Tutaj udostępniamy predykcyjny model VCF do wspierania interwencji chirurgicznej. Biomechaniczne wzorce pęknięć kręgów zwłok ludzkich i świń pod obciążeniem ściskającym wykorzystano do weryfikacji modelu MES, dostarczając zasobów do lepszej wizualizacji złamań kręgów i wspierając wykorzystanie próbek świń w badaniach kręgosłupa.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Eksperymentalnie potwierdzony model matematyczny osiowej kompresji kręgosłupa w celu wizualizacji złamania kompresyjnego kręgów
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Model analizy metodą elementów skończonych (MES) ustalony w tym badaniu przewiduje mechaniczne zachowanie trzonu kręgu pod czystym obciążeniem ściskającym. Cztery ludzkie i cztery świńskie kolce zwłok wykorzystano w regionie od T9-T12 (człowiek) i T12-T14 (świnia) do uzyskania danych o uszkodzeniach biomechanicznych przy czystej kompresji osiowej. Wdrażając dane z tych eksperymentów z osiowym zgniataniem i łącząc je z trójwymiarowymi (3D) rekonstrukcjami kręgów pochodzącymi z tomografii komputerowej (CT), ten nowy model matematycznie przewiduje zachowanie kręgosłupa w złamaniach kompresyjnych kręgów (VCF). Opracowanie dokładnego modelu matematycznego może potencjalnie wspomóc interwencję chirurgiczną VCF podczas wertebroplastyki, kyfoplastyki i potencjalnie dodatkowych technik poprzez dokładne odwzorowanie zachowania biomechanicznego. Można go dostosować do przypadków osteoporozy, fuzji i biomechaniki implantów, aby poprawić dokładność chirurgiczną. Zrozumienie wzorca złamań kręgów jest niezbędne w wstępnym planowaniu chirurgicznym i zrozumieniu wcześniejszych i przyszłych zagrożeń. Przedstawiona metoda może służyć jako dodatkowe źródło do badania i leczenia VCF oraz dodatkowo wspiera wykorzystanie próbek świń w badaniach kręgosłupa.
Wprowadzenie
Złamania kompresyjne kręgów (VCF) to biomechaniczne uszkodzenia trzonu przedniego kręgu w odpowiedzi na osiowe obciążenie ściskające1,2. Każdego roku w Stanach Zjednoczonych 1-1,5 miliona pacjentów doświadcza VCF, a istotnymi czynnikami ryzyka są osteoporoza, zaawansowany wiek i płeć żeńska3,4,5. Pacjenci z VCF mogą odczuwać ból, niepełnosprawność, zaburzenia czynności płuc lub układu oddechowego, wtórne złamania kręgów i zwiększone ryzyko śmiertelności6,7. Pr....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z odpowiednimi wytycznymi dotyczącymi etyki badań z udziałem ludzi oraz opieki nad zwierzętami na University of Illinois College of Medicine.
1. Przygotowanie próbek
UWAGA: Złamania kompresyjne w kształcie klina (VCFs) są szeroko opisane dla odcinka piersiowo-lędźwiowego, ponieważ większość takich złamań występuje w środkowym obszarze piersiowym19. Z tego powodu do tych eksperymentów wykorzystano kręgi piersiowe T9-T12 u ludzi oraz T12-14 u świń (Tabela 1).
- Należy pozyskać cztery ludzkie krę....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Krzywe obciążenie-przemieszczenie uzyskane dla wszystkich 12 świniowych kręgów przedstawiono na Rysunku 1, gdzie wszystkie krzywe danych eksperymentalnych wykazały podobne wzorce. Wyniki wskazują na średnią sztywność i wytrzymałość kręgów wynoszącą odpowiednio 9,54 ±1,1 kN/mm (zakres 6,73-13,63 kN/mm) oraz 10,2 ± 0,86 kN (zakres 8,1-13 kN). Analiza wideo eksperymentalnych prób ściskania wykazała wspólny wzorzec uszkodzenia dla wszystkich próbek. Wzorzec ten składał się z trzech linii pęknięć.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Podczas gdy MES wywodzący się z CT jest dobrze ugruntowanym narzędziem do modelowania zachowań biomechanicznych, niewiele badań stosuje modelowanie matematyczne w połączeniu z walidacją fizyczną w kontekście VCF. Badanie to demonstruje dokładny predykcyjny model matematyczny VCF klatki piersiowej lędźwiowej, wsparty eksperymentalnym uciskiem kolców zwłok świń i ludzi. Model uwzględnia wytrzymałość, sztywność, wzór pękania, mechanikę obciążenia i właściwości materiału, aby matematycznie przewidzieć reakcję kręgów na obcią.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia i nie ma konfliktu interesów.
Podziękowania
Badania opisane w tej publikacji były wspierane przez Fundację Cocomo.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Materializacja | 3-MATIC | wersja 15.0 | |
| Abaqus/CAE | Simulia | n/a | |
| Analytical Balance | Sigma Aldrich | OH30122634 | |
| Kolce świń ze zwłok | Lokalny sklep mięsny, Chicago, IL | ||
| CT maszyna | Siemens | SOMATOM Definicja AS | |
| Epredia Piła do kości Shandon z okrągłą końcówką, ostrze: 8 cali. x 2,5 cala (20,3 cala 6,4 cm), standardowy, 11,5 cala (29,2 cm) | Fischer Scientific | 40018 | |
| Marka rybaka Pęseta ze średnią końcówką Precyzyjna | Fischer Scientific | 12-000-157 | |
| Integra Miltex Sterylne standardowe skalpele | Fischer Scientific | 12-460-451 | |
| Wycinarka laserowa/drukarka 3D | Fusion3 | F400HFR | |
| Oprogramowanie naśladujące | Materialise | v2.0 | |
| NDI Optotrak Certus | NextGen Ergonomia | Produkty Certus | |
| Ortopedyczna piła do kości | Wiertła ortopedyczne | OTS-1 | |
| SPSS Statystyki | IBM | v27 | |
| Podkłady chłonne z wodoodporną barierą dla wilgoci, 58.4 x 61 cm, 410 mL, Niebieski, 200/cs | VWR INTERNATIONAL INC | 56616-032 |
Bibliografia
- Wong, C. C., McGirt, M. J. Vertebral compression fractures: A review of current management and multimodal therapy. J Multidiscip Healthc. 6, 205-214 (2013).
- Alexandru, D., So, W. Evaluation and management of vertebral compression fractures. Perm J.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
