Методическая статья

Биомеханические эффекты частичной декортикации на цельношовные и обычные шовные анкеры при различной плотности кости

DOI:

10.3791/68355

13 июня 2025 г.

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В данной статье мы описываем протокол оценки биомеханических эффектов частичной декортикации на цельношовных анкерах (ASA) и обычных шовных анкерах (CA) в пилорезах различной плотности.

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В то время как биомеханические испытания показали корреляцию между декортикацией и нагрузкой на разрушение анкера, влияние частичной декортикации на биомеханические свойства цельношовных анкеров остается неясным. Мы стремились оценить биомеханические эффекты частичной декортикации на цельношовных анкерах и обычных шовных анкерах в пилоуточных костях различной плотности. Шовные анкеры были испытаны на недекортикированных, частично декортикированных и полностью декортикированных пилах. Оценивались два типа цельношовных анкеров и один тип обычного анкера. Для имитации нормальной кости были использованы два типа двухфазного пенополиуретана: плотность 0,32 г/см3 (20 фунтов на кубический фут, pcf 20) и остеопоротическая кость: плотность 0,16 г/см3 (плотность 10 фунтов на кубический фут). Применялись циклические нагрузки, и было зафиксировано пиковое смещение. После испытаний на циклическое нагружение уцелевшие анкеры были подвергнуты испытаниям на растяжение до разрушения. Определяли количество циклов, пиковое смещение, предельные нагрузки на отказ и режимы отказа.

Во-первых, на смещение пика в значительной степени влияли плотность кости и тип анкера: нормальные костные модели демонстрировали меньшее смещение пика, чем остеопоротические модели, а обычные винтовые анкеры неизменно демонстрировали меньшее смещение пика по сравнению с шовными анкерами. Напротив, степень декортикации костей - будь то недекортикированная, частично или полностью декортикированная - не показала существенного влияния на пиковое смещение. Во-вторых, в моделях остеопоротических костей (10 фунтов на кубический фут) не наблюдалось существенной разницы в нагрузке разрушения между частично и недекортикированными группами, но обе показали значительно более высокие значения, чем полностью декортикированная группа.

Введение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Разрывы вращательной манжеты плеча являются наиболее распространенной причиной боли в плече, и артроскопическое восстановление вращательной манжеты плеча является основным вариантом лечения благодаря удовлетворительным клиническим результатам. Шовные анкеры играют решающую роль в этой процедуре. Достижения в области шовных анкеров способствовали улучшению стабильности анкерного крепления и увеличению скорости заживления 1,2,3. Цельношовные анкеры (ASA) представляют собой более новый тип анкеров, которые в основном состоят из двух компонентов: материала шовной нити и оболочки 4,5. При введении в кость анкеры развертываются путем натяжения шовного материала ASA для сжатия оболочки различной формы, при этом рукав прижимается к кортикальной кости 3,6. По сравнению с обычными шовными анкерами (КА), АСК позволяют создавать костные туннели меньшего размера, что позволяет увеличить точки фиксации и уменьшить разрушение кости 7,8. Следовательно, эти якоря все чаще получают предпочтение в хирургической практике.

Декортикация пятна вращательной манжеты плеча, широко применяемая техника восстановления вращательной манжеты плеча, способствует заживлению сухожилий и костей за счет высвобождения эндогенного материала костного мозга9. Декортикация обычно выполняется для улучшения реакции заживления в месте восстановления анкера сухожилия и кости. Представленный McLaughlin et al.10 в 1944 году, этот метод включает в себя создание борозды кровоточащей кости для ускорения заживления во время восстановления вращательной манжеты плеча путем индуцирования инфильтрации мезенхимальных стволовых клеток, которые способствуют микроваскуляризации костина границе сухожилий. Частичная декортикация включает в себя сохранение кортикальной кости, окружающей шовный анкер, при этом ширина области консервации соответствует диаметру анкера. Оставшаяся кортикальная кость удаляется для завершения процедуры декортикации. Этот метод направлен на поддержание достаточной кортикальной кости для стабильности якоря при одновременном облегчении преимуществ декортикации.

Примечательно, что в отличие от КА, АСК в значительной степени полагаются на кортикальную кость для фиксации 3,6. Эта зависимость представляет собой проблему, так как декортикация может снизить прочность ASA11,12. Для этого необходимо сбалансировать эффекты декортикации во время восстановления вращательной манжеты плеча, что потенциально решается с помощью частичной декортикации. ASA разработаны с принудительно прилегающими анкерными механизмами, которые требуют надежного размещения под неповрежденной поверхностью коры головного мозга, и всегда существовала обеспокоенность по поводу влияния декортикации на биомеханические свойства ASA 11,12,13,14. Ruder et al.11 оценили влияние на смещение после циклической нагрузки и на отказную нагрузку ASA и обнаружили, что декортикация значительно снижает нагрузку на разрушение, не оказывая существенного влияния на среднее смещение. Аналогичным образом, недавнее биомеханическое исследование Natlos et al.12 количественно измерило толщину коры головного мозга с помощью микрокомпьютерной томографии на модели трупного плеча человека. Их результаты продемонстрировали сильную корреляцию между прочностью вытягивания ASA и толщиной прилегающей коры головного мозга (P < 0,05).

Биомеханические испытания показали корреляцию между декортикацией и нагрузкой на разрушение анкера, но влияние частичной декортикации на биомеханические свойства ASA остается неясным из-за ограниченности литературы 11,12. Таким образом, данное исследование было направлено на оценку влияния частичной декортикации на биомеханические свойства как АСК, так и КА, а также на сравнение механических свойств АСК и КА.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этом исследовании использовались синтетические костные модели. В этом не участвовали люди или животные, и этическое одобрение не требовалось.

1. Подготовка шовного анкера

ПРИМЕЧАНИЕ: Храните анкеры в сухих условиях при комнатной температуре до использования. Коммерческие идентификаторы приведены в Таблице материалов.

  1. Подготовьте три типа анкеров.
    1. Выберите анкер для всех швов 1 (ASA1 = UHT). Чтобы следовать этому протоколу, убедитесь, что ASA1 состоит из плоской плетеной трубки из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), продетой в шовный материал из СВМПЭ, с диаметром предварительного сверла 2,8 мм, который расширяется до 4,5 мм.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Его структурной особенностью является сборно-разборная цилиндрическая конструкция, которая при натяжении образует подкорковую сферу.
  2. Выберите анкер для всех швов 2 (ASA2 = Y-образный узел). Чтобы следовать этому протоколу, убедитесь, что ASA2 состоит из плоской плетеной трубки из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), продетой в шовный материал из СВМПЭ, с диаметром предварительного дилатационного сверла 2,8 мм, который расширяется до 5,0 мм.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Его структурной особенностью является сборно-разборная цилиндрическая конструкция, которая при натяжении образует подкорковую сферу.
  3. Выберите Обычный винтовой анкер (СА = Биоштопор). Чтобы следовать этому протоколу, убедитесь, что CA изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK) с винтом наружным диаметром 4,5 мм.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Его конструктивной особенностью является полностью резьбовая конструкция.

2. Подготовка костной модели

  1. Подбор модели кости
    1. Используйте синтетическую кость, поскольку ее биомеханические свойства сопоставимы с биомеханическими свойствами трупной кости.
  2. Состав материала
    1. Используйте два типа двухфазного пенополиуретана: нормальная кость: 0,32 г/см3 плотность (20 фунтов на кубический фут, pcf 20) и остеопоротическая кость: 0,16 г/см3 плотность (10 фунтов на кубический фут, pcf 10)15,16.
      ПРИМЕЧАНИЕ: В процессе производства эпоксидное покрытие толщиной 3 мм, наполненное короткими волокнами, наносится только на одну поверхность пенополиуретановых блоков в качестве неотъемлемого компонента коммерчески производимого материала. Сторона с покрытием имитирует кортикальную кость, в то время как пористый пенополиуретан без покрытия имитирует губчатую кость 8,16,17.
  3. Случайное групповое распределение
    ПРИМЕЧАНИЕ: Процедуру декортикации см. в шаге 2.4.
    1. Рандомизируйте костные блоки на три группы декортикации с помощью компьютерной последовательности:
      1. Для группы ND (No Decortication) не выполняйте никаких декортиков.
      2. Для группы PD (частичная декортикация) выполняйте декортикацию на расстоянии 2,5 мм от точки введения анкера швовой нити.
      3. Для группы CD (Complete Decortication) проведите полную декортикацию модели кости.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Смещение 2,5 мм соответствует радиусу анкерного материала по всей длине, что обеспечивает декортикацию за пределами зоны расширения без помех при развертывании.
  4. Процедура декортикации (Рисунок 1):
    1. Установите круглый жернов диаметром 5,5 мм на компьютерный шлифовальный инструмент (см. Таблицу материалов).
    2. Откройте программное обеспечение для управления трехосевым шлифовальным инструментом (см. таблицу материалов)
    3. Нажимайте кнопку аварийного сброса до тех пор, пока индикатор не перестанет мигать.
    4. Нажмите Загрузить G-код и выберите предварительно настроенный файл обработки.
    5. Нажмите клавишу TAB, чтобы активировать ручной режим управления.
    6. С помощью клавиш со стрелками переместите головку инструмента в исходное положение.
    7. Нажмите TAB еще раз, чтобы выйти из ручного режима.
    8. Нажмите кнопку Ноль , чтобы сбросить все оси (X, Y, Z, A) на 0,000 мм.
    9. Нажмите «Запустить цикл», чтобы начать полировку костной поверхности.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Использование компьютеризированного шлифовального инструмента требует осторожного обращения во избежание травм. Следует всегда носить надлежащие защитные средства, включая защитные очки и перчатки. Убедитесь, что кнопка аварийной остановки остается доступной во время работы.

3. Установка имплантата

  1. Вставьте все анкеры в соответствии со спецификациями производителя: вставьте ASA перпендикулярно поверхности костного блока и CA под углом 45°.
  2. Создавайте направляющие отверстия с помощью направляющей для сверления.
  3. Расположите анкеры ASA перпендикулярно поверхности кости (подробнее о шовных анкерах, используемых в протоколе, см. в Таблице материалов ).
  4. Вставляйте анкеры CA под углом 45° относительно поверхности кости (подробнее о шовных анкерах, используемых в протоколе, см. в Таблице материалов ).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Развертывайте анкеры ASA до тех пор, пока не почувствуется резкое падение сопротивления (указывающее на завершение расширения анкера), подтвержденное визуальным выравниванием лазерного маркера на манипуляторе с поверхностью коры головного мозга. Отбраковывайте модели с видимыми аномалиями вставки.

4. Условия тестирования

  1. Установка для биомеханических испытаний
    1. Провести биомеханические испытания с помощью машины для механических испытаний (Таблица материалов).
      1. Закрепите синтетические костные блоки в специально изготовленном приспособлении, чтобы совместить анкерные швы с рычагом привода (Рисунок 2).
      2. Расположите длинную ось костного блока под углом 135° относительно привода нагрузки.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Ориентация под углом 135° имитирует физиологические условия напряжения сухожилия надостной мышцы в сценариях после операции, как установлено в предыдущих биомеханических исследованиях 7,13.
  2. Наложение швов
    1. Закрепите нити швов вручную вокруг круглого крючка, прикрепленного к испытательной машине.
    2. Завяжите хирургический узел и укрепите четырьмя чередующимися полузацепками.
    3. Соблюдайте дистанцию 100 мм между шовным анкером и крючком.
      ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 2 приведена схема испытательной установки.
  3. Предварительная загрузка приложения
    1. Наклон до 10 с.ш. со скоростью 1 с.ш.11.
    2. Удерживайте в течение 5 секунд, чтобы установить базовую линию нулевого смещения.
  4. Циклическая нагрузка
    1. Запустите программное обеспечение консоли механических испытаний (см. Таблицу материалов).
    2. Перейдите на вкладку «Настройка теста » в главном интерфейсе.
    3. Нажмите кнопку «Новый проект » на верхней панели инструментов, чтобы инициализировать тестовую последовательность.
    4. В библиотеке методов тестирования найдите и выберите предварительно настроенный метод циклического тестирования .
    5. Определите положение нулевого смещения во время приложения предварительного натяга.
    6. Запрограммируйте механический тестер на приложение нагрузки 10-60 Н с частотой 1 Гц.
    7. Нажмите кнопку « Пуск » (зеленый значок) в правом верхнем углу, чтобы запустить протокол циклической загрузки.
    8. Выполните 200 последовательных циклов.
    9. Отслеживайте циклические кривые нагрузки и смещения в режиме реального времени на левой графической панели вывода.
    10. Экспорт данных о времени перемещения в подключенное программное обеспечение для сбора данных (формат .xls).
  5. Испытание на разрыв
    1. Запустите программное обеспечение консоли для механических испытаний (см. Таблицу материалов).
    2. Перейдите на вкладку «Настройка теста » в главном интерфейсе.
    3. Нажмите кнопку «Новый проект » на верхней панели инструментов, чтобы инициализировать тестовую последовательность.
    4. В библиотеке методов тестирования найдите и выберите предварительно настроенный метод теста на отказ анкеража .
    5. Установите скорость перемещения на 33 мм/с.
    6. Нажмите кнопку « Пуск » (зеленый значок, правый верхний угол), чтобы запустить протокол сбоя.
    7. Данные о нагрузке на отказ автоматически записываются в электронную таблицу и могут быть просмотрены напрямую. Экспорт данных о времени сбоя загрузки в подключенное программное обеспечение для сбора данных (формат .xls).
    8. Классифицируйте режимы отказа следующим образом:
      1. Тип I: Вытягивание анкера: смещение анкера из кости из-за недостаточной силы фиксации или нарушенной плотности кости, обычно наблюдаемое при остеопорозах.
      2. Тип II: Вырез в шовной нити: структурное разрушение, при котором шовная нить прорезает отверстие анкера или разрывает ушкообразие, что приводит к смещению шовной нити или проникновению в ткани.
      3. Тип III: Разрыв нити шва: разрыв шовного материала, вызванный чрезмерным натяжением 8,18.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Циклические испытания
В группе CD один якорь UHT и три якоря Y-образного узла вышли из строя при извлечении из тестовых блоков pcf 10. В группе PD один якорь Y-Knot вышел из строя при вытаскивании из тестовых блоков pcf 20. В группе ND все якоря выдержали циклические испытания.

Пиковые смещения во время циклических испытаний приведены в таблице 1. Примечательно, что не наблюдалось существенных различий в смещении пиков в группах ND, PD и CD, независимо от п...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этом исследовании было проанализировано влияние декортикации на биомеханические характеристики шовных анкеров путем изучения двух типов ASA и одного типа CA в костных блоках различной плотности. На смещение пика влияли плотность кости (ниже в нормальных моделях костей) и тип анкера (ниже в обычных анкерах винтового типа), в то время как степень декортикации не оказала существенного влияния. В остеопоротических моделях нагрузки на разрушение между частично декортикированными и недекорти...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.

Благодарности

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Это исследование было поддержано Пекинским исследовательским фондом Цзишуйтань (QN202509).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
БиоштопорArthrex, Неаполь, СШАAR-1927bcf-45Обычный винтовой шовный анкер (CA)
Bluehill UniversalNorwood, MA, США E10KNBL5086Программное обеспечение для механических испытаний консоли
Компьютерное числовое управление 2030 Гравировальный станокJPX Technology Co., Шэньчжэнь, КитайJD2030F400WАвтоматизированный шлифовальный инструмент
Instron, E10k,Норвуд, Массачусетс, СШАE10KNBL5086Машина для механических испытаний 
Mach3MillArtSoft Corporation, Сарасота, Флорида, СШАMach3 R3.043.066Программное обеспечение для управления 3-осевыми станками с ЧПУ
Pcf 10 SawbonePacific Research Laboratories, Вашон, Вашингтон, США1522-319Остеопоротическая костная модель
Pcf 20 SawbonePacific Research Laboratories, Вашон, Вашингтон, США1522-315Нормальная костная модель
UHTStar, Пекин, КитайF19000001Сплошной шов Анкеры 2 (ASA 1)
Y-образный узел RCConMed, Нью-Йорк, СШАYPRC02Шовные анкеры 1 (ASA 2)

Ссылки

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Dierckman, B. D., Ni, J. J., Karzel, R. P., Getelman, M. H. Excellent healing rates and patient satisfaction after arthroscopic repair of medium to large rotator cuff tears with a single-row technique augmented with bone marrow vents. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 26 (1), 136-145 (2018).
  2. Katthagen, J. C., Bucci, G., Moatshe, G., Tahal, D. S., Millett, P. J. Improved outcomes with arthroscopic repair of partial-thickness rotator cuff tears: A systematic review. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 26 (1), 113-124 (2018).
  3. Ergün, S., Akgün, U., Barber, F. A., Karahan, M. The clinical and biomechanical performance of all-suture anchors: A systematic review. Arthrosc Sports Med Rehabil. 2 (3), e263-e275 (2020).
  4. Nagra, N. S., Zargar, N., Smith, R. D., Carr, A. J. Mechanical properties of all-suture anchors for rotator cuff repair. Bone Joint Res. 6 (2), 82-89 (2017).
  5. Dhinsa, B. S., Bhamra, J. S., Aramberri-Gutierrez, M., Kochhar, T. Mid-term clinical outcome following rotator cuff repair using all-suture anchors. J Clin Orthop Trauma. 10 (2), 241-243 (2019).
  6. Yang, Y. S., et al. Biomechanical comparison of different suture anchors used in rotator cuff repair surgery-all-suture anchors are equivalent to other suture anchors: A systematic review and network meta-analysis. J Exp Orthop. 10 (1), 45(2023).
  7. Trofa, D. P., et al. Cyclic and load-to-failure properties of all-suture anchors in human cadaveric shoulder greater tuberosities. Arthroscopy. 36 (11), 2805-2811 (2020).
  8. Barber, F. A., Herbert, M. A. All-suture anchors: Biomechanical analysis of pullout strength, displacement, and failure mode. Arthroscopy. 33 (6), 1113-1121 (2017).
  9. Snyder, S. J., Burns, J. J. T. I. S., Surgery, E. Rotator cuff healing and the bone marrow "crimson duvet" from clinical observations to science. Techniques in Shoulder and Elbow Surgery. 10, 130-137 (2009).
  10. Mclaughlin, H. L. Lesions of the musculotendinous cuff of the shoulder. The exposure and treatment of tears with retraction. 1944. Clin Orthop Relat Res. (304), 3-9 (1994).
  11. Ruder, J. A., Dickinson, E. Y., Peindl, R. D., Habet, N. A., Fleischli, J. E. Greater tuberosity decortication decreases load to failure of all-suture anchor constructs in rotator cuff repair. Arthroscopy. 34 (10), 2777-2781 (2018).
  12. Ntalos, D., et al. All-suture anchor pullout results in decreased bone damage and depends on cortical thickness. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 29 (7), 2212-2219 (2021).
  13. Hyatt, A. E., Lavery, K., Mino, C., Dhawan, A. Suture anchor biomechanics after rotator cuff footprint decortication. Arthroscopy. 32 (4), 544-550 (2016).
  14. Putnam, J. G., et al. Does greater trochanter decortication affect suture anchor pullout strength in abductor tendon repairs? A biomechanical study. Am J Sports Med. 46 (7), 1668-1673 (2018).
  15. Su, T. -Y., Tang, H. -Y., Jang, J. S. -C., Chen, C. -H., Chen, H. -H. Design and development of magnesium-based suture anchor for rotator cuff repair using finite element analysis and in vitro testing. Applied Sciences. 11 (20), 9602(2021).
  16. Oh, J. H., et al. Pullout strength of all-suture anchors: Effect of the insertion and traction angle-a biomechanical study. Arthroscopy. 34 (10), 2784-2795 (2018).
  17. Feldmann, A., Schweizer, M., Stucki, S., Nolte, L. Experimental evaluation of cortical bone substitute materials for tool development, surgical training and drill bit wear investigations. Med Eng Phys. 66, 107-112 (2019).
  18. Yamauchi, S., et al. Biomechanical analysis of bioabsorbable suture anchors for rotator cuff repair using osteoporotic and normal bone models. J Orthop Sci. 27 (1), 115-121 (2022).
  19. Ro, K., et al. All-suture anchor settling after arthroscopic repair of small and medium rotator cuff tears. Am J Sports Med. 47 (14), 3483-3490 (2019).
  20. Mazzocca, A. D., et al. Biomechanical evaluation of classic solid and novel all-soft suture anchors for glenoid labral repair. Arthroscopy. 28 (5), 642-648 (2012).
  21. Van Der Bracht, H., et al. Rotator cuff repair with all-suture anchors: A midterm magnetic resonance imaging evaluation of repair integrity and cyst formation. J Shoulder Elbow Surg. 27 (11), 2006-2012 (2018).
  22. Bernardoni, E., et al. Biomechanical analysis of all-suture anchor fixation for rotator cuff repair. Orthop J Sports Med. 6 (7 suppl4), 2325967118s2325900175(2018).
  23. Douglass, N. P., Behn, A. W., Safran, M. R. Cyclic and load to failure properties of all-suture anchors in synthetic acetabular and glenoid cancellous bone. Arthroscopy. 33 (5), 977-985.e5 (2017).
  24. Teekavanich, C., et al. Evaluation of cortical bone microdamage and primary stability of orthodontic miniscrew using a human bone analogue. Materials (Basel). 14 (8), (2021).
  25. Heiner, A. D. Structural properties of fourth-generation composite femurs and tibias. J Biomech. 41 (15), 3282-3284 (2008).
  26. Zdero, R., Olsen, M., Bougherara, H., Schemitsch, E. H. Cancellous bone screw purchase: A comparison of synthetic femurs, human femurs, and finite element analysis. Proc Inst Mech Eng H. 222 (8), 1175-1183 (2008).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Bone DensityBiomechanical TestingAll Suture AnchorsConventional AnchorsPeak DisplacementFailure LoadCyclic LoadingOsteoporotic Bone
Видео скоро будет доступно

Похожие статьи