Name: Metodo e instrumentata apparecchio per prove di frattura femorale in posizione di caduta-in-the-Hop lateralmente (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-17T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 58 s
Description: Impara un protocollo per testare la resistenza alla frattura del femore cadaverico in condizioni di caduta laterale. Questo metodo riproduce scenari fisiologici reali per studi sull'osteoporosi e la biomeccanica ossea.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Vorremmo ringraziare i materiali e strutturali Testing Core Facility e divisione di ingegneria presso la Mayo Clinic per il supporto tecnico. Inoltre vorremmo ringraziare Lawrence J. Berglund, James Bronk, Brant Newman, Jorn-den op Buijs, pH.d., per il loro aiuto durante lo studio. Questo studio è stato sostenuto finanziariamente dal fondo innovazione Grainger dalla Fondazione Grainger.

1. grande apparecchio allegato <ol><li>rimuovere dispositivi standard dalla macchina.</li>
	<li>Traversa a pezzi si spostano per inserire l'apparecchio in-House.</li>
	<li>Posizionare il blocco di alluminio (parte n. 1 in Figura 1A) sulla macchina e fissare saldamente sulla macchina usando due bulloni; il foro al centro ospita la cella di carico macchina.</li>
	<li>Posizionare la struttura principale apparecchio (parte n. 2 in Figura 1B) sul blocco di alluminio e fissare saldamente al blocco con 4 bulloni.</li>
	<li>Inserire un jack di quattro tonnellate sotto la parte dell'apparecchio che non poggia sul blocco di alluminio per supportare l'apparecchio ( Figura 1).</li>
	<li>Montare l'apparecchio di cella di carico di 6 canali (parte n. 3 in Figura 1) dell'apparecchio principale e fissarlo mediante 6 viti.</li>
</ol> 2. Traversa Fixture allegato <ol><li>impostata la traversa di macchina zero assoluto utilizzando traversa ascensore controllo.</li>
	<li>Collegare la traversa con 7 viti con i suoi bordi curvi verso la parte anteriore della macchina di prova prima piastra di base (parte n. 4 in Figura 2B).</li>
	<li>Allega seconda piastra di base (parte n. 5 in Figura 2) utilizzando una vite rotante. La vite può ospitare ossa di destra e sinistra durante il test. La seconda piastra di base (parte n. 5) è libero di girare circa la vite perno rispetto prima piastra di base (parte n. 4). Orientamento della seconda piastra di base determina se la configurazione è per femore destro o sinistro.</li>
	<li>Fissare l'assieme dei cuscinetti due diapositive (parte n. 6 in Figura 2D) per la seconda piastra di base (parte n. 5) con 4 viti (due viti è accessibile da un lato della piastra di base prima). Ruotare la seconda piastra di base in modo che il secondo set di viti sono accessibili dalla parte superiore delle piastre prime. 
	Nota: Per modificare l'orientamento delle diapositive da osso di sinistra a destra dell'osso, sono slacciate le 4 viti sulla parte superiore della piastra di base prima, e poi diapositive sono ruotate la vite del perno e fissate nuovamente l'orientamento richiesto.</li>
	<li>Ruotare manualmente le diapositive che sono ortogonali a 6 canali carico cella impostando la traversa della macchina in posizione relativa di 65°.</li>
</ol> 3. Strumentato Fixture, macchina fotografica ad alta velocità e installazione di illuminazione per esperimento <ol><li>Set up l'apparecchio instrumentata fondo su un servo standard di collaudo idraulico macchina. Questo apparecchio terrà il femore e ospitare sia a sinistro e a destro i femori in autunno alla configurazione dell'anca ( Figura 1).</li>
	<li>Istituito telecamera ad alta velocità e apparecchi di illuminazione ( Figura 3A-3D).
	<ol><li>Posizionare luci ad alta intensità su treppiedi con uno su ciascun lato della macchina e assicurarli ( Figura 3A).</li>
		<li>Impostare treppiedi per telecamere ad alta velocità su entrambi i lati del collaudo della macchina e collegare ogni fotocamera all'unità di acquisizione dati ( Figura 3B -3 C).</li>
		<li>Con le telecamere acceso e connesse all'unità di acquisizione, configurare le impostazioni della fotocamera; impostare il frame rate a 6000 fotogrammi al secondo (fps) e la risoluzione di 1.024 x 512 pixel; risoluzione può essere ridotto per ospitare la memoria interna della fotocamera ( Figura 3D).</li>
		<li>Set dell'otturatore a 1 frame/sec (1/6.000 fps). Anche impostare l'opzione fotocamera tale che le registrazioni iniziano prima che l'attuatore si muove (100 ms per test rapidi e 200 ms per test lento).</li>
		<li>Collegare il cavo di sincronizzazione tra le due fotocamere; modalità di trigger selezionare nell'impostazione del software delle macchine fotografiche.</li>
	</ol></li></ol> 4. Controllo/taratura celle di carico per sistema acquisizione dati corretto (DAQ) <ol><li>impostazione dell'unità DAQ <ol><li>Connetti il DAQ al collaudo macchina, videocamera ad alta velocità, celle di carico e potenziometro lineare come mostrato nel cablaggio schematica in Figura 4.</li>
		<li>Controllare il corretto collegamento della cella di carico trocanterica, cella di carico testa, potenziometro lineare, cella di carico di 6 canali e innescare il segnale al dispositivo DAQ osservando le tracce di segnale di dati nel pannello di visualizzazione del software DAQ spingendo manualmente sulla cella di carico.</li>
		<li>Verificare che il DAQ, condizionatore di segnale e il generatore di impulsi sono tutti alimentati ON.</li>
		<li>Configurare il software DAQ per tutti i segnali da celle di carico e il potenziometro lineare. Nel software DAQ, selezionare il &#34; installazione passo &#62; &#62; configurazione &#34; scheda e impostare la velocità di acquisizione (Hz) per ogni input di segnale associato a ogni cella di carico. Sulla &#34; Triggering &#34;, selezionare l'opzione di attivazione appropriata. Apparecchiature video dovrebbero essere attivata anche durante le corse di prova affinché sincronicità sistema video/DAQ.</li>
	</ol></li> <li>Applicare un carico nominale (ad esempio un minimo di 200 libbre ad un massimo di 1600 libbre) della testa femorale e celle di carico trocantere utilizzando la macchina idraulica servo standard per verificare il carico ragionevole cella misure e confrontare produttore Schede di dati di calibrazione ( Figura 5A).</li>
	<li>Allo stesso modo, applicare carichi statici alla cella di carico di 6 canali utilizzando un peso morto, come mostrato in figura 5B. Verificare il funzionamento e verificare le prestazioni della cella di carico di 6 canali ( Figura 5A -5B) calcolando la percentuale differenze tra valori di momento e forza misurata e teorica. L'errore deve essere inferiore al 5%. 
	Nota: Tutte le celle di carico devono sono state calibrate dal loro produttore in anticipo. Questo passaggio controlla solo che le celle di carico sono funzionanti, tutti i collegamenti e i segnali sono ragionevoli.</li>
	Calibrare il potenziometro lineare <ol><li><li>garantire il fissaggio di potenziometro lineare per la traversa e posizionare il potenziometro lineare nel dispositivo ( Figura 5). Stringere le viti per bloccare il corpo del potenziometro e inserire il connettore nell'unità DAQ</li>
		<li>Spostare manualmente l'attuatore (25 mm) sul telaio di carico in modo che la posizione del potenziometro si traduce da compressione massima alla massima estensione e registrare spostamenti e la corrispondente tensione (per i punti dati almeno tre). Rappresentazione grafica dello spostamento vs tensione e una funzione lineare per i dati in forma (R 2 &#62; 0,95). La pendenza dell'equazione lineare (mm/V) di input come il fattore di calibrazione nella &#34; Scaling parametro &#34; scatola del software DAQ.</li>
	</ol></li> <li>Verificare l'impostazione generale di macchina prova testando un osso di vetroresina surrogato alla frattura per assicurarsi che tutti i dati acquisizione è funzionale e ragionevole. Questo include la cella di carico del trocantere, cella di carico testa femorale, potenziometro lineare, la cella di carico a sei canali e il segnale di trigger ( Figura 6).</li>
</ol> 5. Preparare le ossa per il test <ol><li>scongelare le ossa a temperatura ambiente per 24 h e rimuovere l'umidità, grasso in eccesso e tessuti molli rimanenti utilizzando paper asciugamani.</li>
	<li>Posto dell'osso in acrilico dispositivo di scansione e preparare il cemento dentale. Misura 60 g di polvere PMMA e mescolare con 30 g di resina liquida sotto cappa, fino a quando la polvere si è sciolta. La miscela deve essere colabile. Per questa procedura, utilizzare una tazza di carta usa e getta. Questo passaggio è per invasatura il grande trocantere in una tazza di alluminio ( figura 7A).</li>
	<li>Allineare la tazza di alluminio sotto il trocantere. Quindi, versare cemento PMMA alla metà dell'altezza della Coppa e sollevare la piattaforma di fissaggio per adattarsi all'osso nella tazza. Consentire 10-15 min per polimerizzazione.</li>
	<li>Ossa wrap in soluzione salina imbevuto asciugamani per evitare secchezza del tessuto durante la polimerizzazione di cemento osseo.</li>
	<li>Spostare l'osso all'apparecchio nel test la macchina di prova con tazza di alluminio attaccato al trocantere ( figura 7B)</li>
	<li>Centro la tazza di alluminio sul piatto collegato alla cella di carico trocanterica e regolare cuscinetti radenti, in modo che la tazza di alluminio tocca leggermente la cella di carico. Rimuovere il perno dal dispositivo per consentire la rotazione dell'apparecchio</li> <li>Center e inferiore della traversa per il contatto con la testa del femore.</li>
	Il programma di installazione di <li>recensione, posizione dell'osso, segnali di cella di carico e posizione di Coppa. Rivedere anche dispositivo DAQ; Assicurarsi che tutte le celle di carico e attrezzature siano collegate correttamente e verificare che tutti siano accese. Verifica installazione di software per risposta segnale corretto da ogni cella di carico.</li>
	<li>Scattare foto del femore inseriti nel dispositivo da 2 lati.</li>
	<li>Impostare l'apertura per permettere alla luce sufficiente sul sensore della fotocamera e controllare la profondità di campo. Controllare la qualità dell'immagine mettendo a fuoco sul collo femorale. Questo processo dovrebbe impedire qualsiasi abbagliamento e regioni lucido osso nell'immagine che influirebbero cattura l'evento frattura.</li>
</ol> 6. Prove di frattura <ol><li>verificare il telaio di carico meccanico di servo è programmato per il controllo di spostamento appropriato di 25 mm per la prova di frattura nel telaio di carico meccanico di servo per sia carico e scarico. 
	Nota: Questi sono produttore impostazioni specifiche dovrebbe essere ingresso e verificati nel pannello di controllo di apparecchiature di prova secondo le specifiche del produttore.</li>
	<li>Verificare illuminazione per minimizzare le riflessioni in video macchine fotografiche e il sistema di acquisizione dati una volta finale.</li>
	<li>Fare clic sull'icona di avvio dal pannello di controllo per avviare la sequenza di prova per frattura femore test ( Figura 7).</li>
	<li>Scattare foto del femore fratturato da 2 lati.</li>
	<li>Ritrarre attuatore e rimuovere il femore dalla macchina manualmente.</li>
</ol> 7. Post-frattura preparazione <ol><li>rimuovere osso staffaggio.</li>
	<li>Nastro rotto prossimale dell'osso per albero, avvolgere in asciugamani bagnati e sacchetti di plastica ( Figura 7) e poi congelare a -20 ° C.</li>
	<li>Conservare le ossa per ulteriore imaging di raggi x e CT post-frattura. 
	Nota: I dettagli per questi processi sono stati spiegati in precedenza in un altro protocollo dal nostro gruppo (in rassegna a Giove) ( Figura 7E).</li>
</ol>

<ol><li>Bouxsein, M. L., Szulc, P., Munoz, F., Thrall, E., Sornay-Rendu, E., Delmas, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contribution+of+trochanteric+soft+tissues+to+fall+force+estimates%2C+the+factor+of+risk%2C+and+prediction+of+hip+fracture+risk%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bone+Miner+Res%22%5BJournal%5D)">Contribution of trochanteric soft tissues to fall force estimates, the factor of risk, and prediction of hip fracture risk.</a> J Bone Miner Res. 22, 825-831 (2007).</li>
<li>Rezaei, A., Dragomir-Daescu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femoral+Strength+Changes+Faster+With+Age+Than+BMD+in+Both+Women+and+Men%3A+A+Biomechanical+Study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bone+Miner+Res%22%5BJournal%5D)">Femoral Strength Changes Faster With Age Than BMD in Both Women and Men: A Biomechanical Study.</a> J Bone Miner Res. 30, 2200-2206 (2015).</li>
<li>Zani, L., Erani, P., Grassi, L., Taddei, F., Cristofolini, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+distribution+in+the+proximal+Human+femur+during+in+vitro+simulated+sideways+fall%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Strain distribution in the proximal Human femur during in vitro simulated sideways fall.</a> J Biomech. 48, 2130-2143 (2015).</li>
<li>Dragomir-Daescu, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+QCT%2FFEA+models+of+proximal+femur+stiffness+and+fracture+load+during+a+sideways+fall+on+the+hip%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Robust QCT/FEA models of proximal femur stiffness and fracture load during a sideways fall on the hip.</a> Ann Biomed Eng. 39, 742-755 (2011).</li>
<li>Schileo, E., Balistreri, L., Grassi, L., Cristofolini, L., Taddei, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((To+what+extent+can+linear+finite+element+models+of+human+femora+predict+failure+under+stance+and+fall+loading+configurations%3F%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">To what extent can linear finite element models of human femora predict failure under stance and fall loading configurations?</a> J Biomech. 47, 3531-3538 (2014).</li>
<li>Koivumaki, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ct-based+finite+element+models+can+be+used+to+estimate+experimentally+measured+failure+loads+in+the+proximal+femur%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Ct-based finite element models can be used to estimate experimentally measured failure loads in the proximal femur.</a> Bone. 50, 824-829 (2012).</li>
<li>Pottecher, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prediction+of+Hip+Failure+Load%3A+In+Vitro+Study+of+80+Femurs+Using+Three+Imaging+Methods+and+Finite+Element+Models%E2%80%94The+European+Fracture+Study+%28EFFECT%29%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Prediction of Hip Failure Load: In Vitro Study of 80 Femurs Using Three Imaging Methods and Finite Element Models—The European Fracture Study (EFFECT).</a> Radiology. , 142796(2016).</li>
<li>Rivadeneira, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femoral+neck+BMD+is+a+strong+predictor+of+hip+fracture+susceptibility+in+elderly+men+and+women+because+it+detects+cortical+bone+instability%3A+the+Rotterdam+Study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bone+Miner+Res%22%5BJournal%5D)">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.</a> J Bone Miner Res. 22, 1781-1790 (2007).</li>
<li>de Bakker, P. M., Manske, S. L., Ebacher, V., Oxland, T. R., Cripton, P. A., Guy, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((During+sideways+falls+proximal+femur+fractures+initiate+in+the+superolateral+cortex%3A+evidence+from+high-speed+video+of+simulated+fractures%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">During sideways falls proximal femur fractures initiate in the superolateral cortex: evidence from high-speed video of simulated fractures.</a> J Biomech. 42, 1917-1925 (2009).</li>
<li>Courtney, A. C., Wachtel, E. F., Myers, E. R., Hayes, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-related+reductions+in+the+strength+of+the+femur+tested+in+a+fall-loading+configuration%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bone+Joint+Surg+Am%22%5BJournal%5D)">Age-related reductions in the strength of the femur tested in a fall-loading configuration.</a> J Bone Joint Surg Am. 77, 387-395 (1995).</li>
<li>Cheng, X. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+the+strength+of+proximal+femur+in+vitro%3A+relationship+to+femoral+bone+mineral+density+and+femoral%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Assessment of the strength of proximal femur in vitro: relationship to femoral bone mineral density and femoral.</a> Bone. 20, 213-218 (1997).</li>
<li>Courtney, A. C., Wachtel, E. F., Myers, E. R., Hayes, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+loading+rate+on+strength+of+the+proximal+femur%5BTitle%5D)+AND+%22Calcif+Tissue+Int%22%5BJournal%5D)">Effects of loading rate on strength of the proximal femur.</a> Calcif Tissue Int. 55, 53-58 (1994).</li>
<li>Keyak, J., Rossi, S., Jones, K., Les, C., Skinner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prediction+of+fracture+location+in+the+proximal+femur+using+finite+element+models%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+engineering+%26+physics%22%5BJournal%5D)">Prediction of fracture location in the proximal femur using finite element models.</a> Medical engineering & physics. 23, 657-664 (2001).</li>
<li>Nishiyama, K. K., Gilchrist, S., Guy, P., Cripton, P., Boyd, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proximal+femur+bone+strength+estimated+by+a+computationally+fast+finite+element+analysis+in+a+sideways+fall+configuration%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Proximal femur bone strength estimated by a computationally fast finite element analysis in a sideways fall configuration.</a> J Biomech. 46, 1231-1236 (2013).</li>
<li>Langton, C. M., Njeh, C. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLangton%2C+CM+%22The+physical+measurement+of+bone%22">The physical measurement of bone</a>. , CRC Press. (2016).</li>
<li>Ariza, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+explicit+finite+element+and+mechanical+simulation+of+the+proximal+femur+during+dynamic+drop-tower+testing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Comparison of explicit finite element and mechanical simulation of the proximal femur during dynamic drop-tower testing.</a> J Biomech. 48, 224-232 (2015).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nessun pertinenti informazioni integrative.

Abbiamo proposto un protocollo alla frattura prossimali femori cadaverici di prova in una caduta alla configurazione dell'anca con il quale abbiamo testato con successo circa 200 campioni. Il protocollo comprende diversi apparecchi progettati in-House per forza femorale test sotto diverse condizioni di carico. L'apparecchio permette di testare dei femori di destro e di sinistro alle diverse velocità di test e gli orientamenti dell'osso. Dopo aver montato l'apparecchio e gli strumenti di misura, un femore in fibra di vetr...

Sviluppo di nuovi metodi per la valutazione del rischio di frattura femorale e prevenzione di frattura per una caduta sull'anca richiedono una comprensione completa dei processi biomeccanici che intervengono durante la frattura. Prova di resistenza cadaverico femore prossimale ha dimostrato di essere efficace nel determinare la relazione tra forza femorale e fattori che influenzano la capacità strutturale del femore fornendo spunti importanti in questo processo1,2 , 3. misurata sperimentalmente forza femorale è anche utilizzato per la convalida di basati su tomografia computata quantitativa analisi agli elementi finiti (FEA/QCT) che consente una stima non invasiva di frattura forza4,5, 6,7.
Ad oggi, non c'è nessuna procedura standard accettata per esaminare i campioni tutta femorali alla frattura. Per isolare le variabili clinicamente misurabili (ad esempio, la densità minerale ossea e geometria) e la loro influenza sulla forza femorale, è imperativo per il test sperimentale da effettuarsi in modo controllato e ripetibile. Femori cadaverici hanno forme irregolari e fascia in taglie8 e possono essere ottenuti da cadaveri sia maschi o femminile di età diverse, rendendo impossibile per testare utilizzando built-in apparecchi di test macchine standard. In una caduta laterale sull'evento dell'anca, il grande trocantere è sottoposto a carico compressivo, mentre il femore prossimale può verificarsi carico complesse tra cui compressione, tensione, piegatura momento e torsione. Tali scenari di carico di test aggiungono complessità al disegno sperimentale. Pertanto, un appuntamento fisso, come una componente importante del protocollo di prova, deve essere specificamente progettato, fabbricato e installato per ospitare femorali campioni di diverse forme e dimensioni e velocità di test differenti. Questo apparecchio deve anche tenere i campioni per le prove in una gamma di orientamenti desiderati per simulare carichi di impatto possibile da una caduta sull'anca. Per soddisfare una varietà di condizioni, l'apparecchio ha bisogno di avere più fermo e lo spostamento di componenti collegati in modo da minimizzare il gioco nel sistema e per ottenere una risposta carico-spostamento liscio.
Acquisizione di dati affidabili è fondamentale anche durante i test. Il disegno sperimentale deve incorporare le celle di carico necessarie, trasduttori di spostamento, amplificatori di segnale e condizionatori di precisione misura di forze e momenti supporta a tutti. Video ad alta velocità di entrambe le viste anteriore e posteriore del femore ottenute in modo sincrono con l'acquisizione delle forze sono inoltre necessari per aiutare a capire la sequenza degli eventi che conducono alla frattura, caratterizzano tipi di frattura e precisamente definire femorale forza4,9.
Mentre ci sono preziosi studi sperimentali nella letteratura sul femore intero test, protocolli pubblicati mancano dettagli su come i test sono stati effettuati o sono molto diversi da uno studio a altro per renderli veramente riproducibile10, 11. L'obiettivo del lavoro attuale era di introdurre un protocollo per prove meccaniche di campioni femorali che possono essere utilizzati come punto di partenza per uno sforzo per standardizzare il tessuto osseo test che possono essere ripetibili e riproducibili. A tal fine, abbiamo progettato e fabbricato un dispositivo di prova che è stato usato per testare circa 200 femori cadaverici. Il dispositivo di prova inclusa una fixture di fondo e un apparecchio della traversa. L'apparecchio di fondo (Figura 1A-E) detiene il femore a un orientamento desiderato durante la prova e comprende una cella di carico del trocantere e una cella di carico di 6 canali collegato al pozzo femorale. Può ospitare anche tre traduzioni indipendenti per consentire per il posizionamento dell'osso per le prove di frattura. Viene aggiunto un punto di rotazione per imitare l'articolazione del ginocchio. Le parti principali dell'apparecchio inferiore sono composto da pezzi di spessore in acciaio inox e alluminio per rendere un apparecchio molto rigido. Una cella di carico è allegata all'apparecchio nel fondo per misurare le forze di compressione sul grande trocantere durante i test. Il fissaggio della traversa (Figura 2A-2E) comprende due piastre base in alluminio e due cuscinetti a sfera molto rigida scorrevole (legati insieme da una lastra di alluminio), per rappresentare il movimento della testa femorale durante i test e anche per ospitare per destro e sinistro i femori. Una cella di carico tra le misure di fissaggio della traversa le forze di compressione. Una tazza di alluminio collegata alla cella di carico viene utilizzata per applicare i carichi di compressione alla testa femorale. Il nostro metodo è stato usato per i femori sinistro e destro di entrambi i sessi, con varie dimensioni, angoli cervico-diafisario, densità minerale ossea e alle condizioni che imita un laterale di carico caduta sull'anca. Le velocità di test nei nostri esperimenti è sono fissate a 5, 100 e 700 mm/s, ma può essere impostate su qualsiasi valore disponibile sulla macchina di prova. L'apparecchio progettato aveva due componenti principali, uno connesso a traversa di macchina di prova e l'altro collegato al telaio test. Entrambe le parti sono state strumentate con celle di carico sufficiente per misurare la forza e momento condizioni al contorno supporta affatto. Inoltre, due telecamere ad alta velocità sono stati utilizzati per registrare gli eventi di frattura durante il test. Dopo la frattura, analizza una serie di radiografie e la tomografia computerizzata (TC) sono stati ottenuti per le analisi sperimentali frattura post. Risultati ottenuti da questi esperimenti tra cui resistenza alla frattura ed energia attualmente utilizzati per ulteriori ricerche in strumenti diagnostici per eventualmente migliorare la valutazione della resistenza alla frattura prossimale in pazienti osteoporotici.

<table><tbody><tr><td>Scanner CT</td><td>Siemens</td><td>Somatom Scanner di definizione (Siemens, Malvern, PA)</td><td>Apparecchiature di scansione CT</td></tr><tr><td>Quantitativa CT Phantom Midways</td><td>Inc, San Francisco, CA</td><td>Modello 3 Calibrazione CT Phantom</td><td>Utilizzato per ottenere i valori di BMD dalle unità Hounsfield nell'immagine CT</td></tr><tr><td>Resina ortodontica igienica (PMMA)</td><td>Patterson Dental Supply</td><td>H02252</td><td>Sostanza controllata e può essere acquistata con approvazione</td></tr><tr><td>Congelatore</td><td>Kenmore</td><td>N/A</td><td>Si tratta di un -20oC di stoccaggio per scanner</td></tr> a <tr><td>raggi X per ossa</td><td>Apparecchiatura di imaging a raggi X</td> <td>General Electric</td><td>46-270615P1</td>.</tr><tr><td>Pellicole radiografiche</td><td>Kodak</td><td>N/A</td><td>Utilizzato per visualizzare immagini</td></tr><tr><td>radiografiche Sviluppatore di raggi X</td><td>Kodak X-Omatic</td><td>M35A X-OMAT</td><td>Utilizzato per lo sviluppo di immagini</td></tr><tr><td>radiografiche Cassetta radiografica</td><td>Kodak X-Omatic</td><td>N/A</td><td>Utilizzato per contenere pellicole radiografiche</td></tr><tr><td>Soluzione fisiologica salina (cloruro di sodio 0,9%)</td> <td>Baxter</td><td>NDC 0338-0048-04</td><td>Utilizzato per mantenere idratati i campioni</td></tr><tr><td>Bisturi e raschietti</td><td>Bard-Parker</td><td>N/A</td><td>Utilizzato per pulire l'osso dai tessuti molli</td></tr><tr><td>Cappa aspirante</td><td>Hamilton</td><td>70532</td><td>Utilizzato per la ventilazione durante la preparazione del PMMA per l'incapsulamento di campioni Cella di</td></tr><tr><td>carico ad asse singolo</td><td>Tecniche del trasduttore, Temecula, CA, USA</td><td>LPU-3K; S/N 219627</td><td>Capacità 3000 libbre</td></tr><tr><td>Cella di carico a sei canali</td><td>JR3, Woodland, CA</td><td>45E15A4</td><td>Carico meccanico nominale 1000N</td></tr><tr><td>Potenziometro lineare</td><td>Novotechnik, Southborough, MA, USA</td><td></td><td>Utilizzato per acquisire spostamenti lineari durante le prove</td></tr><tr><td>Cuscinetto a sfere</td><td>Schneeberger</td><td>Tipo NK</td><td>Parte del dispositivo di prova</td></tr><tr><td>Macchina per prove meccaniche</td><td>MTS, Minneapolis, MN</td><td>858 Mini Bionix II</td><td>Utilizzato per la compressione del femore</td></tr><tr><td>Unità di illuminazione</td><td>ARRI</td><td></td><td>Necessario per registrazioni video ad alta velocità videocamera</td></tr><tr><td>ad alta velocità</td><td>Photron Inc., San Diego, CA, USA</td><td>Photron Fastcam APX-RS</td><td>Utilizzato per catturare le registrazioni video ad alta velocità degli eventi di frattura</td></tr><tr><td>Photron FASTCAM Viewer</td><td>Photron Inc., San Diego, CA, USA</td><td>Ver.3392 (x64)</td><td>Utilizzato per visualizzare le registrazioni video ad alta velocità</td></tr><tr><td>Obiettivo della fotocamera</td><td>Zeiss</td><td>Zeiss Planar L4/50 ZF</td><td>Obiettivo necessario per un'elevata risoluzione dell'immagine</td></tr><tr><td>Scheda di condizionamento del segnale (DAQ)</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Connettore del segnale di ingresso/uscita</td></tr><tr><td>Signal Express</td><td>National Instruments</td><td>N/A Software</td><td>di acquisizione dati</td></tr><tr><td>Computer portatile</td><td>Dell</td><td>N/A</td><td>Utilizzato per monitorare e acquisire tutti i segnali dalla procedura di test</td></tr></tbody></table>

metodo e instrumentata apparecchio per prove di frattura femorale in posizione di caduta-in-the-hop lateralmente

Method and Instrumented Fixture for Femoral Fracture Testing in a Sideways Fall-on-the-Hip Position

Prove meccaniche dei femori porta preziosi approfondimenti di comprendere il contributo delle variabili misurabili clinicamente come distribuzione di densità minerale ossea e geometria sulle proprietà meccaniche femorale. Attualmente, non esiste alcun protocollo standard per le prove meccaniche di tali ossa geometricamente complesse di misura forza e rigidità. Per colmare questa lacuna abbiamo sviluppato un protocollo per testare i femori cadaverici di frattura e di misurare i parametri biomeccanici. Questo protocollo descrive una serie di apparecchi adattabili ad ospitare le varie grandezze di carico e indicazioni di contabilità per gli orientamenti possibili dell'osso in una caduta alla configurazione dell'anca, test di velocità, dimensione dell'osso e le variazioni di gamba gamba-destra sinistra. I femori sono stati preparati per il test di pulizia, taglio, scansione e impregnazione l'estremità distale e il grande trocantere contatto superfici in poly(methyl methacrylate) (PMMA) come presentato in un protocollo diverso. I campioni preparati sono stati inseriti nel dispositivo di prova in una posizione che imita una caduta laterale sul fianco e caricati alla frattura. Durante il test, due forze verticali di carico cellule misurate applicato alla testa femorale e grande trocantere, una cella di carico di sei-asse misurato le forze e momenti a pozzo femorale distale e un sensore di spostamento misurato spostamento differenziale tra la trocantere e testa femorale contattare supporta. Videocamere ad alta velocità sono stati utilizzati per registrare in modo sincrono la sequenza degli eventi di frattura durante i test. La riduzione di questi dati ci ha permesso di caratterizzare la resistenza, rigidità ed energia per quasi 200 osteoporotiche, osteopenic, di frattura e di ricerca normali femori cadaverici per un ulteriore sviluppo di strumenti diagnostici basati su Ingegneria per l'osteoporosi.

Infissi interni sono montati dopo le finiture standard sono stati rimossi dalla macchina di prova. In primo luogo, l'apparecchio pesante di fondo è montato e fissato (Figura 1). Questo include un braccio esteso per tenere la cella di carico di 6 canali che permette anche il pozzo femorale essere allineati ad un angolo di adduzione desiderata. Successivamente, il fissaggio della traversa tra cui due senza attrito radente è montato per ospitare l'applicazione d...

In questo manoscritto, presentiamo un protocollo per frattura femore prossimale cadaverico di prova in una caduta laterale alla configurazione dell'anca con instrumentate apparecchi montati su un telaio idraulico servo standard. I segnali digitalizzati nove composto da forze, momenti e spostamento insieme a due flussi video ad alta velocità vengono acquisiti durante il test.

Metodo e instrumentata apparecchio per prove di frattura femorale in posizione di caduta-in-the-Hop lateralmente

Mechanical testing of femora brings valuable insights into understanding the contribution of clinically-measureable variables such as bone mineral density ...

L'obiettivo generale di questo protocollo sperimentale di test di frattura femorale da cadavere è ottenere misurazioni coerenti e riproducibili della forza della frattura. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nella ricerca sull'osteoporosi, misurando le differenze tra osteoporotica e forza femorale normale. Il vantaggio principale di questa tecnica è che l'apparato di test imita una caduta dell'anca basata sul sito fisiologico.Per il fissaggio dell'attrezzatura grande, in primo luogo, fissare saldamente il blocco di alluminio sulla macchina. Successivamente, utilizzare i bulloni per fissare la struttura dell'attrezzatura principale sul blocco di alluminio e sostenere l'attrezzatura con il posizionamento di un martinetto da quattro tonnellate, sotto la parte dell'attrezzatura che non poggia sul blocco di alluminio. Quindi utilizzare più bulloni per fissare un dispositivo a cella di carico a sei canali sull'attrezzatura principale.Per il fissaggio dell'attrezzatura della traversa, fissare la prima piastra di base con la traversa della macchina impostata sullo zero assoluto e i bordi curvi della piastra di base, rivolti verso la parte anteriore della macchina di prova. Utilizzare una vite girevole per fissare la seconda piastra di base. Quindi, fissare il gruppo dei due cuscinetti a strisciamento alla seconda piastra di base.Ruotare la seconda piastra di base in modo tale che il secondo set di viti sia accessibile dalla parte superiore della prima piastra di base. Impostare quindi la traversa della macchina in una posizione relativa di 65 gradi, per consentire la rotazione manuale delle slitte, ortogonale alla cella di carico a sei canali. Una volta che l'attrezzatura strumentata è stata assemblata sulla macchina idraulica standard del server, collegare una telecamera ad alta velocità e un'apparecchiatura di illuminazione ai treppiedi.Posizionare la telecamera di fronte alla macchina di prova e collegare la telecamera all'unità di acquisizione dati. Dopo aver collegato il sistema di acquisizione dati, spingere manualmente la cella di carico e osservare le tracce del segnale dati nel pannello di visualizzazione del software DAQ. Per confermare la corretta connessione e sincronizzazione del segnale di trigger, cella di carico tricanterica, cella di carico di testa, potenziometro lineare e cella di carico a sei canali.Calibrare il potenziometro lineare, fissare l'attrezzatura del potenziometro lineare alla traversa e collegare il potenziometro all'attrezzatura. Serrare le viti per bloccare il corpo del potenziometro e inserire il connettore nell'unità DAQ. Quindi, spostare manualmente l'attuatore di 25 millimetri su un telaio di carico, in modo che la posizione del potenziometro si traduca dalla massima compressione alla massima estensione e registrare gli spostamenti e la tensione corrispondente per almeno tre punti dati.Traccia lo spostamento rispetto alla tensione e adatta una funzione lineare ai dati. Quindi inserire la pendenza dell'equazione lineare come fattore di calibrazione nella casella dei parametri di scansione del software DAQ. Per preparare l'osso per il test, posizionare un osso scongelato pulito 24 ore nel dispositivo di scansione acrilica e mescolare 60 grammi di polvere di poli o PMMA, con 30 grammi di resina liquida in una tazza usa e getta sotto una cappa aspirante, fino a quando la polvere non si è sciolta.Quando il PMMA è colabile, allineare una tazza di alluminio sotto il tricanter e decantare il cemento PMMA a metà dell'altezza della tazza. Sollevare la piattaforma di fissaggio per inserire l'osso nella coppetta e lasciare che il PMMA polimerizzi per 10-15 minuti. Quando il PMMA è chiaro e duro, spostare l'osso sul dispositivo di prova e centrare la tazza di alluminio sulla piastra, fissata alla cella di carico tricanterica.Regolare gli stadi lineari della cella di carico a sei canali, in modo che la tazza di alluminio tocchi leggermente la cella di carico e rimuovere il perno dall'attrezzatura per una rotazione laterale dell'attrezzatura. Quindi centrare e abbassare la traversa per il contatto con la testa del femore e visualizzare il femore da due lati. Dopo aver verificato che il telaio di carico servomeccanico sia programmato in modo appropriato, fare clic su Avvia per avviare la sequenza di test per la frattura del femore di prova.Al termine del test, ritrarre manualmente l'attuatore. Rimuovere l'osso dal dispositivo e fissare con nastro adesivo l'estremità rotta prossimale dell'osso all'asta. Quindi avvolgere l'osso, gli asciugamani bagnati e i sacchetti di plastica e riportare l'osso a 20 gradi Celsius.Dopo la frattura, è possibile tracciare la forza registrata al tricantere maggiore e lo spostamento registrato alla testa del femore, utilizzando la cella di carico a sei canali. Le parti rotte dell'osso possono quindi essere fissate insieme con nastro adesivo per ulteriori immagini e classificazioni del tipo di frattura. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di verificare che tutti i sistemi di acquisizione dati funzionino correttamente con i femori in fibra di vetro prima di testare i campioni cadaveri.Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della biomeccanica computazionale, per convalidare le previsioni quantitative della forza degli elementi finiti basate sulla tomografia computerizzata nei femori osteoporotici. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione su come testare i femori cadaverici in una caduta su una configurazione dell'anca.

method-instrumented-fixture-for-femoral-fracture-testing-sideways

Research

Ricerca

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingegneria

Questo articolo descrive un metodo per stabilizzare fratture delle ossa lunghe che si basa sull'applicazione di modificati Ilizarov fissatori...

Creare fratture rigidamente stabilizzati per la Valutazione ossificazione intramembranosa, osteogenesi per distrazione, o guarigione di difetti critici Sized

Un metodo migliore per meccanicamente prova l'ancoraggio osseo alle superfici implantari candidati viene presentato. Questo metodo consente l'allineamento della forza perturbazione esattamente perpendicolare o parallelo al piano della superficie dell'impianto, e fornisce un mezzo preciso per dirigere le forze interruzione una regione peri-implantari esatta.

Una migliorata meccanica metodo di prova per valutare osso-impianto Anchorage

Vi presentiamo un protocollo robusto su come preservare con cura e preparare femori da cadavere per la prova di frattura e di imaging quantitativa tomografia computerizzata. Il metodo fornisce un controllo preciso sulla condizioni di ingresso al fine di determinare le relazioni tra densità minerale ossea, resistenza alla frattura, e definendo finita la geometria e le proprietà elemento del modello.

Prossimale Cadaveric Femore preparazione per l&#39;analisi agli elementi finiti Resistenza alla frattura Prove e quantitativa CT-based

In questo protocollo, si stima che i ceppi di superficie del femore durante la frattura prova usando la tecnica di correlazione di immagini digitali. La novità del metodo consiste nell'applicazione di un modello stocastico speckle ad alto contrasto sulla superficie del femore, illuminazione attentamente specificato, acquisizione video ad alta velocità e analisi di correlazione di immagini digitali per i calcoli di ceppo.

Un metodo per stimare il femore cadaverico corticale ceppi durante frattura test utilizzando correlazione di immagini digitali

Il modello murino di frattura femorale chiusa è una potente piattaforma per studiare la frattura che guarisce e nuove strategie terapeutiche per accelerare la rigenerazione dell'osso. L'obiettivo del presente protocollo chirurgico è quello di generare fratture femorali chiuse unilaterale nei topi utilizzando un asta intramidollare in acciaio per stabilizzare il femore.

La generazione delle fratture chiuse femorale in topi: un modello per studiare la guarigione ossea

L'obiettivo del protocollo è quello di ottimizzare i parametri di generazione di frattura per produrre fratture coerente. Questo protocollo rappresenta le variazioni in osso, dimensioni e morfologia che può esistere tra gli animali. Inoltre, è descritto un apparato di frattura conveniente, regolabile.

Frattura apparato Design e ottimizzazione dei protocolli per le fratture chiuse-stabilizzato in roditori

Modelli di mammiferi in vivo di difetti ossei critici dimensioni sono essenziali per i ricercatori che studiano i meccanismi di guarigione e terapie ortopediche. Qui, presentiamo un protocollo per la creazione di difetti riproducibile, segmentale, femorale in ratti stabilizzati con fissatore esterno.

Un modello affidabile e riproducibile critiche medie femorale difetto segmentale in ratti stabilizzato con un Fixator esterno personalizzato

Il presente protocollo descrive lo sviluppo di una piattaforma di prova riproducibile per colli femorali murini in un set-up di flessione a sbalzo. Sono state utilizzate guide personalizzate stampate in 3D per fissare in modo coerente e rigido i femori in un allineamento ottimale.

Flessione a sbalzo dei colli femorali murini

Qui, presentiamo un protocollo per l'accesso al filo guida dell'inchiodamento femorale intramidollare in pazienti obesi utilizzando un punteruolo progettato internamente. L'uso del nuovo punteruolo con un posizionatore distale per l'inserimento del filo guida e l'apertura dell'osso può aumentare l'efficienza nell'inserimento del filo guida e ridurre la difficoltà dell'intervento chirurgico.

Trattamento con chiodatura intramidollare bloccante per frattura intertrocanterica del femore utilizzando un nuovo punteruolo con posizionatore distale

Il protocollo consente di misurare la deformazione della microstruttura ossea nell'intero femore umano prossimale e la sua tenacità combinando la scansione micro-TC di grandi volumi, uno stadio compressivo personalizzato e strumenti avanzati di elaborazione delle immagini.

Imaging del meccanismo di cedimento microstrutturale nell'anca umana

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

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

Impara un protocollo per testare la resistenza alla frattura del femore cadaverico in condizioni di caduta laterale. Questo metodo riproduce scenari fisiologici reali per studi sull'osteoporosi e la biomeccanica ossea.

Metodo e instrumentata apparecchio per prove di frattura femorale in posizione di caduta-in-the-Hop lateralmente

Esplora altri video