방법 및 대 퇴 골절 옆으로을-에서--엉덩이 위치에서 테스트를 위해 계측된 설비
Summary
이 원고는 프로토콜 표준 서보 유압 프레임에 장착 된 계측된 설비를 사용 하 여 hip 구성에 옆으로을에 시험 시체 인접 femora 골절을 선물이. 9 디지털된 신호 세력, 순간, 및 2 개의 고속 비디오 스트림 함께 변위 테스트 중 획득 됩니다.
Abstract
Femora의 기계적 테스트 임상 측정 가능 변수 뼈 미네랄 밀도 분포 등 형상 대 퇴 기계적 성질에의 기여를 이해 하는 귀중 한 통찰력을 제공 합니다. 현재, 측정, 강도와 강성을 기하학적으로 복잡 한 뼈 등의 기계적 테스트에 대 한 없는 표준 프로토콜이 이다. 이 간격을 해결 하기 위해 우리는 싱가포르로 femora 골절 하 고 그들의 biomechanical 매개 변수 측정 테스트 프로토콜을 개발 했습니다. 이 프로토콜 적응 기구를 다양 한 부하 크기 및 방향 엉덩이 구성에는을에 가능한 뼈 방향에 대 한 회계, 속도, 뼈 크기와 왼쪽된 다리 오른쪽 다리 변형 테스트 집합을 설명 합니다. femora 청소 하 여 테스트를 위해 준비 했다, 절단, 검색 및 화분 용 선단부 및 더 중대 한 trochanter 문의 poly(methyl methacrylate) (아크릴) 표면 다른 프로토콜에 제시 된으로. 준비 된 표본 엉덩이에 옆으로 흉내 낸 위치에 고정 하는 테스트 장치에 배치 하 고 골절을 로드 했다. 테스트, 중 2 개의 부하 측정 셀 수직 힘에 적용 대 퇴 골 머리와 큰 trochanter, 6 축 로드셀 측정된 힘 및 순간 원심 대 퇴 축 및 변위 센서에서 측정 사이 차동 변위는 대 퇴 골 머리와 trochanter 지원 문의. 고속 카메라는 동기적으로 테스트 하는 동안 골절 이벤트의 순서를 기록 하는 데 사용 되었다. 이 데이터 감소 허용 강도, 강성, 특성화 및 거의 200 골다공증, osteopenic, 에너지 골절 및 골다공증에 대 한 엔지니어링 기반의 진단 도구 개발에 대 한 정상적인 시체 femora 연구.
Introduction
대 퇴 골절 위험 평가 대 한 새로운 방법 및 골절 예방 엉덩이에 대 한 개발 골절 중 관련 된 biomechanical 프로세스의 포괄적인 이해를 요구 한다. 대 퇴 골 강도 및이 과정1,2 에 중요 한 통찰력을 제공 하는 대 퇴 골의 구조적 용량에 영향을 미치는 요인 사이 관계 결정에 효과가 입증 싱가포르로 근 위 대 퇴 골 강도 테스트 , 3. 실험적으로 측정 된 대 퇴 골 강도 양적 단층 기반 유한 요소 해석 (QCT/FEA) 골절 강도4,5, 비-침략 적 예측을 가능 하 게의 유효성 검사에도 사용 6,7.
날짜 하려면, 골절 대 퇴 전체 표본을 테스트를 더 허용된 표준 절차가입니다. (뼈 미네랄 밀도 형상 등) 임상 측정 가능 변수 및 대 퇴 골 강도에 그들 영향을, 통제 되 고 반복 가능한 방식으로 실행 될 실험 테스트에 대 한 필수적입니다. 싱가포르로 femora 불규칙 한 모양 및 범위 크기8 에 있고 남성 또는 여성 시신 다른 연령대의 표준 기계 테스트의 기본 제공 비품을 사용 하 여 테스트 불가능에서 얻어질 수 있다. 힙합 이벤트에 옆으로에 더 중대 한 trochanter 압축 로드, 근 위 대 퇴 골 압축, 긴장, 구 부리는 순간, 그리고 비틀림을 포함 한 복잡 한 로드를 발생할 수 있습니다 동안 겪 습. 이러한 로드 시나리오를 테스트 실험 설계에 복잡성을 추가 합니다. 따라서, 테스트 프로토콜을 하나의 중요 한 구성 요소로 정착 물, 특히 설계, 조작, 고 대 퇴 샘플은 다른 모양 및 크기, 및 다른 테스트 속도 맞게 설치 있습니다. 이 정착도 엉덩이에 에서 가능한 충격 부하를 시뮬레이션 하기 위해 원하는 방향의 범위에서 테스트는 견본을 보유 해야 합니다. 같은 다양 한 조건에 맞게 정착 해야 여러 고정 하 고 시스템에서 재생을 최소화 하 고 부드러운 하 중-변위 응답을 얻기 위해 방식으로 연결 된 구성 요소를 이동.
신뢰할 수 있는 데이터 수집이 테스트 중에 중요 합니다. 실험 설계를 통합 해야 합니다 필요한 로드 셀, 변위 변환기, 신호 증폭기와 정확 하 게 측정 힘 및 순간 컨디셔너 전혀 지원 합니다. 또한, 세력의 취득으로 동기적으로 얻은 대 퇴 골의 앞쪽 및 후부 전망의 고속 동영상은 골절, 골절 종류, 특징을 선도 하는 이벤트의 순서를 이해할 수 있도록 하는 데 필요한 그리고 정확 하 게 대 퇴 골 강도4,9를 정의 합니다.
거기 있는 동안 귀중 한 실험 연구 문학 전체 대 퇴 골 테스트, 게시 프로토콜 테스트 수행 방법에 대 한 내용은 부족 또는 진정으로 그들에 게 재현10, 다른 한 연구에서 매우 다른 11. 현재 작업의 목표는 뼈 조직 반복 하 고 재현할 수 있는 테스트를 표준화 하기 위한 노력에 대 한 시작 지점으로 사용할 수 있는 대 퇴 샘플의 기계적 테스트 프로토콜을 소개 했다. 이 위해, 우리는 설계 및 약 200 싱가포르로 femora 테스트 하는 데 사용 된 테스트 고정 물 조작. 테스트 설비 하단 고정 물 및 크로스 헤드 고정 장치 포함. 하단 고정 장치 (그림 1A-E) 테스트 하는 동안 원하는 방향에서 대 퇴 골을 보유 하 고 trochanter 로드 셀 및 대 퇴 축에 연결 된 6 채널 로드 셀 포함. 그것은 또한 골절 테스트에 대 한 뼈의 위치에 대 한 수 있도록 3 개의 독립적인 번역을 수용 한다. 회전의 포인트는 무릎 관절을 모방에 추가 됩니다. 바닥 정착의 중요 한 부분 했다 이루어진 스테인레스 스틸과 알루미늄의 두꺼운 조각 매우 뻣 뻣 한 기구를 만들기 위해. 로드 셀 테스트 하는 동안에 더 중대 한 trochanter 압축 힘을 측정 하는 하단 정착 물에 붙어 있다. 크로스 헤드 고정 장치 (그림 2A-2E) 2 개의 알루미늄 기본 격판덮개 및 (첨부 함께 알루미늄 격판덮개에 의해), 테스트 중 대 퇴 골 머리의 움직임을 담당 하 고 수용 하는 두 매우 뻣 뻣 한 슬라이드 볼 베어링 포함 오른쪽과 왼쪽 femora에 대 한. 로드 셀 크로스 기구 측정에 압축 력을 포함. 로드 셀에 연결 하는 알루미늄 컵 대 퇴 골 머리에 압축 부하를 적용 하는 데 사용 됩니다. 우리의 방법은 두 남녀, 다양 한 크기의 왼쪽 및 오른쪽 femora 위해 사용 되었다, 목-샤프트 각도, 골밀도, 및 로드 조건을 흉내내는 옆으로 엉덩이에을. 우리의 실험에서 테스트 속도 5, 100, 및 700 m m/s에서 설정 하지만 그들은 테스트 컴퓨터에서 사용할 수 있는 값으로 설정할 수 있습니다. 설계 된 조명 기구는 하나 테스트 컴퓨터의 크로스 헤드에 연결 되 고 다른 테스트 프레임에 연결 된 두 가지 주요 구성 요소를 했다. 두 부분 로드 셀 힘을 측정 하기 위해 충분 한 기구 있었다 고 순간 경계 조건 전혀 지원 합니다. 또한, 두 개의 고속 비디오 카메라 테스트 중 골절 이벤트를 기록 하는 데 사용 되었다. 골절 후 엑스레이 계산 된 단층 촬영 (CT) 스캔 게시물 실험 골절 분석에 대 한 가져온. 결과 골절 강도 포함 한 이러한 실험에서 얻은 고 에너지 현재 결국 골다공증 환자에서 근 위 골절의 평가 개선 하기 위해 추가 연구 진단 도구에 대 한 사용.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 골절을 프로토콜 테스트 인접 싱가포르로 femora는 우리가 성공적으로 약 200 샘플 테스트 엉덩이 구성에가 제안 했다. 프로토콜 대 퇴 강도 다른 로드 조건 하에서 테스트에 대 한 여러 사내 설계 설비를 포함 한다. 정착 물은 다른 테스트 속도 및 뼈 방향에 오른쪽 및 왼쪽 femora의 테스트 수 있습니다. 비품 및 측정 계기를 장착, 유리 섬유 대 퇴 골 골절 보장 모든 하드웨어 및 소프트웨어 도?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 기술 지원에 대 한 자료 및 구조 테스트 핵심 시설 및 부문 엔지니어링의 메이 요 클리닉에 감사 하 고 싶습니다. 또한 우리는 로렌스 J. Berglund, 제임스 Bronk, 브 랜 트 뉴 먼, Jorn op 덴 Buijs, 박사, 연구 기간 동안 그들의 도움을 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는 Grainger 재단에서 Grainger 혁신 기금에 의해 재정적으로 지원 되었다.
Materials
| 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 |
Riferimenti
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