热电偶测量剖面假体植入物的水泥固化特性
介绍
很明显，假体植入物已经改善了无数人的生活。膝关节、髋关节和肩关节置换术是当今常见的手术，用合成材料代替患病或受损的关节，减轻疼痛，同时恢复活动能力和生活质量。不那么明显的是幕后技术使这些改变生活的手术成为可能。本应用说明将研究该技术的一个小方面，并说明如何使用dataq instruments的硬件和软件产品来帮助提高关节置换技术和成功率。
背景
我们的客户，一位在关节置换方面经验丰富的外科医生想要一个问题的答案：在肩关节置换手术中，用于将假体窝固定到骨上的水泥最终会导致骨损伤和早期假体故障吗？当您考虑到称为pmma（聚甲基丙烯酸甲酯）的水泥就像环氧树脂一样，由两部分组成：液体活化剂和粉末状pmma时，这个问题是合乎逻辑的。进一步像环氧树脂一样，当两部分混合时放出热量。这种化学反应产生的热量是否足够强烈，并且持续足够长的时间，以实际损害周围的骨骼并导致过早的关节衰竭？为了回答这个问题，外科医生决定在各种条件下对尸体进行一系列测试。具体来说，他会在目前使用的两种假肩窝上运行轮廓，钉子和龙骨设计。
仪表
dataq instruments的di-1000tc-8型八通道热电偶温度记录仪被选中进行测试。对于应用所需的低噪声测量，该装置的完全隔离设计尤其重要。这种方法消除了共模电压的产生噪声影响，这些影响会导致测量结果不佳。di-1000tc连接到运行windaq数据采集和回放软件的个人计算机的usb端口，该软件用作实时监控测试以及事后分析结果的主要载体。
程序
1、取出尸体的肩胛骨（带窝的肩部区域）并浸入保持在体温（约37°c）的水浴中。
2、肩胛骨的插座区域被加工成几何形状，使其能够接收假体插座，无论是龙骨还是钉子版本。此外，在相距几毫米的战略位置在肩胛骨上钻了非常小直径的孔。这些孔接收细的t型热电偶线，最终连接到di-1000tc。选择了多个位置，因此不仅可以在水泥/假体界面处测量温度，还可以在距该位置的指定距离处测量温度，以测量热传导通过骨骼的影响。
3、用于固定假肢插座的孔用pmma水泥填充，并安装假肢。使用龙骨和钉子版本运行单独的测试。
4、在大约12分钟的时间内，平均pmma固化时间，在以下位置进行温度记录：
直接在骨/水泥界面处。
与骨/水泥界面间隔几毫米。
水浴。
参见图 6a 和 6b，由windaq软件和 di-1000tc 生成。
图 6a— 钉住植入物的温度记录。所有通道条均在ºc下校准。上限为 80ºc，而中间网格值为 40ºc。圆圈区域表示温度超过 40ºc 的位置。
图 6b — 龙骨植入物的温度记录。所有通道条均在ºc下校准。上限为 80ºc，而中间网格值为 40ºc。 圆圈区域表示温度超过 40ºc 的位置。
结果和结论
使用龙骨和钉子版本的假肢进行了几次测试记录。尽管两者的pmma固化温度都超过了隐含的40°c限制，但龙骨版本在最长的时间内表现出最大的温度偏移（图7）。这是基于对更多pmma水泥的固有要求来固定龙骨而不是钉住假体的预期。需要进一步的研究来确定骨骼在pmma水泥的高固化温度下可以承受的程度，以及暴露的时间长度。然而，该研究实现了其主要目标，即量化，剖析和记录在典型的肩关节置换手术中骨骼所承受的温度范围。
图 7— 钉镶假肢和龙骨假肢的骨/水泥界面处的温度曲线比较。
正如预期的那样，龙骨型的最高温度几乎是钉式（80 对 46ºc）的两倍，并保持在 40ºc 以上 340 秒而不是 101 秒。
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仪表
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程序
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2、肩胛骨的插座区域被加工成几何形状，使其能够接收假体插座，无论是龙骨还是钉子版本。此外，在相距几毫米的战略位置在肩胛骨上钻了非常小直径的孔。这些孔接收细的t型热电偶线，最终连接到di-1000tc。选择了多个位置，因此不仅可以在水泥/假体界面处测量温度，还可以在距该位置的指定距离处测量温度，以测量热传导通过骨骼的影响。
3、用于固定假肢插座的孔用pmma水泥填充，并安装假肢。使用龙骨和钉子版本运行单独的测试。
4、在大约12分钟的时间内，平均pmma固化时间，在以下位置进行温度记录：
直接在骨/水泥界面处。
与骨/水泥界面间隔几毫米。
水浴。
参见图 6a 和 6b，由windaq软件和 di-1000tc 生成。
图 6a— 钉住植入物的温度记录。所有通道条均在ºc下校准。上限为 80ºc，而中间网格值为 40ºc。圆圈区域表示温度超过 40ºc 的位置。
图 6b — 龙骨植入物的温度记录。所有通道条均在ºc下校准。上限为 80ºc，而中间网格值为 40ºc。 圆圈区域表示温度超过 40ºc 的位置。
结果和结论
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