Assessing Cartilage Biomechanical Properties: Techniques for Evaluating the Functional Performance of Cartilage in Health and Disease

Annual Review of Biomedical Engineering - Tập 19 Số 1 - Trang 27-55 - 2017
Benjamin A. Lakin1,2, Brian D. Snyder1,3, Mark W. Grinstaff2,4
1Center for Advanced Orthopedic Studies, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts 02215;
2‡Department of Biomedical Engineering, Boston University, Boston, Massachusetts 02215
3Orthopedic Center, Children's Hospital, Boston, Massachusetts 02115
4Department of Chemistry, Boston University, Boston, Massachusetts 02215

Tóm tắt

Osteoarthritis (OA) affects millions of people and results in weakened hyaline cartilage due to overloading. During joint articulation, hyaline cartilage must withstand high loads while maintaining low friction to prevent wear and tissue loss. Thus, cartilage compressive stiffness and the coefficient of friction are important indicators of the tissue's functional performance. These mechanical properties are often measured ex vivo using mechanical testing regimens, but arthroscopic handheld probes (e.g., for indentation testing, ultrasound, and optical coherence tomography) and noninvasive imaging modalities (e.g., magnetic resonance imaging and computed tomography) provide opportunities for either direct or indirect in vivo assessment of cartilage mechanical properties. In this review, we examine the application of these techniques for evaluating cartilage, with a focus on measuring mechanical properties for early-stage OA diagnosis. For each approach, we discuss the advantages, disadvantages, current and potential clinical utility, and promising technological improvement.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Mow VC, 2005, Basic Orthopedic Biomechanics and Mechanobiology

10.1016/j.micron.2012.05.001

10.1002/jor.1100090304

10.1038/260808a0

10.1111/j.1365-2613.2009.00695.x

10.1243/09544119JEIM325

10.1016/j.orthres.2003.07.002

10.1053/joca.2002.0801

10.1002/art.10976

10.1016/0304-4165(70)90388-0

10.1002/jor.1100180510

10.1016/j.joca.2009.09.003

10.1016/j.jbiomech.2004.05.045

10.1007/BF00286099

Setton L, 1992, Agents Actions Suppl, 39, 27

10.1016/S0021-9290(02)00052-0

10.1016/j.joca.2012.09.007

10.1016/0021-9290(84)90031-9

10.1115/1.2246237

10.1016/j.joca.2015.05.033

10.1002/jor.23141

10.1016/j.jbiomech.2005.02.018

10.1136/ard.60.3.262

10.1016/S0021-9290(97)00031-6

10.1016/j.joca.2006.06.005

10.1016/j.jbiomech.2008.03.043

10.1002/art.22446

Stanton TE, 1923, Engineer, 135, 678

10.1002/art.22974

10.1016/j.jbiomech.2012.09.034

10.1002/art.33337

10.1016/1350-4533(95)97322-G

10.1088/0031-9155/44/2/017

10.1088/0031-9155/44/10/310

10.1016/S0021-9290(00)00189-5

10.1177/0363546504268040

10.1111/j.1532-950X.2006.00136.x

10.1002/(SICI)1097-4636(1999)48:4<482::AID-JBM13>3.0.CO;2-M

10.1016/j.joca.2007.10.016

10.22203/eCM.v013a05

10.1088/0967-3334/23/3/302

10.1109/10.532125

Huang YP, 2013, IEEE Eng. Med. Biol. Soc. Conf., 2013, 144

10.1109/TUFFC.2011.2143

10.1016/j.jbiomech.2013.02.004

10.1016/S0021-9290(01)00197-X

10.1016/S0736-0266(02)00002-5

10.1016/j.joca.2014.08.008

10.1109/TUFFC.2011.1781

10.1016/j.ultrasmedbio.2009.04.004

10.2106/00004623-200300002-00010

10.1016/j.joca.2014.06.019

10.3109/03091902.2012.663054

10.1016/j.ultrasmedbio.2009.03.009

10.1016/j.ultrasmedbio.2013.03.026

56. Adrian A, Barrett M, Werpy N, Kawcak C, Chapman P, Goodrich L. 2016. A comparison of arthroscopy to ultrasonography for identification of pathology of the equine stifle.Equine Vet. J.In press.http://dx.doi.org/10.1111/evj.12541

10.1016/j.joca.2015.05.034

10.1007/s10561-013-9389-6

10.1117/1.1609201

10.1002/jor.20083

10.1186/ar1491

10.1117/1.2789674

10.1002/art.27378

Zheng K, 2010, Am. J. Orthop., 39, 122

10.3109/03008207.2011.555824

10.1007/s11926-014-0462-3

10.1016/j.joca.2014.05.016

10.1002/jmri.20811

10.4103/0971-3026.137028

10.1055/s-2004-861579

10.1002/jmri.21107

10.1148/radiol.2361040747

10.1016/0049-0172(92)90053-G

10.1016/j.joca.2007.03.018

10.1053/joca.1997.0089

10.1148/radiology.219.2.r01ma32395

10.1016/S0730-725X(99)00144-7

10.1148/radiol.2282012012

10.1148/radiol.2341030394

10.1002/(SICI)1522-2594(200005)43:5<676::AID-MRM9>3.0.CO;2-X

10.1016/S0021-9290(03)00291-4

10.1016/j.orthres.2003.09.008

10.1002/mrm.20104

10.1002/jor.20041

10.1016/j.jmr.2008.11.019

10.1016/S0730-725X(01)00433-7

10.1016/j.joca.2009.03.022

10.1002/jmri.22811

10.1002/mrm.20678

10.1016/j.joca.2010.11.009

10.1016/j.orthres.2004.06.015

10.1148/radiol.2015150693

10.1002/mrm.1910360504

10.1002/(SICI)1522-2594(199905)41:5<857::AID-MRM1>3.0.CO;2-E

10.1002/jor.20378

10.1002/mrm.10466

10.1148/radiol.2383050173

10.1021/cr200358s

10.2214/ajr.185.2.01850379

10.1088/0031-9155/57/24/8173

10.1098/rsta.2013.0127

10.1002/art.37766

10.1097/RLI.0b013e3181e193bd

10.1016/j.acra.2009.09.015

10.1109/TBME.2013.2266325

10.1007/s10278-013-9634-3

10.1088/0031-9155/55/24/017

10.1016/j.zemedi.2012.11.004

10.1007/978-1-4939-1619-1_11

10.1371/journal.pone.0147564

10.1073/pnas.0606406103

10.1002/jor.21312

10.1088/0031-9155/52/4/024

10.1080/02841850802572526

10.1002/jor.22662

10.1016/j.joca.2011.04.004

10.1177/1947603511424173

10.1016/j.joca.2008.05.012

10.1016/j.joca.2011.07.006

10.1021/ja9053306

10.1016/j.joca.2009.06.010

10.1016/j.joca.2008.01.012

10.1002/jor.21444

10.1002/art.34370

Piscaer TM, 2008, Biorheology, 45, 355, 10.3233/BIR-2008-0482

10.1148/radiol.12112246

10.1016/j.crad.2014.06.009

10.1002/jor.22521

10.1016/j.jbiomech.2014.04.013

10.1016/j.joca.2016.01.137

10.1136/ard.2006.058347

Radin EL, 2005, J. Rheumatol., 32, 1136

10.4065/mcp.2010.0260

10.1001/archinternmed.2009.427

10.1016/S0221-0363(10)70115-3

10.1016/j.carj.2010.01.003

10.1002/anie.201404519

10.1039/c3md00229b

10.1039/C5CC03354C

10.1016/j.joca.2015.05.004

10.2106/JBJS.M.00393

10.1542/peds.2014-0623

10.1177/0363546513518412

10.3109/17453679408995475

10.1177/0363546507307396

Meunier A, 2007, Scand. J. Med. Sci. Sports, 17, 230, 10.1111/j.1600-0838.2006.00547.x

10.1007/BF00186881

10.1177/0363546514526139

10.1002/art.20589

10.1021/ja400695h

10.1038/nrrheum.2014.157

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Annual Review of Biomedical Engineering

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