介紹

很明顯，假體植入物已經(jīng)改善了無數(shù)人的生活。膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)置換術(shù)是當(dāng)今常見的手術(shù)，用合成材料代替患病或受損的關(guān)節(jié)，減輕疼痛，同時(shí)恢復(fù)活動能力和生活質(zhì)量。不那么明顯的是幕后技術(shù)使這些改變生活的手術(shù)成為可能。本應(yīng)用說明將研究該技術(shù)的一個(gè)小方面，并說明如何使用DATAQ Instruments的硬件和軟件產(chǎn)品來幫助提高關(guān)節(jié)置換技術(shù)和成功率。

背景

我們的客戶，一位在關(guān)節(jié)置換方面經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生想要一個(gè)問題的答案：在肩關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，用于將假體窩固定到骨上的水泥最終會導(dǎo)致骨損傷和早期假體故障嗎？當(dāng)您考慮到稱為PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）的水泥就像環(huán)氧樹脂一樣，由兩部分組成：液體活化劑和粉末狀PMMA時(shí)，這個(gè)問題是合乎邏輯的。進(jìn)一步像環(huán)氧樹脂一樣，當(dāng)兩部分混合時(shí)放出熱量。這種化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量是否足夠強(qiáng)烈，并且持續(xù)足夠長的時(shí)間，以實(shí)際損害周圍的骨骼并導(dǎo)致過早的關(guān)節(jié)衰竭？為了回答這個(gè)問題，外科醫(yī)生決定在各種條件下對尸體進(jìn)行一系列測試。具體來說，他會在目前使用的兩種假肩窩上運(yùn)行輪廓，釘子和龍骨設(shè)計(jì)。

儀表

DATAQ Instruments的DI-1000TC-8型八通道熱電偶溫度記錄儀被選中進(jìn)行測試。對于應(yīng)用所需的低噪聲測量，該裝置的完全隔離設(shè)計(jì)尤其重要。這種方法消除了共模電壓的產(chǎn)生噪聲影響，這些影響會導(dǎo)致測量結(jié)果不佳。DI-1000TC連接到運(yùn)行WinDaq數(shù)據(jù)采集和回放軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)的USB端口，該軟件用作實(shí)時(shí)監(jiān)控測試以及事后分析結(jié)果的主要載體。

程序

1、取出尸體的肩胛骨（帶窩的肩部區(qū)域）并浸入保持在體溫（約37°C）的水浴中。

2、肩胛骨的插座區(qū)域被加工成幾何形狀，使其能夠接收假體插座，無論是龍骨還是釘子版本。此外，在相距幾毫米的戰(zhàn)略位置在肩胛骨上鉆了非常小直徑的孔。這些孔接收細(xì)的T型熱電偶線，最終連接到DI-1000TC。選擇了多個(gè)位置，因此不僅可以在水泥/假體界面處測量溫度，還可以在距該位置的指定距離處測量溫度，以測量熱傳導(dǎo)通過骨骼的影響。

3、用于固定假肢插座的孔用PMMA水泥填充，并安裝假肢。使用龍骨和釘子版本運(yùn)行單獨(dú)的測試。

4、在大約12分鐘的時(shí)間內(nèi)，平均PMMA固化時(shí)間，在以下位置進(jìn)行溫度記錄：

直接在骨/水泥界面處。

與骨/水泥界面間隔幾毫米。

水浴。

參見圖 6A 和 6B，由WinDaq軟件和 DI-1000TC 生成。

圖 6A— 釘住植入物的溫度記錄。所有通道條均在oC下校準(zhǔn)。上限為 80oC，而中間網(wǎng)格值為 40oC。圓圈區(qū)域表示溫度超過 40oC 的位置。

圖 6B — 龍骨植入物的溫度記錄。所有通道條均在oC下校準(zhǔn)。上限為 80oC，而中間網(wǎng)格值為 40oC。 圓圈區(qū)域表示溫度超過 40oC 的位置。

結(jié)果和結(jié)論

使用龍骨和釘子版本的假肢進(jìn)行了幾次測試記錄。盡管兩者的PMMA固化溫度都超過了隱含的40°C限制，但龍骨版本在最長的時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出最大的溫度偏移（圖7）。這是基于對更多PMMA水泥的固有要求來固定龍骨而不是釘住假體的預(yù)期。需要進(jìn)一步的研究來確定骨骼在PMMA水泥的高固化溫度下可以承受的程度，以及暴露的時(shí)間長度。然而，該研究實(shí)現(xiàn)了其主要目標(biāo)，即量化，剖析和記錄在典型的肩關(guān)節(jié)置換手術(shù)中骨骼所承受的溫度范圍。

圖 7— 釘鑲假肢和龍骨假肢的骨/水泥界面處的溫度曲線比較。

正如預(yù)期的那樣，龍骨型的最高溫度幾乎是釘式（80 對 46oC）的兩倍，并保持在 40oC 以上 340 秒而不是 101 秒。

審核編輯：郭婷