سنجش رفتار سینماتیک منیسک داخلی مصنوعی: یک مطالعه اولیه با استفاده از MRI باز

Evaluation of kinematic behavior of an artificial medial meniscus implant: a pilot study using open-MRI

اهداف و مقاصد

مواد و روش ها

نتایج

جمع بندی

اهداف و مقاصد

در این مطالعه ی اولیه، ما میخواهیم حرکت شناسی زانو هایی که دارای پیوند های منیسک مصنوعی میانی از جنس پلی کربنات – اورتان ( PCU) هستند را بررسی کنیم که برای جایگزین شدن منیسک میانی طراحی شده است ( شکل 2-1). با بر این فرض هستیم که کاشت های PCU هیچ تاثیری بر روی حرکت شناسی کلی زانو در طول شرایط استاتیک ندارد. رفتار حرکت شناسی این زانو ها با زانو هایی که تحت عمل جراحی قرار نگرفته اند، به صورت جانبی مقایسه شده است. دوما، ما الگوی حرکتی ، RD و ارتفاع کاشت های PCU میانی را با منیسک های میانی طبیعی تحت شرایط WB مقایسه کردیم تا بتوانیم این فرضیه را تست کنیم که آیا تفاوتی در گستره ی حرکت، RD و ارتفاع بین این دو گروه وجود دارد یا خیر.

جمع بندی

برای جمع بندی، ما بیان کردیم که کاشت های مصنوعی PCU، طراحی شده برای جایگزین کردن منیسک میانی، هیچ تاثیری بر روی غلتش های رو به عقب فمور یا نقطه ی تماس فمور و درشت نی در این مطالعه ی اولیه ندارد. این موضوع نشان میدهد که مفصل زانو ویژگی های حرکت شناسی خودش را بعد از کاشت منیسک های PCU در طول شرایط بارگذاری استاتیک حفظ میکند. همچنین، این کاشت تحت جابجایی های شعاعی محسوس یا از دست دادن ارتفاع در طول فلکشن زانو نیز قرار نمیگیرد. حرکات قدامی و خلفی منیسک اندکی بین کاشت و منیسک عادی، متفاوت میباشد. در این زمینه تحقیقات بیشتری مورد نیاز است تا بتوان رفتار کاشت های PCU در جمعیت بیشتر و شرایط پویا تر بررسی شود.

Aims and objectives

In this pilot study we wanted to evaluate the kinematics of a knee implanted with an artificial polycarbonate-urethane (PCU) meniscus device, designed for medial meniscus replacement (Fig.1-2). We hypothesized that the PCU-implant would have no influence on the overall knee kinematics during static conditions. The kinematic behavior of the implanted knee was compared with the contralateral non-operated knee. Secondly, we compared the motion pattern, the RD and height of the medial PCU-implant to that of the natural medial meniscus under WB conditions to test the hypothesis that there is no difference in range of motion, RD and height between these two groups.

Conclusion

To conclude, we state that the artificial PCU-implant, designed for medial meniscus replacement, had no influencein-vivoon femoral roll-back or tibiofemoral contact points in this pilot study. This suggests that the knee joint maintains its kinematic properties following implantation with a PCU-meniscus implant during static loading conditions. Also, the implant did not undergo significant radial displacement or lose height during knee flexion. The anteriorposterior meniscal movement increased slightly between the implant and the normal meniscus. Future research is required however to investigate the behavior of the PCU-implant in a larger population and during dynamic conditions.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

سنجش رفتار سینماتیک منیسک داخلی مصنوعی: یک مطالعه اولیه با استفاده از MRI باز

Evaluation of kinematic behavior of an artificial medial meniscus implant: a pilot study using open-MRI

مفصل زانوی مصنوعی متحرک القاشده از سیستم عضلانی اسکلتی

A powered prosthetic knee joint inspired from musculoskeletal system

چکیده

1- مقدمه

2- مواد و روش ها

2-1- مدل اندامی کمتر

2-2- ساختار مکانیکی آن

2-3- استراتژی کنترل

2-4- سنسور ها، الکترونیک ها، و نقش واسطه ای کنترل کننده

3- نتایج و بحث

4- نتیجه گیری

چکیده

این مقاله در مورد مفصل زانوی پروتزی نیرومند شده بوسیله ی عضله های مصنوعی می باشد. یک سیستم اسکلتی عضلانی که با عضله های بیولوژیکی و مصنوعی ترکیب شده است شبیه سازی خواهد شد. چرخه ی راه رفتن به هفت مد (حالت) تقسیم می شود. مبتنی بر نتایج شبیه سازی، عضله های مصنوعی که مورد فشار قرار می گیرند باعث ایجاد گشتاور زانویی بیولوژیکی می شوند. آنالیز روی سعی و خطاهای راه رفتن یک آمپوتی (فردی که یک عضو آن قطع شده است) نشان میدهد که مدت زمان عضله های مصنوعی آن مشابه با EMG عضله های زانوی بیولوژیکی می باشد. این مقاله یک گام رو به جلو برای پیاده سازی مفهوم رویکرد زیست تقلیدی (بیومیمتیک ) در تکنولوژی زانوی پروتزی می باشد.

4- نتیجه گیری

در این مقاله، یک مفصل زانویی پروتزی بیومیمتیک جدید توانمند شده بوسیله ی عضله های مصنوعی نیوماتیکی معرفی شده است. این عضله ها از دید مکانیکی مشابه با عضله های بیولوژیکی می باشند و می توانند گشتاور مورد نیاز را به زانو پروتزی انتقال نمایند. نتایج آزمایش نشان میدهد که زانوی توانمند شده می تواند یک مشخصه های راه رفتنی را مشابه با راه رفتن عادی فراهم نماید. یافته ها این مطالعه نشان میدهد که عضله های مصنوعی نیوماتیکی انتخاب های مناسبی برای بررسی تحقیقات آتی برای ایجاد نسل های جدید عضله های پروتزی می باشند که از نمونه های بیولوژیکی در هر دو مشخصه ی ظاهری و عملکردی تقلید می نمایند.

Abstract

This paper reports on a powered prosthetic knee joint powered by artificial muscles. A musculoskeletal system integrating artificial and biological muscles was simulated. The gait cycle was divided into seven modes. Based on the results of the simulation, the artificial muscles were pressurized to provide the biological knee torque. Analysis of the gait trials of an amputee showed the timing of artificial muscles was similar to EMG of biological knee muscles. This paper is an initial step forward to implement the concept of biomimetic approach in prosthetic knee technology.

4- Conclusion

In this paper, we presented a novel biomimetic prosthetic knee joint powered by pneumatic artificial muscles. These muscles look and behave mechanically similar to biological muscles and can deliver the required torque to the prosthetic knee. Test results showed that the powered knee can produce a to a degree gait characteristics that are similar to normal gait. The findings of this study show that pneumatic artificial muscles are worthwhile candidates to consider further investigation to produce new generations of prosthetic limbs that emulate the biological ones in both appearance and functionality

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مفصل زانوی مصنوعی متحرک القاشده از سیستم عضلانی اسکلتی

A powered prosthetic knee joint inspired from musculoskeletal system

مشخصه های زیست مکانیکی جایگزین های متفاوت برای منیسک داخلی خرگوش و اثر اندازه پروتز بر غضروف های زانو

Biomechanical characteristics of different artificial substitutes for rabbit medial meniscus and effect of prosthesis size on knee cartilage

خلاصه

ارتباط

مقدمه

روش ها

تست های بیومکانیک پروتز

آزمایش های انجام شده بر روی خرگوش

تست های بیومکانیک در مفصل زانو

ارزیابی غیر خالص

بافت شناسی سینوویال

آمار

نتایج

مباحث

جمع بندی

چکیده

پروتز های بزرگ و کوچک داکرون به عنوان جایگزین هایی برای منیسک های میانی خرگوش مورد استفاده قرار گرفته است تا این موضوع بررسی شود که آیا سایز مختلف پروتز ها میتواند بر روی نتایج بیومکانیک و بالینی تاثیر داشته باشد یا خیر. هر دو نوع این پروتز ها دارای سازگاری فشردگی بالاتر و ذخیره انرژی بیشتر نسبت به منیسک های نرمال میباشند. زانو هایی که در آن ها عمل های جراحی و برداشت منیسک انجام شده است، به عنوان گروه کنترلی مورد استفاده قرار گرفته است. هر دوی این پروتز ها منجر به تشکیل استئوفیت و سینوویت ها بعد از دوره ی سه ماهه ی کاشت شد. رشد به سمت محیط پروتز در تمام موارد مشاهده شد. زانو هایی که پروتز در آن ها قرار داشت بدون در نظر گرفتن سایز پروتز ها، سازگاری فشردگی بالاتری نسبت به زانو هایی که تحت عمل کاذب زانو قرار گرفته اند ( عمل کاذب عملی است که به صورت کاذب بر روی گروهی انجام میشود تا به عنوان گروه کنترل در نظر گرفته شوند) ، اما ذخیره ی انرژی مشابه با نرمال میباشد. زانو هایی که پروتز داشته دارای وضعیت غضروفی مشابه به زانو هایی بودند که تحت عمل کاذب قرار گرفته بودند و تجزیه ی غضروفی کمتری در درشت نی، نسبت به افرادی که منیسک آن ها برداشته شده بودند، دیده شد. به صورت کلی، سایز پروتز ها هیچ تاثیر محسوسی بر روی خروجی نداشت. سه پروتز جدید ساخته شده از تفلون های پوشش دار و بدون پوشش و داکرون توسعه یافته است تا بتوان جایگزینی نزدیک تر به منیسک های عادی ایجاد کرد. تنها پروتز های تفلون بدون پوشش توانستند سازگاری فشردگی نزدیک به حالت نرمال را ایجاد کنند و ذخیره ی انرژی آن ها نیز نسبت به دیگر پروتز ها به منیسک طبیعی نزدیک تر بود. ویژگی های این مواد میتواند بعد از کاشت، نتایج خوبی را ایجاد کند.

جمع بندی

1. تثبیت پایدار توسط رشد داخلی بافت های فیبروز و حفاظت از غضروف های درشت نی با استفاده از پروتز های بزرگ و کوچک داکرون فراهم شده است. 2. بیومکانیک غیر عادی در پروتز های بزرگ و کوچک موجب میشود که مکانیک مفصل ها تغییر یافته و موجب تشکیل استئوفیت و سینوویت میشود. 3. نسخه ی بدون پوشش پروتز های تفلون دارای سازگاری مشابه با منیسک های عادی میباشند. تمام دیگر پروتز ها سازگاری بیشتری دارند. 4. هیچ کدام از این پروتز ها مطابق تسکین – تنش منیسک های نرمال نیستند اما پروتز های تفلون مقادیر نزدیک به مقادیر نرمال، نسبت به پروتز های داکرون داشتند.

Abstract

Large and small Dacron prostheses were implanted as substitute for the medial rabbit meniscus to investigate whether prosthesis size influences the biomechanical and clinical results. Both prostheses had a higher compression compliance and higher energy storage than the normal meniscus. Knees with sham-operation and meniscus resection were used as controls. Both prostheses led to similar osteophyte formation and synovitis after a 3-month implantation period. Ingrowth to the periphery of the prostheses was found in all cases. Knees with prostheses, no matter what size, had a higher compression compliance than sham-operated knees, but energy storage was similar to normal. Knees with prostheses had a similar cartilage status to sham-operated knees, and had less cartilage degeneration on the tibia than knees with resected menisci. Overall, prosthesis size had no influence on the outcome. Three new prostheses made of coated and uncoated Teflon and Dacron were developed to find a substitute with properties closer to the normal meniscus. Only the uncoated Teflon prosthesis showed similar compression compliance to normal, and had energy storage closer to normal than the other prostheses. These material properties could lead to improved results after implantation.

Conclusions

1- Stable fixation by fibrous tissue ingrowth and protection of the tibia1 cartilage was provided using a large and small coated Dacron prosthesis. 2- Non-normal biomechanics of a large and small Dacron prosthesis led to altered joint mechanics, osteophyte formation, and synovitis. 3- The uncoated version of the Teflon prosthesis had similar compliance to the normal meniscus. All other prostheses were more compliant. 4- None of the prostheses could match the stressrelaxation of the normal meniscus, but the Teflon prostheses showed values closer to normal than the Dacron prostheses.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مشخصه های زیست مکانیکی جایگزین های متفاوت برای منیسک داخلی خرگوش و اثر اندازه پروتز بر غضروف های زانو

Biomechanical characteristics of different artificial substitutes for rabbit medial meniscus and effect of prosthesis size on knee cartilage