{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:2156"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:2156","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Entwicklung einer Testmethodik für Osteosynthesen bei intraartikulärer distaler Humerusfraktur mit metaphysärer Trümmerzone bei verminderter Knochenmineraldichte","abstract":"Die vollständigen Gelenkfrakturen des distalen Humerus mit metaphysärer Trümmerzone (AO Klassifikation 13 C2) sind Problemfrakturen und zählen zu den grössten Herausforderungen der Ellenbogenchirurgie. Insbesondere beim Patienten hohen Alters besteht regelmäßig die Kombination aus verringerter Knochenmineraldichte und knöcherner Trümmerzone. In diesen Fällen ist das Ziel einer übungsstabilen Osteosynthese äußerst schwierig zu erreichen. Die operative Behandlung mit den derzeit verfügbaren Osteosynthese-Materialien führt häufig zu funktionell enttäuschenden Ergebnissen. Aus dieser Notwendigkeit heraus wurden in den letzten Jahren neue Implantate entwickelt.
Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel ein Testverfahren zur Ermittlung der biomechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Implantate zu entwickeln. In Anbetracht des klinisch relevanten Problems der Implantatlockerung und damit des Verlustes der anatomischen Reposition bei Patienten mit Osteoporose war das Auslockerungsverhalten unter zyklischer Belastung beim Knochen mit verringerter Knochenmineraldichte von besonderem Interesse.
Die Testmethodik wurde an acht humanen, nicht konservierten Oberarmknochen mit einem durchschnittlichen Alter von 73 Jahren und einer durchschnittlich verringerten Knochenmineraldichte (gemessen durch pQCT) evaluiert. Das Frakturmodel einer instabilen, tief gelegenen, vollständigen Gelenkfraktur (AO 13 C2) des distalen Humerus wurde durch einen 5 mm hohen, suprakondylären Osteotomiespalt, welcher die knöcherne Trümmerzone repräsentiert und einen intraartikulären Frakturspalt realisiert. Die Doppelplatten-Osteosynthese wurde gemäß der AO-Standard-Technik mit zwei 3.5 mm Rekonstruktionsplatten in 90° Konfiguration durchgeführt. Die interfragmentäre Kompression des distalen Gelenkblockes wurde mit einer Zugschraube und einer Stellschraube realisiert.
In der mechanische Testung wurde eine zyklische Belastung (maximal 150 N je Zyklus) in Flexionsrichtung mit maximal 5000 Zyklen durchgeführt. Diese repräsentiert die Belastungssituation am distalen Humerus durch die frühfunktionelle postoperative Physiotherapie in den ersten fünf Wochen der Frakturheilung. Die physiologischen Bedingungen der Kraftübertragung (60% Capitulum, 40% Trochlea) wurden realisiert. Die relativen Frakturbewegungen wurden in der Frontalebene und in der Sagittalebene bestimmt. Die Kriterien für ein Implantatversagen waren ein Schraubenausriss oder eine Dislokation des distalen Fragmentes von über 5°.
Bei verringerter Knochenmineraldichte zeigte die Knochen-Implantat-Verankerung unter zyklischer Belastung eine Schraubenauslockerung und fünf von acht Standard-Osteosynthesen versagten. Beim Knochen mit durchschnittlicher und hoher Knochenmineraldichte hingegen kam es nicht zum Versagen der Osteosynthese. Die interfragmentäre Kompression der intraartikulären Frakturlinie bot unabhängig von der Knochenmineraldichte eine ausreichend stabile innere Fixation des distalen Gelenkblockes.
Mit der entwickelten Testmethodik können in Zukunft neue Implantate im direkten Vergleich zur derzeitigen Standard-Osteosynthese biomechanisch beurteilt werden. Dadurch wurde durch diese Studie die Grundlage für eine Optimierung der gelenkerhaltenden operativen Versorgung der zunehmenden und technisch sehr anspruchsvollen vollständigen Gelenkfrakturen des distalen Humerus geschaffen.","abstract_html":"Die vollständigen Gelenkfrakturen des distalen Humerus mit metaphysärer Trümmerzone (AO Klassifikation 13 C2) sind Problemfrakturen und zählen zu den grössten Herausforderungen der Ellenbogenchirurgie. Insbesondere beim Patienten hohen Alters besteht regelmäßig die Kombination aus verringerter Knochenmineraldichte und knöcherner Trümmerzone. In diesen Fällen ist das Ziel einer übungsstabilen Osteosynthese äußerst schwierig zu erreichen. Die operative Behandlung mit den derzeit verfügbaren Osteosynthese-Materialien führt häufig zu funktionell enttäuschenden Ergebnissen. Aus dieser Notwendigkeit heraus wurden in den letzten Jahren neue Implantate entwickelt. <br>Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel ein Testverfahren zur Ermittlung der biomechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Implantate zu entwickeln. In Anbetracht des klinisch relevanten Problems der Implantatlockerung und damit des Verlustes der anatomischen Reposition bei Patienten mit Osteoporose war das Auslockerungsverhalten unter zyklischer Belastung beim Knochen mit verringerter Knochenmineraldichte von besonderem Interesse. <br>Die Testmethodik wurde an acht humanen, nicht konservierten Oberarmknochen mit einem durchschnittlichen Alter von 73 Jahren und einer durchschnittlich verringerten Knochenmineraldichte (gemessen durch pQCT) evaluiert. Das Frakturmodel einer instabilen, tief gelegenen, vollständigen Gelenkfraktur (AO 13 C2) des distalen Humerus wurde durch einen 5 mm hohen, suprakondylären Osteotomiespalt, welcher die knöcherne Trümmerzone repräsentiert und einen intraartikulären Frakturspalt realisiert. Die Doppelplatten-Osteosynthese wurde gemäß der AO-Standard-Technik mit zwei 3.5 mm Rekonstruktionsplatten in 90° Konfiguration durchgeführt. Die interfragmentäre Kompression des distalen Gelenkblockes wurde mit einer Zugschraube und einer Stellschraube realisiert. <br>In der mechanische Testung wurde eine zyklische Belastung (maximal 150 N je Zyklus) in Flexionsrichtung mit maximal 5000 Zyklen durchgeführt. Diese repräsentiert die Belastungssituation am distalen Humerus durch die frühfunktionelle postoperative Physiotherapie in den ersten fünf Wochen der Frakturheilung. Die physiologischen Bedingungen der Kraftübertragung (60% Capitulum, 40% Trochlea) wurden realisiert. Die relativen Frakturbewegungen wurden in der Frontalebene und in der Sagittalebene bestimmt. Die Kriterien für ein Implantatversagen waren ein Schraubenausriss oder eine Dislokation des distalen Fragmentes von über 5°. <br>Bei verringerter Knochenmineraldichte zeigte die Knochen-Implantat-Verankerung unter zyklischer Belastung eine Schraubenauslockerung und fünf von acht Standard-Osteosynthesen versagten. Beim Knochen mit durchschnittlicher und hoher Knochenmineraldichte hingegen kam es nicht zum Versagen der Osteosynthese. Die interfragmentäre Kompression der intraartikulären Frakturlinie bot unabhängig von der Knochenmineraldichte eine ausreichend stabile innere Fixation des distalen Gelenkblockes. <br>Mit der entwickelten Testmethodik können in Zukunft neue Implantate im direkten Vergleich zur derzeitigen Standard-Osteosynthese biomechanisch beurteilt werden. 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Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel ein Testverfahren zur Ermittlung der biomechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Implantate zu entwickeln. In Anbetracht des klinisch relevanten Problems der Implantatlockerung und damit des Verlustes der anatomischen Reposition bei Patienten mit Osteoporose war das Auslockerungsverhalten unter zyklischer Belastung beim Knochen mit verringerter Knochenmineraldichte von besonderem Interesse.
Die Testmethodik wurde an acht humanen, nicht konservierten Oberarmknochen mit einem durchschnittlichen Alter von 73 Jahren und einer durchschnittlich verringerten Knochenmineraldichte (gemessen durch pQCT) evaluiert. Das Frakturmodel einer instabilen, tief gelegenen, vollständigen Gelenkfraktur (AO 13 C2) des distalen Humerus wurde durch einen 5 mm hohen, suprakondylären Osteotomiespalt, welcher die knöcherne Trümmerzone repräsentiert und einen intraartikulären Frakturspalt realisiert. Die Doppelplatten-Osteosynthese wurde gemäß der AO-Standard-Technik mit zwei 3.5 mm Rekonstruktionsplatten in 90° Konfiguration durchgeführt. Die interfragmentäre Kompression des distalen Gelenkblockes wurde mit einer Zugschraube und einer Stellschraube realisiert.
In der mechanische Testung wurde eine zyklische Belastung (maximal 150 N je Zyklus) in Flexionsrichtung mit maximal 5000 Zyklen durchgeführt. Diese repräsentiert die Belastungssituation am distalen Humerus durch die frühfunktionelle postoperative Physiotherapie in den ersten fünf Wochen der Frakturheilung. Die physiologischen Bedingungen der Kraftübertragung (60% Capitulum, 40% Trochlea) wurden realisiert. Die relativen Frakturbewegungen wurden in der Frontalebene und in der Sagittalebene bestimmt. Die Kriterien für ein Implantatversagen waren ein Schraubenausriss oder eine Dislokation des distalen Fragmentes von über 5°.
Bei verringerter Knochenmineraldichte zeigte die Knochen-Implantat-Verankerung unter zyklischer Belastung eine Schraubenauslockerung und fünf von acht Standard-Osteosynthesen versagten. Beim Knochen mit durchschnittlicher und hoher Knochenmineraldichte hingegen kam es nicht zum Versagen der Osteosynthese. Die interfragmentäre Kompression der intraartikulären Frakturlinie bot unabhängig von der Knochenmineraldichte eine ausreichend stabile innere Fixation des distalen Gelenkblockes.
Mit der entwickelten Testmethodik können in Zukunft neue Implantate im direkten Vergleich zur derzeitigen Standard-Osteosynthese biomechanisch beurteilt werden. Dadurch wurde durch diese Studie die Grundlage für eine Optimierung der gelenkerhaltenden operativen Versorgung der zunehmenden und technisch sehr anspruchsvollen vollständigen Gelenkfrakturen des distalen Humerus geschaffen.","Complete articular fractures of the distal humerus with metaphyseal comminution (AO 13-C2) are still a considerable problem in trauma surgery. Especially in elderly patients with high body weight the combination of poor bone mineral density and severe metaphyseal comminution regular occures. In these cases the aim of a stable fracture fixation is very difficult to reach. Operative treatment with the standard implants often leads to functional unsatisfying results.
Improvements in fracture fixation devices are therefore desirable. The purpose of this study was to develop a test method for the biomechanical quality of different implants. According to the clinical relevant problem of implant failure and loss of reduction in osteoporotic patients, the loosening behaviour under cyclic loading in specimens of poor bone mineral density was of particular interest.
The test method was evaluated at eight not conserved, human corpse humeri with an average age of 73 years and an average poor bone mineral density (obtained by pQCT). In each specimen an unstable \"low-T-fracture\" of the distal humerus (AO 13-C2) was simulated by a 5 mm supracondylar osteotomy gap representing metaphyseal comminution in combination with an intraarticular fracture line. Double plate osteosynthesis was performed with two 3.5 mm Titanium Conventional Reconstruction Plates in 90° configuration, according to the standard AO-technique. Interfragmentary compression of the distal articular block was obtained by one lag screw and one positioning screw.
Mechanical testing was performed under cyclic loading (maximum 150 N per cycle) in flexion up to 5000 cycles representing the load at the distal humerus due to early postoperative exercise during the first five weeks of fracture healing. Physiological conditions of force transmission were realized (60% applied to the capitulum, 40% to the trochlea). Relative fracture movements were determined in the frontal and sagittal plane. Criteria for failure were screw pull-out or distal fragment movement of more than 5°.
With decreasing bone mineral density the cyclic loading demonstrates a screw loosening and five out of eight standard osteosynthesis failed. Humeri with high bone mineral density on the other hand survived the full test duration without failure. The interfragmentary compression of the intraarticular fracture line lead independent of the bone mineral density to an adequate stable and anatomical fixation of the articular block.
With the developed test method it is in future possible to biomechanically investigate new implants in comparison with the standard osteosynthesis. Therefore this study found the basis to optimize the fixation technique of the increasing and technical very challenging complete intraarticular fractures of the distal humerus."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Entwicklung einer Testmethodik für Osteosynthesen bei intraartikulärer distaler Humerusfraktur mit metaphysärer Trümmerzone bei verminderter Knochenmineraldichte","Development of a test method for osteosynthesis of intraarticular distal humerus fractures with metaphyseal comminution and poor bone mineral density"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Rahn, Berton"],"dc:creator":["Schuster, Ivo"],"dc:description.abstract":["Die vollständigen Gelenkfrakturen des distalen Humerus mit metaphysärer Trümmerzone (AO Klassifikation 13 C2) sind Problemfrakturen und zählen zu den grössten Herausforderungen der Ellenbogenchirurgie. Insbesondere beim Patienten hohen Alters besteht regelmäßig die Kombination aus verringerter Knochenmineraldichte und knöcherner Trümmerzone. In diesen Fällen ist das Ziel einer übungsstabilen Osteosynthese äußerst schwierig zu erreichen. Die operative Behandlung mit den derzeit verfügbaren Osteosynthese-Materialien führt häufig zu funktionell enttäuschenden Ergebnissen. Aus dieser Notwendigkeit heraus wurden in den letzten Jahren neue Implantate entwickelt.
Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel ein Testverfahren zur Ermittlung der biomechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Implantate zu entwickeln. In Anbetracht des klinisch relevanten Problems der Implantatlockerung und damit des Verlustes der anatomischen Reposition bei Patienten mit Osteoporose war das Auslockerungsverhalten unter zyklischer Belastung beim Knochen mit verringerter Knochenmineraldichte von besonderem Interesse.
Die Testmethodik wurde an acht humanen, nicht konservierten Oberarmknochen mit einem durchschnittlichen Alter von 73 Jahren und einer durchschnittlich verringerten Knochenmineraldichte (gemessen durch pQCT) evaluiert. Das Frakturmodel einer instabilen, tief gelegenen, vollständigen Gelenkfraktur (AO 13 C2) des distalen Humerus wurde durch einen 5 mm hohen, suprakondylären Osteotomiespalt, welcher die knöcherne Trümmerzone repräsentiert und einen intraartikulären Frakturspalt realisiert. Die Doppelplatten-Osteosynthese wurde gemäß der AO-Standard-Technik mit zwei 3.5 mm Rekonstruktionsplatten in 90° Konfiguration durchgeführt. Die interfragmentäre Kompression des distalen Gelenkblockes wurde mit einer Zugschraube und einer Stellschraube realisiert.
In der mechanische Testung wurde eine zyklische Belastung (maximal 150 N je Zyklus) in Flexionsrichtung mit maximal 5000 Zyklen durchgeführt. Diese repräsentiert die Belastungssituation am distalen Humerus durch die frühfunktionelle postoperative Physiotherapie in den ersten fünf Wochen der Frakturheilung. Die physiologischen Bedingungen der Kraftübertragung (60% Capitulum, 40% Trochlea) wurden realisiert. Die relativen Frakturbewegungen wurden in der Frontalebene und in der Sagittalebene bestimmt. Die Kriterien für ein Implantatversagen waren ein Schraubenausriss oder eine Dislokation des distalen Fragmentes von über 5°.
Bei verringerter Knochenmineraldichte zeigte die Knochen-Implantat-Verankerung unter zyklischer Belastung eine Schraubenauslockerung und fünf von acht Standard-Osteosynthesen versagten. Beim Knochen mit durchschnittlicher und hoher Knochenmineraldichte hingegen kam es nicht zum Versagen der Osteosynthese. Die interfragmentäre Kompression der intraartikulären Frakturlinie bot unabhängig von der Knochenmineraldichte eine ausreichend stabile innere Fixation des distalen Gelenkblockes.
Mit der entwickelten Testmethodik können in Zukunft neue Implantate im direkten Vergleich zur derzeitigen Standard-Osteosynthese biomechanisch beurteilt werden. Dadurch wurde durch diese Studie die Grundlage für eine Optimierung der gelenkerhaltenden operativen Versorgung der zunehmenden und technisch sehr anspruchsvollen vollständigen Gelenkfrakturen des distalen Humerus geschaffen.","Complete articular fractures of the distal humerus with metaphyseal comminution (AO 13-C2) are still a considerable problem in trauma surgery. Especially in elderly patients with high body weight the combination of poor bone mineral density and severe metaphyseal comminution regular occures. In these cases the aim of a stable fracture fixation is very difficult to reach. Operative treatment with the standard implants often leads to functional unsatisfying results.
Improvements in fracture fixation devices are therefore desirable. The purpose of this study was to develop a test method for the biomechanical quality of different implants. According to the clinical relevant problem of implant failure and loss of reduction in osteoporotic patients, the loosening behaviour under cyclic loading in specimens of poor bone mineral density was of particular interest.
The test method was evaluated at eight not conserved, human corpse humeri with an average age of 73 years and an average poor bone mineral density (obtained by pQCT). In each specimen an unstable \"low-T-fracture\" of the distal humerus (AO 13-C2) was simulated by a 5 mm supracondylar osteotomy gap representing metaphyseal comminution in combination with an intraarticular fracture line. Double plate osteosynthesis was performed with two 3.5 mm Titanium Conventional Reconstruction Plates in 90° configuration, according to the standard AO-technique. Interfragmentary compression of the distal articular block was obtained by one lag screw and one positioning screw.
Mechanical testing was performed under cyclic loading (maximum 150 N per cycle) in flexion up to 5000 cycles representing the load at the distal humerus due to early postoperative exercise during the first five weeks of fracture healing. Physiological conditions of force transmission were realized (60% applied to the capitulum, 40% to the trochlea). Relative fracture movements were determined in the frontal and sagittal plane. Criteria for failure were screw pull-out or distal fragment movement of more than 5°.
With decreasing bone mineral density the cyclic loading demonstrates a screw loosening and five out of eight standard osteosynthesis failed. Humeri with high bone mineral density on the other hand survived the full test duration without failure. The interfragmentary compression of the intraarticular fracture line lead independent of the bone mineral density to an adequate stable and anatomical fixation of the articular block.
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