Name: Eine Methode, um Cadaveric Femur kortikalen Stämme während Fraktur Tests mit digitaler Bildkorrelation schätzen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-14T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 34 s
Description: Erfahren Sie die digitale Bildkorrelation zur Dehnungsmessung an Femurproben während biomechanischer Bruchtests. Diese Methode ermöglicht hochaufgelöste Oberflächendeformationsanalysen für die Osteoporoseforschung.

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Die Autoren möchte die Materialien und strukturelle Prüfung Kern an Mayo-Klinik für ihre technische Unterstützung bei der Durchführung der Fraktur testen. Darüber hinaus möchten wir Ramesh Raghupathy und Ian Gerstel danken für ihre Unterstützung bei der Entwicklung der DIC Skripte und spezifische Details des Protokolls DIC während ihrer Dienstzeit an Mayo Clinic und Victor Barocas Research Group, Universität von Minnesota für die zugrunde liegende open-Source-Software, die den Kern des digitalen Bildes Korrelation Stamm Berechnungen11führt. Diese Studie wurde von der Grainger Innovationsfonds der Grainger-Stiftung finanziell unterstützt.

alle Experimente wurden mit Genehmigung der Institutional Review Board durchgeführt. Die Proben stammen aus anatomischen Forschungslabors in Zusammenarbeit.
 1. Vorbereitung Proben für Tests <ol><li>tauen die Oberschenkelknochen bei RT für 24 h.</li>
	<li>Bei Femur in Warteschlange für die Prüfung, entfernen alle Wrap, die vor dem Einfrieren angewendet wurde und wischen Sie den Oberschenkelknochen mit einem trockenen Tuch, Rest Feuchtigkeit, Fettablagerungen oder weiche Gewebe zu entfernen. Topf der Trochanter Major in einen vorgefertigten Aluminium-Becher mit Knochenzement.</li>
	<li>Mit einer Box, die Partikel so weit wie möglich enthalten spray die Knochen mit weißen Kunststoff Grundierung um eine dünne, gleichmäßige Beschichtung zu erzielen. Achten Sie darauf, den Knochen mit einer einheitlichen Schicht Lack für optimalen Kontrast und starke Haftung an der Oberfläche der Femur decken. 
	Hinweis: Die Dicke nicht gemessen wurde.</li>
	<li>Lassen Sie die Farbe trocknen mindestens 5 min lang. Dies ist wichtig, zu vermeiden, die unbeabsichtigte Vermischung mit gesprenkelten Tröpfchen in Abschnitt 2.</li>
	<li>Wickeln Sie den Knochen mit einem feuchten Tuch, Gewebe Trockenheit zu vermeiden.</li>
</ol> 2. Sprenkeln Prozess <ol><li>rund, 1 Teil Wasser hinzufügen 2 Teile Farbe für beste Sprenkeln auf den Knochen. Wasser nach und nach (für eine bessere Mischung) hinzufügen, um die Acrylfarbe, eine schwarze Farbe zu machen.</li>
	<li>Dip eine saubere Zahnbürste in einer Palette von schwarzer Farbe Farbe aufnehmen und streichen Sie die Bürste um schwarze Flecken über die weiße Beschichtung machen.</li>
	<li>Trocknen für 5 min bevor Sie fortfahren lassen.</li>
</ol> 3. Bild Erwerb <ol><li>vorbereitete gesprenkelte Femur in die mechanische Prüfmaschine durch Einfügen von eingemachten distalen Ende in die Halterung montieren und zwei Schrauben um das Exemplar zu sichern.</li>
	<li>Einstellen der zwei hohe Intensität Entladung Lichtreflektoren derart, dass die Oberschenkelknochen Oberfläche die höchste Erleuchtung möglich erreicht unter Vermeidung von Reflexionen im Kamerabild. Gehen Sie schnell mit den folgenden Schritten in Abschnitt 3 zu unerwünschten Erwärmung der Probe von Lichtstrahlung vor dem Test zu vermeiden</li>
	<li>Reduzieren die Blende an der Vorderseite und Rückseite anzeigen high-Speed-Video-Kamera-Objektive, so dass die gesamte Region des Interesses des Oberschenkelknochens an das Sichtfeld im Fokus ist.</li>
	<li>Nachjustieren Lichtreflektoren zur weiteren Verbesserung der Beleuchtung beim reduziert Blendung.</li>
	<li>Legen Sie die Bild-Datenerfassungs-Software bis zu 6000 Bilder/s bei einer Auflösung von 1024 x 512 Pixel zu erfassen. Legen Sie die Gesamtzahl der Frames erworben werden, nachdem das Triggersignal an 12288 empfangen wird. Bewaffnen Sie high-Speed-video-Software für die Bildaufnahme, wenn der Trigger-Signal aus dem Testsystem empfangen wird. Wenn die Tests abgeschlossen sind, befindet sich das Video in die Kamera &#39; Pufferspeicher s.</li>
	<li>Mit der Bild-Datenerfassungs-Software das Video auf Datenträger speichern, indem Sie einen gewünschten Pfad und Dateinamen Namen angeben und klicken auf &#34; speichern &#34;. Seien Sie bereit zu warten, zwischen 5-40 min für diesen Prozess abhängig von der Anzahl der Frames gespeichert werden.</li>
</ol> 4. Bild Vorbereitung <ol><li>Create separate Arbeitsverzeichnisse für Vorder- und Rückseite Ansichten des Oberschenkelknochens.</li>
	<li>Videoanalyse-Software zum Öffnen der entsprechenden high-Speed-video-Aufzeichnung und beachten die Keyframe Aktenzeichen (1) der start der Last Frame Antriebsbewegung und (2) der Rahmen sofort verwenden nach der Fraktur Event.</li>
	<li>, Herunterskalieren unkomprimierte TIFF-Bilder-Sequenz aus dem high-Speed-Video öffnen, und führen Sie die &#34; mov_frames.m &#34; Skript in das Arbeitsverzeichnis für die einschlägigen Femur Seite.
	<ol><li>Geben Sie in dem daraufhin angezeigten Dialogfeld die Endung Frame-Nummer identifiziert in Schritt 4.2 mit einer Schrittweite von 25-40. Klicken Sie &#34; extrahieren Frames &#34; und überprüfen Sie das Verzeichnis um zu gewährleisten, die *.tiff-Dateien korrekt extrahiert wurden.</li>
	</ol></li></ol> 5. Finite Element Mesh Erstellung <ol><li>Verwendung eine externe Vernetzung finite-Elemente-Programm zum Erstellen des finite-Elemente-Netzes. 2D Belastungen durch die differentielle Verschiebung Vektoren mit der finite-Elemente-Methode zu berechnen. Importieren Sie die anfängliche extrahierten *.tiff in der finite-Elemente-Software-Pre-Prozessor als Vorlage für die Erstellung der Spline.</li>
	<li>Finden Sie zwei leicht zu identifizieren treuhänderischen Punkte im Bild, die an den gegenüberliegenden Ecken des Rahmens und erfassen ihre X- und Y-Koordinaten (diese werden schließlich in Schritt 6.1 verwendet werden). Diese Koordinaten sind willkürlich, basierend auf der Konvention die FEM-Software verwendet, um das *.tiff Bild zu importieren. Die Koordinaten dieser Punkte werden verwendet, um die Knoten des Finite-Elemente-Netz mit der entsprechenden Pixel der Videobilder in Schritt 6.2 registrieren.</li>
	<li>In einem Bildbearbeitungsprogramm öffnen Sie das gleiche Bild, die in der finite-Elemente-Software-Präprozessor importiert wurde und zeichnen Sie die X und Y Richtungswerte der Pixel, die Punkte im Schritt 5.2 zugeordnet. Diese werden schließlich in Schritt 6.1 verwendet werden.</li>
	<li>In der &#34; Skizze &#34; Modul der finite-Elemente Ineinandergreifen Programm, verwenden Sie das Werkzeug Spline, um einen geschlossenen Bereich, die Vertretung der Region von Interesse zu skizzieren. Überprüfen die Region ist nicht zu groß, so dass die Oberfläche des Knochens außerhalb der Region vor bewegen würde, aufgrund der Rotation Bruch.</li>
	<li>Vorbereitung der geschlossenen Abteilung erstellt in Schritt 5.4 für die Vernetzung durch impfen die Ränder mit einer globalen Maschenweite von 1 mm unter dem Menüpunkt &#34; Samen Teilevariante &#34;.</li>
	<li>Unter &#34; Netzsteuerungen zuweisen &#34;, Viereck der Elementform soll.</li>
	<li>Mesh der geschlossenen Abteilung.</li>
	<li>Exportieren Sie das Netz in eine ASCII-Datei von der Netz-Datenbank bestehend aus Knotenkoordinaten und Elementdefinitionen.</li>
	<li>Mit der daraus resultierenden finite-Elemente input-Datei in einem Text-Editor geöffnet, kopieren Sie den Knoten-Block mit Node-Nummern und Koordinaten in eine neue Textdatei und speichern Sie als &#34; nodes.txt &#34;. Wiederholen Sie für die Element-Block und speichern Sie die neue Textdatei als &#34; elements.txt &#34;.</li>
</ol> 6. Registrieren das FE-Netz mit hoher Geschwindigkeit Video Bilder und digitale Bild Korrelationsanalyse führen <ol><li>in eine neue Sitzung erstellen 2-Element-Reihe Vektoren genannt ab1 und ab2 mit den Werten im Schritt 5.2 identifiziert., und px1 und px2 mit die Werte, die in Schritten 5.3 durch Eingabe dieser Vektor-Namen in der Befehlszeile erkannt. Speichern Sie den Arbeitsbereich als &#34; points.mat &#34;.</li>
	<li>Führen Sie das Skript &#34; convert_imagesize.m &#34;, die Punkte aus der finite-Elemente-Netz mit den extrahierten high-Speed-video-Bild zu registrieren.</li>
	<li>Führen Sie das Skript &#34; rrImageTrackGui.m &#34;. Laden Sie das erste Bild (&#34; p01.tif &#34;) und geben Sie die Nummer der letzten *.tiff-Datei, der extrahiert wurde als die Gesamtzahl der Bilder verarbeiten.</li>
	<li>Laden das Netz erstellt in Schritt 5.7 sicherstellen, dass die Option "Netz" ist voraussichtlich &#34; lesen aus der Datei &#34; und klicken Sie auf &#34; annehmen &#34;. Das finite-Elemente-Netz sollte angezeigt werden, über die Knochen Bild.</li>
	<li>Geben Sie die Tracking-Werte anhand der folgenden Richtlinien für Tracking-Parameter und klicken Sie auf &#34; gehen &#34; (dabei daran, dass die Parameterwerte Bildgröße, Textur und Grad der Verformung stattfindet sind und geprüft werden müssen sorgfältig auf einer Schachtel-durchschachtel Grundlage).
	<ol><li>Verwendung eines ab Kernelgröße des 21. Die Kernel-Größe, n, ist die Größe of n x n Fenster (wo n ist eine ungerade Zahl) der Pixel, die verwendet wird, für die Kreuzkorrelation und Bestimmung der Verformung Vektor für diesen Bereich, der für die Berechnung der Belastung verwendet wird.</li>
		<li>Verwenden eine Anfangsgröße Subpixel 4. Die Subpixel-Größe, m, ist die Größe des (2 m + 1) x (2 m + 1) Sub-Fenster über die Subpixel Verformung berechnet wird, indem vorausgesetzt, homogene Sorte in diesem Unterfenster.</li>
		<li>Verwenden Sie den starten Glätte Faktor 2. Glätte Faktor ist die Stärke der Glättung angewendet, das Verschiebungsfeld an überwachten Orten vor computing Stämme.</li>
		<li>Verwenden Sie den Ausgangspunkt MaxMove Faktor 10. MaxMove Faktor ist die maximale Anzahl der Pixel, die alle Knoten entfernt von seiner Flugbahn im Verhältnis zu seinen Nachbarn sein können &#39; s-Bahn. Dadurch wird vermieden, schlecht tracking zur Deformation.</li>
		<li>Verwenden Sie den Ausgangspunkt SmoothGrid Faktor 15. Der SmoothGrid Faktor ist die Größe des Rasters (etwas gröber als das Netz der nachverfolgten Knoten), die für die Glättung verwendet wird.</li>
	</ol></li> <li>Wählen Sie einen Führungspunkt, die erheblichen Kontrast um ihn herum Bereiche mit Blendung oder Unschärfe zu vermeiden hat. Überprüfen Sie diesen Punkt durch Klicken auf &#34; Check Guide &#34;, und überprüfen Sie die Korrelation Spitze ist stark (mindestens zweimal die Amplitude) im Vergleich zu seinen Nachbarn. Klicken Sie &#34; akzeptieren &#34; und &#34; führen Sie Tracking-&#34; Wenn Sie zufrieden sind. Dies ist eine rechnerische langwierig, differentielle Verschiebung ist für die zeitliche Bildsequenz berechnet.</li>
	<li>Nach Schritt 6.6 abgeschlossen hat, klicken Sie auf &#34; Animate &#34;. Beim Animieren abgeschlossen ist, klicken Sie &#34; Stämme (Post-processing-Software) zu schreiben &#34;, geben Sie *.exe, und wählen Sie dann writeStrainRR_simple.exe 11. Hierfür wird die Belastungen berechnet. Schließen Sie die GUI.</li>
</ol> 7. Nachbearbeitung von Vertreibung und Dehnungsdaten <ol><li>Stamm Vs. Frame-Nummer laufen zu erhalten &#34; analyzeFailurePrecursor.m &#34; von der Befehlszeile mit Eingabeargument Schrittweite (Wählen Sie 20-30). Die Gipfeln werden Knochenschädigung bedeuten, und der größte Peak wird der Rahmen in der Nähe von globalen Knochen Versagen entsprechen.</li>
	<li>Um Filmdateien der Stämme zu erstellen, führen Sie &#34; makeMovies.m &#34; aus dem Befehlsfenster mit den Argumenten (NumVars, Endstep, Fahne). 
	Hinweis: Das Argument NumVars ist definiert als 1-3 zu Verschiebungen, 4-6 Wesen Xx und Yy Xy Dehnungskomponenten, 7 &#38; 8 sind die zwei wichtigsten und von Mises Stamm, und 9 ist die Belastung Energie. Das Argument-Anschlag ist der letzte Frame in den Film aufgenommen werden.
	<ol><li>Legen Sie das optionale Argument Flag 1 erstelle ich nur Filme für die Entität, die für das NumVars-Argument angegeben und auf 0, um Filme aller Variablen zu erstellen.</li>
	</ol></li></ol> 8. Fine Tuning und Verfeinerung der Ergebnisse <ol><li>Wenn DIC Verfolgung gab schlechte Ergebnisse wie ein diskontinuierlicher Dehnung-Feld, das außerhalb Kontinuum Mechanik Annahmen fällt, bestimmen, was geschieht und warum das Tracking ausfällt. Abschnitt 6, wobei besonderes Augenmerk auf die Anpassung von tracking-Parameter zu wiederholen. Eine sekundäre Option möglicherweise, um die finite-Elemente-Software zurück und erstellen Sie ein einheitlicheres und möglicherweise feiner Netz.</li>
	Wenn DIC <li>Verfolgung gab vernünftige Ergebnisse, erstellen Sie eine feinere Serie von Bildern für DIC. Identifizieren Sie mit Hilfe dieser Keyframe Referenznummern Schritt 4.2 und die entsprechenden Bildrate des Videos, den Frame Abstand für drei unterschiedliche Regelungen des Interesses an der Fraktur-Test mit der Forderung im Auge, dass die Punkte nicht mehr als 6 zu bewegen Pixel zwischen den Einzelbildern. 
	Hinweis: Für das erste Segment des Tests wenn die Stämme werden langsam im Femur, Aufbau der Frame Abstand werden relativ große (z. B. für die 100 mm/s Verschiebung Rate, Frame Abstand für diesen Teil ist 3333 μs). Für den mittleren Teil des Tests näher an den Bruch Rahmen Stamm wächst schneller und kleiner Frame Abstand ist erforderlich (1667 μs für die 100 mm/s Verschiebung Rate). Für das letzte Stück vor dem Bruch, der Frame-Abstand ist in seiner kleinsten (16,7 μs Verschiebung Tempo 100 mm/s).</li>
	<li>Optional zur Dokumentation dienen nur: Erstellen Sie mithilfe der Informationen aus Schritt 8.2, formatierte Daten Einträge in eine ASCII-Datei mit dem Titel &#34; steps.txt &#34;, enthält eine Reihe von Daten für jeden Frame Abstand. Das Format jeder Zeile werden die Start-Frame dieses Regimes durch die Anzahl der Frames überspringen (basierend auf Schritt 8.2) getrennt getrennt durch einen Doppelpunkt dann der letzte Frame dieses Regimes (d.h. ein Format von &#34; 1:20:200 &#34; würde die Extraktion anweisen Software zum Extrahieren Rahmen 1 Rahmen 200 in Schritten von 20).
	<ol><li>Sofort Anschluss an diese Bezeichnung, fügen Sie eine Registerkarte und bestimmen die Bild-Extraktion Nummer Bereich (für die &#34; 1:20:200 &#34; Beispiel, die komplette Zeile Bezeichnung wäre &#34; 1:20:200 &#60; drücken Sie die Tabulatortaste &#62; 01:11 &#34; ohne die Anführungszeichen). Wiederholen Sie für die anderen beiden Regimen test, so wird es drei Reihen von Informationen in der &#34; steps.txt &#34; Datei. Diese Datei dient als ein Rekord für wie die Bilder aus dem original high-Speed-Video extrahiert wurden.</li>
	</ol></li> <li>Führen Sie den Code mov_Frames.m auch diesmal wieder mehrere Frame Abstand Regime im Dialogfeld angeben. Geben Sie die Bildnummern und Schritt in Schritt 8.2 zu bestimmen, Start, Ziel und Frame Skip Parameter erwartet im Tool ermittelten Größen &#39; s-Dialogfeld. Achten Sie darauf, dies zu tun in einem neuen Verzeichnis sonst die Originalbilder werden überschrieben,.</li>
	<li>§ § 6 und 7 wiederholen und überprüfen Sie die Ergebnisse für die Verbesserung. Jedes Femur erfordern verschiedene zusätzliche Iterationen abhängig von der Art der Fraktur Event, Speckle-Muster und Beleuchtung. Wenn Sie Schritt 6.5 wiederholen, halten Sie die Einstellungen gleich außer MaxMove bis 6 (von 10).</li>
</ol>

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<li>Raghupathy, R., Barocas, V. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRaghupathy%2C+R+%22Robust+Image+Correlation+Based+Strain+Calculator+for+Tissue+Systems%22">Robust Image Correlation Based Strain Calculator for Tissue Systems</a>. , 
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</ol>

Die Autoren haben keine relevanten Angaben.

Wir haben ein Protokoll, um konsequent hohen Kontrast Bildgebung bei Fraktur testen, die dann verwendet wurden, um die volle Belastung Feldverteilungen mit DIC schätzen femorale Proben vorbereiten eingeführt. Dieses Protokoll gewährleistet geeignete Kontrast Textur des schwarzen Flecken gegen einen weißen Hintergrund auf der Knochenoberfläche verfolgen. Im Anschluss an dieses Protokolls repliziert wir erfolgreich die Schätzung der Stämme mit DIC Analyse für neunundachtzig Oberschenkelknochen.
...

Digitale Bild-Korrelation (DIC) ist ein Bild, Post-processing-Methode, die in das aktuelle Protokoll verwendet wird, um die vollen Bereich Oberfläche Belastung des cadaveric femoralen Probekörper aus Zeitsequenz Bildern, die bei mechanischer Bruch Tests zu schätzen. Die Technik wurde zuerst entwickelt und angewendet in der experimentellen Spannungsanalyse in den 1980er Jahren und erlebte einen raschen Anstieg der Nutzung in den letzten Jahren1,2,3. Es hat einige wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Ansätzen Dehnungsmessstreifen auf einer Struktur, einschließlich erhöhte räumliche Verteilung des Feldes Belastung zu montieren, feiner gauge Längen durch erhöhten Kameraauflösung und Vermeidung von Problemen mit DMS Kleber verkleben oder Compliance. Ein großer Vorteil der DIC für biologische Gewebe wie Knochen, ist, dass es auf unregelmäßige Geometrien, bestehend aus sehr heterogenen Materialeigenschaften4,5angewendet werden kann. Der primäre Nachteil über traditionelle Sorte Akquisemethoden ist, dass es teure high-Speed-Videokameras von ausreichender Auflösung für die Messung der Region von Interesse, zu erreichen, ausreichende räumliche und zeitliche Probenahme genau Belastung Felder zu schätzen.
Die primäre Anwendung der Knochenbruch DIC Analyse gewonnenen zeitlichen Belastung Felder soll die Belastung Schätzungen in QCT/FEM-Modellen der femoralen Stärke5überprüfen. Diese Überprüfung steht im Mittelpunkt von vielen orthopädischen Forschungsgruppen, die überwiegend Fernmessungen von Gewalt und Vertreibung von Wägezellen und Verdrängung Wandler6,7,8verwenden. Darüber hinaus wurde nach dem Bruch Bildanalyse des Musters Bruch mit diesen Fernmessungen als weitere Möglichkeit zur Modell Validierung9kombiniert. In jüngerer Zeit, wurde die DIC-Methode angewandt, um eine FEM-Modell der Fraktur zu validieren und Rissausbreitung in den proximalen Femur-10. Durch die Verwendung von Stamm Korrelation zwischen Modellen und Experimente, noch mehr Vertrauen in die Gültigkeit der Rechenmodelle der proximalen Oberschenkelknochen erhalten werden und weiter voranbringen den QCT/FEA diagnostische Methode näher an klinischen Einsatz.
Dieses Werk erklärt ein detailliertes Protokoll um die notwendigen Schritte für die DIC Analyse in Fraktur des proximalen Oberschenkelknochen testen zu integrieren. Das Verfahren umfasste die Knochen Vorbereitungsschritte sprühen einen weißen Farbe auf die Knochenoberfläche und dann schwarze Flecken auf die getrocknete weiße Oberfläche des Knochens Sprenkeln, Methoden, um Bilder mit ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung mit hoher Geschwindigkeit video Kameras, Prozess und Werkzeuge, die wir für die Berechnung der Belastung Felder aus diesen Bildern verwendet. Wir erklärten auch einige Vorbehalte, die die Qualität der Messungen beeinträchtigen können.

<table><tbody><tr><td>Krylon Kunststoffgrundierung weiß</td><td>Krylon, Peoria, AZ, USA</td><td>N/A</td><td>Wird als Grundierung für ein glattes weißes Finish auf der Knochenoberfläche verwendet</td></tr><tr><td>Acryl auf Wasserbasis weiß und schwarz lackiert</td><td>Plaid Enterprises (Ceramcoat), Norcross, GA, USA</td><td>N/A</td><td>Farbquelle für weiße und schwarze Farben</td></tr><tr><td>Rührschüssel</td><td>Nicht spezifisch (generisch)</td><td>N/A</td><td>Wird zum Mischen und Vorbereiten von Farbe</td></tr><tr><td>verwendet Schaumpinsel</td><td>Linzer Products, Wyandanch, NY, USA</td><td>N/A</td><td>Wird zum Auftragen von Farbe auf Knochenoberflächen</td></tr><tr><td>verwendet</td><td>Zahnbürste Colgate-Palmolive, New York, NY, USA</td><td>Feste Borsten</td><td>Wird verwendet, um die richtige Größe und Verteilung des Fleckenmusters aufzubringen</td></tr><tr><td>Hygienisches kieferorthopädisches Harz (PMMA)</td><td>Patterson Dental, St. Paul, MN, USA</td><td>H02252</td><td>Kontrollierte Substanz und kann mit entsprechender Genehmigung erworben werden</td></tr><tr><td>Kenmore Freezer</td><td>Sears Holdings, Hoffman Estates, IL, USA</td><td>N/A Wird</td><td>verwendet, um eine -20oC-Lagerumgebung für Knochenproben</td></tr><tr><td>zu erhalten Physiologische Kochsalzlösung (0,9% Natriumchlorid)</td><td>Baxter Healthcare, Deerfield, IL, USA</td><td>NDC 0338-0048-04</td><td>Wird zur Hydratisierung von Proben</td></tr> verwendet <tr><td>Skalpelle und Schaber</td><td>Aspen Surgical (Bard-Parker), Caledonia, MI, USA&nbsp;</td><td>N/A</td><td>Wird zur Entfernung von Weichgewebe aus Knochenproben verwendet</td></tr><tr><td>Abzug</td><td>Hamilton Laboratory Solutions, Manitowoc, WI, USA</td><td>70532</td><td>Wird zur Belüftung bei der Vorbereitung von PMMA für den Verguss von Proben verwendet</td></tr><tr><td>Beleuchtungseinheiten</td><td>ARRI, München, Deutschland</td><td>N/A</td><td>Wird für die Beleuchtung des Ziels für die Bilderfassung benötigt</td></tr><tr><td>Hochgeschwindigkeits-Videokamera</td><td>Photron Inc., San Diego, CA, USA</td><td>Photron Fastcam APX-RS&nbsp;</td><td>Wird verwendet, um die Hochgeschwindigkeits-Videoaufzeichnungen der Frakturereignisse</td></tr> aufzunehmen<tr><td>Photron FASTCAM Imager und Viewer</td><td>Photron Inc., San Diego, CA, USA</td><td>Ver.3392 (x64)</td> <td>Wird zum Aufzeichnen und Anzeigen von Hochgeschwindigkeits-Videoaufzeichnungen verwendet</td></tr><tr><td>Kameraobjektiv</td><td>Zeiss, Oberkochen, Deutschland</td><td>Zeiss Planar L4/50 ZF-Objektiv</td><td>Benötigt für eine angemessene Bildauflösung</td></tr><tr><td>ABAQUS CAE</td><td>Dassault System&egrave; s, Waltham, MA, USA</td><td>Versionen 6.13-4</td><td>Wird zur Definition von Region of Interest und zur Erstellung von Finite-Elemente-Netzen</td></tr><tr><td>verwendet MATLAB</td><td>Mathworks, Natick, MA, USA</td><td>Version 2015b</td><td>Wird für die Bildverarbeitung und DIC-Analyse verwendet</td></tr><tr><td>TecPlot</td><td>TecPlot Inc., Bellevue, WA</td><td></td><td>Wird für die Nachbearbeitung von Dehnungsfeldern verwendet</td></tr><tr><td>Strain Calculator Software</td><td>Victor Barocas Research Group, University of Minnesota, Minneapolis, MN, USA</td><td>http://license.umn.edu/technologies/20130022_robust-image-correlation-based-strain-calculator-for-tissue-systems</td><td>Wird zur Berechnung des Dehnungsfeldes</td></tr><tr><td>verwendet mov_frames.m</td><td>Matlab-Skript, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA</td><td>N/A</td><td>Wird verwendet, um unkomprimierte Bilder aus Hochgeschwindigkeits-Videodateien herunterzurechnen</td></tr><tr><td>convert_imagesize.m</td><td>Matlab-Skript, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA</td><td>N/A Wird</td><td>verwendet, um Bildpixelkoordinaten mit den Netzkoordinaten zu registrieren</td></tr><tr><td>rrImageTrackGui.m</td><td>Matlab-Skript, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA</td><td>N/A Wird</td><td>verwendet, um die Bildkreuzkorrelation durchzuführen, um Verformungen zu erhalten und auszuführen Strain Calculator</td></tr><tr><td>analyzeFailurePrecursor.m</td><td>Matlab-Skript, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA</td><td>N/A Wird</td><td>verwendet, um die Spitzendehnungskomponenten zeitlich zu verfolgen</td></tr><tr><td>makeMovies.m</td><td>Matlab-Skript, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA</td><td>N/A Wird</td><td>verwendet, um portable *.avi-Filme der Verformungskomponenten, der Dehnungskomponenten, der Hauptdehnungen, der von-Mises-Dehnung und der Dehnungsenergie zu erstellen</td></tr></tbody></table>

eine methode, um cadaveric femur kortikalen stämme während fraktur tests mit digitaler bildkorrelation schätzen

A Method to Estimate Cadaveric Femur Cortical Strains During Fracture Testing Using Digital Image Correlation

Dieses Protokoll beschreibt die Methode mit Hilfe digitaler Bildkorrelation kortikalen Sorte aus high-Speed video-Bilder von der cadaveric femorale Oberfläche, mechanische Prüfung gewonnenen abzuschätzen. Diese optische Methode erfordert eine Textur von vielen kontrastierenden treuhänderischen Mark auf einem weißen Hintergrund für genaue Verfolgung der Oberfläche Verformung als Belastung auf das Präparat angewendet wird. Unmittelbar vor der Prüfung, ist die Oberfläche des Interesses an der Kamera-Ansicht mit einer wässrigen weiße Grundierung lackiert und für einige Minuten trocknen lassen. Dann ist ein schwarzer Farbe gesprenkelt sorgfältig über den weißen Hintergrund mit besonderer Rücksicht auf die auch Größe und Form der Tröpfchen. Beleuchtung wurde sorgfältig entwickelt und so eingestellt, dass es optimalen Kontrast dieser Marken gibt bei gleichzeitiger Minimierung der Reflexionen durch den Einsatz von Filtern. Bilder wurden durch high-Speed-video-Capture auf bis zu 12.000 Bilder/s erzielt. Die Schlüsselbilder vor und einschließlich der Fraktur-Veranstaltung werden extrahiert und Verformungen werden zwischen den aufeinander folgenden Frames in sorgfältig dimensionierte Verhör Fenster über einer bestimmten Region of Interest geschätzt. Diese Verformungen werden dann zur Oberfläche Belastung zeitlich während der Fraktur-Test berechnen. Die Dehnungsdaten ist sehr nützlich zur Identifizierung von Fraktur Einleitung in das Femur und für eventuelle Validierung des proximalen Femur Fraktur Stärke Modelle Quantitative Computertomographie-basierte Finite Element Analysis (QCT/FEM) abgeleitet.

Vor dem speckling-Prozess das Femur wird von überschüssigem Fett und weichen Geweben gereinigt und der Trochanter Major ist ein Aluminium-Cup vergossen. Während der Erstarrung von Polymethylmethacrylat (PMMA) ist der Knochen eingehüllt in eine Kochsalzlösung getränkten Tuch Gewebe Trockenheit zu vermeiden. Sobald PMMA erstarrt ist, wird der Knochen gereinigt wieder rechts vor dem Sprühen (Abbildung 1). Dann wird die Knochenoberfläche gesprüht...

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

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral ...

Das übergeordnete Ziel dieser experimentellen Dehnungsmesstechnik ist es, die femorale Oberflächendehnung aus Hochgeschwindigkeitsvideos biomechanischer Frakturtests quantitativ abzuschätzen. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen in der Osteoporoseforschung zu beantworten, wie z. B. die Entwicklung fortschrittlicher diagnostischer Instrumente zur Vorhersage der Knochenstärke. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die femorale Oberflächendehnung mit hoher räumlicher Auflösung berechnet werden kann, die für die Validierung von Berechnungsmodellen ausreicht.Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die Schritte der Probenvorbereitung und -analyse aufgrund der einzigartigen Methoden zur Partikelbefleckung der Probe und der bei der Analyse verwendeten benutzerdefinierten Skriptwerkzeuge nur schwer in Worten zu erklären sind. Beginnen Sie damit, die Oberschenkelknochen 24 Stunden lang bei Raumtemperatur aufzutauen. Wenn der Oberschenkelknochen bereit für den Test ist, entfernen Sie alle Folien, die vor dem Einfrieren aufgetragen wurden, und wischen Sie den Oberschenkelknochen mit einem trockenen Handtuch ab, um Feuchtigkeits

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

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

Wir beschreiben die Verwendung digitaler Bildkorrelation zur Charakterisierung des lokalen Oberflächendehnungsfeldes auf vaskulären Gewebeproben, die einem einachsigen Zugversuch unterzogen wurden. Diese Messungen ermöglichen eine präzise Quantifizierung der mechanischen Reaktion der Probe und die Generierung konstitutiver Spannungs-Dehnungs-Beziehungen.

Verwenden von Bildkorrelation Lokale Stämme auf Gefäßgewebeproben zu charakterisieren

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

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

Microstructurally kleine Ermüdungsverhalten Riss Wachstum wird untersucht, mit einen neuartigen methodischen Ansatz kombiniert Riss Wachstum Rate Mess- und Stamm-Feld-Analyse um die kumulative Verformung Bereich auf Ebene der Sub Korn.

Flächenhafte Dehnungsmessungen für Microstructurally kleine Müdigkeit Rissausbreitung Digitalbild Korrelation Methode

Die digitale Bildkorrelation wird in Ermüdungstests an einer Resonanzprüfmaschine verwendet, um makroskopische Risse zu erkennen und die Rissausbreitung in geschweißten Proben zu überwachen. Risse auf der Probenoberfläche werden als erhöhte Dehnungen sichtbar.

Rissüberwachung bei Derresonanceermüdungstests von geschweißten Proben mit Digital Bildkorrelation

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.

Beurteilung der Knochenbruchheilung mittels Mikro-Computertomographie

In diesem Artikel wird ein Open-Source-Algorithmus zur digitalen Bildkorrelationsalgorithmus zur Messung lokaler 2D-Gewebestämme in Sehnenexplantaten beschrieben. Die Genauigkeit der Technik wurde mit mehreren Techniken validiert und steht der Öffentlichkeit zur Verfügung.

Messung lokaler Gewebebelastungen in Sehnen mittels digitaler Open-Source-Bildkorrelation

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.

Bildgebung des mikrostrukturellen Versagensmechanismus in der menschlichen Hüfte

Optical Frequency Domain Imaging der<em&gt; Ex vivo</em&gt; Pulmonary Resektionsproben: Beziehen One to One Image to Histopathologie Correlation

Erfahren Sie die digitale Bildkorrelation zur Dehnungsmessung an Femurproben während biomechanischer Bruchtests. Diese Methode ermöglicht hochaufgelöste Oberflächendeformationsanalysen für die Osteoporoseforschung.

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

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