一个Intra-Bone轴向载荷传感器:开发和验证一个体外半径模型

文摘

方法精确测量部队通过必要的半径是由于复杂加载的手肘。这是假设一个定制的轴向载荷测量装置可能允许准确量化这些未知的力量。这项工作报告的设计和验证的轴向载荷传感器插入的长骨骨干维护本机关节位置。设备的性能在量化计算轴向加载在一个体外分离近端半径模型。静态模型验证了应用线性增加的近端半径加载伺服液压测试框架上安装使用一个主支持取消反应的时刻。净外加负载的方向变化来模拟多个前臂的位置和弯曲/扩展角度(10年,20年,30和40度)。没有轴传感器加载和预期负载之间的显著差异(p < 0.001)。轴传感器密切与预期负荷在前臂的位置为前臂角度30度。结果验证有效性测量骨质的加载设备的同时保持本机关节位置。

关键字

Radiocapitellar关节负荷传感器,半径,肘负载共享。

介绍

负载分配之间的半径和尺骨可以改变一些骨科手术,由于植入放置在全肘关节置换术或更换径向用假肢。未能恢复原有的联合条件未知的后果(1]。在许多临床情况下,长度的半径发生变化(2),并进一步通过关节和软组织改变负载。这改变加载可能会增加风险的软骨磨损和退化性变化radiocapitellar和ulnohumeral发音。因此,创伤后关节炎已经被很好的描述,是一种常见的并发症复杂的肘部受伤,甚至后适当的骨头和韧带修复(3]。隔离通过近端加载半径是不可能没有插入式骨内的测量装置由于冗余加载场景由软组织和骨的联系人。雷竞技网页版多个研究评估肘负载共享,描述设备能够测量体外径向和尺骨负载(2,4- - - - - -9];然而这些设备破坏软组织,尤其是环状韧带,重大贡献者通过径向头净载荷向量。这种装置不破坏软组织,或改变清晰度,尚未被描述。本研究描述了一个自定义的验证轴向载荷传感器植入近端半径。该设备是一个测试体外模型与伺服液压测试框架来评估设备精度测量半径范围广泛的近端加载向量。

方法

体外模型包括一个用来进行尸体半径(年龄:62,男)和一个插入模轴向载荷传感器设备(图1)。设备是定制生产,以便遏制固定的骨干和头部半径。可调间隔是包括作为设计的一部分,以便径向长度变化对径向载荷的影响来衡量在随后的尸体生物力学研究。设备使用商用轴向载荷传感器(莫里斯敦霍尼韦尔超小型模型11日,新泽西,美国)和模块化设计允许安装,同时保持一个骨桥保护本机径向头关节位置。

首先打开一个皮质窗口的外科手术包括径向脖子暴露intermedullary运河。骨水泥被放置在骨干和径向头和各自的茎被放置,并且负载细胞原位组装,在水泥硬化。这个时候的一段径向的脖子,称为“bone-bridge”,为了保持本机径向头关节位置。水泥硬化后的近端截骨术完成半径通过移除bone-bridge。半径是比从前臂和剥蚀的软组织切除。

半径模型严格安装数字化的骨性标志使用光学跟踪系统(Optotrak Certus, NDI,滑铁卢,CA)。这些地标被用来获得一个解剖坐标系的长轴半径。这个坐标系统允许理论下加载位置的函数计算与伺服液压加载测试框架(Instron 8501年,诺伍德,妈,美国)。此外,半径内的植入装置的数字化模型允许理论负荷调整占负荷传感器轴偏移量。植入角度3.61°anteriorposterior和3.50°的medial-lateral飞机相对于解剖长轴。

半径是巩固了在ABS管近端凸半径和获得一个定制的夹具安装一个x - y的阶段。这个夹具允许模拟弯曲和扩展模型的角度。本机小头直径模拟使用金属半球安装在伺服液压致动器。ABS管的基础上旋转一个光滑的球面轴承与数字化长轴的半径。这个主支持无效反应时刻,允许与理论上的轴向负荷。静态加载应用从20到100 N 20 N增量的角度10,20、30和40°的长轴前后和medial-lateral下飞机。轴向载荷传感器值收集使用自定义软件(美国国家仪器、奥斯汀TX)。

意味着在每个角和前臂的位置误差和标准差计算轴向载荷传感器的准确性进行评估。双向混合内部类相关(ICC)绝对协议是用于确定测量传感器和预期负载之间的区别。

结果

传感器加载在非常接近协议预期的负载(表1),和传感器误差线性响应线性增加加载申请职位(R2≥0.82) (图2)。负载传感器误差小于6 N的离轴角30°。最大传感器错误发生在40°内侧和前的位置(图2)。没有显著区别换能器负载和预期负载(p < 0.001),在每个负载申请的四个前臂的位置。内部类相关性绝对协议所有角度和位置测量≥0.991 (表1)。

结论

这项研究的结果验证设备的准确量化的装载能力近端半径。相关传感器和预期的负载,各个角度都放置在一年的四个前臂的位置,发现没有显著区别换能器和理论线性应用静态负荷。重要的是要记住,角度的范围并不代表联合测试范围,而是一系列加载向量由于关节和软组织支持联系。雷竞技网页版这并不表明可能的负载向量可以这种极端。因此,这验证表明,这种装置可以准确地代表一个锥形范围宽的内部生成的净负荷。

前内侧和加载方向垂直,这样的错误在这些位置无法解释增加了减少植入固定或刚度的整体构造。在占测压元件测量的偏差与半径长轴轴,它是指出,负载细胞正偏差在这些方向。虽然这种失调是占,在测试是恒定的,这可能与负载细胞的离轴测量误差产生的非线性响应。

设备可用于测量近端加载半径在生物力学研究。其模块化设计允许评估length-changing截,其密实度提供最小的软组织中断,包括环状韧带。此外,它允许保存本机关节对齐。这项研究提供了一个验证体外近端半径模型用于生物力学研究。此外该模型允许验证加载近端半径的计算模型。维护本地连接使用骨桥技术确保生理负荷测量。模块化设计允许的延长和缩短半径,它可以是一个有用的工具在测量由于径向变化头植入和外科手术。与少量修改植入的模块化设计,结合骨桥技术,用于测量轴向载荷在任何长骨段。

引用

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