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Bioengineering

अस्थि प्रत्यारोपण लंगर का आकलन करने के लिए एक बेहतर मैकेनिकल परीक्षण विधि

Published: February 10, 2014 doi: 10.3791/51221
Automatic Translation
1, 1, 1
1Institute of Biomaterials and Biomedical Engineering, University of Toronto

Summary

उम्मीदवार प्रत्यारोपण सतहों के लिए परीक्षण हड्डी एंकोरेज यंत्रवत् एक बेहतर विधि प्रस्तुत किया है. इस विधि बिल्कुल सीधा, या समानांतर, प्रत्यारोपण सतह के विमान को व्यवधान बल के संरेखण के लिए अनुमति देता है, और एक सटीक पेरी प्रत्यारोपण क्षेत्र के लिए व्यवधान बलों निर्देशित करने के लिए एक सटीक साधन प्रदान करता है.

Abstract

सामग्री विज्ञान के क्षेत्र में हाल के अग्रिमों एक माइक्रो और नैनो पैमाने पर दोनों प्रत्यारोपण सतहों के स्थलाकृतिक जटिलता में पर्याप्त वृद्धि करने के लिए नेतृत्व किया है. सतह खुरदरापन के अर्थात् संख्यात्मक निर्धारकों - - प्रत्यारोपण सतहों का वर्णन करने के लिए इस तरह, पारंपरिक तरीके के रूप में विवो प्रदर्शन में भविष्यवाणी के लिए अपर्याप्त हैं. Biomechanical परीक्षण biomaterial सतहों के प्रदर्शन का विश्लेषण करने के लिए एक सटीक और तुलनात्मक मंच प्रदान करता है. उम्मीदवार प्रत्यारोपण सतहों के लिए हड्डी के एंकोरेज परीक्षण करने के लिए एक बेहतर यांत्रिक परीक्षण विधि प्रस्तुत किया है. विधि चिकित्सा के दोनों जल्दी और बाद के चरणों के लिए लागू है और रासायनिक या यंत्रवत् संशोधित सतहों के किसी भी श्रेणी के लिए नियोजित किया जा सकता है - लेकिन नहीं चिकनी सतहों. कस्टम आयताकार प्रत्यारोपण पुरुष Wistar चूहों के बाहर का जाँघ की लंबी हड्डी जो ऊपर कूल्हे की हड्डी से तथा नीचे टिबिया एवं टेला से जुड़ी होती है में द्विपक्षीय स्तर पर रखा जाता है और आसपास के हड्डी के साथ एकत्र कर रहे हैं. परीक्षण नमूनों तैयार है और एक उपन्यास टूटे ढालना और विघटन का उपयोग कमरों का कर रहे हैंपरीक्षण एक यांत्रिक परीक्षण मशीन का उपयोग किया जाता है. इस विधि बिल्कुल सीधा, या समानांतर, सतह प्रत्यारोपण के विमान को व्यवधान बल के संरेखण के लिए अनुमति देता है, और परीक्षण के लिए एक सटीक पेरी प्रत्यारोपण क्षेत्र को अलग करने के लिए एक सटीक और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य साधन प्रदान करता है.

Introduction

Endosseous प्रत्यारोपण सतहों के लिए हड्डी के एंकोरेज का आकलन कई मैकेनिकल परीक्षण तरीकों 1,2 वर्णित किया गया है, जिसके लिए काफी ध्यान का ध्यान केंद्रित किया गया है. सभी तरह के तरीकों नियोजित किया जा रहा हड्डी / प्रत्यारोपण मॉडल को बाधित करने के लिए एक बल थोपना, और मोटे तौर पर कतरनी में बांटा जा सकता है, आम तौर पर धक्का बाहर के रूप में प्रस्तुत या पुल बाहर मॉडल 3,4, टोक़ 3,5, रिवर्स और तन्य प्रकार 6, 7. आमतौर पर हड्डी 8 या सामग्री प्रत्यारोपण (भंगुर चश्मा और मिट्टी के 9,10 के मामले में), हड्डी / प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस बनी हुई है (कम से कम आंशिक रूप से) बरकरार हुई है खंडित और, एंकोरेज के कुछ फार्म मान रही है या तो इस तरह के परीक्षणों में. इस तरह की प्रयोगात्मक परिणामों से न केवल मॉडल के फ्रैक्चर (या व्यवधान) पैदा करने के लिए आवश्यक बल हड्डी / प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस 11,12 अलग करने के लिए आवश्यक बल नहीं है कि, लेकिन यह भी बनाया फ्रैक्चर विमान के जटिल क्षेत्र की सतह सकता है इसका मतलब करने के लिए मचलनासही माप. वे हड्डी में लंगर डाले जा करने के लिए भिन्न सतह के डिजाइन के प्रत्यारोपण की क्षमता का एक तुलनात्मक गेज प्रदान के बाद से फिर भी, इस तरह के परीक्षण, चिकित्सकीय प्रासंगिक हो सकता है. घरनदार या cortical हड्डी मॉडल उपचार, और विभिन्न यांत्रिक, लेकिन, यह भी जांचकर्ताओं परतदार या बुना हड्डी या तो प्रदर्शनी में विभिन्न जानवरों की प्रजातियों का उपयोग करें के बाद से प्रयोगात्मक मॉडल के बीच तुलना कठिनाई से भरा है, जबकि इस तरह की तुलना, एक प्रयोगात्मक मॉडल के भीतर ही मान्य हैं कि ध्यान दिया जाना चाहिए परीक्षण geometries और शर्तों.

हड्डी / प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस की तन्यता ताकत की एक माप प्राप्त करने के प्रयास में, कई जांचकर्ताओं तन्य शक्ति बल प्रति इकाई क्षेत्र के रूप में मापा जाता है, के बाद से एक "तन्य शक्ति" मूल्य प्राप्त करने के प्रत्यारोपण की नाममात्र सतह क्षेत्र का इस्तेमाल किया है. यह हड्डी / प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस विघटन परीक्षण के कई रोजगार में बरकरार है, स्पष्ट रूप से जैसा कि ऊपर बताया, दिए गए एक सन्निकटन हैएड. हालांकि रोनाल्ड एट अल. 13 से चर्चा के रूप में प्रत्यारोपण, विशेष रूप से भौगोलिक विवरण के अनुसार जटिल सतहों की सतह क्षेत्र को मापने इसके अलावा, माप तकनीक का संकल्प द्वारा सीमित है, Brunski एट अल. 2, द्वारा समीक्षा के रूप में जब एक प्रत्यारोपण की नाममात्र सतह क्षेत्र ध्यान में रखा जाता है, विभिन्न सतह प्रत्यारोपण डिजाइन के साथ जुड़े "तन्य शक्ति" में स्पष्ट मतभेद उच्च सतह क्षेत्र के साथ प्रत्यारोपण सतहों हड्डी / प्रत्यारोपण संपर्क के बड़े क्षेत्रों प्रदान करते हैं और इस प्रकार मॉडल फ्रैक्चर के बल की आवश्यकता होती है, सुझाव है कि नकार रहे हैं. निहितार्थ यह इसलिए और अधिक भौगोलिक विवरण के अनुसार जटिल सतहों अधिक से अधिक हड्डी प्रत्यारोपण संपर्क (बीआईसी) में यह परिणाम है जो संपर्क अस्थिजनन, वृद्धि और यांत्रिक परीक्षण में उच्च व्यवधान मूल्यों परिणामी कर सकते हैं. Osteoconduction और हड्डी गठन: संपर्क अस्थिजनन दो अलग घटना का उत्पाद है. दरअसल, हम topograph पर osteoconduction में बढ़ जाती है कि पता चला हैically जटिल सतहों परिणामी बीआईसी 14 मापने के द्वारा मात्रा निर्धारित है, और इस तरह की सतहों भी उच्च यांत्रिक व्यवधान 12 मूल्यों में होने वाली जा सकता है.

हालांकि, यह पेरी प्रत्यारोपण हड्डी दो तंत्र द्वारा फार्म कर सकते हैं कि नोट के लिए हितकारी है. Mesenchymal मूल के संपर्क अस्थिजनन कोशिकाओं में सतह प्रत्यारोपण (osteoconduction) की ओर पलायन, अस्थि कोशिकाओं में अंतर, और सतह प्रत्यारोपण (हड्डी गठन) पर नए सिरे से हड्डी मैट्रिक्स प्रकाश डालेंगे. सविस्तार पहले बोनी मैट्रिक्स 15 remodeling सामान्य हड्डी के रूप में देखा एक mineralized सीमेंट लाइन है (कभी कभी 1 संयुक्त राष्ट्र mineralized या हड्डी 16 में सभी इंटरफेस के साथ syncretized है माना जाता है कि इस mineralized जैविक संरचना से संबंधित साहित्य में बहुत भ्रम की स्थिति है - इस विषय पर एक पूरी चर्चा के लिए डेविस और हुसैनी 17) देखें. संपर्क अस्थिजनन हड्डी की घटना के लिए एक आवश्यक शर्त हैसंबंधों, लेकिन हड्डी अंतर्वृद्धि 18 के लिए अनावश्यक है. हड्डी के खनिज सीमेंट लाइन हड्डी 19 की mineralized कोलेजन डिब्बे से यंत्रवत् कमजोर है. प्रत्यारोपण नैनो सुविधाओं के साथ सीमेंट लाइन मैट्रिक्स के interdigitation मैक्रो प्रत्यारोपण सुविधाओं में वृद्धि में अस्थि ऊतक के साथ तुलना की जाती है, तो इस प्रकार, intuitively, तो पूर्व बाधित करने के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति, यथोचित, हम बाद की तुलना में कम होने की उम्मीद है, और किया जाएगा हाल ही में प्रयोगात्मक 12 यह दिखा दिया है.

पेरी प्रत्यारोपण हड्डी भी दूरी अस्थिजनन द्वारा फार्म कर सकते हैं. इस मामले में, हड्डी पुरानी हड्डी सतह पर जमा और उत्तरोत्तर करीब अनाकार मैट्रिक्स और osteogenic कोशिकाओं 20 की बनी हुई है, जिसमें एक अंतरफलक में जिसके परिणामस्वरूप सतह प्रत्यारोपण हो जाता है. सामान्य में, दूरी अस्थिजनन चिकनी, या machined, endosseous प्रत्यारोपण सतहों के साथ जुड़ा हुआ है और अक्सर cortical हड्डी चिकित्सा में देखा जाता है, जबकि microtopographically जटिल सतहों घरनदार हड्डी चिकित्सा के अधिक विशिष्ट है कि संपर्क अस्थिजनन के साथ जुड़े रहे हैं. चिकनी प्रत्यारोपण सतहों और cortical हड्डी चिकित्सा का उपयोग तनन परीक्षण मॉडल भौगोलिक विवरण के अनुसार जटिल सतहों के साथ जुड़े संपर्क अस्थिजनन की इस बेढब जैविक मैट्रिक्स अनुपस्थित के चिपकने वाला गुण का परीक्षण करने में सक्षम है, और तब होता है कि तथाकथित "जैव रासायनिक" संबंध एक प्रदान करता है पता चला है कि भौगोलिक विवरण के अनुसार जटिल सतहों 21 के साथ सूचित "तन्य शक्ति" मूल्यों के छोटे घटक. इसके विपरीत, एक घरनदार हड्डी चिकित्सा मॉडल का उपयोग कर, वाँग एट. 22 प्रत्यारोपण सतह खुरदरापन और धक्का बाहर विफलता लोड के बीच "एक उत्कृष्ट सहसंबंध" पता चला है, और रासायनिक संबंध वास्तव में प्रत्यारोपण के लिए हड्डी के एंकोरेज में एक नगण्य भूमिका निभाई संकेत दिया कि सतह. यह संपर्क और दूरी अस्थिजनन दोनों सब endosseous पेरी impla में, डिग्री भिन्न करने के लिए होते हैं, संभव है कि एक ओर जहांडिब्बों चिकित्सा, microtopographically जटिल सतहों खुद को घरनदार बोनी चिकित्सा में विशेष रूप से लाभप्रद हो चला है NT 23 डिब्बों. उत्तरार्द्ध दंत साहित्य 24 में तीसरी कक्षा या चतुर्थ श्रेणी हड्डी के रूप में वर्गीकृत किया जाता है.

हमारा उद्देश्य संपर्क अस्थिजनन के तंत्र और एक घरनदार हड्डी चिकित्सा वातावरण में शुरू कर सकते हैं कि परिणामी हड्डी / प्रत्यारोपण एंकोरेज पर ध्यान केंद्रित करने के लिए किया गया है. प्रत्यारोपण सतह की स्थलाकृति पर निर्भर है जो इस Anchorage, (ऊपर देखें), अलग पैमाने पर्वतमाला में हो सकता है. ऐसे सतहों के साथ बोनी सीमेंट लाइन मैट्रिक्स के interdigitation द्वारा वर्णित के रूप में, और bioactive चश्मे, मिट्टी और जालीदार धातु आक्साइड पर देखा - एक तरफ, केवल submicron प्रत्यारोपण सुविधाओं बोन संबंध में फंसा रहे हैं. (रक्त वाहिका संरचना के साथ कभी कभी पूर्ण) अन्य, अस्थि ऊतकों पर बहु - माइक्रोन के रूप में विकसित, या वृहद पैमाने पर, प्रत्यारोपण की सुविधाओं 18 सतहों सकते हैं. मामलों को छोड़कर दोनोंसतह प्रत्यारोपण हड्डी एंकोरेज के एक फार्म में ULT, तंत्र स्पष्ट रूप से अलग कर रहे हैं. हालांकि, ऊपर संदर्भित मैकेनिकल परीक्षण तरीकों के बहुमत के एक आम असफल होने (तन्यता या कतरनी मोड कार्यरत है पर निर्भर करता है) प्रत्यारोपण सतह की है कि एक बिल्कुल सीधा, या समानांतर विमान में व्यवधान बल पंक्ति में है. हम herein इस सीमा काबू कि एक विधि रिपोर्ट.

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Protocol

1. प्रत्यारोपण के डिजाइन, निर्माण, और सतह के उपचार

  1. व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम (cpTi) से, (लम्बाई x चौड़ाई x ऊँचाई आयाम 4 मिमी x 2.5 मिमी x 1.3 मिमी) आयताकार प्रत्यारोपण निर्माण. शल्य साइट और बाद में यांत्रिक परीक्षण (चित्रा 1) के भीतर जल्दी प्रत्यारोपण स्थिरता की सुविधा के लिए केन्द्र प्रत्यारोपण (व्यास = 0.7 मिमी) की लंबी अक्ष के नीचे एक छेद ड्रिल.
  2. प्रत्यारोपण के ऊपरी और निचले सतहों समझो.
    1. दो अलग सतहों बनाने के एक microtopographically जटिल सतह बनाने के लिए एक मानक धैर्य नष्ट (जीबी) के इलाज का उपयोग करें. इसके अलावा कैल्शियम फॉस्फेट (कैप) superimposing द्वारा प्रत्यारोपण की आधी संशोधित एक nanotopographically जटिल सतह बनाने के लिए नैनोकणों.

विभिन्न रासायनिक या यांत्रिक उपचार एक वांछित सतह स्थलाकृति और / या रसायन विज्ञान बनाने के लिए लागू किया जा सकता है, और इन प्रयोगात्मक questi की प्रकृति पर निर्भर करेगा: नोटसंबोधित करने की पर. एक जटिल microtopography बनाने के लिए - एक subtractive प्रक्रिया - साथ साथ प्रदान उदाहरण में, वाणिज्यिक शुद्ध टाइटेनियम (cpTi) प्रत्यारोपण के एक समूह धैर्य नष्ट (जीबी) के अधीन था. प्रत्यारोपण के आधा तो आगे एक सुपर लगाया nanotopography (जीबी DCD) बनाने के लिए कैल्शियम फॉस्फेट (कैप) nanocrystals के अलावा द्वारा संशोधित किया गया है.

नोट: धैर्य विस्फोट सूक्ष्म सतह देखते समय, संशोधित नैनो सतह की तुलना में, 10,000 एक्स बढ़ाई, सतह विशेषताओं में कोई स्पष्ट अंतर है. 100,000 एक्स बढ़ाई देखी हालांकि, जब मतभेद (चित्रा 2) काफी स्पष्ट हो गया है. यह पहले से ऐसी सतह परिवर्तन osteoconduction 14 पर गहरा प्रभाव है कि दिखाया गया है.

2. पशु मॉडल और शल्य प्रक्रिया

  1. इस मॉडल के लिए युवा पुरुष Wistar चूहों (200-250 ग्राम) का प्रयोग करें. सभी प्रक्रियाओं स्थानीय जानवरों की देखभाल कॉम द्वारा अनुमोदित किया जाना चाहिएmittees. जानवरों के पानी और चूहे चाउ करने के लिए स्वतंत्र उपयोग की अनुमति दें.
    नोट: चूहे के अन्य उपभेदों नियोजित किया जा सकता है, हालांकि Wistar चूहों की वजह से चूहे के इस तनाव के साथ पिछले अनुभव को इस प्रक्रिया के लिए चयन किया गया था. भोजन और पानी के लिए उपयोग संबोधित किया जा रहा प्रयोगात्मक प्रश्न की प्रकृति पर निर्भर करता है, बदला जा सकता है.

  2. गंभीर एक नाक शंकु के माध्यम से प्रशासित साँस लेना संज्ञाहरण का उपयोग चूहों: शामिल होने के लिए 1 लो 2 / मिनट में 4 isoflurane%, 1 एल नाइट्रस ऑक्साइड और रखरखाव के लिए 0.6 लो 2 / मिनट में 2% isoflurane. प्रक्रिया के साथ जारी रखने से पहले प्रभावी बेहोश करने की क्रिया को सुनिश्चित करने के लिए एक मानक पैर के अंगूठे चुटकी परीक्षा का संचालन.
  3. एनाल्जेसिक पूर्व और बाद operatively 0.01-0.05 मिलीग्राम / किलो buprenorphine के एक चमड़े के नीचे इंजेक्शन के माध्यम से प्रशासन.
  4. आंशिक randomization द्वारा प्रत्यारोपण निरुपित और चूहा जाँघ की लंबी हड्डी जो ऊपर कूल्हे की हड्डी से तथा नीचे टिबिया एवं टेला से जुड़ी होती है के बाहर का metaphyses में द्विपक्षीय जगह है. यह अलग सतह topographies के चयन से एक अलग प्रत्यारोपण, एक प्रत्येक की तुलना करने की अनुमति देताडी, contralateral जाँघ की लंबी हड्डी जो ऊपर कूल्हे की हड्डी से तथा नीचे टिबिया एवं टेला से जुड़ी होती है में, सांख्यिकीय विश्लेषण करने के लिए अनुकूलन.
  5. 10% betadine के साथ प्रत्येक हिंद पैर की Antero पार्श्व पहलू हजामत बनाने और सफाई से जानवरों की तैयारी. हाइपोथर्मिया को रोकने के लिए, anesthetized चूहे नीचे एक गर्म पानी परिसंचरण पैड जगह है.
  6. एक # 15 शल्य चिकित्सा स्केलपेल का उपयोग करना, मांसपेशियों का पर्दाफाश करने के जांघ के पार्श्व पहलू के साथ त्वचा के माध्यम से एक चीरा बनाते हैं. एक न्यूनतम इनवेसिव ढंग से पेशी निकायों से ध्यान हटाने की कुंद विच्छेदन का उपयोग कर बाहर का फीमर बेनकाब.
  7. पूरी तरह से ड्रिलिंग के लिए cortical हड्डी का पर्दाफाश करने के लिए, एक periosteal लिफ्ट का उपयोग, फीमर overlying periosteum की पतली परत दूर परिमार्जन. केयर कुंद विच्छेदन और periosteum को हटाने के दौरान संयुक्त घुटने की वृद्धि थाली या जोड़ कार्टिलेज को नुकसान नहीं लिया जाना चाहिए.
  8. एक बार साफ किया और निरीक्षण किया, बाहर का फीमर (चित्रा 3) के पूर्वकाल पहलू का पर्दाफाश करने के लिए laterally फीमर घुमाएगी.
  9. शल्य साइट को तैयार करने के लिए, ड्रिलदोनों cortices के माध्यम से हड्डी के बीच नीचे bicortical आयताकार स्लॉट. ऊतक overheating से बचने के लिए, खारा सिंचाई एक शल्य चिकित्सा सहायक द्वारा ड्रिलिंग भर में बनाए रखा जाना चाहिए. तीन चरणों में ड्रिलिंग आचरण:
    1. सबसे पहले, के अलावा फीमर की मध्य रेखा के साथ दो छेद 2.5 मिमी बनाने के लिए एक चिकित्सकीय हाथ टुकड़ा से जुड़ी एक 1.3 मिमी दंत गड़गड़ाहट का उपयोग, विच्छेदन से अवगत कराया पूर्वकाल प्रांतस्था, के माध्यम से ड्रिल.
    2. अगला, bicortical समानांतर छेद, जिसके परिणामस्वरूप विरोध प्रांतस्था के माध्यम से इन छेद का विस्तार करने के लिए एक दूसरे ड्रिल बिट (मोड़ 1.3 मिमी दंत गड़गड़ाहट) का उपयोग करें.
    3. अंत में, प्रत्यारोपण (3B चित्रा) के लिए साइट बनाने, एक समीपस्थ-बाहर दिशा में एक तिहाई कस्टम पक्ष काटने गड़गड़ाहट का उपयोग कर छेद में शामिल हो.
  10. संलग्न सुई का उपयोग अस्थि दोष के माध्यम से एक biodegradable सिवनी दर्रा और बाहरी ऊरु प्रांतस्था चारों ओर वापसी.
  11. डब्ल्यू, सिवनी के मुक्त अंत से अधिक प्रत्यारोपण धागा और दोष में यह गाइडयहाँ यह दबाव फिट होना चाहिए. इस तरीके में, प्रत्यारोपण की लंबी अक्ष फीमर (चित्रा -3 सी) की लंबी अक्ष को सीधा उन्मुख होना चाहिए.
  12. पोस्ट ऑपरेटिव वसूली और उपचार के प्रारंभिक दौर के दौरान प्रत्यारोपण स्थिरता प्रदान करने के लिए फीमर के पार्श्व पहलू के आसपास सीवन बाँधो. मांसपेशियों के ऊतकों को बंद करने के लिए शेष सीवन का प्रयोग करें, और शल्य स्टेपल (9 मिमी घाव क्लिप) का उपयोग त्वचीय ऊतक reoppose.
  13. संक्रमण के लक्षण के लिए शल्य स्थलों का निरीक्षण किया है, और समझौता चल क्षमता के लिए दैनिक जानवरों की निगरानी. पूरी तरह से ambulation ठीक नहीं है कि जानवरों, या विश्लेषण से, बलिदान पर ऊरु भंग उन है कि बाहर निकालें.

3. नमूना कटाई

  1. सीओ 2 प्रदर्शन के बाद गर्भाशय ग्रीवा अव्यवस्था द्वारा पोस्ट ऑपरेटिव 9 दिनों में जानवरों को बलिदान.
  2. बलिदान पर, जाँघ की लंबी हड्डी जो ऊपर कूल्हे की हड्डी से तथा नीचे टिबिया एवं टेला से जुड़ी होती है और कोमल ऊतकों की साफ अलग. ऊतक घंटे बनाए रखने के लिए 15% sucrose के समाधान बफर में तुरंत स्टोरयांत्रिक परीक्षण (चित्रा -4 ए) के लिए तैयारी में ydration.
    नोट: नमूने सुविधाओं के बीच परिवहन के दौरान ऊतक हाइड्रेशन बनाए रखने के लिए सुक्रोज बफर समाधान में जमा हो जाती है. नमूने यांत्रिक परीक्षण के लिए तैयार करने के दौरान समाधान में लगभग 2-3 घंटे खर्च करेगा.

  3. मैकेनिकल के परीक्षण के लिए नमूनों तैयार करते हैं, एक उच्च गति प्रणाली से जुड़ी एक बेलनाकार हीरा गड़गड़ाहट का उपयोग प्रत्यारोपण की चौड़ाई को हड्डी ट्रिम. अंतिम परीक्षण नमूनों प्रत्यारोपण (चित्रा 4 बी) में से प्रत्येक के चेहरे से जुड़ी हड्डी के दो मेहराब से मिलकर. तैयारी या परिवहन के दौरान गिर कि मेहराब के लिए, 0 एन की एक यांत्रिक परीक्षण मान असाइन
    नोट: यह नमूनों trimming जब हानिकारक या prestressing इंटरफ़ेस से बचने के लिए, बहुत ही सौम्य और सटीक होना जरूरी है. बोनी विरोहक घट्टा प्रत्यारोपण की लंबी अक्ष के चारों ओर और भी अनुदैर्ध्य छेद में विकसित कर सकते हैं. इस तरह के अतिरिक्त हड्डी त्रिकोणीय द्वारा हटा दिया जाना चाहिएयह यांत्रिक परीक्षण परिणाम तिरछा कर सकते हैं, आयताकार प्रत्यारोपण के सटीक आयाम करने के लिए नमूनों mming.

4. मैकेनिकल परीक्षण

एक कस्टम टूटे ढालना प्रत्येक नमूना यांत्रिक परीक्षण के लिए नमूने तैयार करने की एक repeatable और सटीक विधि बनाने, बर्तन करने के लिए डिजाइन किया गया था. सीधे प्रत्यारोपण की सतह को सीधा बल के आवेदन के लिए अनुमति देता है, potting प्रक्रिया के दौरान केन्द्रित नमूना और पूरी तरह से क्षैतिज दबाए हुए डिजाइन, एक सुसंगत परीक्षण क्षेत्र के लिए पेरी प्रत्यारोपण हड्डी के एक 0.5 मिमी क्षेत्र के अलगाव के लिए अनुमति देता है. पूरा इंजीनियरिंग ड्राइंग और अंतिम घटकों के लिए चित्रा 6 चित्रा 5 देखें.

नोट: सारे / मिनट 30 मिमी की एक crosshead गति पर सक्रिय है, एक यांत्रिक उपकरण का परीक्षण परीक्षण का उपयोग कर. अवशिष्ट हड्डी निम्नलिखित परीक्षण के एक गुणात्मक मूल्यांकन के लिए, एक विदारक माइक्रोस्कोप का इस्तेमाल किया जा सकता है.

  1. पोटिंगनमूनों और यांत्रिक परीक्षण
    1. सुक्रोज बफर समाधान और धीरे दाग सूखे से नमूनों निकालें.
    2. कस्टम मोल्ड में स्थिति नमूना. क्षैतिज ढालना की दीवारों में छेद के माध्यम से और प्रत्यारोपण के बीच में छेद के माध्यम से पिन स्लाइड. प्रत्यारोपण (चित्रा 7) को स्थिर करने के लिए मोल्ड के पीछे पक्ष पर स्थिर प्लेट रखें.
    3. Flowable समग्र दंत साथ मोल्ड के आधार भरें और एक उच्च तीव्रता इलाज लाइट का उपयोग कर 60 सेकंड के लिए इलाज.
      नोट: यह उत्पन्न गर्मी ऊतक गुणों को प्रभावित कर सकते के रूप में, एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया के साथ सेट नहीं है कि एक समग्र चुनने के लिए महत्वपूर्ण है.
    4. इलाज करने के बाद, मोल्ड खोलने के लिए और कठोर नमूना ब्लॉक हटा दें. पहचान के प्रयोजनों के लिए पार्श्व आर्क पर स्थायी मार्कर में एक पतली काली रेखा खींचें.
    5. एक उप में नमूना परीक्षण के एक पूर्वनिर्मित प्रतिकृति फिक्स, और यांत्रिक परीक्षण उपकरण के आधार पर यूनिट केंद्र.
    6. उपाध्यक्ष में नमूना सुरक्षित और प्रत्यारोपण में छेद (चित्रा 8) के माध्यम से एक नायलॉन लाइन गुजरती हैं. आगे बढ़ crosshead के केंद्र के लिए बिखरी देते हैं. स्थिरता के लिए, हमेशा लेबल और पहली पार्श्व पक्ष का परीक्षण करें. औसत दर्जे का कट्टर के साथ इस प्रक्रिया को दोहराएँ.

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Representative Results

सभी जानवरों को सर्जरी से उनके वसूली के बाद समय के साथ उनकी चल गतिविधि में वृद्धि हुई. हमने हाल ही में 12 की सूचना दी है के रूप में लोड, विभिन्न पैमाने पर्वतमाला के topographies पर अंतर प्रभाव है क्योंकि यह महत्वपूर्ण है. यांत्रिक परीक्षण निम्नलिखित परीक्षण नमूनों के लिए एक प्रतिनिधि बल / विस्थापन वक्र चित्रा 9A में प्रस्तुत किया है, और प्रत्येक सतह प्रत्यारोपण के लिए औसतन डेटा चित्रा 9B में प्रस्तुत किया है. प्रत्येक नमूना द्वारा हासिल की अधिकतम शक्ति मान दर्ज की गई और समूह मूल्यों की तुलना के लिए (एन = समूह प्रति 28) औसतन गया था. GB-DCD सतह, अंतर्निहित microtopographically जटिल सतह पर आरोपित submicron स्थलाकृतिक सुविधाओं के साथ, असंशोधित जीबी माइक्रो सतह (पी <0.0001) (चित्रा 9B) की तुलना में काफी अधिक व्यवधान बल मूल्यों की थी.

यांत्रिक परीक्षण के बाद, यह देखा जा सकता है कि लक्ष्य के भीतर खंडित नमूनों के 92%(चित्रा 10) पेरी प्रत्यारोपण क्षेत्र एड.

चित्रा 1
चित्रा 1. कस्टम डिजाइन किए आयताकार प्रत्यारोपण. ऊपर और नीचे चेहरे विकास और समानाधिकरण के लिए प्राथमिक साइटों रहे हैं. आयाम: 4 मिमी x 2.5 मिमी x 1.3 मिमी (लम्बाई x चौड़ाई x ऊँचाई) और छेद व्यास 0.7 मिमी.

चित्रा 2
चित्रा 2. इस्तेमाल किया प्रत्यारोपण सतहों के क्षेत्र उत्सर्जन SEM micrographs. स्थलाकृति में मतभेद 10,000 एक्स बढ़ाई (ऊपर) पर देखने के लिए मुश्किल हैं, लेकिन 100,000 एक्स (नीचे) पर बहुत स्पष्ट हैं. (ए, सी): जीबी और (बी, डी): जीबी DCD नमूनों.


चित्रा 3. (ए) कुंद विच्छेदन का उपयोग फीमर उजागर और periosteum हटाने के बाद, (ख) एक bicortical स्लॉट एक 3 चरण ड्रिलिंग प्रक्रिया का उपयोग कर बनाया गया था, और (सी) प्रत्यारोपण जगह में प्रेस से सज्जित और एक biodegradable सिवनी साथ समर्थन किया था.

चित्रा 4
चित्रा 4. (ए) जाँघ की लंबी हड्डी जो ऊपर कूल्हे की हड्डी से तथा नीचे टिबिया एवं टेला से जुड़ी होती है कुर्बान कर जानवरों से काटा गया. आयताकार प्रत्यारोपण बाहर का फीमर में दिख रहा है. एक औसत दर्जे का है और प्रत्यारोपण के दोनों तरफ एक पार्श्व कट्टर दोनों के साथ (बी) के अंतिम टेस्ट नमूना.


चित्रा 5. पॉट यांत्रिक परीक्षण नमूनों के लिए इस्तेमाल किया रिवाज अलग हुए मोल्ड के लिए तकनीकी चित्र. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 6
यांत्रिक परीक्षण के लिए चित्रा 6. कस्टम अलग हुए मोल्ड डिजाइन.

चित्रा 7
चित्रा 7. Speci पुरुषों कस्टम मोल्ड में कमरों का.

8 चित्रा
चित्रा 8. नमूना पिछले यांत्रिक परीक्षण के लिए यांत्रिक परीक्षण उपकरण में केन्द्रित.

9 चित्रा
चित्रा 9. यांत्रिक परीक्षण के बाद उत्पन्न (ए) प्रतिनिधि बल / बढ़ाव वक्र. 9 दिनों इच्छामृत्यु समय बिंदु (एन = 28 समूह प्रति नमूनों) में 30 मिमी / मिनट की एक crosshead गति से दर्ज (बी) औसत व्यवधान बल मूल्यों (एन). (*) = सांख्यिकीय महत्व.

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चित्रा 10. यांत्रिक परीक्षण के बाद प्रत्यारोपण के आसपास कोर्टिकल मेहराब के पैटर्न को तोड़ने.

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Discussion

और करने के लिए अस्थिभंग क्षेत्र की सीमा है, यह सही सीधा के लिए, या समानांतर लागू व्यवधान बल की धुरी के साथ परीक्षण के नमूने के संरेखण की अनुमति देता है के बाद से यहाँ प्रस्तुत यांत्रिक परीक्षण मॉडल, उम्मीदवार प्रत्यारोपण सतहों के लिए हड्डी के एंकोरेज का आकलन करने के लिए एक बेहतर तरीका प्रदान करता है सतह प्रत्यारोपण के आधे से एक मिलीमीटर के भीतर. मॉडल आसानी से रासायनिक, या यंत्रवत्, संशोधित सतहों के किसी भी श्रेणी के प्रभाव की तुलना अध्ययन में शामिल किया है, लेकिन यह आसानी से हेरफेर नमूना दौरान हड्डी से अलग कर रहे हैं के रूप में चिकनी सतहों के लिए उपयुक्त नहीं है. प्रत्यारोपण biomaterials की एक विस्तृत श्रृंखला से निर्मित किया जा सकता. डेटा आसानी से एकत्र की है और, मैकेनिकल परीक्षण उपकरण ठीक से calibrated न्यूनतम छानने की आवश्यकता है प्रदान की जाती हैं. भिन्न समयसीमा चिकित्सा के विभिन्न चरणों में यांत्रिक प्रदर्शन का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अलावा, मॉडल आसानी compr कि मानव रोग के पशु मॉडल में नियोजित किया जा सकताउदाहरण के लिए, सहित omise हड्डी चिकित्सा, मधुमेह, विकिरण उपचार, और autoimmune रोग.

अन्य उपभेदों आसानी से नियोजित किया जा सकता है, हालांकि मॉडल, पुरुष Wistar चूहों के लिए डिजाइन किया गया है. चूहों के कंकाल संरचना, विशेष रूप से फीमर, छोटे, जबकि कस्टम प्रत्यारोपण प्राप्त करने के बाद सामान्य चल भार बर्दाश्त करने में सक्षम है, और उनके पोस्ट ऑपरेटिव वसूली तेज है. कारण किया सरल geometries के लिए, डिजाइन बड़ा पशु मॉडल के लिए पैमाने पर करने के लिए आसान है. यह चूहों में एक समान आपरेशन का संचालन करने के लिए संभव है, जाँघ की लंबी हड्डी जो ऊपर कूल्हे की हड्डी से तथा नीचे टिबिया एवं टेला से जुड़ी होती है छोटे प्रत्यारोपण के उपयोग की आवश्यकता है और विघटन परीक्षण के लिए हैंडलिंग में चुनौतियां प्रस्तुत करता है, जो काफी छोटे हैं.

हम पहले से जल्दी उपचार अंक के दौरान होने वाली जैविक तंत्र पर ध्यान केंद्रित अध्ययन में इस मॉडल की एक सरल संस्करण कार्यरत है, और एक 9 दिन बाद सहकारी समय बिंदु कार्यरत है के रूप में, हम इस के साथ साथ एक ही समय बिंदु का इस्तेमाल किया. बहरहाल, यह टिमई अवधि अध्ययन डिजाइन के आधार पर बदल सकते हैं, और कई बार अंक विवो में समय के साथ Anchorage घटना की प्रगति दिखा सकता है.

घरनदार हड्डी के माध्यम से uncured समाधान की "wicking", कारण एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं, अत्यधिक विस्तार करने के लिए अनुचित थे, और उच्च चर इलाज टाइम्स, जिनमें से कई मॉडल के विकास के दौरान, कई तेजी से इलाज epoxies और मजबूत होगा, पता लगाया गया. चुना flowable समग्र दंत न्यूनतम विस्तार (लगभग 2%) है, इलाज लाइट के तहत जल्दी से इलाज है, और कम से कम wicking दर्शाती है. इसके अलावा, समग्र कोई एक्ज़ोथिर्मिक गुण दर्शाती है. यह सामग्री उपलब्ध सामग्री के एवज में बदला जा सकता है, लेकिन यह कड़ाई से परियोजना की शुरुआत से पहले potting एजेंट का परीक्षण करने के महत्व का है.

इस विधि उम्मीदवार प्रत्यारोपण सतह डिजाइन के एक समारोह के रूप में बहुमूल्य तुलनात्मक biomechanical डेटा पैदावार. इस आईएम के मुख्य लाभसाबित विधि विरोहक हड्डी बनाई है, जहां सतह प्रत्यारोपण से पहले 0.5 मिमी, के लिए व्यवधान (फ्रैक्चर) विमान को सीमित करने में है. यह फ्रैक्चर पेरी प्रत्यारोपण के क्षेत्र तक ही सीमित नहीं है, जहां अन्य तरीकों से अलग है. सभी नमूनों में संगत है कि एक क्षेत्र - - इस प्रकार, विधि जैसा कि ऊपर बताया, प्रस्तुत किया, सही एक परिभाषित पेरी प्रत्यारोपण क्षेत्र आइसोलेट्स भी लागू बल की वजह से किसी भी पूर्वाग्रह को दूर करने, सतह प्रत्यारोपण बिल्कुल सामान्य है कि इस तरह नमूना aligning, जबकि misalignment करने. एक समय के साथ पेरी प्रत्यारोपण हड्डी की परिपक्वता पर नजर रखने के लिए करना चाहता है तो यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है. हालांकि, यह परीक्षण के बाद सतह पर शेष काफी हड्डी के बाद से वहाँ परीक्षण, सच हड्डी / प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस पर ही biomechanical जानकारी प्रदान नहीं करता है पर जोर दिया जाना चाहिए.

इससे पहले, हम Tita रेंडर करने के लिए सतह स्थलाकृति की क्षमता को परिभाषित करने की इस पद्धति का एक सरल संस्करण का इस्तेमाल किया हैnium समय 12 चिकित्सा का एक समारोह के रूप में स्थलाकृतिक जटिलता के अलग ग्रेड की जैविक प्रासंगिकता चित्रित करने के लिए हाल ही में काम के साथ ही, हड्डी संबंध 14 सतहों. साधारण परीक्षण के साथ साथ प्रस्तुत किया है कि तुलना में तेजी है, और कोई कस्टम डिजाइन potting डिवाइस की आवश्यकता है, अस्थिभंग विमान के स्थान में काफी विचरण है. इसके अलावा, विधि भी एक प्रत्यारोपण मैकेनिकल परीक्षण उपकरण पर खड़ी गठबंधन किया है, ऐसी है कि 90 डिग्री नमूना परीक्षण घूर्णन कल्पना करने की अनुमति देता है. अन्य तरीकों के साथ संभव नहीं एक दृष्टिकोण - इस विन्यास में यह एक ही प्रयोगात्मक सेटअप के साथ कतरनी परीक्षण का संचालन करने के लिए संभव है.

फिर भी, सीमाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं कि कई व्यावहारिक कमियां हैं. परीक्षण नमूनों छोटे हैं, यह समय लेने वाली अन्य तरीकों के सापेक्ष potting दौरान मोल्ड में उचित नमूना संरेखित करने के लिए किया जा सकता है. नमूना कमरों का है एक बार इसके अलावा, यह हो सकता हैमुश्किल नग्न आंखों, सटीक पेरी प्रत्यारोपण क्षेत्र के साथ, पुष्टि करने के लिए, इस प्रकार यह अधिक सही पेरी प्रत्यारोपण क्षेत्र कल्पना करने के लिए एक आवर्धक कांच, या जौहरी के पाश का उपयोग करने के लिए उपयोगी हो सकता है. अन्त में, विधि पेरी प्रत्यारोपण क्षेत्र में उजागर विरोहक trabeculae के माध्यम से flowable समग्र wicking से बचा जाता है कि एक तरीके से किया जाना चाहिए. अंत में यह हम उपलब्ध है उपकरण है के बाद से, हम एक 1000 एन लोड सेल का इस्तेमाल किया है, लेकिन एक छोटे लोड सेल, 50-100 एन रेंज में परीक्षण के डेटा में अधिक से अधिक संकल्प और सटीकता के लिए अनुमति देता है, भविष्य के परीक्षण के लिए अधिक उपयुक्त होगा.

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Disclosures

लेखकों Biomet 3i (पाम बीच गार्डन, सीए, संयुक्त राज्य अमरीका) से धन और सामग्री का समर्थन प्राप्त किया. Biomet 3 आई इस पांडुलिपि या वर्णित प्रयोगों के डिजाइन के लेखन में कोई हिस्सा नहीं था.

Acknowledgments

लेखकों उनके निरंतर वित्तीय सहायता के लिए Biomet 3i का शुक्रिया अदा करना, और कस्टम भागों के डिजाइन और निर्माण में मदद के लिए विशेष रूप से रैंडी गुडमैन होगा. स्पेंसर बेल राष्ट्रीय विज्ञान और कनाडा के इंजीनियरिंग रिसर्च काउंसिल (NSERC) द्वारा उपलब्ध कराए गए एक औद्योगिक स्नातकोत्तर छात्रवृत्ति के एक प्राप्तकर्ता है. हम भी पांडुलिपि तैयार करने के दौरान उसकी बहुत मूल्यवान प्रतिक्रिया के लिए डॉ. जॉन Brunski धन्यवाद देना चाहूंगा.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dulbecco’s Phosphate Buffer solution (DPBS) Gibco Life Technologies, Burlington, ON, Canada 14190-250
10% neutral buffered formalin solution Sigma-Aldrich Co. LLC., Canada HT501128-4L
Custom-designed rectangular implants (commercially pure titanium; dimensions: 4mm x 2.5mm x 1.3mm with a 0.7mm hole drilled centrally down the long axis) Biomet 3i, FL, USA N/A
Custom-designed breakaway mould Biomet 3i, FL, USA N/A
Isoflurane Baxter Internationl Inc. N/A
Buprenorphine Bedford Laboratories N/A
10% betadine Bruce Medical, MA, US FR-2200-90
Scalpel Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada 2586-M36-0100
Scalpel blade #15 (sterile) Magna, Medstore, University of Toronto, Canada 2586
Periosteal elevator #24G Spectrum Surgical, OH, USA EX7
Forceps Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada 7747-A10-108
Tissue forceps Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada 7722-A10-308
Scissors Almedic, Medstore, University of Toronto 7603-A8-240
Absorbant Fabric General Purpose Drape (sterile) Vitality Medical 1089
Gauze (non-sterile) VWR 89133-260
Needles 25G X 5/8" (disposable) BD, Canada 305122
Syringes (sterile) VWR, Canada CABD309653
Needle Driver Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada A17-132
Dynarex Surgical gloves (sterile) Amazon.com 2475
Surgical masks Fisherbrand, Medstore, University of Toronto, Canada 296360759
0.9% sterile saline House brand, Medstore, University of Toronto, Canada 1011-L8001
Hair clippers Remington, US N/A
4-0 Polysorb Syneture SL5627G
9mm Wound Clips Becton Dickinson, MD, USA 427631
ImplantMED DU 900 and WS-75 dental hand piece  W&H Dentalwerk, Austria DU1000US
1.3 mm twist drill Brasseler, GA, USA 203.21.013
1.3 mm dental burr  Biomet 3i, FL, USA custom
1.2 mm cylindrical side-cutting burr Biomet 3i, FL, USA custom
Cylindrical diamond burr Brasseler, GA, USA H1.21.014
High speed dental drilling system Handpiece: KaVo Dental Corporation, IL, USA N/A
Handpiece Control: DCI International, OR, USA
99.5% Ultra Pure sucrose BioShop Canada Inc., Burlington, ON, Canada 57-50-1
Flowable dental composite Filtek Supreme Ultra Flowable Restorative, 3M ESPE, St Paul, Minnesota, USA 6033XW
Sapphire Plasma Arc high intensity curing light Den-Mat Holdings, Santa Maria, CA, USA N/A
Instron 4301 with 1000 N load cell Instron, Norwood, MA, USA N/A
Leica Wild M3Z Stereozoom dissecting microscope Leica, Heerbrugg, Switzerland N/A
QImaging Micropublisher 5.0 RTV digital camera coupled with QCapture 2.90.1 acquisition software QImaging, Surrey, BC, Canada N/A
Electronic digital caliper  Fred V. Fowler Company, Inc., Newton, MA, USA N/A
Mechanical testing instrument Instron, Norwood, MA, USA N/A

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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जैव अभियांत्रिकी अंक 84 यांत्रिक परीक्षण अस्थि Anchorage विघटन परीक्षण सतह स्थलाकृति पेरी प्रत्यारोपण हड्डी हड्डी प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस हड्डी संबंध microtopography nanotopography
अस्थि प्रत्यारोपण लंगर का आकलन करने के लिए एक बेहतर मैकेनिकल परीक्षण विधि
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Bell, S., Ajami, E., Davies, J. E.… More

Bell, S., Ajami, E., Davies, J. E. An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage. J. Vis. Exp. (84), e51221, doi:10.3791/51221 (2014).

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