिज घनत्व, और लदान की स्थिति के लिए इस्तेमाल किया गया था कूल्हे पर एक बग़ल में गिरावट नकल उतारना । हमारे प्रयोगों में परीक्षण गति 5, १००, और ७०० mm/s पर सेट किया गया है, लेकिन वे परीक्षण मशीन पर उपलब्ध किसी भी मूल्य के लिए सेट कर सकते हैं । डिजाइन स्थिरता दो मुख्य घटक था, एक परीक्षण मशीन के crosshead से जुड़ा है और अंय परीक्षण फ्रेम से जुड़े । दोनों भागों लोड सभी समर्थन करता है पर बल और पल सीमा की स्थिति को मापने के लिए पर्याप्त कोशिकाओं के साथ लिखती थीं । साथ ही, दो उच्च-गति वीडियो कैमरा परीक्षण के दौरान फ्रैक्चर घटनाओं को रिकॉर्ड करने के लिए उपयोग किया गया था । फ्रैक्चर के बाद, एक्स-रे और गणना टोमोग्राफी का एक सेट (सीटी) स्कैन पोस्ट प्रयोगात्मक फ्रैक्चर विश्लेषण के लिए प्राप्त किया गया था । फ्रैक्चर शक्ति और ऊर्जा सहित इन प्रयोगों से प्राप्त परिणाम वर्तमान में नैदानिक उपकरणों में अतिरिक्त अनुसंधान के लिए अंततः osteoporotic रोगियों में समीपस्थ फ्रैक्चर शक्ति के आकलन में सुधार करने के लिए उपयोग किया जाता है ।
Protocol
1. बड़ी स्थिरता लगाव मशीन से मानक फिक्स्चर निकालें । चाल crosshead के अलावा घर में स्थिरता को समायोजित करने के लिए । जगह एल्यूमीनियम ब्लॉक (भाग सं 1 में चित्रा 1a ) मशीन पर और सुर…
Representative Results
Discussion
हम हिप विंयास जिसके साथ हम सफलतापूर्वक के बारे में २०० नमूनों का परीक्षण किया है पर एक गिरावट में परीक्षण समीपस्थ cadaveric femora फ्रैक्चर के लिए एक प्रोटोकॉल का प्रस्ताव रखा । प्रोटोकॉल विभिंन लोडिंग शर्तों क…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम तकनीकी सहायता के लिए मेयो क्लिनिक में सामग्री और संरचनात्मक परीक्षण कोर सुविधा और इंजीनियरिंग के विभाजन का शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । इसके अलावा हम लॉरेंस जे Berglund, जेंस Bronk, Brant ंयूमैन, Jorn सेशन मांद Buijs, पीएच. डी., अध्ययन के दौरान उनकी मदद के लिए शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । यह अध्ययन Grainger फाउंडेशन से Grainger इनोवेशन फंड द्वारा वित्तीय रूप से समर्थित था ।
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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