Kırılma Mukavemeti Test ve Kantitatif BT merkezli Sonlu Elemanlar Analizi Proksimal Kadavra Femur Hazırlık

Özet

Dikkatle korumak ve kırık testi ve kantitatif bilgisayarlı tomografi görüntüleme için kadavra femora hazırlamak için nasıl sağlam bir protokol mevcut. yöntemi, kemik mineral yoğunluğunda, kırılma dayanımı ilişkilerini belirlenmesi sonlu elemanlar modeli geometrisini ve özelliklerini tanımlamak amacıyla girdi koşullar üzerinde hassas kontrol sağlar.

Özet

Kadavra kırık testi rutin olarak proksimal femur gücünü etkileyen faktörleri anlamak için kullanılır. Ex vivo olarak biyolojik dokular zaman içinde mekanik özelliklerini kaybetmeye eğilimlidirler için, deney testleri için hazırlanması dikkatli yapılmalıdır in vivo koşullarında temsil güvenilir sonuçlar elde etmek için, numune. Bu nedenle, biz onların mekanik özellikleri minimal değişiklikler yaşadı şekilde femur örnekleri hazırlamak için bir protokol ve demirbaşlar bir dizi tasarlanmış. femora Preparat adımları ve mekanik test sırasında donmuş halde tutuldu. total kalça ve femur boynu kemik mineral yoğunluğu (BMD) ilgili klinik önlemler klinik çift X-ışını absorpsiyometri (DXA) kemik dansitometre ile elde edilmiştir ve 3D geometri ve kemik mineral dağılımı kalibrasyon fantom için birlikte BT kullanılarak elde edilmiştir gri tonlama değerlere dayalı nicel tahminleri. Herhangi bir olası kemik hastalığı, kırıkYa da implantlar veya kemik yapısını etkileyen eserler varlığı, X-ışını tarama ile ekarte edildi. hazırlanması için, tüm kemik fazlası dikkatli, yumuşak doku temizlenmiştir ve ilgi iç dönme açısı kesilerek ekilmiş. Bir kesici armatürü kemiğin distal ucu istenilen uzunluğa proksimal femur bırakarak kesilmiş izin verdi. Daha sonra CT taraması ve mekanik test sırasında öngörülen açılarda femur boynu konumlandırma izin vermek için, proksimal femoral miller istenen yönelimler için özel olarak tasarlanmış bir fikstür kullanarak polimetilmetakrilat (PMMA) ekilmiş. Farklı protokolde tarif edildiği gibi deneylerimiz toplanan veriler daha sonra, sonlu eleman analizi (FEA) tabanlı kantitatif bilgisayarlı tomografi (QCT) doğrulanması için kullanılmıştır. Bu yazıda, mekanik test ve sonraki QCT / FEA modelleme için hassas kemik hazırlanması için protokol mevcut. Mevcut protokolü başarılı bir şekilde yaklaşık 200 cad hazırlanması için uygulandı6 yıllık süre zarfında averic femora.

Giriş

Gerçek kadavra proksimal femur kırılma kuvvetinin mekanik testlerle belirlenmesi, doğru ölçümler için titiz bir test yaklaşımı gerektiren yıkıcı bir yöntemdir. Özellikle, mekanik kırık testinden önce kemiklerin in vivo bütünlüğünü korumak için uygun kemik hazırlama yöntemleri gereklidir¹. Bu, uygun kemik depolanması ve oda sıcaklığında kullanımın en aza indirilmesi ile elde edilir. Bu test verileri, özellikle osteoporotik hastalarda kırık riskini anlamak için klinik olarak kullanılma potansiyeline sahip femur kırığının QCT/FEA modellerini doğrulamak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ne yazık ki, mekanik test için proksimal femur örneklerini hazırlamak için mevcut standart bir prosedür yoktur. İyi bir test prosedürü, hazırlama işleminin tekrarlanabilirliğini ve tekrarlanabilirliğini sağlamalıdır. Bu nedenle, numune hazırlama için gerekli olan fikstürlerin, çeşitli test hatalarının olasılığını en aza indirmek için dikkatli bir şekilde tasarlanması ve üretilmesi gerekir. Ayrıca, kemik dokusunun oda sıcaklığında olduğu ve dolayısıyla mekanik özelliklerde geri dönüşü olmayan değişikliklerle bozulma tehlikesiyle karşı karşıya olduğu hazırlık süresini de en aza indirmemiz gerekiyor.

Bu amaçla, birden fazla hazırlık adımında kemik dokusunu koruyan bir prosedür geliştirdik. Bu, oda sıcaklığında minimum maruz kalma süresini sağlarken aynı zamanda doku fiziksel özelliklerini etkileyebilecek donma/çözülme döngülerinin sayısını en aza indirmek için önemlidir². Adımlar birkaç hafta içinde gerçekleştiğinden ve tarama prosedürleri ve personel mevcudiyeti için zamanlama gerektirdiğinden tüm prosedür uzun ve karmaşıktır. Adımlar, kemik örneklerinin çözülmesini, kemik mineral yoğunluğu (BMD) değerlerini elde etmek için DXA taraması kullanılarak örneklerin taranmasını, herhangi bir hastalıklı örneği ekarte etmek için X-ışınını ve son olarak kemik minerali ve femoral geometrinin dağılımını tahmin etmek için BT taramasını içeriyordu. Tüm örnekler, kemik yüzeyinden yabancı yumuşak dokuların çıkarılması, uyluk kemiğinin test için gereken uzunlukta kesilmesi ve sonraki testler sırasında kalça üzerine yana doğru düşmeyi simüle etmek için uyluk kemiğinin istenen bir yönde saklanması yoluyla test için hazırlandı. Tüm bu işlemler için zaman dilimini mümkün olduğunca kısa tutmak önemlidir. Bu nedenle, tutarlı numune hazırlama, adımlar arasında doku koruma ve genel hazırlama süresini azaltmak için sağlam bir protokol zorunludur.

Bu yazının amacı, çeşitli koşullar altında müteakip mekanik testler için femoral örneklerin hazırlanmasında yer alan prosedürleri ayrıntılı olarak sunmaktır. Kemik dokusunun korunması bu süreçte çok önemlidir ve bunu, numuneleri adımlar arasında donmuş halde tutarak ve kemiklerin taranması ve mekanik olarak test edilmesi dışında her zaman tuzlu doymuş havlulara dikkatlice sarılarak başardık. Femora ayrıca kemik dokusunun kuruluğunu önlemek için PMMA kürlemesini içeren adımlar sırasında tuzlu ıslak havlulara sarılı olarak tutuldu.

Protokol

NOT: Bu protokol sunulan tüm çalışmalar Mayo Clinic Kurumsal Değerlendirme Kurulu (KİK) tarafından onaylanmıştır. Kemikler çeşitli kuruluşlardan 6 yıllık bir süre boyunca elde edildi. Tüm örnekler doymuş tuz havlu sarılır ve hazırlanana kadar -20 ° C'de saklandı, ölüm 72 saat içinde toplanmıştır.

1. DXA Kullanarak Kemik Mineral Yoğunluğu Ölçümü

1. yaklaşık 24 saat boyunca oda sıcaklığında erimeye -20 ° C dondurucuda tutuldu örnekleri çıkarın; Numuneler en yumuşak doku kaldırıldı eğer orijinal ambalajında ​​kaldırılması gerekmez.
2. yumuşak doku hesaba pirinç iki 5 lb çanta kullanın. bulaşmasını önlemek için plastik torba ile DXA masaya iki pirinç torbaları örtün. Şekil 1'de gösterildiği gibi pirinç torbaları tarama sırasında (in vivo) yumuşak doku çevresindeki simüle edilecek.
3. plastik kaplı kağıt DXA tarayıcı yüzeyini korumak ve 2 plastik sarılı ri yerTarayıcı tablo (Şekil 1A) üzerine ce çanta.
4. Böyle (femur başı dahil) proksimal ucu çanta üzerinde odaklanmaktadır ve arka tarafı aşağı (Şekil 1B) olduğu pirinç torbaları üstünde 2 femora (sağ ve sol) yatırın. Bu onların arkasında yatan bir hastayı taklit eder.
5. Kapak ön / ek iki adet 5 lb pirinç torbaları (Şekil 1C) ile maruz proksimal femur sonu.
6. Pozisyon makinesi proksimal femur üzerinde kafa ve hasta BMD ölçümü (Şekil 1C) için standart kurumsal prosedüre göre femur tarayın. Belirli DXA üretici talimatları izleyin.
   1. DXA makinesi yazılım arayüzü normal bir femur taraması gerçekleştirin. Femur sınav seçin DXA kolunda buna göre sağ veya sol ok tuşuna basarak kadavra femur üstüne DXA kolunuzu ve "start" düğmesine tıklayarak sınav başlayın. "Analiz" düğmesine tıklayarak BMD analizi gerçekleştirmek.
      DEĞİLE: tarama kaynaklanan otomatik T puanı normal, osteopenik veya osteoporotik (Şekil 1D) olarak kemik sınıflandırır. Belirli DXA üretici talimatları izleyin.

2. Temizleme, Kesme ve Kemik distal sonu Delme

1. dikkatle kemik kalan yumuşak doku kaldırarak femur en yakın 300 mm temizleyin. Bu adım PMMA mekanik testler için hazırlık çömlekçilik sürecinde kemik temas etmesine izin için gereklidir. Kemikler, bu işlem için, oda sıcaklığına kadar çözündürüldü gerekli değildir.
2. % 70 izopropil alkol ile çalışma alanını dezenfekte ve bir tarafta (Şekil 2A) plastik film ile emici kağıt pedleri ile masaya kapsamaktadır. (2H için Şekil 2A) kesme temizlik ile başlayan tüm süreç için masaya (Şekil 2B) üzerinde tüm femur ayarlayın. eldiven dahil olmak üzere kişisel koruyucu ekipman (KKE) giyinve göz koruması.
3. Fazla periost kazımak ve kazıyıcı ve neşter (Şekil 2C, 2H) kullanarak aşırı doku kesip.
4. Bağlama düzeninin sistem akrilik plakaya karşı femur başı Şekil 2D'de gösterildiği gibi, özel yapılmış kesilmiş bir fikstür kemik yerleştirin.
5. Hizalayın ve kesme fikstür (Şekil 2B) iki pimleri karşı gövdesini tutun.
6. diyafizinde yarıklı plaka aşağı sıkarak fikstür kemiği Güvenli; Kemik fikstür üzerinde düz yalan değilse, uzak uç kapalı masa üstü asmak ve numune yerine (Şekil 2B) tutmak gerektiği gibi ayrıca isteğe bağlı zip femur boynu kravat.
7. Bir kılavuz olarak oluklu levha aracılığıyla döküm kesici (Şekil 2E) kullanarak femur distal şaft Kes; daha iyi kavrama için kuru bir bez / havlu ile kemik tutun.
8. fikstür kemiği çıkarın; kesintisinden sonra normal kemik uzunluğu 255 mm (Şekil olduğunu2F).
9. yaklaşık 25 mm derinliğinde bir küret kullanılarak iliği medüller kanalı temizleyin. Sonra, iç yüzeyi kurumaya yardımcı olmak için bir gazlı bez sünger yerleştirin. kalıp femur uzak ucunu yerleştirerek hemen önce gazlı bez çıkarın. Kavrama kuru bir havlu / bez ile kemik ve distal sonuna kadar numunenin yakın kesilmiş ucundan yaklaşık 25 mm 10 mm delik açın. Not: Bu PMMA kanalı nüfuz ve sıkıca kemiği sabitlemek için izin vermektir.

3. Kemik Saksı

1. Tasarım ve imal saksı konteyner. Saksı kaplar 5 mm kalınlığında akrilik levhalar imal edilmiştir ve şu dış boyutlara sahiptir: 50 mm kare kesitli 100 mm boyunda (Şekil 3a) 50 mm.
2. Uygun kemik tanımlama ile etiket saksı kabı (Şekil 3A ve 3B - akrilik kutu üzerindeki etikete bakınız).
3. doğru yöne gömme armatür ayarlayın (sol bacakveya sağ bacak; örneğin 15 ° veya 30 ° iç rotasyon).
4. Saksı konteyner (Şekil 3B) fikstür, yer kemik gömme tabanındaki saksı kabı yerleştirin ve istenilen değere kemiğin iç rotasyon açısını ayarlamak için fikstür (Şekil 3C) de pointer ile boyun hizalayın.
5. PMMA tozu 60 g ölçülür ve tozu çözülene kadar davlumbaz altında sıvı reçine 30 g karıştırılır. Karışım, dökülebilir olmalıdır. Bu işlem için bir kullanılıp atılabilir kağıt bardak kullanın.
6. PMMA net ve sert olana kadar 15 dakika - davlumbaz (Şekil 3D) altında kemik çömlekçilik kabına dökün, yaklaşık 10 sertleşmesi için izin verir. Bu sadece ~ PMMA ile çömlekçilik kabın 1/2 doldurmalıdır. Dikkatle PMMA polimerizasyonu (Şekil 3E) boyunca kuşak ısı nedeniyle doku kurumasını önlemek doymuş tuz havlu kemik sarın.
7. Periyodik olarak hizalanmış kalır emin olmak için femur kontrolkür sırasında konteyner.
8. Saksı fikstür gelen femur çıkarın ve tuzlu ıslatılmış kağıt havlu (Şekil 3E) ile sarın.
9. Adım 3.5'te açıklandığı üzere davlumbaz altında PMMA 90 gr hazırlayın ve tamamen saksı kabı doldurun. zor hale gelinceye kadar 15 dakika - yaklaşık 10 PMMA Cure.
10. reçinesertleştiğinde sonra, sıkıca, tuzlu ıslatılmış kağıt havlu / Rewrap kemik sarın derin dondurucuda -20 ° C'de plastik torba ve mağaza örnekleri ile kaplayın.

4. X-ray ile kemik görüntüleme

(DİKKAT! Makineyi kullanırken X-ışını radyasyon için uygun bakım ile İşlet)

1. X-ışınları için filmler kullanıyorsanız, (geliştirici oda) düğmesini saat yönünde çevirerek taramadan önce en az 20 dakika (üretici başına kılavuzu) X-ışını geliştirici çevirin.
2. Röntgeni önce kaset maruz kalmamış film var olduğundan emin olun; Kaset sadece karanlık bir odada açılmalıdır.
3. için Makineyi açınKilidi açmak ve makine kafasını uzatır.
4. Işının yolu altında bir arabası yerleştirin ve kiriş (Şekil 4A) altında arabası üzerinde bir kaset yerleştirin.
5. Yeri ve kaset (Şekil 4B) üzerinde femur yerleştirin; İki yönelimler Çekilecek: Medial-lateral görünüm ve ön-arka görünümü. buna göre örnek görüntüleri etiketleyin.
6. İlk maruz kaldıktan sonra, kurşun ve kemik yerleri takas.
7. kurşun ile zaten açık yarısını kaplayacak ve açıkta olmayan taraf üzerindeki ikinci yönde kemik maruz. Bu kullanıcı iki yönelimleri (Şekil 4C-D) tek bir kemik bir X-ışını filmi kullanmanıza olanak sağlar.
8. Kaseti değiştirin ve ikinci yönelim içine her femur döndürün.
9. Tek bir femur durumda, X-ışınları, tüm filmin ilk maruz kalmasını önlemek için talebi kapaklı kaset yarısını kaplar.
10. Kişisel korunma için kurşun kaplı taşınabilir duvarın arkasına taşımak ve ortaya çıkarmak için tetiği kullanınkemikler.
11. tamamlanmasından sonra, kilit ve mağaza konumu, X-ışını makinesinde OFF anahtarını çevirerek ve maruz X-ışını filmi kaldırmak için X-ışını kafasını dönün.
12. Normal bir film geliştirici kullanarak X-ışını görüntüleri (Şekil 4E) elde etmek için filmi geliştirin. Odada beyaz ışık açın ve film geliştirici bulun. kırmızı ışık açın ve kaseti açmadan önce beyaz ışığı kapatmak ve filmin gelişen süreci devam edin. Kaseti açın ve geliştirici yoluyla filmi koydu. beyaz bir ışık açın ve filmi geliştirilmiştir kez kırmızı ışık kapatın.

Bones 5. CT tarama

1. dondurucu yaklaşık 24 saat taramadan önce kemikleri çıkarın. Kemikler tamamen taramadan önce çözülmüş olması gerekir.
2. Emin olun kemikler sonunda temiz-up en aza indirmek için tarama için plastik torbalara sarılmış.
3. Yeri ve femur ve BT fikstür (Şekil 5A-B) kalibrasyon hayalet sabitleyin. fkanşımı, kalibrasyon hayalet (Şekil 5C) sahiptir ve aynı zamanda bir yönüne (Şekil 5D-D) daha sonra mekanik testler için, istenen yönlendirme ile aynıdır femuru tutar. Bu çapraz kayıt (farklı protokol açıklanan) QCT / FEA modelleme sürecinde CT taraması (Şekil 5F) verileri kullanmak için gereklidir.
   NOT: fikstür proksimal femur (femur başı, boynu, büyük trokanter ve proksimal şaft) engellemeden CT taraması için femur ortaya şekilde tasarlanmıştır.
4. CT tarayıcı femur ile birlikte fikstür düzgün kılavuzları olarak sistem lazerler (Şekil 5D-E) kullanılarak hizalanmış olduğundan emin olun. Tekrar kontrol edin (açma / kapama düğmesi lazer basarak) BT uzun eksen lazer ile fikstür uyum. fantom bu fikstür güvenli olarak lazer ile uyumlu hale getirilmesi gerekir DEĞIL. Sıfır ke basarak makinenin kontrol panelinden tablo pozisyonunu sıfırKontrol panelindeki n (0 ← →).
5. Aşağıdaki BT standart işletme yöntemi, 120 kvp, 216 mAs, 1 s rotasyon zamanı en BT makineyi işletmek ve 1 perde ultra yüksek çözünürlük modunu (Zuhr) kullanarak. Bu 0.4 mm'lik bir dilim kalınlığı ve 0.30 piksel boyutunu verir - 0.45 mm görüş alanı (FOV) boyutuna bağlı olarak.
6. mekanik test öncesinde CT-tarama kontrol veri ilgi görüntüler yakalanır ve kaydedilir emin olmak için. Deney günü kadar -20 ° C 'de kemik dondurursam.

Sonuçlar

Kadavra femora Dondurulmuş sevk ve hazırlama başlayana kadar -20 ° C'de muhafaza edilmiştir. BMD tarama her numune (Şekil 1) için total kalça ve boyun KMY yanı sıra T-skoru ölçmek için bir DXA tarayıcı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. A T-skoru genç sağlıklı bireylerde ortalama değerleri ile karşılaştırıldığında ölçülen BMD standart sapmaları sayısıdır. Bu osteoporotik osteopenik kemikler için -1 ve -2.5 arasında kemiklerin ve normal kemikler için daha yüksek -1 için -...

Tartışma

Biz kalça yapılandırmasına bir yan sonbaharda femoral gücü mekanik test ve QCT / FEA modelleme sağlamak için sağlam bir kemik hazırlık protokolü sundu. Bu yöntem standart in-house protokol olmuştur. 6 yıl boyunca, değişen personel ile yaklaşık 200 femur başarıyla bu protokol izlenerek hazırlandı. protokolün sonuçları metastatik hastalıklar, önceki kırıklar, ya da X-ışını kullanan implantlar iktidar, DXA kullanarak kemik koşullarının sınıflandırılması ve mineral dağılımı ve sonraki QCT / FEA modelleme için BT kullanarak ...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
CT çömlekçilik kabı ve tarama fikstürü	Dahili olarak üretilmiş	N/A	Özel tasarlanmış ve üretilmiş
CT tarayıcı	Siemens	Somatom Tanım tarayıcı (Siemens, Malvern, PA)	CT tarama ekipmanı
Kantitatif CT Phantom	Midways Inc, San Francisco, CA	Model 3 CT kalibrasyonu Fantom	CT görüntüsündeki Hounsfield birimlerinden BMD değerlerini elde etmek için kullanılır
Çift Enerji X-ışını Absorpsiyometri tarayıcısı	General Electric	N/A	GE Lunar iDXA tarayıcı kemik sağlığı veya benzeri BMD tarayıcıları için
Hijyenik Orhodontic Resin (PMMA)	Patterson Dental Supply	H02252	Kontrollü madde ve uygun onay ile satın alınabilir
Dondurucu	Kenmore	N/A	Bu bir -20 & derece; Kemikler için C depolama
X-ışını tarayıcı	General Electric	46-270615P1	X-ışını görüntüleme ekipmanı.
X-ışını filmleri	Kodak	N/A	X-ışını görüntülerini görüntülemek için kullanılır
X-ışını geliştiricisi	Kodak X-Omatic	M35A X-OMAT	X-ışını görüntüleri geliştirmek için kullanılır
X-ray Kaseti	Kodak X-Omatic	N/A	X-ray filmlerini tutmak için kullanılır
5 kiloluk Pirinç Torbaları	Büyük Değer	N/A	DXA tarama işlemi sırasında yumuşak dokuyu taklit etmek için kullanılır
Fizyolojik Tuzlu Su (%0,9 Sodyum Klorür)	Baxter	NDC 0338-0048-04	Numuneleri nemli tutmak için kullanılır
Neşterler ve sıyırıcılar	Bard-Parker	N/A	Kemiği yumuşak dokudan temizlemek için kullanılır
Döküm kesici	Stryker	810-BD001	Femur şaftını kesmek için kullanılır
Delme makinesi	Bosch	N/A	Femur şaftını delmek için kullanılır
Çeker ocak	Hamilton	70532	PMMA yaparken havalandırma için kullanılır