使用尸体人前臂标本模拟跌倒所致腕部骨折

摘要

来源：
Anthony J. Yosick^1,2, Christine Massie¹, Emma Knapp², Hani A. Awad<sup>1,2,3

1</sup>罗切斯特大学生物医学工程系，美国
²罗切斯特大学医学中心骨科，肌肉骨骼研究中心，美国
³罗切斯特大学医学中心骨科，美国

本视频利用具有不同骨密度的人体尸体前臂演示与跌倒相关的腕部骨折。通过去除上部软组织、截断骨骼并将前臂置于旋前位，对样本进行标准化处理。使用力学测试仪通过手掌对嵌入的前臂施加载荷。骨折以力的突然下降为标志，并通过分析力-位移曲线来评估骨强度和抗骨折能力。

方案

免责声明：所有涉及样本采集的程序均按照本机构的IRB指南进行。

通过解剖礼物登记处（Anatomy Gifts Registry，美国马里兰州汉诺威）获得匿名的人体尸体标本。

1. 标本制备

1.1 标本解冻与解剖

1. 从解剖学遗体捐赠机构获取在肘部离断的新鲜冷冻前臂标本。在测试前将标本储存于 -80 °C 环境中。
2. 在开始解剖和测试前，于室温（RT）下将标本解冻 18–20 小时。将标本置于吸水垫上进行解冻。
3. 解冻后，移除标本上的所有包装材料和吸水垫。将标本放置于吸水垫上以进行解剖。所有接触过人类尸体标本的物品均应按照生物危害废弃物的规范妥善处理。
4. 使用直尺和标记笔，测量并标记从尺骨茎突近端起 3 英寸的位置。解剖并清除该标记位置近端的所有软组织。
5. 使用手术刀、手术剪和鼠齿镊，清除标记位置近端的所有软组织，以暴露桡骨和尺骨。所有从标本上移除的组织和骨组织应按照遗体捐赠机构的要求妥善保存，直至按规定处置。
6. 使用直尺和标记笔，在已暴露的桡骨和尺骨上测量并标记从尺骨茎突近端起 6 英寸的位置。解剖并移除该标记位置近端的桡骨和尺骨部分。
7. 将暴露的桡骨和尺骨近端放入台钳中并夹紧。使用摆动锯或手锯，在 6 英寸标记处切断暴露的骨骼。解剖完成后，确保标本外观与图 1所示一致。

1.2 标本安装与固定

1. 使用铝箔和实验室胶带密封一段 3 英寸 × 3 英寸 × 3 英寸的方形铝型材截段的底部。确保密封后的铝型材如图 2A所示。
2. 将前臂标本的手部紧贴腕部固定装置，并使用图中所示的触发夹具固定标本，如图 2B所示。腕部固定装置的角度固定为 15°，使手部和前臂呈 15° 角。
3. 调整桡骨和尺骨的位置，使其相互交叉，桡骨位于尺骨后方（尺骨位于掌侧），如图 2C所示。该位置模拟手部处于旋前状态。将标本居中放置，使桡骨和尺骨近端距离铝型材底部约 0.25 英寸。
   注意：可使用垫片来调整方形铝型材的位置，使桡骨和尺骨距离铝型材底部约 0.25 英寸。由于手部形态的个体差异，可能导致定位上的变化。
4. 按照制造商说明混合自固化丙烯酸树脂，并填充至距离铝型材顶部 0.25 英寸至 0.50 英寸处。对于所列的自固化丙烯酸树脂，使用 1 勺粉末（使用制造商提供的量勺）与 10 mL 液体组分的比例。每个标本通常共使用 12 勺粉末和 120 mL 液体。
5. 让自固化丙烯酸树脂按照制造商建议的时间固化。对于所列的自固化丙烯酸树脂，在进行生物力学测试前需固化 15 分钟。

2. 生物力学测试装置与骨折诱导

2.1 生物力学测试装置

1. 如图3A所示，将双向加载台放置于材料试验机平台上。使用4个M10螺钉将底座部分固定在材料试验机平台上，并用4个M8螺钉将上部结构固定在底座上。
2. 如图3B所示，在双向加载台的上部结构上，使用3个M8螺钉安装挤出固定夹具。使用6个M10螺钉将10 kN载荷传感器连接至作动器，并使用6个M8螺钉将一块3英寸×3英寸的加载压板连接至载荷传感器。
3. 将载荷与扭矩传感器插入材料试验机框架中，并开启设备电源。
4. 打开材料试验机软件，执行系统要求的载荷传感器校准，并设定系统限值。将作动器升至最高位置，以充分利用其运动行程范围。
5. 如图4A所示，将安装好的试件的方形挤出部分插入材料试验机平台上的挤出固定夹具中。拧紧两个M4定位螺钉以固定试件。
6. 移动双向加载台，使试件在左右方向上与作动器对中。前后方向上调整试件位置，使加载压板覆盖手掌的整个宽度。以远端掌纹褶皱作为对齐参考（如图4B所示），作为加载压板后边缘对准的通用解剖标志。
7. 降低材料试验机框架，使加载压板接近试件手掌表面但尚未接触。通过材料试验机软件监测所测载荷，确保试件未承受任何载荷。
8. 在继续进行骨折诱导前，检查测试装置设置。确认双向加载台上的所有螺钉以及挤出固定夹具上的定位螺钉均已拧紧。

2.2 腕部骨折诱导

1. 在骨折诱导测试中收集数据 采样率 100 Hz。在开始测试前，应先设置此数据采集速率。在执行测试前，需按照以下所列步骤制定测试方案。
   1. 使用一个 绝对斜坡函数 对试样进行预加载 加载速率 以 0.33 mm/s 的速度加载，直至达到 2 N 的力值。在 2 N 时，系统将 自动平衡 以显示压缩位移。
   2. 使用一个 绝对斜坡函数 对试样进行预加载 加载速率 以0.33 mm/s的速度加载至力值达到50 N，然后以相同速度移开试样 加载速率 以0.33 mm/s的速度加载，直至达到10 N的力值。随后，根据系统提示检查试样，并继续或取消测试。
   3. 确保标本腕关节处于伸展状态，且加载压头与标本接触。如果标本腕关节已开始屈曲，则终止测试，并从步骤 2.1.6 重新开始测试。 
      注意: 标本可能需要调整，以使加载压头进一步向手掌远端移动，确保腕关节保持在伸展状态。
   4. 点击继续 在弹出的提示窗口中点击“继续”。使用一个 绝对斜坡函数 测试试样直至破坏 加载速率 3.3 mm/s 坡道末端载荷值 5000 N。根据所用负荷传感器的量程调整此坡道末端载荷值。 
      注意： 测试结束标准 使用的终止条件为：当力的测量速率下降40%，或当力在超过600 N后从峰值下降40%时。测试程序结束后，驱动装置将返回起始位置。
2. 完成骨折诱导程序后，升起材料试验机机架并松开固定螺钉以取出试样。将试样及固化的自凝丙烯酸树脂从方形铝型材中取出。

结果

图1：解剖后的前臂标本。去除软组织并解剖桡骨和尺骨后前臂标本的代表性图像。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
一次性手术刀	Medline	CISCALP10
3 英寸 × 3 英寸方形铝型材	McMaster-Carr	6546K65	切割成 3 英寸长的段
7 英寸弯头手术剪	Premium Instruments	B01MAYSVBK
吸水垫	NA	NA	无推荐公司或目录编号
铝箔	NA	NA	无推荐公司或目录编号
双轴载物台	NA	NA	加工部件（见补充文件）
生物危害袋	NA	NA	无推荐公司或目录编号
Bosworth Fastray 常规散装套件 蓝色	Keystone Industries	921386
口罩	NA	NA	个人防护装备；无推荐公司或目录编号
Instron 10 kN 负荷传感器	Instron	2527-202
Instron E10000 力学测试系统	Instron	E10000	力学测试仪
实验服或医用刷手服	NA	NA	个人防护装备；无推荐公司或目录编号
实验室胶带	NA	NA	无推荐公司或目录编号
加载压头	NA	NA	90 mm × 90 mm × 25.4 mm 压头（补充材料）
混合杯	NA	NA	用于混合自凝丙烯酸树脂
丁腈手套	NA	NA	个人防护装备；无推荐公司或目录编号
摆动锯	Milwaukee	B00I3PNFVK
摆动锯刀片	EZARC	B07YDMX328
永久性记号笔	NA	NA	无推荐公司或目录编号
鼠齿镊	A2Z SCILAB	B07T616T72
直尺	NA	NA	无推荐公司或目录编号
护目镜	NA	NA	个人防护装备；无推荐公司或目录编号
台虎钳	Housolution Store	B088LYPS1T
扳机夹钳	DEWALT	DWHT831402PK