Name: Proximale Cadaveric Femur Vorbereitung für die Bruchfestigkeit Prüfung und quantitative CT-basierte Finite-Elemente-Analyse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
Description: Lernen Sie die präparative Konservierung humaner kadaverischer Femora für CT-Scans und Bruchfestigkeitstests in Seitwärtsfall-Konfiguration. Diese reproduzierbare Methode unterstützt die Osteoporoseforschung durch präzise Knochenbiomechanik-Analysen.

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Wir möchten die Materialien und Strukturuntersuchungen Core Facility an der Mayo Klinik für technische Unterstützung danken. Darüber hinaus möchten wir Lawrence J. Berglund, Brant Newman, Jorn op den Buijs, Ph.D., für ihre Hilfe während der Studie zu danken. Diese Studie wurde finanziell von der Grainger Innovationsfonds von der Grainger Foundation unterstützt.

HINWEIS: Alle in diesem Protokoll vorgestellt Studien des Institutional Review Board (IRB) an der Mayo Klinik genehmigt. Die Knochen wurden über einen Zeitraum von 6 Jahren von verschiedenen Organisationen erhalten. Alle Proben wurden innerhalb von 72 Stunden nach dem Tod gesammelt, in Kochsalzlösung gesättigt Tücher eingewickelt und bei -20 ° C bis zur Herstellung gespeichert. 1. Messung der Knochenmineraldichte DXA Verwendung <ol><li> Entfernen Proben bei -20 ° C Gefrierschrank aufbewahrt für etwa 24 h bei Raumtemperatur auftauen; Proben müssen nicht aus Originalverpackung entfernt werden, wenn die meisten Weichgewebe entfernt wurde. </li><li> Verwenden Sie zwei 5 lb Säcke Reis für Weichgewebe zu berücksichtigen. Decken Sie die zwei Säcke Reis auf der DXA-Tabelle mit Plastiktüten Kontamination zu verhindern. Die Reis Taschen werden umgebenden Weichgewebe (in vivo) während der Abtastung zu simulieren , wie in Abbildung 1 dargestellt. </li><li> Schützen Sie die Oberfläche des DXA-Scanner mit Kunststoff ausgekleidet Papier und Platz 2 Plastik verpackt rice - Taschen auf dem Scannertisch (Abbildung 1A). </li><li> Lay 2 femora (rechts und links) oben auf Reis Taschen , so dass das proximale Ende (einschließlich des Hüftkopfes) zentriert auf Taschen und die hintere Seite nach unten (Abbildung 1B). Dies ahmt einen Patienten auf dem Rücken liegend. </li><li> Abdeckung Anterior / exponierten proximalen Femur Ende mit zwei zusätzlichen 5 lb Beutel Reis (Abbildung 1C). </li><li> Die Maschine über Kopf proximalen Femur und scannen Sie das Femur nach dem Standard institutionellen Verfahren für die Patienten BMD - Messung (Abbildung 1C). Folgen Sie den spezifischen DXA Anweisungen des Herstellers. <ol><li> Von der DXA-Maschine Software-Schnittstelle einen normalen Femur-Scan durchführen. Wählen Sie die Oberschenkel Prüfung, positionieren Sie den DXA Arm auf der Oberseite des cadaveric Femur durch Drücken auf den linken oder rechten Pfeil entsprechend auf der DXA Arm, und starten Sie die Prüfung durch einen Klick auf die Schaltfläche &quot;Start&quot;. Führen Sie die BMD-Analyse durch einen Klick auf &quot;Analysieren&quot;. NICHTE: Das resultierende automatische T-Score von der Untersuchung klassifiziert den Knochen als normal, Osteopenie oder osteoporotischen (Abbildung 1D). Folgen Sie den spezifischen DXA Anweisungen des Herstellers. </li></ol></li></ol> 2. Reinigen, Schneiden und Bohren das distale Ende des Knochens <ol><li> Reinigen Sie die proximalsten 300 mm des Oberschenkels durch sorgfältig alle verbleibenden Weichgewebe aus dem Knochen entfernt werden. den Knochen während des Einbettungsprozesses zu kontaktieren in der Vorbereitung für die mechanische Prüfung Dieser Schritt ist erforderlich, PMMA zu ermöglichen. Die Knochen müssen nicht auf Raumtemperatur für dieses Verfahren aufgetaut werden. </li><li> Desinfizieren Sie den Arbeitsbereich mit 70% Isopropylalkohol und decken den Tisch mit einem saugfähigen Papierauflagen mit Kunststoff - Folie auf einer Seite (2A). Stellen Sie den ganzen Oberschenkel auf dem Tisch (2B) für den gesamten Prozess , beginnend mit der Reinigung zu schneiden (2A bis 2H). Tragen Sie persönliche Schutzausrüstung (PSA) einschließlich Handschuhenund Augenschutz. </li><li> Abkratzen überschüssige Periost und wegschneiden überschüssige Gewebe mit einem Schaber und Skalpell (2C, 2H). </li><li> Platzieren Sie den Knochen in der maßgeschneiderten Schneideinrichtung wie in 2D mit dem Kopf des Oberschenkelknochens gegen die Acrylplatte der Halterung gezeigt. </li><li> Richten und die Diaphyse gegen die beiden Stifte an der Schneidvorrichtung (2D) zu halten. </li><li> Sichern Sie den Knochen an der Befestigung durch Anziehen der Schlitzplatte auf der Diaphyse nach unten; wenn Knochen auf dem Halter nicht flach liegen, hängen distale Tabelle oben ab und optional auch zip den Oberschenkelhals binden als notwendig , um die Probe an Ort und Stelle (2D) zu halten. </li><li> Schneiden Sie den distalen Schaft des Oberschenkels mit dem Gussschneider (Abbildung 2E) durch Schlitzplatte als Führung; halten Knochen mit einem trockenen Tuch / Tuch für besseren Halt. </li><li> Entfernen Sie die Knochen aus der Halterung; normale Knochenlänge nach dem Schnitt ist 255 mm (Abbildung2F). </li><li> Reinigen Sie die Markhöhle des Mark mit einem scharfen Löffel ca. 25 mm tief. Dann fügen Sie eine Gazeschwamm die innere Oberfläche zu helfen, trocknen. Entfernen Sie die Gaze kurz vor dem distalen Ende des Femur in der Form angeordnet wird. Fassen Sie den Knochen mit einem trockenen Tuch / Lappen und bohren Sie ein 10 mm Loch durch das distale Ende bei etwa 25 mm von der proximalen abgeschnittene Ende der Probe. Hinweis: Dies ist das PMMA zu erlauben, den Kanal zu durchdringen und den Knochen fest zu sichern. </li></ol> 3. Vergießen des Knochen <ol><li> Entwerfen und fabrizieren Vergießen Behälter. Die Einbettungs Behälter sind aus 5 mm dicken Acrylplatten und haben die folgenden äußeren Abmessungen: 50 mm x 50 mm mit quadratischem Querschnitt und 100 mm hoch (3A). </li><li> Label - Verguss Behälter mit geeigneten Knochenidentifikation (3A und 3B - siehe Etikett auf Acryl - Box). </li><li> Stellen Sie die Einbettung Halterung auf die richtige Ausrichtung (linkes Beinoder rechtes Bein; zB 15 ° oder 30 ° Innenrotation). </li><li> Legen Sie Vergießen Behälter in der Basis der Einbettung Befestigung, Platz Knochen in dem Vergießen Behälter (3B) und richten Hals mit Zeiger in der Halterung (3C) , um den inneren Drehwinkel des Knochens auf den gewünschten Wert einzustellen. </li><li> Messen Sie 60 g PMMA-Pulver und mischen sich mit 30 g flüssigem Harz unter Abzug vornehmen, bis das Pulver aufgelöst hat. Die Mischung sollte gießbar sein. Verwenden Sie eine Einweg-Pappbecher für diesen Prozess. </li><li> Die Mischung in Vergießen Behälter mit Knochen unter einer Abzugshaube (3D), lassen für etwa 10 bis heilen - 15 min bis PMMA klar und hart ist. Dies sollte nur füllen ~ 1/2 des Einbettungsbehälter mit PMMA. Wickeln Sie vorsichtig den Knochen in gesättigter Salzlösung Handtücher Gewebe Trockenheit aufgrund der Wärmeerzeugung während PMMA - Polymerisation (3E) zu verhindern. </li><li> Überprüfen Sie regelmäßig den Oberschenkelknochen zu gewährleisten, ist es in der ausgerichtet bleibtBehälter während des Aushärtens. </li><li> Entfernen Sie Femur von Potting Vorrichtungs- und wickeln mit einer Kochsalzlösung getränkten Papiertuch (Abbildung 3E). </li><li> Bereiten Sie 90 g PMMA unter einer Abzugshaube, wie in Schritt 3.5 und füllen Sie den Verguss Behälter vollständig erklärt. Heilt PMMA für etwa 10 bis 15 Minuten, bis es hart wird. </li><li> Nach dem Harz ausgehärtet ist, fest einwickeln / rewrap Knochen in Kochsalzlösung getränkten Papiertüchern, Abdeckung mit Plastiktasche und Lagern Sie die Proben bei -20 ° C in Tiefkühltruhe. </li></ol> 4. Abbilden der Knochen mit Röntgen (VORSICHT! Betreiben Sie mit der richtigen Pflege für Röntgenstrahlung bei der Verwendung der Maschine) <ol><li> Wenn Filme für Röntgenstrahlen verwenden, schalten Röntgen Entwickler auf mindestens 20 min (pro Anweisungen des Herstellers) vor dem Abtasten durch Drehen nach rechts (in der Entwicklerraum). </li><li> Stellen Sie sicher, es ist nicht belichteten Film in der Kassette vor Röntgens; Kassette sollte nur in einem dunklen Raum geöffnet werden. </li><li> Schalten Sie Maschine aufentriegeln und den Maschinenkopf verlängern. </li><li> Platzieren der einen Wagen unter dem Pfad des Strahls und legen eine Kassette auf dem Wagen unter dem Balken (4A). </li><li> Platz und die Position des Oberschenkels auf der Kassette (4B); zwei Orientierungen werden erfasst: medial-Seitenansicht und anterior-posteriore Ansicht. Beschriften Sie die Probenbilder entsprechend. </li><li> Nach der ersten Exposition, tauschen Sie die Führung und Knochen Standorten. </li><li> Decken Sie die bereits ausgesetzt Hälfte mit Blei und setzen den Knochen in der zweiten Orientierung auf der nicht betroffenen Seite. Dies ermöglicht dem Benutzer einen Röntgenfilm für einen einzelnen Knochen in zwei Orientierungen (4C-D) zu verwenden. </li><li> Ändern Sie die Kassette und drehen jeden Oberschenkel in die zweite Ausrichtung. </li><li> Im Fall eines einzelnen Femur Abdeckungshälfte der Kassette mit einem Bleiabdeckung ersten Exposition des gesamten Films mit Röntgenstrahlen zu vermeiden. </li><li> Bewegen Sie hinter dem verbleiten tragbare Wand für den persönlichen Schutz und verwenden Sie den Auslöser zu belichtendie Knochen. </li><li> Nach Abschluss der Rückkehr Röntgenkopf und Speicherposition zu verriegeln, drehen Sie Schlüssel auf OFF auf X-ray-Maschine und ausgesetzt Röntgenfilm zu entfernen. </li><li> Entwickeln Sie den Film Röntgenbilder (4E) mit einem normalen Filmentwickler zu erhalten. Schalten Sie das weiße Licht in den Raum und suchen Sie den Filmentwickler. Schalten Sie das rote Licht und drehen Sie das weiße Licht vor dem Öffnen der Kassette und fahren Sie mit dem Filmentwicklungsprozess ab. Öffnen Sie die Kassette und legen den Film durch den Entwickler. Schalten Sie das weiße Licht und drehen Sie das rote Licht, sobald der Film aus entwickelt. </li></ol> 5. CT Scanning of Bones <ol><li> Entfernen Sie die Knochen aus dem Gefrierschrank etwa 24 h vor dem Scannen. Knochen müssen vor werden, um das Scannen vollständig aufgetaut. </li><li> Stellen Sie sicher, die Knochen sind in Plastiktüten für das Scannen zu verpackenden clean-up am Ende zu minimieren. </li><li> Und sichern den Femur und den Kalibrierkörper in der CT - Abtastung Befestigung (5A-B). die fixture hält den Kalibrierkörper (5C) und hält auch den Femur in einer Orientierung (5D-E) identisch ist mit der Ausrichtung für die nachfolgende mechanische Prüfung gewünscht. Diese Quer Registrierung ist erforderlich , um die Daten von CT - Scans (5F) in der QCT / FEA Modellierung zu verwenden (in einem anderen Protokoll beschrieben). HINWEIS: Die Vorrichtung ist so ausgelegt, dass es den Femur für CT-Scanning aussetzt, ohne den proximalen Femur zu behindern (femoral Kopf, Hals, Trochanter major und der proximalen Welle). </li><li> Achten Sie darauf , das Gerät zusammen mit dem Oberschenkelknochen in dem CT - Scanner richtig die System Laser als Führer (Abbildung 5D-E) ausgerichtet ist. Überprüfen Sie erneut die Ausrichtung der Halterung mit der CT langen Achse Laser (durch Laserdruck / Aus-Taste). Das Phantom braucht nicht mit dem Laser ausgerichtet werden, wie es in der Halterung befestigt ist. Null, um die Tabellenposition über das Bedienfeld der Maschine durch Drücken der Null button (→ 0 ←) auf dem Bedienfeld. </li><li> Im Anschluss an CT Standardverfahren arbeiten die CT-Gerät bei 120 kVp, 216 mAs, 1 s Rotationszeit und Abstand von 1 unter Verwendung von ultrahochauflösenden Modus (Zuhr). Daraus ergibt sich eine Schichtdicke von 0,4 mm und eine Pixelgröße von 0,30 bis 0,45 mm auf die Größe des Sichtfeldes abhängig (FOV). </li><li> Überprüfen Sie die CT-Scan-Daten vor der mechanischen Tests, um sicherzustellen, dass die Bilder von Interesse erfasst und gespeichert. Wieder einfrieren den Knochen bei -20 ° C bis zum Tag des Experiments. </li></ol>

<ol><li>Cristofolini, L., Schileo, E., Juszczyk, M., Taddei, F., Martelli, S., Viceconti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+testing+of+bones%3A+the+positive+synergy+of+finite-element+models+and+in+vitro+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Philos+Trans+A+Math+Phys+Eng+Sci%22%5BJournal%5D)">Mechanical testing of bones: the positive synergy of finite-element models and in vitro experiments.</a> Philos Trans A Math Phys Eng Sci. 368, 2725-2763 (2010).</li>
<li>Cartner, J. L., Hartsell, Z. M., Ricci, W. M., Tornetta, P. III <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+we+trust+ex+vivo+mechanical+testing+of+fresh-frozen+cadaveric+specimens%3F+The+effect+of+postfreezing+delays%5BTitle%5D)+AND+%22J+Orthop+Trauma%22%5BJournal%5D)">Can we trust ex vivo mechanical testing of fresh-frozen cadaveric specimens? The effect of postfreezing delays.</a> J Orthop Trauma. 25 (8), 459-461 (2011).</li>
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<li>Cristofolini, L., McNamara, B., Freddi, A., Viceconti, M. <a target="_blank" href="http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1243/0309324971513337">In vitro measured strains in the loaded femur: quantification of experimental error.</a> J Strain Anal Eng Des. 32, 193-200 (1997).</li>
<li>Dragomir-Daescu, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+QCT%2FFEA+models+of+proximal+femur+stiffness+and+fracture+load+during+a+sideways+fall+on+the+hip%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Robust QCT/FEA models of proximal femur stiffness and fracture load during a sideways fall on the hip.</a> Ann Biomed Eng. 39, 742-755 (2011).</li>
</ol>

Die Autoren haben keine entsprechenden Angaben.

Wir stellten eine robuste Knochenpräparation Protokoll für die mechanische Prüfung und QCT / FEA Modellierung von Oberschenkel Stärke in einer Seitwärts Sturz auf die Hüfte Konfiguration gewährleistet. Diese Methode wurde unser Standard-Haus Protokoll. Im Laufe von 6 Jahren mit variierenden Personal, etwa 200 Femora wurden nach diesem Protokoll erfolgreich hergestellt. Die Ergebnisse des Protokolls beinhaltet die Klassifizierung Bedingungen Knochen DXA mit metastatischen Erkrankungen auszuschließen, frühere Knochenbrüch...

Die Bestimmung der wahren Festigkeit des proximalen Femurbruchs von Leichen durch mechanische Prüfung ist eine destruktive Methode, die einen rigorosen Testansatz für genaue Messungen erfordert. Insbesondere sind geeignete Knochenpräparationsmethoden erforderlich, um eine nahezu in-vivo-Integrität der Knochen vor der mechanischen Frakturprüfung zu erhalten1. Dies wird durch die richtige Lagerung der Knochen und die Minimierung der Handhabung bei Raumtemperatur erreicht. Diese Testdaten werden ausgiebig verwendet, um QCT/FEA-Modelle von Femurfrakturen zu validieren, die das Potenzial haben, klinisch zum Verständnis des Frakturrisikos eingesetzt zu werden, insbesondere bei osteoporotischen Patienten. Leider gibt es derzeit kein Standardverfahren, um proximale Femurproben für die mechanische Untersuchung vorzubereiten. Ein gutes Prüfverfahren sollte die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit des Präparationsprozesses gewährleisten. Daher müssen die für die Probenvorbereitung erforderlichen Vorrichtungen sorgfältig entworfen und hergestellt werden, um die Wahrscheinlichkeit verschiedener Testfehler zu minimieren. Wir müssen auch die Vorbereitungszeit minimieren, in der das Knochengewebe Raumtemperatur hat und somit Gefahr läuft, sich mit irreversiblen Veränderungen der mechanischen Eigenschaften zu zersetzen. 
Zu diesem Zweck haben wir ein Verfahren entwickelt, das Knochengewebe über mehrere Präparationsschritte hinweg konserviert. Dies ist wichtig, um eine minimale Expositionszeit bei Raumtemperatur zu gewährleisten und gleichzeitig die Anzahl der Gefrier-/Auftauzyklen zu minimieren, die die physikalischen Eigenschaften des Gewebes beeinträchtigen können2. Das gesamte Verfahren ist langwierig und nicht trivial, da sich die Schritte über mehrere Wochen ereigneten und eine Planung für die Scanvorgänge und die Verfügbarkeit von Personal erforderten. Zu den Schritten gehörten das Auftauen von Knochenproben, das Screening der Proben mittels DXA-Scanning, um Werte für die Knochenmineraldichte (BMD) zu erhalten, Röntgenaufnahmen, um kranke Proben auszuschließen, und schließlich CT-Scans, um die Verteilung der Knochenmineral- und Femurgeometrie abzuschätzen. Alle Proben wurden für die Prüfung vorbereitet, indem überflüssiges Weichgewebe von der Knochenoberfläche entfernt, der Femur auf eine für die Prüfung erforderliche Länge geschnitten und der Femur in einer gewünschten Ausrichtung vergossen wurde, um einen seitlichen Sturz auf die Hüfte während der nachfolgenden Tests zu simulieren. Es ist wichtig, den Zeitraum für all diese Vorgänge so kurz wie möglich zu halten. Ein robustes Protokoll ist daher für eine konsistente Probenvorbereitung, die Gewebekonservierung zwischen den Schritten und die Reduzierung der Gesamtvorbereitungszeit erforderlich. 
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Verfahren zur Vorbereitung von Femurproben für nachfolgende mechanische Tests unter verschiedenen Bedingungen detailliert darzustellen. Die Erhaltung des Knochengewebes ist in diesem Prozess von entscheidender Bedeutung, und wir haben dies erreicht, indem wir die Proben zwischen den Schritten eingefroren und sie immer sorgfältig in mit Kochsalzlösung getränkte Handtücher eingewickelt haben, außer beim Scannen und mechanischen Testen der Knochen. Femora wurden während der Schritte der PMMA-Härtung auch in salzhaltige Feuchttücher gewickelt, um ein Austrocknen des Knochengewebes zu verhindern.

<table><tbody><tr><td>CT-Vergussbehälter und Scanvorrichtung</td><td>Intern gefertigt</td><td>N/A</td><td>Kundenspezifisch entwickelter und gefertigter</td></tr><tr><td>CT-Scanner</td><td>Siemens</td><td>Somatom Definition Scanner (Siemens, Malvern, PA)</td><td>CT-Scan-Ausrüstung</td></tr><tr><td>Quantitative CT Phantom</td><td>Midways Inc, San Francisco, CA</td><td>Model 3 CT-Kalibrierung Phantom Wird</td><td>zum Abrufen von BMD-Werten von Hounsfield-Einheiten im CT-Bild verwendet</td></tr><tr><td>Dual Energy Röntgen-Absorptiometrie-Scanner</td><td>General Electric</td><td>N/A</td><td>GE Lunar iDXA-Scanner für die Knochengesundheit oder ähnliche BMD-Scanner</td></tr><tr><td>Hygienisches Orhodontisches Harz (PMMA)</td><td>Patterson Dental Supply</td><td>H02252</td><td>Kontrollierte Substanz und kann mit entsprechender Zulassung erworben werden</td></tr><tr><td>Gefrierschrank</td><td>Kenmore</td><td>N/A</td><td>Dies ist ein -20 &deg; C Lagerung für</td></tr><tr><td>Knochen Röntgenscanner</td><td>General Electric</td><td>&nbsp; 46-270615P1</td><td>Röntgen-Bildgebungsgeräte.&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>Röntgenfilme</td><td>Kodak</td><td>N/A</td><td>Zur Anzeige von Röntgenbildern</td></tr><tr><td>Röntgenentwickler</td><td>Kodak X-Omatic</td><td>M35A X-OMAT&nbsp;</td><td>Wird für die Entwicklung von Röntgenbildern verwendet</td></tr><tr><td>Röntgenkassette</td><td>Kodak X-Omatic</td><td>N/A</td><td>Wird zum Halten von Röntgenfilmen</td></tr><tr><td>verwendet 5-Pfund-Reissäcke</td><td>Tolles Preis-Leistungs-Verhältnis</td><td>N/A&nbsp;</td><td>Wird zur Nachahmung von Weichgewebe während des DXA-Scanvorgangs verwendet</td></tr><tr><td>Physiologische Kochsalzlösung (0,9 % Natriumchlorid)</td><td>Baxter</td><td>NDC 0338-0048-04</td><td>Wird verwendet, um Proben mit Feuchtigkeit zu versorgen</td></tr><tr><td>Skalpelle und Schaber</td><td>Bard-Parker</td><td>N/A</td><td>Wird verwendet, um den Knochen von weichem Gewebe zu reinigen</td></tr><tr><td>Gussschneider</td><td>Stryker</td><td>810-BD001</td><td>Wird verwendet, um den Oberschenkelschaft</td></tr><tr><td>zu schneiden Bohrmaschine</td><td>Bosch</td><td>N/A</td><td>Wird verwendet, um den Oberschenkelschaft</td></tr><tr><td>zu bohren Abzug</td><td>Hamilton</td><td>70532</td><td>Wird zur Belüftung verwendet, wenn PMMA hergestellt wird</td></tr></tbody></table>

proximale cadaveric femur vorbereitung für die bruchfestigkeit prüfung und quantitative ct-basierte finite-elemente-analyse

Proximal Cadaveric Femur Preparation for Fracture Strength Testing and Quantitative CT-based Finite Element Analysis

Cadaveric Bruchtest wird routinemäßig zu verstehen Faktoren verwendet, die proximalen Femur Stärke beeinflussen. Da ex vivo Gewebe biologischen neigen ihre mechanischen Eigenschaften im Laufe der Zeit zu verlieren, Probenvorbereitung für experimentelle Prüfung sorgfältig zuverlässige Ergebnisse durchgeführt werden müssen , um zu erhalten, die in - vivo - Bedingungen darstellen. Aus diesem Grund haben wir ein Protokoll und eine Reihe von Vorrichtungen, die Oberschenkel Proben, so dass ihre mechanischen Eigenschaften erfahren minimale Veränderungen vorzubereiten. Die Femora wurden in gefrorenem Zustand gehalten, außer während Vorbereitungsschritte und mechanische Prüfung. Die relevanten klinischen Maßnahmen der gesamten Hüfte und Oberschenkelhalsknochenmineraldichte (BMD) wurden mit einem klinischen Dual X-ray (DXA) Knochendensitometer erhalten, und die 3D-Geometrie und Verteilung von Knochenmineral wurden unter Verwendung von CT mit einem Kalibrierphantom erhalten für quantitative Schätzungen auf der Basis der Grauwerte. Jede mögliche Knochenerkrankung, BruchOder das Vorhandensein von Artefakten oder Implantaten die Knochenstruktur zu beeinflussen, wurde mit Röntgenscans ausgeschlossen. Zur Vorbereitung wurden alle Knochen von überschüssigem Weichgewebe sorgfältig gereinigt und wurden geschnitten und an der inneren Drehwinkel von Interesse vergossen. Eine Schneidvorrichtung erlaubt das distale Ende des Knochens in einer gewünschten Länge des proximalen Femur verlassen abgeschnitten werden. speziell für die gewünschten Orientierungen zu Positionierung des Oberschenkelhalses in vorgeschriebenen Winkeln während der späteren CT-Scanning und mechanischen Prüfung der proximale femorale Schäfte wurden in Polymethylmethacrylat (PMMA) vergossen unter Verwendung einer Spannvorrichtung ermöglichen. Die Daten aus den Experimenten gesammelt wurden dann zur Validierung der quantitative Computertomographie (QCT) -basierte Finite-Elemente-Analyse (FEA) verwendet, wie in einem anderen Protokoll beschrieben. In diesem Manuskript präsentieren wir das Protokoll für die präzise Knochenpräparation für die mechanische Prüfung und anschließende QCT / FEA-Modellierung. Das aktuelle Protokoll wurde erfolgreich über 200 cad vorzubereiten angewendetaveric femora über einen 6-Jahres-Zeitraum.

Die cadaveric femora versandt wurden eingefroren und bei -20 ° C gehalten, bis die Vorbereitung begann. BMD Scannen wurde mit einem DXA - Scanner durchgeführt gesamten Hüfte und Hals BMD sowie T-Score für jede Probe (Abbildung 1) zu messen. Ein T-Score ist die Anzahl der Standardabweichungen der gemessenen BMD im Vergleich zu den durchschnittlichen Werten für jungen, gesunden Probanden. Es kann von -2,5 oder weniger für osteoporotischen Knochen, zwischen -1 und -2,5 für ...

Wir präsentieren ein robustes Protokoll, wie man sorgfältig bewahren und cadaveric femora für Bruchtests und quantitative Computertomographie vorzubereiten. Das Verfahren ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Eingangsbedingungen für die Zwecke der Beziehungen zwischen der Knochenmineraldichte, die Bruchfestigkeit zu bestimmen, und Definieren Finite-Elemente-Modellgeometrie und -eigenschaften.

Proximale Cadaveric Femur Vorbereitung für die Bruchfestigkeit Prüfung und quantitative CT-basierte Finite-Elemente-Analyse

Cadaveric fracture testing is routinely used to understand factors that affect proximal femur strength.  Because ex vivo biological tissues are prone to ...

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, die konsistente Vorbereitung der menschlichen Leichenfemora für die Computertomographie oder CT-Untersuchung und die mechanische Untersuchung bei einem seitlichen Sturz auf die Hüftkonfiguration zu erleichtern. Diese Methode kann helfen, Fragen im Bereich der Osteoporoseforschung zur Knochenbildgebung und zu knochenbiomechanischen Eigenschaften zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass es sich um ein umfassendes Verfahren zur reproduzierbaren Präparation von proximalen Femuren für die Knochenbruchforschung handelt.Beginnen Sie damit, vier oder fünf Pfund schwere Reissäcke mit Plastiktüten abzudecken, um eine Kontamination zu verhindern, und schützen Sie die DEXA-Oberfläche mit mit Plastik ausgekleidetem Papier. Schieben Sie zwei der in Plastik eingewickelten Reissäcke auf den Scannertisch. Legen Sie dann zwei 24 Stunden bei Raumtemperatur aufgetaute Oberschenkeln auf die Reissäcke.So dass die proximalen Enden, einschließlich der Femurköpfe, mit den hinteren Seiten nach unten auf den Beuteln zentriert sind. Decken Sie das freiliegende vordere approximale Femurende mit den anderen beiden Reissäcken ab und positionieren Sie den Maschinenkopf über dem approximalen Femur. Wählen Sie nun die Oberschenkeluntersuchung in der Benutzeroberfläche der Gerätesoftware aus und positionieren Sie den Arm auf dem Oberschenkelknochen.Nach der Analyse der Knochenmarkdichte wird ein automatischer T-Score erstellt, der den Knochen als normal, osteopenisch oder osteoporotisch einstuft. Bevor Sie mit der Knochenmodifikation beginnen, desinfizieren Sie den Arbeitsbereich mit 70%igem Isopropylalkohol und decken Sie den Tisch mit saugfähigen Papierpads ab, die auf einer Seite mit Plastikfolie versehen sind. Legen Sie dann den gesamten Oberschenkelknochen in eine speziell angefertigte Schneidevorrichtung, wobei der Kopf des Oberschenkelknochens gegen die Acrylplatte der Vorrichtung stößt.Halten Sie die Diaphyse gegen die beiden Stifte an der Schneidvorrichtung und ziehen Sie die Schlitzplatte an der Diaphyse fest. Wenn der Knochen gesichert ist, führen Sie den Gipsfräser als Führung durch die Schlitzplatte und schneiden Sie den distalen Schaft des Oberschenkelknochens ein. Entfernen Sie nun den Knochen von der Halterung und reinigen Sie das Mark mit einer 25 Millimeter tiefen Kürette von der Markhöhle.Verwenden Sie bei Bedarf eine Schwammgaze, um die Innenseite des Knochens zu reinigen. Fassen Sie dann den Knochen mit einem trockenen Tuch an und bohren Sie ein 10 Millimeter großes Loch durch das distale Ende des Knochens, etwa 25 Millimeter vom proximalen Schnittende der Probe entfernt. Bevor Sie mit dem Knochenverguss beginnen, beschriften Sie den Topfbehälter mit den entsprechenden Knochenidentifikationsdaten und stellen Sie die Einbettvorrichtung auf die richtige Ausrichtung ein.Platzieren Sie den Topfbehälter in den Boden der Einbettvorrichtung in einem Abzug und legen Sie den Knochen in den Topfbehälter. Richten Sie dann den Hals mit dem Zeiger in der Vorrichtung aus, um den internen Drehwinkel des Knochens auf den gewünschten Wert einzustellen. Mischen Sie anschließend 60 Gramm PMMA-Pulver mit 30 Gramm flüssigem Harz in einem mit PMMA kompatiblen Einwegbecher, bis sich das Pulver aufgelöst hat.Wenn die Mischung gießbar ist, die PMMA-Lösung in den Blumentopf umfüllen, bis der Behälter etwa halb voll ist. Lassen Sie das PMMA 10 bis 15 Minuten lang im Abzug aushärten. Während die Mischung aushärtet, wickeln Sie den Knochen vorsichtig in mit Kochsalzlösung getränkte Tücher, um ein Austrocknen des Gewebes zu verhindern.Überprüfen Sie regelmäßig den Oberschenkelknochen, um sicherzustellen, dass der Knochen während des Aushärtungsprozesses im Behälter ausgerichtet bleibt. Nachdem das Harz ausgehärtet ist, füllen Sie den Topfbehälter vollständig mit 90 Gramm PMMA und flüssigem Harz und lassen Sie das PMMA weitere 10 bis 15 Minuten aushärten. Wenn das zusätzliche Harz ausgehärtet ist, wickeln Sie den Knochen wieder in mit Kochsalzlösung getränkte Papiertücher ein und decken Sie den Knochen vollständig mit einer Plastiktüte ab.Bewegen Sie vor der Röntgenbildgebung den Strahlkopf auf die gewünschte Höhe und legen Sie eine unbelichtete Kassette auf den Wagen unter den Strahl. Platzieren Sie dann den Oberschenkelknochen in der medialen lateralen Position auf der Kassette und bewegen Sie sich zum persönlichen Schutz hinter die tragbare Wand der Bleileitung. Beschriften Sie die Probenbilder und verwenden Sie dann den Auslöser, um die Knochen freizulegen.Um die Knochen per Computertomographie zu scannen, befestigen Sie einen vollständig aufgetauten, in Plastiktüte eingewickelten Oberschenkelknochen im Kalibrierphantom in der CT-Scanvorrichtung. Verwenden Sie die System-Laserschablonen, um zu bestätigen, dass die Mitte der Vorrichtung richtig mit dem Längengrad im Laser des CT-Scanners ausgerichtet ist. Bewegen Sie den Tisch nach oben oder unten, bis der horizontale Laser zwischen Kopf und Trochanter aufliegt.Drücken Sie dann die Ein-/Aus-Taste des Lasers, um die Ausrichtung der Leuchte mit dem CT-Lungenzugangslaser erneut zu überprüfen, und drücken Sie die Nulltaste, um die Tischposition auf Null zu setzen. Wenn der Knochen an Ort und Stelle ist, verwenden Sie Standard-CT-Operationsverfahren, um den Knochen mit den entsprechenden Scanparametern zu scannen, um eine Bildschichtdicke von 0,4 Millimetern und eine Pixelgröße von 0,30 bis 0,45 Millimetern zu erhalten, abhängig von der Größe des Sichtfelds. Das Scannen der Knochenmineraldichte mit einem DEXA-Scanner, wie gerade gezeigt, ermöglicht die Messung der gesamten Knochendichte an Hüfte und Hals.Sowie die Erfassung des T-Scores für jede Probe. Röntgenbilder, die mit dieser Methode gewonnen werden, können verwendet werden, um das Vorhandensein früherer Frakturen oder Krankheiten wie Krebs zu erkennen, die die Femurkraft beeinträchtigen könnten. CT-Bilder können verwendet werden, um dreidimensionale Knochengeometrien und volumetrische Knochenmineralverteilungen zu erhalten, die in der quantitativen CT-basierten Finite-Elemente-Analyse verwendet werden können.Bei diesem Verfahren ist es wichtig, daran zu denken, die Anzahl der Gefrierzyklen zu minimieren und den Oberschenkelknochen während der Präparationsschritte feucht zu halten. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie einen Femur für eine konsistente Bildgebung und Prüfung eines Seitwärtssturzes auf der Hüftkonfiguration vorbereiten.

proximal-cadaveric-femur-preparation-for-fracture-strength-testing

Research

Forschung

JoVE Journal

Medicine

Medizin

Tiermodelle werden häufig verwendet, um schwere Knochenschäden in der biomedizinischen Forschung nachzuahmen. Aufgrund ihrer geringen Größe übersteigt die Etablierung stabilisierter Knochenläsionen bei Mäusen die Möglichkeiten der meisten Forschungsgruppen. Darin beschreiben wir eine einfache Methode zur Feststellung und Analyse experimenteller Femurdefekte bei Mäusen.

Eine einfache Kritische große Femoral Defect Modell an der Maus

In diesem Manuskript präsentieren wir ein Protokoll, um Test cadaveric proximalen Oberschenkelknochen bei einem seitlichen Sturz auf der hip-Konfiguration mit instrumentierten Leuchten montiert auf einem standard Servo-hydraulische Rahmen zu Bruch. Neun digitalisierte Signale bestehend aus Verschiebung zusammen mit zwei high-Speed-video-Streams, Kräfte und Momente sind während des Tests erfasst.

Methode und instrumentierte Befestigung zu Testzwecken femoralen Fraktur in einer seitwärts fallen auf Hüfte-Position

In diesem Protokoll werden der Femur Oberfläche Stämme geschätzt, während der Fraktur Tests mit der digitalen Bild-Korrelation-Technik. Die Neuheit des Verfahrens umfasst die Anwendung von eine kontrastreiche stochastische Speckle-Muster auf Femur Oberfläche, sorgfältig angegebene Beleuchtung, high-Speed-video-Capture und digitale Bildanalyse Korrelation für Stamm-Berechnungen.

Eine Methode, um Cadaveric Femur kortikalen Stämme während Fraktur Tests mit digitaler Bildkorrelation schätzen

Bei der Landung Unterkörper-Knochen erleben Sie großen mechanische Belastungen und verformt werden. Es ist wichtig, Verformung der Knochen, besser zu verstehen, die Mechanismen der Knochen Druckverletzungen verbunden mit Auswirkungen zu messen. Ein neuer Ansatz, die Integration von fachspezifischen Muskel-Skelett-Modellierung und finite-Elemente-Analyse wird verwendet, um tibiale Belastung bei dynamischen Bewegungen zu messen.

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Das Ziel des Protokolls ist die Fraktur Generation Parameter, um konsistente Frakturen führen zu optimieren. Dieses Protokoll entfallen die Variationen in Größe und Morphologie, die zwischen den Tieren bestehen können. Darüber hinaus ist eine kostengünstige, verstellbare Fraktur Apparat beschrieben.

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Das vorliegende Protokoll beschreibt die Entwicklung einer reproduzierbaren Testplattform für murine Femurhälse in einem Freischwinger-Biegeaufbau. Kundenspezifische 3D-gedruckte Führungen wurden verwendet, um die Oberschenkelknochen konsequent und starr in optimaler Ausrichtung zu fixieren.

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Die Mikro-Computertomographie (μCT) ist ein zerstörungsfreies bildgebendes Verfahren, das in präklinischen Studien zur Beurteilung der Knochenstruktur beiträgt, jedoch gibt es keinen Konsens über μCT-Verfahren zur Analyse der knochenheilenden Kallus. Diese Studie bietet ein schrittweises μCT-Protokoll, das die Überwachung der Frakturheilung ermöglicht.

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Das Protokoll ermöglicht die Messung der Verformung der Knochenmikrostruktur im gesamten proximalen menschlichen Oberschenkelknochen und seiner Zähigkeit durch die Kombination von großvolumigem Mikro-CT-Scanning, einem maßgeschneiderten Kompressionstisch und fortschrittlichen Bildverarbeitungswerkzeugen.

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Die mechanische Prüfung von Nagetierknochen ist eine wertvolle Methode, um Informationen über die Bruchanfälligkeit eines Knochens zu gewinnen. Mangels angemessenem praktischem Verständnis können die Ergebnisse überinterpretiert werden oder keine Gültigkeit haben. Dieses Protokoll dient als Leitfaden, um sicherzustellen, dass mechanische Tests genau durchgeführt werden, um gültige und funktionsfähige Daten zu liefern.

Praktische Überlegungen für das Design, die Durchführung und die Interpretation von Studien mit Ganzknochenbiegetests an Nagetierknochen

Source:Anthony J. Yosick1,2, Christine Massie1, Emma Knapp2, Hani A. Awad1,2,31Department of Biomedical Engineering, University of Rochester, US2Center for Musculoskeletal Research, Department of Orthopedics, University of Rochester Medical Center, USA3Department of Orthopedics, University of Rochester Medical Center, USAThe video demonstrates fall-related wrist fractures using human cadaver forearms with varying bone densities. Specimens are standardized by removing upper soft tissue,...

Simulating Fall-Induced Wrist Fractures Using a Cadaveric Human Forearm Specimen

Lernen Sie die präparative Konservierung humaner kadaverischer Femora für CT-Scans und Bruchfestigkeitstests in Seitwärtsfall-Konfiguration. Diese reproduzierbare Methode unterstützt die Osteoporoseforschung durch präzise Knochenbiomechanik-Analysen.

Proximale Cadaveric Femur Vorbereitung für die Bruchfestigkeit Prüfung und quantitative CT-basierte Finite-Elemente-Analyse

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