방법 논문

서로 다른 골밀도의 모든 봉합사와 기존 봉합사 앵커에 대한 부분적 장식의 생체역학적 효과

DOI:

10.3791/68355

⸱

2025년 6월 13일

 ,  ,  ,  , 
1Sports Medicine Service, Beijing Jishuitan Hospital, Capital Medical University, 2Beijing Research Institute of Traumatology and Orthopaedics, 3State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics (LNM), Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기에서는 다양한 밀도의 Sawbones에서 전체 봉합 앵커(ASA) 및 기존 봉합 앵커(CA)에 대한 부분 데코틱션의 생체역학적 효과를 평가하기 위한 프로토콜에 대해 설명합니다.

초록

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

생체 역학 테스트는 장식과 앵커 실패 하중 사이의 상관 관계를 보여주었지만 모든 봉합 앵커의 생체 역학적 특성에 대한 부분 장식의 영향은 불분명합니다. 우리는 다양한 밀도의 Sawbones에서 모든 봉합 앵커와 기존 봉합 앵커에 대한 부분 데코레이션의 생체 역학적 효과를 평가하는 것을 목표로 했습니다. 봉합사 앵커는 비장식, 부분적으로 장식된 및 완전히 장식된 톱뼈에서 테스트되었습니다. 두 가지 유형의 전체 봉합 앵커와 한 가지 유형의 기존 앵커를 평가했습니다. 정상 뼈를 모방하기 위해 두 가지 유형의 biphasic 폴리 우레탄 폼이 사용되었습니다 : 0.32 g / cm3 밀도 (입방 피트 당 20 파운드, pcf 20) 및 골다공증 뼈 : 0.16 g / cm3 밀도 (입방 피트 당 10 파운드, pcf 10). 순환 하중이 적용되고 최대 변위가 기록되었습니다. 주기적 하중 테스트 후, 살아남은 앵커는 당김 실패 테스트를 받았습니다. 사이클 수, 최대 변위, 최종 고장 부하 및 고장 모드가 결정되었습니다.

첫째, 피크 변위는 골밀도와 앵커 유형에 의해 크게 영향을 받았습니다: 정상 뼈 모델은 골다공증 모델보다 더 낮은 피크 변위를 보였고, 기존의 나사형 앵커는 모든 봉합사 앵커에 비해 감소된 피크 변위를 일관되게 보여주었습니다. 대조적으로, 뼈 장식의 정도(장식되지 않은 뼈, 부분적으로 장식된 뼈 또는 완전히 장식된 뼈 장식)는 최대 변위에 큰 영향을 미치지 않았습니다. 둘째, 골다공증성 뼈 모델(입방 피트당 10파운드)에서 부분적으로 장식된 그룹과 그렇지 않은 그룹 간에 파괴 부하의 유의미한 차이는 관찰되지 않았지만 둘 다 완전히 장식된 그룹보다 훨씬 더 높은 값을 나타냈습니다.

서론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

회전근개 파열은 어깨 통증의 가장 흔한 원인이며, 관절경 회전근개 복원술은 만족스러운 임상 결과로 인해 1차 치료 옵션입니다. 봉합사 앵커는 이 절차에서 중요한 역할을 합니다. 봉합사 앵커의 발전은 앵커링 안정성이 향상되고 치유율이 향상되었습니다 1,2,3. All-suture anchors(ASA)는 주로 봉합사 재료와 피복 4,5의 두 가지 구성 요소로 구성된 새로운 유형의 앵커입니다. 뼈에 삽입되면 ASA의 봉합사 재료를 장력을 가하여 앵커를 배치하여 피질 뼈에 대해 슬리브를 압축하여 덮개를 다양한 모양으로 조입니다 3,6. 기존의 봉합사 앵커(CA)와 비교했을 때, ASA는 더 작은 뼈 터널을 허용하여 고정 지점을 늘리고 뼈 파괴를 줄일 수 있다 7,8. 결과적으로, 이러한 앵커는 외과 실습에서 점점 더 선호되고 있습니다.

회전근개 재건술에 널리 채택되는 기술인 회전근개 발자국의 장식은 내인성 골수 물질을 방출하여 힘줄-뼈 치유를 촉진한다9. 데코티시션은 일반적으로 힘줄-뼈 봉합사 앵커 수리 부위의 치유 반응을 향상시키기 위해 수행됩니다. 1944년 McLaughlin et al.10 에 의해 소개된 이 기술은 힘줄 계면에서 뼈 미세혈관화에 기여하는 중간엽 줄기세포의 침투를 유도하여 회전근개 복원 중 치유를 촉진하기 위해 출혈이 있는 뼈의 골짜기를 만드는 것입니다9. 부분 장식은 봉합사 앵커를 둘러싼 피질 뼈를 보존하는 것을 포함하며, 보존 영역의 너비는 앵커의 직경과 일치합니다. 나머지 피질 뼈를 제거하여 장식 절차를 완료합니다. 이 방법은 앵커 안정성을 위해 충분한 피질 뼈를 유지하는 동시에 데코티케이션의 이점을 촉진하는 것을 목표로 합니다.

특히, CA와 달리 ASA는 고정을 위해 피질골에 크게 의존합니다 3,6. 이러한 의존은 장식이 ASA11,12의 인발 강도를 감소시킬 수 있기 때문에 문제를 제기합니다. 이를 위해서는 회전근개 재건술 중 장식의 효과가 균형을 이루어야 하며, 이는 잠재적으로 부분 장식으로 해결될 수 있습니다. ASA는 손상되지 않은 피질 표면 아래에 안전하게 배치해야 하는 force-fit 고정 메커니즘으로 설계되었으며, ASA 11,12,13,14의 생체 역학적 특성에 대한 데코틱의 영향에 대한 우려가 항상 있어 왔습니다. Ruder et al.11은 순환 하중 후 변위와 ASA의 고장 하중에 대한 영향을 평가한 결과 부식이 평균 변위에 큰 영향을 미치지 않고 고장 하중을 크게 감소시킨다는 것을 발견했습니다. 이와 유사하게, Natlos et al.12의 최근 생체역학적 연구는 인간의 시체 어깨 모델에서 마이크로 컴퓨터 단층촬영을 사용하여 피질 두께를 정량적으로 측정했습니다. 그들의 결과는 ASA의 인발 강도와 인접한 피질 두께(P < 0.05) 사이에 강한 상관관계가 있음을 보여주었습니다.

생체역학적 검사는 부식과 앵커 파괴 하중 사이의 상관관계를 보여주었지만, 제한된 문헌으로 인해 ASA의 생체 역학적 특성에 대한 부분 부식의 의미는 불분명합니다11,12. 따라서 본 연구는 ASA와 CA의 생체역학적 특성에 대한 부분적 장식의 영향을 평가하고 ASA와 CA의 기계적 특성을 비교하는 것을 목표로 했습니다.

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프로토콜

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이 연구는 합성 뼈 모델을 활용했습니다. 인간이나 동물을 대상으로 한 피험자는 참여하지 않았으며, 윤리적 승인은 필요하지 않았다.

1. 봉합사 앵커 준비

알림: 앵커는 사용할 때까지 건조한 실온 조건에 보관하십시오. 상업적 식별자는 Table of Materials에 제공됩니다.

  1. 세 가지 앵커 유형을 준비합니다.
    1. All-Suture Anchor 1(ASA1 = UHT)을 선택합니다. 이 프로토콜을 따르려면 ASA1이 UHMWPE 봉합사와 나사산이 있는 편평한 편조 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 튜브로 구성되어 있으며, 2.8mm의 전팽창 드릴 직경이 4.5mm로 확장되는지 확인하십시오.
      참고: 그것의 구조적 특징은 인장 시 피질하 구를 형성하는 접을 수 있는 원통형 구조입니다.
  2. All-Suture Anchor 2(ASA2 = Y-Knot)를 선택합니다. 이 프로토콜을 따르려면 2.8mm의 전팽창 드릴 직경이 5.0mm로 확장되는 UHMWPE 봉합사와 나사산이 있는 편평한 꼰 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 튜브의 ASA2 concists가 있는지 확인하십시오.
    참고: 그것의 구조적 특징은 인장 시 피질하 구를 형성하는 접을 수 있는 원통형 구조입니다.
  3. 기존 나사 유형 앵커(CA = Biocorkscrew)를 선택합니다. 이 프로토콜을 따르려면 CA가 외경 4.5mm의 나사가 있는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 만들어졌는지 확인하십시오.
    참고: 구조적 특징은 완전히 나사산이 있는 디자인입니다.

2. 뼈 모델 준비

  1. 뼈 모델 선택
    1. 생체역학적 특성이 사체 뼈와 비슷하기 때문에 합성 뼈를 사용하십시오.
  2. 재료 구성
    1. 두 가지 유형의 biphasic 폴리 우레탄 폼을 사용하십시오 : 정상 뼈 : 0.32 g / cm3 밀도 (입방 피트 당 20 파운드, pcf 20) 및 골다공증 뼈 : 0.16 g / cm3 밀도 (입방 피트 당 10 파운드, pcf 10) 15,16.
      참고: 제조 공정은 3mm 두께의 단섬유로 채워진 에폭시 코팅을 상업적으로 제조된 재료의 필수 구성 요소인 폴리우레탄 폼 블록의 한 표면에만 사전 적용합니다. 코팅된 면은 피질뼈를 시뮬레이션하는 반면, 코팅되지 않은 다공성 폴리우레탄 폼은 해면골 8,16,17을 시뮬레이션합니다.
  3. 무작위 그룹 할당
    알림: 장식 절차는 2.4단계를 참조하십시오.
    1. 뼈 블록을 컴퓨터 생성 시퀀스를 사용하여 세 개의 장식 그룹으로 무작위화합니다.
      1. ND(No Decortication) 그룹의 경우 데코레이션을 수행하지 마십시오.
      2. PD 그룹(Partial Decortication) 그룹의 경우 봉합사 앵커 삽입 지점에서 2.5mm 떨어진 곳에서 데코티케이션을 수행합니다.
      3. CD 그룹(Complete Decortication) 그룹의 경우 뼈 모델의 전체 장식을 수행합니다.
        알림: 2.5mm 오프셋은 모든 봉합사 앵커 반경에 해당하므로 배포 간섭 없이 확장 영역 외부의 장식을 보장합니다.
  4. 장식 절차(그림 1):
    1. 컴퓨터 지원 연삭 도구에 5.5mm 원형 버를 장착합니다( 재료 표 참조).
    2. 3축 연삭 공구 제어 소프트웨어를 엽니다( 재료 표 참조).
    3. 표시등이 깜박임을 멈출 때까지 비상 재설정 버튼을 누릅니다.
    4. G 코드 로드를 클릭하고 미리 구성된 기계 가공 파일을 선택합니다.
    5. Tab 키를 눌러 수동 제어 모드를 활성화합니다.
    6. 화살표 키를 사용하여 도구 헤드를 시작 위치로 이동합니다.
    7. Tab 키를 다시 눌러 수동 모드를 종료합니다.
    8. 영점 버튼을 클릭하여 모든 축(X, Y, Z, A)을 0.000mm로 재설정합니다.
    9. Cycle Start를 클릭하여 뼈 표면 폴리싱을 시작합니다.
      알림: 컴퓨터 지원 연삭 도구를 사용하려면 부상을 방지하기 위해 조심스럽게 취급해야 합니다. 보안경과 장갑을 포함한 적절한 보호 장비를 항상 착용해야 합니다. 작동 중에 비상 정지 버튼에 접근할 수 있는지 확인하십시오.

3. 임플란트 식립

  1. 제조업체의 사양에 따라 모든 앵커를 삽입합니다: 뼈 블록 표면과 CA에 수직으로 ASA를 45° 각도로 삽입합니다.
  2. 드릴 가이드를 사용하여 파일럿 구멍을 만듭니다.
  3. ASA 앵커를 뼈 표면에 수직으로 배치합니다(프로토콜에 사용된 봉합 앵커에 대한 자세한 내용은 재료 표 참조).
  4. 뼈 표면을 기준으로 45° 각도로 CA 앵커를 삽입합니다(프로토콜에 사용된 봉합 앵커에 대한 자세한 내용은 재료 표 참조).
    참고: 저항의 급격한 감소가 느껴질 때까지(앵커 확장 완료를 나타냄) ASA 앵커를 배포하며, 삽입기의 레이저 마커와 피질 표면의 시각적 정렬로 확인됩니다. 눈에 띄는 삽입 이상이 있는 모델을 폐기합니다.

4. 테스트 조건

  1. 생체 역학 테스트 설정
    1. 기계적 시험기(Table of Materials)를 사용하여 생체 역학 테스트를 수행합니다.
      1. 앵커 봉합사를 액추에이터 암과 정렬하기 위해 특수 제작된 지그에 합성 뼈 블록을 고정합니다(그림 2).
      2. 뼈 블록의 장축을 하중 액추에이터에 대해 135° 방향으로 지정합니다.
        참고: 135° 방향은 이전의 생체역학 연구 7,13에서 확립된 바와 같이 수리 후 시나리오에서 극상 힘줄의 생리학적 장력 조건을 시뮬레이션합니다.
  2. 봉합사 부착물
    1. 시험기에 부착된 원형 고리에 봉합사 가닥을 수동으로 고정합니다.
    2. 외과 의사의 매듭을 묶고 4개의 교대로 하프 히치로 보강합니다.
    3. 봉합사 앵커와 후크 사이에 100mm 거리를 유지하십시오.
      알림: 테스트 설정의 개략도는 그림 2 를 참조하십시오.
  3. Preload application (예압) 어플리케이션
    1. 10N/s에서 1N으로 램프11.
    2. 5초 동안 유지하면 변위 기준선이 0으로 설정됩니다.
  4. 순환 하중
    1. 기계 테스트 콘솔 소프트웨어를 시작합니다( 재료 표 참조).
    2. 기본 인터페이스의 Test Setup 탭으로 이동합니다.
    3. 상단 도구 모음에서 새 프로젝트를 클릭하여 테스트 시퀀스를 초기화합니다.
    4. Test Method Library 내에서 사전 구성된 순환 테스트 방법을 찾아 선택합니다.
    5. 예압 적용 중 제로 변위 위치를 정의합니다.
    6. 1Hz 주파수에서 10-60N 부하를 적용하도록 기계 테스터를 프로그래밍합니다.
    7. 오른쪽 상단 모서리에 있는 시작 버튼(녹색 아이콘)을 클릭하여 순환 로딩 프로토콜을 시작합니다.
    8. 200회 연속 사이클을 실행합니다.
    9. 실시간 순환 하중-변위 곡선을 왼쪽의 그래픽 출력 패널에서 모니터링합니다.
    10. 변위 시간 데이터를 Connected Acquisition 소프트웨어(.xls 형식)로 내보냅니다.
  5. Pull-to-failure 테스트
    1. 기계 테스트 콘솔 소프트웨어를 시작합니다( 재료 표 참조).
    2. 기본 인터페이스의 Test Setup 탭으로 이동합니다.
    3. 상단 도구 모음에서 새 프로젝트를 클릭하여 테스트 시퀀스를 초기화합니다.
    4. 테스트 방법 라이브러리에서 미리 구성된 앵커리지 고장 테스트 방법을 찾아 선택합니다.
    5. 변위 속도를 33mm/s로 설정합니다.
    6. 시작 단추(녹색 아이콘, 오른쪽 위 모서리)를 클릭하여 오류 프로토콜을 시작합니다.
    7. 고장 하중 데이터는 스프레드시트에 자동으로 기록되며 직접 볼 수 있습니다. 오류 로드 시간 데이터를 Connected Acquisition 소프트웨어(.xls 형식)로 내보냅니다.
    8. 고장 모드를 다음과 같이 분류합니다.
      1. 유형 I: 앵커 풀아웃: 불충분한 고정력 또는 손상된 골밀도로 인해 뼈에서 앵커가 변위되는 것으로, 일반적으로 골다공증 상태에서 볼 수 있습니다.
      2. 유형 II: 봉합사 컷아웃: 봉합사가 앵커의 구멍을 절단하거나 구멍이 골절되어 봉합사 변위 또는 조직 침투로 이어지는 구조적 결함.
      3. 유형 III: 봉합사 가닥 파손: 과도한 장력으로 인한 봉합사 재료의 파열 8,18.

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결과

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순환 테스트
CD 그룹에서 1개의 UHT 앵커와 3개의 Y-Knot 앵커가 pcf 10 테스트 블록에서 분리되지 않았습니다. PD 그룹에서는 pcf 20 테스트 블록에서 빼낼 때 하나의 Y-Knot 앵커가 실패했습니다. ND 그룹에서는 모든 앵커가 주기적 테스트에서 살아남았습니다.

순환 테스트 중 최대 변위는 표 1에 나열되어 있습니다. 특히, 골밀도 또는 앵커 유형(모두 P > 0.05)에 관계없이 ND, PD 및 CD 그룹에서 피크 변위에서 유의미한 차이가 관찰되지 않았습니다. 따라서 decortication은 주기적 테스트에서 최대 변위에 영향을 미치지 않습니다

UHT 앵커 및 CA 그룹에서 피크 변위는 pcf 10(둘 다 P < 0.05)에 비해 pcf 20 테스트 블록에서 현저히 낮았습니다. Y-Knot 앵커 그룹에서는 유의미한 차이가 관찰되지 ...

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토론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 연구는 다양한 밀도의 뼈 블록에서 두 가지 유형의 ASA와 한 가지 유형의 CA를 조사하여 봉합 앵커의 생체 역학적 성능에 대한 데코틱의 영향을 분석했습니다. 최대 변위는 골밀도(정상 뼈 모델에서 더 낮음)와 앵커 유형(기존 나사형 앵커에서 더 낮음)의 영향을 받았지만, 장식 범위는 큰 영향을 미치지 않았습니다. 골다공증 모델에서, 부분적으로 장식된 그룹과 그렇지 않은 그룹 간의 고장 하중은 유의한 차이를 보이지 않았지만, 둘 다 완전한 장식 값을 초과했습니다.

이전 연구에서는 ASA10,11의 생체 역학적 수행에서 피질 무결성의 중요성을 강조했지만 부분 장식의 영향을 다루는 연구는 없었습니다. 우리의 연구는 부분적 데코레이션이 ASA의 생체역학적 특성에 영향을 미치지 않는다는 것을 입증함으로써 이러한 격차를 해...

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공개 사항

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.

감사의 글

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 연구는 베이징 지수이탄 연구 기금(QN202509)의 지원을 받았습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
BiocorkscrewArthrex, Naples, USAAR-1927bcf-45기존 나사형 봉합사 앵커(CA)
Bluehill UniversalNorwood, MA, USAE10KNBL5086기계 테스트 콘솔 소프트웨어
Computer Numerical Control 2030 Engraving MachineJPX Technology Co., Shenzhen, ChinaJD2030F400W컴퓨터 보조 연삭 도구
Instron, E10k,미국 매사추세츠주 노우드E10KNBL5086기계 시험기 
Mach3MillArtSoft Corporation, Sarasota, FL, USAMach3 R3.043.0663축 CNC 제어 소프트웨어
Pcf 10 SawbonePacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA1522-319골다공증성 뼈 모델
Pcf 20 SawbonePacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA1522-315Normal bone model
UHTStar, Beijing, ChinaF19000001All-suture 앵커 2 (ASA 1)
Y-Knot RCConMed, New York, USAYPRC02모든 봉합 앵커 1 (ASA 2)

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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