우리는 기술 지원에 대 한 자료 및 구조 테스트 핵심 시설 및 부문 엔지니어링의 메이 요 클리닉에 감사 하 고 싶습니다. 또한 우리는 로렌스 J. Berglund, 제임스 Bronk, 브 랜 트 뉴 먼, Jorn op 덴 Buijs, 박사, 연구 기간 동안 그들의 도움을 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는 Grainger 재단에서 Grainger 혁신 기금에 의해 재정적으로 지원 되었다.

1. 큰 기구 첨부 <ol><li>컴퓨터에서 표준 기구 제거.</li>
	<li>사내 기구에 맞게 떨어져 크로스 헤드 이동.</li>
	<li>컴퓨터에 알루미늄 블록 ( 그림 1A에서 제 1 부)를 놓고 두 개의 볼트를 사용 하 여 컴퓨터에서 안전 하 게 고정, 중앙에 구멍 기계 로드 셀 수용.</li>
	<li>알루미늄 블록에 주요 설비 구조 ( 그림 1B에서 제 2 부)를 배치 하 고 안전 하 게 4 볼트를 사용 하 여 블록에 첨부.</li>
	<li>고정 장치 ( 그림 1C)을 지원 하기 위해 알루미늄 블록에 휴식 하지 않는 조명 기구 부분 아래 4 톤 잭 장소.</li>
	<li>주요 설비에 6 채널 로드 셀 고정 장치 ( 그림 1D에 제 3 부)를 탑재 하 고 6 나사를 사용 하 여 보안.</li>
</ol> 2. 크로스 헤드 고정 장치 부착 <ol><li>기계 크로스 헤드는 크로스 헤드 리프트 제어를 사용 하 여 절대 0으로 설정.</li>
	<li>7 나사를 사용 하 여 테스트 컴퓨터의 전면에 직면 하 고 그것의 곡선된 모서리와 크로스에 연결할 첫 번째 baseplate ( 그림 2B에서 제 4 부).</li>
	<li>연결 두 번째 baseplate ( 그림 2C에서 제 5 부)를 사용 하 여 하나의 피벗 나사. 나사는 테스트 하는 동안 왼쪽과 오른쪽 뼈를 수용 한다. 두 번째 baseplate (부분 5)에 대 한 첫 번째 baseplate (제 4 부)를 기준으로 피벗 스크류 회전 무료입니다. 두 번째 baseplate의 방향 인지 설치 오른쪽 또는 왼쪽 대 퇴 골에 대 한.</li>
	<li>두 슬라이드 베어링 ( 그림 2d에서 부분 6 호) 두 번째 baseplate (제 5 부)를 4 나사 (나사 2 개는 첫 번째 baseplate의 한쪽에서 액세스할 수 있습니다)를 사용 하 여 어셈블리를 연결 합니다. 첫 번째 baseplates의 상단에서 나사 두 번째 집합을 액세스할 수 있는 이러한 방법으로 두 번째 baseplate 회전. 
	참고:을 오른쪽 뼈 왼쪽된 뼈에서 슬라이드의 방향을 변경 하려면 첫 번째 baseplate 위에 4 나사는 없습니다 걸린, 그리고 다음 슬라이드 피벗 나사에 대 한 회전 필요한 방향에 다시 고정.</li>
	<li>컴퓨터 크로스 65 °의 상대 위치를 설정 하 여 수동으로 회전 슬라이드 6 채널 부하에 직교 하는 셀.</li>
</ol> 3. 계측 설비, 고속 카메라, 그리고 실험에 대 한 조명 설치 <ol><li>세트는 표준 서보 유압 테스트 계측된 하단 고정 장치를 기계. 이 정착 대 퇴 골을 개최 하 고 왼쪽 및 오른쪽 femora 엉덩이 구성 ( 그림 1)에을에서 수용.</li>
	<li>고속 카메라와 조명 장비 설정 ( 그림 3A-3D).
	<ol><li>삼각대 컴퓨터의 각 측면에 하나에 고 강도 빛을 놓고 ( 그림 3A) 보안.</li>
		<li>테스트의 양쪽에 고속 카메라 기계 및 데이터 수집 장치 ( 그림 3B -3 C)에 연결 하는 각 카메라 삼각대 설정.</li>
		<li>및 수집 장치에 연결 된 카메라, 카메라 설정을 구성 프레임 속도 (fps)와 해상도 1024 x 512 픽셀 당 6000 프레임 설정; 해상도 카메라 내부 메모리를 수용 하기 위하여 감소 될 수 있다 ( 3D 그림).</li>
		<li>설정 셔터 1 프레임/초 (1/6000 fps). 녹음 시작 액추에이터 (100 ms 빠른 테스트 및 느린 테스트 200 ms) 이동 하기 전에 카메라 옵션 설정.</li>
		<li>둘 사이의 동기화 케이블 연결 카메라, 카메라의 소프트웨어 설정에서 선택 트리거 모드.</li>
	</ol></li></ol> 4. 검사/보정 로드 셀 적절 한 데이터 수집 시스템 (DAQ) <ol><li>DAQ 단위 설정 <ol><li>연결 테스트에 DAQ 기계, 고속 비디오 카메라, 로드 셀, 및 배선 같이 선형 포 텐 쇼 미터 그림 4에 도식.</li>
		<li>말 로드 셀, 헤드 로드 셀, 선형 포 텐 쇼 미터, 6 개 채널 로드 셀의 적절 한 연결을 확인 하 고 수동으로 로드 셀에 추진 하 여 DAQ 소프트웨어의 보기 패널에서 데이터 신호 트레이스를 관찰 하 여 DAQ 디바이스에 신호를 트리거.</li>
		<li>DAQ, 신호 컨디셔너, 및 펄스 발생기는 모든 전원 ON 확인.</li>
		<li>로드 셀 및 선형 포 텐 쇼 미터에서 모든 신호를 위한 DAQ 소프트웨어를 구성합니다. DAQ 소프트웨어에서 선택 된 &#34; 단계 설치 &#62; &#62; 구성 &#34; 탭 및 각 부하 셀과 관련 된 각 신호 입력에 대 한 수집 속도 (Hz)를 설정. 에 &#34; 트리거링 &#34; 탭, 적절 한 트리거링 옵션을 선택 합니다. 비디오 장비 또한 트리거하도록 비디오/DAQ 시스템 동시성을 보장 하기 위해 시운전 중.</li>
	</ol></li> <li>공칭 부하 (예: 1600 파운드 최대 200 파운드의 최소) 대 퇴 골 머리에 적용 및 trochanter 로드 셀 합리적인 부하를 확인 하는 표준 서보 유압 기계를 사용 하 여 측정 셀 제조 업체 비교 교정 데이터 시트 ( 그림 5A).</li>
	마찬가지로, <li> 5B 그림에서 같이 죽은 무게를 사용 하 여 정적 부하 6 채널 로드 셀에 적용 됩니다. 기능을 확인 하 고 6-채널 로드셀의 성능 확인 ( 그림 5A -5B) 측정 및 이론적인 힘과 순간 값 사이의 퍼센트 차이 계산 하 여. 오류 5% 미만 이어야 한다. 
	참고: 모든 로드 셀 해야 합니다은 조정 되었습니다 그들의 제조 업체에 의해 사전에. 이 단계는만 로드 셀 작동, 모든 연결이 고, 신호는 합리적인 확인.</li>
	<li><ol><li>선형 포 텐 쇼 미터를 보정 크로스 헤드를 선형 포 텐 쇼 미터 조명 기구를 확보 하 고 고정 장치 ( 그림 5C)에서 선형 포 텐 쇼 미터를 배치. 포 텐 쇼 미터 몸 잠그고 DAQ 장치에 커넥터를 연결 하는 나사를 조여</li>
		<li>수동으로 이동 액츄에이터 (25 mm) 부하 프레임에 포 텐 쇼 미터 위치 최대 확장 및 기록 변위 및 (적어도 3 개의 데이터 요소)에 대 한 해당 전압 최대 압축에서 번역 합니다. 전압 대 변위 플롯 및 데이터에 선형 함수를 맞는 (R 2 &#62; 0.95). 선형 방정식 (m m/V)의 사면에 보정 계수 입력은 &#34; 매개 변수 스케일링 &#34; DAQ 소프트웨어의 상자.</li>
	</ol></li> <li>대리 유리 섬유 뼈 골절 되도록 모든 데이터 수집 기능과 합리적인를 테스트 하 여 전반적인 테스트 기계 설치를 확인 합니다. Trochanter 로드 셀, 대 퇴 골 머리 로드 셀, 선형 포 텐 쇼 미터, 6 채널 로드 셀 및 트리거 신호 ( 그림 6) 여기에 포함 됩니다.</li>
</ol> 5. 테스트에 대 한 뼈를 준비 <ol><li>뼈를 24 시간 실 온에서 해 동 하 고 수 분, 과잉 지방, 그리고 모든 나머지 부드러운 조직 pa를 사용 하 여 제거수건 당.</li>
	<li>검색 설비, 아크릴에 뼈 놓고 치과 시멘트를 준비 합니다. PMMA 분말 60 g을 측정 하 고 증기 두건에서 액체 수 지의 30 g 믹스 가루 해산 했다 때까지. 혼합물 pourable 해야 합니다. 이 프로세스에 대 한 일회용 종이 컵을 사용 합니다. 이 단계는 알루미늄 컵 ( 그림 7A)에 더 중대 한 trochanter potting.</li>
	<li>는 trochanter 아래 알루미늄 컵을 맞춥니다. 그리고는 컵의 절반 높이 PMMA 시멘트를 부 어 컵에 뼈에 맞게 고정 장치 플랫폼을 발생 합니다. 중 합에 대 한 10-15 분 허용.</li>
	<li>랩 뼈 식 염 수에 젖은 뼈 시멘트 중 합 하는 동안 조직의 건조를 피하기 위해 수건.</li>
	<li>알루미늄 컵 trochanter ( 그림 7B)에 연결 된 테스트 컴퓨터에서 테스트 정착 물에 뼈를 이동</li>
	<li>말 로드 셀에 연결 된 판에 알루미늄 컵을 센터 및 알루미늄 컵 약간 감동 로드 셀 슬라이드 베어링 조정. 비품의 회전 수 있도록 고정 장치에서 핀을 제거</li> <li>센터와 낮은 대 퇴 골 머리와 접촉에 대 한 크로스.</li>
	<li>검토 설치, 뼈 위치, 로드 셀 신호, 고 컵 위치. 또한 DAQ 디바이스 검토; 모든 장비 및 로드 셀 제대로 연결 되 고 모두에 전원을 켰는지 확인 합니다 확인 하십시오. 각 로드 셀에서 신호를 적절 한 응답에 대 한 소프트웨어 설치를 확인 하십시오.</li>
	<li>2 측면에서 설비에 대 퇴 골의 사진을 배치.</li>
	<li>는 카메라 센서에 충분 한 빛을 허용 하 고 필드의 깊이 제어 하는 조리개를 설정 합니다. 대 퇴 골 경부에 집중 하 여 이미지 품질을 확인 합니다. 이 과정 어떤 반사 및 광택 뼈 골절 이벤트 캡처에 영향을 미칠 것이 이미지에서 영역을 방지 해야.</li>
</ol> 6. 골절을 테스트 <ol><li>확인 서보 기계 부하 프레임 모두 로딩 및 언로딩에 대 한 서보 기계 부하 프레임에서 골절 테스트 25 m m의 적절 한 변위 제어를 위한 프로그램입니다. 
	참고:이 제조자 설정 해야 입력 고 제조자 사양에 따라 테스트 장비의 컨트롤 패널에서 확인.</li>
	<li>확인 한 마지막 시간 비디오 카메라 및 데이터 수집 시스템에서 반사를 최소화 하기 위해 조명.</li>
	<li>테스트 대 퇴 골 ( 그림 ℃) 골절을 테스트 시퀀스를 시작 하려면 제어판에서 시작 아이콘을 클릭 하십시오.</li>
	<li>2 측면에서 골절된 대 퇴 골의 사진을 찍을.</li>
	<li>수동으로 액추에이터를 철회 하 고 기계에서 대 퇴 골 제거.</li>
</ol> 7. 준비 후 골절 <ol><li>뼈 고정 장치에서 제거.</li>
	<li>테이프 샤프트, 젖은 수건 및 비닐 봉지 ( 그림 7D)에서 다음-20에 동결을 뼈의 인접 깨진된 끝 ° c.</li>
	<li>보존 추가 후 골절 x 선 및 CT 영상에 대 한 뼈. 
	참고:이 프로세스는 이전 설명 다른 프로토콜에서 (정돈에 검토중) 우리 그룹에서에 대 한 세부 사항 ( 그림 7E).</li>
</ol>

<ol>
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우리는 골절을 프로토콜 테스트 인접 싱가포르로 femora는 우리가 성공적으로 약 200 샘플 테스트 엉덩이 구성에가 제안 했다. 프로토콜 대 퇴 강도 다른 로드 조건 하에서 테스트에 대 한 여러 사내 설계 설비를 포함 한다. 정착 물은 다른 테스트 속도 및 뼈 방향에 오른쪽 및 왼쪽 femora의 테스트 수 있습니다. 비품 및 측정 계기를 장착, 유리 섬유 대 퇴 골 골절 보장 모든 하드웨어 및 소프트웨어 도?...

대 퇴 골절 위험 평가 대 한 새로운 방법 및 골절 예방 엉덩이에 대 한 개발 골절 중 관련 된 biomechanical 프로세스의 포괄적인 이해를 요구 한다. 대 퇴 골 강도 및이 과정1,2 에 중요 한 통찰력을 제공 하는 대 퇴 골의 구조적 용량에 영향을 미치는 요인 사이 관계 결정에 효과가 입증 싱가포르로 근 위 대 퇴 골 강도 테스트 , 3. 실험적으로 측정 된 대 퇴 골 강도 양적 단층 기반 유한 요소 해석 (QCT/FEA) 골절 강도4,5, 비-침략 적 예측을 가능 하 게의 유효성 검사에도 사용 6,7.
날짜 하려면, 골절 대 퇴 전체 표본을 테스트를 더 허용된 표준 절차가입니다. (뼈 미네랄 밀도 형상 등) 임상 측정 가능 변수 및 대 퇴 골 강도에 그들 영향을, 통제 되 고 반복 가능한 방식으로 실행 될 실험 테스트에 대 한 필수적입니다. 싱가포르로 femora 불규칙 한 모양 및 범위 크기8 에 있고 남성 또는 여성 시신 다른 연령대의 표준 기계 테스트의 기본 제공 비품을 사용 하 여 테스트 불가능에서 얻어질 수 있다. 힙합 이벤트에 옆으로에 더 중대 한 trochanter 압축 로드, 근 위 대 퇴 골 압축, 긴장, 구 부리는 순간, 그리고 비틀림을 포함 한 복잡 한 로드를 발생할 수 있습니다 동안 겪 습. 이러한 로드 시나리오를 테스트 실험 설계에 복잡성을 추가 합니다. 따라서, 테스트 프로토콜을 하나의 중요 한 구성 요소로 정착 물, 특히 설계, 조작, 고 대 퇴 샘플은 다른 모양 및 크기, 및 다른 테스트 속도 맞게 설치 있습니다. 이 정착도 엉덩이에 에서 가능한 충격 부하를 시뮬레이션 하기 위해 원하는 방향의 범위에서 테스트는 견본을 보유 해야 합니다. 같은 다양 한 조건에 맞게 정착 해야 여러 고정 하 고 시스템에서 재생을 최소화 하 고 부드러운 하 중-변위 응답을 얻기 위해 방식으로 연결 된 구성 요소를 이동.
신뢰할 수 있는 데이터 수집이 테스트 중에 중요 합니다. 실험 설계를 통합 해야 합니다 필요한 로드 셀, 변위 변환기, 신호 증폭기와 정확 하 게 측정 힘 및 순간 컨디셔너 전혀 지원 합니다. 또한, 세력의 취득으로 동기적으로 얻은 대 퇴 골의 앞쪽 및 후부 전망의 고속 동영상은 골절, 골절 종류, 특징을 선도 하는 이벤트의 순서를 이해할 수 있도록 하는 데 필요한 그리고 정확 하 게 대 퇴 골 강도4,9를 정의 합니다.
거기 있는 동안 귀중 한 실험 연구 문학 전체 대 퇴 골 테스트, 게시 프로토콜 테스트 수행 방법에 대 한 내용은 부족 또는 진정으로 그들에 게 재현10, 다른 한 연구에서 매우 다른 11. 현재 작업의 목표는 뼈 조직 반복 하 고 재현할 수 있는 테스트를 표준화 하기 위한 노력에 대 한 시작 지점으로 사용할 수 있는 대 퇴 샘플의 기계적 테스트 프로토콜을 소개 했다. 이 위해, 우리는 설계 및 약 200 싱가포르로 femora 테스트 하는 데 사용 된 테스트 고정 물 조작. 테스트 설비 하단 고정 물 및 크로스 헤드 고정 장치 포함. 하단 고정 장치 (그림 1A-E) 테스트 하는 동안 원하는 방향에서 대 퇴 골을 보유 하 고 trochanter 로드 셀 및 대 퇴 축에 연결 된 6 채널 로드 셀 포함. 그것은 또한 골절 테스트에 대 한 뼈의 위치에 대 한 수 있도록 3 개의 독립적인 번역을 수용 한다. 회전의 포인트는 무릎 관절을 모방에 추가 됩니다. 바닥 정착의 중요 한 부분 했다 이루어진 스테인레스 스틸과 알루미늄의 두꺼운 조각 매우 뻣 뻣 한 기구를 만들기 위해. 로드 셀 테스트 하는 동안에 더 중대 한 trochanter 압축 힘을 측정 하는 하단 정착 물에 붙어 있다. 크로스 헤드 고정 장치 (그림 2A-2E) 2 개의 알루미늄 기본 격판덮개 및 (첨부 함께 알루미늄 격판덮개에 의해), 테스트 중 대 퇴 골 머리의 움직임을 담당 하 고 수용 하는 두 매우 뻣 뻣 한 슬라이드 볼 베어링 포함 오른쪽과 왼쪽 femora에 대 한. 로드 셀 크로스 기구 측정에 압축 력을 포함. 로드 셀에 연결 하는 알루미늄 컵 대 퇴 골 머리에 압축 부하를 적용 하는 데 사용 됩니다. 우리의 방법은 두 남녀, 다양 한 크기의 왼쪽 및 오른쪽 femora 위해 사용 되었다, 목-샤프트 각도, 골밀도, 및 로드 조건을 흉내내는 옆으로 엉덩이에을. 우리의 실험에서 테스트 속도 5, 100, 및 700 m m/s에서 설정 하지만 그들은 테스트 컴퓨터에서 사용할 수 있는 값으로 설정할 수 있습니다. 설계 된 조명 기구는 하나 테스트 컴퓨터의 크로스 헤드에 연결 되 고 다른 테스트 프레임에 연결 된 두 가지 주요 구성 요소를 했다. 두 부분 로드 셀 힘을 측정 하기 위해 충분 한 기구 있었다 고 순간 경계 조건 전혀 지원 합니다. 또한, 두 개의 고속 비디오 카메라 테스트 중 골절 이벤트를 기록 하는 데 사용 되었다. 골절 후 엑스레이 계산 된 단층 촬영 (CT) 스캔 게시물 실험 골절 분석에 대 한 가져온. 결과 골절 강도 포함 한 이러한 실험에서 얻은 고 에너지 현재 결국 골다공증 환자에서 근 위 골절의 평가 개선 하기 위해 추가 연구 진단 도구에 대 한 사용.

<table><tbody><tr><td>CT scanner</td><td>Siemens</td><td>Somatom Definition scanner (Siemens, Malvern, PA)</td><td>CT scanning equipment</td></tr><tr><td>Quantitative CT Phantom</td><td>Midways Inc, San Francisco, CA</td><td>Model 3 CT calibration Phantom</td><td>Used for obtaining BMD values from Hounsfield units in the CT image</td></tr><tr><td>Hygenic Orthodontic Resin (PMMA)</td><td>Patterson Dental Supply</td><td>H02252</td><td>Controlled substance and can be purchased with proper approval</td></tr><tr><td>Freezer</td><td>Kenmore</td><td>N/A</td><td>This is a -20&lt;sup&gt;o&lt;/sup&gt;C storage for bones</td></tr><tr><td>X-ray scanner</td><td>General Electric</td><td>46-270615P1</td><td>X-ray imaging equipment.</td></tr><tr><td>X-ray films</td><td>Kodak</td><td>N/A</td><td>Used to display x-ray images</td></tr><tr><td>X-ray developer</td><td>Kodak X-Omatic</td><td>M35A X-OMAT</td><td>Used for developing X-ray images</td></tr><tr><td>X-ray Cassette</td><td>Kodak X-Omatic</td><td>N/A</td><td>Used for holding x-ray films</td></tr><tr><td>Physiologic Saline (0.9% Sodium Chloride)</td><td>Baxter</td><td>NDC 0338-0048-04</td><td>Used for keeping samples hydrated</td></tr><tr><td>Scalpels and scrapers</td><td>Bard-Parker</td><td>N/A</td><td>Used to clean the bone from soft tissue</td></tr><tr><td>Fume Hood</td><td>Hamilton</td><td>70532</td><td>Used for ventilation when preparing PMMA for potting of specimens</td></tr><tr><td>Single axis load cell</td><td>Transducer Techniques, Temecula, CA, USA</td><td>LPU-3K; S/N 219627</td><td>Capacity 3000 LBS</td></tr><tr><td>Six channel load cell</td><td>JR3,Woodland, CA</td><td>45E15A4</td><td>Mechanical load rating 1000N</td></tr><tr><td>Linear potentiometer</td><td>Novotechnik, Southborough, MA, USA</td><td></td><td>Used to acquire linear displacements during testing</td></tr><tr><td>Slide ball bearing</td><td>Schneeberger</td><td>Type NK</td><td>Part of the testing fixture</td></tr><tr><td>Mechanical testing machine</td><td>MTS, Minneapolis, MN</td><td>858 Mini Bionix II</td><td>Used for compression of femur</td></tr><tr><td>Lighting unit</td><td>ARRI</td><td></td><td>Needed for high speed video recordings</td></tr><tr><td>high-speed video camera</td><td>Photron Inc., San Diego, CA, USA</td><td>Photron Fastcam APX-RS</td><td>Used to capture the high speed video recordings of the fracture events</td></tr><tr><td>Photron FASTCAM Viewer</td><td>Photron Inc., San Diego, CA, USA</td><td>Ver.3392(x64)</td><td>Used to view the high speed video recordings</td></tr><tr><td>Camera lens</td><td>Zeiss</td><td>Zeiss Planar L4/50 ZF Lens</td><td>Needed to high image resolution</td></tr><tr><td>Signal conditioner board (DAQ)</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Input/output signal connector</td></tr><tr><td>Signal Express</td><td>National Instruments</td><td>N/A</td><td>Data acquisition software</td></tr><tr><td>Laptop Computer</td><td>Dell</td><td>N/A</td><td>Used to monitor and acquire all signals from the testing procedure</td></tr></tbody></table>

method and instrumented fixture for femoral fracture testing in a sideways fall-on-the-hip position

Femora의 기계적 테스트 임상 측정 가능 변수 뼈 미네랄 밀도 분포 등 형상 대 퇴 기계적 성질에의 기여를 이해 하는 귀중 한 통찰력을 제공 합니다. 현재, 측정, 강도와 강성을 기하학적으로 복잡 한 뼈 등의 기계적 테스트에 대 한 없는 표준 프로토콜이 이다. 이 간격을 해결 하기 위해 우리는 싱가포르로 femora 골절 하 고 그들의 biomechanical 매개 변수 측정 테스트 프로토콜을 개발 했습니다. 이 프로토콜 적응 기구를 다양 한 부하 크기 및 방향 엉덩이 구성에는을에 가능한 뼈 방향에 대 한 회계, 속도, 뼈 크기와 왼쪽된 다리 오른쪽 다리 변형 테스트 집합을 설명 합니다. femora 청소 하 여 테스트를 위해 준비 했다, 절단, 검색 및 화분 용 선단부 및 더 중대 한 trochanter 문의 poly(methyl methacrylate) (아크릴) 표면 다른 프로토콜에 제시 된으로. 준비 된 표본 엉덩이에 옆으로 흉내 낸 위치에 고정 하는 테스트 장치에 배치 하 고 골절을 로드 했다. 테스트, 중 2 개의 부하 측정 셀 수직 힘에 적용 대 퇴 골 머리와 큰 trochanter, 6 축 로드셀 측정된 힘 및 순간 원심 대 퇴 축 및 변위 센서에서 측정 사이 차동 변위는 대 퇴 골 머리와 trochanter 지원 문의. 고속 카메라는 동기적으로 테스트 하는 동안 골절 이벤트의 순서를 기록 하는 데 사용 되었다. 이 데이터 감소 허용 강도, 강성, 특성화 및 거의 200 골다공증, osteopenic, 에너지 골절 및 골다공증에 대 한 엔지니어링 기반의 진단 도구 개발에 대 한 정상적인 시체 femora 연구.

사내 설비 표준 기구 테스트 컴퓨터에서 제거 된 후에 거치 된다. 첫째, 바닥 무거운 기구 탑재 이며 보안 (그림 1). 6 개 채널 로드 셀 원하는 예증 각도로 정렬 대 퇴 축 수 확장된 팔 포함 됩니다. 다음, 두 마찰 슬라이드 베어링을 포함 하 여 크로스 헤드 고정 물 골절 (그림 2) 동안 부하 및 대 퇴 골 머리의 움직임의 응용 프로그...

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Method and Instrumented Fixture for Femoral Fracture Testing in a Sideways Fall-on-the-Hip Position

이 원고는 프로토콜 표준 서보 유압 프레임에 장착 된 계측된 설비를 사용 하 여 hip 구성에 옆으로을에 시험 시체 인접 femora 골절을 선물이. 9 디지털된 신호 세력, 순간, 및 2 개의 고속 비디오 스트림 함께 변위 테스트 중 획득 됩니다.

방법 및 대 퇴 골절 옆으로을-에서--엉덩이 위치에서 테스트를 위해 계측된 설비

Mechanical testing of femora brings valuable insights into understanding the contribution of clinically-measureable variables such as bone mineral density ...

method-instrumented-fixture-for-femoral-fracture-testing-sideways

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9.9K 조회수.  Mayo Clinic. 이 원고는 프로토콜 표준 서보 유압 프레임에 장착 된 계측된 설비를 사용 하 여 hip 구성에 옆으로을에 시험 시체 인접 femora 골절을 선물이. 9 디지털된 신호 세력, 순간, 및 2 개의 고속 비디오 스트림 함께 변위 테스트 중 획득 됩니다.

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Creating Rigidly Stabilized Fractures for Assessing Intramembranous Ossification, Distraction Osteogenesis, or Healing of Critical Sized Defects

Assessing modes of skeletal repair is essential for developing therapies to be used clinically to treat fractures. Mechanical stability plays a large role in healing of bone injuries. In the worst-case scenario mechanical instability can lead to delayed or non-union in humans. However, motion can also stimulate the healing process. In fractures that have motion cartilage forms to stabilize the fracture bone ends, and this cartilage is gradually replaced by bone through recapitulation of the developmental process of endochondral ossification. In contrast, if a bone fracture is rigidly stabilized bone forms directly via intramembranous ossification. Clinically, both endochondral and intramembranous ossification occur simultaneously. To effectively replicate this process investigators insert a pin into the medullary canal of the fractured bone as described by Bonnarens4. This experimental method provides excellent lateral stability while allowing rotational instability to persist. However, our understanding of the mechanisms that regulate these two distinct processes can also be enhanced by experimentally isolating each of these processes. We have developed a stabilization protocol that provides rotational and lateral stabilization. In this model, intramembranous ossification is the only mode of healing that is observed, and healing parameters can be compared among different strains of genetically modified mice 5-7, after application of bioactive molecules 8,9, after altering physiological parameters of healing 10, after modifying the amount or time of stabilization 11, after distraction osteogenesis 12, after creation of a non-union 13, or after creation of a critical sized defect. Here, we illustrate how to apply the modified Ilizarov fixators for studying tibial fracture healing and distraction osteogenesis in mice.

This article describes a method for stabilizing long bone fractures that is based on the application of modified Ilizarov external fixators 1-3. After application of the fixators and creation of the bone injury, healing can be assessed, distraction osteogenesis can be performed, or non-union or critical sized defect can be created and used to study therapeutic interventions.

산만 Osteogenesis, 또는 임계 크기의 결함의 치유는 Intramembranous 골화을 평가하기위한 Rigidly 안정 골절 만들기

Assessing modes of skeletal repair is essential for developing therapies to be used clinically to treat fractures. Mechanical stability plays a large role ...

연구

의학

An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a nano-scale. As such, traditional methods of describing implant surfaces -&#160;namely numerical determinants of surface roughness -&#160;are inadequate for predicting in vivo performance. Biomechanical testing provides an accurate and comparative platform to analyze the performance of biomaterial surfaces. An improved mechanical testing method to test the anchorage of bone to candidate implant surfaces is presented. The method is applicable to both early and later stages of healing and can be employed for any range of chemically or mechanically modified surfaces -&#160;but not smooth surfaces. Custom rectangular implants are placed bilaterally in the distal femora of male Wistar rats and collected with the surrounding bone. Test specimens are prepared and potted using a novel breakaway mold and the disruption test is conducted using a mechanical testing machine. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate and reproducible means for isolating an exact peri-implant region for testing.

An improved method to mechanically test bone anchorage to candidate implant surfaces is presented. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate means to direct the disruption forces to an exact peri-implant region.

뼈 이식 앵커리지 평가하는 향상된 기계적 시험 방법

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a ...

생체공학

A Mini-Invasive Internal Fixation Technique for Studying Immobilization-Induced Knee Flexion Contracture in Rats

Joint contracture, resulting from a prolonged joint immobilization, is a common complication in orthopedics. Currently, utilizing an internal fixation to restrict knee joint mobility is a widely accepted model to generate experimental contracture. However, implanting application will inevitably cause surgical trauma to the animals. Aiming to develop a less invasive approach, we combined a muscle-gap separation modus with a previously reported mini-incision skill during the surgical procedure: Two mini skin incisions were made on the lateral thigh and leg, followed by performing muscle-gap separation to expose the bone surface. The rat knee joint was gradually immobilized by a preconstructed internal fixation at approximately 135&#176; knee flexion without interfering essential nerves or blood vessels. As expected, this simple technique permits rapid postoperative rehabilitation in animals. The correct position of the internal fixation was confirmed by an x-ray or micro-CT scanning analysis. The range of motion was significantly restricted in the immobilized knee joint than that observed in the contralateral knee joint demonstrating the effectiveness of this model. Besides, histological analysis revealed the development of fibrous deposition and adhesion in the posterior-superior knee joint capsule over time. Thus, this mini-invasive model may be suitable for mimicking the development of immobilized knee joint contracture.

Here, we present a protocol to describe a minimally invasive technique for knee joint immobilization in a rat model. This reproducible protocol, basing on muscle-gap separation modus and the mini-incision skill, is suitable for studying the underlying molecular mechanism of acquired joint contracture.

쥐에서 고정 유도 무릎 굴곡 계약을 연구하기위한 미니 침략적 인 내부 고정 기술

Joint contracture, resulting from a prolonged joint immobilization, is a common complication in orthopedics. Currently, utilizing an internal fixation to ...

발생학

Adjustable Stiffness, External Fixator for the Rat Femur Osteotomy and Segmental Bone Defect Models

The mechanical environment around the healing of broken bone is very important as it determines the way the fracture will heal. Over the past decade there has been great clinical interest in improving bone healing by altering the mechanical environment through the fixation stability around the lesion. One constraint of preclinical animal research in this area is the lack of experimental control over the local mechanical environment within a large segmental defect as well as osteotomies as they heal. In this paper we report on the design and use of an external fixator to study the healing of large segmental bone defects or osteotomies. This device not only allows for controlled axial stiffness on the bone lesion as it heals, but it also enables the change of stiffness during the healing process in vivo. The conducted experiments have shown that the fixators were able to maintain a 5 mm femoral defect gap in rats in vivo during unrestricted cage activity for at least 8 weeks. Likewise, we observed no distortion or infections, including pin infections during the entire healing period. These results demonstrate that our newly developed external fixator was able to achieve reproducible and standardized stabilization, and the alteration of the mechanical environment of in vivo rat large bone defects and various size osteotomies. This confirms that the external fixation device is well suited for preclinical research investigations using a rat model in the field of bone regeneration and repair.

One constraint of preclinical research in the field of bone repair is the lack of experimental control over the local mechanical environment within a healing bone lesion. We report the design and use of an external fixator for bone repair with the ability to change fixator stiffness in vivo.

조정 강성, 쥐 대퇴골 절골술 부위 별 뼈 결함 모델에 대한 외고정

The mechanical environment around the healing of broken bone is very important as it determines the way the fracture will heal. Over the past decade there ...

A Method to Estimate Cadaveric Femur Cortical Strains During Fracture Testing Using Digital Image Correlation

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral surface obtained from mechanical testing. This optical method requires a texture of many contrasting fiduciary marks on a solid white background for accurate tracking of surface deformation as loading is applied to the specimen. Immediately prior to testing, the surface of interest in the camera view is painted with a water-based white primer and allowed to dry for several minutes. Then, a black paint is speckled carefully over the white background with special consideration for the even size and shape of the droplets. Illumination is carefully designed and set such that there is optimal contrast of these marks while minimizing reflections through the use of filters. Images were obtained through high speed video capture at up to 12,000 frames/s. The key images prior to and including the fracture event are extracted and deformations are estimated between successive frames in carefully sized interrogation windows over a specified region of interest. These deformations are then used to compute surface strain temporally during the fracture test. The strain data is very useful for identifying fracture initiation within the femur, and for eventual validation of proximal femur fracture strength models derived from Quantitative Computed Tomography-based Finite Element Analysis (QCT/FEA).

In this protocol, the femur surface strains are estimated during fracture testing using the digital image correlation technique. The novelty of the method involves application of a high-contrast stochastic speckle pattern on the femur surface, carefully specified illumination, high speed video capture, and digital image correlation analysis for strain calculations.

방법 골절 디지털 이미지 상관 관계를 사용 하 여 테스트 하는 동안 싱가포르로 대 퇴 골 피 질 긴장을 예상

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral ...

Imaging of the Microstructural Failure Mechanism in the Human Hip

Imaging the bone microstructure under progressively increasing loads allows for observing the microstructural failure behavior of bone. Here, we describe a protocol for obtaining a sequence of three-dimensional microstructural images of the entire proximal femur under progressively increasing deformation, causing clinically relevant fractures of the femoral neck. The protocol is demonstrated using four femora from female donors aged 66-80 years at the lower end of bone mineral density in the population (T-score range = &#8722;2.09 to &#8722;4.75). A radio-transparent compressive stage was designed for loading the specimens replicating a one-leg stance, while recording the applied load during&#160;micro-computed tomography (micro-CT) imaging. The field of view was 146 mm wide and 132 mm high, and the isotropic pixel size was 0.03 mm. The force increment was based on finite-element predictions of the fracture load. The compressive stage was used to apply the displacement to the specimen and enact the prescribed force increments. Sub-capital fractures due to opening and shear of the femoral neck occurred after four to five load increments. The micro-CT&#160;images and the reaction force measurements were processed to study the bone strain and energy absorption capacity. Instability of the cortex appeared at the early loading steps. The subchondral bone in the femoral head displayed large deformations reaching 16% before&#160;fracture, and a progressive increase in the support capacity up to&#160;fracture. The deformation energy linearly increased with the displacement up to&#160;fracture, while the stiffness decreased to near-zero values immediately before&#160;fracture. Three-fourths of the fracture energy was taken by the specimen during the final 25% force increment. In conclusion, the protocol developed revealed a remarkable energy absorption capacity, or damage tolerance, and a synergic interaction between the cortical and trabecular bone at an advanced donor age.

The protocol enables the measurement of the deformation of the bone microstructure in the entire proximal human femur and its toughness by combining large-volume micro-CT scanning, a custom-made compressive stage, and advanced image processing tools.

인간 고관절의 미세구조 실패 메커니즘 이미징

Imaging the bone microstructure under progressively increasing loads allows for observing the microstructural failure behavior of bone. Here, we describe ...

공학

A Reliable and Reproducible Critical-Sized Segmental Femoral Defect Model in Rats Stabilized with a Custom External Fixator

Orthopedic research relies heavily on animal models to study mechanisms of bone healing in vivo as well as investigate the new treatment techniques. Critical-sized segmental defects are challenging to treat clinically, and research efforts could benefit from a reliable, ambulatory small animal model of a segmental femoral defect. In this study, we present an optimized surgical protocol for the consistent and reproducible creation of a 5 mm critical diaphyseal defect in a rat femur stabilized with an external fixator. The diaphyseal ostectomy was performed using a custom jig to place 4 Kirschner wires bicortically, which were stabilized with an adapted external fixator device. An oscillating bone saw was used to create the defect. Either a collagen sponge alone or a collagen sponge soaked in rhBMP-2 was implanted into the defect, and the bone healing was monitored over 12 weeks using radiographs. After 12 weeks, rats were sacrificed, and histological analysis was performed on the excised control and treated femurs. Bone defects containing only collagen sponge resulted in non-union, while rhBMP-2 treatment yielded the formation of a periosteal callous and new bone remodeling. Animals recovered well after implantation, and external fixation proved successful in stabilizing the femoral defects over 12 weeks. This streamlined surgical model could be readily applied to study bone healing and test new orthopedic biomaterials and regenerative therapies in vivo.

In vivo mammalian models of critical-sized bone defects are essential for researchers studying healing mechanisms and orthopedic therapies. Here, we introduce a protocol for the creation of reproducible, segmental, femoral defects in rats stabilized using external fixation.

사용자 지정 외부 Fixator를 안정화 하는 쥐에서 안정적이 고 재현 가능한 크기의 중요 한 단편 대 퇴 결함 모델

Orthopedic research relies heavily on animal models to study mechanisms of bone healing in vivo as well as investigate the new treatment techniques. ...

Proximal Cadaveric Femur Preparation for Fracture Strength Testing and Quantitative CT-based Finite Element Analysis

Cadaveric fracture testing is routinely used to understand factors that affect proximal femur strength. Because ex vivo biological tissues are prone to lose their mechanical properties over time, specimen preparation for experimental testing must be performed carefully to obtain reliable results that represent in vivo conditions. For that reason, we designed a protocol and a set of fixtures to prepare the femoral specimens such that their mechanical properties experienced minimal changes. The femora were kept in a frozen state except during preparation steps and mechanical testing. The relevant clinical measures of total hip and femoral neck bone mineral density (BMD) were obtained with a clinical dual X-ray absorptiometry (DXA) bone densitometer, and the 3D geometry and distribution of bone mineral were obtained using CT with a calibration phantom for quantitative estimations based on the greyscale values. Any possible bone disease, fracture, or the presence of implants or artifacts affecting the bone structure, was ruled out with X-ray scans. For preparation, all bones were carefully cleaned of excess soft tissue, and were cut and potted at the internal rotation angle of interest. A cutting fixture allowed the distal end of the bone to be cut off leaving the proximal femur at a desired length. To allow positioning of the femoral neck at prescribed angles during later CT scanning and mechanical testing, the proximal femoral shafts were potted in polymethylmethacrylate (PMMA) using a fixture designed specifically for desired orientations. The data collected from our experiments were then used for validation of quantitative computed tomography (QCT)-based finite element analysis (FEA), as described in a different protocol. In this manuscript, we present the protocol for the precise bone preparation for mechanical testing and subsequent QCT/FEA modeling. The current protocol was successfully applied to prepare about 200 cadaveric femora over a 6-year time period.

We present a robust protocol on how to carefully preserve and prepare cadaveric femora for fracture testing and quantitative computed tomography imaging. The method provides precise control over input conditions for the purpose of determining relationships between bone mineral density, fracture strength, and defining finite element model geometry and properties.

파괴 강도 시험 및 정량 CT 기반의 유한 요소 분석을위한 근위 대퇴골 사체 준비

Cadaveric fracture testing is routinely used to understand factors that affect proximal femur strength.  Because ex vivo biological tissues are prone to ...

Cantilever Bending of Murine Femoral Necks

Fractures in the femoral neck are a common occurrence in individuals with osteoporosis. Many mouse models have been developed to assess disease states and therapies, with biomechanical testing as a primary outcome measure. However, traditional biomechanical testing focuses on torsion or bending tests applied to the midshaft of the long bones. This is not typically the site of high-risk fractures in osteoporotic individuals. Therefore, a biomechanical testing protocol was developed that tests the femoral necks of murine femurs in cantilever bending loading to replicate better the types of fractures experienced by osteoporosis patients. Since the biomechanical outcomes are highly dependent on the flexural loading direction relative to the femoral neck, 3D printed guides were created to maintain a femoral shaft at an angle of 20&#176; relative to the loading direction. The new protocol streamlined the testing by reducing variability in alignment (21.6&#176; &plusmn; 1.5&#176;, COV = 7.1%, n = 20) and improved reproducibility in the measured biomechanical outcomes (average COV = 26.7%). The new approach using the 3D printed guides for reliable specimen alignment improves rigor and reproducibility by reducing the measurement errors due to specimen misalignment, which should minimize sample sizes in mouse studies of osteoporosis.

The present protocol describes the development of a reproducible testing platform for murine femoral necks in a cantilever bending set-up. Custom 3D printed guides were used to consistently and rigidly fix the femurs in optimal alignment.

뮤린 대퇴목의 캔틸레버 굽힘

Fractures in the femoral neck are a common occurrence in individuals with osteoporosis. Many mouse models have been developed to assess disease states and ...

The Generation of Closed Femoral Fractures in Mice: A Model to Study Bone Healing

Bone fractures impose a tremendous socio-economic burden on patients, in addition to significantly affecting their quality of life. Therapeutic strategies that promote efficient bone healing are non-existent and in high demand. Effective and reproducible animal models of fractures healing are needed to understand the complex biological processes associated with bone regeneration. Many animal models of fracture healing have been generated over the years; however, murine fracture models have recently emerged as powerful tools to study bone healing. A variety of open and closed models have been developed, but the closed femoral fracture model stands out as a simple method for generating rapid and reproducible results in a physiologically relevant manner. The goal of this surgical protocol is to generate unilateral closed femoral fractures in mice and facilitate a post-fracture stabilization of the femur by inserting an intramedullary steel rod. Although devices such as a nail or a screw offer greater axial and rotational stability, the use of an intramedullary rod provides a sufficient stabilization for consistent healing outcomes without producing new defects in the bone tissue or damaging nearby soft tissue. Radiographic imaging is used to monitor the progression of callus formation, bony union, and subsequent remodeling of the bony callus. Bone healing outcomes are typically associated with the strength of the healed bone and measured with torsional testing. Still, understanding the early cellular and molecular events associated with fracture repair is critical in the study of bone tissue regeneration. The closed femoral fracture model in mice with intramedullary fixation serves as an attractive platform to study bone fracture healing and evaluate therapeutic strategies to accelerate healing.

The murine closed femoral fracture model is a powerful platform to study fracture healing and novel therapeutic strategies to accelerate bone regeneration. The goal of this surgical protocol is to generate unilateral closed femoral fractures in mice using an intramedullary steel rod to stabilize the femur.

Bone fractures impose a tremendous socio-economic burden on patients, in addition to significantly affecting their quality of life. Therapeutic strategies ...