Журнал биомеханики 43 (2010) 302–309
|
|
Содержание доступно на веб-сайте ScienceDirect
Журнал биомеханики
|
|
Оптимизация характеристик фиксации зазубренных шовных материалов в коже и тканях сухожилий
N.P. Inglea,b, M.W. Kinga,c,*
b Joint Отдел биомедицинской техники при Университете штата Северная Каролина и Университете Северной Каролины, Чапел-Хилл, Роли, Северная Каролина 27695-7115, США
|
Информация о статье |
выдержка |
|
История статьи Принята 19 августа 2009 г. |
Предметом настоящей работы является изучение влияния геометрического рисунка одинарного шовного материала из зазубренного моноволокна на его биомеханические свойства. Были подготовлены срезы зубцов с различным углом и глубиной, и проведены испытания in vitro для проверки их механических свойств при растяжении, а также характеристик фиксации в ткани в ходе нового испытания выдергиванием шовного материала/ткани. Также проводились эксперименты с использованием бычьих сухожилий и тканей кожи свиней. Экспериментальные результаты показали, что, поскольку ткань сухожилия имеет более высокий модуль, чем кожа, ей требуется более жесткий зубец для проникновения и фиксации окружающей ткани. Поэтому рекомендуется угол среза 150° и глубина среза 0,18 мм. С другой стороны, для более мягкой ткани кожи угол среза 170° и глубина среза 0,18 мм подходит более гибкий зубец, обеспечивающий превосходную фиксацию ткани кожи. Эти данные подтверждают, что для дальнейшего развития технологии зазубренного шовного материала требуется точное понимание биомеханических свойств ткани, в которой он будет использоваться. Это будет способствовать созданию ряда тканеспецифических зазубренных шовных материалов. © 2009 Elsevier Ltd. Все права защищены. |
|
Ключевые слова: Зазубренный шовный материал Полипропилен Сухожилие Кожа Испытание выдергиванием шовного материала/ткани |
1. Введение
Нормальное функционирование хирургических нитей до недавнего времени зависело от способности и умения клинициста эффективно и надежно завязывать узлы. Однако в последние годы была разработана технология непрерывных шовных материалов, которые могут обеспечить тот же уровень безопасности, и имеют определенные преимущества по сравнению с традиционными заузленными шовными материалами.
Одним из видов непрерывного шовного материала является «зазубренный» шовный материал, в котором выступающие зубцы расположены в одном или двух направлениях по длине нити из моноволокна (Trull et al., 2004; Buncke, 1999; Villa et al., 2008; Greenberg and Einarsson, 2008; Leung et al., 2008).. В исследованиях in vitro ранее сообщалось о способности зазубренного шовного материала к удержанию тканей в сравнении с заузленными шовными материалами (Dattilo, 2002; Dattilo et al., 2003). В литературе также приводятся отчеты о том, как способность к удержанию тканей (Ingle et al., 2004) и биостойкость in vivo зазубренных шовных материалов (Leung, 2004) зависит от микроструктуры полимера, из которого они сделаны. В настоящее время они успешно используются для ушивания подкожных ран и для восстановления сухожилий у пациентов-людей (O’Broin et al., 1993; McKenzie, 1967), а также используются косметическими хирургами для проведения процедур фейслифта и косметических масок (Prado et al., 2008; Michael et al., 2008; Downs and Wang, 2008; Ruff,2006).
Недавно в литературе были высказаны предложения о том, что оптимальная конструкция зубца может быть не одинаковой для различных областей применения в хирургии, и что такие переменные, как геометрическая форма, частота, выравнивание и последовательность зубцов, могут потребовать изменений для того, чтобы использоваться с различными типами тканей, например, кожей, сухожилиями и жировой тканью (Einarsson, 2008; Sasaki et al., 2008). Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы определить влияние угла среза зубца и глубины среза зубца на механические свойства при растяжении и свойства фиксации одинарной зазубренной шовной нити в тканях кожи и сухожилий. Образцы одинарной зазубренной шовной нити были подготовлены из полипропиленового моноволокна с тремя различными уровнями угла среза и тремя различными уровнями глубины среза. Затем проводилась оценка их механических свойств путем растяжения и выдергивания шовного материала/ткани, чтобы определить оптимальные геометрические параметры зубца.
2. Материалы и методы
2.1. Выбор материала
В качестве шовного материала использовалось синее полипропиленовое моноволокно непрерывной длины размером «0» (ноль), диаметром 0,400±0,001 мм, поставляемое Covidien Inc.. Этот шовный материал отличался от материала, который использовался клинически, тем, что он не был разрезан, обжат для игл, сложен, упакован и стерилизован, как коммерческие шовные материалы.
_______________
* Автор, которому следует направлять корреспонденцию: Кафедра текстильного машиностроения, химии и науки, Колледж текстиля, 2401 Ресерч Драйв, Университет штата Северная Каролина, Роли, Северная Каролина
27695-8301, США. Тел..: +1 919 515 1011; факс: +1 919 515 6532.
E-mail address: martin_king@ncsu.edu (M.W. King).
URL: http://www.tx.ncsu.edu/ (M.W. King).
0021-9290/$ - см. титульный лист © 2009 Elsevier Ltd. Авторские права защищены.
doi:10.1016/j.jbiomech.2009.08.033
N.P. Ingle, M.W. King / Журнал биомеханики 43 (2010) 302–309
2.2. План эксперимента
Настоящее исследование включало три номинальных уровня угла среза зубца и три номинальных уровня глубины среза зубца. Полный факторный план с девятью блоками показан в таблице 1. Кроме того, для проведения испытания выдергиванием шовного материала/ткани было выбрано два типа ткани – кожа и сухожилия.
2.3. Подготовка зазубренного шовного материала и анализ изображений
Были созданы прототипы одинарных зазубренных образцов с желаемыми характеристиками с использованием инновационного метода резания, разработанного в Лаборатории биомедицинских текстильных изделий Университета штата Северная Каролина (Ingle, 2008). Для просмотра и захвата изображений при 100x увеличении использовался оптический микроскоп Nikon (модель Labophot-Pol). Затем изображения анализировались с помощью программного обеспечения Image J (Dattilo et al., 2003; Ingle, 2008). Затем для проверки процесса создания прототипа использовались измеренный угол среза и глубина среза (рис.1) .
2.4. Испытание на растяжение незазубренных и зазубренных шовных материалов
На приборе для испытания на растяжение MTS ReNew (модель № 1122) проводилась одноосная растягивающая нагрузка до отказа (10-15 образцов) с постоянной скоростью смещения. Использовался динамометрический датчик 250 N с осевыми зажимами с временем разрыва 20±3 с. Параметры испытания были следующие: измерительная база: 12 мм (зазубренный), 35 мм (незазубренный), поперечная скорость: 2,0 мм/с, зажимы: тяговый эффект.
Таблица 1
План эксперимента для зазубренных шовных материалов с различными геометрическими параметрами
|
Номинальная глубина среза (мм) |
Номинальный угол среза |
||
|
150° |
160° |
170° |
|
|
0.07 0.12 0.18 |
x. x x |
x x x |
x x x |
Рис. 1. Геометрические параметры одинарного зубца.
|
Barb |
Зубец |
|
Diameter (d) |
Диаметр (d) |
|
Cut angle (θ) Cut depth (Cd) |
Угол среза (θ) Глубина среза (Cd) |
|
Monofulament suture |
Шовный материал из моноволокна |
2.5. Подготовка образцов шовного материала/ткани и испытание выдергиванием
На месте были закуплены свежая свиная кожа и ткани бычьего сухожилия. Для предотвращения обезвоживания образцы хранились в ванной с холодной водой, и все испытания проводились в течение 12 часов после закупки. Для подготовки образцов ткани использовалось лезвие скальпеля для трансплантата (Swann-Morton Limited). Кожная ткань имела толщину приблизительно 2 мм. Она была разрезана на образцы шириной около 10 мм и длиной 50 мм (рис.2). Что касается сухожилия, после рассечения и удаления окружающей ткани диаметр овального поперечного сечения образцов составлял от 7 до 12 мм. Они были разрезаны на отрезки длиной 50 мм с прямоугольным концом для зажима в нижней части прибора для испытания на растяжение (рис.2).
Был разработан новый метод вставки безыгольного шовного материала в ткань. Для продевания использовалась игла шприца (21G1 PrecisionGlide) с «внутренним» диаметром, немного превышающим диаметр шовного материала (рис.2). Предполагалось, что окружающая ткань деформировалась по давлением шовного материала после того, как игла была отведена, обеспечивая хорошую механическую фиксацию зубца/ткани. Было испытано шесть контрольных образцов одинарной зазубренной шовной нити для каждой комбинации шовного материала и ткани на одном и том же приборе для испытания на растяжение MTS с использованием динамометрического датчика 10 N, с поперечной скоростью 0,75 мм/с и расстоянием фиксации 10 мм.
2.6. Статистический анализ
Для определения разности выборочных средних значений использовался t-критерий Стьюдента при 95% доверительном интервале.
3. Результаты
3.1. Изображения зазубренных швов
На рис.3 показаны изображения образцов одинарных зазубренных шовных нитей. Зубцы на полипропиленовом шовном материале имеют тенденцию к выравниванию для хорошей фиксации.
3.2. Измерение геометрическиз параметров зазубренных шовных материалов методом анализа изображений
Средними и стандартными отклонениями для измеренных углов среза опытных образцов были: номинальный 150°: 150.00±0.30; номинальный 160°: 160.00±0.13; номинальный 170°: 170. 00 70.23. Подобным образом, измеренная глубина среза была: номинальная 0,18 мм: 0.180±0.001; номинальная 0.12 mm: 0.120±0.001; номинальная 0.07 mm: 0.070±0.001.
Рис. 2. (1) Подготовка образца для испытания выдергиванием ткани кожи и сухожилий; (2) Продевание шовной нити в ткань для подготовки образца к испытанию выдергиванием; (3) Образец, готовый к испытанию выдергиванием ткани кожи или сухожилий.
|
Suture |
Шовный материал |
Step -1: Insert needle inside tissue |
Шаг -1: Вставьте иглу в ткань |
Tightening screw |
Натяжной винт |
|
Diameter: ~7 – 12 mm |
Диаметр: ~7 – 12 мм |
Tissue |
Ткань |
Zig-zag clamp (upper movable) |
Зигзагообразный зажим (верхний подвижный) |
|
Tendon tissues used area (~20 mm) |
Используемая площадь тканей сухожилий (~20 мм) |
Point of entry |
Точка входа |
Suture |
Шовный материал |
|
Point of entry on transverse side |
Точка входа на поперечной стороне |
Syringe needle |
Игла шприца |
Barb anchoring distance (10 mm) |
Расстояние фиксации зубца (10 мм) |
|
Tendon tissues clamp area (~20 mm) |
Площадь зажима тканей сухожилий (~20 мм) |
Step -2: Insert barbed suture |
Шаг -2: Вставьте зазубренный шовный материал |
Barb peel away length (10 mm) |
Длина снятия зубца (10 мм) |
|
Barb |
Зубец |
Barbed suture |
Зазубренный шовный материал |
Barb inside tissue |
Зубец внутри ткани |
|
Monofilament clamp length (~10 mm) |
Длина зажима из моноволокна(~10 мм) |
Step -3: Retract needle when barb is in position |
Шаг -3: Втяните иглу, когда зубец находится на своем месте |
Tendon tissue |
Ткань сухожилия |
|
Point of entry on top face |
Точка входа на верхней стороне |
Step -3: Cut the tail of suture and the specimen in ready |
Шаг -3: Отрежьте хвост шовного материала и образец готов |
Zig-zag clamp (Bottom fixed) |
Зигзагообразный зажим (нижний неподвижный) |
|
Skin tissue clamp area (~20 mm) |
Площадь зажима кожной ткани (~20 мм) |
Clamp area |
Площадь зажима |
|
|
N.P. Ingle, M.W. King / Журнал биомеханики 43 (2010) 302–309
150° при 0,07 мм 150° при 0,12 мм 150° при 0,18 мм
160° при 0,07 мм 160° при 0,12 мм 160° при 0,18 мм
170° при 0,07 мм 170° при 0,12 мм 170° при 0,18 мм
Рис. 3. Образцы одинарных зазубренных шовных нитей с различными углами среза и глубинами среза.
Рис. 4. (1) Средние значения ± среднеквадратические погрешности пиковой растягивающей нагрузки для 9 образцов; (2) Диаграмма показывает, где наблюдались значительные различия в пиковой растягивающей нагрузке среди 9 образцов.
