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Bioengineering

मुरीन फेमोरल गर्दन के कैंटिलीवर झुकने

Published: January 5, 2022 doi: 10.3791/63394
Automatic Translation
1, 1,2
1Department of Orthopedics, Center for Musculoskeletal Research, University of Rochester Medical Center, 2Department of Biomedical Engineering, University of Rochester

Summary

वर्तमान प्रोटोकॉल एक कैंटिलीवर झुकने वाले सेट-अप में मुरीन ऊरु गर्दन के लिए एक पुनरुत्पादक परीक्षण मंच के विकास का वर्णन करता है। कस्टम 3 डी मुद्रित मार्गदर्शिकाओं का उपयोग लगातार और सख्ती से इष्टतम संरेखण में फीमर को ठीक करने के लिए किया गया था।

Abstract

ऑस्टियोपोरोसिस वाले व्यक्तियों में ऊरु गर्दन में फ्रैक्चर एक आम घटना है। रोग राज्यों और उपचारों का आकलन करने के लिए कई माउस मॉडल विकसित किए गए हैं, जिसमें प्राथमिक परिणाम उपाय के रूप में बायोमैकेनिकल परीक्षण किया गया है। हालांकि, पारंपरिक बायोमैकेनिकल परीक्षण लंबी हड्डियों के मिडशाफ्ट पर लागू मरोड़ या झुकने वाले परीक्षणों पर केंद्रित है। यह आमतौर पर ऑस्टियोपोरोटिक व्यक्तियों में उच्च जोखिम वाले फ्रैक्चर की साइट नहीं है। इसलिए, एक बायोमैकेनिकल परीक्षण प्रोटोकॉल विकसित किया गया था जो ऑस्टियोपोरोसिस रोगियों द्वारा अनुभव किए गए फ्रैक्चर के प्रकारों को बेहतर ढंग से दोहराने के लिए कैंटिलीवर झुकने वाले लोडिंग में मुरीन फीमर की ऊरु गर्दन का परीक्षण करता है। चूंकि बायोमैकेनिकल परिणाम ऊरु गर्दन के सापेक्ष फ्लेक्सुरल लोडिंग दिशा पर अत्यधिक निर्भर हैं, इसलिए लोडिंग दिशा के सापेक्ष 20 डिग्री के कोण पर एक ऊरु शाफ्ट को बनाए रखने के लिए 3 डी मुद्रित गाइड बनाए गए थे। नए प्रोटोकॉल ने संरेखण में परिवर्तनशीलता को कम करके परीक्षण को सुव्यवस्थित किया (21.6 ° ± 1.5 °, COV = 7.1%, n = 20) और मापा बायोमैकेनिकल परिणामों (औसत COV = 26.7%) में पुनरुत्पादन में सुधार हुआ। विश्वसनीय नमूना संरेखण के लिए 3 डी मुद्रित मार्गदर्शिकाओं का उपयोग करने वाला नया दृष्टिकोण नमूना misalignment के कारण माप त्रुटियों को कम करके कठोरता और पुनरुत्पादन में सुधार करता है, जो ऑस्टियोपोरोसिस के माउस अध्ययन में नमूना आकार को कम करना चाहिए।

Introduction

फ्रैक्चर जोखिम ऑस्टियोपोरोसिस से जुड़ी एक गंभीर चिकित्सा चिंता है। अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में हर साल 1.5 मिलियन से अधिक नाजुकता फ्रैक्चर की सूचना दी जाती है, जिसमें कूल्हे में फ्रैक्चर होते हैं, विशेष रूप से ऊरु गर्दन, प्रमुख फ्रैक्चर टाइप 1 के रूप में। यह अनुमान लगाया गया है कि 18% महिलाएं और 6% पुरुष अपने जीवनकाल में ऊरु गर्दन फ्रैक्चर का अनुभव करेंगे2, और फ्रैक्चर के बाद 1 वर्ष में मृत्यु दर 20% 1 से अधिक है। इसलिए, माउस मॉडल जो ऊरु गर्दन के बायोमैकेनिकल परीक्षण की अनुमति देते हैं, नाजुकता फ्रैक्चर का अध्ययन करने के लिए उपयुक्त हो सकते हैं। माउस मॉडल संभावित रूप से ऑस्टियोपोरोसिस में शामिल ट्रांसलेटेबल सेलुलर और आणविक घटनाओं को स्पष्ट करने के लिए शक्तिशाली उपकरण भी प्रदान करते हैं। यह आनुवांशिक पत्रकारों की उपलब्धता, फ़ंक्शन मॉडल के लाभ और हानि, और आणविक तकनीकों और अभिकर्मकों के विशाल पुस्तकालय के कारण है। माउस हड्डियों का यांत्रिक परीक्षण हड्डी के स्वास्थ्य, जीनोटाइपिक और फेनोटाइपिक विविधताओं को निर्धारित करने के लिए आवश्यक परिणाम उपाय प्रदान कर सकता है जो रोग के एटियलजि की व्याख्या कर सकते हैं, और हड्डी की गुणवत्ता और फ्रैक्चर के जोखिम के परिणाम उपायों के आधार पर उपचार का आकलन कर सकते हैं3।

ऊरु गर्दन की शारीरिक रचना अद्वितीय यांत्रिक लोडिंग परिदृश्य बनाती है, जो आमतौर पर फ्लेक्सुरल (झुकने) फ्रैक्चर का कारण बनती है। ऊरु सिर फीमर के समीपस्थ छोर पर एसिटेबुलर सॉकेट में लोड किया जाता है। यह ऊरु गर्दन पर एक कैंटिलीवर झुकने का परिदृश्य बनाता है, जो ऊरु शाफ्ट से सख्ती से जुड़ा होता है4। यह ऊरु मध्य-डायफिसिस पर पारंपरिक 3- या 4-बिंदु झुकने वाले परीक्षणों से भिन्न होता है। हालांकि ये परीक्षण सहायक होते हैं, वे लोडिंग को दोहराते नहीं हैं जो आमतौर पर फ्रैक्चर स्थान या लोडिंग परिदृश्य के संदर्भ में ओस्टियोपेनिक और ऑस्टियोपोरोटिक व्यक्तियों में नाजुकता फ्रैक्चर की ओर जाता है।

चूहों में नाजुकता फ्रैक्चर जोखिम का बेहतर आकलन करने के लिए, मुरीन ऊरु गर्दन के कैंटिलीवर झुकने वाले परीक्षणों की पुनरुत्पादकता में सुधार करने की मांग की गई थी। जैसा कि सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की गई है, ऊरु शाफ्ट के सापेक्ष ऊरु सिर पर लोडिंग कोण को परिणाम उपायों को काफी प्रभावित करने के लिए दिखाया गया है5, जिससे रिपोर्ट किए गए परिणामों की विश्वसनीयता और पुनरुत्पादन के लिए एक चुनौती पैदा होती है। नमूना तैयारी के दौरान फीमर के उचित और सुसंगत संरेखण को सुनिश्चित करने के लिए, गाइड डिजाइन किए गए थे, और C57BL / 6 माउस फीमर के μCT स्कैन पर किए गए एनाटॉमिक माप के आधार पर 3 डी मुद्रित किया गया था। गाइड को लगातार नमूनों को पॉटिंग करने में सहायता करने के लिए डिज़ाइन किया गया था जैसे कि ऊरु शाफ्ट को ऊर्ध्वाधर लोडिंग दिशा से ~ 20 ° पर बनाए रखा जाता है। इस कोण को चुना गया था क्योंकि यह ऊरु शाफ्ट के साथ अधिकतम झुकने के क्षण को कम करते हुए कठोरता को अधिकतम करता है, जो ऊरु गर्दन फ्रैक्चर की संभावना को बढ़ाता है और अधिक सुसंगत और पुन: प्रस्तुत करने योग्य परीक्षण 5 की ओर जाता है। नमूनों के बीच शारीरिक मतभेदों को समायोजित करने के लिए गाइड को विभिन्न आकारों में 3 डी मुद्रित किया गया था और ऐक्रेलिक हड्डी सीमेंट में पॉटिंग करते समय नमूनों को स्थिर स्थिति में रखने के लिए उपयोग किया जाता था। कठोरता, अधिकतम बल, उपज बल, और अधिकतम ऊर्जा की गणना बल-विस्थापन रेखांकन से की गई थी। इस परीक्षण विधि ने उपर्युक्त बायोमैकेनिकल परिणाम के लिए लगातार परिणाम दिखाए। अभ्यास और 3 डी मुद्रित गाइड की सहायता के साथ, misalignment के कारण माप त्रुटियों को कम से कम किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप विश्वसनीय परिणाम उपाय होते हैं।

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Protocol

पशु अध्ययन को पशु संसाधनों की रोचेस्टर समिति विश्वविद्यालय द्वारा अनुमोदित किया गया था। इस अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले चूहे C57BL /6 पुरुष और मादाएं थीं जो 24-29 सप्ताह की उम्र से लेकर थीं। चूहों को भोजन और पानी के विज्ञापन लिबिटम के साथ मानक स्थितियों में रखा गया था। कार्बन डाइऑक्साइड साँस लेने के माध्यम से इच्छामृत्यु पर, गर्भाशय ग्रीवा विस्थापन के बाद, 20 दाएं फीमर (10 पुरुष और 10 महिला) को परीक्षण किए जाने तक -20 डिग्री सेल्सियस पर काटा और जमे हुए थे।

1. कस्टम 3 डी मुद्रित बढ़ते मार्गदर्शिकाओं का निर्माण

नोट: इस चरण की आवश्यकता हो सकती है क्योंकि विभिन्न उपभेदों और आनुवंशिक फेनोटाइप में अलग-अलग शारीरिक ज्यामिति हो सकती है।

  1. प्रतिनिधि नमूनों के μCT स्कैन प्राप्त करें।
    1. निम्नलिखित सेटिंग्स के साथ एक μCT स्कैनर पर प्रतिनिधि नमूनों को स्कैन करें: 55 kV, 300 ms एकीकरण समय के लिए 145 μA, और 10.5 μm voxels का रिज़ॉल्यूशन।
    2. सुनिश्चित करें कि कब्जा कर लिया क्षेत्र फीमर के समीपस्थ छोर को कवर करता है और मिडशाफ्ट के माध्यम से नीचे जारी रहता है।
      नोट:: यदि एक μCT स्कैनर अनुपलब्ध है, तो प्रतिनिधि नमूनों के 2D प्लानर एक्स-रे का उपयोग किया जा सकता है।
  2. μCT स्कैन का विश्लेषण करें।
    1. μCT स्कैन के प्रतिनिधि सेट का उपयोग करते हुए, समीपस्थ फीमर के पूर्वकाल दृश्य का एक 2 डी प्रतिपादन प्राप्त करें।
      1. मिडशाफ्ट से फीमर के समीपस्थ छोर तक 10.5 μm voxels के रिज़ॉल्यूशन के साथ μCT छवियों को प्राप्त करें। सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके इन स्लाइसों को संकलित करें ( सामग्री की तालिका देखें) नमूने के 3 डी रेंडरिंग में।
      2. आसपास के ऊतकों से हड्डी को अलग करने के लिए एक सीमा निर्धारित करें और शोर में कमी के लिए गाऊसी फ़िल्टर लागू करें।
      3. ऑफ-अक्ष झुकाव को खत्म करने के लिए 3 डी रेंडरिंग को उन्मुख करें और यह सुनिश्चित करें कि फीमर की पूर्वकाल सतह को देखा जाए।
      4. 3D रेंडरिंग के इस 2D दृश्य को छवि फ़ाइल के रूप में निर्यात करें, जैसे .jpg या .png.
    2. एक छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग करना ( सामग्री की तालिका देखें), ऊरु शाफ्ट के लंबवत एक रेखा खींचकर ऊरु शाफ्ट कोण को मापें 7 मिमी दूरस्थ रूप से और उपर्युक्त लंबवत रेखा के मध्य बिंदु पर अधिक से अधिक ट्रोचेंटर के शिखर के माध्यम से एक दूसरी रेखा खींचकर (चित्रा 1)।
    3. 7 मिमी डिस्टल लंबवत रेखा के साथ, तीसरे ट्रॉकेंटर के नीचे ऊरु शाफ्ट व्यास को मापें।

Figure 1
चित्रा 1: μCT विश्लेषण C57Bl /6 चूहों के फीमर की μCT छवियों का उपयोग औसत शाफ्ट कोण की गणना करने के लिए किया जाता है, जो मिडशाफ्ट के केंद्र के माध्यम से अधिक से अधिक ट्रोचेंटर के शीर्ष से मापा जाता है, ~ 7 मिमी दूरस्थ रूप से। मिडशाफ्ट व्यास को भी इस स्थिति में मापा गया था। समीपस्थ फीमर के 3 डी रेंडरिंग तीसरे trochanter की प्रोफ़ाइल प्रदर्शित करने के लिए एक पूर्वकाल दृश्य में उन्मुख थे। औसत शाफ्ट कोण 93.13° (एसडी = 1.19 डिग्री) था, और औसत मिडशाफ्ट व्यास 1.53 मिमी (एसडी = 0.14 मिमी) (एन = 20) था। स्केल बार = 1 मिमी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

  1. एक 3 डी मॉडलिंग सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग करके बढ़ते मार्गदर्शिकाएँ बनाएँ ( सामग्री की तालिका देखें) (चित्रा 2, पूरक फ़ाइल 1)।
    नोट: मार्गदर्शिकाएँ आयताकार घनाभ हैं जो 6.25 मिमी x 3.25 मिमी x 7 मिमी को एक कोण वाले स्लॉट के साथ मापते हैं, जो चरण 1.1.2 में निर्धारित औसत शाफ्ट व्यास से थोड़ा बड़ा है। स्लॉट का कोण ऊर्ध्वाधर से 20° का एक सुसंगत कोण बनाएगा। गाइड लंबाई, ऊंचाई और चौड़ाई में सुसंगत होना चाहिए, लेकिन हड्डी के नमूनों के बीच शारीरिक अंतर को समायोजित करने के लिए विभिन्न स्लॉट व्यास के साथ बनाया जा सकता है।

Figure 2
चित्रा 2: गाइड डिजाइनिंग. (ए) 3 डी स्केच और (बी) 3 डी प्रिंटिंग से पहले मिडशाफ्ट एंगलिंग फिक्स्चर का विज़ुअलाइज़ेशन। पिछले साहित्य के आधार पर, 20 डिग्री के बीच एक मिडशाफ्ट कोण कठोरता को अधिकतम करता है। यह ऊरु शाफ्ट में अधिकतम झुकने के क्षण को कम करता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि गर्दन में फ्रैक्चर और यांत्रिक परिणामों में परिवर्तनशीलता हो। मिडशाफ्ट औसत कोणों में लंबवत से 3.13° विचलन की क्षतिपूर्ति करने के लिए, स्थिरता कोण को 20° के कोण का उत्पादन करने के लिए 73.13° पर सेट किया गया था। संरेखण जुड़नार को 1.9-2.2 मिमी से लेकर व्यास के साथ मुद्रित किया गया था ताकि अलग-अलग मिडशाफ्ट व्यास के लिए एक उचित फिट सुनिश्चित किया जा सके। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

  1. 3D प्रिंटर का उपयोग करके, मार्गदर्शिकाएँ मुद्रित करें. परीक्षण प्रक्रिया के दौरान गाइड चालू रह सकते हैं, इसलिए गाइड की कई प्रतिकृतियों को मुद्रित करना एक साथ कई नमूनों को तैयार करने के लिए फायदेमंद हो सकता है।

2. नमूना तैयारी

  1. माउस पेट के चारों ओर पूरी तरह से एक अनुप्रस्थ चीरा बनाकर और टखनों के चीरे से ऊतक को हटाकर माउस फीमर की कटाई करें। इसके बाद, हिप सॉकेट का पता लगाएं और कूल्हे को विस्थापित करने के लिए ठीक संदंश की एक जोड़ी की नोक का सावधानीपूर्वक उपयोग करें। माउस से पैर को हटाने के लिए अतिरिक्त नरम ऊतक को काटें।
  2. एक बार पैर काटा जाता है, तो घुटने के जोड़ के माध्यम से विस्थापित और काटने के लिए एक स्केलपेल का उपयोग करें। मैन्युअल रूप से संदंश, scalpels, और कागज तौलिये का उपयोग कर सभी नरम ऊतक के फीमर साफ.
  3. काटे गए नमूनों का तुरंत परीक्षण करें या उन्हें 6 महीने तक के लिए -20 डिग्री सेल्सियस पर स्टोर करें। यदि नमूने जमे हुए हैं, तो उन्हें कमरे के तापमान पर आने की अनुमति दें और प्रीपिंग से पहले 2 घंटे के लिए पीबीएस में हाइड्रेट करें।
  4. 1/4 "x 1/4" वर्ग एल्यूमीनियम टयूबिंग का उपयोग करना ( सामग्री की तालिका देखें), लंबाई में टयूबिंग वर्गों 1/2 "से 1" में कटौती करें। एक नक़्क़ाशी उपकरण का उपयोग करते हुए, नमूना आईडी के साथ प्रत्येक एल्यूमीनियम खंड लेबल।
  5. टयूबिंग सेगमेंट के आधे हिस्से को पुट्टी से भरें। उन्हें सीधा रखने के लिए एक स्थिरता में इन टयूबिंग खंडों जगह.
  6. साफ किए गए फीमर को 3 डी मुद्रित मार्गदर्शिकाओं में रखें। ऐसा करने के लिए, नमूनों को बेंचटॉप पर फ्लैट रखें ताकि पूर्वकाल की सतह का सामना करना पड़े। गाइड को सीधे तीसरे ट्रोचेंटर के नीचे रखें, जहां शाफ्ट व्यास अधिक सुसंगत हो जाता है।
    नोट: यह गाइड के ऊपर समीपस्थ फीमर के ~ 7mm छोड़ देगा।
  7. गाइड पर रखते समय फीमर को पार्श्व या औसत दर्जे की तरफ घूमने से रोकने के लिए, गाइड को लागू करते समय एक हाथ से समीपस्थ और डिस्टल सिरों को पकड़ें, दृढ़ता से फीमर को वर्कबेंच पर दबाएं और अपने दूसरे हाथ का उपयोग करके, 3 डी मुद्रित गाइड को फीमर के मिडशाफ्ट पर रखें। उचित व्यास गाइड को धीरे से लागू करना सुनिश्चित करें, क्योंकि फीमर के मिडशाफ्ट स्नैप कर सकते हैं यदि एक गाइड में बहुत छोटे से मजबूर किया जाता है।
  8. एक बार जब गाइड फीमर पर होते हैं, तो उन्हें संबंधित एल्यूमीनियम खंडों के सामने रखें। हड्डी सीमेंट या अन्य सख्त एजेंटों का उपयोग करके, एल्यूमीनियम खंडों को तब तक भरें जब तक कि बस पूर्ण न हो जाए, विस्थापन के लिए थोड़ा कमरा छोड़ दें।
  9. सही एल्यूमीनियम खंड में गाइड के साथ फीमर जगह.
    नोट: गाइड एल्यूमीनियम खंडों पर केंद्रित नहीं किया जाएगा, एल्यूमीनियम पॉट के केंद्र में बैठने के लिए फीमर के डिस्टल छोर की अनुमति देने के लिए एक तरफ थोड़ा बैठा है।
  10. हार्डनिंग एजेंट को सेट करने की अनुमति दें। एक बार सेट होने के बाद, नमूने को कमरे के तापमान फॉस्फेट-बफ़र्ड खारा (पीबीएस) के साथ एक पेट्री डिश में रखें और 2 ज (चित्रा 3) के लिए पुन: हाइड्रेट करने की अनुमति दें।

Figure 3
चित्रा 3: कस्टम जिग्स और एंगलिंग जुड़नार का उपयोग करके नमूना तैयारी। (ए) उचित संरेखण के साथ एल्यूमीनियम बर्तनों में नमूनों को 3 डी मुद्रित गाइड का उपयोग करके बनाए रखा जाता है जबकि हड्डी सीमेंट सूख रहा है। (बी) परीक्षण से पहले एक्स-रे एंगलिंग फिक्स्चर की छाया और फीमर के डिस्टल छोर के आसपास की हड्डी सीमेंट की पूरी कवरेज को दर्शाता है। एल्यूमीनियम के बर्तनों के तल पर संतृप्त सफेद क्षेत्र पुट्टी है, जिसका उपयोग सख्त होने पर बर्तनों में हड्डी सीमेंट रखने के लिए किया जाता है। स्केल बार (पैनल बी) = 5 मिमी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

3. हार्डवेयर सेट-अप

  1. एक यांत्रिक परीक्षण प्रणाली (एमटीएस) का उपयोग करते हुए, रिज़ॉल्यूशन <1 एन के साथ एक लोड सेल को संलग्न और कैलिब्रेट करें ( सामग्री की तालिका देखें) (चित्रा 4 ए)।
    नोट: लोड सेल मंच पर माउंट किया जा सकता है या, अधिमानतः, actuator जब संभव हो.
  2. एक वर्ग स्लॉट है कि मजबूती से नमूनों के साथ एल्यूमीनियम खंडों पकड़ जाएगा के साथ एक स्थिरता संलग्न करें. जगह में दृढ़ता से नमूने रखने के लिए होल्डिंग स्थिरता के दो पक्षों के लिए सेट शिकंजा संलग्न करें। (चित्र4B)।
    नोट:: इस स्थिरता 3 डी मुद्रित या machined किया जा सकता है और फिर थ्रेडेड पेंच छेद के साथ दोहन परीक्षण फ्रेम करने के लिए माउंट करने के लिए।
  3. Actuator करने के लिए एक लोडिंग प्लेटन संलग्न करें। यह बस एक चपटा टिप (चित्रा 4 सी) के साथ एक पतला पेंच हो सकता है।
  4. MTS के सामने सीधे एक मेज या सतह पर एक स्टीरियोमाइक्रोस्कोप रखें। यदि माइक्रोस्कोप के माध्यम से सेट-अप देखने के लिए अतिरिक्त प्रकाश की आवश्यकता होती है, तो इन्हें सिस्टम के चारों ओर रखें।

Figure 4
चित्रा 4: हार्डवेयर सेट-अप( ए) उचित नमूना स्थिति सुनिश्चित करने के लिए 1 kN लोड सेल (रिज़ॉल्यूशन < 1 N) और काले द्विअक्षीय चरण के साथ यांत्रिक परीक्षण प्रणाली पर परीक्षण का सेट-अप। (बी) एक M10 थ्रेडेड रॉड और दो M4 बोल्ट जगह में एल्यूमीनियम पॉट को पकड़ने के लिए इस्तेमाल किया के साथ लोड सेल से जुड़े 3 डी मुद्रित बढ़ते स्थिरता के क्लोज अप। (C) एक पतला लोडिंग स्थिरता के साथ एक स्टीरियो माइक्रोस्कोप के माध्यम से नमूने का दृश्य। स्केल बार (पैनल C) = 5 मिमी। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

4. सॉफ्टवेयर सेट-अप

  1. एमटीएस सॉफ्टवेयर में, एक नए फ्लेक्सुरल (झुकने) प्रोटोकॉल का निर्माण शुरू करें। सुनिश्चित करें कि प्रोटोकॉल विस्थापन नियंत्रण में काम करेगा।
  2. प्रोटोकॉल की लोडिंग दर को 0.5 मिमी/सेकंड पर सेट करें।
  3. यदि सॉफ़्टवेयर में नरम कुंजियों के लिए सेटिंग है, तो प्रोटोकॉल में नरम कुंजी "बैलेंस" और "शून्य एक्सटेंशन" जोड़ें।
    नोट:: यह जल्दी से प्रत्येक नमूने का परीक्षण करने से पहले 0 करने के लिए लोड और actuator स्थिति सेट करेगा।
  4. सुनिश्चित करें कि सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम सेकंड में समय रिकॉर्ड करेगा, न्यूटन में लोड होगा, और 100 हर्ट्ज की न्यूनतम नमूना दर पर मिलीमीटर में विस्तार या विस्थापन करेगा।
  5. नए प्रोटोकॉल को सहेजें और एक नए नमूना सेट का परीक्षण शुरू करने के लिए सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम की मुख्य स्क्रीन पर लौटें।

5. परीक्षण सेट-अप

  1. एमटीएस पर नमूनों को माउंट करने से पहले, एल्यूमीनियम बर्तनों में नमूनों की एक एक्स-रे छवि प्राप्त करें। एकाधिक नमूनों को एक बार में चित्रित किया जा सकता है। सुनिश्चित करें कि नमूनों के पूर्वकाल दृश्य पॉटिंग कोण (चित्रा 5) के सत्यापन माप के लिए अनुमति देने के लिए कब्जा कर लिया गया है।

Figure 5
चित्र 5. नमूना संरेखण का मूल्यांकन। (ए) ऊर्ध्वाधर से शाफ्ट कोण को प्लानर डिजिटल एक्स-रे से मापा जाता है। (बी) प्रतिनिधि पॉटेड ऊरु शाफ्ट कोण 18.11 डिग्री से 23.99 डिग्री तक थे, जिसमें 7.1% (एन = 20) की भिन्नता का गुणांक (सीओवी) था। शारीरिक विविधताओं के कारण सेक्स मतभेद सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण नहीं थे, जैसा कि एक-पूंछ वाले अनपेयर्ड टी-टेस्ट (पी < 0.05) का उपयोग करके निर्धारित किया गया था। स्केल बार (पैनल ए) = 1 मिमी। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

  1. होल्डिंग स्थिरता में नमूने के साथ एल्यूमीनियम खंड जगह और सेट शिकंजा कस.
  2. कम actuator / लोड हो रहा है प्लेटन जब तक यह ऊरु सिर के कुछ मिलीमीटर के भीतर है.
    नोट: किसी भी बल के साथ नमूने को प्रीलोड न करें और सावधान रहें कि एक्ट्यूएटर को बहुत जल्दी कम न करें, क्योंकि नमूनों को नुकसान पहुंचाना बहुत आसान है।
  3. स्टीरियोमाइक्रोस्कोप का उपयोग करके, लोडिंग प्लेटन के नीचे सीधे ऊरु सिर की स्थिति को संरेखित करने के लिए द्विअक्षीय चरण को समायोजित करें। जगह में द्विअक्षीय चरण ताला.
  4. MTS सॉफ़्टवेयर में, actuator की स्थिति शून्य और चरण 4.3 में जोड़े गए नरम कुंजियों का उपयोग कर लोड सेल संतुलन।
  5. लोडहो रहा है प्रोटोकॉल प्रारंभ करें। लोडिंग प्लेटन और नमूने के बीच कितनी जगह छोड़ी गई थी, इसके आधार पर, परीक्षण में केवल 10-30 सेकंड लगेंगे।
  6. परीक्षण के बाद, नमूने के एक और पूर्वकाल एक्स-रे पर कब्जा करें। इसका उपयोग फ्रैक्चर के मोड को समझने और दस्तावेज करने के लिए किया जाएगा (चित्रा 6)।

Figure 6
चित्रा 6: परीक्षण के बाद नमूनों की एक्स-रे छवि। सभी नमूने ऊरु गर्दन के माध्यम से और ऊरु गर्दन-शाफ्ट अनुलग्नक (नारंगी सर्कल द्वारा हाइलाइट किए गए) के साथ एक विभाजित रेखा में फ्रैक्चर किए गए हैं। स्केल बार = 1 मिमी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

6. डेटा विश्लेषण

  1. डेटा संग्रह के बाद, सॉफ़्टवेयर में निर्यात बल और विस्थापन डेटा ( सामग्री की तालिका देखें) जो ग्राफिंग और गणितीय गणना के लिए अनुमति देता है।
  2. प्लॉट लोड बनाम. प्रत्येक नमूने के लिए विस्थापन (चित्रा 7A)। लोड-विस्थापन वक्र के रैखिक खंड के लिए एक रैखिक सन्निकटन फ़िट करें। इस रैखिक फिट की ढलान कठोरता को परिभाषित करेगी, नमूने की लोच का एक उपाय।
  3. अतिरिक्त परिणामों की गणना करें जैसे अधिकतम भार, अधिकतम विस्थापन, उपज भार, उपज बिंदु पर विस्थापन, अधिकतम भार के लिए ऊर्जा, और उपज बिंदु के लिए ऊर्जा।
    नोट:: उपज बिंदु 0.2%6 द्वारा चरण 6.2 में निर्धारित रैखिक सन्निकटन ऑफ़-सेटिंग द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। वह बिंदु जिस पर ऑफ-सेट लाइन और लोड बनाम। विस्थापन वक्र प्रतिच्छेद उपज बिंदु निर्धारित करेगा। बहुत भंगुर नमूनों के मामले में जो कम उपज दिखाते हैं, उपज बिंदु अधिकतम बिंदु के समान हो सकता है।

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Representative Results

जब गाइड की सहायता से पॉट किया जाता है, तो ऊरु शाफ्ट को 21.6 डिग्री ± 1.5 डिग्री पर संरेखित किया गया था। जबकि यह 20 ° के इच्छित कोण से <10% विचलन का प्रतिनिधित्व करता है, परीक्षण किए गए सभी नमूनों में पॉटिंग कोण के भिन्नता (सीओवी) के गुणांक पुरुष और महिला चूहों के लिए क्रमशः 7.6% और 6.5% थे, क्रमशः (एन = 10 प्रति समूह) जैसा कि पूर्व-परीक्षण प्लानर एक्स-रे (चित्रा 5) द्वारा सत्यापित किया गया था। इसके अतिरिक्त, परीक्षण के बाद एक्स-रे का उपयोग उस मोड का आकलन करने के लिए किया जाना चाहिए जिसमें नमूने विफल रहे। विफलता लगातार ऊरु गर्दन में देखी गई थी, जैसा कि इरादा है, एक विभाजित तरीके से, एक फ्रैक्चर लाइन के साथ ऊरु शाफ्ट के समानांतर और दूसरी रेखा ऊरु गर्दन के लंबवत (चित्रा 6)। यदि नमूनों के बीच टूटने के पैटर्न में महत्वपूर्ण भिन्नताएं होनी थीं, तो नमूनों की हड्डी की गुणवत्ता को वॉल्यूमेट्रिक हड्डी खनिज घनत्व, ट्रैबेक्यूलर और कॉर्टिकल मोटाई, रिक्ति और खनिजीकरण जैसे परिणामों को मापकर μCT के माध्यम से आगे मूल्यांकन किया जा सकता है। यदि विफलता लगातार ऊरु गर्दन में प्रेरित नहीं है, तो 3 डी मुद्रित मार्गदर्शिकाओं को समायोजित किया जा सकता है।

यहां रिपोर्ट किए गए बायोमैकेनिकल परिणाम उपाय ऊरु गर्दन विन्यास 7,8,9,10,11,12,13,14 के समान अक्षीय झुकने में रिपोर्ट किए गए मूल्यों के अनुरूप हैं। हालांकि, 3 डी मुद्रित मार्गदर्शिकाओं का उपयोग करके प्राप्त सुसंगत संरेखण ने आम तौर पर विशेष रूप से अधिकतम लोड के सीओवी में सुधार किया (तालिका 1)।

वर्तमान अध्ययन लिंग मिडशाफ्ट कोण अधिकतम लोड कठोरता विफलता के लिए कार्य करें
नर 8% 10% 20% 24%
मादा 7% 9% 35% 38%
Jämsä एट al10 नर NR 22% NR NR
Jämsä et al8 नर NR 19% NR NR
कमल एट अल9 मादा NR 16%-25% 11%-28% NR
मिडलटन एट al7 मादा NR 24%-27% NR NR
ब्रेंट एट al11 मादा - चूहे NR 18%-24% NR NR
Bromer एट al12* मादा NR 11%-27% NR NR
Vegger एट al13 * मादा NR 16%-32% NR NR
Lodberg14* मादा NR 11%-45% NR NR
NR: रिपोर्ट नहीं की गई
*: प्रकाशित आंकड़ों से extrapolated डेटा

तालिका 1: माउस ऊरु गर्दन के मापा flexural गुणों के लिए भिन्नता के गुणांक. भिन्नता के गुणांक एक डेटा सेट के मानक विचलन और माध्य के अनुपात का प्रतिनिधित्व करते हैं। जैसा कि सीओवी कम हो जाता है, यह माध्य के चारों ओर व्यक्तिगत डेटा बिंदुओं के एक सख्त समूहीकरण को इंगित करता है। इस प्रोटोकॉल ने समान परीक्षण करने वाले अन्य प्रकाशनों की तुलना में अधिकतम लोड के लिए सीओवी को कम कर दिया।

जैसा कि अपेक्षित था, मापा यांत्रिक गुणों में सेक्स अंतर देखा गया था। सांख्यिकीय विश्लेषण एक-पूंछ वाले अनपेयर्ड टी-टेस्ट का उपयोग करके किए गए थे। नर चूहों से ऊरु गर्दन मादा चूहों के नमूनों की तुलना में काफी मजबूत और कठोर थे (पी = 0.009 और पी = 0.0006, क्रमशः)। इसके अलावा, मादा ऊरु गर्दन ने अधिक महत्वपूर्ण विरूपण (पी = 0.014) का अनुभव किया और पुरुष चूहों के नमूनों की तुलना में विफलता (पी = 0.024) के लिए काम किया (चित्रा 7)। यह महिलाओं में कम हड्डी खनिज घनत्व के अनुरूप है और शारीरिक रूप से प्रासंगिक मतभेदों का पता लगाने के लिए परीक्षण की संवेदनशीलता को रेखांकित करता है। इस अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले नर और मादा चूहों के साथियों में, मादा चूहों की हड्डी खनिज घनत्व उनके पुरुष समकक्षों की तुलना में काफी कम था, जैसा कि दोहरी ऊर्जा एक्स-रे एब्सोर्प्टोमेट्री स्कैन (डीईएक्सए) और एक-पूंछ वाले अनपेयर्ड टी-टेस्ट (पी = 0.036) द्वारा निर्धारित किया गया था।

Figure 7
चित्र 7: बायोमैकेनिकल परिणाम। (A) एक प्रतिनिधि बल-विस्थापन वक्र, जो 0.2% ऑफसेट रैखिक फिट प्रदर्शित करता है, का उपयोग कठोरता और उपज बिंदु को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। चयनित परिणाम उपायों को माध्य और मानक विचलन को प्रदर्शित करने वाले स्कैटर प्लॉट किए गए हैं, जिनमें (बी) अधिकतम लोड (विफलता पर), (सी) कठोरता, (डी) अधिकतम विस्थापन (विफलता पर), और (ई) विफलता के लिए काम (विफलता बिंदु तक वक्र के तहत क्षेत्र) शामिल हैं। तारांकन एक-पूंछ वाले अनपेयर्ड टी-टेस्ट (* पी < 0.05, ** पी < 0.01, *** पी < 0.001, एन = 10 प्रति सेक्स कोहोर्ट) का उपयोग करके निर्धारित महत्वपूर्ण अंतरों का संकेत देते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

यह पुष्टि करने के लिए कि पॉटिंग कोण में मामूली भिन्नताओं ने प्रयोगात्मक परिवर्तनशीलता में योगदान नहीं दिया, प्रत्येक बायोमैकेनिकल परिणाम उपाय को पॉटिंग कोण के खिलाफ प्लॉट किया गया था और पुरुष समूह, महिला समूह और सभी नमूनों के लिए एक साधारण रैखिक प्रतिगमन का प्रदर्शन किया गया था (चित्रा 8)। परिकल्पना तब परीक्षण किया गया था कि रैखिक प्रतिगमन ढलान शून्य नहीं है। प्रतिगमन विश्लेषण ने दिखाया कि कठोरता को छोड़कर, पॉटिंग कोण (रेंज 18 डिग्री से 24 डिग्री) में मामूली बदलाव ने बायोमैकेनिकल परिणाम उपायों को प्रभावित नहीं किया। कठोरता के लिए, पॉटिंग कोण के साथ एक महत्वपूर्ण रैखिक सहसंबंध था (R2 = 0.29, p < 0.05)।

Figure 8
चित्रा 8: बायोमैकेनिकल परिणामों पर पॉटिंग कोण का प्रभाव। (ए) अधिकतम भार, (बी) कठोरता, (सी) अधिकतम विस्थापन, और (डी) विफलता के लिए काम सहित बायोमैकेनिकल परिणाम उपायों को पॉटिंग कोण के खिलाफ प्लॉट किया गया था और पुरुष कोहोर्ट, महिला कोहोर्ट और सभी नमूनों के लिए एक साधारण रैखिक प्रतिगमन का उपयोग करके सहसंबद्ध किया गया था। ठोस काली रेखाएं समूहीकृत नमूनों के रैखिक प्रतिगमन को दिखाती हैं, जिसमें बिंदीदार रेखाएं आत्मविश्वास अंतराल का संकेत देती हैं। पॉटिंग कोण में परिवर्तनशीलता ने अधिकतम लोड, अधिकतम विस्थापन, या विफलता कार्य को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं किया। हालांकि, जैसे-जैसे पॉटिंग कोण में वृद्धि हुई, कठोरता में वृद्धि हुई, जैसा कि पियर्सन के परीक्षण द्वारा निर्धारित किया गया है (पी = 0.0126, एन = 20)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक फ़ाइल 1: मानक त्रिभुज भाषा (. एसटीएल) गाइड की फ़ाइल। इस फ़ाइल का उपयोग प्रोटोकॉल में वर्णित मार्गदर्शिकाओं को मुद्रित करने के लिए किया जा सकता है. कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

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Discussion

यह प्रोटोकॉल मुरीन फेमोरल गर्दन के लिए एक विश्वसनीय कैंटिलीवर झुकने वाले परीक्षण की रूपरेखा तैयार करता है। प्राकृतिक कैंटिलीवर फ्लेक्स्योर परिदृश्य जो ऊरु गर्दन पर होता है, आमतौर पर मानक 3- और 4-बिंदु झुकने वाले परीक्षणों में प्रतिनिधित्व नहीं किया जाता है। यह परीक्षण विधि बेहतर है और अधिक मज़बूती से हड्डी की नाजुकता रोगियों द्वारा अनुभव किए गए ऊरु गर्दन के फ्रैक्चर के प्रकार को दोहराती है। इस प्रोटोकॉल का प्रदर्शन करते समय मुख्य फोकस ऊरु शाफ्ट के असंगत पॉटिंग के कारण परिवर्तनशीलता को समाप्त कर रहा है। गंभीर रूप से, प्रोटोकॉल के पहले और चौथे अनुभागों में उल्लिखित चरणों का बारीकी से पालन करना यह सुनिश्चित करेगा कि मार्गदर्शिकाओं का निर्माण और लोडिंग प्रोटोकॉल इस प्रकाशन में रिपोर्ट की गई रिपोर्ट की गई बातों को दोहराएंगे। जैसा कि सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की जा सकती है और प्रयोगात्मक रूप से दिखाया जा सकता है, लोडिंग अक्ष के सापेक्ष मिडशाफ्ट कोण ऊरु गर्दन द्वारा अनुभव किए गए तनावों को प्रभावित कर सकता है और संभावना है कि फ्रैक्चर ऊरु गर्दन पर होता है। पिछले समूहों ने प्रदर्शित किया है कि मिडशाफ्ट कोण ऊरु सिर के माध्यम से लोड होने पर फीमर की संपीड़न कठोरता और ताकत को काफी प्रभावित करता है। मिडशाफ्ट झुकाव कोणों के प्रभावों के पैरामीट्रिक विश्लेषण से पता चला है कि ऊरु शाफ्ट में अधिकतम झुकने वाले क्षण15 ° और 25 ° के बीच मिडशाफ्ट कोणों पर न्यूनतम अनुभव करते हैं, जो शाफ्ट कठोरता को भी अधिकतम करता है5। इसलिए, यह कोण शाफ्ट में संपीड़न फ्रैक्चर की संभावना को कम करता है और ऊरु गर्दन में फ्लेक्सुरल फ्रैक्चर की संभावना को बढ़ाता है।

कई पैरामीटर किसी भी बायोमैकेनिकल परीक्षण के परिणामों को प्रभावित कर सकते हैं और शारीरिक रूप से प्रासंगिक प्रयोगात्मक चर के कारण महत्वपूर्ण अंतर का पता लगाने की क्षमता को भ्रमित कर सकते हैं। यह परिवर्तनशीलता लंबे माउस हड्डियों के छोटे आकार से मिश्रित होती है। इस परीक्षण में ध्यान देने की आवश्यकता वाले मापदंडों में से, विशेष रूप से, फ्रीज-पिघलने वाले चक्रों की संख्या और हड्डी की जलयोजन स्थिति, लोडिंग दर, और लोडिंग की धुरी के सापेक्ष ऊरु शाफ्ट का संरेखण है। प्रोटोकॉल यह निर्धारित करता है कि सभी नमूने फ्रीज-पिघलने वाले चक्रों की एक ही संख्या और कमरे के तापमान पर पीबीएस में जलयोजन के लिए 2 घंटे की खिड़की से गुजरते हैं। लोडिंग दर भी 0.5 मिमी / s3,4 के एक समान मूल्य के लिए सेट है। इसके अलावा, 3 डी मुद्रित गाइड को पॉटिंग चरण के दौरान ~ 20 डिग्री के मिडशाफ्ट कोण पर फीमर को लगातार स्थिति में रखने के लिए डिज़ाइन किया गया था। इसके परिणामस्वरूप 18 ° से 24 ° की सीमा में लगातार मिडशाफ्ट्स कोण हुए, जिसमें शारीरिक मतभेदों और नर और मादा चूहों के लिए क्रमशः 7.6% और 6.5% की भिन्नता के गुणांक के कारण कोई महत्वपूर्ण सेक्स प्रभाव नहीं था। ये मार्गदर्शिकाएँ सुलभ हैं, आसानी से मानक ठोस मॉडलिंग सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके संशोधित की जाती हैं, और एक सस्ती डेस्कटॉप 3 डी प्रिंटर का उपयोग करके मांग पर पुन: पेश की जाती हैं।

प्रतिनिधि परिणामों से पता चला है कि परीक्षण प्रोटोकॉल सूक्ष्म शारीरिक मतभेदों के प्रति संवेदनशील है, जैसे कि सेक्स, एन = 10 के उचित नमूना आकार के साथ। n = 10 पर प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित आकार प्रभावों (δ = Πmean / SD) के लिए लेखांकन करने वाले एक पूर्वव्यापी शक्ति विश्लेषण ने सुझाव दिया कि विफलता पर अधिकतम लोड के लिए शक्ति 57% होने का अनुमान लगाया गया था (δ = 0.8), कठोरता के लिए >95% (δ = 1.77) और अधिकतम विस्थापन (δ = 1.9), और विफलता के काम के लिए 83% (δ = 1.77), क्रमशः। भिन्नता के छोटे गुणांक (तालिका 1) के साथ, यह शक्ति विश्लेषण पुष्टि करता है कि पॉटिंग कोण में भिन्नता ने प्रोटोकॉल की संवेदनशीलता और विश्वसनीयता को प्रतिकूल रूप से प्रभावित किया।

विफलता के मोड के व्यक्तिपरक विश्लेषण ने यह भी प्रदर्शित किया कि परीक्षण किए गए नमूनों का 100% ऊरु गर्दन में विफल रहा, क्योंकि उनमें से सभी ने एक विभाजित फ्रैक्चर दिखाया, जिसमें एक फ्रैक्चर लाइन शाफ्ट के समानांतर चल रही थी, साइट पर यह गर्दन से मिलती है और विभाजन के शीर्ष पर ऊरु गर्दन के लंबवत एक और फ्रैक्चर लाइन। इसमें ऊरु गर्दन के फ्रैक्चर के दो नैदानिक रूप से प्रासंगिक तरीकों से विशेषताएं शामिल हैं; Intertrochanteric और transcervical गर्दन फ्रैक्चर15. ऊरु गर्दन कैंटिलीवर झुकने के परीक्षणों का आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है और साहित्य में ऑस्टियोपोरोसिस के कृंतक मॉडल में ऊरु और टिबियल मिडशाफ्ट के मानक मरोड़ या फ्लेक्सर परीक्षण के रूप में वर्णित किया गया है। माउस और चूहे के मॉडल 5,7,8,9,16,17 का उपयोग करके इस तरह के प्रोटोकॉल का वर्णन करने के लिए केवल कुछ मुट्ठी भर अध्ययनों की पहचान की गई थी। जिस कोण पर परीक्षण के दौरान फीमर को तैनात किया गया था, वह हमेशा रिपोर्ट नहीं किया जाता है। विस्तृत विवरण वाले कुछ लोग अपने नमूनों को संरेखित करने के लिए कस्टम जुड़नार और सॉफ़्टवेयर की अत्यधिक मात्रा का उपयोग करते हैं, लेकिन फिर भी हाथ से पॉटिंग का सहारा लेते हैं, अन्य प्रोटोकॉल में एक ही मानव त्रुटि पेश करते हैं।

यह प्रोटोकॉल मुरीन नमूनों के लिए डिज़ाइन किया गया है और C57Bl / 6 चूहों के लिए निर्दिष्ट किया गया है, लेकिन आसानी से विभिन्न ऊरु ज्यामिति के साथ बड़े पशु मॉडल या अन्य मुरीन उपभेदों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। इस प्रोटोकॉल का उपयोग करने वाले भविष्य के जांचकर्ताओं को उजागर हड्डी की मात्रा को संशोधित करने की आवश्यकता हो सकती है, क्योंकि तीसरा ट्रोचेंटर ऊरु सिर से 7 मिमी दूरस्थ रूप से नहीं हो सकता है। प्रोटोकॉल के अतिरिक्त संशोधनों में एक कठोर एजेंट का उपयोग करना शामिल है जिसे आगे के परीक्षण वांछित होने पर नमूना जारी करने के लिए परीक्षण के बाद नरम किया जा सकता है। यह एक बिस्मथ मिश्र धातु के साथ किया जा सकता है जिसे नमूना 7 जारी करने के लिए परीक्षण के बाद गर्म पानी के स्नान में पिघलाया जा सकता है। अंतिम संशोधन उपयोगकर्ताइस प्रोटोकॉल के लिए कर सकते हैं चरण 3.1 में करने के लिए, प्रकार और लोड सेल की स्थिति जा रहा है में से दूर है। एक अक्षीय लोड सेल का उपयोग उप 1 एन रिज़ॉल्यूशन के साथ किया जाना चाहिए। एक 50 एन लोड सेल मनाया अधिकतम भार के आधार पर उपयुक्त होगा। इसके अलावा, एक लोड सेल जो केवल तनाव या संपीड़न को मापता है, का उपयोग किसी भी कंपाउंडिंग झुकने के क्षण से बचने के लिए किया जाना चाहिए जो लोड सेल लोड सेल के सापेक्ष सनकी लोडिंग से अनुभव कर सकता है। कंपाउंडिंग फोर्स माप से बचने का एक और तरीका यह सुनिश्चित करने के लिए एक्ट्यूएटर को लोड सेल को ठीक करना होगा कि लोडिंग बल लोड सेल के अनुरूप है।

यह प्रोटोकॉल कस्टम जुड़नार की आवश्यकता को सरल बनाता है, वर्णन करता है कि किसी भी व्यावसायिक रूप से उपलब्ध 3 डी प्रिंटर पर गाइड को कैसे मुद्रित किया जा सकता है, और सामान्य प्रयोगशाला उपकरणों का उपयोग पूरी तरह से और पुनरुत्पादित नमूनों के लिए करता है, जैसा कि वर्तमान अध्ययन में रिपोर्ट की गई भिन्नता के कम गुणांक द्वारा प्रदर्शित किया गया है (तालिका 1)। हालाँकि, यह प्रोटोकॉल 3D प्रिंटर की आवश्यकता से प्रतिबंधित नहीं है. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध समाधान मौजूद हैं, जहां 3 डी रेंडरिंग फ़ाइलों को प्रिंटिंग कंपनियों को भेजा जा सकता है, और भागों को वापस भेजा जा सकता है। इसके अतिरिक्त, ऊरु गर्दन पर लोडिंग को झुकने का यह तरीका स्थान और फ्रैक्चर के प्रकारों को चिकित्सकीय रूप से सामना करने का अनुकरण करता है। नाजुकता फ्रैक्चर के लिए उच्च जोखिम वाले लोगों की संख्या के साथ, यह भविष्यवाणी की गई है कि 205018 तक हर साल 21.3 मिलियन हिप फ्रैक्चर होंगे। विशाल सामाजिक, वित्तीय, और चिकित्सा बोझ यह है, कृंतक मॉडल में विश्वसनीय परीक्षण ऑस्टियोपोरोसिस और चिकित्सीय के एटियलजि को समझने के लिए अनुसंधान की कठोरता और पुनरुत्पादकता में सुधार कर सकता है ताकि इसे प्रभावी ढंग से इलाज किया जा सके।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

अध्ययन NIH P30AR069655 और R01AR070613 (H. A. A.) द्वारा समर्थित था।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
¼” x ¼” square aluminum tubing Grainger 48KU67 Cut to lengths of 1/2" to 1" lengths
1 kN load cell Instron 2527-130 Any load cell with sub 1 N resolution can be used.
3.5x-45x Zoom Stereo Boom Microscope Omano OM2300S-GX4 Microscope used to precisely line up samples with loading platen.
3D printed guides Custom made Angled slots at 73.13°, with diameters between 1.9 mm and 2.2 mm
3D printed mount Custom made Tapped with M10 threads to fit the mount attachment and with 2 M4 threaded holes adjacent sides to hold the aluminum tubing with sample in place.
Acrylic Base Plate Material Kit Keystone Industries 921392 Mix 3.5 g of powder with 2 mL of liquid. This will be enough for approximately 8 samples, and will begin to harden quickly.
Amira ThermoFisher Scientific Used to compile µCT scans
Biaxial stage Custom made Used to center femoral head of sample under the loading platen.
BioMed Amber Resin formlabs RS-F2-BMAM-01 Any resin from formlabs could be used for this project.
Bluehill 3 Instron V3.66 Software used to set up loading protocol and collect load, displacement and time data.
ElectroPuls 10000 Instron E10000 Mechanical testing system
Faxitron UltraFocus Faxitron BioOptics 2327A40311 X-ray imaging system
Form 2 formlabs F2 Used to print the mount and guides
Form 2 Resin Tank LT formlabs RT-F2-02 LT Tank was used to be compatible with the BioMed Resin
ImageJ National Institutes of Health ImageJ Used to assess µCT and X-ray images
Laxco iLED Series LED Light Source ThermoFisher Scientific AMPSILED30W Light source used in conjugtion with microscope.
Loading platen Custom made This can be any metal rod that is tapered to a diameter of approximately 2.5 mm. We used an M6 screw that was tapered on a lathe.
Mount attachment Custom made To secure the 3D printed mount to the load cell. We used a M10/M6 threaded rod
Phosphate Buffer Saline (PBS) ThermoFisher Scientific 10010031 Need to rehydrate the samples once acrylic base plate material has set.
Plumber's putty Oatey 31174 Used to seal the end of the aluminum tubing when pouring acrylic base plate material in. Any clay or putty could be used.
PreForm formlabs Preform 3.15.2 Formlabs software
Tissue Culture Dish Corning 353003 Samples can be laid flat in culture dish and covered in PBS to rehydrate.
vivaCT 40 Scanco µCT 40 Representative set or actual samples can be scanned prior to printing of guides to calculate femoral shaft angle and diameter.

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References

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Bioengineering अंक 179
मुरीन फेमोरल गर्दन के कैंटिलीवर झुकने
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Knapp, E., Awad, H. A. Cantilever… More

Knapp, E., Awad, H. A. Cantilever Bending of Murine Femoral Necks. J. Vis. Exp. (179), e63394, doi:10.3791/63394 (2022).

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