Stangl, Franz
(2010)
Biomechanische in-vitro-Untersuchung des Stabilisierungspotentials des Gamma-3-Nagels und des Proximalen Femurnagels bei der Versorgung der pertrochantären Fraktur unter zyklischer physiologischer Belastung.
PhD, Universität Regensburg.
Date of publication of this fulltext: 15 Jul 2010 15:39
Abstract (German)
In der vorliegenden Arbeit wurden anhand einer in-vitro-Untersuchung das Stabilisierungspotential von Gamma-3-Nagel und PFNA paarweise in humanen Kadaverfemura miteinander verglichen. Die biomechanische Testung erfolgte in einem eigens entwickelten Prüfstand, der ein menschliches Gangbild simuliert. Hierbei wird der resultierende Kraftvektor auf dem Femurkopf dynamisch simuliert, und kann ...
Abstract (German)
In der vorliegenden Arbeit wurden anhand einer in-vitro-Untersuchung das Stabilisierungspotential von Gamma-3-Nagel und PFNA paarweise in humanen Kadaverfemura miteinander verglichen. Die biomechanische Testung erfolgte in einem eigens entwickelten Prüfstand, der ein menschliches Gangbild simuliert. Hierbei wird der resultierende Kraftvektor auf dem Femurkopf dynamisch simuliert, und kann bezüglich der Kraftstärke eingestellt werden. Die Grundlage dafür ist eine aus der physiologischen Gangbildkurve (Bergmann et al.) abgeleitete winkelgerechte Belastungsfunktion.
Die auftretenden Verformungen in Form von Rotation und Cut-out (Kippwinkel) wurden optisch über Infrarotkameras erfasst. Am Knochenimplantatverbund angebrachte Positionsmarker erlauben die Verformungen kontinuierlich zu zu messen.
Die erste Gruppe der zu vergleichenden humanen Spenderfemura, mit A2.2 Fraktur nach AO, wurden jeweils mit einem Gamma-Nagel und einem PFNA in exakt zentrischer Position versorgt. Um eine genaue Positionierung zu garantieren, wurde diese röntgenographisch vor und nach den Versuchen kontrolliert. Die Belastung erfolgte in festgelegten Belastungsstufen bis zu einer Maximallast von 1150 N. Diese Belastung entsprach im Mittel einer Last von 0,7-1.3 BW.
Dabei zeigte sich, dass kein signifikanter Unterschied zwischen dem Verhalten des PFNA und des Gamma 3 besteht. Unabhängig vom Nageltyp treten innerhalb der ersten 1000 Zyklen die größten Winkelveränderungen (Rotation und Cutout) auf. Danach steigen mit zunehmender Laststufe die Winkel an und erreichen für die Rotation ein Maximum von 6º und der Kippwinkel (Cutout) einen Maximalwert von 4 º. Implantatversagen trat nicht auf.
Die Femura der zweiten Gruppe wurden ebenfalls mit zentrischer Klingenposition versorgt, allerdings wurden die Belastungsniveaus, dem jeweiligen Spenderknochen angepaßt, auf 1,4-2,3 BW erhöht. Die resultierenden Winkelveränderungen zeigten aber ebenfalls keine signifikant meßbaren Unterschiede im Stabilisierungspotential der beiden Implantattypen.
Bei der dritten Gruppe wurde die Klinge stark exzentrisch eingebracht.
Diese Position sollte eine eventuelle operative Ungenauigkeit simulieren. Um die Grenzen des Implantats auszuloten wurde bei einem Teil der Femura in dieser Gruppe zusätzlich zur A2.2 Fraktur ein Frakturspalt der Breite von 5-7 mm angebracht. Die außermittige Lage des Kraftträgers und der weite Frakturspalt simulieren eine worst case Situation.
Bezüglich des Cut-out ergaben sich auch hier keine nennenswerten Unterschiede. Die Winkelveränderungen fielen mit Werten unter 5º auch bei höheren Belastungen vergleichsweise gering aus. Allerdings scheint der Gamma-Nagel bezüglich Rotationsstabilität insbesondere bei höheren Belastungsstufen, ab BW 2,3, dem PFNA unterlegen zu sein. Während beim PFNA mit zunehmender Zyklenzahl und damit Belastung der Rotationswinkel kontinuierlich gering zunimmt, stieg er beim Gamma 3 zwischen dem Belastungszyklus 9000 und 10000 von 7º auf 27º an, was einen Hinweis auf eine erhöhte Instabilität ist . Beim PFNA wurde ein Maximalwert von 17º, allerdings erst viel später bei höheren Lasten nach ca. 25000 Zyklen, erreicht.
Die statistische Auswertung der Hauptgruppen ergab einen hochsignifikanten Unterschied der Hauptgruppen und einen signifikanten Unterschied der Untergruppen bezüglich der Versagenswahrscheinlichkeit.
Einen wesentlichen Beitrag zur Stabilisierung scheint eine mögliche Abstützung zu leisten. Bei fehlender Abstützung des Femurkopfes auf den Schaft treten deutlich größere Rotationen auf.
Translation of the abstract (English)
In this investigation the stabilizing potential of the Gamma 3 Nail and PFNA was compared pairwise with human cadaver femora. The biomechanical test was carried out on a specially developed test facility, which simulates human gait patterns. The resulting force vector onto the femoral head was simulated dynamically and could be adjusted according to the amount of force. This was based on an angle ...
Translation of the abstract (English)
In this investigation the stabilizing potential of the Gamma 3 Nail and PFNA was compared pairwise with human cadaver femora. The biomechanical test was carried out on a specially developed test facility, which simulates human gait patterns. The resulting force vector onto the femoral head was simulated dynamically and could be adjusted according to the amount of force. This was based on an angle adjusted function of force derived from physiologic gait (Bergmann et al).
The occurring deformation by rotation and cutout was detected optically by infrared cameras. Position markers attached to the bone implant complex allowed a continuous detection of deformation.
The first group of the human donor femurs compared were classified A2.2 according to AO and were treated with a Gamma Nails and PFNAs in an absolute centric position. In order to guarantee precise positioning conventional x-ray was carried out before and after the tests. The stress was exerted according to a predefined loading regime up to a maximum force level of 1150 N. The mean stress was comparable to 0.7-1.3 BW.
It was shown that there is no significant difference between the characteristics of PFNA and Gamma 3. The largest changes in angulation (rotation and cutout) occurred within the first 1000 cycles, independent of the type of implant. Then the angel increased with increasing load and reached a maximum of 6° in rotation and 4° in cutout. There was no implant failure.
The femurs of the second group were also supplied with centric blade position, but the levels of force were increased to 1.4-2.3 BW, in adaption to the individual donor bone. The resulting change of angulation did also show no significant measurable difference in the potential of stability between the two types of implants.
The third group was supplied with a markedly eccentric blade.
This position was supposed to imitate an imprecise operation. A fracture cleft of 5-7 mm was added to the A2.2 fracture in some of the femurs in this group in order to define the implants limits. The eccentric position and the wide fracture cleft simulated a worst case scenario.
Again there was no remarkable difference with regard to the cutout. The changes of angulation were comparably low even at higher load of force, reaching values under 5°. However, the Gamma Nail´s rotational stability seems to be inferior to PFNA at higher force levels greater than 2.3 BW. Whereas increasing number of cycles and therefore increasing stress lead to continuous mild increase of rotation angle in the PFNA, it increased from 7° to 27° with Gamma 3 from cycles 9000 to 10000. This is an indication of increased instability. A maximum value of 17° was reached with the PFNA, although much later and at higher stress levels following approx. 25000 cycles.
The probability of implant failure showed a highly significant difference between the main groups and a significant difference between the subgroups in the statistical evaluation.
Existing support of the femoral head seems to be an important contribution to stability. Missing support of the femoral head by the shaft leads to considerable larger rotations.
Export bibliographical data
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
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| Date: | 15 July 2010 |
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| Referee: | Prof. Dr. Dr. Edgar Mayr and Prof. Dr. Helmut Messmann |
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| Date of exam: | 19 March 2010 |
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| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Unfallchirurgie |
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| Keywords: | PFNA, Gamma-Nagel, pertrochantäre Fraktur, physiologische Belastung, cut out, Rotation, Stabilisierungspotential |
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| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
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| Status: | Published |
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| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
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| Created at the University of Regensburg: | Yes |
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| Item ID: | 15823 |
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