Een indringend apparaat voor het kwantitatief meten van de mechanische eigenschappen van zachte weefsels tijdens artroscopie
1 mei 2020
Indringende tijdens artroscopie chirurgie wordt normaal gesproken gedaan om de toestand van het zachte weefsel te beoordelen, maar deze aanpak is altijd subjectief en kwalitatief geweest. Dit rapport beschrijft een indringend apparaat dat de weerstand van het zachte weefsel kwantitatief kan meten met een tri-axiale krachtsensor tijdens artroscopie.
Het belangrijkste voordeel van dit apparaat is dat het ons in staat stelt om de weerstand van zacht weefsel op een kwantitatieve manier te meten. Het apparaat voldoet nauw aan de vorm van conventionele sonde, maakt gebruik van de opeenvolgende parameter en de juiste gegevens in de bekende eenheid Newtons. Alle metingen van de weerstandskracht van het acetabular labrum per pool sonderend.
Bevestig eerst een fantoomheup bestaande uit het linkerbekken en dijbeen, belangrijke spieren van de heup, acetabulair labrum, heupcapsule en gewrichtskraakbeen van het heupgewricht op een standaard fixatieapparaat. Ontgrendel het verbindingsgedeelte van het fixatieapparaat. Vervolgens ontvoeren en intern draaien het dijbeen bot iets om het te distantiëren van het bekken en om gezamenlijke ruimte te genereren om heupartroscopie na te bootsen.
Om de artrosie voor te bereiden, sluit u een draagbare artroscopiecameralichtbron aan op een vier millimeter 70 graden autonlavable direct view arthroscoop en sluit u USB-kabels van de artroscopiecamera en lichtbron aan op een computer. Open vervolgens de geavanceerde schermopnamesoftware voor de artroscopieweergave. Om het eerste portaal te genereren, plaats een gebottelde naald en geleidedraad in het heupgewricht.
Van het puntje van de grotere trochanter om een normaal anterolateraal portaal te maken. Steek een 5,5 millimeter canule met een obturator langs de geleidedradend. Verwijder vervolgens de obturator en steek vervolgens de 70 graden arthroscoop en camera langs de canule vervolgens bevestigd dat de capsulaire driehoek tussen het labrum en de femorale kop, kan worden waargenomen in de weergave van dit portaal en maak de tweede portal als een gewijzigde voorste portal.
Wanneer het voorste portaal is gegenereerd, behoudt u de artrosie in het anterolaterale portaal. Steek een 4,5 millimeter canule met een obturator langs de geleidedradend. Verwijder de obturator en steek vervolgens een arthroscopische scalpel uit het voorste portaal.
Voer een Periportal Capsulotomie uit rond het voorste portaal, beweeg de scalpel, mediaal en lateraal om meer ruimte te genereren voor het voorste portaal in de heupcapsule en plaats de arthroscoop in het voorste portaal. Draai de cameraweergave van de arthroscoop totdat de canule kan worden gevisualiseerd op het anterolaterale portaal en steek de arthroscopische scalpel in van het anterolaterale portaal. Voer vervolgens een dwarse 15 millimeter lange interportaalpetsulotomie uit die de twee portalen vijf millimeter van de labram verbindt van ongeveer 10 uur tot twee uur.
Als u het indringende apparaat wilt instellen, sluit u de voeding en de computer aan met een USB-kabel en schakelt u de voeding in. Open de software voor het indringende apparaat en voer de matrixgegevens in, die vooraf worden berekend tijdens de kalibratie van de spanningsmetersensor. Zet onmiddellijk voor de meting de waarde van de meetkracht terug op nul en controleer de functionaliteit van de voetschakelaar die is aangesloten op het opnamesysteem van het indringende apparaat.
Om de weerstand van de intacte labram te meten, schakelt u de arthroscoop in het anterolaterale portaal van het voorste portaal. Steek schakelstok in, verwijder de canule en steek een andere canule in. Tot slot, steek het indringende apparaat door het voorste portaal in het heupgewricht totdat de punt van het apparaat zich onder de binnenkant van het acetabular labrum bevindt.
Zorg ervoor dat u altijd bevestigt dat dit rijaspect van het apparaat werkt voordat u indeert Trek vervolgens de punt van het indringende apparaat in de richting van het gewricht in terwijl u op het voetpedaal drukt om de krachtweerstandswaarde te verkrijgen. Om de krachtreactie van een nepkraakbeenmonster te meten, plaatst u een vers bereide 15 bij 20 bij 20 bij drie millimeter nepkraakbeenplaat op een bodemplaat met een kleine stop naar de zijkant van de duwperippering en bevestigt u de positie en oriëntatie van het indringende apparaat zodanig dat de punt van het apparaat bijna het oppervlak van het nepkraakbeenmonster raakt bij een 30 graden kantelpunt naar de horizontale lijn. Na het nulen van de instelling drukt u het voetpedaal drie keer om de punt van het indringende apparaat op het monster van het kraakbeen te duwen en te trekken.
Wanneer de krachtweerstand van alle monsters is gemeten, gebruikt u een klassiek inkepingsapparaat om de conventionele elastische modulus en stijfheid van het monster te meten. In deze representatieve analyse, het hoogste gemiddelde resultaat in krachten van Y en Z voor acetabular labrum voor de drie stappen, waren 4.4 Newtons bij intact labrum, 1.6 Newtons bij het besnoeiinglabrum en 4.6 Newtons bij het reparatielabrum. Bovendien werd een significante positieve correlatie verkregen tussen de indringende sensorkracht en de elastische modulus.
Zorg ervoor dat uw arm positie te behouden tijdens het indringende, vooral bij het duwen of trekken van zachtere weefsels als het rijden van deze sonde tip kan de nauwkeurigheid van de gegevens beïnvloeden. In toekomstige studies kan kunstmatige intelligentie een nuttig hulpmiddel zijn voor het identificeren van de toestand van de zachte weefsels en voor het verkrijgen van kwantitatieve parameters.
Overzicht
Deze studie presenteert een nieuw sondeerapparaat dat is ontworpen om de weerstand van zacht weefsel tijdens arthroscopische chirurgie kwantitatief te meten. Door gebruik te maken van een triaxiale krachtsensor beoogt het apparaat objectieve gegevens te verschaffen, waardoor de beoordeling van de conditie van zacht weefsel wordt verbeterd.
Belangrijkste studieonderdelen
Wetenschapsgebied
- Arthroscopie
- Biomechanica
- Beoordeling van zacht weefsel
Achtergrond
- Traditionele tastmethoden bij arthroscopie zijn subjectief en kwalitatief.
- Kwantitatieve meting van de weerstand van zacht weefsel is cruciaal voor een nauwkeurige diagnose.
- Het apparaat bootst conventionele probes na terwijl het objectieve gegevens verschaft.
- Inzicht in de eigenschappen van zacht weefsel kan de chirurgische resultaten verbeteren.
Doel van de studie
- Om een apparaat te ontwikkelen dat de weerstand van zacht weefsel kwantitatief meet.
- Om de nauwkeurigheid van beoordelingen tijdens arthroscopie te verbeteren.
- Om een correlatie vast te stellen tussen de kracht van de tastsensor en de weefseleigenschappen.
Gebruikte methoden
- Opstelling van een fantoomheupmodel voor testen.
- Gebruik van een draagbare arthroscopiecamera en lichtbron.
- Kalibratie van het sondeertoestel met een rekstrooksensor.
- Meting van weerstandskrachten op het acetabulair labrum en gesimuleerde kraakmonsters.
Belangrijkste resultaten
- Gemeten weerstandskrachten: 4,4 Newtons (intact labrum), 1,6 Newtons (doorgesneden labrum), 4,6 Newtons (gerepareerd labrum).
- Significante positieve correlatie tussen de kracht van de probesensor en de elasticiteitsmodulus.
- De nauwkeurigheid van het apparaat wordt beïnvloed door de positionering van de probespunt.
- Toekomstige studies kunnen AI integreren voor een verbeterde beoordeling van de weefselconditie.
Conclusies
- Het sondeerapparaat biedt een betrouwbare methode voor de kwantitatieve beoordeling van zacht weefsel.
- De resultaten wijzen op het potentieel voor een verbeterde chirurgische besluitvorming.
- Verder onderzoek is nodig om het apparaat te verfijnen en AI-toepassingen te verkennen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Managers
Kwantitatieve beoordeling van de mechanische eigenschappen van weke delen vult een kritisch gat in de arthroscopische evaluatie, waarbij huidige methoden afhankelijk zijn van subjectieve feedback van de chirurg. Dit sondeerapparaat maakt objectieve, op kracht gebaseerde metingen mogelijk die de doelwitvalidatie in preklinische modellen van gewrichtsaandoeningen kunnen verbeteren door reproduceerbare biomechanische resultaten te bieden. Dergelijke gegevens ondersteunen mechanische risicoreductie en voorspellende betrouwbaarheid in vroege ontdekkingsprogramma's die gericht zijn op kraakbeenherstel, labrumpathologie of therapieën voor weke delen.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door veranderingen in de weefselresistentie bij ziekte- of letselmodellen te kwantificeren.
- Operationele waarde: Biedt gestandaardiseerde, reproduceerbare krachtmetingen in Newtons voor een consistente beoordeling van de target engagement.
- Voorspellende waarde: Ondersteunt de triage van portfolio's door de sensorkracht te correleren met de elasticiteitsmodulus, wat een biomarker-gealignerde uitlezing van de weefselintegriteit biedt.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor (bijv. acetabulair labrum, mock-kraakbeen) voor screening van verbindingen door baseline mechanische fenotypes vast te stellen.
- Operationele waarde: Waarborgt standaardisatie van de assay en kwantitatieve output via triaxiale krachtmeting, waardoor variabiliteit bij de evaluatie van het effect van verbindingen wordt verminderd.
- Schaalbaarheid: Het apparaat voldoet aan de conventionele probe-geometrie, waardoor integratie in bestaande arthroscopie-workflows mogelijk is zonder uitgebreide hertraining.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische validatie door mechanische eigenschappen in ziekterelateerde geweefsels van gewrichten te meten onder arthroscopische omstandigheden.
- Risico-gecorrigeerde vooruitgang: Kwantitatieve krachtgegevens informeren go/no-go beslissingen door onderscheid te maken tussen intacte, beschadigde en herstelde weefseltoestanden.
- Mechanistische risicoreductie: Vermindert ambiguïteit bij targetvalidatie door mechanische meetwaarden te koppelen aan de weefselconditie, wat de selectie van indicaties ondersteunt.
Integratie van Pipeline & Workflow
Het apparaat past binnen het ontdekkingscontinuüm van doelwitvalidatie tot preklinische beoordeling, in het bijzonder voor therapeutische gebieden van het bewegingsapparaat en zacht weefsel, waar mechanische functie een sleutelfactor is voor pathologie en behandelrespons.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothese-toetsing en padverduidelijking door kwantitatieve vergelijking van weefselresistentie over genetische, farmacologische of letselmodellen mogelijk te maken.
- Screening: Verbetert de assay-paraatheid door reproduceerbare, kwantitatieve krachtmetingen die het detecteren van door verbindingen geïnduceerde veranderingen in weefselstijfheid of elasticiteit mogelijk maken.
- Analytics: Genereert multi-assige krachtgegevens (X, Y, Z) en correleert deze met de elastische modulus, wat statistische outputs levert voor dosis-respons- of genotype-fenotype-analyses.
- Translationeel Onderzoek: Sluit aan bij de preklinische continuïteit door weefseleigenschappen te meten in ex vivo- of fantommodellen die menselijke gewrichtsomgevingen nabootsen.
- Enterprise Hergebruik: Fungeert als een herbruikbare capaciteit voor projecten die artrose, labrumscheuren of kraakbeenregeneratie bestuderen, waardoor redundante methodeontwikkeling wordt verminderd.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen door kwalitatieve tactiele feedback te vervangen door objectieve, kwantificeerbare weerstandsmetingen.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie en reproduceerbaarheid door middel van gekalibreerde rekstrookmetingen en nulstelprotocollen.
- Strategische waarde: Verhoogt de kapitaalefficiëntie door vroegere identificatie van biologisch actieve verbindingen mogelijk te maken via mechanistisch relevante fenotypische screening.
- Impact op portfolio: Faciliteert risico-gecorrigeerde prioritering door translationele, op biomarkers afgestemde gegevens over de mechanische integriteit van weefsels te verschaffen.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in biomechanica, arthroscopische technieken en sensorkalibratie voor nauwkeurige krachtmeting.
- Afhankelijk van instrumentatie, waaronder een triaxiale krachtsensor, USB-gegevensverwerving en de functionaliteit van een voetschakelaar voor het resetten van de kracht.
- Standaardisatie tussen teams van de sondeerhoek, snelheid en het weefselcontactprotocol is noodzakelijk om de vergelijkbaarheid van gegevens te garanderen.
- Aanpassingen tussen modelsystemen moeten rekening houden met weefseldikte, geometrie en montagestabiliteit om artefacten door verschuiving van de sondepunt te voorkomen.
- Praktische beperking: de meetnauwkeurigheid wordt beïnvloed door de armpositie en de dynamiek van de sondepunt, met name tijdens push-pull-cycli op zachte weefsels.
Biopharma Veelgestelde Vragen
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
