異なる骨密度の全縫合糸と従来の縫合糸アンカーに対する部分皮質剥離の生体力学的影響

サマリー

ここでは、さまざまな密度のソーボーンの全縫合糸アンカー (ASA) と従来の縫合糸アンカー (CA) に対する部分的な皮質除去の生体力学的影響を評価するためのプロトコルについて説明します。

要約

生体力学的試験では、デコレーションとアンカーの破損荷重との間に相関関係があることが示されていますが、部分的なデコレーションが全縫合アンカーの生体力学的特性に及ぼす影響は不明のままです。私たちは、さまざまな密度のソーボーンの全縫合糸アンカーと従来の縫合糸アンカーに対する部分的な皮質除去の生体力学的影響を評価することを目指しました。縫合糸アンカーは、非皮質化、部分皮質除去、および完全に皮質除去されたソーボーンでテストされました。2種類の全縫合糸アンカーと1種類の従来のアンカーが評価されました。正常な骨を模倣するために、0.32 g/cm³ 密度 (20 ポンド/立方フィート、pcf 20) と骨粗鬆症性骨: 0.16 g/cm³ 密度 (10 ポンド/立方フィート、PCF 10) の 2 種類の二相性ポリウレタン フォームが使用されました。繰返し荷重を適用し、ピーク変位を記録しました。繰り返し載荷試験の後、生き残ったアンカーはプル・トゥ・フォールド試験を受けました。サイクル数、最大変位、最大破壊荷重、および故障モードが決定されました。

まず、ピーク変位は骨密度とアンカータイプに大きく影響され、正常な骨モデルは骨粗鬆症モデルよりもピーク変位が小さく、従来のスクリュータイプのアンカーは全縫合アンカーと比較して一貫してピーク変位が減少しました。対照的に、骨の皮質除去の程度は、非皮質化、部分皮質除去、または完全に皮質除去されたかどうかにかかわらず、ピーク変位に有意な影響を示さなかった。第二に、骨粗鬆症性骨モデル(1立方フィートあたり10ポンド)では、部分的な皮質除去群と非皮質化群の間で破壊荷重の有意差は観察されませんでしたが、どちらも完全に皮質除去された群よりも有意に高い値を示しました。

概要

回旋筋腱板の断裂は肩の痛みの最も一般的な原因であり、関節鏡視下回旋筋腱板修復術は、その満足のいく臨床結果のために主要な治療選択肢です。縫合糸アンカーは、この手順で重要な役割を果たします。縫合糸アンカーの進歩は、アンカーの安定性の向上と治癒率の向上に貢献しています^1,2,3。全縫合糸アンカー(ASA)は、主に縫合材料とシース^4,5の2つのコンポーネントで構成される新しいタイプのアンカーです。骨に挿入すると、ASAの縫合材に張力をかけて鞘をさまざまな形状に締め付け、スリーブを皮質骨^3,6に対して圧縮することにより、アンカーが展開されます。従来の縫合糸アンカー(CA)と比較して、ASAは骨トンネルを小さくすることができるため、固定点を増やし、骨の破壊を減らすことができます^7,8。その結果、これらのアンカーは外科診療でますます好まれています。

回旋筋腱板のフットプリントの皮質除去は、回旋筋腱板の修復に広く採用されている技術であり、内因性の骨髄材料⁹を解放することにより、腱骨の治癒を促進します。デコレーションは、腱骨縫合糸アンカー修復部位での治癒反応を高めるために一般的に行われます。1944年にMcLaughlinら¹⁰ によって導入されたこの技術は、腱界面⁹での骨微小血管新生に寄与する間葉系幹細胞の浸潤を誘導することにより、回旋筋腱板修復中の治癒を促進するために出血する骨のトラフを作成することを含みます。部分的な皮膜除去では、縫合糸アンカーを囲む皮質骨を温存し、保存領域の幅をアンカーの直径に一致させます。残った皮質骨を切除し、デコレーションの施術を完了します。この方法は、皮質除去の利点を促進しながら、アンカーの安定性のために十分な皮質骨を維持することを目的としています。

注目すべきは、CAとは異なり、ASAは固定のために皮質骨に大きく依存している^3,6。この依存性は、デコレーションが^ASA11,12の引き抜き強度を低下させる可能性があるため、課題を提起します。これには、回旋筋腱板の修復中に皮質除去の影響のバランスをとる必要がありますが、これは部分的な皮膜除去によって対処される可能性があります。ASAは、無傷の皮質表面の下にしっかりと配置する必要があるフォースフィットアンカーメカニズムで設計されており、^{ASA11、12、13、14}の生体力学的特性に対するデコレーションの影響について常に懸念がありました。Ruderら¹¹は、繰返し荷重後の変位とASAの破壊荷重への影響を評価し、デコレーションが平均変位に大きな影響を与えることなく破壊荷重を大幅に減少させることを発見しました。同様に、Natlosらによる最近の生体力学的研究¹²では、ヒトの死体肩モデルでマイクロコンピューター断層撮影を使用して皮質の厚さを定量的に測定しました。その結果、ASAの引き抜き強度と隣接する皮質の厚さとの間に強い相関関係があることが示されました(P < 0.05)。

生体力学的試験では、デコレーションとアンカー破壊荷重との間に相関関係があることが示されていますが、ASAの生体力学的特性に対する部分的なデコレーションの影響は、文献が限られているため不明のままです^11,12。したがって、この研究は、ASAとCAの両方の生体力学的特性に対する部分的な皮膜の影響を評価し、ASAとCAの機械的特性を比較することを目的としていました。

プロトコル

この研究では、合成骨モデルを利用しました。人間や動物の被験者は関与しておらず、倫理的な承認は必要ありませんでした。

1.縫合糸アンカーの準備

注意: アンカーは、使用するまで乾燥した室温の状態で保管してください。商用識別子は、 資料の表に記載されています。

1. アンカータイプを3種類用意します。
   1. All-Suture Anchor 1 (ASA1 = UHT) を選択します。このプロトコルに従うには、ASA1がUHMWPE縫合糸でねじ込まれたフラット編組超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)チューブで構成され、プレディジレーションドリルの直径が2.8mmで4.5mmに拡張していることを確認します。
      注:その構造的特徴は、張力をかけると皮質下の球を形成する折りたたみ可能な円筒形の構造です。
2. All-Suture Anchor 2 (ASA2 = Y-Knot)を選択します。このプロトコルに従うには、ASA2 が UHMWPE 縫合糸でねじ込まれたフラット編組超高分子量ポリエチレン (UHMWPE) チューブで構成され、プレディディレーション ドリル直径 2.8 mm から 5.0 mm に拡張していることを確認します。
   注:その構造的特徴は、張力をかけると皮質下の球を形成する折りたたみ可能な円筒形の構造です。
3. 従来のネジ式アンカー(CA = Biocorkscrew)を選択します。このプロトコルに従うには、CAが外径4.5mmのネジでポリエーテルエーテルケトン(PEEK)でできていることを確認してください。
   注:その構造的特徴は、完全にねじ込まれた設計です。

2. ボーンモデルの準備

1. ボーンモデルの選択
   1. 人工骨は、その生体力学的特性が死体骨に匹敵するため、合成骨を使用してください。
2. 材料組成
   1. 2種類の二相性ポリウレタンフォームを使用してください:通常の骨:0.32 g / cm³密度(1立方フィートあたり20ポンド、pcf 20)と骨粗鬆症性骨:0.16 g / cm³密度(10ポンド/立方フィート、pcf 10)^15,16。
      注:製造プロセスでは、厚さ3mmの短繊維充填エポキシコーティングを、商業的に製造された材料の不可欠なコンポーネントとしてポリウレタンフォームブロックの1つの表面のみに事前に塗布します。コーティングされた面は皮質骨をシミュレートし、コーティングされていない多孔質ポリウレタンフォームは海綿骨をシミュレートします^8,16,17。
3. ランダムグループ割り当て
   注意: デコレーション手順については、手順2.4を参照してください。
   1. コンピューターで生成されたシーケンスを使用して、骨ブロックを3つのデコレーショングループにランダム化します。
      1. ND(No Decortication)グループでは、デコレーションを行わないでください。
      2. PD群(Partial Decortication)群は、縫合糸のアンカー挿入点から2.5mmの地点でデコーティケーションを行います。
      3. CDグループ(Complete Decortication)グループでは、ボーンモデルのフルデコレーションを行います。
         注:2.5mmのオフセットは、全縫合糸のアンカー半径に対応し、展開干渉なしに拡張ゾーンの外側の皮質化を保証します。
4. デコレーション手順(図1):
   1. 5.5 mmの丸バリをコンピューター支援研削工具に取り付けます( 材料の表を参照)。
   2. 3軸研削工具制御ソフトウェアを開きます( 材料の表を参照)
   3. インジケーターライトの点滅が止まるまで、緊急リセットボタンを押します。
   4. 「Gコードのロード」をクリックし、事前設定された加工ファイルを選択します。
   5. TABキーを押して、手動制御モードをアクティブにします。
   6. 矢印キーを使用して、ツールヘッドを開始位置に移動します。
   7. もう一度 Tab キーを押すと、手動モードが終了します。
   8. [ゼロ]ボタンをクリックして、すべての軸(X、Y、Z、A)を0.000mmにリセットします。
   9. [サイクル開始]をクリックして、骨表面の研磨を開始します。
      注意: コンピューター支援研削ツールの使用には、怪我をしないように注意して取り扱う必要があります。安全ゴーグルや手袋などの適切な保護具を常に着用する必要があります。操作中は非常停止ボタンにアクセスできることを確認してください。

3. インプラント埋入

1. メーカーの仕様に従ってすべてのアンカーを挿入します:ASAは骨ブロック表面に対して垂直に、CAは45°の角度で挿入します。
2. ドリルガイドを使用してパイロット穴を作成します。
3. ASAアンカーを骨表面に対して垂直に配置します(プロトコルで使用される縫合アンカーの詳細については、 材料の表 を参照してください)。
4. CAアンカーを骨表面に対して45°の角度で挿入します(プロトコルで使用される縫合糸アンカーの詳細については、 材料の表 を参照してください)。
   注:抵抗の突然の低下が感じられるまでASAアンカーを展開します(アンカー拡張の完了を示します)、インサータ上のレーザーマーカーと皮質表面の視覚的な位置合わせによって確認されます。挿入に異常が見られるモデルは破棄します。

4. 試験条件

1. 生体力学的試験のセットアップ
   1. 機械試験機(Table of Materials)を使用して生体力学的試験を実施します。
      1. 人工骨ブロックを専用の治具に固定して、アンカー縫合糸をアクチュエータアームに位置合わせします(図2)。
      2. ボーンブロックの長軸を負荷アクチュエータに対して135°に向けます。
         注:135°の向きは、以前の生体力学的研究^で確立されたように、修復後のシナリオにおける棘上筋腱の生理学的張力条件をシミュレートします^7,13。
2. 縫合糸アタッチメント
   1. 試験機に取り付けられた円形のフックに縫合糸ストランドを手動で固定します。
   2. 外科医の結び目を結び、4つの交互のハーフヒッチで補強します。
   3. 縫合糸アンカーとフックの間の距離を100mmに保ちます。
      注:テストセットアップの概略図については、 図2 を参照してください。
3. プリロードアプリケーション
   1. 1 N/s¹¹ で 10 N まで傾斜します。
   2. 5秒間保持して、ゼロ変位のベースラインを確立します。
4. サイクリックローディング
   1. メカニカルテストコンソールソフトウェアを起動します( 資料の表を参照)。
   2. メイン インターフェイスの [Test Setup ] タブに移動します。
   3. 上部ツールバーの [New Project ] をクリックして、テスト シーケンスを初期化します。
   4. テストメソッドライブラリ内で、事前設定されたサイクリックテストメソッドを見つけて選択します。
   5. 予圧適用時のゼロ変位位置を定義します。
   6. 1Hzの周波数で10〜60Nの負荷をかけるようにメカニカルテスターをプログラムします。
   7. 右上隅の [スタート ] ボタン (緑色のアイコン) をクリックして、サイクリック ロード プロトコルを開始します。
   8. 200サイクル連続で実行します。
   9. 左側のグラフィカル出力パネルでリアルタイムの周期荷重-変位曲線を監視します。
   10. 変位時間データを接続された取得ソフトウェア(.xls形式)にエクスポートします。
5. プル・トゥ・フェイル・テスト
   1. メカニカルテストコンソールソフトウェアを起動します( 資料の表を参照)。
   2. メイン インターフェイスの [Test Setup ] タブに移動します。
   3. 上部ツールバーの [New Project ] をクリックして、テスト シーケンスを初期化します。
   4. テストメソッドライブラリ内で、事前設定されたアンカレッジ故障テストメソッドを見つけて選択します。
   5. 変位率を33 mm/sに設定します。
   6. [スタート] ボタン (右上隅の緑色のアイコン) をクリックして、障害プロトコルを開始します。
   7. 故障荷重データはスプレッドシートに自動記録され、直接閲覧することができます。故障のロード時間データを接続された集録ソフトウェア(.xls形式)にエクスポートします。
   8. 故障モードを次のように分類します。
      1. タイプI:アンカープルアウト:固定力が不十分であったり、骨密度が低下したりすることによる骨からのアンカーの変位で、通常は骨粗鬆症の状態で見られます。
      2. タイプII:縫合糸の切り欠き:縫合糸がアンカーのアイレットを切断したり、アイレットを骨折したりする構造的な故障により、縫合糸の変位や組織の浸透につながります。
      3. タイプIII:縫合糸ストランドの破損:過度の張力による縫合材料の破裂^8,18。

結果

サイクリック試験
CD グループでは、1 つの UHT アンカーと 3 つの Y-Knot アンカーが pcf 10 試験ブロックから引き抜く際に故障しました。PDグループでは、1つのYノットアンカーがpcf 20テストブロックから引き抜かれたときに故障しました。NDグループでは、すべてのアンカーが周期的試験を生き延びました。

繰り返し試験中のピーク変位を 表1に示します。特に、骨密度やアンカータイプ(すべてP > 0.05)に関係なく、ND、PD、および CD グループ間でピーク変位に有意差は観察されませんでした。したがって、デコーティケーションは繰り返し試験のピーク変位に影響を与えません

UHT アンカーグループと CA グループでは、pcf 10 と比較して、pcf 20 試験ブロックのピーク変位が有意に低かった (ともに P < 0.05)。Yノットアンカーグループでは有意差は観察されませんでした(

ディスカッション

この研究では、密度の異なる骨ブロックの 2 種類の ASA と 1 種類の CA を調べることにより、縫合糸アンカーの生体力学的性能に対する皮膜剥離の影響を分析しました。ピーク変位は骨密度(正常骨モデルでは低い)とアンカータイプ(従来のスクリュータイプアンカーでは低い)の影響を受け、デコレーションの程度は有意な影響を示さなかった。骨粗鬆症モデルでは、部分的に皮質除去されたグループと皮質除去されていないグループの間の破壊荷重に有意差は見られませんでしたが、どちらも完全な皮質除去値を超えていました。

以前の研究では、ASA^の生体力学的性能における皮質の完全性の重要性が強調されています^が、部分的な皮質除去の影響に対処したものはありません。私たちの研究は、部分的な皮質化がASAの生体力学的特性に影響を与えないことを示すことにより、このギャップに対処します。具体的には、ND、PD、および CD グループ間でピ...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
Biocorkscrew	Arthrex, Naples, USA	AR-1927bcf-45	Conventional screw-type suture anchor (CA)
Bluehill Universal	Norwood, MA, USA	E10KNBL5086	Mechanical test console software
Computer Numerical Control 2030 Engraving Machine	JPX Technology Co., Shenzhen, China	JD2030F400W	コンピュータ支援研削工具
Instron, E10k,	Norwood, MA, USA	E10KNBL5086	機械試験機
Mach3Mill	ArtSoft Corporation, Sarasota, FL,USA	Mach3 R3.043.066	3軸CNC制御ソフトウェア
Pcf 10 Sawbone	Pacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA	1522-319	骨粗鬆症性骨モデル
Pcf 20 Sawbone	Pacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA	1522-315	Normal bone model
UHT	Star, Beijing, China	F19000001	All-sutureアンカー2(ASA 1)
Y-Knot RC	ConMed、ニューヨーク、米国	YPRC02	オール縫合アンカー1(ASA 2)