Summary
في هذه المخطوطة، نقدم بروتوكولا للكسر فيمورا اختبار الدانية المأخوذة في خريف جانبية في التكوين الورك باستخدام التركيبات الآلية التي شنت في إطار هيدروليكية مؤازرة قياسية. يتم الحصول على تسعة إشارات رقمية تضم قوات ولحظات التشرد جنبا إلى جنب مع اثنين من دفق الفيديو عالية السرعة أثناء الاختبار.
Abstract
اختبار الميكانيكية من فيمورى يجلب أفكاراً قيمة في فهم مساهمة المتغيرات measureable سريرياً مثل توزيع كثافة المعادن في العظام، والهندسة على فخذي الخواص الميكانيكية. حاليا، لا يوجد أي بروتوكول قياسي لاختبار الميكانيكية لهذه العظام هندسيا معقدة لقياس قوة وصلابة. ولسد هذه الفجوة قمنا بتطوير بروتوكول لاختبار فيمورا المأخوذة للكسر وقياس النشاط الحيوي المعلمات الخاصة بهم. ويصف هذا البروتوكول مجموعة من المباريات قابلة للتكيف لاستيعاب مختلف أحجام تحميل والتوجيهات المحاسبية لتوجهات العظام ممكن في خريف على تكوين الورك، واختبار سرعة وحجم العظام، والاختلافات الساق اليسرى على الساق اليمنى. فيمورا أعدت للاختبار من التنظيف، قطع، والمسح الضوئي وبوتينغ نهاية القاصي و trochanter أكبر الاتصال السطوح في poly(methyl methacrylate) (البولي ميثيل ميثا اكريلات) كما ورد في بروتوكول آخر. وضعت في المباراة الاختبار في وضع محاكاة هبوط جانبية في الورك العينات المعدة وتحميلها للكسر. أثناء الاختبار، تطبيق تحميل خلايا قياس الرأسي القوتين إلى رأس الفخذ وأكبر trochanter، خلية تحميل الستة-محور قوات المقاسة وتقاس لحظات في رمح فخذي القاصي، وجهاز استشعار تشرد التشرد التفاضلية بين رئيس الفخذ و trochanter الاتصال تدعم. واستخدمت كاميرات الفيديو عالية السرعة بشكل متزامن تسجيل تسلسل الأحداث الكسر أثناء الاختبار. الحد من هذه البيانات سمح لنا بتميز القوة، وصلابة، وكسر الطاقة لما يقرب من 200 العظام هشاشة، أوستيوبينيك، والبحوث العادية فيمورى المأخوذة لمواصلة تطوير أدوات التشخيص القائم على الهندسة ترقق العظام.
Introduction
تطوير أساليب الرواية لتقييم مخاطر كسر الفخذ ومنع الكسر لهبوط في الورك يتطلب فهم شامل للعمليات النشاط الحيوي التي ينطوي عليها أثناء الكسر. اختبار قوة عظم الفخذ الدانية المأخوذة وقد ثبت أن تكون فعالة في تحديد العلاقة بين فخذي القوة والعوامل التي تؤثر على القدرات الهيكلية لعظم الفخذ تقديم رؤى هامة في هذه العملية1،2 , 3-قوة فخذي قياسها تجريبيا يستخدم أيضا للتحقق من صحة الكمية المحسوبة التصوير المقطعي محدود عنصر التحليل القائم (قكت/الهيئة الاتحادية للبيئة) التي تمكن من تقدير غير الغازية لكسر قوة4،5، 6،7.
حتى الآن، لا يوجد أي إجراء القياسية المقبولة لاختبار عينات فخذي كله للكسر. لعزل المتغيرات measureable سريرياً (مثل كثافة العظام المعدنية، وهندسة) وتأثيرها على قوة فخذي، يتحتم للاختبار التجريبي تنفذ بطريقة التي تسيطر عليها وقابلة للتكرار. فيمورى المأخوذة الأشكال غير النظامية، وتتراوح في الأحجام8 ويمكن الحصول عليها من الجثامين سواء الذكور أو الإناث من مختلف الإعمار، مما يجعل من المستحيل لاختبار باستخدام تركيبات مضمنة لمعيار اختبار آلات. في سقوط جانبية حول هذا الحدث في الورك، يخضع trochanter زيادة التحميل ضاغطة، في حين قد يتعرض عظم الفخذ الدانية التحميل المعقدة بما في ذلك ضغط، والتوتر، والانحناء لحظة، والتواء. اختبار هذه السيناريوهات تحميل يزيد تعقيد التصميم التجريبي. ولذلك، لاعبا أساسيا، كأحد المكونات الهامة لبروتوكول الاختبار، يجب أن تكون المصممة خصيصا، وملفقة، ومثبتة لاستيعاب فخذي عينات مختلفة الأشكال والأحجام، وسرعات مختلفة اختبار. يجب إجراء هذه المباراة أيضا العينات للاختبار في مجموعة من التوجهات المطلوبة لمحاكاة الأحمال الأثر المحتمل من هبوط في الورك. لتلبية مجموعة متنوعة من مثل هذه الظروف، يحتاج لاعبا أساسيا لثابتة متعددة وتتحرك عناصر متصلة بطريقة للتقليل من اللعب في النظام والحصول على استجابة سلس-إزاحة بحمولة.
الحصول على بيانات موثوقة أيضا حرجة أثناء الاختبار. ويجب أن يتضمن التصميم التجريبي خلايا الحمل اللازمة، ومحولات الطاقة التشرد، إشارة مكبرات الصوت ومكيفات الهواء بدقة تدبير القوات ولحظات على الإطلاق يدعم. بالإضافة إلى ذلك، أشرطة الفيديو عالية السرعة من طرق العرض الأمامي والخلفي لعظم الفخذ التي تم الحصول عليها في شكل متزامن مع اكتساب القوات اللازمة للمساعدة على فهم تسلسل الأحداث التي أدت إلى الكسر، وتميز أنواع الكسور، وعلى وجه التحديد تعريف القوة فخذي4،9.
بينما هناك قيمة الدراسات التجريبية في الأدب في عظم الفخذ كله اختبار، البروتوكولات المنشورة أما تفتقر إلى التفاصيل بشأن كيفية تنفيذ اختبار أو تختلف اختلافاً كبيرا عن دراسة واحدة إلى أخرى لجعلها حقاً استنساخه10، 11. وكان هدف العمل الحالي لإدخال بروتوكول لاختبار الميكانيكية فخذي العينات التي يمكن استخدامها كنقطة انطلاق لبذل جهد لتوحيد النسيج العظمى التجارب التي يمكن أن تكون قابلة للتكرار واستنساخه. وتحقيقا لهذه الغاية، ونحن مصممة وملفقة لاعبا اختبار الذي تم استخدامه لاختبار فيمورا المأخوذة حوالي 200. وشملت المباراة اختبار لاعبا السفلي ولاعبا crosshead. المباراة أسفل (الشكل 1A-E) يحمل عظم الفخذ في اتجاه المطلوب أثناء الاختبار، ويتضمن خلية تحميل trochanter وخلية تحميل 6 قنوات متصلة برمح فخذي. كما أنه يستوعب ثلاث ترجمات مستقلة للسماح لتحديد المواقع من العظام للكسر الاختبار. يتم إضافة نقطة دوران لتقليد الركبة. الأجزاء الرئيسية للمباراة أسفل تتألف من قطعة سميكة من الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم لجعل لاعبا قاسية جداً. خلية تحميل مرفق المباراة أسفل لقياس قوي ضاغطة على تروتشانتير أكبر أثناء الاختبار. المباراة crosshead (الشكل 2A--2E) يتضمن لوحات القاعدة الألومنيوم اثنين وهما محامل الشريحة قاسية جداً (تعلق معا بصفيحة ألومنيوم)، لحساب حركة رأس الفخذ أثناء الاختبار، وأيضا لاستيعاب فيمورا الأيمن والأيسر. إدراج خلية تحميل في التدابير لاعبا أساسيا crosshead قوي ضاغطة. يتم استخدام كأس ألمنيوم تعلق بخلية التحميل لتطبيق الأحمال ضاغطة على رأس الفخذ. استخدمت لدينا طريقة فيمورا اليسار واليمين من كلا الجنسين، بأحجام مختلفة، وزوايا رمح الرقبة وكثافة العظام المعدنية، وتحميل ظروف محاكاة جانبية تقع في الورك. تم تعيين بسرعة الاختبار في تجاربنا في 5 و 100 و 700 ملم/s، ولكن أنها يمكن تعيين إلى أي قيمة متوفرة على جهاز الاختبار. كان المباراة مصممة مكونين رئيسيين، متصلاً بها crosshead آلة الاختبار وأخرى متصلة بإطار الاختبار. كل أجزاء تم تجهيزها مع خلايا الحمل كافية لقياس قوة وشروط الحدود لحظة يعتمد على الإطلاق. بالإضافة إلى ذلك، استخدمت اثنين من كاميرات الفيديو عالية السرعة لتسجيل أحداث الكسر أثناء الاختبار. بعد كسر، بفحص مجموعة من الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحسوبة (CT) تم الحصول على الوظيفة بتحليل الكسر التجريبية. النتائج التي تم الحصول عليها من هذه التجارب بما في ذلك قوة الكسر والطاقة المستخدمة حاليا لإجراء بحوث إضافية في أدوات التشخيص في نهاية المطاف تحسين تقييم قوة الكسر الدانية في مرضى العظام هشاشة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-"مرفق المباراة كبيرة"
- إزالة التجهيزات القياسية من الجهاز-
- نقل crosshead بعيداً لاستيعاب المباراة الداخلية-
- وضع كتلة الألومنيوم (جزء رقم 1 في الشكل 1A) على الجهاز وثبتت بشكل أمن على الجهاز باستخدام مسامير اثنين؛ ويتسع الثقب في الوسط الخلية تحميل الجهاز.
- وضع هيكل المباراة الرئيسية (الجزء رقم 2 في الشكل 1B) على كتلة الألومنيوم وإرفاقه بشكل أمن إلى كتلة باستخدام مسامير 4-
- مكان جاك أربعة أطنان تحت الجزء من المباراة التي لا تستند إلى كتلة الألومنيوم لدعم لاعبا أساسيا ( الشكل 1).
- جبل المباراة خلية حمولة 6-القناة (الجزء رقم 3 في الشكل 1) على المباراة الرئيسية وضمان الحصول عليها باستخدام مسامير 6-
2. مرفق لاعبا أساسيا crosshead
- تعيين crosshead الجهاز إلى الصفر المطلق باستخدام التحكم رفع crosshead.
- إرفاق اللوح الأساس الأول (جزء رقم 4 في الشكل 2) crosshead استخدام مسامير 7 مع الحواف المنحنية التي تواجه جبهة آلة الاختبار. واحد المسمار التمحور
- إرفاق الثانية استخدام اللوح الأساس (الجزء رقم 5 في الشكل 2). يستوعب المسمار العظام والأيسر أثناء الاختبار. اللوح الأساس الثاني (جزء رقم 5) مجاني لقطب حول المسمار المحورية بالنسبة إلى اللوح الأساس الأول (جزء رقم 4). يحدد اتجاه اللوح الأساس الثاني إذا كان يتم الإعداد لعظم الفخذ الأيمن أو الأيسر.
- إرفاق الجمعية المحامل الشريحة اثنين (الجزء رقم 6 في 2D الشكل) إلى اللوح الأساس الثاني (جزء رقم 5) باستخدام 4 براغي (مسامير اثنين يمكن الوصول إليها من جانب واحد من اللوح الأساس الأول). استدارة اللوح الأساس الثاني في مثل هذه طريقة أن المجموعة الثانية من مسامير يمكن الوصول إليها من أعلى باسيبلاتيس الأولى-
ملاحظة: لتغيير اتجاه الشرائح من اليسار العظم للعظم الصحيح، مسامير 4 أعلى اللوح الأساس الأول أونفاستينيد، وثم يتم تدويرها حول محور المسمار الشرائح وتثبيتها مرة أخرى في الاتجاه المطلوب. - يدوياً تدوير الشرائح التي متعامد إلى حمولة 6-قناة الخلية بإعداد crosshead آلة إلى الموضع النسبي من 65°.
3. تجهيزها لاعبا أساسيا وكاميرا عالية السرعة والإضاءة الإعداد للتجربة
آلة- مجموعة حتى المباراة أسفل الآلية في اختبارات قياسية مضاعفات الهيدروليكية. هذه المباراة ستعقد عظم الفخذ واستيعاب فيمورى اليمين واليسار على حد سواء في الخريف على تكوين الورك ( الشكل 1).
- بإعداد كاميرا عالية السرعة ومعدات الإضاءة ( الشكل 3 ألف-3D)-
- وضع ارتفاع كثافة الأضواء على حوامل مع واحدة على كل جانب من الجهاز وأمن لهم ( الشكل 3A).
- إعداد حوامل الكاميرات عالية السرعة على جانبي اختبار الجهاز وتوصيل الكاميرا كل البيانات اقتناء وحدات ( الشكل 3B -3 ج).
- مع الكاميرات على وتوصيلها إلى وحدة اقتناء، تكوين إعدادات الكاميرا؛ تعيين معدل الإطار إلى 6000 من الإطارات في الثانية (fps)، والقرار بكسل 1,024 × 512؛ ويمكن تخفيض القرار لاستيعاب ذاكرة الكاميرا الداخلية ( الشكل 3D)-
- مجموعة مصراع ب 1 إطار في الثانية (fps 1/6,000). تعيين خيار الكاميرا أيضا أن التسجيلات تبدأ قبل أن يتحرك صمام (100 مللي ثانية لاختبارات سريعة و 200 مرض التصلب العصبي المتعدد لاختبارات بطيئة).
- قم بتوصيل كبل المزامنة بين الاثنين الكاميرات؛ ووضع تحديد المشغل في إعداد برامج للكاميرات-
4. فحص/كاليبراتينج "تحميل خلايا" لنظام الحصول على البيانات الصحيحة (دق)
- إنشاء وحدة دق
- الاتصال دق لاختبار الجهاز وكاميرا فيديو عالية السرعة وخلايا الحمل ومقاومة متغيرة الخطي كما هو موضح في الأسلاك التخطيطي في الشكل 4.
- التحقق من الاتصال السليم trochanteric تحميل الخلية، الخلية تحميل الرأس، مقاومة متغيرة الخطي، خلية التحميل 6-قناة، وتؤدي إشارة إلى الجهاز دق بمراقبة آثار إشارة البيانات في لوحة العرض من البرنامج دق عن طريق دفع يدوياً في خلية التحميل.
- التحقق من دق ومكيف إشارة، ومولد نبض الجميع مدعوم على.
- تكوين البرنامج دق لجميع إشارات من خلايا الحمل والجهد الخطي. في برنامج دق، حدد " الإعداد الخطوة > > التكوين " علامة التبويب وإعداد معدل اقتناء (هرتز) لكل إدخال الإشارات المرتبطة بكل خلية التحميل. على " تريجيرينج " علامة التبويب، حدد الخيار الملائم لتحريك. ينبغي أيضا تشغيل معدات الفيديو أثناء تشغيل المحاكمة لضمان التزامن نظام الفيديو/دق.
- تطبيق حمولة اسمية (على سبيل المثال الحد أدنى من 200 رطل بحد أقصى 1600 رطل) رئيس الفخذ وخلايا الحمل تروتشانتير باستخدام آلة هيدروليكية مضاعفات القياسية للتحقق من تحميل معقولة الخلية القياسات ومقارنة للشركة المصنعة صحائف بيانات المعايرة ( الشكل 5A). وبالمثل، تطبيق
- الأحمال الثابتة خلية التحميل 6-قناة باستخدام وزن الميت كما هو موضح في الشكل 5 (ب). التحقق من الأداء الوظيفي والتحقق من أداء الخلية تحميل 6-القناة ( 5A الرقم -5B) بحساب نسبة الفروق بين القوة المقاسة والنظرية والقيم لحظة. الخطأ يجب أن تكون أقل من 5%-
ملاحظة: جميع خلايا الحمل يجب أن يكون تم معايرة قبل تلك الشركة المصنعة مسبقاً. هذه الخطوة فقط يتحقق من أن تعمل بخلايا الحمل، يتم إجراء كافة الاتصالات والإشارات معقولة.
معايرة مقياس الجهد الانزلاقي الخطي - تأمين المباراة الخطية مقاومة متغيرة crosshead والجهد الخطي في المباراة ( الشكل 5). تشديد مسامير لقفل الجسم مقاومة متغيرة وقم بتوصيل الموصل unit. دق نقل
- يدوياً صمام (25 مم) في تحميل الإطار بحيث يترجم موقف مقاومة متغيرة من الضغط الأقصى لتمديد الحد الأقصى وتشريد السجل والجهد المقابل (للبيانات على الأقل ثلاث نقاط). مؤامرة التشريد مقابل الجهد وتناسب دالة خطية للبيانات (ص 2 > 0.95). إدخال منحدر المعادلة الخطية (ملم/V) كمعامل المعايرة في " تحجيم المعلمة " مربع البرنامج دق.
- التحقق من إعداد الجهاز الاختبار الشامل عن طريق اختبار العظام الزجاجية مركب للكسر للتأكد من الحصول على كافة البيانات الفنية ومعقولة. هذا يشمل trochanter تحميل خلية وخلية التحميل رأس الفخذ وخطي مقياس الجهد الانزلاقي، خلية التحميل 6-قناة وإشارة الزناد ( الشكل 6).
5. إعداد العظام لاختبار
- ذوبان العظام في درجة حرارة الغرفة ح 24 وإزالة الرطوبة والدهون الزائدة والأنسجة اللينة المتبقية أي استخدام السلطة الفلسطينيةكل المناشف.
- العظام في اﻷكريليك المسح لاعبا أساسيا، وإعداد الأسمنت الأسنان. قياس 60 غراما مسحوق البولي ميثيل ميثا اكريلات وتخلط مع 30 غ راتنج السائل تحت غطاء الدخان حتى قد يذوب المسحوق. يجب أن يكون المخلوط بورابل. استخدم كوب ورق القابل للصرف لهذه العملية. هذه الخطوة بوتينغ trochanter أكبر كأس ألمنيوم ( الشكل 7 أ).
- محاذاة كأس الألومنيوم أدناه تروتشانتير. ثم صب الأسمنت البولي ميثيل ميثا اكريلات إلى نصف ارتفاع الكأس ورفع منهاج لاعبا أساسيا لتناسب العظام في الكأس. تسمح 10-15 دقيقة البلمرة.
- عظام التفاف في المحلول الملحي غارقة المناشف لتجنب جفاف الأنسجة خلال البلمرة أسمنت العظام.
- نقل العظام إلى المباراة الاختبار في اختبار الجهاز مع كأس الألمنيوم تعلق على تروتشانتير ( الشكل 7) مركز في كأس الألمنيوم على لوحة تعلق على خلية التحميل تروتشانتيريك
- وضبط محامل الشريحة بحيث يمس بكأس الألمنيوم قليلاً خلية التحميل. إزالة الرقم السري من المباراة لتسمح بتناوب المباراة
- مركز والسفلي crosshead للاتصال مع رئيس الفخذ. إعداد استعراض
- وموقف العظام، وتحميل الخلية إشارات وموقف كأس. أيضا استعراض دق الجهاز؛ التأكد من أن جميع المعدات وتحميل الخلايا متصلاً بشكل صحيح، وتأكد من أن كلها مدعوم على. التحقق من برنامج الإعداد للاستجابة المناسبة إشارة من كل خلية التحميل.
- وضع التقاط صور من عظم الفخذ في المباراة من الجانبين 2-
- تعيين الفتحة لإتاحة ما يكفي من الضوء على جهاز الاستشعار الكاميرا والتحكم في عمق الميدان. التحقق من جودة الصورة من خلال التركيز على الرقبة فخذي. هذه العملية ينبغي أن يمنع أي وهج ومناطق العظام لامعة في الصورة التي سوف تؤثر على التقاط الحدث الكسر.
6. اختبار لكسر
- التحقق من الإطار الميكانيكية تحميل أجهزة مبرمجة لمكافحة التشرد المناسبة من 25 مم لاختبار الكسر في إطار مضاعفات الحمل الميكانيكي لتحميل وتفريغ.
ملاحظة: هذه هي الشركة المصنعة لإعدادات معينة وينبغي إدخال والتحقق منها في لوحة التحكم لمعدات الاختبار وفقا لمواصفات الشركة المصنعة. - التحقق من الإضاءة إلى أدنى حد من تأملات في كاميرات الفيديو الرقمية، ونظام حيازة البيانات مرة واحدة نهائية.
- انقر على أيقونة ابدأ من لوحة التحكم لبدء اختبار تسلسل لكسر عظم الفخذ الاختبار ( الشكل 7).
- التقاط صور لكسر عظم الفخذ من الجانبين 2-
- يدوياً بسحب المحرك وإزالة عظم الفخذ من الجهاز-
7. كسر ما بعد إعداد
- إزالة العظام من المباراة.
- الشريط الدانية نهاية كسر العظام رمح، التفاف في مناشف رطبة والأكياس البلاستيكية ( الشكل 7)، وتجميد ثم في-20 درجة مئوية.
- الحفاظ على العظام لمواصلة كسر ما بعد التصوير بالأشعة السينية والأشعة المقطعية.
ملاحظة: تفاصيل لهذه العمليات قد تم شرح سابقا في بروتوكول آخر من مجموعتنا (قيد الاستعراض في جوف) ( الشكل 7E)-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
التجهيزات الداخلية هي التي شنت بعد إزالة التجهيزات القياسية من جهاز الاختبار. أولاً، شنت المباراة أسفل الثقيلة والمضمونة (الشكل 1). وهذا يشمل ذراع طويلة لعقد خلية التحميل 6-القناة التي يمكن أيضا رمح فخذي محاذاة زاوية المطلوب إيراد. المقبل، يتم تحميل crosshead لاعبا أساسيا بما في ذلك اثنان شريحة عديم الاحتكاك محامل لاستيعاب تطبيق الحمولة وفخذي رئيس الحركة خلال كسر (الشكل 2). المباراة العلوي قابل للتعديل لاختبار ساقيه اليمنى واليسرى. حالما تقام جميع المباريات، يتم تثبيت كاميرات الفيديو عالية السرعة والإضاءة. ويتم اختبار الصور في الكاميرا للتركيز، على النقيض، وعمق الميدان (الشكل 3). وترتبط جميع الصكوك ثم إلى وحدة دق (الشكل 4) ومحور واحد وخلايا الحمل الستة-محور الجهد الخطي يتم التحقق من الأداء الوظيفي ومعايرة، على التوالي (الشكل 5). ثم يتم اختبار جميع الصكوك الكفيلة بإشارات مناسبة من خلايا الحمل المختلفة (الشكل 6). تروتشانتير أكبر يوضع التالية في المباراة اكريليك بوتينغ. ثم تحميلها في المباراة اختبار عظم الفخذ وكسور. بعد أن تتم إزالة كسر عظم الفخذ من المباراة. هي مسجلة الأجزاء المكسورة معا والعينات كلها هي ملفوفة في أكياس من البلاستيك. العينات ثم تصويرها بالأشعة السينية وفحص بالأشعة المقطعية لتصنيف نوع الكسر كذلك (الشكل 7). النتائج المقاسة تشمل القوات 3 ولحظات 3 عند الفتحة فخذي التي تقاس بخلية التحميل 6-القناة، ورد فعل القوة على رأس الفخذ. ومع ذلك، هي النتائج الرئيسية التي ستستخدم لزيادة قكت/الهيئة الاتحادية للبيئة التحقق من صحة القوة سجلت في تروتشانتير أكبر وتشريد المسجلة على رأس الفخذ (الشكل 8).
رقم 1: أسفل التثبيت المباراة. (أ) وضع كتلة الألومنيوم (جزء رقم 1) في الجدول آلة، (ب) وضع هيكل المباراة أسفل الرئيسية (الجزء رقم 2) وتأمين تكنولوجيا المعلومات إلى كتلة الألومنيوم، الهيكل الرئيسي (ج) مثبت والمضمونة في المكان، (د) تركيب 6-قناة تحميل الخلية لاعبا أساسيا (جزء رقم 3) على الهيكل السفلي الرئيسي (الجزء رقم 2)، (ه) ضبط زاوية رمح فخذي بعد تثبيت المباراة أسفل كله. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: تثبيت لاعبا أساسيا Crosshead. (أ) إزالة تركيبات من الجهاز المحرك، (ب) اللوح الأساس الأول (جزء رقم 4) تثبيته أولاً، (ج) إرفاق في الثانية اللوح الأساس (جزء رقم 5)، (د) ربط الجمعية المحامل الشريحة اثنين (جزء رقم 6) الثاني اللوح الأساس، تثبيت مكتمل (ﻫ) من المباراة العلوي؛ (و) كل اختبار لاعبا أساسيا مثبتاً على الجهاز. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: الإضاءة وتركيب كاميرات. (أ) إعداد ومصابيح والدروع؛ (ب) ربط عالية السرعة الكاميرا إلى ترايبود؛ (ج) تثبيت العدسة إلى وحدة الكاميرا؛ (د) توصيل الكاميرا إلى أجهزة الكمبيوتر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: رسم تخطيطي- وحدة دق مع جميع أجهزة الإدخال/الإخراج متصلاً بدق. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 5: عملية التحقق والمعايرة. التحقق من الأداء الوظيفي لخلايا الحمل محور واحد (A) رئيس الفخذ وقياسات القوة trochanter أكبر، وقناة (ب) ستة تحميل الخلية لقياسات القوى ولحظات شافت فخذي؛ (ج) معايرة الجهد الخطي لقياس التشرد رأس الفخذ. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 6: إنشاء اختبار الميكانيكية- وترتبط جميع الصكوك ومزامنة للاتصال مع الجهاز، وكاميرات الفيديو الرقمية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 7: عظم الفخذ قبل وبعد اختبار الكسر. (أ) بوتينج trochanter أكبر في كأس الألمنيوم شغلها مع البولي ميثيل ميثا اكريلات؛ (ب) العظم توضع في المباراة الاختبار مع trochanter أكبر يستريح في تحميل الخلية السفلي بينما المباراة crosshead على اتصال برئيس الفخذ؛ (ج) Fractured العظام الحق بعد اختبار الميكانيكية؛ (د) إزالة بكسر في عظم الفخذ من الجهاز وتسجيل الأجزاء المكسورة معا؛ التفاف عظم الفخذ في أكياس من البلاستيك؛ (ﻫ) الأشعة السينية والتصوير المقطعي المسح بعد كسر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 8: منحنى القوة-التشرد- اختبار منحنيات القوة-التشرد فيمورى للكسر في 5 و 100 ملم/s. وسجلت القوة هو أكبر تروتشانتير والوتسجل التشرد ه على رأس الفخذ. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وقد اقترحنا بروتوكولا للكسر اختبار الدانية فيمورى المأخوذة في خريف على تكوين الورك التي لدينا بنجاح اختبار عينات حوالي 200. ويتضمن البروتوكول عدة تركيبات مصممة داخلية لقوة فخذي الاختبار تحت ظروف التحميل المختلفة. المباراة يسمح لاختبار فيمورى اليمين واليسار على حد سواء في سرعة اختبار مختلفة وتوجهات العظام. بعد تصاعد لاعبا أساسيا، وأدوات القياس، يتم اختبار عظم الفخذ الألياف الزجاجية للكسر أن أؤكد أن جميع الأدوات والبرامجيات الحاسوبية موصولة بشكل صحيح، تعمل في شكل متزامن، والإشارات، وأشرطة فيديو مسجلة بشكل صحيح. قبل اختبار كسر عظم الفخذ المأخوذة الفعلية، فرضت رمح فخذي محفوظ بوعاء في البولي ميثيل ميثا اكريلات في المباراة. بروتوكول اختبار الميكانيكية تصاريح لكسر فخذي الاختبار بطريقة متسقة وقابلة للتكرار.
أثناء الاختبار، يتم ضغط التجارب رمح فخذي الانحناء والتشوه اﻻلتوائية بينما رأس الفخذ وأكبر تروتشانتير. لتجنب تحميل الأفقي للعينة، صمم المباراة crosshead مع اثنين من محامل عبر السماح بتحرك في الطائرة الأفقي مع الحد الأدنى من الاحتكاك. وهذا يؤكد تطبيق حمولة الرأسي على رأس الفخذ بغض النظر عن تشوهات العظام والحركة المكانية للرأس أثناء الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، صمم هذه المباراة العلوي لاستيعاب فيمورى اليسرى واليمنى ببساطة تدوير عنصر لوحة كما هو مبين في الشكل 2.
المباراة أسفل، متصلة بالجزء السفلي من آلة الاختبار، تم تصميمه للاحتفاظ فيمورا المأخوذة في زوايا إيراد المطلوب أثناء الاختبار. كما تشمل هذه المباراة خلية تحميل محور واحد قياس الأحمال ضاغطة تروتشانتير وخلية تحميل قناة ستة يعلق على نهاية القاصي رمح فخذي لقياس القوى الثلاث ولحظات ثلاث في مدخل المنجم. وباﻹضافة إلى ذلك، يستوعب المباراة تناوب عظم الفخذ حول نقطة ظاهري محاكاة الركبة.
نسيج العظام، مماثلة لغيرها من الأنسجة البيولوجية، الخصائص الميكانيكية يعتمد معدل الإجهاد، وخصائص الكسر وقوة الفخذ وبالتالي ستتغير مع اختبار السرعة12. ولذلك، ينبغي أن يكون البروتوكول والمباراة الاختبار قادراً على استخدامها لاختبار فخذي الميكانيكية سرعات مختلفة واستيعاب لمجموعة من البيانات اقتناء المعدات والترددات عينة، أنواع كاميرا عالية السرعة، وظروف الإضاءة. مع البروتوكول الحالي، أننا قد اختبرت بنجاح فيمورى في مختلف السرعات تختلف حسب أوامر اثنين من حجم (5، 100، و 700 ملم/s) لتقليد سرعة مختلف الأحداث المؤلمة.
كاميرات الفيديو عالية السرعة يسمح بتسجيل كسر تسلسل الأحداث لمزيد من التحليل. من أجل الحصول على بيانات مفيدة، كانت مزامنة كافة مكونات الاختبار أثناء اختبار لتصور بشكل صحيح وميكانيكا الكسر. من خلال المزامنة تحميل الخلية، البيانات التشرد، وصدع البدء ونشر البيانات يمكن تحليلها معا للمساعدة في تكوين صورة شاملة عن الكسر.
تفاديا لسحق trochanter أكبر بسبب الاتصال غير موحدة والإجهاد جهة اتصال غير مرغوب فيه هو محفوظ بوعاء التركيز، تروتشانتير في كأس مملوءة بالبولي ميثيل ميثا اكريلات. بالإضافة إلى ذلك، الجزء السفلي من الكأس جولة للسماح له بلفة على السطح السفلي لاعبا أساسيا. وهذا يؤدي إلى قوة رد فعل عمودي بينما منع القيد الأفقي من الدعم الذي قد يؤثر على قوة الكسر أو نوع. وكان هذا الاختيار تصميم اللازمة الحصول على قوة فخذي دقيقة، وكسر أنماط مشابهة لتلك التي لوحظ سريرياً.
وفي دراسات تجريبية أخرى، تم اختبار فقط الجزء الأكثر الدانية من فيمورى بقطع جزء كبير من رمح فخذي من العينات، مما يؤدي إلى عينات قصيرة جداً13. على النقيض من ذلك، البروتوكول الحالي اختبارات العينات فخذي طويلة الدانية 255 ملم. تم تصميم لاعبا أساسيا بذراع الصلب تمديد طول العينة لتشمل تناوب نقطة قريبة من الركبة إزالتها لمحاكاة أكثر واقعية سقوط جانبية في الورك. ويتضمن هذا الذراع ملحق خلية تحميل 6-العنصر الذي يستخدم لقياس ثلاث فرق وثلاث لحظات وضعت في مدخل المنجم فخذي أثناء اختبار الكسر. هذه الاعتبارات هي مماثلة لتلك المذكورة في دراسات سابقة، ومساعدتنا لأكثر دقة، فهم القوى المساهمة للكسر وتقدير صلابة فخذي وقوامها14.
تحميل 3 الخلايا المستخدمة في المباراة لدينا أدى إلى التكرار في البيانات المكتسبة التي سمحت لنا بتحليل توازن القوى ولحظات في الاتجاه العمودي الرئيسي. في وقت الذروة trochanter القوة، لاحظنا مشابهة جداً المقادير تقاس بالخلايا تحميل مختلفة، مع متوسط الأخطاء النسبية حوالي 2%، وخطأ تجريبي مرضية جداً لهذه الفئة من اختبارات النشاط الحيوي.
هذا البروتوكول له العديد من القيود المحتملة. يمكن أن يكون القيد الرئيسي أن امتثال لاعبا أساسيا وآله الاختبار يمكن أن تؤثر على التشرد وصلابة قياس15. وهذا يصبح أكثر صلة فيمورى العادية التي تتطلب حمولة أكبر للكسر. ومع ذلك، لقد قمنا بتصميم لدينا لاعبا أساسيا مع ألواح الفولاذ والألومنيوم سميكة للحفاظ على صلابة أمر واحد على الأقل من حجم أكبر من صلابة فخذي. باستخدام عينة فيمورى حوالي 200، لاحظنا خطأ متوسط حوالي 5% في صلابة فخذي قياسها بسبب الامتثال لاعبا أساسيا. ثم تم حساب عامل تصحيح لكل عظم الفخذ لتصحيح القيم صلابة. حد إضافية محتملة يمكن أن تؤدي إلى أخطاء يجب أن تتبع تسلسل خطوات اختبار صارم. على سبيل المثال، بالنسبة لاختبار العينة الأولى، وضع دبوس الحفاظ على عظم الفخذ قبل أن لم تتم إزالة مما يجعل الاتصال مع الأسطح المباراة الرأس وتروتشانتير واختبار الكسر اكتمل دون نقطة دوران في النهاية البعيدة (نهاية ثابتة). يتطلب إدخال تعديل على البروتوكول حمراء تعلق الشريط الطويل لرقم التعريف الشخصي (الرقم 1E) وعامل ثان للتأكد من أنه تم إزالة رقم pin قبل إجراء الاختبار. أيضا، بينما تقوم باختبار سرعة كانت تختلف إلى حد كبير من 5 700 مم/s، تجاربنا كانت شبه ثابتة مع ذلك تجارب. بغية التبصر في السلوك الديناميكي لكسر عظم الفخذ الدانية تحت أعلى سرعة تحميل مثل الناتجة عن الآثار، يمكن أن يكون اختبار إسقاط-برج العاملين16.
في حين أن التجارب أجريت في أوقات مختلفة ومن شركات مختلفة، كانت مكسور فيمورا جميع استخدام البروتوكول نفسه، والتجهيزات، وخلايا الحمل وبالتالي إزالة أوجه عدم التيقن المتصلة بالتكرار للتجربة. مع نهج مماثل، يمكن اعتماد البروتوكول الحالي وتصميم تركيبات لاختبار في تكوين موقف أو لكسر العظام أنواع أخرى.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب قد لا الكشف عن البيانات ذات الصلة.
Acknowledgments
نود أن نشكر المواد والمرافق الأساسية اختبار الهيكلية وشعبة الهندسة في "عيادة مايو كلينيك" للدعم التقني. وبالإضافة إلى ذلك نود أن أشكر لورنس ج. Berglund، جيمس برونك، برانت نيومان، جرن op دن بويجس، دكتوراه، لمساعدتهم أثناء الدراسة. هذه الدراسة كان يدعمها ماليا في "الصندوق الابتكار غرينجر" من مؤسسة غرينجر.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| CT scanner | Siemens | Somatom Definition scanner (Siemens, Malvern, PA) | CT scanning equipment |
| Quantitative CT Phantom | Midways Inc, San Francisco, CA | Model 3 CT calibration Phantom | Used for obtaining BMD values from Hounsfield units in the CT image |
| Hygenic Orthodontic Resin (PMMA) | Patterson Dental Supply | H02252 | Controlled substance and can be purchased with proper approval |
| Freezer | Kenmore | N/A | This is a -20oC storage for bones |
| X-ray scanner | General Electric | 46-270615P1 | X-ray imaging equipment. |
| X-ray films | Kodak | N/A | Used to display x-ray images |
| X-ray developer | Kodak X-Omatic | M35A X-OMAT | Used for developing X-ray images |
| X-ray Cassette | Kodak X-Omatic | N/A | Used for holding x-ray films |
| Physiologic Saline (0.9% Sodium Chloride) | Baxter | NDC 0338-0048-04 | Used for keeping samples hydrated |
| Scalpels and scrapers | Bard-Parker | N/A | Used to clean the bone from soft tissue |
| Fume Hood | Hamilton | 70532 | Used for ventilation when preparing PMMA for potting of specimens |
| Single axis load cell | Transducer Techniques, Temecula, CA, USA | LPU-3K; S/N 219627 | Capacity 3000 LBS |
| Six channel load cell | JR3,Woodland, CA | 45E15A4 | Mechanical load rating 1000N |
| Linear potentiometer | Novotechnik, Southborough, MA, USA | Used to acquire linear displacements during testing | |
| Slide ball bearing | Schneeberger | Type NK | Part of the testing fixture |
| Mechanical testing machine | MTS, Minneapolis, MN | 858 Mini Bionix II | Used for compression of femur |
| Lighting unit | ARRI | Needed for high speed video recordings | |
| high-speed video camera | Photron Inc., San Diego, CA, USA | Photron Fastcam APX-RS | Used to capture the high speed video recordings of the fracture events |
| Photron FASTCAM Viewer | Photron Inc., San Diego, CA, USA | Ver.3392(x64) | Used to view the high speed video recordings |
| Camera lens | Zeiss | Zeiss Planar L4/50 ZF Lens | Needed to high image resolution |
| Signal conditioner board (DAQ) | National Instruments | Input/output signal connector | |
| Signal Express | National Instruments | N/A | Data acquisition software |
| Laptop Computer | Dell | N/A | Used to monitor and acquire all signals from the testing procedure |
References
- Bouxsein, M. L., Szulc, P., Munoz, F., Thrall, E., Sornay-Rendu, E., Delmas, P. D. Contribution of trochanteric soft tissues to fall force estimates, the factor of risk, and prediction of hip fracture risk. J Bone Miner Res. 22, 825-831 (2007).
- Rezaei, A., Dragomir-Daescu, D. Femoral Strength Changes Faster With Age Than BMD in Both Women and Men: A Biomechanical Study. J Bone Miner Res. 30, 2200-2206 (2015).
- Zani, L., Erani, P., Grassi, L., Taddei, F., Cristofolini, L. Strain distribution in the proximal Human femur during in vitro simulated sideways fall. J Biomech. 48, 2130-2143 (2015).
- Dragomir-Daescu, D., et al. Robust QCT/FEA models of proximal femur stiffness and fracture load during a sideways fall on the hip. Ann Biomed Eng. 39, 742-755 (2011).
- Schileo, E., Balistreri, L., Grassi, L., Cristofolini, L., Taddei, F. To what extent can linear finite element models of human femora predict failure under stance and fall loading configurations? J Biomech. 47, 3531-3538 (2014).
- Koivumaki, J. E., et al. Ct-based finite element models can be used to estimate experimentally measured failure loads in the proximal femur. Bone. 50, 824-829 (2012).
- Pottecher, P., et al. Prediction of Hip Failure Load: In Vitro Study of 80 Femurs Using Three Imaging Methods and Finite Element Models—The European Fracture Study (EFFECT). Radiology. , 142796 (2016).
- Rivadeneira, F., et al. Femoral neck BMD is a strong predictor of hip fracture susceptibility in elderly men and women because it detects cortical bone instability: the Rotterdam Study. J Bone Miner Res. 22, 1781-1790 (2007).
- de Bakker, P. M., Manske, S. L., Ebacher, V., Oxland, T. R., Cripton, P. A., Guy, P. During sideways falls proximal femur fractures initiate in the superolateral cortex: evidence from high-speed video of simulated fractures. J Biomech. 42, 1917-1925 (2009).
- Courtney, A. C., Wachtel, E. F., Myers, E. R., Hayes, W. C. Age-related reductions in the strength of the femur tested in a fall-loading configuration. J Bone Joint Surg Am. 77, 387-395 (1995).
- Cheng, X. G., et al. Assessment of the strength of proximal femur in vitro: relationship to femoral bone mineral density and femoral. Bone. 20, 213-218 (1997).
- Courtney, A. C., Wachtel, E. F., Myers, E. R., Hayes, W. C. Effects of loading rate on strength of the proximal femur. Calcif Tissue Int. 55, 53-58 (1994).
- Keyak, J., Rossi, S., Jones, K., Les, C., Skinner, H. Prediction of fracture location in the proximal femur using finite element models. Medical engineering & physics. 23, 657-664 (2001).
- Nishiyama, K. K., Gilchrist, S., Guy, P., Cripton, P., Boyd, S. K. Proximal femur bone strength estimated by a computationally fast finite element analysis in a sideways fall configuration. J Biomech. 46, 1231-1236 (2013).
- Langton, C. M., Njeh, C. F. The physical measurement of bone. , CRC Press. (2016).
- Ariza, O., et al. Comparison of explicit finite element and mechanical simulation of the proximal femur during dynamic drop-tower testing. J Biomech. 48, 224-232 (2015).
