معرفی Microindentation برای ارزیابی ماشین

اندازه گیری خواص مکانیکی غضروفی برای درک سلامت مشترک و تشخیص بیماری هایی مانند استئوآرتریت ضروری است. روشهای سنتی مانند تست های فشرده سازی ماکروسکوپی خواص عمده ای را ارائه می دهند، اما قادر به ثبت ناهمگنی فضایی غضروف نیستند، که در سفتی و ساختار از منطقه سطحی به منطقه عمیق متفاوت است.

زمینه در Cartilage Mechanical Properties

غضروف سفت و سخت یک بافت هیدراته و تحمل بار متشکل از دودکش ها تعبیه شده در یک ماتریس اضافی غنی از کلاژن و proteoglycans است، رفتار مکانیکی آن در برابر اندازه گیری مکانیکی و عمیق است که در هر جهت تجزیه و تحلیل فیبر، بالا در برابر اوار و نیروهای کششی، در حالی که مناطق عمیق تر مقاومت در برابر بارهای فشرده سازی، تغییرات اولیه در جهت تجزیه و تحلیل مکانیکی و تخریب در هر هدف، تغییر می کند.

اصول Microindentation

تحرک میکرو یک نیروی کوچک و کنترل شده به سطح بافت از طریق یک نوک بی تحرک (معمولا کروی، مسطح، یا هرمال) و ثبت تجزیه و نقل نتیجه را اعمال می کند.نیروی "اختلال پارامترهای عملکرد مکانیکی مانند تجزیه و تحلیل تجزیه و تحلیل تجزیه و تحلیل، روش های فوری، و زمان آرام کردن ثابت می تواند با ارزیابی مداوم تماس (کاهش) انجام شود، و یا کاهش سرعت بارگذاری داده ها (سرعت).

پیشرفت های اخیر در تکنولوژی Microindentation

سیستم های سنسور و Actuator

یکی از مهمترین پیشرفت های سخت افزار میکروسانسینگ توسعه سلول های بار فوق حساس و مبدل های جابجایی است.این سنسور های جدید می توانند نیروهای را در محدوده میلی نیوتون و جابجایی در محدوده نانو متر تشخیص دهند، که اندازه گیری های مربوط به نمونه های بسیار نازک یا نرم غضروف را که قبلاً برای آزمایش قابل اعتماد دقیق بودند، تشخیص می دهند موتورهای الکترومغناطیسی سنتی در بسیاری از سیستم های تجاری جایگزین شده اند، و سریع تر از جمله تنظیم دقیق تر از الگوریتم های کنترل بیولوژیکی، می توانند عملکرد دقیق تر را در برخی از جمله سرعت های تعمیر و انعطاف پذیر کنند.

ادغام با تغییرات پیشرفته تصویربرداری

ترکیب میکروارگانیسم ها با تکنیک های تصویربرداری مانند پیوند نوری به منوگرافی (OCT)، میکروسکوپ بافتی، و نسل دوم هارمونیک (SHG) تصویربرداری به شدت تفسیر داده های مکانیکی را غنی کرده است. OCT اغلب تصاویر ساختاری دقیق از شبکه کلاژن را به هم متصل می کند و می تواند توهم یا فیبراسیون منتشر شده در زمان واقعی را تجسم کند.

اتوماسیون و تست های با کیفیت بالا

microindentation دستی است نیروی کار فشرده و پیشرفت های وابسته به اپراتور شامل سیستم های کاملا خودکار است که نقشه برداری مبتنی بر شبکه را بر روی سطح غضروف انجام می دهد، این سیستم ها می توانند صدها نقطه ضعف در چند ساعت به دست آورند، تولید نقشه های دقیق یادگیری ماشین آلات برای تجزیه داده ها، مناطق بخش خودکار (بر اساس مطالعات بالا، و متوسط)، مطالعه عمیق با استفاده از چنین روش های مکانیکی با استفاده از ویژگی های دقیق است.

ادغام با مدل سازی محاسباتی

داده های مکانیکی از میکروسانسوراسیون به طور مستقیم پارامترهای مادی مانند modulus یا Permeability جوان را نمی دهد؛ این باید از طریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود یا مدل های محاسباتی اخیر استخراج شود - این فرآیند را به سرعت قوی تر می کند و از طریق مدل های تخصصی فیبریل، که برای فاز قابل توجه و شبکه کلاژن حساب می شود، اکنون به استفاده از ویژگی های پردازش دقیق از داده های پردازش داده ها در برخی از خطاهای پردازش فیبرویک و همچنین استفاده از خطاهای پردازش داده های کاربردی شده است.

برنامه های کاربردی در بخش تحقیقات و تنظیمات بالینی

تشخیص زود هنگام Osteoarthritis

میکروسانسوراسیون نسبت به تغییرات در سختی غضروف که قبل از سایش قابل مشاهده است، حساس است.[۱] در مدل های حیوانی استئوآرتریت، سفت شدن در منطقه سطحی می تواند به عنوان یک هفته پس از بی ثباتی مفصل تشخیص داده شود.[۷] مطالعات انسانی نشان داده است که غضروف از اهداکنندگان با نشانگرهای اولیه مرحله ای (Outerbridge I-II) نشان می دهد نرم کننده قابل توجه نسبت به بافت سالم، حتی زمانی که ابزار بالقوه ای برای تشخیص داده های میکروبیوتیکی وجود دارد.

ارزیابی مهندسی بافت و داروهای Reenerative

مهندسی بافت کارتال با هدف تولید سازه با خواص مکانیکی مطابق با بافت بومی است. [۲] میکروسانسوراسیون یک روش کنترل کیفیت استاندارد برای این ساختارها است، اندازه گیری اینکه چگونه سفت و سخت در طول نوآوری های فرهنگ اخیر تکامل می یابد شامل عدم تماس با استفاده از نیروی تابش صوتی یا میکرواسپم مغناطیسی است، که از سوراخ فیزیکی بافت مهندسی شده جلوگیری می کند این روش ها اجازه می دهد اندازه گیری های مکرر در مورد فرهنگ یکپارچه (ارزیابی های گرافیکی) و تجزیه و تحلیل دقیق مانند سیستم های ماتریس بالا ارائه می شود.

برنامه ریزی پزشکی شخصی و درمان

با ظهور رویکردهای خاص بیمار، داده های میکروحساسیت می تواند یک روز برای خیاط مداخلات جراحی استفاده شود، به عنوان مثال، دانستن نقشه سفت و سختی لگن بیمار یا غضروف زانو می تواند به جراحان کمک کند تا تصمیم بگیرند که چه مقدار از یک تشخیص مکانیکی برای انجام یا جایی که برای قرار دادن پیوند های پوکی استخوان ها استفاده می شود.

مسیر های آینده

با نگاهی به جلو، چندین زمینه قول می دهند که میکروسانسوراسیون را بیشتر پیش ببرند.(توسعه سنسور های انعطاف پذیر و سازگار با زیست محیطی می تواند نظارت مداوم مکانیک غضروف در مدل های حیوانی یا حتی در بیماران انسانی در طول توانبخشی را فراهم کند.[۱] رزولوشن فضایی بهبود یافته، به سطح سلولی، اندازه گیری خواص ماتریسی که تنظیم دستگاه های پیش بینی کننده mechanotransduction را با داده های مصنوعی بهبود می دهد، و یا پیش بینی شده در مورد استفاده از داده های بزرگ در موسسه های میکروبی است.

نتیجه گیری

تکنیک های تحرک از یک روش تحقیقاتی طاقچه به یک ابزار متنوع و غنی از اطلاعات برای ارزیابی مکانیکی غضروف پیشرفت کرده اند. سنسورهای پیشرفته، یکپارچه سازی تصویر، اتوماسیون و مدل سازی محاسباتی دقت بهبود یافته اند، از طریق مجوز و تفسیر دقیق این پیشرفت ها امکان تشخیص زودرس از استئوآرتریت، ارزیابی دقیق تر از ساخت های مهندسی بافت، و گام های به سمت چالش های شخصی سازی شده است، به ویژه در مورد استفاده از روش های تحلیلی دقیق تر از روش های تحلیلی دقیق تر از روش های هورمونی، نشان می دهد.