by G. H. | Jul 29, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Veränderung der biomechanischen Eigenschaften von humanen Spongiosaproben des Femurkopfes durch in vitro Zellbesiedelung
Weng B, Bobrowitsch E, Kluba T
Fragestellung: Heute routinemäßig für Knochentransplantationen eingesetzte homologe Spenderknochen [1], [2] könnten zukünftig mit autologen Stammzellen in vitro vor der Übertragung besiedelt werden. Hierdurch könnte eine dem autologen Transplantat ähnlichere Situation geschaffen und damit eine verbesserte und beschleunigte Osseointegration des Knochentransplantates erzielt werden. Durch die zur Zellbesiedelung nötige mehrtägige Lagerung in einem Zellkulturbad, könnte es aber zu einer negativen Veränderung der biomechanischen Eigenschaften des Knochens kommen.
Ziel der Studie sollte sein, Festigkeitsänderungen statistisch signifikant zu erfassen und eine Abschätzung des Einflusses der Lagerung im Zellmedium auf die Belastbarkeit des homologen Scaffolds zu erreichen. Damit sollte die Verwendbarkeit des behandelten Knochens aus rein mechanischer Sicht im operativen Vorgehen abgeschätzt werden.
Methodik: An 39 symmetrischen, aus humanen Femurköpfen zugeschnittenen Probenpaaren (Quader) erfolgte mittels Druckversuch an einer MTS Bionix-Prüfmaschine die Versuchsdurchführung. Hierfür wurden zunächst geeignete Probenhalterungen sowie eine Sägevorrichtung konstruiert und gebaut. Mit Vorversuchen an 60 nicht zellbesiedelten Probenpaaren wurde die zur Datenerhebung benötigte Stückzahl ermittelt sowie die möglichen Belastungsmuster [3], [4] durch die Prüfmaschine festgelegt. Eine Prüfprozedur für die numerische Steuerung der Prüfmaschine wurde von den gewonnenen Daten abgeleitet und programmiert. Jeweils eine Probe aus jedem Probepaar wurde über zehn Tage zellbesiedelt und gegen die jeweils unbesiedelte, aus demselben Femurkopf, auf Druckfestigkeit sowie E-Modul gemessen. Zur Abschätzung des Einflusses der Besiedelungsdauer wurden exemplarisch weitere 13 Proben über einen Zeitraum von fünf Wochen besiedelt und anschließend getestet. Um eine Kontrolle über eventuelle strukturelle Inhomogenitäten wie Risse oder zystisch oder sklerotisch veränderte Bereiche zu erhalten, wurde von den Proben vor der Prüfung ein hochauflösendes Mikro-Computertomogramm hergestellt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei der Mehrzahl der Proben nach der Zellbesiedelung war eine Abnahme sowohl der Druckfestigkeit als auch des E-Moduls zu beobachten (Abb. 1, Abb. 2). Bei den langzeitbesiedelten Proben trat das Ergebnis noch deutlicher in Erscheinung. Allerdings scheinen teilweise Störungen der Mikroarchitektur in den Probenquadern vorhanden gewesen zu sein. Dies ließ sich anhand der Mikro-CT-Bildgebung nachweisen, was als Erklärung für Ausreißer herangezogen werden kann. Grundsätzlich kann die Aussage getroffen werden, dass über die komplette Messreihe keine für die in vivo Anwendung kritische Festigkeitsveränderung der Knochenblöcke auftrat.
Zukünftigen in vivo Anwendungen, sollte eine Testung mittels CT-Bildgebung zum Ausschluss dieser festigkeitsmindernden Eigenschaften vorangestellt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocPO11-499
doi: 10.3205/14dkou579, urn:nbn:de:0183-14dkou5796
Published: October 13, 2014
© 2014 Weng et al.
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by G. H. | Jul 1, 2019 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Retrograder Tibiamarknagel – Entwicklung und biomechanische Evaluierung eines neuen winkelstabilen Marknagels für distale Tibiafrakturen
Kuhn S, Appelmann P, Pairon P, Mehler D, Rommens PM
Fragestellung: Frakturen der distalen Tibia bedürfen einer stabilen Frakturfixation bei gleichzeitig minimaler Irritation der Weichteile durch Zugangsweg und Implantate.
Unsere Arbeitsgruppe entwickelt einen Retrograden Tibiamarknagel (RTN), dessen Form auf anatomischen CT-Daten basiert. Zur Verriegelung stehen sowohl winkelstabile als auch Standard-Verriegelungsbolzen zur Verfügung.
Im Rahmen der aktuellen experimentellen Erprobungen wurde folgende Fragestellungen untersucht:
Ist die retrograde Tibiamarknagelung mittels RTN der antegraden Tibiamarknagelung (Expert Tibia Nagel®, Fa. Synthes®), beide mit distaler winkelstabilen Verriegelung, in einer distalen Tibiafraktur Typ AO 43-A3 biomechanisch überlegen?
Methodik: Biomechanische Testung
Zur biomechanischen Testung dient der Vergleich des Prototypenimplantats gegenüber der antegraden Marknagelung mit dem Expert Tibia Nagel® mit distaler Dreifachverriegelung. Eine 10 mm weite Defektosteotomie, 40 mm oberhalb der Gelenklinie, dient als Modell einer distalen Tibiafraktur AO 43-A3.
Die biomechanische Testung erfolgt mittels einer pneumatischen universellen Prüfmaschine (SincoTec; Clausthal-Zellerfeld, Germany). Vierzehn Knochen-Implantatkonstrukte werden für die vergleichende biomechanische Studie untersucht. Zunächst erfolgt die nicht-destruktive Testung für niedrige (350 N) und hohe (600 N) extraaxiale Last und bidirektionale Torsion (8 Nm); anschließend wird ein destruktiver Versagenstest bis 900 N durchgeführt. Die Kraft-Verbiegungs- und Kraft-Versagens-Werte bilden die Grundlage der Datenanalyse.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Biomechanische Testung
Die axiale Belastungstestung zeigt eine statistisch nicht signifikante höhere Stabilität für die antegrade Marknagelung während der niedigen (ETN 888 +/- 249 N/mm vs. RTN 609 +/- 149 N/mm) und hohen (ETN 773 +/- 229 N/mm vs. RTN 627 +/- 113 N/mm) extraaxialen Testung. Der RTN wies jedoch bei Rotationsbelastungen eine signifikant höhere Stabilität auf (RTN 1.60 +/- 0.11 Nm/° vs. ETN 0.66 +/- 0.04 Nm/° während der Torsion im Uhrzeigersinn und RTN 1.52 +/- 0.10 Nm/° vs. ETN 0.68 +/- 0.06 Nm/° gegen den Uhrzeigersinn). Beim destruktiven Versagenstest überstanden alle RTN Konstrukte die maximale Last, während 6 der 7 ETN Konstrukte ein Versagen aufwiesen.
Die experimentellen Arbeiten mit den Retrograden Tibiamarknagel demonstrierten die sichere Frakturstabilisation bei hoher biomechanischer Stabilität des neuen Implantatsystems. Im Vergleich zu früher publizierten Daten konnte jedoch durch die winkelstabile Verriegelung keine weitere Stabilitätssteigerung erzielt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR21-473
doi: 10.3205/14dkou559, urn:nbn:de:0183-14dkou5596
Published: October 13, 2014
© 2014 Kuhn et al.
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by G. H. | Jun 24, 2019 | Hüfte + Endoprothetik, News
Kann eine Angulation der distalen Schrauben ein Ausreißen der Platte bei Versorgung mittels dynamischer Hüftschraube (DHS) verhindern? Eine biomechanische Studie
Camino G, Zderic I, Richards RG, Sancineto C, Barla J, Windolf M, Gueorguiev B
Fragestellung: Für die in der älteren Bevölkerung häufig vorkommenden intertrochantären Frakturen gibt es verschiedene operative Behandlungsmöglichkeiten, wobei die Dynamische Hüftschraube (DHS) das meistverwendete Implantat ist. Neben dem Cut-out der Zugschraube ist im osteoporotischen Knochen die Abhebung der Platte vom femoralen Schaft das häufigste Versagen. Verschiedene Faktoren werden generell mit diesem Typ des Implantatversagens assoziiert, wie zum Beispiel Knochendichte, Implantatqualität und Anzahl eingesetzter Kortikalisschrauben. Bei intertrochantären Frakturen wurde gezeigt, dass bei zwei oder vier eingesetzten Kortikalisschrauben keine Unterschiede in der Fixationsstärke bestehen. Es wird jedoch kontrovers diskutiert, ob die Schraubenausrichtung eine Auswirkung auf das Platten-Abhebeverhalten hat.
Ziel der Studie war es, in einem Kunstmodell die Fixationsstärke einer Zwei-Loch-DHS bezüglich Plattenabhebung unter Variierung der distalen Schraubenausrichtung zu untersuchen.
Methodik: 30 zylindrische Synbone-Kunstknochen mit niedriger Dichte zur Simulation eines osteoporotischen Knochenmodells wurden mit einer Zwei-Loch-DHS und zwei Kortikalisschrauben instrumentiert und in drei Gruppen eingeteilt. Gruppe A: parallele Schraubenausrichtung; Gruppe B: distale Schraube divergierend ausgerichtet; Gruppe C: distale Schraube konvergierend ausgerichtet. Es wurden biomechanische zyklische Testungen an einem Hebelarm zur Provokation eines Abhebens der Platte bis zum Versagen durchgeführt, wobei die Kraft senkrecht zur waagrecht ausgerichteten DHS-Achse auf die Implantatspitze übertragen wurde. Die getesteten Parameter waren Konstrukt-Steifigkeit, Verschiebung in Kraftrichtung nach 250, 1000 und 2500 Zyklen, sowie Zyklen bis zum Versagen. Die statistische Auswertung erfolgte mit Signifikanzniveau p=0.05.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Verschiebung war an allen drei Zeitpunkten in Gruppe C signifikant grösser als jeweils in Gruppe A und B (p<0.05). Zwischen Gruppe A und B bestand hingegen kein signifikanter Unterschied.
Die Präparate der Gruppe C versagten nach 11584±5620 Zyklen (Mittelwert±SD), was signifikant früher war als in Gruppe A (27350±11866 Zyklen) und B (28793±14006 Zyklen), p<0.02. Die Zyklenanzahl bis zum Versagen unterschied sich nicht signifikant zwischen Gruppe A und B. Die Steifigkeit zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen.
In unserem Studienaufbau mittels Hebelarm konnte kein signifikanter Unterschied auf die Stabilität einer Osteosynthese mittels DHS bezogen auf ein Abheben der Platte zwischen parallel oder divergierend eingebrachten Kortikalisschrauben festgestellt werden. Ein vorzeitiges Versagen der Osteosynthese wurde bei konvergierend eingbrachten Schrauben gesehen. Eine solche Insertion kann daher biomechanisch nicht empfohlen werden. Das Konzept einer angulierten distalen Verschraubung bei DHS verbleibt dagegen weiter kontrovers.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR21-613
doi: 10.3205/14dkou557, urn:nbn:de:0183-14dkou5571
Published: October 13, 2014
© 2014 Camino et al.
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by G. H. | Jun 24, 2019 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Correlation between low corrosion resistance and osteosarcoma
Sprecher CM, Boudrieau RJ, Suter T, Keating JH, McCarthy RJ, Gueorguiev B, Richards G, Milz S
Objective: Peri-implant osteosarcoma (OSA) occurrence was found in dogs treated with the Slocum cast stainless steel tibial plateau leveling osteotomy (TPLO) plate. Recently, it was assumed that the metallurgical inhomogeneity of the plate surface, or the reduced corrosion resistance of the cast stainless steel material, were related to OSA occurrence. Therefore, the aim of the current study was to investigate the corrosion behavior of TPLO plate surfaces from animals with and without OSA.
Method: Eighteen retrieved 316L cast stainless steel Slocum TPLO plates, 9 from dogs with (CwOS) and 9 from dogs without peri-implant osteosarcoma (CnOS) were investigated. Three retrieved forged stainless steel TPLO plates (Synthes) from dogs without osteosarcoma (FnOS) represented a different manufacturing process. On all plates, visual inspections with a stereomicroscope and local micro electrochemical corrosion measurements were performed on plastic deformed surface areas in 1M NaCl on various spots (d=0.1mm) and corrosion resistance factors (CRF) were calculated. To assess the metallurgical inhomogeneity, nine randomly positioned corrosion measurements were performed on one plate of each group. The Mann-Whitney U Test was used for statistical analysis.
Results and conclusion: The time in-situ was comparable for both cast implant groups (CwOS 59±19 months vs. CnOS 52±14 months) and was shorter for FnOS (35±5 months). Microscopic inspections on the cast groups showed rough surfaces, residues and signs of local corrosion attacks. Furthermore, local notches and more severe tool marks were found next to the contoured regions of the plate. On the forged plates only few marks, but no residues or microscopic signs of corrosion could be detected. The CRF values determined on different surface spots showed a wide variation for the cast plates and a small bandwidth in forged plates; the differences between groups were significant (p<0.001). Repeated measurements on one plate of each group showed a significantly higher ion production for CwOS than for CnOS (p=0.008) or FnOS (p<0.001).
The local micro electrochemical corrosion measurements showed no clear difference between local corrosion behaviors of the two groups of cast plates due to a large standard deviation. The ion measurements clearly show a significant increase of ion release for the OSA group, which resembles the metallurgical inhomogeneity of the plate surface. Both corrosion and metal ion release result in chronic inflammation in the tissues with oncogenic effects; furthermore, direct toxic effects of these ions may also contribute to a foreign-body carcinogenesis. Despite our findings and their implications, there remains no clear evidence for a direct causal connection between the surface properties of cast plates, the local CRF and the occurrence of peri-implant OSA. Nevertheless, our results add to the speculation that OSA development might be related to local surface corrosion and the influence of that condition on neighboring bone cells.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR21-757
doi: 10.3205/14dkou556, urn:nbn:de:0183-14dkou5565
Published: October 13, 2014
© 2014 Sprecher et al.
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by G. H. | Mai 6, 2019 | Hüfte + Endoprothetik, News, Wirbelsäule, Wirbelsäule chir.
Die lokale und globale Form der Lendenwirbelsäule ist alters- und geschlechtsabhängig – In vivo Untersuchung an 323 asymptomatischen Probanden
Dreischarf M, Albiol Sánchez L, Rohlmann A, Pries E, Strube P, Druschel C, Putzier M, Schmidt H
Fragestellung: Die individuelle Ausprägung der Lendenlordose gilt als prädisponierender Faktor für das Auftreten degenerativer Erkrankungen und hat Einfluss auf den Erfolg operativer Versorgungen [1], [2], [3]. Ein Verständnis des Zusammenspiels zwischen Alter und Geschlecht einerseits und segmentaler und globaler Form und Beweglichkeit (Range of Motion-RoM) andererseits ist essentiell für eine Optimierung von konservativen und operativen Therapiemaßnahmen. Bisher durchgeführte Untersuchungen gehen nicht über die Betrachtung der gesamten Lendenlordose hinaus und zeigen ein uneinheitliches Bild. In der vorliegenden Studie soll der geschlechtsspezifische Einfluss des Alters auf die Lordose im Stehen und den RoM bestimmt werden.
Methodik: Das Messystem Epionics SPINE ermöglicht die nicht-invasive Messung der globalen und segmentalen Rückenform sowie des RoMs in der Sagittalebene mit hoher Messgenauigkeit und Reliabilität [4]. Das Messsystem besteht aus zwei flexiblen Sensorstreifen, die standardisiert auf den Rücken von 323 asymptomatischen Probanden (Alter: 20-75; Frau/Mann=184/139) appliziert wurden. Eine Standardchoreographie bestehend aus maximaler Oberkörperflexion und -extension und einer Referenzmessung im Stehen wurde bis zu sechs Mal je Proband wiederholt. Aus diesen Messungen wurden alle segmentalen Lordosewinkel im Stehen und der lumbale RoM bestimmt. Der Einfluss des Alters auf die Lordose im Stehen und auf den RoM wurde geschlechtsspezifisch segmental und global evaluiert (einfaktorielle Varianzanalyse, alpha=0,05).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Mit zunehmendem Alter kommt es zu einer signifikanten Verringerung der Lendenlordose. Die Entlordosierung nimmt relativ von kaudal nach kranial zu und tritt absolut am stärksten im mittleren Abschnitt der Lordose auf. Der Prozess der Entlordosierung ist bei Frauen ausgeprägter als bei Männern. Bezüglich der Beweglichkeit ergeben sich ähnliche Zusammenhänge. Mit zunehmendem Alter kommt es zu einer signifikanten Abnahme des lumbalen RoM, wobei insbesondere der kaudale Abschnitt der Lordose auch im höheren Alter seine Beweglichkeit erhält.
In Übereinstimmung mit dem Großteil der Literatur verringern sich sowohl die globale Lordose im Stehen als auch der RoM geschlechtsspezifisch mit dem Alter. Es ist jedoch das erste Mal, dass eine Gesetzmäßigkeit der Entlordosierung von kaudal nach kranial dokumentiert wurde. Eine Verringerung der Lordose tritt demnach auch bei asymptomatischen Probanden auf und ist normaler Teil des Alterungsprozesses. Insbesondere der lumbo-sakrale Übergang bleibt dabei mit zunehmendem Alter lordotisch und beweglich. Die hier aufgezeigten alters- und geschlechtsspezifischen Veränderungen der Lordose wurden in bisherigen Konzepten der Rekonstruktion des sagittalen Profils nur unzureichend berücksichtigt und können einen wesentlichen Einfluss auf den therapeutischen Erfolg haben.
Literatur
1.Barrey C, Jund J, Noseda O, Roussouly P. Sagittal balance of the pelvis-spine complex and lumbar degenerative diseases. A comparative study about 85 cases. Eur Spine J. 2007 Sep;16(9):1459-67. DOI: 10.1007/s00586-006-0294-6
2.Strube P, Hoff E, Hartwig T, Perka CF, Gross C, Putzier M. Stand-alone anterior versus anteroposterior lumbar interbody single-level fusion after a mean follow-up of 41 months. J Spinal Disord Tech. 2012 Oct;25(7):362-9. DOI: 10.1097/BSD.0b013e3182263d91
3.Roussouly P, Gollogly S, Berthonnaud E, Dimnet J. Classification of the normal variation in the sagittal alignment of the human lumbar spine and pelvis in the standing position. Spine (Phila Pa 1976). 2005 Feb 1;30(3):346-53.
4.Taylor WR, Consmüller T, Rohlmann A. A novel system for the dynamic assessment of back shape. Med Eng Phys. 2010 Nov;32(9):1080-3. DOI: 10.1016/j.medengphy.2010.07.011
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR19-1309
doi: 10.3205/14dkou537, urn:nbn:de:0183-14dkou5371
Published: October 13, 2014
© 2014 Dreischarf et al.
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by G. H. | Mai 6, 2019 | Hüfte + Endoprothetik, News
Postoperative Änderung der in vivo Reibung im künstlichen Hüftgelenk beim Fahrradfahren
Damm P, Bender A, Bergmann G
Fragestellung: Der reibungsinduzierte Verschleiß der Gelenkpartner ist immer noch einer der Hauptgründe für das Versagen eines Hüftgelenkersatzes. So muss bei bis zu 40% aller Revisionen an am Hüftgelenk ausschließlich die Pfanne bzw. das Inlay verschleißbedingt ausgetauscht werden (Havelin et al. 2009). Zusätzlich wird das Patientenspektrum immer jünger und sportlich aktiver. Sportliche Aktivitäten können jedoch zu erhöhten Gelenkbelastungen führen und damit zu einem erhöhten Versagensrisiko der Gleitpaarung aufgrund der Reibung.
Ziel dieser Studie ist es die post operativen (pOP) Änderungen der Reibung im künstlichen Hüftgelenk in vivo zu messen.
Methodik: Für die in vivo Messung im künstlichen Hüftgelenk wurde ein instrumentiertes Implantat mit einer Al2O3/XPE Gleitpaarung verwendet (Damm et al. 2010). An den Belastungsmessungen auf einem Fahrradergometer nahmen 7 Patienten teil. Die Messungen wurden zu 3 pOP Zeitpunkten durchgeführt (2-3; 4-6 und 10-12 Monate). Die Gelenkkontaktkraft Fres in % des Körpergewichtes (KG) und das Reibmoment Mres (% KGm) wurden die bei 90 W bei 40 sowie 60 U/min gemessen. Aus allen Lastzyklen wurde für jeden Patienten und pOP Zeitpunkt eine mittlere Belastungskurve berechnet (Bender und Bergmann 2012). Die individuellen Belastungen aller Patienten wurden dann getrennt für die 3 Zeitpunkte gemittelt (mittlerer Patient.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im pOP Verlauf kam es bei 40 bzw. 60U/min zu einer Zunahme von Fres von 4% bzw. 6% (log; R²=0,97 bzw. 0,85); Mres fiel im pOP Verlauf ab (-log; R²=0,99 bzw. 0,98). Die Reduktionen betrugen im Mittel 24% bei 40 U/min bzw. 31% bei 60 U/min (Abbildung 1 [Abb. 1], Tabelle 1 [Tab. 1]).
Die in vivo Gelenkbelastung hängt zum einem von der Umdrehungszahl (Gleitgeschwindigkeit) und zum anderen vom pOP Zeitpunkt ab. Eine Reduzierung der Umdrehungszahl führte zu einem Anstieg von Fres und damit zu höheren Werten von Mres.
Im pOP Verlauf wurde eine starke Abnahme von Mres bei nur wenig verändertem Fres gemessen. Dies kann einerseits mit dem Einlaufverhalten der Gleitpartner erklärt werden. Evtl. verbessern sich aber auch die Schmiereigenschaften der Synovia im pOP Verlauf. Diese Änderungen können durch den Proteingehalt oder die Viskosität der Synovia bewirkt werden.
Die Messdaten zeigen, dass das Fahrradfahren Patienten mit einem Hüftgelenkersatz als geeignete Sportart empfohlen werden kann. Jedoch sollte insbesondere in der frühen pOP Phase mit hohen Drehungszahlen (90 W) gefahren werden, um so die Reibbelastung der Gleitpartner zu minimieren.
Dieses Projekt wurde von der DFG (DFG – SFB 760, Be 804/19-1) und der Deutschen Arthrose-Hilfe e.V. unterstützt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR19-1022
doi: 10.3205/14dkou536, urn:nbn:de:0183-14dkou5363
Published: October 13, 2014
© 2014 Damm et al.
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