Minimalinvasive Osteosynthese der distalen extraartikulären Radiusfraktur : XSCREW und DorsalNailPlate im biomechanischen Vergleich

Gegenstand der Arbeit: Die distale Radiusfraktur ist der häufigste Bruch des Menschen. Neben etablierten Verfahren wie der dorsalen und palmaren Plattenosteosynthese gibt es seit Kurzem neuartige minimalinvasive Osteosynthesesysteme. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der biomechanischen Stabilität von zwei neuartigen Implantaten für die distale extraartikuläre Radiusfraktur. rnMethodik: Es handelt sich einerseits um das System XSCREW (Zimmer, Freiburg i. Br., Deutschland), eine kanülierte Schraube, die über den Processus styloideus eingeführt wird und mit bis zu neun Bohrdrähten im Knochen fixiert werden kann. Das Vergleichsimplantat DorsalNailPlate (HandInnovations, Miami, Florida, USA) ist ein Hybrid aus einer dorsalen Platte und einem Marknagel. Beide Systeme wurden an 8 paarigen frischen unfixierten Leichenradii unter Axialbelastung bis 100 N und Torsionsbelastung bis 1,5 Nm getestet. Die A3-Fraktur wurde durch eine standardisierte Keilosteotomie simuliert. Das Biomaterial wurde prä- und postinterventionell sowie nach einem Dauerbelastungstest unter 1000 Zyklen in Rotation mit 0,5 Hz untersucht. Ein Versagenstest mit steigendem Drehmoment beendete das Experiment. rnErgebnisse: Die XSCREW erreichte eine Axialsteifigkeit von 136 N/mm und eine Torsionssteifigkeit von 0,16 Nm/°. Die DNP erzielte hingegen axial 70 N/mm und torsional 0,06 Nm/°. Der Unterschied zwischen beiden Verfahren war nur für die Torsion eindeutig statistisch auffällig (p=0,012), jedoch nicht für die Axialsteifigkeit (p=0,054). Die ursprüngliche Axial- und Torsionssteifigkeit wurde durch die XSCREW signifikant besser wiederhergestellt als durch die DNP (p=0,012). Beide Verfahren erzielten nach der Intervention signifikant niedrigere Steifigkeiten als die intakten Knochen (p=0,012). Ein Präparat der DNP-Gruppe und vier Präparate der XSCREW-Gruppe überstanden den Dauerbelastungstest. Das Drehmoment bei Versagen war mit der XSCREW höher als mit der DNP, der Unterschied zwischen den Verfahren war signifikant (p=0,043). Die Schwachstellen beider Systeme lagen vorwiegend in der proximalen Verankerung im Knochen. Kirschner-Drähte bzw. Verriegelungsschrauben führten unter andauernder Belastung zu einer Spaltung der Kortikalis im Schaftbereich. Bedingt durch die Ausrichtung der distalen Verriegelungen können mit beiden Implantaten Schäden an der radiocarpalen bzw. radioulnaren Gelenkfläche entstehen. rnZusammenfassung: Die XSCREW ermöglicht insgesamt eine höhere mechanische Stabilität als die DNP. Beide Verfahren sind jedoch einer winkelstabilen palmaren Plattenosteosynthese insbesondere unter rotatorischer Dauerbelastung unterlegen und erreichen nicht die Stabilität eines anderen neuartigen minimalinvasiven Systems.

Design of cell adhesive and angiogenic titanium surfaces for cellular stimulation

Die Förderung der Zelladhäsion durch sogenannte biomimetische Oberflächen wird in der Medizin als vielversprechender Ansatz gesehen, um Komplikationen wie z. B. Fremdkörperreaktionen nach der Implantation entgegenzuwirken. Neben der Immobilisierung einzelner Biomoleküle wie z. B. dem RGD-Peptid, Proteinen und Wachstumsfaktoren auf verschiedenen Materialien, konzentriert man sich derzeit in der Forschung auf die Co-Immobilisierung zweier Moleküle gleichzeitig. Hierbei werden die funktionellen Gruppen z. B. von Kollagen unter Verwendung von nur einer Kopplungschemie verwendet, wodurch die Kopplungseffizienz der einzelnen Komponenten nur begrenzt kontrollierbar ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Immobilisierungsverfahrens, welches die unabhängige Kopplung zweier Faktoren kontrolliert ermöglicht. Dabei sollten exemplarisch das adhäsionsfördernde RGD-Peptid (Arginin-Glycin-Asparaginsäure) zusammen mit dem Wachstumsfaktor VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) auf Titan gebunden werden. In weiteren Experimenten sollten dann die pro-adhäsiven Faktoren Fibronektin, Kollagen, Laminin und Osteopontin immobilisiert und untersucht werden. rnDie Aminofunktionalisierung von Titan durch plasma polymerisierte Allylaminschichten wurde als Grundlage für die Entwicklung des nasschemischen Co-immobilisierungsverfahren verwendet. Für eine unabhängige und getrennte Anbindung der verschiedenen Biomoleküle stand in diesem Zusammenhang die Entwicklung eines geeigneten Crosslinker Systems im Vordergrund. Die Oberflächencharakterisierung der entwickelten Oberflächen erfolgte mittels Infrarot Spektroskopie, Surface Plasmon Resonance Spektroskopie (SPR), Kontaktwinkelmessungen, Step Profiling und X-Ray Photoelectron Spektroskopie (XPS). Zur Analyse der Anbindungsprozesse in Echtzeit wurden SPR-Kinetik Messungen durchgeführt. Die biologische Funktionalität der modifizierten Oberflächen wurde in vitro an Endothelzellen (HUVECs) und Osteoblasten (HOBs) und in vivo in einem Tiermodell-System an der Tibia von Kaninchen untersucht.rnDie Ergebnisse zeigen, dass alle genannten Biomoleküle sowohl einzeln auf Titan kovalent gekoppelt als auch am Bespiel von RGD und VEGF in einem getrennten Zwei-Schritt-Verfahren co-immobilisiert werden können. Des Weiteren wurde die biologische Funktionalität der gebundenen Faktoren nachgewiesen. Im Falle der RGD modifizierten Oberflächen wurde nach 7 Tagen eine geförderte Zelladhäsion von HUVECs mit einer signifikant erhöhten Zellbesiedlungsdichte von 28,5 % (p<0,05) gezeigt, wohingegen auf reinem Titan Werte von nur 13 % beobachtet wurden. Sowohl VEGF als auch RGD/VEGF modifizierte Proben wiesen im Vergleich zu Titan schon nach 24 Stunden eine geförderte Zelladhäsion und eine signifikant erhöhte Zellbesiedlungsdichte auf. Bei einer Besiedlung von 7,4 % auf Titan, zeigten VEGF modifizierte Proben mit 32,3 % (p<0,001) eine deutlichere Wirkung auf HUVECs als RGD/VEGF modifizierte Proben mit 13,2 % (p<0,01). Die pro-adhäsiven Faktoren zeigten eine deutliche Stimulation der Zelladhäsion von HUVECs und HOBs im Vergleich zu reinem Titan. Die deutlich höchsten Besiedlungsdichten von HUVECs konnten auf Fibronektin mit 44,6 % (p<0,001) und Kollagen mit 39,9 % (p<0,001) nach 24 Stunden beobachtet werden. Laminin zeigte keine und Osteopontin nur eine sehr geringe Wirkung auf HUVECs. Bei Osteoblasten konnten signifikant erhöhte Besiedlungsdichten im Falle aller pro-adhäsiven Faktoren beobachtet werden, jedoch wurden die höchsten Werte nach 7 Tagen auf Kollagen mit 90,6 % (p<0,001) und Laminin mit 86,5 % (p<0,001) im Vergleich zu Titan mit 32,3 % beobachtet. Die Auswertung der Tierexperimente ergab, dass die VEGF modifizierten Osteosyntheseplatten, im Vergleich zu den reinen Titankontrollen, eine gesteigerte Knochenneubildung auslösten. Eine solche Wirkung konnte für RGD/VEGF modifizierte Implantate nicht beobachtet werden. rnInsgesamt konnte gezeigt werden, dass mittels plasmapolymerisierten Allylamin Schichten die genannten Biomoleküle sowohl einzeln gebunden als auch getrennt und kontrolliert co-immobilisiert werden können. Des Weiteren konnte eine biologische Funktionalität für alle Faktoren nach erfolgter Kopplung in vitro gezeigt werden. Wider Erwarten konnte jedoch kein zusätzlicher biologischer Effekt durch die Co-immobilisierung von RGD und VEGF im Vergleich zu den einzeln immobilisierten Faktoren gezeigt werden. Um zu einer klinischen Anwendung zu gelangen, ist es nun notwendig, das entwickelte Verfahren in Bezug auf die immobilisierten Mengen der verschiedenen Faktoren hin zu optimieren. rn

Vascularised fibula grafts for early tibia reconstruction in infants with congenital pseudarthrosis

Congenital pseudarthrosis of the tibia (CPT) is caused by an ill-defined, segmental disturbance of periosteal bone formation leading to spontaneous bowing, followed by fracture and subsequent pseudarthrosis in the first 2 years of life. The results of conventional treatment modalities (e.g., bracing, internal and external fixation and bone grafting) are associated with high failure rates in terms of persisting pseudarthrosis, malunion and impaired growth. As a more promising alternative, a more aggressive approach, including wide resection of the affected bone, reconstruction with free vascularised fibula grafts from the healthy contralateral leg and stable external fixation at a very early stage has been suggested. Between 1995 and 2007, 10 children (age 12-31 months, median 20 months) suffering from CPT were treated at our institutions according to this principle. Two patients were treated before a fracture had occurred. The length of the fibula graft was 7-9cm. End-to-end anastomoses were performed at the level of the distal tibia stump. The follow-up was 80 months (median, range 12 months to 12 years). Radiologic examination at 6 weeks postoperatively showed normal bone density and structure of the transplanted fibula in all cases and osseous consolidation at 19 of the 20 graft/tibia junctions. One nonunion was sucessfully treated with bone grafting and plate osteosynthesis. Pin-tract infection occurred in three patients. Five children sustained graft fractures that were successfully treated with internal or external fixation. Two patients developed diminished growth of the affected limb or foot; all others had equal limb length and shoe size. At long-term follow-up, tibialisation of the transplant had occurred, and normal gait and physical activities were possible in all children. We conclude that in spite of a relatively high complication rate and the reluctance to perform free flap surgery in infants at this young age, the present concept may successfully prevent the imminent severe sequelae associated with CPT.

Symptomatic plate removal after treatment of facial fractures

AIMS: To identify the rates and reasons for plate removal (PR) among patients treated for facial fractures. MATERIALS AND METHODS: A retrospective review of files of 238 patients. RESULTS: Forty-eight patients (20.2%) had plates removed. The reason for removal was objective in 33.3% and subjective in 29.2%. The most common subjective reason was cold sensitivity, and the most common objective reason was wound dehiscence/infection. Women had PR for subjective reasons more often than men (p=0.018). Removal was performed more often for subjective reasons after zygomatico-orbital fractures than after mandibular fractures (p=0.002). Plates inserted in the mandible from an intraoral approach were removed more frequently than extraorally inserted mandibular plates, intraorally inserted maxillary plates, and extraorally inserted plates in other locations (p<0.001). Orbital rim plates had a higher risk of being removed than maxillary or frontal bone plates (p=0.02). CONCLUSIONS: Subjective discomfort is a notable reason for PR among Finnish patients, suggesting that the cold climate has an influence on the need for removal. Patients receiving mandibular osteosynthesis with miniplates from an intraoral approach are at risk of hardware removal because of wound dehiscence/infection and loose/broken hardware, reminding us that more rigid fixation devices should not be forgotten despite the widespread use of miniplates.

Risk factors contributing to symptomatic miniplate removal: a retrospective study of 153 bilateral sagittal split osteotomy patients

Removal of miniplates is a controversial topic in oral and maxillofacial surgery. Originally, miniplates were designed to be removed on completion of bone healing. The introduction of low profile titanium miniplates has led to the routine removal of miniplates becoming comparatively rare in many parts of the world. Few studies have investigated the reasons for non-routine removal of miniplates and the factors that affect osteosynthesis after osteotomy in large numbers of patients. The aim of the present study was to investigate complications related to osteosynthesis after bilateral sagittal split osteotomy (BSSO) in a large number (n=153) of patients. In addition to the rates of removal, emphasis was placed on investigating the reasons and risk factors associated with symptomatic miniplate removal. The rate of plate removal per patient was 18.6%, the corresponding rate per plate being 18.2%. Reasons for plate removal included plate-related complications in 16 patients and subjective discomfort in 13 patients. Half of the plates were removed during the first postoperative year. Smoking was the only significant predictor for plate removal. Patients undergoing orthognathic surgery should be screened with regard to smoking and encouraged and assisted to cease smoking, at least perioperatively.

An interactive surgical planning tool for acetabular fractures: initial results

Background Acetabular fractures still are among the most challenging fractures to treat because of complex anatomy, involved surgical access to fracture sites and the relatively low incidence of these lesions. Proper evaluation and surgical planning is necessary to achieve anatomic reduction of the articular surface and stable fixation of the pelvic ring. The goal of this study was to test the feasibility of preoperative surgical planning in acetabular fractures using a new prototype planning tool based on an interactive virtual reality-style environment. Methods 7 patients (5 male and 2 female; median age 53 y (25 to 92 y)) with an acetabular fracture were prospectively included. Exclusion criterions were simple wall fractures, cases with anticipated surgical dislocation of the femoral head for joint debridement and accurate fracture reduction. According to the Letournel classification 4 cases had two column fractures, 2 cases had anterior column fractures and 1 case had a T-shaped fracture including a posterior wall fracture. The workflow included following steps: (1) Formation of a patient-specific bone model from preoperative computed tomography scans, (2) interactive virtual fracture reduction with visuo-haptic feedback, (3) virtual fracture fixation using common osteosynthesis implants and (4) measurement of implant position relative to landmarks. The surgeon manually contoured osteosynthesis plates preoperatively according to the virtually defined deformation. Screenshots including all measurements for the OR were available. The tool was validated comparing the preoperative planning and postoperative results by 3D-superimposition. Results Preoperative planning was feasible in all cases. In 6 of 7 cases superimposition of preoperative planning and postoperative follow-up CT showed a good to excellent correlation. In one case part of the procedure had to be changed due to impossibility of fracture reduction from an ilioinguinal approach. In 3 cases with osteopenic bone patient-specific prebent fixation plates were helpful in guiding fracture reduction. Additionally, anatomical landmark based measurements were helpful for intraoperative navigation. Conclusion The presented prototype planning tool for pelvic surgery was successfully integrated in a clinical workflow to improve patient-specific preoperative planning, giving visual and haptic information about the injury and allowing a patient-specific adaptation of osteosynthesis implants to the virtually reduced pelvis.

Do Paediatric and Adult Surgeons Follow Different Approaches to Physeal Fractures?

INTRODUCTION: The treatment of paediatric fractures is the concern of several different surgical specialties. There has been no scientific investigation on the different concepts of paediatric (PS) and adult surgeons (AS). METHODS: 62 paediatric traumatologists were asked concerning their experience with physeal fractures of the leg, including ten cases. RESULTS: Growth disturbances was estimated to be more rare by PS. On evaluation of the examples there were no significant differences in the judgement of degree and direction of the displacement. For displaced fractures, PS rather preferred closed reduction and immobilisation, whereas AS favoured osteosynthesis. DISCUSSION: There were no basic differences between PS and AS in the treatment of lower limb fractures. AS tend to act more invasively. At the same time they are more concerned about growth disturbances.

Less invasive lumbopelvic stabilization of posterior pelvic ring instability: technique and preliminary results

Lumbopelvic distraction stabilization with (triangular osteosynthesis) or without additional iliosacral screw allows anatomic reduction of the posterior pelvic ring after severely displaced sacral fractures, correction or resection osteotomies of malunions, respectively, septic sacroiliitis and permits early weight bearing. However, this technique is complicated by wound necrosis or infection in up to 20% to 30%. We describe our experience with a less invasive technique.

Non-photorealistic rendering of virtual implant models for computer-assisted fluoroscopy-based surgical procedures

Surgical navigation systems visualize the positions and orientations of surgical instruments and implants as graphical overlays onto a medical image of the operated anatomy on a computer monitor. The orthopaedic surgical navigation systems could be categorized according to the image modalities that are used for the visualization of surgical action. In the so-called CT-based systems or 'surgeon-defined anatomy' based systems, where a 3D volume or surface representation of the operated anatomy could be constructed from the preoperatively acquired tomographic data or through intraoperatively digitized anatomy landmarks, a photorealistic rendering of the surgical action has been identified to greatly improve usability of these navigation systems. However, this may not hold true when the virtual representation of surgical instruments and implants is superimposed onto 2D projection images in a fluoroscopy-based navigation system due to the so-called image occlusion problem. Image occlusion occurs when the field of view of the fluoroscopic image is occupied by the virtual representation of surgical implants or instruments. In these situations, the surgeon may miss part of the image details, even if transparency and/or wire-frame rendering is used. In this paper, we propose to use non-photorealistic rendering to overcome this difficulty. Laboratory testing results on foamed plastic bones during various computer-assisted fluoroscopybased surgical procedures including total hip arthroplasty and long bone fracture reduction and osteosynthesis are shown.

Posterolateral approach to the displaced posterior malleolus: functional outcome and local morbidity

BACKGROUND: Stable anatomical reconstruction of the joint surface in ankle fractures is essential to successful recovery. However, the functional outcome of fractures involving the posterior tibial plafond is often poor. We describe the morbidity and functional outcome for plate fixation of the displaced posterior malleolus using a posterolateral approach. MATERIALS AND METHODS: The posterolateral approach was used for osteosynthesis of the posterior malleolus in 45 consecutive patients (median age 54 years) with AO/Muller-classification type 44-A3 (n = 1), 44-B3 (n = 35), 44-C1 (n = 7), and 44-C2 (n = 2) ankle fractures. Thirty-three of the patients suffered complete fracture dislocation. Functional outcome at followup was measured using the modified Weber protocol and the standardized AAOS foot and ankle questionnaire. Radiological evaluation employed standardized anterior-posterior and lateral views. RESULTS: The fragment comprised a median of 24% (range, 10% to 48%) of the articular surface. Postoperative soft tissue problems were encountered in five patients (11%), one of whom required revision surgery. Two patients (4%) developed Stage I complex regional pain syndrome. Clinical and radiological followup at 25 months disclosed no secondary displacement of the fixed fragment. The median foot and ankle score was 93 (range, 58 to 100), shoe comfort score was 77 (range, 0 to 100). A median score of 7 (range, 5 to 16) was documented using the modified Weber protocol. CONCLUSION: The posterolateral approach allowed good exposure and stable fixation of a displaced posterior malleolar fragment with few local complications. The anatomical repositioning and stable fixation led to good functional and subjective outcome.

Comparison of theoretical fixation stability of three devices employed in medial opening wedge high tibial osteotomy: a finite element analysis.

BACKGROUND Medial open wedge high tibial osteotomy is a well-established procedure for the treatment of unicompartmental osteoarthritis and symptomatic varus malalignment. We hypothesized that different fixation devices generate different fixation stability profiles for the various wedge sizes in a finite element (FE) analysis. METHODS Four types of fixation were compared: 1) first and 2) second generation Puddu plates, and 3) TomoFix plate with and 4) without bone graft. Cortical and cancellous bone was modelled and five different opening wedge sizes were studied for each model. Outcome measures included: 1) stresses in bone, 2) relative displacement of the proximal and distal tibial fragments, 3) stresses in the plates, 4) stresses on the upper and lower screw surfaces in the screw channels. RESULTS The highest load for all fixation types occurred in the plate axis. For the vast majority of the wedge sizes and fixation types the shear stress (von Mises stress) was dominating in the bone independent of fixation type. The relative displacements of the tibial fragments were low (in μm range). With an increasing wedge size this displacement tended to increase for both Puddu plates and the TomoFix plate with bone graft. For the TomoFix plate without bone graft a rather opposite trend was observed.For all fixation types the occurring stresses at the screw-bone contact areas pulled at the screws and exceeded the allowable threshold of 1.2 MPa for at least one screw surface. Of the six screw surfaces that were studied, the TomoFix plate with bone graft showed a stress excess of one out of twelve and without bone graft, five out of twelve. With the Puddu plates, an excess stress occurred in the majority of screw surfaces. CONCLUSIONS The different fixation devices generate different fixation stability profiles for different opening wedge sizes. Based on the computational simulations, none of the studied osteosynthesis fixation types warranted an intransigent full weight bearing per se. The highest fixation stability was observed for the TomoFix plates and the lowest for the first generation Puddu plate. These findings were revealed in theoretical models and need to be validated in controlled clinical settings.

Periazetabuläre Frakturen bei Hüftprothesen

Periazetabuläre Frakturen bei Hüftprothesen nehmen aufgrund der Überalterung und der zunehmenden Aktivität alter Menschen zu. Die periprothetischen Azetabulumfrakturen werden anhand der Einteilung von Letournel klassifiziert. Wenn beide Azetabulumpfeiler bei Hüftprothese betroffen sind, wird auch von einer Beckendiskontinuität gesprochen. Durch eine laterale Kompression können auch periazetabuläre Schambeinastfrakturen und/oder transiliakale Frakturen auftreten. Für die Therapieentscheidung (konservativ, alleinige Osteosynthese, Revisionshüfttotalprothese mit oder ohne zusätzliche Osteosynthese des Vorder- und/oder Hinterpfeilers) und die Zugangswahl bei operativer Versorgung werden patientenspezifische (Alter, Morbidität, Osteoporose, Aktivitätslevel des Patienten), frakturspezifische (Frakturtyp, Dislokationsausmaß, Impression des Doms oder der Hinterwand) und auch prothesenspezifische Faktoren (Art der implantierten Prothese [Hemiprothese vs. Totalprothese], Pfannenstabilität, Zeichen eines Prothesenabriebs, Ausmaß und Lokalisation einer azetabulären Lyse, Stabilität und Lysezeichen des Prothesenschafts) berücksichtigt. Bei akuten Beckendiskontinuitäten werden neben einer Osteosynthese des dorsalen Pfeilers zunehmend eine schnell ossär integrierbare Pfanne (Tantalum [„Trabecular Metal“: TM]) mit oder ohne Augment und/oder Allograft und allenfalls in einer sog. „Cup-Cage“-Technik (TM-Pfanne mit einem abstützenden Revisionsring [Burch-Schneider-Ring] analog zur Therapie von chronischen Beckendiskontinuitäten empfohlen. Bei großen Lysezonen und starken Dislokationen des vorderen Pfeilers und der quadrilateralen Fläche können intrapelvine Zugänge (modifizierter Stoppa- oder Pararectus-Zugang nach Keel) zur zusätzlichen Zuggurtungsosteosynthese des vorderen Pfeilers und Abstützung der quadrilateralen Fläche gewählt werden.

Role of the fibula in the stability of diaphyseal tibial fractures fixed by intramedullary nailing

Background: For tibial fractures, the decision to fix a concomitant fibular fracture is undertaken on a case-by-case basis. To aid in this clinical decision-making process, we investigated whether loss of integrity of the fibula significantly destabilises midshaft tibial fractures, whether fixation of the fibula restores stability to the tibia, and whether removal of the fibula and interosseous membrane for expediency in biomechanical testing significantly influences tibial interfragmentary mechanics. Methods: Tibia/fibula pairs were harvested from six cadaveric donors with the interosseous membrane intact. A tibial osteotomy fracture was fixed by reamed intramedullary (IM) nailing. Axial, torsion, bending, and shear tests were completed for four models of fibular involvement: intact fibula, osteotomy fracture, fibular plating, and resected fibula and interosseous membrane. Findings: Overall construct stiffness decreased slightly with fibular osteotomy compared to intact bone, but this change was not statistically significant. Under low loads, the influence of the fibula on construct stability was only statistically significant in torsion (large effect size). Fibular plating stiffened the construct slightly, but this change was not statistically significant compared to the fibular osteotomy case. Complete resection of the fibula and interosseous membrane significantly decreased construct torsional stiffness only (large effect size). Interpretation: These results suggest that fixation of the fibula may not contribute significantly to the stability of diaphyseal tibial fractures and should not be undertaken unless otherwise clinically indicated. For testing purposes, load-sharing through the interosseous membrane contributes significantly to overall construct mechanics, especially in torsion, and we recommend preservation of these structures when possible.