Name: proximal cadaveric femur preparation for fracture strength testing and quantitative ct-based finite element analysis
Uploaded: 2017-03-11T13:00:00
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हम तकनीकी सहायता के लिए मेयो क्लिनिक में सामग्री और संरचनात्मक परीक्षण कोर सुविधा का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं। इसके अलावा हम, लॉरेंस जे Berglund, Brant न्यूमैन, Jorn सेशन मांद Buijs, पीएच.डी. शुक्रिया अदा करने के लिए अध्ययन के दौरान उनकी मदद के लिए चाहते हैं। इस अध्ययन में आर्थिक रूप से Grainger फाउंडेशन से Grainger अभिनव कोष द्वारा समर्थित किया गया।

नोट: इस प्रोटोकॉल में प्रस्तुत सभी अध्ययनों संस्थागत समीक्षा बोर्ड (आईआरबी) मेयो क्लिनिक में द्वारा अनुमोदित किया गया। हड्डियों के विभिन्न संगठनों से 6 साल की अवधि में प्राप्त किया गया। सभी नमूनों को ?...

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

हम हिप विन्यास पर एक बग़ल में गिरावट में ऊरु ताकत के यांत्रिक परीक्षण और QCT / FEA मॉडलिंग सुनिश्चित करने के लिए एक मजबूत हड्डी तैयारी प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया। इस विधि हमारे घर में मानक प्रोटोकॉल बन गया। 6 व...

Determining the true cadaveric proximal femoral fracture strength with mechanical testing is a destructive method that requires a rigorous testing approach for accurate measurements. In particular, proper bone preparation methods are necessary to maintain near in vivo integrity of the bones prior to mechanical fracture testing1. This is achieved by proper bone storage and minimizing handling at room temperature. This test data is extensively used to validate QCT/FEA models of femoral fracture which have the potential to be used clinically to understand the fracture risk, especially in osteoporotic patients. Unfortunately, there is no current standard procedure to prepare proximal femur samples for mechanical testing. A good testing procedure should ensure repeatability and reproducibility of the preparation process. Therefore, fixtures required for sample preparation need to be carefully designed and fabricated to minimize the likelihood of various testing errors. We also need to minimize the preparation time for which bone tissue is at room temperature and thus in danger of degradation with irreversible changes in mechanical properties. 
To this end, we have developed a procedure that preserves bone tissue across multiple preparation steps. This is important to ensure minimal exposure time at room temperature while also minimizing the number of freeze/thaw cycles which can affect tissue physical properties2. The entire procedure is long and nontrivial as the steps occurred over multiple weeks and required scheduling for scanning procedures and personnel availability. The steps included thawing bone samples, screening the samples using DXA scanning to obtain bone mineral density (BMD) values, X-ray to rule out any diseased specimens, and finally CT scanning to estimate distribution of bone mineral and femoral geometry. All the specimens were prepared for testing by removing extraneous soft tissues from the bone surface, cutting the femur to a length required for testing, and potting the femur in a desired orientation for simulating a sideways fall on the hip during subsequent testing. It is essential to keep the time period for all these operations as short as possible. A robust protocol is thus mandatory for consistent specimen preparation, tissue preservation between steps, and for reducing the overall preparation time. 
The aim of this paper is to present in detail the procedures involved in the preparation of femoral samples for subsequent mechanical testing under various conditions. Preservation of the bone tissue is crucial in this process and we achieved it by keeping specimens frozen between steps and keeping them carefully wrapped in saline saturated towels at all times except when scanning and mechanically testing the bones. Femora were also kept wrapped in saline wet towels during the steps involving PMMA curing to prevent dryness of the bone tissue.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>CT potting container and scanning fixture</td>
			<td>Internally manufactured</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Custom designed and manufactured</td>
		</tr>
		<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>Dual Energy X-ray Absorptiometry scanner</td>
			<td>General Electric</td>
			<td>N/A</td>
			<td>GE Lunar iDXA scanner for bone health or any similar BMD scanners</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hygenic Orhodontic 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 -20oC storage for bones</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray scanner</td>
			<td>General Electric</td>
			<td>&#160;46-270615P1</td>
			<td>X-ray imaging equipment.&#160;&#160;</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&#160;</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>5-pound Rice Bags</td>
			<td>Great Value</td>
			<td>N/A&#160;</td>
			<td>Used for mimicking soft tissue during the DXA scanning process</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>Cast cutter</td>
			<td>Stryker</td>
			<td>810-BD001</td>
			<td>Used to cut femoral shaft</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drilling machine</td>
			<td>Bosch</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Used to drill the femoral shaft</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fume Hood</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>70532</td>
			<td>Used for ventilation when using making PMMA</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

proximal cadaveric femur preparation for fracture strength testing and quantitative ct-based finite element analysis

शव का फ्रैक्चर परीक्षण नियमित कारक है कि समीपस्थ फीमर शक्ति को प्रभावित समझने के लिए प्रयोग किया जाता है। क्योंकि पूर्व vivo जैविक ऊतकों समय के साथ उनके यांत्रिक गुण खो होने का खतरा है, नमूना प्रायोगिक परीक्षण के लिए तैयारी सावधानी से किया जाना चाहिए विश्वसनीय परिणाम है कि इन विवो परिस्थितियों में प्रतिनिधित्व प्राप्त करने के लिए। कारण है कि, हम ऊरु नमूनों ऐसी है कि उनके यांत्रिक गुणों कम से कम परिवर्तन अनुभव तैयार करने के लिए एक प्रोटोकॉल और फिक्सचर का एक सेट बनाया गया है। femora छोड़कर तैयारी कदम और यांत्रिक परीक्षण के दौरान एक जमे हुए राज्य में रखा गया था। कुल कूल्हे और ऊरु गर्दन अस्थि खनिज घनत्व (बीएमडी) की प्रासंगिक नैदानिक ​​उपायों एक नैदानिक ​​दोहरी एक्स-रे अवशोषणमापी (DXA) हड्डी densitometer साथ प्राप्त किया गया, और 3 डी ज्यामिति और अस्थि खनिज के वितरण के लिए एक अंशांकन प्रेत के साथ सीटी का उपयोग कर प्राप्त किया गया मात्रात्मक अनुमानों greyscale मूल्यों पर आधारित है। किसी भी संभव हड्डी रोग, अस्थिभंग, या प्रत्यारोपण या हड्डियों के ढांचे को प्रभावित करने कलाकृतियों की उपस्थिति, एक्स-रे स्कैन के साथ की संभावना से इनकार किया गया था। तैयारी के लिए, सभी हड्डियों को ध्यान से अतिरिक्त नरम ऊतक के साफ कर रहे थे, और कटौती और ब्याज की आंतरिक रोटेशन के कोण पर कमरों का कर दिया गया। एक काटने स्थिरता अनुमति हड्डी के बाहर का अंत एक वांछित लंबाई पर समीपस्थ फीमर छोड़ने नाश किया है। बाद में सीटी स्कैन और यांत्रिक परीक्षण के दौरान निर्धारित कोण पर ऊरु गर्दन की स्थिति की अनुमति के लिए, समीपस्थ ऊरु शाफ्ट polymethylmethacrylate (PMMA) में कमरों का एक दृढ़ थे वांछित झुकाव के लिए विशेष रूप से डिजाइन का उपयोग कर। डेटा हमारे प्रयोगों से एकत्र तो एक अलग प्रोटोकॉल में वर्णित के रूप में मात्रात्मक कंप्यूटेड टोमोग्राफी (QCT) के सत्यापन के लिए इस्तेमाल किया गया आधारित परिमित तत्व विश्लेषण (FEA)। इस पांडुलिपि में, हम यांत्रिक परीक्षण और बाद में QCT / FEA मॉडलिंग के लिए सटीक हड्डी तैयार करने के लिए प्रोटोकॉल उपस्थित थे। वर्तमान प्रोटोकॉल सफलतापूर्वक लगभग 200 सीएडी तैयार करने के लिए लागू किया गया थाएक 6 साल की समय अवधि में averic femora।

शव का femora जमे हुए भेज दिया और -20 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखा जब तक तैयारी शुरू किया गया था। बीएमडी स्कैनिंग कुल कूल्हे और गर्दन बीएमडी साथ ही प्रत्येक नमूना (चित्रा 1) के लिए टी स्कोर को म?...

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

हम ध्यान से कैसे की रक्षा और फ्रैक्चर परीक्षण और मात्रात्मक कंप्यूटेड टोमोग्राफी इमेजिंग के लिए शव का femora तैयार करने पर एक मजबूत प्रोटोकॉल उपस्थित थे। विधि अस्थि खनिज घनत्व, अस्थिभंग ताकत के बीच संबंधों को निर्धारित करने, और परिभाषित परिमित तत्व मॉडल ज्यामिति और संपत्तियों के प्रयोजन के लिए इनपुट की स्थिति पर सटीक नियंत्रण प्रदान करता है।

फ्रैक्चर शक्ति परीक्षण और मात्रात्मक सीटी आधारित सीमित तत्व विश्लेषण के लिए समीपस्थ शव का फीमर तैयारी

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

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