Modüler Aksiyel Fiksatör Stabil Femur Üst Uç Kırıklarının Tedavisinde Güvenilir Bir Seçenektir Bir Sonlu Eleman Modelleme ve Mekanik Laboratuvar Çalışması

Öz

Amaç: Çalışmanın amacı femur üst uç kırığı olan yaşlı hastaların genel durumlarının büyük cerrahiye izin vermediği durumlarda kullanılan Modüler Aksiyel Fiksatör’ün biyomekanik özelliklerinin belirlenmesi ve çıkan sonuçlara göre yapılacak değişiklikler ile stabilizasyonunun artırılması ve standardizasyonunun sağlanmasıdır.Gereç ve Yöntemler: Bu amaçla birinci aşaması sonlu eleman analizi, ikinci aşaması laboratuvar çalışması olmak üzere iki aşamalı çalışma planlandı. Sonlu eleman analizinde, eksternal fiksatörlerde stabiliteyi etkileyen faktörler göz önüne alınarak Modüler Aksiyel Fiksatör’ün 14 değişik konfigürasyonu ve Orthofix üzerinde çalışıldı. Laboratuvar ortamında ise sanal ortamda elde edilen verilere göre Modüler Aksiyel Fiksatör’ün 4 farklı konfigürasyonu ve Orthofix üzerinde aksiyel yükleme yapılarak modellerin stabiliteleri, yük taşıma kapasiteleri, kırık hattına etkiyen yük miktarları ve rijiditeleri değerlendirildi.Bulgular: Elde edilen verilerin değerlendirilmesi; femur üst uç kırıklarında kullanılan eksternal fiksasyonun, biyomekanik açıdan alternatif bir tedavi şeklinden çok standart bir tedavi şekli olarak kullanılabileceğini ve mevcut sistemler üzerinde yapılacak modifikasyonlar ile anstabil kırıklarda da güvenilir bir yöntem olabileceğini ortaya koymaktadır.Sonuç: Normal kemikteki streslerle karşılaştırıldığında femur üst ucuna eksternal fiksatör uygulanması, fizyolojik yük dağılımını bozmaksızın femur boyunca oluşan stresleri, yükün önemli bir bölümünü distale aktararak azaltmaktadır. Yine fonksiyonel çivi boyunun kısaltılması, bar uzunluğunun azaltılması, her fragmanda daha fazla çivi bulundurulması ve distal çivilerin kırık hattına yakın yerleştirilmesi hem stresleri azaltmakta hem de stabiliteyi artırmaktadır

Anahtar Kelimeler

• Eksternal fiksasyon, Kırık, Femur, Sonlu eleman analizi

Modular Axial Fixator is a Reliable Method for Stable Proximal Femoral Fracture A Finite Element Analysis and Mechanical Study

Abstract

Objective: In the present study, Modular Axial Fixator, which haspromising clinical outcomes, was analysed by finite element analysis to clarify and standardize its biomechanical properties.Material and Methods: During the finite element analysis carried on, 14 different Modular Axial Fixators and Orthofix were first evaluated, considering the factors influencing external fixator stability. Secondly, in the laboratory study, axial loading tests were conducted on the 4 most stable Modular Axial Fixators and Orthofix. Load carrying capacities, stabilities, amount of load affecting the fracture line and rigidity of the systems were evaluated.results: Evaluation of the obtained data showed that external fixation can be a standard method of treatment in addition to being a biomechanical alternative method in proximal femoral fractures. Besides, it can become a reliable method in unstable fracture management by modifying the presently used systems.conclusion: Compared with the stresses in normal bones, application of external fixator to the proximal femur decreases the stresses through the femur by transferring the majority of the load to the distal part, without deteriorating the physiological load distribution. In addition, shortening of functional screw length and cross-bar length, presence of more than three screws in both fragments, and placement of the distal screws near the fracture line decreases the stress besides increasing stability

Keywords

• External fixation, Fracture, Femur, Finite element analysis

Kaynakça

1. Ganz R, Thomas RJ, Hammerle CP. Trochanteric fractures of the femur. Treatment and results. Clin Orthop Relat Res 1979; 138:30-40.
2. Kaufer H. Mechanics of the treatment of hip injuries. Clin Orthop Relat Res 1980; 146:53-61.
3. Gotfried Y, Frish E, Mendes DG, Roffman M. İntertrochanteric fractures in high risk geriatric patients treated by external fixation. Orthopedics 1985; 6:769-74.
4. Dhal A, Singh S. Biological fixation of subtrochanteric fractures by external fixation. İnjury 1996; 27: 723-31.
5. Christodoulou N, Sdrenias CV. External fixation of select intertrochanteric fractures with single hip screw. Clin Orthop Relat Res 2000; 381:204-11.
6. Moroni A, Faldini C, Pegreffi F, Hoang-Kim A, Vannini F, Giannini S. Dynamic hip screw compared with external fixation for treatment of osteoporotic pertrochanteric fractures. J Bone Joint Surg 2005; 87(4):753-59.
7. Özdemir H, Ürgüden M, Dabak K, Söyüncü Y. Treatment of intertrochanteric femoral fractures with the use of a modular axial fixator device. Acta Orthop Traumatol Turc 2002; 36:375-83.
8. Özdemir H, Dabak K, Ürgüden M, Gür S. A different treatment modality for trochanteric fractures of the femur in surgical high-risk patients. Arch Orthop Trauma Surg 2003; 123:538-43.

9. Huiskes R, Chao EYS. A survey of finite element analysis in orthopaedic biomechanics: The first decade. J Biomech 1983; 16:385-409.
10. Rybicki EF, Simonen FA, Weis EB. On the mathematical analysis of stress in the human femur. J Biomechanics 1972; 5:203-15.
11. Cegonino J, Garcia Aznar JM, Doblare M, Palanca D, Seral B, Seral F. A comparative analysis of different treatments for distal femur fractures using the finite element method. Comput Methods Biomech Biomed Engin 2004: 7(5):245-56.
12. Verdonschot N, Huiskes R. Can polished stems reduce mechanical failures of the cement-bone interface in man? Trans Eur Orthop Res Soc 1995; 5:42-51.
13. Verdonschot N, Huiskes R. Acrylic cement creeps but does not allow much subsidence of femoral stems. J Bone Joint Surg 1997; 79:665-74.
14. Boyd HB, Griffin LL. Classification and treatment of trochanteric fractures. Arch Surg 1949; 58(6):853-66.
15. Behrens F. A primer of fixator devices and configurations. Clin Orthop Relat Res 1989; 241: 5-14.
16. Sisk TD. General principles and techniques of external skeletal fixation. Clin Orthop Relat Res 1983; 180:96- 100.
17. ASTM F 1541-02. Standard specification and test methods for external skeletal fixation devices. Annual book of ASTM standards 2002: 1-31.
18. Sevil-Kilimci F, Kara ME. Kemiklerin mekanik özelliklerinin değerlendirilmesinde kullanılan temel biyomekanik kavramlar. Animal Health Prod and Hyg 2013; 2(2): 235-39.
19. Dahl E. Mortality and life expectancy after hip fractures. Acta Orthop Scand 1980; 51(1):163-70.
20. Ege R. Travmatoloji Kırıklar, Eklem Yaralanmaları, 4. baskı. Ankara: Kadıoğlu Matbaası, 1989.
21. Goldhagen PR, O’Connor DR, Schwarze D, Schwartz E. A prospective comparative study of the compression hip screw and the gamma nail. J Orthop Trauma 1994; 8(5): 367-72.
22. Ahrengart L, Törnkvist H, Fornander P, Thorngren KG, Pasanen L, Wahlström P, Honkonen S, Lindgren U. A randomized study of the compression hip screw and Gamma nail in 426 fractures. Clin Orthop Relat Res 2002; 401:209-22.
23. Wolfgang GL, Bryant MH, O’Neill JP. Treatment of intertrochanteric fracture of the femur using sliding screw plate fixation. Clin Orthop Relat Res 1982; 163:148-58.
24. Gaebler C, Stanzl-Tschegg S, Tschegg EK, Kukla C, Menth-Chiari WA, Wozasek GE, Heinz T. Implant failure of the gamma nail. Injury 1999; 30(2):91-9.
25. Rybicki EF, Simonen FA, Weis EB Jr. On the mathematical analysis of stres in the human femur. J Biomechanics 1972; 5(2):203-15.
26. Keyak JH, Meagher JM, Skinner HB, Mote CD. Automated three-dimensional finite element modelling of bone: a new method. J Biomed Eng 1990; 12(5):389-97.
27. Wnek GE, Bowlin GL. Encyclopedia of Biomaterials and Biomedical Engineering, 1st ed. New York: Marcel Dekker, 2004.
28. Material Property Data (www.matWeb.com).
29. Wirtz DC, Schiffers N, Pandorf T, Radermacher K, Weichert D, Forst R. Critical evaluation of known bone material properties to realize anisotropic FE-simulation of the proximal femur. J Biomechanics 2000; 33:1325-330.
30. Broekhuizen AH, Boxma H, Meulen van der PA, Snijders CJ. Performance of external fixation devices in femoral fractures; The ultimate challenge? A laboratory study with plastic rods. İnjury 1990; 21:145-51.
31. Seral B, Garcia JM, Cegonino J, Doblare M, Seral F. Finite element study of intramedullary osteosynthesis in the treatment of trochanteric fractures of the hip: Gamma and PFN. İnjury 2004; 35: 130-35.
32. Sim E, Freimüller W, Reiter TJ. Finite element analysis of the stres distributions in the proximal end of the femur after stabilization of a pertrochanteric model fracture: A comparison of two implants. İnjury 1995; 26:445-49.
33. Apel DM, Patwardhan A, Pınzur MS, Dobozi WR. Axial loading studies of unstable intertrochanteric fractures of the femur. Clin Orthop Relat Res 1989; 246:156-64.
34. Wang CJ, Brown CJ, Yettram AL, Procter P. İntramedullary femoral nails: One or two lag screws? A preliminary study. Med Eng Phys 2000; 22(9):613-24.
35. Sitthiseripratip K, Van Oosterwyck H, Sloten JV, Mahaisavariya B, Bohez ELJ, Suwanprateeb J, van Audekercke R, Oris P. Finite element study of trochanteric gamma nail for trochanteric fracture. Med Eng Phys 2003; 25(2): 99-106.