A trabecularis csontszövet Young modulusának a sűrűségétől való függése a számítás szerint

Ön a kiválasztott tartalom gépi fordítását kérte adatbázisunkból. Ez a funkció kizárólag az Ön kényelmét szolgálja, és semmiképpen sem az emberi fordítás helyettesítésére szolgál. Sem a SPIE, sem a tartalom tulajdonosai és kiadói semmilyen kifejezett vagy hallgatólagos kijelentést vagy szavatosságot nem vállalnak, és kifejezetten kizárnak, ideértve korlátozás nélkül a fordítási szolgáltatás funkcionalitására vagy a fordítás pontosságára vagy teljességére vonatkozó kijelentéseket és garanciákat. a fordításokat.

csontszövet

A fordításokat a rendszer nem őrzi meg. Ennek a szolgáltatásnak a használatára és a fordításokra a SPIE webhely használati feltételeiben foglalt minden felhasználási korlátozás vonatkozik.

2020. február 21

A trabecularis csontszövet Young modulusának a sűrűségétől való függése a számítógépes tomográfia szerint

Pavel O. Dmitriev, 1 Anastasiya A. Golyadkina, 1 Leonid V. Bessonov, 1 Irina I. Kirillova, 1 Leonid Yu. Kossovich, 1 Alexander S. Falkovich 1

1 Saratov State Univ. (Orosz Föderáció)

Mentse el a könyvtáramba

VÁSÁRLJA MEG EZT A TARTALmat

FELIRATKOZZON A DIGITÁLIS KÖNYVTÁRRA

50 letöltés 1 éves előfizetésenként

25 letöltés 1 éves előfizetésenként

EGYES CIKK VÁSÁRLÁSA

Tartalmazza a PDF-et, a HTML-t és a videót, ha elérhető

BEVEZETÉS

A csigolya-kismedencei komplex (VPC) betegségeinek és sérüléseinek műtéti rekonstruktív kezelésének megtervezése nagyon felelősségteljes és összetett kihívás. A műtét sikeres kimenetele érdekében az orvosok támaszként felhasználhatják a biomechanikai szimuláción alapuló prognózist. Nagyon fontos az ilyen szimulációhoz ismerni a fizikai tulajdonságokat, például a Young csontos szövetek modulusának becslését. A Young modulus becslése csak in vivo lehetséges a számítógépes tomográfia (CT) alapján, mivel minden számítást a műtét előtt be kell fejezni. Számos munkában 1,2,3 javaslatot tett a Young modulus (E) értékének meghatározására Hounsfield-egységek (HU) alapján, vagyis azokon az értékeken, amelyek a tomogram csontjainak szürke színének intenzitását jellemzik. Ugyanakkor e munkák szerzői az E = E (HU) függőségek különböző változatait mutatják be. Különbségük oka a mért CT adatok és az empirikus adatok összehasonlításának különféle módszerei (mind egy és ugyanazon biológiai objektum, mind egy osztály különböző objektumai esetében), valamint az eredmények átlagolásának módszerei.

Ezen a cikken belül, annak érdekében, hogy megbecsüljük a Young modulusának értékeit a CT adatok felhasználásával, ugyanazon csontos szövetmintán kétféle módon végeztünk méréssorozatot. A CT-adatok elemzésekor kiválasztjuk a csontos szövetminta területét, amelyet egy tesztgépen összenyomtunk. Ne feledje, hogy egy betegség vagy sérülés okozta változások a csontok heterogenitásának növekedéséhez vezetnek, amelyet a CT-vizsgálat eredményei számszerűen kifejeznek a Hounsfield-egységek variációjának növekedésével. A HU-variáció növekedése viszont befolyásolja az átlagolás eredményeit, következésképpen a tanulmány eredményét egészében.

A VPC szövetek mechanikai tulajdonságainak meghatározására szolgáló vizsgálati módszerekhez a csontos szövetek mechanikai paramétereinek meghatározásához a terepi kísérletek jellemzőiről szóló tudományos irodalmat elemeztem.

Az 1,4-es kutatások megerősítik a tudósok érdeklődését a végső és az elemmodellezés (FEM) iránt, ideértve a VPC elemek modellezett terhelésének igazolását is. Érdekes a hat mért szimulátor használatának tapasztalata természetes kísérletek 5 során, amely lehetővé teszi a feszesen deformált állapot (TDS) egyidejű értékelését három irányban.

A 2. cikkben bemutatott eredmények nagy érdeklődést keltenek az ezen in vitro és in vivo által meghatározott mechanikai paraméterek összehasonlítása miatt. A csigolyák szöveteinek monoaxiális összenyomásával végzett természetes kísérletek in vitro sorozata szerint. A kapott töréspontértékeket összehasonlítottuk a csontszövet denzitometriával (in vivo) meghatározott sűrűségértékeivel. Az összehasonlítás elemzése lényeges különbségeket tárt fel. Mint azt a szerzők feltételezik, az okozza, hogy természetes kísérletek során in vitro adatokat használtak, és ezekre in vivo sűrűségmérési eredményeket kaptak.

A 3,6. Cikk érdekes, mivel összetett többlépcsős kutatásokat mutatnak be nekik. A 3. szerzők komplex kísérleti vizsgálatot végeztek egy csigolyatest sérülésének kialakulásáról. A kísérlet 3 szakaszból állt. Az egyik szakaszban egy csigolyát a változásához szorította (a deformáció 25% -a), ezáltal a kompressziós változást utánozta. 2 szakaszt szenteltünk a 30 perces terheletlen relaxációs periódusnak. A 3. szakaszban elvégezték a csigolyaszövetek viselkedésének értékelését a kísérlet 1. szakaszában meghatározott maximális terhelés fenntartása után. Kiderült, hogy egy betegség osteoporosis jelenlétében a legkisebb terhelésre volt szükség a csigolyatest törésének kialakulásához. Így ez a kutatás a csigolyatestek törésének kialakulásának kockázatának értékelésére irányul csonttömegvesztés esetén (csontritkulás).

A 6. cikkben a monoaxiális nyújtási terhelésnél figyelembe vesszük az intervertebrális lemez mechanikai tulajdonságainak meghatározásával végzett természetes kísérletet. Egy kísérlethez gerincvelő-motívum szegmenseket (VMS) készítettünk a gerinc 3 részlegéből: nyaki, mellkasi és ágyéki. Az egyes szegmensekből kivágtuk azokat a mintákat, amelyek az intervertebrális lemez rostos gyűrűjének külső részét tartalmazzák, majd ezeket a mintákat két szimmetrikus részre osztották: elülső és hátsó. A mechanikai vizsgálati minták elvégzése előtt szobahőmérsékleten 0,15% -os fiziológiás oldatban hidratáltunk. Az anyag további ciklikus előkészítése (5 ciklus) 30 mm/perc sebességgel. 20% -os maximális deformációval. A minták előzetes előkészítése után a monoaxiális nyújtási terhelés állandó 30 mm/perc sebességgel. résükre került. A természetes kísérletek elemzéséből kiderült, hogy a mellkasi és ágyéki osztályokból származó gerincmotívum szegmensekből származó minták a Jung modul legmagasabb értékeit mutatták, töréspontokat. Ezenkívül a szerzők jelentős változásokat tártak fel a mechanikai paraméterekben az intervertebrális lemez anatómiai területétől függően: az elülső minták magasabb mechanikai értékeket mutattak a Jung moduljának a hátuljához képest.

A tudományos irodalom elemzése. Ezen in vitro és in vivo összehasonlításának tapasztalatait a 2. fejezet ismerteti. 6-ban kiderült, hogy a csigolyatest terhelése megfelelő melléklete az ideiglenes 600 N terhelésnek, és ha figyelembe vesszük a csontos szövetek elszigetelt területeit (külön kéreg és szivacsos rétegek), akkor a terhelés nagysága nem ismert. Ezért a kérdésre csak empirikus úton lehet választ adni. Egy természetes kísérlet során, az intervertebrális lemez mechanikai tulajdonságainak meghatározásával, be kell vezetni a hidratálás és az előzetes dinamikus terhelés szakaszait (nem kevesebb, mint 5 ciklus).

ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

A tanulmány háromféle szöveti adatforrást használt fel. Először is, ezek a páciens in vivo számítógépes tomográfiás vizsgálatainak adatai. Másodszor, a reszekált szövetek CT-vizsgálatainak adatai (1. ábra).

1.ábra.

A reszekált combcsont számítógépes tomográfiából nyert kontúrjai. A DICOM fájl konvertálódik EXCEL táblázattá, a kiválasztott intervallumba eső Hounsfield számok kitöltéssel jelennek meg.

A harmadik forrás az Young reszektált szövetminták Young modulusmérése az Instron 5944 tesztgépen (2. ábra).

2. ábra.

A rezonált rákos csontszövet Young modulusának mérése az Instron 5944 gép teszteléséhez.

A rezonált szövetek számítógépes tomográfon és egy tesztgépen történő vizsgálatának időtartama az Instron 5944 legfeljebb egy nap volt az eltávolítás után.

EREDMÉNYEK

Teljes körű kísérletsorozatot végeztek a csigolyatestek, a combfejek és a medencecsontok szövetmintáival a korrigált technika alkalmazásával.

A kísérletek során meghatározták a maximális feszültségek és feszültségek értékeit, elkészítették a feszültség-alakváltozás grafikonjait, és kiszámolták a Young modulusának értékeit (3. ábra).

3. ábra.

Az Instron 5944 tesztgépen a szivacsos csontszövetre kapott stressz-alakváltozás diagramjának lineáris szakaszának kiválasztása Young modulusának kiszámításához.

Az Excelben pontdiagramot készítettek az Young in vitro adatok által meghatározott modulusértékeinek a CT adatok által meghatározott Hounsfield-számoktól való függőségétől (4. ábra).

4. ábra

-A Young modulusának a Hounsfield-számoktól való függőségének diagramja. E = 0,1934 * Hu + 7,1375

A csontsűrűség és a Hounsfield 7-es számok közötti ismert összefüggést felhasználva lehetővé vált egy pontdiagram elkészítése és a Young modulusértékeinek (in vitro adatok alapján meghatározott) CT-adatok által meghatározott csontsűrűségtől való függőségének meghatározása (5. ábra). Erre a diagramra egy trendvonalat építettek, amely lehetővé tette a Young modulusának CT képlet kiszámításához használt képlet korrigálását. A trendvonal képlete a következő:

5. ábra

diagram a Young modulusának értéke a csontsűrűségtől.

KÖVETKEZTETÉSEK

A teljes körű kísérlet adatainak elemzése feltárta, hogy a Young modulusának számértékei egybevágnak a tudományos irodalom 8,9 adataival. Kiderült, hogy a teljes léptékű kísérlet során kapott értékek kissé eltérnek a combcsont szöveteire vonatkozó numerikus kísérlet eredményeivel kapott értékektől. Ennek oka az osteoporosis jelenléte miatt a csontszövet jelentős heterogenitása. A Young modulusának a természetes és numerikus kísérlet adatai alapján meghatározott értékeinek összehasonlításakor szignifikáns különbségeket tártunk fel a csigolyatestek és a medencecsontok szövetei között. Ez a tény azzal magyarázható, hogy a CT-adatok elemzésénél a csigolyák és a medence csontjainak testét vizsgáljuk nyilvánvaló patológia nélkül, míg egy teljes körű kísérlet során nyilvánvaló patológiával rendelkező reszekált szöveteket vizsgálunk.

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

A. Pénzügyi támogatásával végzett kutatás Haladó Kutatási Alapítvány.