Badania biomechaniczne ścięgien myszy

Protokół opisuje wydajną i powtarzalną metodę testowania biomechanicznego ścięgien myszy za pomocą dostosowanych do potrzeb klienta uchwytów drukowanych w 3D wielokrotnego użytku. Nowe metody skracają czas potrzebny do zbadania próbki z godzin do minut i eliminują poważny artefakt chwytania, który był częstym problemem w poprzednich metodach. Ta metoda nie ogranicza się do ścięgien nadgrzebieniowych i ścięgna Achillesa.

Można go łatwo przystosować do testowania innych ścięgien myszy i ścięgien większych zwierząt. Aby zapewnić odtwarzalność i skuteczność podejścia, w przypadku oprzyrządowań, które nie zostały tutaj opisane, może być konieczne przeprowadzenie wielu cykli prototypowania i walidacji projektu. Na początek wykonaj tomografię mikrokomputerową całej kości w żelu agarozowym.

Po rekonstrukcji na obrazy przekrojów poprzecznych wybierz polecenie Otwórz plik, aby otworzyć zestaw danych pliku. Otwórz plik okna dialogowego Preferencje i wybierz kartę Zaawansowane. Użyj algorytmu renderowania adaptacyjnego, aby skonstruować modele 3D, które zapewniają gładsze szczegóły powierzchni.

Użyj 10 jako parametru lokalności, który określa odległość w pikselach do sąsiedniego punktu używanego do znajdowania obramowania obiektu. Zminimalizuj tolerancję do 0,1, aby zmniejszyć rozmiar pliku. Aby określić ilość zainteresowania, ręcznie wybierz dwa obrazy, które chcesz ustawić jako górną i dolną część wybranego zakresu VOI, a następnie przejdź do drugiej strony, Region zainteresowania.

Ręcznie wybierz obszar zainteresowania na pojedynczym obrazie przekroju poprzecznego. Powtórz wybieranie ROI dla każdych 10 do 15 obrazów przekrojów. Następnie przejdź do trzeciej strony, Wybór binarny.

W menu Histogram kliknij polecenie Z zestawu danych, aby wyświetlić rozkład jasności histogramu ze wszystkich obrazów zestawu danych. Również w menu Histogram kliknij menu Utwórz plik modelu 3D. Zapisz model 3D kości w formacie pliku STL.

W oprogramowaniu Meshmixer zaimportuj siatkę i wybierz opcję Wszystkie, aby edytować. Wybierz opcję Wyprodukuj z edycji Zestaw narzędzi, a następnie wybierz pozycję Budżet trójkąta z zestawu narzędzi Zmniejsz wartość docelową. Zmniejsz liczbę tricount i zaakceptuj zmiany.

Zapisz ponownie nowo zredukowany plik w formacie STL, wybierając opcję Eksportuj As.To zaprojektować kość ramienną ścięgna nadgrzebieniowego, użyj programu do projektowania wspomaganego komputerowo do modelowania brył, aby stworzyć niestandardowy model uchwytu chwytającego kość ramienną. Otwórz plik w formacie STL kości ramiennej w programie do modelowania brył i zapisz jako plik części w formacie SLDPRT. Następnie otwórz plik części, aby ręcznie utworzyć trzy anatomicznie odpowiednie płaszczyzny, na przykład strzałkową, czołową i poprzeczną.

Kliknij Plik nowy, aby utworzyć część komponentu bloku bryłowego. Kliknij Plik nowy, aby utworzyć model zespołu z dwoma komponentami, blokiem bryły i prawą lub lewą kością ramienną. Określ orientację kości w bloku, aby upewnić się, że kąt między ścięgnem a kością wynosi 180 stopni.

Upewnij się, że cała objętość kości mieści się w bloku. W oknie Zespół wybierz blok i kliknij Edytuj komponent na pasku narzędzi Zespół. Kliknij Wstaw, Elementy, Gniazdo.

Wybierz opcję Jednolite skalowanie i wprowadź 0% jako wartość do skalowania we wszystkich kierunkach. Wygasić część kostną i zapisać zespół jako część. Otwórz cylinder z częścią wnękową.

Utwórz szkic, upewnij się, że zostawiasz tylko 0,5 milimetra nad głową kości ramiennej. W obszarze Operacje wybierz opcję Wyciągnięte wycięcie. Wytnij zespół wzdłuż płaszczyzny strzałkowej, aby utworzyć dwa symetryczne elementy, które pasują do kości z przodu i z tyłu.

Wytnij część montażową wzdłuż płaszczyzny strzałkowej, aby utworzyć dwa symetryczne elementy, które pasują do kości z przodu i z tyłu. Bardzo ważne jest, aby upewnić się, że głowa kości ramiennej zapobiega uszkodzeniu płytki wzrostowej i określić wąski prześwit, który pozwoli uniknąć odłączenia kości ramiennej od modelu podczas testowania. Postępuj zgodnie z opisem w manuskrypcie, aby dokończyć część tylną i przednią.

Zapisz oba komponenty jako osobne pliki części. Teraz naciśnij Wstaw wzór, Lustro i wybierz Lustro, aby utworzyć modele lustrzane 3D dla każdego komponentu uchwytu dla przeciwległego ramienia. Wybrać powierzchnię przednią jako powierzchnię lustrzaną płaską.

Wybierz część jako bryłę do odbicia lustrzanego. Wybierz płaszczyznę lustra i utwórz szkic zawierający cały materiał. Z obszaru Operacje wybierz Wyciągnięte cięcie, aby usunąć oryginalną część i zachować tylko część odbitą w lustrze.

Kliknij na dole części i użyj jako płaszczyzny, aby wykonać szkic. Kliknij Szkic tekstu i dodaj L lub R. Spowoduje to dodanie wytrawienia na dole urządzeń, aby rozróżnić lewą i prawą stronę. Zapisz wszystkie części osprzętu w standardowym formacie pliku STL w ramach przygotowań do druku 3D.

Aby wypreparować mięsień nadgrzebieniowy, ścięgno mięśnia nadgrzebieniowego, próbkę kości ramiennej, najpierw ustaw uśpioną mysz w pozycji leżącej i wykonaj nacięcie w skórze od wysokości łokcia przedniej łapy w kierunku ramienia. Użyj kleszczy, aby ostrożnie usunąć skórę rozwarstwieniem, tak aby widoczna była muskulatura ramienia. Usuń tkankę otaczającą kość ramienną, aż kość zostanie odsłonięta.

Przytrzymaj kość ramienną kleszczami i ostrożnie usuń mięśnie naramienne i czworoboczne, aby odsłonić łuk kruczo-ramienny. Zidentyfikuj staw AC i ostrożnie oddziel obojczyk od wyrostka barkowego za pomocą ostrza skalpela. Uważając, aby nie uszkodzić ścięgna nadgrzebieniowego i jego kostnego przyczepu, usuń mięsień z przyczepu łopatki za pomocą ostrza skalpela.

Oderwij głowę kości ramiennej od panewki i rozerwij torebkę stawową oraz ścięgna podgrzebieniowe i mniejsze. Odłącz staw łokciowy, aby oddzielić kość ramienną od łokciowej i promieniowej. Wyizoluj próbkę mięśnia ścięgna kości ramiennej nadgrzebieniowej i usuń nadmiar tkanek miękkich na kości ramiennej i głowie kości ramiennej.

Aby wypreparować ścięgno Achillesa, kość piętową, ustaw uśpioną mysz w pozycji leżącej. Uważając, aby nie uszkodzić ścięgna Achillesa i jego kostnego przyczepu, należy usunąć skórę rozwarstwieniem, tak aby odsłonięte były mięśnie wokół stawów skokowych i kolanowych. Za pomocą ostrza skalpela, zaczynając od przyczepu ścięgna Achillesa i kości piętowej, ostrożnie odłącz mięsień brzuchaty łydki od jego bliższych przyczepów.

Ostrożnie odłącz kość piętową od różnych sąsiednich kości i odizoluj próbkę ścięgna Achillesa i kości piętowej oraz oczyść nadmiar tkanek miękkich. Aby określić pole przekroju poprzecznego ścięgna, włóż kość do góry nogami, aby zawiesić próbkę w krioprobówce wypełnionej żelem agarozowym z kością w żelu agarozowym oraz ścięgnem i mięśniem na zewnątrz. Po wykonaniu skanu za pomocą tomografii mikrokomputerowej delikatnie usuń mięsień ze ścięgna za pomocą ostrza skalpela.

Włóż kość do uchwytu wydrukowanego w 3D i przymocuj je do siatek testowych. Włóż i przyklej ścięgno między złożoną cienką bibułkę i zaciśnij je za pomocą uchwytów z cienkiej folii. Włożyć próbkę i uchwyty do kąpieli testowej PBS w temperaturze 37 stopni Celsjusza i przeprowadzić próbę mechaniczną.

W tym badaniu, przy użyciu drukowanych w 3D uchwytów wielokrotnego użytku do chwytania kości, czas przygotowania próbki został skrócony z godzin do minut. Reprezentatywne krzywe odkształcenia obciążenia do prób rozciągania ścięgna nadgrzebieniowego przy użyciu obecnych metod wyeliminowały poważne artefakty chwytające, takie jak uszkodzenie płytki wzrostowej. Właściwości mechaniczne ścięgien nadgrzebieniowych i ścięgien Achillesa wskazują na istotny wpływ płci na podstawie niesparowanych testów T o wartości P mniejszej niż 0,05.

Mikrotomografia komputerowa z powodzeniem zmierzyła pole przekroju poprzecznego wzdłuż długości ścięgna nadgrzebieniowego wzdłuż długości ścięgna Achillesa. Ważne jest, aby pamiętać, że każde miejsce anatomiczne ma określone kryteria projektowe niezbędne do skutecznego chwytania. Dlatego projekt każdej oprawy powinien być odpowiednio dostosowany.

Oprócz prób rozciągania aż do uszkodzenia, osprzęt ten może być używany do cyklicznych testów obciążeniowych, które dostarczają informacji o zmęczeniu ścięgien i właściwościach lepkości. Charakterystyka właściwości mechanicznych ścięgien myszy jest rzadkością w literaturze z wielu powodów, w tym trudności w chwytaniu tych małych tkanek, żmudnych i czasochłonnych metod przygotowania próbek oraz pęknięć płytki wzrostowej. Protokół ten przedstawia efektywną czasowo i powtarzalną metodę testowania ścięgien myszy, która wyeliminowała sztuczne awarie chwytu i potroiła liczbę próbek, które można przetestować w ciągu jednego dnia.