Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Proximale Cadaveric Femur Voorbereiding voor Fracture Sterkte Testen en Kwantitatieve CT-gebaseerde Finite Element Analysis

Published: March 11, 2017 doi: 10.3791/54925

Summary

We presenteren een robuust protocol over hoe om zorgvuldig te bewaren en voor te bereiden cadaveric dijbenen voor fractuur testen en kwantitatieve computertomografie beeldvorming. De werkwijze biedt precieze controle over ingangscondities voor het bepalen van verhoudingen tussen botdichtheid, breuksterkte en definiëren eindige elementenmodel geometrie en eigenschappen.

Abstract

Cadaveric breuk testen wordt routinematig gebruikt om factoren die van invloed proximale femur sterkte begrijpen. Omdat ex vivo biologische weefsels zijn gevoelig voor hun mechanische eigenschappen na verloop van tijd te verliezen, prepareren voor experimentele tests moeten zorgvuldig worden uitgevoerd om betrouwbare resultaten die vertegenwoordigen in vivo omstandigheden te verkrijgen. Om die reden hebben we een protocol en een set van de inrichting aan de femorale exemplaren zodanig dat hun mechanische eigenschappen ervaren minimale veranderingen voor te bereiden. De dijbenen werden in bevroren toestand gehouden behalve tijdens bereidingsstappen mechanische testen. De relevante klinische metingen van de totale heup en femurhals botmineraaldichtheid (BMD) werden verkregen met een klinische dual X-ray absorptiometry (DXA) bot densitometer, en de 3D geometrie en verdeling van botmineraal werden verkregen met CT een calibratie fantoom voor kwantitatieve schattingen op basis van de grijswaarden. Eventuele botziekte, fractuur, Of de aanwezigheid van implantaten of artefacten die de botstructuur, werd uitgesloten met X-ray scans. Voor de bereiding werden alle beenderen zorgvuldig ontdaan van overtollig zacht weefsel, en werden gesneden en gepot aan de binnengrenzen draaihoek van belang. Een snij inrichting liet het distale uiteinde van het bot afgesneden waardoor de proximale femur bij een gewenste lengte. Om positionering van de femorale nek op voorgeschreven hoek mogelijk te maken tijdens later CT-mechanische testen werden de proximale dijbeenholtes gepot in polymethylmethacrylaat (PMMA) met een inrichting speciaal ontworpen voor de gewenste richtingen. De verzamelde gegevens uit onze experimenten werden vervolgens ter validatie kwantitatieve computertomografie (QCT) gebaseerde eindige elementen analyse (FEA), zoals beschreven in een ander protocol. In dit manuscript, presenteren we het protocol voor de precieze bot voorbereiding voor mechanische testen en de daaropvolgende QCT / FEA modellering. Het huidige protocol is met succes toegepast op ongeveer 200 cad bereidenaveric dijbenen over een 6-jarige periode.

Protocol

LET OP: Alle studies in dit protocol werd goedgekeurd door de Institutional Review Board (IRB) in Mayo Clinic. De botten werden verkregen over een periode van 6 jaar uit verschillende organisaties. Alle monsters werden genomen binnen 72 uur na overlijden, verpakt in zoutoplossing verzadigde handdoeken en opgeslagen bij -20 ° C tot preparaat.

1. Het meten van botmineraaldichtheid Met behulp van DXA

  1. Verwijderen monsters bewaard bij -20 ° C vriezer te ontdooien bij kamertemperatuur gedurende ongeveer 24 uur; specimens niet te worden verwijderd uit originele verpakking als meest zacht weefsel is verwijderd.
  2. Gebruik twee 5 lb zakken rijst om rekening te houden zacht weefsel. Bedek de twee rijst zakken op de DXA tafel met plastic zakken om besmetting te voorkomen. De rijst zakken simuleert omringende zachte weefsel (in vivo) bij het scannen zoals getoond in figuur 1.
  3. Bescherm het oppervlak van de DXA scanner met plastic bekleed papier en plaats 2 plastic verpakt rice zakken op de scanner tafel (Figuur 1A).
  4. Leg 2 dijbeen (rechts en links) bovenop rijst zakken zodat het proximale uiteinde (inclusief de femurkop) gecentreerd op zakken en de postérieure zijde naar beneden (Figuur 1B). Deze bootst een patiënt liggend op hun rug.
  5. Cover anterior / blootgesteld proximale femur uiteinde met twee extra 5 pond rijst zakken (figuur 1C).
  6. Plaats de machine hoofd over proximale dijbeen en scan het dijbeen volgens de standaard institutionele procedure voor de patiënt BMD meting (figuur 1C). Volg de specifieke DXA instructies van de fabrikant.
    1. Vanuit de DXA machine software-interface uitvoeren van een normale femur scan. Selecteer het dijbeen examen, plaatst u de DXA arm op de top van de postmortale dijbeen door dienovereenkomstig te drukken op de linker of rechter pijl op de DXA arm, en start het examen door te klikken op de knop "start". Voer de BMD analyse door te klikken op "Analyseren".
      NIETE: De resulterende automatische T-score van de scan classificeert het bot als normaal, osteopenie of osteoporose (figuur 1D). Volg de specifieke DXA instructies van de fabrikant.

2. Reiniging, snijden en boren van het distale einde van de Bone

  1. Reinig de proximale 300 mm van het femur door voorzichtig resterende zacht weefsel uit het bot verwijderd. Deze stap is nodig om PMMA contact met het bot tijdens de potting proces ter voorbereiding van mechanische testen. De botten behoeven niet te worden ontdooid tot kamertemperatuur gedurende dit proces.
  2. Ontsmetten van de werkruimte met 70% isopropylalcohol en dek de tafel met absorberend papier pads met plastic folie aan de ene kant (Figuur 2A). Stel de gehele dijbeen op tafel (figuur 2B) voor het gehele proces te beginnen met het reinigen snijden (figuur 2A tot 2H). Draag persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM), met inbegrip van handschoenenen oogbescherming.
  3. Schraap het overtollige beenvlies en snijd overtollige weefsel verwijderd met behulp van een schraper en scalpel (figuur 2C, 2H).
  4. Plaats het bot in de maat snijden zoals afgebeeld in figuur 2D met de kop van het dijbeen tegen de acrylplaat van het armatuur.
  5. Lijn en houd de diafyse tegen de twee pinnen op de snij-armatuur (figuur 2D).
  6. Beveilig het bot aan de armatuur door het aandraaien van beneden de schuimspaan uit de plaat op de diafyse; Als het bot niet plat komt te liggen op de armatuur, hangen distale einde off tafelblad en ook optioneel zip binden de femurhals als nodig is om het monster op zijn plaats (figuur 2D) te houden.
  7. Snijd de distale schacht van het dijbeen met de cast mes (figuur 2E) door middel van sleuven plaat als een gids; Houd bot met een droge doek / handdoek voor een betere grip.
  8. Verwijder het bot uit de houder; normaal bot lengte na cut is 255 mm (zie figuur2F).
  9. Maak de mergholte van beenmerg met behulp van een curette ongeveer 25 mm diep. Plaats vervolgens een gaasje spons te helpen drogen het inwendige oppervlak. Verwijder het gaas vlak voor het plaatsen van het distale uiteinde van het dijbeen in de matrijs. Grip op het bot met een droge handdoek / doek en boor een gat van 10 mm door het distale einde op ongeveer 25 mm van het proximale afgesneden uiteinde van het monster. Let op: Dit is om de PMMA om het kanaal te dringen en zet het bot stevig.

3. Potting the Bone

  1. Ontwerp en vervaardig oppotten container. Het oppotten containers zijn gemaakt van 5 mm dik acryl platen en hebben de volgende uitwendige afmetingen: 50 mm bij 50 mm vierkante doorsnede en 100 mm hoog (figuur 3A).
  2. Label oppotten container met de juiste been identificatie (figuur 3A en 3B - zie etiket op acryl box).
  3. Pas de inbedding armatuur naar de juiste oriëntatie (linkerbeenof rechterbeen; bijvoorbeeld 15 ° of 30 ° endorotatie).
  4. Plaats potting container base van inbedding inrichting, plaats bot in de potting houder (figuur 3B) en lijn hals met aanwijzer inrichting (figuur 3C) aan de interne rotatiehoek van het bot op de gewenste waarde.
  5. Meet 60 g PMMA poeder en meng met 30 g vloeibare hars onder zuurkast tot het poeder is opgelost. Het mengsel moet schenkbaar zijn. Gebruik een eenmalige kartonnen beker voor dit proces.
  6. Giet het mengsel in potten houder met bot onder een afzuigkap (figuur 3D), laten uitharden ongeveer 10 - 15 min, totdat PMMA is helder en hard. Dit mag alleen vullen ~ 1/2 van de potgrond container met PMMA. Wikkel het bot in een zoutoplossing verzadigd handdoeken zorgvuldig om weefsel droogte als gevolg van generatie hitte tijdens PMMA polymerisatie (figuur 3E) te voorkomen.
  7. Controleer regelmatig het dijbeen om te verzekeren dat blijft uitgelijnd in decontainer tijdens het uitharden.
  8. Verwijder dijbeen uit oppotten armatuur en wikkel met een zoutoplossing gedrenkte papieren handdoek (figuur 3E).
  9. Bereid 90 g PMMA onder een zuurkast zoals beschreven in stap 3.5 en het oppotten container volledig te vullen. Genezen van de PMMA voor ongeveer 10 - 15 min, totdat het moeilijk wordt.
  10. Na het hars is uitgehard, strak wikkel / reWrap bot in een zoutoplossing gedrenkt papieren handdoeken, dek af met plastic zak en bewaar de monsters bij -20 ° C in de vriezer.

4. Imaging the Bone met X-ray

(LET OP! Bedien met de juiste zorg voor röntgenstraling bij het gebruik van de machine)

  1. Bij gebruik van films voor X-stralen, draai X-ray ontwikkelaar op tenminste 20 min (instructies van de fabrikant) voorafgaand aan het scannen door de knop met de klok mee (in de ontwikkelaar kamer).
  2. Zorg dat er onbelichte film in de cassette voordat X-Screenen; cassette mag alleen worden geopend in een donkere kamer.
  3. Zet de machine aanontgrendelen en uit te breiden van de machine hoofd.
  4. Plaats een kar onder de baan van de bundel en plaats een cassette op de wagen onder de balk (figuur 4A).
  5. Plaats en positie het dijbeen op de cassette (Figuur 4B); twee oriëntaties zullen worden vastgelegd: mediale zijaanzicht en anterior-posterior view. Label het monster beelden dienovereenkomstig.
  6. Na de eerste blootstelling, wisselen de leiding en bot locaties.
  7. Bedek de reeds blootgesteld helft met lood en bloot de bot in de tweede oriëntatie op de onbelichte kant. Dit kan de gebruiker een röntgenfilm Voor één bot in twee oriëntaties (Figuur 4C-D).
  8. Verander de cassette en draai elk dijbeen in de tweede oriëntatie.
  9. Bij één femur, bedek de helft van de cassette lood deksel initiële blootstelling van de hele film röntgenstraling voorkomen.
  10. Verplaats achter het lood beklede draagbare muur voor persoonlijke bescherming en het gebruik van de trekker bloot te leggende botten.
  11. Na afloop terug X-ray hoofd te vergrendelen en de positie op te slaan, turn-key op OFF op de X-ray machine en verwijder blootgesteld X-ray film.
  12. Ontwikkel de film röntgenbeelden (Figuur 4E) met een gewone film ontwikkelaar te verkrijgen. Schakel op het witte licht in de kamer en zoek de film ontwikkelaar. Zet het rode licht en zet het witte licht voor het openen van de cassette en ga verder met de film ontwikkelingsproces. Open de cassette en zet de film door de ontwikkelaar. Schakel op het witte licht en zet het rode licht nadat de film is ontwikkeld.

5. CT-scan of Bones

  1. Verwijder de botten uit diepvries ongeveer 24 uur voorafgaand aan het scannen. Bones moet volledig worden ontdooid voorafgaand aan het scannen.
  2. Zorg ervoor dat de botten zijn verpakt in plastic zakken voor het scannen om clean-up op het einde een minimum te beperken.
  3. En bevestig het dijbeen en het calibratie fantoom in de CT-scan armatuur (figuur 5A-B). de fixture houdt de kalibratie fantoom (figuur 5C) en houdt ook het dijbeen in een oriëntatie (figuur 5D-E) identiek met de gewenste voor de daaropvolgende mechanische testen oriëntatie. Dit kruis registratie is vereist om de gegevens van CT (Figuur 5F) gebruik in de QCT / FEA modelleringsproces (in een ander protocol beschreven).
    Opmerking: Het toestel is zodanig ontworpen dat het dijbeen bloot CT scan zonder het belemmeren van de proximale femur (dijbeen hoofd, nek, trochanter major en proximale schacht).
  4. Controleer de armatuur samen met het dijbeen in de CT scanner goed is uitgelijnd met het systeem lasers geleidingen (Figuur 5D-E). Controleer opnieuw de uitlijning van de armatuur met de CT lange as laser (door te drukken laser aan / uit-knop). Het fantoom hoeft niet te worden afgestemd met de laser als het is vastgezet in het armatuur. Nul de tafel positie van het bedieningspaneel van de machine door te drukken op de butto nuln (→ 0 ←) op het bedieningspaneel.
  5. Na CT standaard procedure, opereren de CT machine op 120 kVp, 216 mAs, 1 s rotatietijd, en de toonhoogte van 1 met behulp van ultra hoge resolutie modus (Zuhr). Dit geeft een plakdikte van 0,4 mm en een pixelgrootte van 0,30-0,45 mm afhankelijk van de grootte van het gezichtsveld (FOV).
  6. Controleer CT-scan gegevens voorafgaand aan mechanische testen om ervoor te zorgen dat de beelden van belang worden vastgelegd en opgeslagen. Invriezen het bot bij -20 ° C tot de dag van het experiment.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De dode femora werden bevroren verzonden en gehandhaafd op -20 ° C tot voorbereiding begon. BMD scanning werd uitgevoerd met een DXA scanner aan totale heup en BMD en T-score voor elk monster (Figuur 1) te meten. Een T-score is het aantal standaarddeviaties van de gemeten BMD ten opzichte van de gemiddelde waarden voor jonge gezonde proefpersonen. Het kan variëren van -2,5 of lager osteoporotische botten, tussen -1 en -2,5 voor osteopenisch botten en hoger dan -1 normale botten. Eenmaal voltooid, botten werden gereinigd van overtollige weefsel, en gesneden om het distale uiteinde te verwijderen met een intern ontworpen en gefabriceerd snij inrichting (figuur 2). De specimens werden vervolgens distaal gepot met een inrichting ontworpen voor het vasthouden van de botten in de gewenste interne rotatiestand; na het plaatsen van het distale uiteinde in de potting container, het PMMA in vloeibare vorm is gegoten, de houder te vullen (Figuur 3 (figuur 4) kunnen beïnvloeden. In de aanwezigheid van dergelijke afwijkingen, zou de toestand van het bot worden vastgelegd wanneer overwogen voor toekomstige analyses. Tenslotte werden de femora CT-gescand om CT-beelden te verkrijgen met een acryl CT-scan die is ontworpen om het bot in geschikte vooraf bepaalde oriëntaties (adductie en interne rotatiehoeken) houder (Figuur 5). De CT-beelden worden gebruikt om 3-dimensionale botgeometrie en volumetrische botmineraal te bekomen voor gebruik in kwantitatieve CT-eindige elementenanalyse. Vóór verder fractuur testen alle relevante kenmerkende gegevens van elke femur zoals BMD waarden, röntgenfoto's en CT-beelden werden gecontroleerd op gegevens van belang werden opgenomen en opgeslagen.


Figuur 1: BMD meting met behulp van DXA scannen. (A) Rice zakken en plastic gevoerde documenten; (B) Twee bot specimens in de gewenste oriëntaties in de scanner bed; (C) proximale femur uiteinden bedekt met 2 zakken rijst tijdens de aftasting; (D) Hals en totale heup BMD metingen met bijbehorende T-scores. DXA scan wordt uitgevoerd met behulp van een klinische scanner om de botdichtheid en de raming van de T-score te meten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2: Het schoonmaken en snijden Bones. (A) Schoonmaak en snij-bureau; (B) het bot monster instrumenten voor schoneing; (C) het reinigen van de schacht van een dijbeen; (D) het veiligstellen van een monster in de snij-armatuur; (E) cast mes; (F) voltooide monster na het snijden. Een speciale inrichting en bot reinigings- en snijwerktuigen worden gebruikt om de meest proximale lengte 255 mm voor het testen bereiden; (G) curette gebruikt voor het reinigen intramedullaire kanaal van het dijbeen; (H) tool voor het oppervlakkige weefsel het schoonmaken in monsters. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3: dijbeen Reiniging en Potting Process. (A) Potting competitieprogramma; (B) oppotten een dijbeen in het competitieprogramma; (C) aanpassen van interne rotatiehoek gewenste waarde; (E) opgepot bot verpakt in een zoutoplossing verzadigde handdoeken. Een speciale inrichting wordt gebruikt om de interne rotatiehoek ingesteld op een bepaalde waarde. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4: Bone X-ray-proces. (A) X-ray machine; (B) bot monster op een cassette met onbelichte film, wordt een tweede helft van de cassette onder leiden tot blootstelling van de hele film te voorkomen; (C) het plaatsen van onbelichte film bij het laden lade van de ontwikkelaar in een donkere kamer; (D) ontwikkelde film; (E) X-ray beeld van een gezonde femur als gevolg. X-ray apparatuur wordt gebruikt om de botten te scannen in twee standen uit te sluiten voordat fractures, implantaten, bot metastase, of een structurele afwijkingen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 5
Figuur 5: CT-scan Met behulp van een acryl Inrichting voor Bones in een gewenste oriëntatie Hold. (A) CT-scanner; (B) glasvezel dijbeen gemonteerd in een acryl armatuur ontworpen om botten in een gewenste richting te houden; (C) monteren van een overleden dijbeen in het competitieprogramma; (D) verticale uitlijning van de inrichting met de CT lengteas laser; (E) Afstemming van het dijbeen. Een in-house ontworpen armatuur wordt gebruikt om het bot in staat gelijk aan de volgende tests positie te houden; bone aanpassing wordt verkregen met behulp van de CT ingebouwde lasers; (F) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Presenteerden we een robuust bot voorbereiding protocol voor het waarborgen van de mechanische testen en QCT / FEA modelleren van femur kracht in een zijwaartse val op de heup configuratie. Deze methode werd onze standaard in-house protocol. Gedurende 6 jaar, met wisselende personeel, ongeveer 200 dijbenen werden succesvol bereid volgens dit protocol. De uitkomsten van het protocol omvat het classificeren van botaandoeningen met behulp van DXA, het uitsluiten van metastatische ziekten, eerdere fracturen, of implantaten met behulp van X-ray, en het verkrijgen van minerale distributie en 3D-geometrie met behulp van CT voor de daaropvolgende QCT / FEA modellering. Snijden, potting en scanning inrichtingen zijn ontworpen om linker en rechter dijbenen en voor verschillende oriëntaties bot vereist voor toekomstige testen, modelleren en analyseren tegemoet. De in-house armaturen verzekerd herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid van de monsters.

Vanwege de complexiteit van bot experimenten en de noodzaak voor de combinatie van BMD, röntgen- en CT scanning voor mechanische testen, moet dijbenen meerdere vries / dooicycli ondergaan. Met een juiste protocol dat de blootstelling aan kamertemperatuur minimaliseert, bevriezing bot exemplaren behoudt de weefsel voor mechanische testen, ook op lange termijn 3, 4. Eerdere studies toonden aan dat het bevriezen van botten bij -20 ° C niet de mechanische eigenschappen veranderen en dat enkele vries / ontdooi cycli voor het testen wordt beschouwd als een veilig en haalbaar proces 5, 6. In onze studie, alle dijbenen ervaren drie vries / dooi-sequenties bij -20 ° C en kamertemperatuur, respectievelijk voor DXA scanning, CT scanning, mechanische testen.

In lijn met verschillende eerdere studies, werden gestandaardiseerde rijst zakken gebruikt tijdens het meten BMD waarden van monsters met behulp van DXA in vivo weke delen rondom het bot 7 na te bootsen. We vergeleken BMD waarden van onze postmortale cohort met BMD waarden van de verschillende patiëntenpopulaties en vonden hun uitkeringen zeer vergelijkbaar zijn, wat suggereert dat de robuustheid van onze protocol voor BMD metingen 8.

Femorale monsters gebrek platte oppervlakken gemakkelijk en goed worden afgestemd op een gewenste oriëntatie voor het testen. Als dit niet goed gebeurt, kan dit de herhaalbaarheid van de procedure van invloed zijn en de juistheid van de experimentele resultaten 9 beperken. Om dit probleem aan te pakken, werden verschillende armaturen ontworpen en gefabriceerd en standard operating procedures werden uitgevoerd om weefsel hanteren onafhankelijk van de vaardigheden van de gebruikers over de hele monstervoorbereiding proces. Terwijl de dijbenen werden verworven en getest over meerdere jaren, het protocol en de hardware hetzelfde gebleven verminderen van de mogelijke voorbereiding fouten.

Een belangrijke stap in onze botten voorbereidingsproces was om een ​​CT-scan uit te voeren voor 3D-modellering van botbreuken met behulpQCT / FEA. Zo registratie tussen CT-scan en toekomstige fractuur testen was een noodzakelijke stap in onze dijbeen steekproef voorbereiding protocol 10.

De huidige methode voor de bereiding bot heeft een aantal beperkingen. Hoewel een zorgvuldige planning tijdens de overname van de kadavers, dissectie, oppotten en CT-scan is uitgevoerd, het plannen van de verschillende fasen van het femur voorbereiding kan een uitdaging zijn als gevolg van het personeel en de beschikbaarheid van de apparatuur. Onze proces vereist de monsters worden ingevroren en ontdooid op meerdere tijdstippen. Toch is de vriestijd nooit overschreden meer dan twee weken en de botten werden onderworpen aan een totaal van drie vries / ontdooi cycli. Ook het bot voorbereidingsproces werd ontworpen om de gebruiker fouten te minimaliseren. Wij namen slechts een fout in potten het distale uiteinde van de proximale femur. Een rechter been dijbeen werd ingegoten op het verkeerde interne draaihoek die werd ontdekt pas na CT-beeldvorming. Vervolgens this dijbeen werd verwijderd van verdere data-analyse. Daarom zou een tweede operator nodig voor deze stap te controleren van de oriëntatie van het dijbeen voor het gieten van de PMMA voor het ingieten. Er werden geen andere fouten waargenomen in elk van de andere stappen. Aldus is het belangrijk op te merken dat ons proces is zeer robuust waardoor slechts één fout, meerdere operators, tijdens de bereiding van ongeveer 200 proximaal dijbenen in de loop van enkele jaren.

Om een ​​goede kwaliteit besturingssysteem dat de kans op bedieningsfouten zal minimaliseren, bepaalde delen van het protocol moeten worden herhaald of opnieuw gecontroleerd door een tweede operator. Zo dient men tijdens potting te verzekeren dat de dijbeenschacht geboord om botcement de femur holte voeren, garandeert dat het dijbeen vast is bevestigd en niet los tijdens de test. Bovendien, oppotten het dijbeen aan de binnengrenzen draaihoek van belang wordt meestal uitgevoerd door één operator. voordat the PMMA wordt gegoten voor het potten van het distale einde, kan een tweede operator nodig om te controleren of de interne draaihoek werd ingesteld op de gewenste waarde. Tenslotte, tijdens CT scan van de femur, de uitlijning van de armatuur die het bot op de CT scanner bed kritisch. Een operator moet juist de armatuur af te stemmen op de CT-laserstralen en een tweede operator moet bevestigen dat de armatuur goed is uitgelijnd.

Terwijl het huidige protocol die specifiek is ontworpen voor breuk en modellering van femur exemplaren in een zijwaartse val op de heup configuratie, kan het gemakkelijk worden uitgebreid naar andere laden scenario's met inbegrip van niet-destructief onderzoek, of genomen om andere soorten bot te testen met de juiste armatuur redesign .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben geen relevante mededelingen.

Acknowledgments

We willen graag de materialen en structurele Testing Core Facility danken aan de Mayo Clinic voor technische ondersteuning. Daarnaast willen wij bedanken Lawrence J. Berglund, Brant Newman, Jorn op den Buijs, Ph.D., voor hun hulp tijdens de studie. Dit onderzoek werd financieel ondersteund door het Grainger Innovation Fund van het Grainger Foundation.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CT potting container and scanning fixture Internally manufactured N/A Custom designed and manufactured
CT scanner Siemens Somatom Definition scanner (Siemens, Malvern, PA) CT scanning equipment
Quantitative CT Phantom Midways Inc, San Francisco, CA Model 3 CT calibration Phantom Used for obtaining BMD values from Hounsfield units in the CT image
Dual Energy X-ray Absorptiometry scanner General Electric N/A GE Lunar iDXA scanner for bone health or any similar BMD scanners
Hygenic Orhodontic Resin (PMMA) Patterson Dental Supply H02252 Controlled substance and can be purchased with proper approval
Freezer Kenmore N/A This is a -20 °C storage for bones
X-ray scanner General Electric  46-270615P1 X-ray imaging equipment.  
X-ray films Kodak N/A Used to display x-ray images
X-ray developer Kodak X-Omatic M35A X-OMAT  Used for developing X-ray images
X-ray Cassette Kodak X-Omatic N/A Used for holding x-ray films
5-pound Rice Bags Great Value N/A  Used for mimicking soft tissue during the DXA scanning process
Physiologic Saline (0.9% Sodium Chloride) Baxter NDC 0338-0048-04 Used for keeping samples hydrated
Scalpels and scrapers Bard-Parker N/A Used to clean the bone from soft tissue
Cast cutter Stryker 810-BD001 Used to cut femoral shaft
Drilling machine Bosch N/A Used to drill the femoral shaft
Fume Hood Hamilton 70532 Used for ventilation when using making PMMA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Geneeskunde been voorbereiding protocol heup botbreuken competitieprogramma ontwerp biomechanica vallen op de heup
Proximale Cadaveric Femur Voorbereiding voor Fracture Sterkte Testen en Kwantitatieve CT-gebaseerde Finite Element Analysis
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Dragomir-Daescu, D., Rezaei, A.,More

Dragomir-Daescu, D., Rezaei, A., Uthamaraj, S., Rossman, T., Bronk, J. T., Bolander, M., Lambert, V., McEligot, S., Entwistle, R., Giambini, H., Jasiuk, I., Yaszemski, M. J., Lu, L. Proximal Cadaveric Femur Preparation for Fracture Strength Testing and Quantitative CT-based Finite Element Analysis. J. Vis. Exp. (121), e54925, doi:10.3791/54925 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter