관절 경 동안 연조직의 기계적 특성을 정량적으로 측정하기 위한 프로빙 장치
2020년 5월 1일
관절 경 수술 중 검사는 일반적으로 연조직의 상태를 평가하기 위해 수행되지만,이 방법은 항상 주관적이고 질적이었습니다. 이 보고서는 관절 경 동안 삼액력 센서를 통해 연조직의 저항을 정량적으로 측정할 수 있는 프로빙 장치를 설명합니다.
이 장치의 주요 장점은, 우리가 정량적 방식으로 연조직의 저항을 측정 할 수 있다는 것입니다. 이 장치는 기존의 프로브의 형상을 밀접하게 준수하며, 알려진 단위 뉴턴에서 연속 파라미터 및 올바른 데이터를 사용합니다. 풀 프로빙에 의한 아세타큘러 음순의 저항력의 모든 측정.
먼저 왼쪽 골반과 대퇴골 뼈, 엉덩이의 주요 근육, 아세타큘러 음순, 엉덩이 캡슐 및 엉덩이 관절의 관절 연골로 구성된 팬텀 엉덩이를 표준 고정 장치에 수정합니다. 고정 장치의 연결 부분을 잠금 해제합니다. 그런 다음 대퇴골 뼈를 약간 회전하여 골반에서 거리고 관절 공간을 생성하여 엉덩이 관절경을 모방합니다.
관절경을 준비하려면 휴대용 관절경 카메라 광원을 4mm 70도 자동 시야 관절경에 연결하고 관절경 카메라와 광원에서 컴퓨터에 USB 케이블을 연결합니다. 그런 다음 관절 경보기를 위한 고급 화면 녹화 소프트웨어를 엽니다. 첫 번째 포털을 생성하려면, 엉덩이 관절에 캐누커 바늘과 가이드 와이어를 삽입합니다.
더 큰 트로챈터의 끝에서 정상적인 전방 포털을 만들 수 있습니다. 가이드와이어를 따라 5.5밀리미터 캐뉼라를 삽입합니다. 그런 다음 외투를 제거한 다음 캐뉼라를 따라 70도 관절 경과 카메라를 삽입한 다음 음순과 대퇴골 머리 사이의 캡살 삼각형을 확인한 다음, 이 포털에서 보기에서 관찰할 수 있으며 수정된 전방 포털로 두 번째 포털을 만들 수 있음을 확인한다.
전방 포털이 생성되면 전방 포털에서 관절경을 유지합니다. 가이드와이어를 따라 4.5밀리미터 캐뉼라를 외투대와 삽입합니다. 외운을 제거한 다음 전방 포털에서 관절메스를 삽입합니다.
전방 포털 주위의 페리포털 캡셀로절제술을 수행하여 메스를 내측및 측면으로 이동하여 힙 캡슐의 전방 포털에 대한 더 많은 공간을 생성하고 관절경을 전방 포털에 배치합니다. 캐뉼라가 전방 포털에서 시각화될 때까지 관절경의 카메라 뷰를 회전시키고 전방 포털에서 관절메스를 삽입합니다. 그런 다음 약 10시부터 2시까지 labram에서 5밀리미터 떨어진 두 포털을 연결하는 15mm 길이의 인터 포털 캡슐절제술을 수행합니다.
프로빙 장치를 설정하려면 전원 공급 장치와 컴퓨터를 USB 케이블로 연결하고 전원 공급 장치를 켭다. 프로빙 장치에 대한 소프트웨어를 열고 스트레인 게이지 센서의 교정 중에 미리 계산되는 매트릭스 데이터를 입력합니다. 측정 직전에 측정 력 값을 0으로 재설정하고 프로빙 장치의 기록 시스템에 연결된 풋 스위치의 기능을 확인합니다.
그대로 된 라브람의 저항을 측정하려면 관절경을 전방 포털에서 전방 포털로 전환합니다. 스위칭 스틱을 삽입하고 캐뉼라를 제거하고 다른 캐뉼라를 삽입합니다. 마지막으로, 장치의 끝이 아세타큘러 음순의 안쪽 면 아래에 될 때까지 전방 포털을 통해 고관절에 프로빙 장치를 삽입한다.
항상 장치의이 승마 측면이 프로빙하기 전에 작동하는지 확인한 다음 힘 저항 값을 얻기 위해 발 페달을 누르는 동안 관절 방향으로 프로빙 장치의 끝을 철회해야합니다. 모의 연골 시료의 힘 반응을 측정하기 위해, 15 x 20 x 3밀리미터 모의 연골 판을 푸시 프로빙의 측면을 향해 작은 스토퍼를 사용하여 베이스 플레이트에 놓고 장치의 끝이 거의 30도 기울기 위해 모의 연골 샘플의 표면에 거의 닿는 것을 프로빙 장치의 위치와 방향을 고정시킵니다. 설정을 제로화한 후 발 페달을 세 번 눌러 모의 연골 샘플에서 프로빙 장치의 끝을 밀어 당깁니다.
모든 시료의 힘 저항성이 측정된 경우, 고전적인 들여쓰기 장치를 사용하여 시료의 종래의 탄성 계측및 강성을 측정한다. 이 대표적인 분석에서, 3단계의 아세타큘러 음순에 대한 Y와 Z의 힘이 가장 높은 평균 결과는 4.4 뉴턴, 절단 음순에서 1.6 뉴턴, 수리 음순에서 4.6 뉴턴이었다. 또한, 프로빙 센서 힘과 탄성 계체 사이의 상당한 긍정적 인 상관 관계가 얻어졌다.
특히 이 프로브 팁을 타면 데이터의 정확도에 영향을 줄 수 있으므로 부드러운 조직을 밀거나 당길 때 스캔하는 동안 팔 위치를 유지관리하십시오. 향후 연구에서 인공 지능은 연조직의 상태를 식별하고 정량적 매개 변수를 획득하는 데 유용한 도구가 될 수 있습니다.
개요
본 연구에서는 관절경 수술 중 연조직의 저항력을 정량적으로 측정하기 위해 설계된 새로운 프로빙 장치를 제시합니다. 이 장치는 3축 힘 센서를 활용하여 객관적인 데이터를 제공함으로써 연조직 상태의 평가를 개선하는 것을 목표로 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 관절경 검사
- 생체역학
- 연부조직 평가
배경
- 관절경 검사에서의 전통적인 프로빙 방법은 주관적이며 정성적입니다.
- 정확한 진단을 위해서는 연부 조직 저항의 정량적 측정이 매우 중요합니다.
- 본 장치는 기존의 프로브를 모사하면서 객관적인 데이터를 제공합니다.
- 연부 조직의 특성을 이해하면 수술 결과를 개선할 수 있습니다.
연구 목적
- 연조직 저항을 정량적으로 측정하는 장치를 개발한다.
- 관절경 검사 중 평가의 정확도를 향상시킨다.
- 프로빙 센서의 힘과 조직 특성 간의 상관관계를 설정한다.
사용된 방법
- 테스트를 위한 팬텀 고관절 모델 설정.
- 휴대용 관절경 카메라 및 광원 사용.
- 스트레인 게이지 센서를 이용한 프로빙 장치 보정.
- 비구순 및 모조 연골 샘플의 저항력 측정.
주요 결과
- 측정된 저항력: 4.4 Newtons (손상되지 않은 관절와순), 1.6 Newtons (절개된 관절와순), 4.6 Newtons (복원된 관절와순).
- 프로빙 센서 힘과 탄성 계수 사이에 유의미한 양의 상관관계가 있음.
- 장치의 정확도는 프로브 팁의 위치에 영향을 받음.
- 향후 연구에서는 강화된 조직 상태 평가를 위해 AI를 도입할 수 있음.
결론
- 이 프로빙 장치는 연조직의 정량적 평가를 위한 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다.
- 결과는 외과적 의사결정 능력을 향상시킬 가능성이 있음을 나타냅니다.
- 장치를 개선하고 AI 응용 분야를 탐색하기 위한 추가 연구가 필요합니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
연조직의 기계적 특성에 대한 정량적 평가는 현재 외과 의사의 주관적인 피드백에 의존하고 있는 관절경 평가의 결정적인 공백을 해결합니다. 이 프로빙 장치는 객관적인 힘 기반 측정을 가능하게 하여, 재현 가능한 생체역학적 판독값을 제공함으로써 전임상 관절 질환 모델의 표적 검증을 개선할 수 있습니다. 이러한 데이터는 연골 재생, 비구순 병증 또는 연조직 치료제에 초점을 맞춘 초기 발견 프로그램에서 기전적 리스크 감소와 예측 신뢰도를 뒷받침합니다.
바이오제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 표적 검증
- 과학적 가치: 질병 또는 부상 모델에서 조직 저항성의 변화를 정량화함으로써 치료 가설의 검증을 가능하게 합니다.
- 운영적 가치: 일관된 표적 결합 평가를 위해 Newton 단위로 표준화되고 재현 가능한 힘 측정값을 제공합니다.
- 예측적 가치: 센서 측정 힘과 탄성 계수의 상관관계를 통해 포트폴리오 우선순위 선정을 지원하며, 조직 무결성에 부합하는 바이오마커 판독값을 제공합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 과학적 가치: 기저 기계적 표현형을 설정함으로써 후속 화합물 스크리닝을 위한 검증된 생물학적 시스템(예: 비구순, 모사 연골)을 준비합니다.
- 운용적 가치: 3축 힘 감지를 통해 분석의 표준화와 정량적 출력을 보장하여, 화합물 효과 평가의 변동성을 줄입니다.
- 확장성: 장치가 일반적인 프로브 기하학적 구조와 일치하여, 대대적인 재교육 없이도 기존 관절경 기반 워크플로우에 통합할 수 있습니다.
중개 및 전임상 연구
- 중개 연속성: 관절경 조건 하에서 질병 관련 관절 조직의 기계적 특성을 측정함으로써 발견 단계와 전임상 검증 단계를 연결합니다.
- 리스크 조정 기반 진전: 정량적인 힘 데이터를 통해 온전한 상태, 손상된 상태 및 회복된 조직 상태를 구분하여 진행 여부(go/no-go) 결정에 정보를 제공합니다.
- 기전적 리스크 감소: 기계적 판독값을 조직 상태와 연결하여 타겟 검증의 모호성을 줄이고 적응증 선택을 지원합니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
본 장치는 타겟 검증부터 전임상 평가에 이르는 발굴 연속체(discovery continuum) 단계에 적합하며, 특히 기계적 기능이 병리와 치료 반응의 핵심 결정 요인인 근골격계 및 연부 조직 치료 분야에 유용합니다.
- 발견 생물학(Discovery Biology): 유전적, 약리학적 또는 손상 모델 전반에 걸쳐 조직 저항성의 정량적 비교를 가능하게 함으로써 가설 검증 및 경로 규명을 지원합니다.
- 스크리닝(Screening): 화합물로 인해 유도된 조직 강성 또는 탄성의 변화를 검출할 수 있는 재현 가능한 정량적 힘 출력값을 통해 분석 준비도를 높입니다.
- 분석(Analytics): 다축 힘 데이터(X, Y, Z)를 생성하고 이를 탄성 계수와 상관시켜, 용량-반응 또는 유전자형-표현형 분석을 위한 통계적 결과물을 제공합니다.
- 중개 연구(Translational Research): 인간 관절 환경을 모방한 ex vivo 또는 팬텀 모델에서 조직 특성을 측정함으로써 전임상 연속성을 연결합니다.
- 기업 내 재사용(Enterprise Reuse): 골관절염, 비구순 파열 또는 연골 재생을 연구하는 여러 프로젝트에서 재사용 가능한 역량으로 기능하여 중복적인 방법론 개발을 줄여줍니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 정성적인 촉각 피드백을 객관적이고 정량화 가능한 저항 측정값으로 대체함으로써 예측 신뢰도를 높입니다.
- 운용적 가치: 교정된 스트레인 게이지 센싱 및 제로 리셋 프로토콜을 통해 표준화와 재현성을 개선합니다.
- 전략적 가치: 기전적으로 유의미한 표현형 스크리닝을 통해 생물학적 활성 화합물을 더 조기에 식별함으로써 자본 효율성을 높입니다.
- 포트폴리오 영향: 조직의 기계적 무결성에 대해 중개 바이오마커와 일치하는 데이터를 제공함으로써 위험 조정 우선순위 설정을 용이하게 합니다.
실행 시 고려 사항
- 정확한 힘 측정을 위해 생체역학, 관절경 기술 및 센서 교정에 관한 전문 지식이 필요합니다.
- 3축 힘 센서, USB 데이터 수집 장치 및 힘 리셋 풋 스위치 기능을 포함한 계측 장비에 의존합니다.
- 데이터 비교 가능성을 보장하기 위해 프로빙 각도, 속도 및 조직 접촉 프로토콜에 대한 팀 간 표준화가 필요합니다.
- 모델 시스템 간의 적용 시, 프로브 팁이 미끄러지는 아티팩트를 방지하기 위해 조직의 두께, 기하학적 구조 및 장착 안정성을 고려해야 합니다.
- 실제적 제한 사항: 측정 정확도는 팔의 위치와 프로브 팁의 역학, 특히 연조직의 push-pull 사이클 동안 영향을 받습니다.
바이오 제약 FAQ
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:30
Phantom Hip and Arthroscope Setup
1:27
Portal Preparation
3:01
Probing Device Setup
3:33
Acetabular Labrum Resistance Force Measurement
4:15
Mock Cartilage Sample Force Reaction Measurement
5:03
Results: Representative Quantitative Soft Tissue Mechanical Property Measurement
5:33
Conclusion
