조정 강성, 쥐 대퇴골 절골술 부위 별 뼈 결함 모델에 대한 외고정

Medicine

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Glatt, V., Matthys, R. Adjustable Stiffness, External Fixator for the Rat Femur Osteotomy and Segmental Bone Defect Models. J. Vis. Exp. (92), e51558, doi:10.3791/51558 (2014).

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Abstract

이 골절 치유 할 방법을 결정 깨진 뼈의 치유 주변의 기계적 환경은 매우 중요합니다. 지난 10 년간 병변 주위의 고정 안정성을 통해 기계적인 환경을 변경하여 뼈의 치유 개선에 큰 임상 적 관심이되고있다. 이 영역의 전임상 동물 연구 한 제약 실험 큰 분절 결함 내의 로컬 기계 환경을 제어뿐만 아니라 그들이 치유로 절골술의 부족이다. 본 논문에서 우리는 큰 분절 골 결손이나 절골술의 치유를 연구 설계 및 외고정 장치의 사용을보고합니다. 이 치유로이 장치는 뼈 병변에 제어 된 축 방향 강성을 허용 할뿐만 아니라 생체 내에서 치료 과정 동안 강성의 변화를 가능하게한다. 실시한 실험 클램프가 5mm 대퇴 결함 갭을 유지할 수 있었던 것으로 나타났다 무제한 케이지 동안 생체 내에서 쥐최소 8 주 동안 활동. 마찬가지로, 우리는 전체 치료 기간 동안의 핀을 포함하여 어떠한 왜곡 감염 또는 감염, 관찰되지 않는다. 이러한 결과는 새로 개발 외고정 재현 표준화 안정화를 달성 할 수 있었고, 생체 내 쥐 큰 골 결손 및 다양한 크기의 절골술 기계적 환경의 변경을 입증. 이것은 외부 고정 장치가 골 재생 및 수리 필드 쥐 모델을 사용 전임상 연구 조사에 적합임을 확인한다.

Introduction

다수의 연구는 뼈 조직의 수리 1-6에 포함 된 생물학적 메커니즘에 대한 우리의 이해를 향상되었습니다. 같은 축, 전단 및 interfragmentary 운동 (IFM은)와 같은 뼈 수리에 기계적 조건의 영향은 광범위 7-15 연구되고있다. 지난 몇 년 동안, 더 많은 연구가 생체 내 모델에서 골절, 절골술 및 대형 분절성 골 결손을 사용하여 뼈의 치유에 기계적 환경의 영향을 설명 나타나기 시작했다. 따라서, 안정적인 고정 방법은 재현성 및 신뢰성있는 연구 결과를 얻기 위해 필요합니다.

이 골절 치유 할 방법을 결정으로 치유 골절 주변에 기계적 환경은 매우 중요하다. 따라서, 정착 장치의 선택은 매우 중요하고 신중하게 연구 설계에 따라 선택되어야하며, 그러한 갭 크기 및 골절의 유형과 같은 다른 인자. 정착 장치의 기계적 특성더 중요한 재 담 전체 중량의 실험 기간 내내 일정한 간격 크기뿐만 아니라, 치유 뼈 이상적인 기계적 환경까지도 제공 고정을 확립 큰 골 결손의 뼈 치유 공부 때. 그들은 다른 정착 장치보다 이점을 가지고 있기 때문에 외부 클램프는 일반적으로 골절 큰 골 결손 치료 실험 모델에서 사용된다. 외부 클램프의 주요 장점은 같은 실험 과정에서 소자의 안정성 바를 변경 또는 조정에 의해 달성 될 수있는 이차 간섭없이 생체 내에서의 결함 부위에서 기계적 환경의 변화를 허용한다는 것이다 뼈 치유가 진행됩니다. 또한, 뼈의 복구를 강화하기 위해 특정 로컬 기계적 자극의 적용을 허용하고, 또한 생체 내에서 캘러스 조직의 강성을 측정하기위한 잠재 성을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 장치는 또한 몇 가지 단점을 가지고그것은 다음과 같습니다 : 연부 조직 감염 및 핀 파손의 자극을.

불행하게도, 이러한 임플란트는 임플란트 개발시 "기성품"사용할 수없는 있었고, 연구자가 의도 된 사용을 위해 자신의 클램프를 설계 사용자 정의로 시작해야했습니다. 그것은 치유 따라서,이 분야에서 연구 한 제한 조건은 큰 분절 결손 내 로컬 기계 환경에 대한 실험 통제의 부족뿐만 아니라 절골술이었다. 외고정의 기계적 특성에 의해 정의되며,에 의해 변조 될 수있다, 등 많은 변수 : 핀, 핀 지름, 핀 재료 사이의 거리, 핀 고정 장치 바 길이, 경추 고정 바 번호의 숫자 경추 고정 바 물질 고정 장치 바 두께 및 경추 고정 바 (오프셋)로 골 표면으로부터의 거리. 놀랍게도, 연구 단지 paucity는 개별 구성 요소의 기계적인 기여를 조사했다고 볼 수 있습니다설치류 연구 16,18,28에 사용되는 클램프 또는 전체 프레임 구성. 예를 들어, 한 연구의 결과는 고정 구조체의 전체 강성을 결정하는 주요 기여 요인 중 하나는 그들의 오프셋 직경과 재료 특성 (28)과 관련하여 핀의 유연성에 의해 지배 된 것으로 나타났다. 전술 한 연구 결과는 명확하게 정착 장치에 의해 제공된 기계 환경을 아는 것이 매우 중요하고, 또 많은 경우에 상세하게 조사되지 않는 것을 시사한다. 본 논문은이 문제를 해결하는 외고정 장치의 디자인, 사양 및 생체 내 주입을보고합니다. 이 고정 장치는 치유가 진행됨에 따라 기계적 환경, 생체 치유 과정의 다른 단계의 메카 감도의 연구를 가능하게하는 특성의 조절을 허용한다. 또한, 물론 부과 제어되는 재생 로컬 정비사알 환경, 접근성 또한 뼈 치유의 다른 단계에서이 환경의 조절이 가능합니다.

우리가 설계 한 고정 장치가 널리 실험 동물 22-27에서 골절, 16 ~ 21 큰 결함 모델에 사용되는 외부 고정에 기반했다. 우리 외고정 및 문헌에보고 된 다른 기존 설계의 차이는 안정성 바가 KIRSCHNER 선 (K-와이어)와 단단한 손잡이를 가질 나사로 고정되어있다. 이러한 유형의 디자인은 격주 조여야하는 나사가 필요 (때로는 주간) 로딩 안정성 바의 풀림을 방지하기 위해 베어링 중량 통해인가 될 때의 오프셋 거리가 유지되는 것을 확인한다. 이러한 풀림이 발생하는 경우, 같은 각도, 횡 방향 및 치유 뼈 비틀림 전단 운동과 같은 원치 않는 추가 하중 조건을 허용 (researche와 개인적인 경험, 의사 소통을 기반으로이것을 아는 RS)은., 외고정은 고정 장치의 강성이 변경되어야 할 때, 그것은 장착 핀 임베드되는 메인 모듈에 연결된 연결 요소를 제거함으로써 달성 될 것이라고 같은 설계되었다. 생체 파일럿 실험이 대량으로 제조되기 전에 제안 된 모든 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 새 외부 고정 장치의 프로토 타입을 수행 하였다.

본 연구의 주된 목적은 치유 과정 동안 생체 내에서의 강성을 변경하는 능력을 가진 쥐에서 큰 골 결손 및 절골술 사용 외고정위한 새로운 수술 방법을 제공하는 것이다. 이 정착 방법은 랫트의 대퇴골에 생체 내에서 적용된다.

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Protocol

동물 보호 및 실험 프로토콜은 NIH의 지침에 따라 다음과 베스 이스라엘 디코 니스 메디컬 센터 기관 동물 관리 및 사용위원회, 보스턴, MA에 의해 승인되었다. (프로토콜 번호 : 098-2009)

수술 재료 및 인스트루먼트의 1 준비

  1. 사용하기 전에 수술을 수행하는 데 사용되는 모든 수술 재료 및기구를 소독. 접힌 천이나 종이 포장 내부, 또는기구 트레이없이, 필요한 재료를 싸서 증기 멸균을위한 오토 클레이브 테이프로 밀봉. 오토 클레이브의 온도는 살균 시간이 20-25 분 동안 125-135 ºC이어야하고, 건조 시간의 후 10-15 분한다.
  2. 수술시에 쥐가 2백-2백50g 있는지 확인하십시오. 쥐의 크기가 무거워 경우, 다른 크기의 고정 장치가 사용되어야하기 때문에 매우 중요하다. 쥐의 외부 고정 장치 시스템의보다 무거운 250 GA 큰 버전을 사용해야합니다.
  3. </ OL>

    2 수술과 외고정 장치의 응용 프로그램

    1. 인증 된 동물 공급 업체로부터의 Sprague-Dawley 계 (또는 다른 주) 쥐 (남성 또는 여성, 200-250g)을 구입합니다. 연구자의 기관 동물 관리 및 사용위원회의 승인을 국가 지침에 따라 적절한 동물 관리 및 실험 프로토콜을 따르십시오. 절차 전에 48 시간의 적응 기간의 최소 허용합니다.
    2. 수술의 경우, 전용 수술 방에 쥐를 운반 할 것.
    3. 첫째 유도 챔버를 통해 이소 플루 란과 쥐를 마취 한 다음 O 2 / 분의 1.5 L에서 1.5 %의 비율로 마취 시스템에 연결 얼굴에 마스크를 계속합니다. 수술의 시작에 동물이 깊은 마취하에 있는지 확인합니다. 이렇게하려면 사지를 확장하고 손가락으로 발가락 사이 웹을 곤란하게하여 페달 반사 기술을 사용 (하지 발가락 자체!). 동물은 스와 아니다fficiently 사지가 철회되면, 근육 경련이 발생했을 경우, 또는 동물이 소음이 경우 마취.
    4. 쥐가 수술을 위해 깊은 전신 마취 후 항생제 (세파 졸린, 20 ㎎ / ㎏) 및 근육 오른쪽 다리에 진통 부 프레 노르 핀을 (0.08 ㎎ / ㎏을 투여 량) 주입. 수술하는 동안 유체의 손실을 방지 다량 것은 수술 전에 체중 3-5 %로 따뜻한 멸균 식염수를 피하 투여하고, 그 끝에 필요하다면. 각막 손상을 방지하기 위해 수화를 유지하기 위해 눈에 무균 눈 연고를 적용합니다.
    5. 약물 주입 후, 면도 chlorohezadine 또는 다른 소독 용액으로 쥐의 전체 오른쪽 뒷다리를 청소하고 수술 테이블에 동물을 전송합니다. (다리 주입 것과 동일해야 작동시).
    6. 엎드린 자세 (그림 1A)에서 가열 된 표면에 동물을 배치합니다. 확인 안면 마스크는 코와 입을 후방에 남아어 수술 테이블에 전송 및 2.3에 언급 된 마취 요법)를 유지한다. 수술을위한 전용 다리 노출되도록 멸균 fenestrated 드레이프 수술의 영역 드레이프.
    7. 메스 (그림 1C)를 사용하여 무릎의 과상 지역 대전 자부에서 오른쪽 대퇴골의 표면에 피부 실행 craniolateral 통해 3~4센티미터 (그림 1B)의 대략적인 절개를합니다. 부드러운 절개 근막을 분리하고, 근육 조직이 절단되지 않았 음을 확인하여 대퇴골의 샤프트를 노출. 그 후, M.의 광근의 lateralis와 M.의 대퇴 이두근을 따로 분리하고 대퇴골의 전체 길이를 노출 M. 텐서 근막의 latae를 들어 올립니다 (좌골 신경이 보존되어 있는지 확인하고, 그림 1D).
    8. 절골술의 계획 영역에서 철에서 주변의 근육 조직을 풀어 골간의 중간 지역에 따라 대퇴골을 준비MUR. 첫째, 대퇴골의 노출 된 표면에 수직 Henahan 엘리베이터 퍼팅 후 인접 지역의 근육을 풀어, 메스를 사용하여 시작합니다.
      1. 앞으로 전진하여 계속 주변의 근육 조직 모두가 (결함이 생성 될) 뼈의 전체 중간 부로부터 해제 될 때까지, 뼈 표면에 가까운 머물고, 대퇴골 주위 가고, 근육 조직이 완전히 세정 뼈에서. 이 일을하는 동안, 어떤 주요 혈관을 절단 방지하기 위해 뼈 표면에 체류하는 것이 매우 중요합니다.
    9. 5mm 큰 골 결손의 경우, 메디 - 횡 방향으로 뼈 주위에 질리 와이어 쏘 (0.22 mm)의 루프 2 개 (그림 1E, F). 위치 한 무릎 관절에 가까운 대퇴골의 말단 측의 조각, 그리고 가까운 고관절의 전방 측에 두번째 조각을 와이어 톱을 반복 한 후. 클램프 질리 와이어는 S 자형 곡선 해부 및 ligat를 사용하여 각면에 조각을 보았다그래서 우레 집게, 그것은 의도 된 위치에 유지됩니다. 단일 잘라 절골술을 계획하는 경우 만 와이어 톱의 한 조각을 사용합니다.
    10. 임플란트의 정확한 위치를 결정하기 위해 주형으로 외고정 플레이트를 사용한다. 외고정의 위치는 대퇴골의 중심에 가능한 한 가까워 야한다.
      1. 뼈의 외측 표면에 외고정 판을 놓습니다. 이것은 외부 대퇴골을 회전시킴으로써 달성된다. 그 위치에서, 연조직 층은 상처 닫은 후 경추 고정 플레이트 하에서 과도한 연조직 장력을 방지하기에 가장 얇은 것이다.
      2. 그런 다음 약간 뼈 표면 오프 외고정 판은 판의 구멍이 뼈 표면에 집중되어 있는지 확인 올립니다. 이 뼈의 종 방향 축에 평행하게 유지하는 작은 클램프 외고정를 누른 0.79과​​ 대퇴골의 기단부 측에 제 구멍 predrill하는 전동 공구 나 핸드 드릴을 사용mm 드릴 비트. 앞으로 전진하기 전에, 드릴 비트의 끝은 아직도 뼈 표면의 중앙에 있는지 확인하십시오.
      3. 드릴의 선단이 미끄러 계속하면, 첫 번째 구멍의 위치를 중앙으로 1.00 mm 카운터 싱커 (도 8F)를 사용한다. 카운터 싱커 나머지 모든 장착 핀을 위치 시키도록 사용되어야한다. 이것은 뼈의 표면에 대해 드릴 구멍의 완벽한 정렬 및 고정 장치 판을 보장한다.

    3 외고정 주입 방법 톱 가이드를 사용하여

    1. 외고정의 판 톱 가이드에 패스하기 전에 거꾸로 장착되지 않았는지 확인합니다. 접시에 구멍의 크기를 비교하여이를 확인합니다. 올바른 쪽이 더 큰 구멍의 직경이 위를 향하도록합니다. 고정 장치 내의 구멍의 크기의 차이가 명백하지 않은 경우, 카운터 싱커를 사용한다.
      1. 의 구멍 중 하나에 대향 싱커의 선단부를 삽입카운터 싱커 쉽게 구멍에 맞는 경우 카운터 싱커의 선단이 고정 장치의 하부 측이며, 대칭되어야 후 맞지 않으면 고정 기는 플레이트, 이것은, 그러나, 고정 장치의 상승이다 이에 따라 주입합니다.
        (주의 :..이 뼈 표면에 고정 장치의 최적 배향을 보장하므로 뼈의 종 방향 축에 수직 드릴하십시오 제 드릴 구멍의 방향은 뼈에 고정 장치의 최종 방향을 결정 기억 장착 핀은 동일한 길이이며, 고정 장치가 뼈의 종 방향 축에 평행하지 않은 경우 고정 장치와 뼈 사이의 거리가 너무 차이가 두 피질을 침투하는 모든 네 개의 장착 핀의 기능을 방지 할 수 있습니다.)
      2. 방향을 확인 후, (그림 2A, B) 톱 가이드에 접시 클립 다음 뼈에 장치를 클립 그래서 첫째 사전에 드릴링 구멍플레이트 (그림 2C)의 첫 번째 구멍에 정렬됩니다. 구멍에 제 1 장착 핀을 구동하는 핸드 드릴 삽입 0.70 mm 정사각형 박스 렌치를 사용. 이렇게하면 나머지 장착 핀 재현 위치를 허용 할 것이다.
      3. 제 1 장착 핀 대신 후 다음 선단 측에 제 1 장착 핀 중 가장 먼 구멍을 드릴로 구멍과 제 장착 핀을 구동한다. 이 중간 장착 핀의 주입 순서는 중요하지 않다.

    톱 가이드없이 4 외고정 주입 방법 :

    외고정의 애플리케이션은 톱 가이드를 사용하지 않고 수행 될 수있다. 외고정 주입의 시작 단계는 본 가이드와 함께 기기가 뼈 (3.1 단계)에 끼 웠을 때까지 최대 동일합니다. 톱날 가이드를 사용하지 않는 경우 중 올바른 방향 플레이트 고정 장치를 유지하는 것이 매우 중요전체 신청 절차. 대퇴골 외부 외측 방향으로 회전해야합니다.

    1. 그것이 뼈 (도 3a)의 종 방향 축에 평행하도록 작은 클램프 또는 S 자형 곡선과 해부 합자 집게 외고정 플레이트를 잡아. 고정 장치의 배향을 결정하는 제 1 장착 핀의 응용 따라서, 뼈의 회전은 제 핀 (도 3b)에 삽입 될 때까지 유지되어야한다. 첫번째 핀이 제자리에 후, 조심스럽게 드릴 가이드 역할을하는 고정 장치 판을 잡고 집게를 사용합니다.
    2. 두 번째 구멍에 드릴 비트를 삽입 -이 계획 절골술 갭 (그림 3C)에 가장 말단 구멍이다. 드릴링하기 전에 두번째 구멍이 첫 번째 홀과 같은 방향을 가지고 있는지 확인하십시오; 또한 시추를 완료 한 후, 두 피질이 침투되어 있는지 확인합니다.
    3. 0.70 mm 사각형 바닥이 삽입다음 X의 핸드 드릴에 렌치와 팁에 장착 핀을 삽입합니다. 조심스럽게 첫번째 사전에 드릴링 구멍의 정렬을 잃지 않고 외고정의 플레이트에 삽입합니다.
    4. 마자 선단이 뼈와 접촉으로, 핸드 드릴의 기단부에인가 연속 축 적재하에 렌치를 선회 시작. 약 5 완전 회전 한 후, 장착 핀의 기단부에서 스레드가 외고정 판의 몸을 잡아 있는지 확인하십시오. 이 스레드는 시스템을 잠급니다. 뼈 나사의 단부가 뼈 (도 3d)의 상부 표면에 근접 할 때 선회 정지.
    5. 가장 후방 및 전방 측에 핀이 제자리에 후, 나머지 두 중간 구멍 predrill. 이 가운데 핀의 주입 순서는 중요합니다 (그림 3C) 없습니다.
    6. 외고정 장소에 후 (분절 결함 있도록 본 설명서에서 지시 톱 Figur를 0.22 mm 질리 선을 사용전자 4A). 후자의 방법이 선택되면, 톱 가이드는 결함을하기 전에 클립핑된다.
      1. 이를 위해, 0.22 mm 질리 와이어에 식염수를 분배하는 (사용보기 5 ㎖ 주사기를 충분한 관개를 사용 전후 (도 5b) 왕복 운동에 의해 5mm의 분절 결함을 만들 대퇴골 (도 5a) 아래에이 홈을 반드시 통과 결함 생성의 시간). 연부 조직 손상을 방지하기 위해, 절골술을 완료 한 후 한면에 뼈 톱 와이어 주변을 잘랐다. 톱 가이드 (그림 4B)를 제거합니다.
    7. 결함 또는 절골술을 만든 후, 피부 (그림 4D)를 톱 가이드를 제거하고 레이어 상처, 첫째 근육 (그림 4C)를 닫고. 상처가 폐쇄되기 전에 연구 계획서에 계획대로 결함을 취급합니다. 근육 층과, 후부의 vicryl 봉합사 (4-0)를 사용하여 대퇴근, 그리고 ETHICON Monocryl 3-0의를 사용하여 피부를 닫습니다uture. 상처를 봉합하는 동안 비 멸균 표면을 통해 봉합사를 드래그하지 마십시오. 참고 : 물어 뜯고 상처를 방지하기 위해 봉합은 낮은 임플란트 말단 끝날 수 없습니다. 마찬가지로, 피부 접착제 대신 봉합 사용될 수있다.
    8. 처음 세 수술 일에, 쥐 진통마다 12 시간을 제공하고 매 24 시간을 항생제. 물론, 약물의 수술 요법은 각 연구자에 의해 사용되는 약물의 제조사와 브랜드에 따라 달라집니다 (약물 사양 설명서를 참조하십시오).
    9. 그들이 마취에서 회복 만 다음 주택 시설에 반환 확인하기 위해 자주 시술 후 동물을 모니터링합니다. 합병증이 없는지 확인하기 위해 수술 후 처음 몇 일 동안 단독 주택을 제공합니다.
    10. 확실히 동물이 통증과 고통에 있지 확인하기 위해 수술 후 물, 음식 섭취와 체중을 모니터링합니다. 동물이 감소 활동 수준을 표시하는 경우 어려움이 주위를 움직이고, (가능한 임플란트 실패), ataxi, 깔끔하지 못한 기름기 모피, 눈과 콧 구멍, 웅크 리고 자세, 호흡 곤란, 음식과 물을 섭취의 감소 등 주변 포르피린 염색은 수의사에게 문의하십시오.

    생체 내에서 외고정 강성의 5 변경

    1. 연구 프로토콜은 생체 본의 치유 과정 동안 고정 장치의 강성의 변화를 요구하는 경우 핸드 드릴에 부착 된 0.5 mm 정사각형 렌치 상자를 사용하여 특수 연동 나사로 고정 연결 요소를 변경함으로써 달성된다. 이 순서는, 쥐를 마취 (프로토콜 2.3 참조) 및 절차 (도 6a)의 시간에 한 번만 진통 (프로토콜 2.4 참조)을 얻었다.
      1. 쥐를 마취 한 후 조립 된 고정 장치의 측면에 부착 물리는 나사에 0.50 mm 정사각형 박스 렌치의 선단부를 삽입하고, 핀을 반쯤 아웃 (도 6B이다 때까지 반 시계 방향으로 선회 신중 시작할 (도 6C)의 동일한 측에 제 2 핀에 대해 절차를 반복한다.
      2. 동일한 측에 모두 핀 반쯤 아웃되면, 부드러운 운동 (도 6D)과 반대측에 연결 요소를 제거하는 집게 또는 클램프를 사용한다. 그 다음 턴의 추가 몇 가지 작업을 수행하지 않는 경우 연결 요소는 연동 나사의 끝이 연결 요소에 박혀 있지 않은지 확인하기 위해 모두 연동 나사에 쉽게 벗겨해야합니다.
      3. 연결 요소가 제거 된 후, 제거 된 하나 (도 6E) 대신에 원하는 강성 연결 요소를 민 물리는 나사 밖으로 반대측 반 방법 (도 때까지 반대측으로부터 정사각형 박스 렌치 선회 시작 사용 6 층). 제 물리는 나사 (도 6G)에 대해 동일한 절차를 반복한다. 중요 : 일판의 반대쪽으로 전환이 필요합니다되는 것은 모두 연동 나사가 연결 요소 (그림 6H, I) 대체되었다 측에 절반 방법을 알아 있는지 확인합니다.
      4. 이 부분이 성공적으로 완료된 후, 제 2 연결 소자 (도 6J)을 제거하고, 반대측 (도 6K)에 대체와 같은 강성 접속 소자로 대체. 제 2 연결 요소가 제자리에 후 물리는 나사 단부 판의 반대측 종료까지 물리는 나사를 구동 시작하고, 맞 물리는 스크루 팁은 각 측면 (도 6L)에 같은 양을 종료했다. 제 물리는 나사 (도 6M, N)에 대해 동일한 절차를 반복한다. 이 절차를 완료하는 데 약 15 분 소요됩니다.

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Representative Results

디자인 사양

외부 고정 시스템과 쥐 대퇴골의 안정화는 0.5 내지 5 mm 내지 절골술을 만들 수 있습니다. , 간단 재현성 및 가변 디자인을 구비 - ([장착 핀] T​​AN), 티타늄 - 알루미늄 - 니오브 합금 - 외고정 시스템은 폴리 에테르 에테르 케톤 ([본체 부] PEEK)로 이루어지는 고정 외고정이며 그리고 네 가지 강성에서 사용할 수 있습니다 : 10, 40, 70 및 100 % (백퍼센트 표준 인, 가장 단단한 고정 장치 (그림 7)가 같이 생체 내에서 임플란트 강성 조정을해야 할 것인지, 각 연구자의 ​​연구 요구 사항에 따라. 뼈 치유는 외부 고정 장치 판을 제공, 진행 중이 연동 나사로 고정 한 고체 조각 (그림 8) 또는 두 개의 연결 요소 (그림 9A)와 두 가지 주요 모듈 (그림 9B)에서와 같이 (FI이 gure의 9c는) 수술 (그림 10A-F) 이전에 조립합니다. 연결 요소 (2.50 mm 두께가 다른, 그리고 따라서 강성 및 정착 10 %에 상당 강성 (0.75 mm 두께), 40 % (1.70 mm 두께), 70 % (2.10 mm 두께)와 100 %를 달성하기 위해 개발되었다 두꺼운 그림 7 참조). 100 %의 외고정 강성은 성숙한 쥐의 대략 200g의 체중에 기초하여 산출 한 후 800g의 동일한 질량, 4의 계수를 곱 하였다. 이 5mm 결함을 만든 후, 경추 고정함으로써 배향을 유지하고 결함 단편의 전위를 방지 동물의 체중 베어링에 견딜 수 있는지 확인하기 위해 수행되었다. 나머지 세 개의 고정 장치의 강성은 다양한 목적으로 연구의 강성을 갖도록 다양한 최고 (100 %)에서 각각 30 % 감소 하였다.

각 주요 모듈은 장착 핀 INSE 두 개의 구멍이 있습니다rted. 그것은 여전히 핸드 드릴 (도 9K)에 부착 된 0.5 mm 정사각형 렌치 박스 (도 9H)을 이용하여 특별한 물리는 나사 (도 9c)로 고정 연결 요소를 변경함으로써 살아있는 동물에 부착되는 동안 고정 장치의 강성을 변경할 수있다. TAN (티탄 합금)의 핀 (도 9D)은 대퇴골의 안정성을 확보하는 바 (도 7)를 장착하기 위해 사용되었다. 고정 장치는 네 개오고 강성도 변화 연구 (도 10A-F)에 대한 것이면, 단일 고체 재현 고정 장치가 표기되지 않은 경우, 사용 전에 조립 될 필요가있다. 외부 나사 사이의 거리가 16mm이고 중간 나사 사이의 거리는 11mm이다. 모든 홀은 0.79 mm의 드릴 비트 (도 9E)를 이용하여 사전에 드릴링된다. 나사는 뼈의 표면에 평행 한 고정 장치 메인 프레임의 대응 구멍에 고정 이리저리 6mm의 거리로 설정된다뼈 (그림 7) m.

본 가이드는 대퇴골 (그림 9I)에서 정확하고 재현성, 5mm의 분절 결함의 생성을 가능하게하기 위해 개발되었다; 또한 외고정의 설치 위치 결정 가이드로서 기능한다. 도 2B, C에 나타낸 바와 같이 뼈에 외고정의 메인 프레임은 톱 가이드에 클리핑하고, 다음 전체 시스템이 잘려있다. 5mm 간격은 0.22 mm 질리 와이어 톱 (그림 9J)와 함께 생성됩니다. 톱 가이드와 질리 와이어 톱은 모두 134 ºC에서 멸균 할 수 있습니다. 다른 크기의 절골술을 연구 대상으로하는 경우, 설계 사용자는 가이드를 사용할 수 보았다. 때문에 외부 고정 장치의 소형 크기로, 주입 악기의 특별한 세트는 설계 및 인수되었다; 사용자 정의 0.79 mm 드릴 비트 (그림 9 (e)), 구멍 (그림 9 층)의 predrilling 1.00 mm 카운터 싱커, 0.7 mm의 squa핸드 드릴 (도 9G), 맞 물리는 나사 (도 9H)의인가, 핸드 드릴 (도 9K) 0.5 mm 정사각형 박스 렌치에 부착 된 부착 핀 애플리케이션 렌치 상자 재. 아큐 펜 드릴 (그림 9L)도 개발되었다. 각 장착 핀의 코어 직경은 뼈에 장착 핀의 적절한 피팅을 보장하기 위해 드릴 용 비트는 0.02 mm보다 크다. 자기 절단 스크루 팁과 함께 사용하는 경우, 이것은 뼈 스크류 (29) 인터페이스에서 뼈 표면 흡수에 의한 풀림 방지하는 것으로 나타났다. 드릴 비트 (그림 9 (e))은 500 mW의 (그림 9L)의 전력과 2,500 RPM을 생산하는 소형 전기 아큐 펜 드릴에 의해 운영되고 있습니다.

생체 내 실험에서

방사선 조사는 모두 강성의 클램프가 1mm (미도시) 또는 5mm FE 유지 확인실험 전체 8주 (도 11) 동안 도덕적 결함. 이 자연 치유가 발생하지 않습니다 5mm 중요한 크기의 결함에 특히 중요했다. 핀 감염을 비롯한 왜곡이나 감염은 관찰되지 않고 응용 프로그램의 지침 (30)를 추적 관찰하는 경우 핀 이완 결석했다. 수술시에 래트의 중량을 250g을 초과하면 외고정 사용의 합병증은 본시키고, 작은 크기의 플레이트를 사용 하였다. 핀 pullouts 수술 (그림 12) 후 이주에 일주에서 아무 곳이나 대퇴골의 말단 측에 발생 하였다 있도록 해당 인스턴스의 일부에 장착 핀에 부하가 위험 수준으로 증가했다. 큰 크기의 동물이 사용되는 경우 그 외에, 대퇴부를 둘러싼 근육 조직은 피부가 닫힌 후 임플란트의 근방 피부 장력을 생성하는, 비교적 두꺼운. 인해 팽윤 장력, 피부의 행타르트는 쥐의 일부는 고정 장치를 물린 만드는 동물에 가려움증을 만들어 치료한다. 고정 장치가 드문 경우에, 기본적으로 고밀도 플라스틱 인 PEEK 재료에서 생성되기 때문에, 어떤 쥐가 그것을 통해 씹어 알려져 있었다. 또,이 문제를 방지하기 위해서는,이 동물 연구를위한 권장 체중을 선택하거나 외고정의 확대 버전으로 전환하는 것이 매우 중요하다.

그림 1
쥐 대퇴골의 1 수술 준비를 그림. 발생하기 쉬운 위치에 위치 (A) 쥐. (B)는 대퇴골에 절개의 방향을 표시합니다. (C)은 (D). 근육을 노출 피부에서 만든 절개를 표시 근육 통해 절개는 대퇴골을 노출 보여줍니다. ( E)가 공연을 전달하는 뼈 아래에 위치 작은 클램프를 표시합니다리 와이어. (F)는 뼈의 아래에 전달 질리 선을 표시합니다.

그림이
그림 2 (A) 톱 가이드. (B) 톱 가이드에 끼 웠을 외부 고정 장치. 외고정 (C) 톱 가이드는 대퇴골에 잘립니다.

그림 3
외고정의 3 응용 프로그램을 그림. (B) 빨간 손으로 외부 말단 위치에 처음 장착 핀의 삽입을 보여줍니다 -. 녹색 손, 그리고 잘못된 응용 프로그램 - (A)는 뼈 안테 - 측면 및 병렬 경사 플레이트 첫째 장착 핀의 응용 프로그램을 수정하는 표시 . (C)는 삽입을 표시합니다 . 프로토콜은 4.4 절에 대한 자세한 설명 -이 가운데 장착 핀 다음에 가장 인접한 위치로 시작하는 장착 핀 (D)를 남은 장착 핀의 삽입을 표시합니다.

그림 4
쥐 대퇴골의 외부 고정 장치의 4 외과 주입 그림. (A)는 (C). 5mm의 분절 결함을 생성하는 방법을 보여줍니다 (B). 질리 와이어와 장소에 외고정 수술의 완성을 보여줍니다 노출 외고정 안정성 바 봉합 근육 층을 보여줍니다. (D)과 피부를 봉합하는 방법을 보여줍니다 노출 된 외고정 안정성 바.

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결함 생성을위한 질리 와이어의 그림 5 (A) 초기 위치입니다. (B) 질리 와이어의 왕복 운동을 보여주는 이미지.

그림 6
생체 내에서 외고정 강성의 그림 6 변경합니다. (A) 대퇴골에 이식 외고정. (B)는 핀이 반 아웃 될 때까지 조심스럽게 반 시계 방향으로 돌려 첫째 연동 나사의 제거를 표시합니다. (C)의 제거를 표시합니다 핀 아웃 반이 될 때까지 조심스럽게가 반 시계 방향으로 돌려 제 물리는 스크류. (D)는 (E). 반대측의 연결 요소의 제거를 보여 제거 된 하나의 장소에서 소망의 강성 접속 소자의 교환을 설명한다. (F)가 연동 나사 반대측 중 반이 될 때까지 사각형 박스 렌치를 ​​돌려서 먼저 반대측에서 연결 요소를 대체 확보하는 방법을 설명한다. (G)의 대향 측으로부터 제 대체 연결 요소를 고정하는 방법을 설명한다 연동 나사까지 사각형 상자 렌치를 돌려 반대편 중 절반 방법입니다. (H, I)을 보여줍니다 판의 반대쪽으로 전환 모두 연동 나사가 반 측면 연결에 밖으로 있는지 확인 요소가 대체되었다. (J)가 제 2 연결 요소의 제거를 보여. (K)가 (L, M). 제거 하나 대신에 제 강성 접속 소자의 여분 시연 물리는 나사 단부 종료까지 모두 물리는 나사 구동 시연 플레이트의 반대측. (N)의 절차를 완료 보여준다. 그림 7
그림 외부 클램프의 7 구성 요소 왼쪽 :. 강성은 두께가 다른 연결 요소에 의해 결정된다. 고정 장치는 티타늄 합금 장착 핀 뼈에 부착된다. 오른쪽 : 5mm의 분절 결손 쥐 대퇴골의 위치에 고정 장치를 조립.

그림 8
하나의 단위로 8 외부 고정 장치를 그림.

그림 9
그림 9 부품 및 장비는 외부 고정 장치와 함께 사용할 수 있도록 설계. (A) 두 개의 연결 요소.(B) 두 메인 모듈. (C) 두 물리는 나사. (D) 네 개의 장착 핀. (E) 0.79 mm의 드릴 비트. (F)의 구멍 predrilling 대 1.00 mm 카운터 싱커. (G) 0.7 mm 장착 핀의 응용 프로그램에 대한 사각형 상자 렌치. (H) 나사를 연동 응용 프로그램에 대한 0.5 mm 사각형 상자 렌치. (I)는 5mm는 가이드를 보았다. (J) 0.22 mm 질리 와이어 결함의 생성을 보았다. 드릴 비트, 0.70 및 0.50 mm 정사각형 박스 렌치의 부착 대 (K) 핸드 드릴. (L) AccuPen 6V + (펜 소형 전기 드릴) 드릴 비트를 구동하는 데 사용.

그림 10
외고정의 그림 10 조립. (A) 70 % 성iffness 연결 요소. (B) 연결 요소와 기본 모듈 중 하나. (C)은 연결 부재의 내부에 메인 모듈 슬라이드 중 하나. (D)는 메인 모듈 모두에 연결 요소의 내부에 미끄러 방법을 설명하는 방법을 보여 .. (E)는 (F)를 메인 모듈과 장소에 모두 연결 요소를 모두 보여 완전 조립 안정성 바 보여 - 메인 모듈과 연동 나사로 고정 연결 요소.

그림 11
나중에 생체 X-선 바로 쥐의 결함 이미지 수술 후 8 주에서 그림 11. 3 강성의 외부 클램프는 수술로 만든 쥐 대퇴골 및 5mm의 분절 결함에 이식되었다. 결함이 수술 직후 X는-레이 검사를 하였다 (t = 0)와 weekl에서실험이 종료 된 팔주 (t = 8 주)까지 Y 간격. ECM 저널 (₩ 종류의 허가를 재현 http://www.ecmjournal.org ). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 12
말단 핀 후 수술 (쥐의 체중은 340g이었다 수술시에) 뽑아 구일 쥐 결함의 생체 X-선 이미지에서 그림 12. 큰 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 버전입니다.

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Discussion

큰 골 결손을 생성하는 수술의 가장 중요한 단계는 다음과 같다 : 1) 생쥐의 체중 적절한 선택은 외고정의 크기와 일치하는 단계; 2) 절차를 수행하는 동안 무균 환경을 유지; 3) 수술 프로토콜을 다음.

본 연구의 주요 목표는 설계, 제조 및 쥐의 대퇴부 큰 결함 모델에 새로운 변수 강성 외고정의 특성과 치유 과정에서 생물학적, 기계적 요인 사이의 상호 작용을 결정하는이 고정 장치를 사용했다. 새로운 클램프의 기계적 성질은 세 가지 수준에서 조사하고, 클램프의 다른 특성은 원고 (30)에 발행된다. 클램프는 또한 쥐의 대퇴부에 적용하고, 자신의 생체 내 성능과 및 치료 (30, 31)없이 팔주에 대한 방사선 학적 모니터링.

차 전이 고정 장치의 nnovation 다른 표준화 된 강성을 선택 안정성 바 연결 요소를 교환 할 수있는 기능입니다. 장치가 동물에 부착되어있는 동안의 안정성 바의 연결 요소가 교환 될 수 있기 때문에, 강성은 치유 과정에서 여러 단계에서 조정될 수있다. 연결 요소는 프로토콜에 설명 된 에지 결함 및 새로 형성된 조직 파괴의 오정렬을 방지하기 위해 한 번에 하나를 교환된다. 현재, 네 개의 다른 강성 사용할 수 있지만, 추가적인 강성은 임플란트 시스템의 제조자 통해 상이한 두께의 다른 연결 요소를 주문함으로써 간단히 달성 될 수있다.

이들 재료는 이미 인간에서 정형 외과 임플란트에 사용되는 자신의 생체 적합성이 잘 확립 되었기 때문에 장착 핀과 메인 프레임은, 각각 TAN과 PEEK,에서되었다. 이들 물질은 또한 생체 내에서 촬상 허용왜곡을 최소화하고, 감염의 감소 발생률 골절 수리의 초기 단계. 생체 실험은 클램프가 명확한 영상을 허용 감염이나 핀 풀림없이 최소한 8 주 동안 5mm의 분절 간격을 유지하고 있음을 확인.

추가적인 설계 기능으로, 고정 장치는 연결 요소가 사용되는 강성에 관계없이 안정 바에 뼈 표면으로부터 6mm 오프셋없는 프리 세트를 갖는다. 이 기능은 고정 장치의 주입이 매우 재현 할 수 있습니다. 1,18,26,27 문헌에 기재된 또 다른 대안적인 설계들에 비하여 중요한 이점은, 새로운 외고정이 관성으로 제어되지 않은 로딩을 방지하기 위해 최소의 질량 (0.32 g)를 갖도록 디자인 된 점이다. 또한, 피부의 주입 및 봉합 한 후, 임플란트 크로스바와 피부 사이의 간극은 약 2 mm이다. 피부 표면에 근접는 이러한 가능성을 방지 모멘트 력을 최소화외고정에서 의도 한 이외 결함 내의 추가적인 로딩. 또한, 종래의 낮은 외과 외상을 유지하고 회전 톱 크고 작은 절골술을 만들기위한 도구로 고려되지 않았다. 이러한 톱 중 하나 인접 조직으로 절단 또는 조직이 수축 할 때 골막을 제거. 과거에 우리는 4.5 mm 치과 버가 5mm 결함을 생성하는보고가 병렬 끝 22,26,27와 정확하고 재현성 크기의 결함을 생성하는 것은 불가능 것을 발견했다 사용했다. 이러한 문제를 방지하기 위해 우리는 0.22 mm의 질리 와이어 톱을 이용했다. 본 가이드는 재현성 병렬 끝 정확한 결함을 만들기 위해 개발되었다.

이 기술을 사용하면 몇 가지 제한이있다. 이 외고정을 사용 주요 관심사 중 하나는 쥐 PEEK 이루어지는 외고정 플레이트, 씹을 수 있음을 통해, 결과 섹션에서 언급 가능성이다. 그러나, 정시알루미늄 금속 커버 최근이를 방지하기 위해 고정 장치의 제조자에 의해 개발되었다. 마찬가지로 엘리자베스 칼라는 씹는 동물 않도록 수술 후 첫 2 주에 사용될 수있다. 추가적인 관심은 빈 골 결손이 연구를 위해 사용되는 경우, 장착 핀은 수술 후 뼈 몇 주에서 꺼내 수있는 가능성이 있다는 것이다. 또한, 고정 장치가 프로토콜에서 설명되는 정확한 방향에서 주입되는 것이 중요하다. 지시 사항이 충실히 이행되지 않은 경우, 특정 강성 고정 장치가 제공하는 기계적인 환경이 의도대로되지 않을 것이고, false 결과를주는 오류를 소개하는 큰 위험이 있습니다.

이 문서에 설명 된 클램프는 다양한 기계 환경 및 / 또는 b에 기계 (강성) 변조의 경험적 효과를 결정하는 데 필요한 실험을 수행하는 연구자를 활성화큰 결함이나 절골술 (30, 31)의 한 치유. 또한, 외고정 기술은 다른 약제와 생체 물질이 치료 과정을 가속시키기 위해 복잡한 골절뿐 아니라 표준 골절의 치료뿐만 아니라, 새로운 치료법을 발견하기 위해 각종 연구 시험에 사용될 수있다.

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Disclosures

저자 로마노 Matthys은 임플란트,이 문서에서 사용되는 임플란트 특정 기기 및 소모품을 생산 RISystem AG 스위스 다 보스의 직원이다. 저자 Vaida GLATT는 경쟁 금전적 이해 관계가 없습니다.

Acknowledgements

이 작품은 AO 재단 (S-08-42G)와 RISystem AG에 의해 지원되었다.

우리는 매우 큰 확장하고 싶습니다 "감사를!" 우리가이 수술의 촬영을 위해 자신의 OR 기능을 사용할 수 있도록 너무 호의적 인을위한 AO 연구소 스위스 다 보스에서 스테판 Zeiter의 팀.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
RatExFix simple 100% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.120
RatExFix simple 70% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.123
RatExFix simple 40% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.121
RatExFix simple 10% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.122
RatExFix Connection element 100% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.130
RatExFix Connection element 70% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.131
RatExFix Connection element 40% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.132
RatExFix Connection element 10% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.133
RatExFix Main body RISystem AG Davos, Switzerland RIS.611.101
RatExFix InterlockingScrew RISystem AG Davos, Switzerland RIS.412.110
RatExFix Mounting pin 0.85 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.412.100
RatExFix Saw Guide 100% 5 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.312.100
Accu Pen 6V+ RISystem AG Davos, Switzerland RIS.390.211
HandDrill RISystem AG Davos, Switzerland RIS.390.130
Drill Bit 0.79 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.593.203
Gigly wire saw 0.22 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.590.100
Square box wrench 0.70 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.590.112
Square box wrench 0.50 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.590.111
Centering bit 1.00 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.592.205
Scalpel Blade handle Fine Science tools
Scalpel Blade (Size 15) Fisher Scientific
Tissue Forceps Fine Science tools
Scissors Fine Science tools
Retractor Fine Science tools
Needle Holder Fine Science tools
Henahan Elevator Fine Science tools
S-shape curved dissecting and ligature forceps  Fine Science tools 2
Dressing Forceps Fine Science tools 2
Sterile Fenestrated drape Fisher Scientific for surgery
Sterile gauze Fisher Scientific for surgery
5 ml syringe  Fisher Scientific  for irrigation of defect
24-27G needle  Fisher Scientific  for irrigation of defect
1 cc Insulin syringes  Fisher Scientific for drug injections
sterile saline  Fisher Scientific for bone defect irrigation
sterile gloves Fisher Scientific to perform surgeries
chlorohezadine Fisher Scientific disinfecting solution for surgical site
Vicryl suture 4-0 with SH-1 Fisher Scientific to suture muscle 
Ethibond suture 3-0  Fisher Scientific to suture skin
Isofluorine Sigma-Aldrich for anesthesia
Buprenorphine Sigma-Aldrich analgesia during and after the surgery
Cefazolin Sigma-Aldrich antibiotic during and after the surgery 
Sprague-Dawley Rats or any other strain Charles River Laboratories International, Inc. (Wilmington, MA USA) 

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References

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