Automated fit assessment of intramedullary nail designs during insertion

Modern intramedullary nails, which are utilised for the treatment of bone fractures, need to be designed to fit the anatomy of the patient population. Traditional and recent semi-automated approaches for quantifying the anatomical fit between bones and nail designs suffer from various drawbacks. This thesis proposed an automated comprehensive nail design validation method. The developed software tool was utilised to quantify the anatomical fit of four commercial nail designs. Furthermore, the thesis demonstrated the existence of a bone-nail specific nail entry point. The developed method is of great benefit for the implant manufacturing industry as a nail design validation tool.

Propionibacterium acnes and Staphylococcus lugdunensis Cause Pyogenic Osteomyelitis in an Intramedullary Nail Model in Rabbits

Propionibacterium acnes and coagulase-negative staphylococci (CoNS) are opportunistic pathogens implicated in prosthetic joint and fracture fixation device-related infections. The purpose of this study was to determine whether P. acnes and the CoNS species Staphylococcus lugdunensis, isolated from an "aseptically failed" prosthetic hip joint and a united intramedullary nail-fixed tibial fracture, respectively, could cause osteomyelitis in an established implant-related osteomyelitis model in rabbits in the absence of wear debris from the implant material. The histological features of P. acnes infection in the in vivo rabbit model were consistent with localized pyogenic osteomyelitis, and a biofilm was present on all explanted intramedullary (IM) nails. The animals displayed no outward signs of infection, such as swelling, lameness, weight loss, or elevated white blood cell count. In contrast, infection with S. lugdunensis resulted in histological features consistent with both pyogenic osteomyelitis and septic arthritis, and all S. lugdunensis-infected animals displayed weight loss and an elevated white blood cell count despite biofilm detection in only two out of six rabbits. The differences in the histological and bacteriological profiles of the two species in this rabbit model of infection are reflective of their different clinical presentations: low-grade infection in the case of P. acnes and acute infection for S. lugdunensis. These results are especially important in light of the growing recognition of chronic P. acnes biofilm infections in prosthetic joint failure and nonunion of fracture fixations, which may be currently reported as "aseptic" failure. Copyright © 2014, American Society for Microbiology. All Rights Reserved.

[The AO/ASIF Flexnail : A flexible intramedullary nail for the treatment of humeral shaft fractures]

BACKGROUND: The use of conventional implants for intramedullary nailing of humeral shaft fractures is associated with specific difficulties. During antegrade implantation structures of the rotator cuff can be affected leading to a reduced functional result of the shoulder. If the nail is implanted in a retrograde manner problems arise due to a relatively large hole close to or within the olecranon fossa, which is necessary for insertion of the nail. Supracondylar fractures as well as persistent elbow pain and loss of function are reported in the literature. To overcome these disadvantages a flexible nail has been developed that can be stiffened and locked after implantation. METHOD: Between October 2000 and February 2002, 34 patients were treated with the flexible nail at our institution; 29 were available for follow-up. Fracture healing was documented on radiographs and clinical outcome was evaluated with use of the Constant as well as the Kwasny score. RESULTS: Median duration until fracture consolidation was 10 weeks. In two patients fracture union was not achieved within the follow-up period. The median outcome measured with the Constant score was 93 points and 2.5 with the Kwasny score. Both values correspond to a very good functional outcome. CONCLUSION: We conclude that the flexible humeral nail is an excellent treatment option for humeral shaft fractures. Damage to the rotator cuff and the distal humerus can be avoided due to its unique flexible construction, improving the functional outcome of intramedullary nailing for the treatment of humeral shaft fractures.

Automated fit quantification of tibial nail designs during the insertion using computer three-dimensional modelling

Intramedullary nailing is the standard fixation method for displaced diaphyseal fractures of the tibia. An optimal nail design should both facilitate insertion and anatomically fit the bone geometry at its final position in order to reduce the risk of stress fractures and malalignments. Due to the nonexistence of suitable commercial software, we developed a software tool for the automated fit assessment of nail designs. Furthermore, we demonstrated that an optimised nail, which fits better at the final position, is also easier to insert. Three-dimensional models of two nail designs and 20 tibiae were used. The fitting was quantified in terms of surface area, maximum distance, sum of surface areas and sum of maximum distances by which the nail was protruding into the cortex. The software was programmed to insert the nail into the bone model and to quantify the fit at defined increment levels. On average, the misfit during the insertion in terms of the four fitting parameters was smaller for the Expert Tibial Nail Proximal bend (476.3 mm2, 1.5 mm, 2029.8 mm2, 6.5 mm) than the Expert Tibial Nail (736.7 mm2, 2.2 mm, 2491.4 mm2, 8.0 mm). The differences were statistically significant (p ≤ 0.05). The software could be used by nail implant manufacturers for the purpose of implant design validation.

Is there a bone-nail specific entry point? automated fit quantification of tibial nail designs during the insertion for six different nail entry points

Intramedullary nailing is the standard fixation method for displaced diaphyseal fractures of tibia. Selection of the correct nail insertion point is important for axial alignment of bone fragments and to avoid iatrogenic fractures. However, the standard entry point (SEP) may not always optimise the bone-nail fit due to geometric variations of bones. This study aimed to investigate the optimal entry for a given bone-nail pair using the fit quantification software tool previously developed by the authors. The misfit was quantified for 20 bones with two nail designs (ETN and ETN-Proximal Bend) related to the SEP and 5 entry points which were 5 mm and 10 mm away from the SEP. The SEP was the optimal entry point for 50% of the bones used. For the remaining bones, the optimal entry point was located 5 mm away from the SEP, which improved the overall fit by 40% on average. However, entry points 10 mm away from the SEP doubled the misfit. The optimised bone-nail fit can be achieved through the SEP and within the range of a 5 mm radius, except posteriorly. The study results suggest that the optimal entry point should be selected by considering the fit during insertion and not only at the final position.

Intramedullary nails for pediatric diaphyseal femur fractures in older, heavier children: early results

PURPOSE A common treatment for pediatric femur fractures is intramedullary nail (IMN) insertion. Elastic stable intramedullary nails (ESINs) are often used for these procedures in heavier patients, but the potential for complications and malunion is greater. We describe here a rigid IMN specifically designed for adolescents, the adolescent lateral entry femoral nail (ALFN). The purpose of this study was to compare the recovery and complications for patients treated with ESINs to those treated with the ALFN. METHODS Our study design was a retrospective cohort study. We performed a review of medical records of 22 children ages 10-17 requiring surgical fixation of a femur fracture for a 2½-year period. Patients selected for the study had traumatic diaphyseal femur fractures and were treated with ESINs without end-caps or ALFNs. Our analyses evaluated injury, surgical, and outcome information for all patients. RESULTS Twenty-two patients were eligible for inclusion and were divided into two groups according to their treatment: the ESIN group with 7 patients and the ALFN group with 15 patients. We then performed a comparison of complications and recovery for these patients. The mean time to full weight-bearing was significantly less for the ALFN group (4.1 weeks; SD, 2.2), than the ESIN group (9.4 weeks; SD 3.9). There was no statistical difference in the incidence of major or minor complications. CONCLUSIONS Older, heavier pediatric patients treated for femur fracture with ALFNs had a shorter recovery time than similar patients treated with ESINs. However, the outcomes for both groups were satisfactory.

Tratamiento quirúrgico de las fracturas intertrocantéricas del fémur con placa tornillo dinámico convencional comparado con tornillo dinámico helicoidal

Introducción: Las fracturas intertrocantéricas han llegado a nuestros días con una mayor incidencia dado el envejecimiento de la población, con fracturas más complejas, menos estables y asociadas a osteoporosis, se estima que representan aproximadamente 1,75 millones de años de vida perdidos ajustados a discapacidad es decir 0,1% de la carga de morbilidad a nivel mundial. Existe consenso en el tratamiento quirúrgico de este tipo de fracturas, presentando una incidencia variable de fallos, principalmente cuando son inestables, entre estos el denominado “cuto ut”. La utilización de un método de fijación con placa y tornillo helicoidal (DHHS) aparentemente disminuye la incidencia de dichos fallos con respecto a otras técnicas. Metodología: Por medio de una muestra calculada en 128 de pacientes con fracturas intertrocantéricas operados con DHS y DHHS entre el 2007 y el 2012 en La Clínica San Rafael de la ciudad de Bogotá, Colombia, se realizó un análisis multivariado para determinar si existe o no diferencias significativas en los índices de fallo entre estas dos técnicas. Resultados: Los pacientes incluidos en el estudio 54 (42,1%) fueron hombres y 74 (57,8%) fueron mujeres. 75 fueron operados con DHHS y 53 con DHS; en cuanto a las comorbilidades las principales fueron Hipertensión con 40 pacientes para DHS y 30 para DHHS, para el caso de Diabetes Mellitus fueron 13 y 9 para DHS y DHHS, respectivamente; en cuanto al tipo de fractura más común la principal fue la clasificación Tronzo II con 9 pacientes para DHS y 13 para DHHS. Conclusión. Para el estudios se evidencia que para los 3 desenlaces principales evaluados, 1. El porcentaje de re intervención (p=0,282), 2. La supervivencia en el primer año (p=0,499) y 3. El desempeño funcional con la escala de Oxford (p=0,06); no hubo diferencias estadísticamente significativas entre los grupos.

Resultados clínicos, radiológicos del manejo de fracturas diafisiarias de fémur con clavos elásticos endomedulares en población pediátrica

Introducción: Las fracturas de fémur en pediatría son una causa de discapacidad por requerir una inmovilización prolongada, convirtiendo su manejo en un reto para el ortopedista. El tratamiento depende de muchos factores, como la edad, el peso, el tipo de fractura y mecanismo de trauma. El estudio evaluará los desenlaces clínicos y radiológicos del paciente pediátrico con fracturas diafisiaria de fémur manejadas quirúrgicamente con clavos elásticos endomedulares. Materiales y métodos: Estudio observacional descriptivo, serie de casos, recolección de información a través de revisión de historias clínicas en pacientes sometidos quirúrgicamente con clavos elásticos. Resultados: Un total de 13 casos; promedio de edad de 8,2±2,86 años; relación hombre mujer es 3: 1. Principal mecanismo de trauma baja energía (9 casos). Con un seguimiento de 12.5±2,82 meses, el postoperatorio evidenció complicaciones menores relacionadas con irritación del punto de entrada del clavo (9 casos). Solo un caso presentó no unión de la fractura. No se documentaron otras complicaciones, existen diferencias estadísticamente significativas en la anteversión femoral del miembro fracturado y el sano (p=0,001) relacionado con problemas rotacionales, igual que la angulación en el plano sagital (p=0,030) sin repercusión para la consolidación ni la marcha. Conclusiones: El análisis de resultados clínicos y radiológicos concuerda con lo descrito en la literatura mundial, los clavos elásticos endomedulares es una técnica reproducible con resultados excelentes y satisfactorios, bajas tasas de complicaciones. Éste estudio presenta limitaciones debido al tamaño de muestra, no podemos hacer recomendaciones definitivas.

Factores asociados a infección de fracturas abiertas de extremidades por accidentes de tránsito. Bogotá, 2012-2013

Los traumatismos por accidentes de tránsito, constituyen un problema de salud pública, a nivel mundial. Las lesiones más frecuentes son las fracturas de extremidades (84.3%). Las fracturas tienen un elevado riesgo de presentar infecciones, secuelas e incapacidades permanentes. Objetivo : Determinar si los factores asociados con la patología (lugar de fractura, clasificación de fractura, comorbilidades del paciente) y/o los factores relacionados con la atención médica (uso de profilaxis antibiótica diferente al protocolo institucional, tiempo prolongado para remisión, demoras en manejo quirúrgico) se asocian a mayor probabilidad de presentar infección de fracturas abiertas, en población mayor a 15 años, atendidos por accidente de tránsito, en una clínica de Bogotá de tercer nivel especializada en atención de SOAT, durante el período Octubre de 2012 a Octubre de 2013. Metodología: Estudio de casos y controles no apareado, relación 1:3, conformado por 43 casos (fracturas abiertas infectadas) y 129 controles (fracturas abiertas no infectadas). Resultados: La edad media de los casos fue de 39.42 +/- 16.82 años (med=36 años) y la edad media de los controles fue de 33.15 +/- 11.78 años (med=30 años). El 83.7% de los casos y el 78.3% de los controles corresponden al sexo masculino. Predominaron los accidentes en motocicleta en el 81.4% de los casos y el 86% de los controles. En el análisis bivariado se encuentra que la edad mayor a 50 años (p=0.042), una clasificación de la fractura grado IIIB o IIIC (p=0.02), cumplimiento del protocolo antibiótico institucional según el grado de fractura (p=0.014) y un tiempo mayor a 24 horas desde el momento del accidente al centro especializado en trauma (p=0.035) se asociaron significativamente con infección de la fractura abierta. En el análisis multivariado se encuentra únicamente que la clasificación de la fractura grado IIIB o IIIC se asocia con infección de la fractura OR 2.6 IC95% (1.187 – 5.781) (p=0.017). La duración de hospitalización fue mayor en los casos (32.37+/- 22.92 días, med=26 días) que en los controles (8.81 +/- 7.52 días, med=6 días) (p<0.001). El promedio de lavados quirúrgicos fue mayor en los casos (4.85±4.1, med=4.0) que en el grupo control (1.94±1.26, med=2) (p<0.001). Conclusiones: La infección posterior a una fractura abierta, implica costos elevados de atención con hospitalizaciones prolongadas y mayor frecuencia de intervenciones quirúrgicas como se evidencia en el presente estudio. Se debe fortalecer el sistema de remisión y contra remisión para acortar los tiempos de inicio de manejo especializado de los pacientes con fracturas abiertas. Se debe incentivar dentro de las instituciones, el cumplimiento de protocolos de profilaxis antibiótica según el grado de la fractura para disminuir el riesgo de complicación infecciosa.

Resultados tratamiento de las fracturas intertrocantéricas en el Hospital Universitario Mayor MEREDÍ

Las fracturas intertrocantericas son una importante causa de la morbimortalidad en los adultos mayores. Requieren la mayoria manejo quirurgico. No se ha logrado definir si es mejor el tratamiento con osteosintesis o artoplastia de cadera. Por esta razon decidimos realizar un estudio identificando los resultados en cada uno de los tratamientos con poblacion colombiana en el Hospital Universitario Mayor Mederi. Metodos: Estudio de serie de casos. Se analizó una cohorte retrospectiva de pacientes mayores de 59 años con fractura intertrocantérica en el Hospital Universitario Mayor Méderi. Resultados: Se reportaron un total de 179 pacientes con diagnóstico de fractura intertrocantérica. De los cuales se realizaron 100 osteosíntesis , 20 reemplazos totales de cadera y 59 hemiartroplastias. La mortalidad fueron 11 pacientes que corresponde al 6.1%, 3 fueron hombres y 8 mujeres, en cuanto al procedimiento realizado a 7 pacientes se les realizo osteosíntesis y a los 4 restantes se les realizo hemiartroplastia. En total 7 infecciones las cuales se presentaron respectivamente en 6 osteosíntesis y 1 hemiartroplastia. Discusión: La mortalidad fue mayor en la osteosíntesis con 7 pacientes que equivale al 63,6 % de la mortalidad total del estudio. Los porcentajes de infección postoperatoria fueron mayores en la osteosíntesis , encontrándose que del total de pacientes intervenidos 3,9% se infectaron y de estos el 85,7 % corresponden a osteosíntesis versus 14,3% de hemiartroplastia. El sangrado postoperatorio fue mayor a 500 cc en un 39% de las osteosíntesis y en un 44% en las hemiartroplastias. Conclusión: el tratamiento de las fracturas intertrocantéricas tuvo menor mortalidad y menor porcentaje de infección cuando los pacientes fueron tratados con hemiartroplastia y reemplazo total de cadera.

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.

End caps prevent nail migration in elastic stable intramedullary nailing in paediatric femoral fractures: a biomechanical study using synthetic and cadaveric bones.

End caps are intended to prevent nail migration (push-out) in elastic stable intramedullary nailing. The aim of this study was to investigate the force at failure with and without end caps, and whether different insertion angles of nails and end caps would alter that force at failure. Simulated oblique fractures of the diaphysis were created in 15 artificial paediatric femurs. Titanium Elastic Nails with end caps were inserted at angles of 45°, 55° and 65° in five specimens for each angle to create three study groups. Biomechanical testing was performed with axial compression until failure. An identical fracture was created in four small adult cadaveric femurs harvested from two donors (both female, aged 81 and 85 years, height 149 cm and 156 cm, respectively). All femurs were tested without and subsequently with end caps inserted at 45°. In the artificial femurs, maximum force was not significantly different between the three groups (p = 0.613). Push-out force was significantly higher in the cadaveric specimens with the use of end caps by an up to sixfold load increase (830 N, standard deviation (SD) 280 vs 150 N, SD 120, respectively; p = 0.007). These results indicate that the nail and end cap insertion angle can be varied within 20° without altering construct stability and that the risk of elastic stable intramedullary nailing push-out can be effectively reduced by the use of end caps.