Porównanie zużycia wymiany kolan ruchomych i stałych łożysk

Zużycie polietylenu jest głównym czynnikiem ograniczającym trwałość całkowitej alloplastyki stawu kolanowego. Ocena zużycia objętościowego eksplantowanych polietylenowych wkładek piszczelowych może dostarczyć cennych informacji na temat wydajności różnych projektów. Obecne dostępne technologie pomiaru objętościowego zużycia wkładek piszczelowych obejmują techniki grawimetryczne, współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM), skanowanie laserowe i mikro-CT.

W tym badaniu wykorzystamy mikro-CT do określenia zużycia objętościowego, ponieważ pozwala nam to uzyskać trójwymiarowe obrazy o wysokiej rozdzielczości całej objętości wkładki, w tym powierzchni oraz wnętrza wkładki. Obrazy mikro-CT zostaną wykorzystane do zrekonstruowania całej trójwymiarowej geometrii wkładki (w tym pustych przestrzeni podpowierzchniowych), a my użyjemy oprogramowania do analizy obrazu do podzielenia zrekonstruowanej wkładki na dyskretne obszary (tj. przyśrodkowe/boczne powierzchnie stawowe, tył i wkład), co pozwala nam określić, w jaki sposób różne regiony przyczyniają się do całkowitego zużycia implantu. Dzięki podziale wkładki na oddzielne obszary, nasze techniki analityczne umożliwią nam również uwzględnienie materiału usuniętego z wkładki podczas eksplantacji podczas oceny zużycia implantu. Porównując odzyskane wkładki z nienoszonymi kontrolami za pomocą oprogramowania do analizy obrazu trójwymiarowego, określimy również odkształcenie plastyczne, mierząc objętość materiału, który odkształcił się poza granicami wkładki kontrolnej. Dodatkowo badanie różnic kształtu między zużytymi i nienoszonymi próbkami pozwoli nam rozróżnić zużycie implantu, odkształcenia plastyczne oraz różnice objętości związane z tolerancjami produkcyjnymi. Chociaż efekty częściowej objętości mogą utrudniać wykrywanie krawędzi, obrazy mikro-CT o wysokiej rozdzielczości mają tendencję do minimalizowania tych efektów, a my wykorzystamy pomiary grawimetryczne do określenia progu Hounsfielda specyficznego dla wkładki, który zostanie wykorzystany do określenia objętości obrazu dla każdej próbki. Następnie zweryfikujemy dokładność zrekonstruowanej objętości wkładki uzyskanej z obrazu mikro-CT, porównując ją z pomiarami liniowymi z rzeczywistej próbki w kilku dyskretnych miejscach.

Wykorzystanie tomografii komputerowej do oceny zużycia objętościowego in vivo związanego z różnymi konstrukcjami umożliwi dokładny pomiar objętościowej utraty polietylenu z różnych obszarów wkładki. Informacje te zapewnią lepsze zrozumienie wyników klinicznych związanych z różnymi strategiami projektowania i dostarczą danych, które pomogą ukierunkować przyszłe wysiłki rozwojowe. Stawiamy hipotezę, że stałe wkładki łożyskowe, w których polietylen jest przymocowany do metalowej płyty podstawowej, będą wykazywać większe zużycie objętościowe niż ruchome wkładki łożyskowe, które są przeznaczone do ślizgania się lub obracania na metalowej płycie podstawowej.

Zużycie bocznej powierzchni stawowej będzie mierzone poprzez rejestrację obrazów mikro-TK z pobranych i kontrolnych wkładek na niezużytych częściach powierzchni stawowej przy użyciu oprogramowania do analizy obrazu Analyze (Mayo Biomedical Imaging Resource, Rochester, MN). Różnice w objętości między odzyskanymi i niezużytymi wkładkami kontrolnymi zostaną ocenione z uwzględnieniem odkształceń plastycznych, które mogą wystąpić in vivo. Zużycie objętościowe dla całej wkładki i podobszarów zostanie obliczone poprzez odjęcie objętości odkształcenia plastycznego (odpowiadającego obszarom odzyskanej wkładki poza granicami wkładki kontrolnej) od objętości materiału utraconego w granicach oryginalnej geometrii wkładki. Porównamy zużycie łożysk ruchomych i stałych za pomocą testu t niezależnej próbki lub U Manna-Whitneya, w zależności od rozkładu danych. Wykorzystamy również analizę wielokrotnej regresji liniowej, aby zbadać związek między zużyciem wkładki a innymi zmiennymi, w tym czasem in vivo, techniką końcowej sterylizacji wkładki oraz czynnikami związanymi z pacjentem, takimi jak płeć, wiek i wskaźnik masy ciała (BMI).