Name: Przygotowanie bliższej części kości udowej do badania wytrzymałości na pękanie i ilościowej analizy elementów skończonych opartej na tomografii komputerowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
Description: Poznaj metodę przygotowania ludzkich kości udowych do badań wytrzymałości na pękanie i tomografii komputerowej. Ta technika wspiera badania nad osteoporozą i biomechaniką kości.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Chcielibyśmy podziękować Centralnemu Ośrodkowi Materiałów i Badań Strukturalnych w Mayo Clinic za wsparcie techniczne. Ponadto chcielibyśmy podziękować Lawrence'owi J. Berglundowi, Brantowi Newmanowi, Jornowi op den Buijsowi, Ph.D., za ich pomoc podczas badania. Badanie to było wspierane finansowo przez Grainger Innovation Fund z Grainger Foundation.

UWAGA: Wszystkie badania przedstawione w tym protokole zostały zatwierdzone przez Institutional Review Board (IRB) w Mayo Clinic. Kości zostały pozyskane w ciągu 6 lat od różnych organizacji. Wszystkie próbki pobrano w ciągu 72 godzin od śmierci, zawinięto w ręczniki nasączone solą fizjologiczną i przechowywano w temperaturze -20 °C do czasu przygotowania.
1. Pomiar gęstości mineralnej kości za pomocą DXA
<ol>
	<li>Wyjąć próbki przechowywane w temperaturze -20 °C w celu rozmrożenia w temperaturze pokojowej przez około 24 godziny; próbki nie muszą być wyjmowane z oryginalnego opakowania, jeśli usunięto większość tkanek miękkich.</li>
	<li>Użyj dwóch worków ryżu o wadze 5 funtów, aby uwzględnić tkankę miękką. Przykryj dwie torebki ryżu na stole DXA plastikowymi torbami, aby zapobiec zanieczyszczeniu. Worki z ryżem będą symulować otaczającą tkankę miękką (in vivo) podczas skanowania, jak pokazano na rysunku 1.</li>
	<li>Zabezpiecz powierzchnię skanera DXA papierem wyłożonym plastikiem i umieść 2 owinięte folią torebki na ryż na stole skanera (Rysunek 1A).</li>
	<li>Połóż 2 kości udowe (prawą i lewą) na workach z ryżem tak, aby bliższy koniec (w tym głowa kości udowej) był wyśrodkowany na workach, a tylna strona była skierowana w dół (ryc. 1B). Naśladuje to pacjenta leżącego na plecach.</li>
	<li>Przykryj przedni/odsłonięty proksymalny koniec kości udowej dodatkowymi dwoma workami ryżu o wadze 5 funtów (ryc. 1C).</li>
	<li>Umieść głowę maszyny nad bliższą częścią kości udowej i zeskanuj kość udową zgodnie ze standardową procedurą instytucjonalną pomiaru BMD pacjenta (ryc. 1C). Postępuj zgodnie z instrukcjami producenta DXA.
	<ol>
		<li>Z poziomu interfejsu oprogramowania maszyny DXA wykonaj normalne skanowanie kości udowej. Wybierz badanie kości udowej, umieść ramię DXA na górze kości udowej zwłok, naciskając odpowiednio strzałkę w lewo lub w prawo na ramieniu DXA i rozpocznij badanie, klikając przycisk "start". Przeprowadź analizę BMD, klikając "Analizuj". 
		UWAGA: Wynikowa automatyczna punktacja T ze skanu klasyfikuje kość jako normalną, osteopeniczną lub osteoporotyczną (ryc. 1D). Postępuj zgodnie z instrukcjami producenta DXA.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Czyszczenie, cięcie i wiercenie dystalnego końca kości
<ol>
	<li>Oczyść najbardziej proksymalną 300 mm kości udowej, ostrożnie usuwając pozostałą tkankę miękką z kości. Ten krok jest potrzebny, aby umożliwić PMMA kontakt z kością podczas procesu zalewania w ramach przygotowań do testów mechanicznych. W tym procesie kości nie muszą być rozmrażane do temperatury pokojowej.</li>
	<li>Zdezynfekuj miejsce pracy 70% alkoholem izopropylowym i przykryj stół chłonnymi podkładkami papierowymi z folią z tworzywa sztucznego z jednej strony (Rysunek 2A). Ustaw całą kość udową na stole (Rysunek 2B) na cały proces, począwszy od czyszczenia, a skończywszy na cięciu (Rysunek 2A do 2H). Nosić środki ochrony osobistej (PPE), w tym rękawice i okulary ochronne</li>.
	<li>Zeskrob nadmiar okostnej i odetnij nadmiar tkanki za pomocą skrobaka i skalpela (ryc. 2C, 2H).</li>
	<li>Umieść kość w specjalnie wykonanym uchwycie tnącym, jak pokazano na rysunku 2D, z głową kości udowej przy akrylowej płytce uchwytu.</li>
	<li>Dopasuj i przytrzymaj trzon względem dwóch kołków na uchwycie tnącym (Rysunek 2D).</li>
	<li>Przymocuj kość do uchwytu, dokręcając płytkę szczelinową na trzonie; jeśli kość nie leży płasko na uchwycie, zawieś dystalny koniec na blacie stołu, a także opcjonalnie zawiąż szyjkę kości udowej w razie potrzeby, aby utrzymać próbkę na miejscu (ryc. 2D).</li>
	<li>Przeciąć dystalną część kości udowej za pomocą odlewanego noża (Rysunek 2E) przez szczelinową płytkę jako prowadnicę; przytrzymaj kość suchą szmatką/ręcznikiem, aby uzyskać lepszy chwyt.</li>
	<li>Usuń kość z uchwytu; normalna długość kości po przecięciu wynosi 255 mm (Rysunek 2F).</li>
	<li>Oczyścić jamę szpikową szpiku za pomocą kirety o głębokości około 25 mm. Następnie włóż gąbkę z gazy, aby pomóc wysuszyć wewnętrzną powierzchnię. Usuń gazę tuż przed umieszczeniem dystalnego końca kości udowej w formie. Chwyć kość suchym ręcznikiem/szmatką i wywierć otwór o średnicy 10 mm przez dystalny koniec w odległości około 25 mm od bliższego odciętego końca próbki. Uwaga: Ma to na celu umożliwienie PMMA penetracji kanału i mocnego zabezpieczenia kości.</li>
</ol>
3. Sadzenie kości w jednym worku
<ol>
	<li>Zaprojektuj i wyprodukuj pojemnik doniczkowy. Pojemniki doniczkowe wykonane są z arkuszy akrylowych o grubości 5 mm i mają następujące wymiary zewnętrzne: 50 mm na 50 mm o przekroju kwadratowym i 100 mm wysokości (rysunek 3A).</li>
	<li>Oznaczyć pojemnik doniczkowy odpowiednią identyfikacją kości (ryc. 3A i 3B – patrz etykieta na pudełku akrylowym).</li>
	<li>Ustaw uchwyt do osadzania we właściwej orientacji (lewa noga lub prawa noga; np. obrót wewnętrzny o 15° lub 30°).</li>
	<li>Umieść pojemnik do sadzenia w podstawie uchwytu do sadzenia, umieść kość w pojemniku do sadzenia (Rysunek 3B) i wyrównaj szyjkę ze wskazówką w uchwycie (Rysunek 3C), aby dostosować wewnętrzny kąt obrotu kości do żądanej wartości.</li>
	<li>Odmierz 60 g proszku PMMA i wymieszaj z 30 g płynnej żywicy pod wyciągiem, aż proszek się rozpuści. Mieszanina powinna być nalewa. Do tego procesu użyj jednorazowego kubka papierowego.</li>
	<li>Wlać mieszaninę do pojemnika doniczkowego z kością pod wyciągiem (rysunek 3D), pozostawić do utwardzenia na około 10 - 15 minut, aż PMMA stanie się klarowny i twardy. Powinno to wypełnić tylko ~ 1/2 pojemnika doniczkowego PMMA. Ostrożnie zawiń kość w ręczniki nasączone solą fizjologiczną, aby zapobiec wysuszeniu tkanek z powodu wytwarzania ciepła podczas polimeryzacji PMMA (ryc. 3E).</li>
	<li>Okresowo sprawdzaj kość udową, aby upewnić się, że pozostaje wyrównana w pojemniku podczas utwardzania.</li>
	<li>Wyjmij kość udową z uchwytu doniczkowego i owiń ręcznikiem papierowym nasączonym solą fizjologiczną (Rysunek 3E).</li>
	<li>Przygotuj 90 g PMMA pod wyciągiem, jak wyjaśniono w kroku 3.5 i całkowicie napełnij pojemnik doniczkowy. Utwardzaj PMMA przez około 10 - 15 minut, aż stanie się twardy.</li>
	<li>Po utwardzeniu żywicy szczelnie zawiń/ponownie zawiń kość w ręczniki papierowe nasączone solą fizjologiczną, przykryj plastikową torbą i przechowuj próbki w temperaturze -20 °C w zamrażarce.</li>
</ol>
4. Obrazowanie kości za pomocą promieniowania rentgenowskiego
(UWAGA! Podczas korzystania z urządzenia należy zachować odpowiednią ostrożność w przypadku promieniowania rentgenowskiego)
<ol>
	<li>Jeśli używasz klisz do zdjęć rentgenowskich, włącz wywoływacz rentgenowski co najmniej 20 minut (zgodnie z instrukcjami producenta) przed skanowaniem, obracając pokrętło zgodnie z ruchem wskazówek zegara (w pomieszczeniu wywoływacza).</li>
	<li>Przed prześwietleniem rentgenowskim upewnij się, że w kasecie znajduje się nienaświetlona klisza; kasetę należy otwierać tylko w ciemnym pomieszczeniu.</li>
	<li>Włącz maszynę, aby odblokować i wysunąć głowicę maszyny.</li>
	<li>Umieść wózek pod ścieżką belki i umieść kasetę na wózku pod belką (Rysunek 4A).</li>
	<li>Umieść i ustaw kość udową na kasecie (ryc. 4B); zostaną uchwycone dwie orientacje: widok przyśrodkowo-boczny i widok przednio-tylny. Odpowiednio oznacz obrazy próbek.</li>
	<li>Po pierwszej ekspozycji zamień miejsca ołowiu i kości.</li>
	<li>Przykryj już odsłoniętą połowę ołowiem i odsłoń kość w drugiej orientacji po nieodsłoniętej stronie. Dzięki temu użytkownik może użyć jednego filmu rentgenowskiego dla pojedynczej kości w dwóch orientacjach (ryc. 4C-D).</li>
	<li>Zmień kasetę i obróć każdą kość udową do drugiej orientacji.</li>
	<li>W przypadku pojedynczej kości udowej należy przykryć połowę kasety ołowianą osłoną, aby uniknąć początkowej ekspozycji całej folii na promieniowanie rentgenowskie.</li>
	<li>Przesuń się za przenośną ścianę wyłożoną ołowiem w celu ochrony osobistej i użyj spustu, aby odsłonić kości.</li>
	<li>Po zakończeniu przywróć głowicę rentgenowską do pozycji zablokowania i przechowywania, przekręć kluczyk do pozycji OFF na urządzeniu rentgenowskim i usuń odsłoniętą kliszę rentgenowską.</li>
	<li>Wywołaj film, aby uzyskać obrazy rentgenowskie (ryc. 4E) za pomocą zwykłego wywoływacza do filmów. Włącz białe światło w pomieszczeniu i znajdź wywoływacza filmu. Włącz czerwone światło i wyłącz białe światło przed otwarciem kasety i kontynuuj proces wywoływania filmu. Otwórz kasetę i przepuść film przez wywoływacz. Włącz białe światło i wyłącz czerwone światło po wywołaniu filmu.</li>
</ol>
5. Tomografia komputerowa kości
<ol>
	<li>Wyjmij kości z zamrażarki na około 24 godziny przed skanowaniem. Kości muszą być całkowicie rozmrożone przed skanowaniem.</li>
	<li>Upewnij się, że kości są zawinięte w plastikowe torby do skanowania, aby zminimalizować sprzątanie na końcu.</li>
	<li>Umieść i zabezpiecz kość udową i fantom kalibracyjny w uchwycie do tomografii komputerowej (Rysunek 5A-B). Uchwyt utrzymuje fantom kalibracyjny (rysunek 5C), a także utrzymuje kość udową w orientacji (rysunek 5D-E) identycznej z orientacją pożądaną do późniejszych badań mechanicznych. Ta krzyżowa rejestracja jest wymagana do wykorzystania danych ze skanowania CT (rysunek 5F) w procesie modelowania QCT/MES (opisanym w innym protokole). 
	UWAGA: Oprawa została zaprojektowana w taki sposób, że odsłania kość udową do tomografii komputerowej bez zasłaniania bliższej części kości udowej (głowa kości udowej, szyja, krętarz większy i trzon bliższy).</li>
	<li>Upewnij się, że uchwyt wraz z kością udową w tomografie komputerowym jest prawidłowo wyrównany, używając laserów systemowych jako prowadnic (Rysunek 5D-E). Ponownie sprawdź wyrównanie oprawy z laserem CT o długiej osi (naciskając przycisk włączania/wyłączania lasera). Fantom NIE musi być wyrównany z laserem, ponieważ jest zamocowany w uchwycie. Wyzeruj pozycję stołu na panelu sterowania maszyny, naciskając przycisk zerowania (→ 0 ←) na panelu sterowania.</li>
	<li>Postępując zgodnie ze standardową procedurą operacyjną CT, uruchom CT przy 120 kVp, 216 mAs, czasie obrotu 1 s i skoku 1 w trybie ultra wysokiej rozdzielczości (zUHR). Daje to grubość warstwy 0,4 mm i rozmiar piksela 0,30 - 0,45 mm w zależności od wielkości pola widzenia (FOV).</li>
	<li>Sprawdź dane tomografii komputerowej przed testami mechanicznymi, aby upewnić się, że interesujące obrazy zostały przechwycone i zapisane. Ponownie zamrozić kość w temperaturze -20 °C do dnia doświadczenia.</li>
</ol>

<ol><li>Cristofolini, L., Schileo, E., Juszczyk, M., Taddei, F., Martelli, S., Viceconti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+testing+of+bones%3A+the+positive+synergy+of+finite-element+models+and+in+vitro+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Philos+Trans+A+Math+Phys+Eng+Sci%22%5BJournal%5D)">Mechanical testing of bones: the positive synergy of finite-element models and in vitro experiments.</a> Philos Trans A Math Phys Eng Sci. 368, 2725-2763 (2010).</li>
<li>Cartner, J. L., Hartsell, Z. M., Ricci, W. M., Tornetta, P. III <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+we+trust+ex+vivo+mechanical+testing+of+fresh-frozen+cadaveric+specimens%3F+The+effect+of+postfreezing+delays%5BTitle%5D)+AND+%22J+Orthop+Trauma%22%5BJournal%5D)">Can we trust ex vivo mechanical testing of fresh-frozen cadaveric specimens? The effect of postfreezing delays.</a> J Orthop Trauma. 25 (8), 459-461 (2011).</li>
<li>An, Y. H., Draughn, R. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAn%2C+YH+%22Mechanical+testing+of+bone+and+the+bone-implant+interface%22">Mechanical testing of bone and the bone-implant interface</a>. , CRC press. (1999).</li>
<li>van Haaren, E. H., van der Zwaard, B. C., van der Veen, A. J., Heyligers, I. C., Wuisman, P. I., Smit, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+long-term+preservation+on+the+mechanical+properties+of+cortical+bone+in+goats%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Orthop%22%5BJournal%5D)">Effect of long-term preservation on the mechanical properties of cortical bone in goats.</a> Acta Orthop. 79, 708-716 (2008).</li>
<li>Shaw, J. M., Hunter, S. A., Gayton, J. C., Boivin, G. P., Prayson, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repeated+freeze-thaw+cycles+do+not+alter+the+biomechanical+properties+of+fibular+allograft+bone%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Orthop+Relat+Res%22%5BJournal%5D)">Repeated freeze-thaw cycles do not alter the biomechanical properties of fibular allograft bone.</a> Clin Orthop Relat Res. 470 (3), 937-943 (2012).</li>
<li>Topp, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Embalmed+and+fresh+frozen+human+bones+in+orthopedic+cadaveric+studies%3A+which+bone+is+authentic+and+feasible%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Orthop%22%5BJournal%5D)">Embalmed and fresh frozen human bones in orthopedic cadaveric studies: which bone is authentic and feasible?</a> Acta Orthop. 83 (5), 543-547 (2012).</li>
<li>Manske, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+and+trabecular+bone+in+the+femoral+neck+both+contribute+to+proximal+femur+failure+load+prediction%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoporos+Int%22%5BJournal%5D)">Cortical and trabecular bone in the femoral neck both contribute to proximal femur failure load prediction.</a> Osteoporos Int. 20 (3), 445-453 (2009).</li>
<li>Rezaei, A., Dragomir-Daescu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femoral+Strength+Changes+Faster+With+Age+Than+BMD+in+Both+Women+and+Men%3A+A+Biomechanical+Study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bone+Miner+Res%22%5BJournal%5D)">Femoral Strength Changes Faster With Age Than BMD in Both Women and Men: A Biomechanical Study.</a> J Bone Miner Res. 30, 2200-2206 (2015).</li>
<li>Cristofolini, L., McNamara, B., Freddi, A., Viceconti, M. <a target="_blank" href="http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1243/0309324971513337">In vitro measured strains in the loaded femur: quantification of experimental error.</a> J Strain Anal Eng Des. 32, 193-200 (1997).</li>
<li>Dragomir-Daescu, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+QCT%2FFEA+models+of+proximal+femur+stiffness+and+fracture+load+during+a+sideways+fall+on+the+hip%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Robust QCT/FEA models of proximal femur stiffness and fracture load during a sideways fall on the hip.</a> Ann Biomed Eng. 39, 742-755 (2011).</li>
</ol>

Autorzy nie ujawnili żadnych istotnych informacji.

Przedstawiliśmy solidny protokół przygotowania kości w celu zapewnienia badań mechanicznych i modelowania QCT/MES siły kości udowej w konfiguracji bocznego upadku na biodro. Ta metoda stała się naszym standardowym wewnętrznym protokołem. W ciągu 6 lat, przy różnym personelu, udało się przygotować około 200 kości udowych zgodnie z tym protokołem. Wyniki protokołu obejmują klasyfikację stanów kostnych za pomocą DXA, wykluczenie chorób przerzutowych, wcześniejszych złamań lub implantów za pomocą promieniowania rentgenowskie...

Określanie rzeczywistej wytrzymałości na złamanie bliższej kości udowej zwłok za pomocą testów mechanicznych jest metodą niszczącą, która wymaga rygorystycznego podejścia do testowania dokładnych pomiarów. W szczególności konieczne są odpowiednie metody przygotowania kości, aby utrzymać integralność kości w stanie zbliżonym do in vivo przed testem złamań mechanicznych1. Osiąga się to poprzez odpowiednie przechowywanie kości i zminimalizowanie obchodzenia się z nimi w temperaturze pokojowej. Dane te są szeroko wykorzystywane do walidacji modeli QCT/MES złamań kości udowej, które mogą być wykorzystane klinicznie w celu zrozumienia ryzyka złamania, szczególnie u pacjentów z osteoporozą. Niestety, obecnie nie ma standardowej procedury przygotowania próbek bliższej części kości udowej do badań mechanicznych. Dobra procedura badawcza powinna zapewnić powtarzalność i odtwarzalność procesu przygotowania. Dlatego osprzęt wymagany do przygotowania próbki musi być starannie zaprojektowany i wykonany, aby zminimalizować prawdopodobieństwo wystąpienia różnych błędów testowych. Musimy również zminimalizować czas przygotowania, przez który tkanka kostna znajduje się w temperaturze pokojowej, a tym samym jest zagrożona degradacją z nieodwracalnymi zmianami właściwości mechanicznych. 
W tym celu opracowaliśmy procedurę, która zachowuje tkankę kostną na wielu etapach przygotowania. Jest to ważne, aby zapewnić minimalny czas ekspozycji w temperaturze pokojowej, jednocześnie minimalizując liczbę cykli zamrażania/rozmrażania, które mogą wpływać na właściwości fizyczne tkanek2. Cała procedura jest długa i nietrywialna, ponieważ etapy te trwały wiele tygodni i wymagały zaplanowania procedur skanowania oraz dostępności personelu. Etapy obejmowały rozmrażanie próbek kości, badanie przesiewowe próbek za pomocą skanowania DXA w celu uzyskania wartości gęstości mineralnej kości (BMD), prześwietlenie w celu wykluczenia wszelkich chorych próbek, a na koniec tomografię komputerową w celu oszacowania rozkładu minerałów kostnych i geometrii kości udowej. Wszystkie próbki zostały przygotowane do testów poprzez usunięcie obcych tkanek miękkich z powierzchni kości, przycięcie kości udowej do długości wymaganej do testów i umieszczenie kości udowej w pożądanej orientacji w celu symulacji bocznego upadku na biodro podczas kolejnych testów. Istotne jest, aby okres wszystkich tych operacji był jak najkrótszy. Solidny protokół jest zatem niezbędny do konsekwentnego przygotowania próbki, zachowania tkanek między etapami i skrócenia całkowitego czasu przygotowania. 
Celem tego artykułu jest szczegółowe przedstawienie procedur związanych z przygotowaniem próbek kości udowej do późniejszych testów mechanicznych w różnych warunkach. Zachowanie tkanki kostnej ma kluczowe znaczenie w tym procesie i osiągnęliśmy to, utrzymując próbki zamrożone między etapami i trzymając je starannie owinięte w ręczniki nasączone solą fizjologiczną przez cały czas, z wyjątkiem skanowania i mechanicznego testowania kości. Kość udowa była również trzymana owinięta w mokre ręczniki z solą fizjologiczną podczas etapów związanych z utwardzaniem PMMA, aby zapobiec wysuszeniu tkanki kostnej.

<table><tbody><tr><td>Pojemnik do zalewania CT i przyrząd do skanowania</td><td>Produkowane wewnętrznie</td><td>Nie dotyczy</td><td>Specjalnie zaprojektowany i wyprodukowany</td></tr><tr><td>tomograf komputerowy</td><td>Skaner Siemens</td><td>Somatom Definition (Siemens, Malvern, PA)</td><td>Sprzęt do skanowania CT</td></tr><tr><td>Ilościowy CT Phantom</td><td>Midways Inc, San Francisco, CA</td><td>Kalibracja CT Model 3 Phantom</td><td>Służy do uzyskiwania wartości BMD z jednostek Hounsfield w obrazie CT</td></tr><tr><td>Skaner absorpcjometrii rentgenowskiej o podwójnej energii</td> General <td></td><td>Electric N/A</td><td>GE Lunar iDXA skaner do zdrowia kości lub dowolny podobny skaner BMD Higieniczna</td></tr><tr><td>żywica orhodontyczna (PMMA)</td> <td>Patterson Dental Supply</td><td>H02252</td><td>Substancja kontrolowana i można ją kupić za odpowiednią aprobatą</td></tr><tr><td>Zamrażarka</td><td>Kenmore</td><td>N/A</td><td>To jest -20 &deg; C schowek na skaner rentgenowski kości</td></tr><tr><td></td><td>General Electric</td><td>&nbsp; 46-270615P1</td><td>Sprzęt do obrazowania rentgenowskiego.&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>Filmy rentgenowskie</td><td>Kodak</td><td>N/A</td><td>Służy do wyświetlania obrazów rentgenowskich</td></tr><tr><td>Wywoływacz rentgenowski</td><td>Kodak X-Omatic</td><td>M35A X-OMAT&nbsp;</td><td>Służy do wywoływania obrazów rentgenowskich</td></tr><tr><td>Kaseta rentgenowska</td><td>Kodak X-Omatic</td><td>N/A</td><td>Służy do przechowywania filmów rentgenowskich</td></tr><tr><td>5-funtowe worki na ryż</td><td>Świetna wartość</td><td>N/A&nbsp;</td><td>Służy do naśladowania tkanek miękkich podczas procesu skanowania DXA</td></tr><tr><td>Sól fizjologiczna (0,9% chlorek sodu)</td><td>Baxter</td><td>NDC 0338-0048-04</td><td>Służy do utrzymywania nawodnionych próbek</td></tr><tr><td>Skalpele i skrobaki</td><td>Bard-Parker</td><td>N/A</td><td>Służy do oczyszczania kości z tkanek miękkich</td></tr><tr><td>Frez do odlewu</td><td>Stryker</td><td>810-BD001</td><td>Służy do cięcia trzonu kości udowej</td></tr><tr><td>Wiertarka</td><td>Bosch</td><td>N/A</td><td>Służy do wiercenia trzonu kości udowej</td></tr><tr><td>Okap wyciągowy</td><td>Hamilton</td><td>70532</td><td>Służy do wentylacji podczas stosowania produkcji PMMA</td></tr></tbody></table>

przygotowanie bliższej części kości udowej do badania wytrzymałości na pękanie i ilościowej analizy elementów skończonych opartej na tomografii komputerowej

Proximal Cadaveric Femur Preparation for Fracture Strength Testing and Quantitative CT-based Finite Element Analysis

Badanie złamań zwłok jest rutynowo używane do zrozumienia czynników wpływających na siłę bliższej części kości udowej. Ponieważ tkanki biologiczne ex vivo są podatne na utratę swoich właściwości mechanicznych z upływem czasu, przygotowanie próbki do badań eksperymentalnych musi być przeprowadzone ostrożnie, aby uzyskać wiarygodne wyniki, które reprezentują warunki in vivo. Z tego powodu zaprojektowaliśmy protokół i zestaw uchwytów do przygotowania próbek kości udowej w taki sposób, aby ich właściwości mechaniczne uległy minimalnym zmianom. Kość udowa była utrzymywana w stanie zamrożonym, z wyjątkiem etapów przygotowawczych i testów mechanicznych. Odpowiednie pomiary kliniczne całkowitej gęstości mineralnej kości biodrowej i szyjki kości udowej (BMD) uzyskano za pomocą klinicznego densytometru kości z podwójną absorpcją promieniowania rentgenowskiego (DXA), a geometrię 3D i rozkład minerałów kostnych uzyskano za pomocą tomografii komputerowej z fantomem kalibracyjnym do oszacowań ilościowych na podstawie wartości w skali szarości. Wszelkie możliwe choroby kości, złamania lub obecność implantów lub artefaktów wpływających na strukturę kości zostały wykluczone za pomocą skanów rentgenowskich. W celu przygotowania, wszystkie kości zostały starannie oczyszczone z nadmiaru tkanek miękkich, a następnie pocięte i zalane pod kątem rotacji wewnętrznej, który był przedmiotem zainteresowania. Uchwyt tnący pozwolił na odcięcie dystalnego końca kości, pozostawiając bliższą część kości udowej na pożądanej długości. Aby umożliwić ustawienie szyjki kości udowej pod określonymi kątami podczas późniejszej tomografii komputerowej i testów mechanicznych, bliższe trzony kości udowej zostały zalane polimetakrylanem metylu (PMMA) przy użyciu uchwytu zaprojektowanego specjalnie dla pożądanych orientacji. Dane zebrane z naszych eksperymentów zostały następnie wykorzystane do walidacji ilościowej analizy elementów skończonych (MES) opartej na tomografii komputerowej (QCT), zgodnie z opisem w innym protokole. W niniejszym manuskrypcie przedstawiono protokół precyzyjnego przygotowania kości do badań mechanicznych i późniejszego modelowania QCT/MES. Obecny protokół został z powodzeniem zastosowany do przygotowania około 200 kości udowych ze zwłok w okresie 6 lat.

Kadawerowe kości udowe zostały dostarczone w stanie zamrożonym i przechowywane w temperaturze -20 °C do czasu rozpoczęcia przygotowań. Skanowanie BMD wykonano za pomocą skanera DXA w celu pomiaru BMD całkowitej biodra i szyjki kości udowej, a także wyznaczenia T-score dla każdego preparatu (Rysunek 1). T-score to liczba odchyleń standardowych zmierzonego BMD w porównaniu do średnich wartości dla młodych, zdrowych osób. Wartość ta może wynosić -2,5 lub mniej dla kości z os...

Przedstawiamy solidny protokół, jak starannie zabezpieczyć i przygotować kość udową zwłok do testów złamań i ilościowego obrazowania tomografii komputerowej. Metoda zapewnia precyzyjną kontrolę nad warunkami wejściowymi w celu określenia zależności między gęstością mineralną kości, wytrzymałością na złamania oraz zdefiniowaniem geometrii i właściwości modelu elementów skończonych.

Przygotowanie bliższej części kości udowej do badania wytrzymałości na pękanie i ilościowej analizy elementów skończonych opartej na tomografii komputerowej

Cadaveric fracture testing is routinely used to understand factors that affect proximal femur strength.  Because ex vivo biological tissues are prone to ...

Ogólnym celem tego protokołu jest ułatwienie konsekwentnego przygotowania kości udowej ludzkiego ciała do tomografii komputerowej lub tomografii komputerowej i badań mechanicznych w konfiguracji bocznego opadu na biodro. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na pytania z zakresu badań nad osteoporozą dotyczące obrazowania kości i właściwości biomechanicznych kości. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest to kompleksowa procedura przygotowania bliższych kości udowych w powtarzalny sposób do badań nad złamaniami kości.Zacznij od przykrycia cztero- lub pięciofuntowych worków ryżu plastikowymi torbami, aby zapobiec ich zanieczyszczeniu i zabezpieczyć powierzchnię DEXA papierem wyłożonym plastikiem. Przenieś dwie plastikowe torebki na ryż na stół skanera. Następnie połóż dwie rozmrożone kości udowe w temperaturze pokojowej 24 godziny na workach z ryżem.Tak że bliższe końce, w tym głowy kości udowej, są wyśrodkowane na workach z tylnymi stronami skierowanymi w dół. Przykryj odsłonięty przedni przybliżony koniec kości udowej pozostałymi dwoma workami na ryż i umieść głowicę maszyny nad przybliżoną kością udową. Teraz wybierz badanie kości udowej w interfejsie oprogramowania maszyny i umieść ramię na górze kości udowej zwłok.Po przeanalizowaniu gęstości szpiku kostnego zostanie wygenerowany automatyczny T-Score klasyfikujący kość jako normalną, osteopeniczną lub osteoporozyczną. Przed rozpoczęciem modyfikacji kości zdezynfekuj miejsce pracy 70% alkoholem izopropylowym i przykryj stół chłonnymi podkładkami papierowymi z folią z tworzywa sztucznego z jednej strony. Następnie umieść całą kość udową w specjalnie wykonanym uchwycie do cięcia, tak aby głowa kości udowej przylegała do akrylowej płytki urządzenia.Trzymając trzon przy dwóch kołkach na uchwycie tnącym, dokręć płytkę szczelinową do trzonu. Gdy kość jest zabezpieczona, przełóż odlewany nóż przez płytkę szczelinową jako prowadnicę i naciąć dystalny trzon kości udowej. Teraz usuń kość z uchwytu i użyj kirety o głębokości 25 milimetrów, aby oczyścić szpik z jamy szpikowej.W razie potrzeby użyj gąbki, gazy, aby oczyścić wewnętrzną powierzchnię kości. Następnie chwyć kość suchą szmatką i wywierć 10-milimetrowy otwór przez dystalny koniec kości, około 25 milimetrów od bliższego końca odcięcia próbki. Przed rozpoczęciem procedury zalewania kości należy oznaczyć pojemnik doniczkowy odpowiednimi danymi identyfikacyjnymi kości i ustawić uchwyt do osadzania we właściwej orientacji.Umieść pojemnik doniczkowy w podstawie osprzętu do osadzania w okapie wyciągowym i umieść kość w pojemniku doniczkowym. Następnie wyrównaj szyję ze wskazówką w uchwycie, aby dostosować wewnętrzny kąt obrotu kości do żądanej wartości. Następnie wymieszaj 60 gramów proszku PMMA z 30 gramami płynnej żywicy w jednorazowym kubku kompatybilnym z PMMA, aż proszek się rozpuści.Gdy mieszanina stanie się nalewa, przelej roztwór PMMA do pojemnika doniczkowego, aż pojemnik będzie wypełniony do około połowy. I pozwól PMMA zastygnąć przez 10 do 15 minut w dygestorium. Podczas utwardzania mieszaniny ostrożnie zawiń kość w ręczniki nasączone solą fizjologiczną, aby zapobiec wysuszeniu tkanek.Okresowo sprawdzaj kość udową, aby upewnić się, że kość pozostaje wyrównana w pojemniku podczas procesu utwardzania. Po utwardzeniu żywicy całkowicie napełnij pojemnik doniczkowy 90 gramami PMMA i płynnej żywicy i pozwól PMMA utwardzić się przez kolejne 10 do 15 minut. Gdy dodatkowa żywica utwardzi się, zawiń kość w ręczniki papierowe nasączone solą fizjologiczną i całkowicie przykryj kość plastikową torbą.Przed wykonaniem zdjęcia rentgenowskiego należy przesunąć głowicę wiązki na żądaną wysokość i umieścić nienaświetloną kasetę na wózku pod belką. Następnie umieść kość udową na kasecie w przyśrodkowej pozycji bocznej i przesuń się za przenośną ścianę z linką ołowianą w celu ochrony osobistej. Oznacz obrazy próbek, a następnie użyj spustu, aby odsłonić kości.Aby zeskanować kości za pomocą tomografii komputerowej, zabezpiecz całkowicie rozmrożoną plastikową torbę owiniętą w kość udową w fantomie kalibracyjnym w urządzeniu do tomografii komputerowej. Użyj systemowych prowadnic laserowych, aby upewnić się, że środek oprawy jest prawidłowo wyrównany z długością geograficzną w laserze tomografu komputerowego. Przesuwanie stołu w górę lub w dół, aż laser poziomy znajdzie się odpowiednio między głowicą a krętarzem.Następnie naciśnij przycisk włączania/wyłączania lasera, aby ponownie sprawdzić wyrównanie oprawy z laserem dostępu do płuc CT i naciśnij przycisk zerowania, aby wyzerować pozycję stołu. Gdy kość jest już na swoim miejscu, należy zastosować standardowe procedury operacyjne CT, aby zeskanować kość z odpowiednimi parametrami skanowania, uzyskując grubość warstwy obrazu 0,4 milimetra i rozmiar piksela od 0,30 do 0,45 milimetra w zależności od wielkości pola widzenia. Skanowanie gęstości mineralnej kości za pomocą skanera DEXA, jak właśnie pokazano, umożliwia pomiar całkowitej gęstości kości biodrowej i szyi.Jak również uzyskanie wskaźnika T-Score dla każdej próbki. Obrazy rentgenowskie uzyskane tą metodą można wykorzystać do rozpoznania obecności wcześniejszych złamań lub chorób, takich jak rak, które mogą wpływać na siłę kości udowej. Obrazy CT mogą być wykorzystywane do uzyskiwania trójwymiarowej geometrii kości i wolumetrycznego rozkładu mineralnego kości do wykorzystania w ilościowej analizie elementów skończonych opartej na tomografii komputerowej.Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o zminimalizowaniu liczby cykli zamrażania i utrzymaniu wilgotności kości udowej podczas etapów przygotowania. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przygotować kość udową do spójnego obrazowania i testowania bocznego upadku na biodro.

proximal-cadaveric-femur-preparation-for-fracture-strength-testing

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Modele zwierzęce są często wykorzystywane do naśladowania poważnych uszkodzeń kości w badaniach biomedycznych. Ze względu na ich niewielkie rozmiary, ustalenie ustabilizowanych zmian kostnych u myszy wykracza poza możliwości większości grup badawczych. W tym artykule opisujemy prostą metodę ustalania i analizowania eksperymentalnych wad kości udowej u myszy.

Prosty model ubytku kości udowej o krytycznej wielkości u myszy

W tym manuskrypcie prezentujemy protokół do badania złamania bliższej kości udowej zwłok w konfiguracji bocznego upadku na biodro przy użyciu oprzyrządowanych uchwytów zamontowanych na standardowej ramie serwohydraulicznej. Podczas testów rejestrowanych jest dziewięć cyfrowych sygnałów obejmujących siły, momenty i przemieszczenia wraz z dwoma strumieniami wideo o dużej prędkości.

Metoda i oprzyrządowanie do badania złamań kości udowej w pozycji bocznej opadania na biodro

W tym protokole, naprężenia powierzchni kości udowej są szacowane podczas testów złamań przy użyciu techniki cyfrowej korelacji obrazu. Nowatorstwo metody polega na zastosowaniu stochastycznego wzoru plamek o wysokim kontraście na powierzchni kości udowej, starannie dobranym oświetleniu, szybkim przechwytywaniu wideo i cyfrowej analizie korelacji obrazu do obliczeń odkształceń.

Metoda szacowania naprężeń kory kości udowej zwłok podczas badania złamań z wykorzystaniem cyfrowej korelacji obrazu

Podczas lądowania, kości dolnej części ciała doświadczają dużych obciążeń mechanicznych i są zdeformowane. Pomiar deformacji kości jest niezbędny, aby lepiej zrozumieć mechanizmy urazów spowodowanych stresem kostnym związanych z uderzeniami. Nowatorskie podejście łączące modelowanie układu mięśniowo-szkieletowego specyficzne dla danego tematu i analizę elementów skończonych służy do pomiaru obciążenia kości piszczelowej podczas ruchów dynamicznych.

Tematyczny model mięśniowo-szkieletowy do badania naprężeń kości podczas ruchu dynamicznego

Celem protokołu jest optymalizacja parametrów generowania pęknięć, aby uzyskać spójne złamania. Protokół ten uwzględnia różnice w wielkości i morfologii kości, które mogą występować między zwierzętami. Dodatkowo opisano ekonomiczny, regulowany aparat do łamania.

Projektowanie aparatury do pękania i optymalizacja protokołu dla złamań stabilizowanych metodą zamkniętą u gryzoni

Obecny protokół opisuje rozwój powtarzalnej platformy testowej dla mysich szyjek kości udowych w układzie zginania wspornikowego. Niestandardowe prowadnice drukowane w 3D zostały użyte do konsekwentnego i sztywnego mocowania kości udowych w optymalnym ustawieniu.

Zginanie wspornikowe mysich szyjek kości udowej

Mikrotomografia komputerowa (μCT) jest nieniszczącym narzędziem do obrazowania, które jest instrumentalne w ocenie struktury kości w badaniach przedklinicznych, jednak nie ma zgody co do procedur μCT do analizy modzeli gojącej się kości. Badanie to zapewnia krok po kroku protokół μCT, który umożliwia monitorowanie gojenia się złamań.

Ocena gojenia złamań kości za pomocą mikrotomografii komputerowej

Protokół umożliwia pomiar deformacji mikrostruktury kości w całej proksymalnej ludzkiej kości udowej oraz jej wytrzymałości poprzez połączenie dużego skanowania mikro-tomografem komputerowym, specjalnie wykonanego etapu kompresji i zaawansowanych narzędzi do przetwarzania obrazu.

Obrazowanie mechanizmu uszkodzenia mikrostrukturalnego w ludzkim biodrze

Mechaniczne badanie kości gryzoni jest cenną metodą pozyskiwania informacji na temat podatności kości na złamania. Przy braku odpowiedniego zrozumienia praktycznego wyniki mogą być nadinterpretowane lub nieaktualne. Protokół ten posłuży jako przewodnik zapewniający, że testy mechaniczne są wykonywane dokładnie, aby zapewnić prawidłowe i funkcjonalne dane.

Praktyczne uwarunkowania dotyczące projektowania, wykonywania i interpretacji badań obejmujących próby zginania kości gryzoni w całości

Source:Anthony J. Yosick1,2, Christine Massie1, Emma Knapp2, Hani A. Awad1,2,31Department of Biomedical Engineering, University of Rochester, US2Center for Musculoskeletal Research, Department of Orthopedics, University of Rochester Medical Center, USA3Department of Orthopedics, University of Rochester Medical Center, USAThe video demonstrates fall-related wrist fractures using human cadaver forearms with varying bone densities. Specimens are standardized by removing upper soft tissue,...

Simulating Fall-Induced Wrist Fractures Using a Cadaveric Human Forearm Specimen

Poznaj metodę przygotowania ludzkich kości udowych do badań wytrzymałości na pękanie i tomografii komputerowej. Ta technika wspiera badania nad osteoporozą i biomechaniką kości.

Przygotowanie bliższej części kości udowej do badania wytrzymałości na pękanie i ilościowej analizy elementów skończonych opartej na tomografii komputerowej (Wideo) | JoVE Journal

Przygotowanie bliższej części kości udowej do badania wytrzymałości na pękanie i ilościowej analizy elementów skończonych opartej na tomografii komputerowej

Przeglądaj więcej filmów