by G. H. | Sep 3, 2018 | Knie + Endoprothetik, News
Finite element simulation of locking compression plates for femur fracture treatment under different boundary conditions
Jalali J, König B, Wittkowske C, Nolte A, Eder M, Raith S, Volf A, Kovacs L
Objective: The incidence of femoral shaft fractures is reported as being 1 per 10,000 people. This rate increases to 3 per 10,000 people in male individuals younger than 25 years and elderly patients, above the age of 65 years. The locking compression plate (LCP) is a common tool in the treatment of femoral shaft fractures. In osteoporotic patients, stable fixation of the plate can be a challenge since the bone often lacks the desired stability. This may lead to a high complication rate due to the loosening of screws or breakage of the implant.
Method: Finite element simulation is a powerful method to predict the effects of varying parameters which cannot be easily varied in a laboratory environment. In this project, which is funded by BMWi, an automated workflow was developed to support surgeons in their decision of the appropriate implant dimensions and where to place the screws in order to achieve an optimal fracture healing and to prevent implant failure after a femoral shaft fracture. This workflow has been used for the simulation of a non-osteoporotic 22-year old female and a 68-year old male with osteoporotic bone. A virtual transverse femoral shaft fracture with a gap of 3 mm was created using the software Blender (Blender Foundation). The exact geometry of a distal femur LCP was provided by Synthes (Synthes GmbH) as triangulated surface data.
CT data were imported into the software Mimics (Materialise) and used for patient specific modeling of the inhomogeneous material properties of bone. Hounsfield Units (HU) were exported and assigned to elements of a finite element mesh. HU of bone were correlated with mechanical properties such as the Young’s modulus. A linear finite element analysis was performed with ANSYS Classic (Ansys Inc.).
Results and conclusion: The boundary conditions are one of the most important parameters influencing the outcome a of finite element simulation. Three different loading situations which all model the physiological loading following surgery were compared.
- Force application from distal
- Force application from proximal
- Forces derived from a muscoskeletal model using the software AnyBody (AnyBody Technology A/S)
With this workflow monocortical and bicortical screw fixations were compared in variable positions to determine biomechanical effects. The optimal screws position in terms of interfragmentary movement was validated among different variations.
This workflow has also the potential to be used in other anatomical regions.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI60-1328
doi: 10.3205/14dkou441 , urn:nbn:de:0183-14dkou4411
Published: October 13, 2014
© 2014 Jalali et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.
by G. H. | Jän 9, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, News
Einfluss der Navigation auf periprothethisches Impingement und das frühe klinische Ergebnis bei der patientenindividuellen Femur First Operationstechnik in der primären Hüftendoprothetik
Renkawitz T, Weber M, Sendtner E, Wörner M, Springorum HR, Hapfelmeier A, Weber T, Grifka J
Fragestellung: Bei der Operationstechnik nach dem Femur First Prinzip beginnt der Chirurg mit der Präparation des Femurschaftes und implantiert danach, angepasst an die patientenindividuelle Anatomie und Schaftstellung, die Hüftpfanne. Ziel dieses Operationsverfahrens ist eine kombinierte Komponentenstellung aus Schafttorsion und Pfannenanteversion mit größtmöglichem Bewegungsumfang (ROM) ohne periprothetische Anschlag- oder Einklemmungsphänomene (Impingement). In der vorliegenden Arbeit wurde das klinische Ergebnis und das postoperative ROM für das Femur First Operationsverfahren mit oder ohne Anwendung der bildfreien Navigation verglichen.
Methodik: Insgesamt 133 Patienten wurden in eine klinisch prospektiv, randomisierte, einfach verblindeten Studie mit verblindeter Beurteilung eingeschlossen. Bei den Patienten erfolgte über einen minimal-invasiv anterioren Zugang die Implantation von zementfreien Hüfttotalendoprothese (HTEP) (Pinnacle, Corail, DePuy) entweder mit (NAV) oder ohne (KONV) Hilfe eines bildfreien Navigationssystems (Hip 6.0 prototype, Brainlab). Prä- und postoperativ wurde durch die Patienten selbst oder mit Hilfe eines verblindeten Untersuchers der Harris Hip Score (6 Wochen, 1 Jahr), der HOOS Outcome Score, der EQ-5D Lebensqualitätsscore und der Mancuso Erwartungshaltungsscore (jeweils 6 Wochen, 6 Monate, 1 Jahr) dokumentiert. Aus postoperativen Computertomographien (CT) und dreidimensionalen Rekonstruktionen durch ein verblindetes externes Institut (MeVis Medical Solutions) erfolgte für jede HTEP die Berechnung des Bewegungsumfang ohne periprothetisches/knöchernes Impingement. Insgesamt 57 NAV und 65 KONV Fälle kamen nach dem intention-to-treat-Prinzip zur Auswertung.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die anthropometrische Gruppenverteilung und präoperative Basiswerte für alle untersuchten Evaluationsscores waren in beiden Gruppen vergleichbar. Sechs Wochen postoperativ war der Harris Hip Score in der NAV Gruppe um 4,7 Punkte höher (84,6 NAV vs. 79,9 KONV; p=0.02). Alle weiteren klinischen Evaluationsergebnisse waren 6 Wochen, 6 Monate und 1 Jahr post OP im Gruppenvergleich ohne klinisch relevante Unterschiede. Beide Gruppen erreichten in der Bewertung der Funktionalität mit dem HOOS (NAV 88,7, KONV 89,2), der Lebenqualitätsmessung mit dem EQ-5D (NAV 1,0, KONV 0,9), als auch mit dem Mancuso Erwartungshaltungsscore (NAV 82,1, KONV 81,0) nach einem Jahr hohe Werte. Bei der CT basierten Auswertung der Bewegungsumfänge erreichen 68% KONV und 87% NAV eine periprothetische Flexion von mindestens 110°, 59% KONV und 76% NAV eine Innenrotation von mindestens 30° bei 90° Hüftflexion.
Das Femur First Operationsverfahren mit kombinierter Ausrichtung der Schaft-/ Pfannenposition lässt sich in der minimal-invasiven Hüftendoprothetik gut umsetzen und zeigt innerhalb des ersten Jahres nach der Operation ein gutes klinisches Ergebnis. Durch die Anwendung der bildfreien Navigation lässt sich der für Alltagsaktivitäten notwendige periprothetische Bewegungsumfang optimieren und Impingement reduzieren.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI49-1311
doi: 10.3205/14dkou339, urn:nbn:de:0183-14dkou3398
Published: October 13, 2014
© 2014 Renkawitz et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.
by G. H. | Nov 27, 2017 | Knie + Endoprothetik, News
Hohe Variabilität der Flexion der Femurkomponente bei konv. Knie-TEP – eine navigationsgestützte Untersuchung
Bäthis H, Koenen P, Schneider MM, Brockamp T, Strohe M, Bouillon B
Fragestellung: In der Knieendoprothetik wird der Achsausrichtung der Komponenten in der koronaren Ebene (varus/valgus) eine zentrale Bedeutung zugeschrieben. Bezüglich der optimalen Ausrichtung in der sagittalen Ebene ist bisher wenig bekannt. Am distalen Femur kann eine inadäquate Flexionsstellung der Femurkomponente u.a. zum anterioren Notching mit Frakturrisiko führen und die Weite der Beugellücke beeinflussen. Intraoperativ und radiologisch kann zwar die Ausrichtung zum distalen Femur beurteilt werden, eine Messung zur mechanischen Achse ist nicht m?glich. Ziel der Untersuchung war es Informationen über die resultierende Femurflexion bei konventioneller Knieendoprothetik mit intramedullärer Ausrichtung als Goldstandard zu erlangen und spezifische Zusammenhänge mit übrigen Achsparametern oder Patientenmerkmalen zu ermitteln.
Methodik: Bei 88 konsequtiven Knie-TEP mit konventioneller OP-Technik wurde die Flexionseinstellung der Femurkomponente bei intramedullärer Ausrichtung mit Hilfe des iPod-basierten Navigationssystem DASH (Fa. BrainLAB) bestimmt. Im sog. Pinless Verification Workflow kann die Position des Schnittblocks in koronarer und sagittaler Ebene ohne knöchern fixierte Referenzbasen überprüft werden. Verwendet wurde das PFC-Sigma Knie-System (Fa. DePuy-Synthes), bei dem in sagittaler Ebene die distale Resektion am Femur in 90° zur intramedullären Ausrichtung erfolgt.
Ergebnisse: Bei intramedullärer Ausrichtung resultiert eine mittlere Flexion der Femurkomponente von 5.9° ±2,7° (1,5° bis14°) zur mechanischen Femurachse. In 78% lag die Flexion zwischen 3° und 8° Flexion. Die präoperative Ganzbeinachse lag zwischen 19° varus und 23° valgus, der durchschnittliche Winkel zwischen antomischer und mechanischer Femurachse (AMA) betrug 6.4° ±1.1° (3.5 bis 8.7°). Eine Korrelation zwischen der Flexion der Femurkomponente und präoperativer Ganzbeinachse bzw. AMA-Winkel lässt sich nicht ableiten. Auch zu den demographischen Parametern wie Alter, Körpergrösse und BMI bestand keine Korrelation. Frauen zeigten im Mittel einen etwas geringeren Wert für die Flexion (5,7° zu 6,3°) ohne statistische Signifikanz (p=0,29).
Schlussfolgerung: Im Rahmen der Untersuchung konnte eine hohe Variabilität der Flexionsstellung der Femurkomponente bei Knie-TEP Implantation mit intramedullärer Ausrichtung ermittelt werden. Weiterhin lässt sich das Ausmass im Einzelfall nicht durch weitere koronare Achsparameter oder Patientenfaktoren abschätzen.
Sowohl in der Planung Patientenindividueller Schnittblöcke als auch bei navigationsgestützter OP-Technik wird in vielen Fällen für die Femurflexion die neutrale mechanische Achse als Planungsgrundlage verwendet. Aus den vorliegenden Ergebnissen ergibt sich hingegen, dass dies zum Teil deutlich unter der Flexionseinstellung bei intramedullärer Ausrichtung läge. Die Auswirkungen unterschiedlicher Flexionseinstellungen auf Kniefunktion und Ergebnis sind bisher nicht ausreichend geklärt und sollten in weiteren Studien Berücksichtigung finden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI48-516
doi: 10.3205/14dkou329, urn:nbn:de:0183-14dkou3298
Published: October 13, 2014
© 2014 Bäthis et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.
by G. H. | Nov 20, 2017 | Knie + Endoprothetik, News
Evaluation konventioneller Femurachsen zur Bestimmung der femoralen Rotation unter Berücksichtigung des posterioren Kondylen-Offsets
Schüttrumpf JP, Brodkorb T, Walde TA, Frosch S, Wachowski MM, Stürmer KM, Balcarek P
Fragestellung: Die Erzeugung eines parallelen, balancierten Beugespalts gilt als eine der Voraussetzungen in der Knieglenksendoprothetik. Die Bestimmung der korrekten femoralen Rotation hat daher eine große Bedeutung. Bei der Referenzierung an der posterioren Kondylenachse (PCA), der anatomischen (aTEA) oder chirurgischen transepikondylären Achse (sTEA) erhält man jedoch unterschiedliche Rotationsergebnisse des femoralen Prothesenschildes. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, die Genauigkeit dieser drei Rotationsachsen mit der individuellen funktionellen Flexionsachse (fFA), welche durch die Zentren der medialen und lateralen Femurkondylencurvatur definiert ist, in Abhängigkeit des posterioren Femurkondylen-Offsets zu untersuchen. Die Hypothese war, dass eine unterschiedliche Größe des medialen und lateralen Kondylen-Offsets (ratio) Einfluss auf die Genauigkeit der PCA, aTEA und sTEA hat.
Methodik: MRT-Unteruchungen von 180 konsekutiven Patienten wurden für die Messung des medialen und lateralen Femurkondylen-Offsets sowie zur Bestimmung der fFA, der PCA, der aTEA und der sTEA verwendet. Bei jedem Fall wurde das Femurkondylen-Offset als Verhältnis (ratio) der medialen zur lateralen Kondyle berechnet. Außerdem wurde die individuelle Abweichung der PCA, der aTEA und der sTEA von der fFA in Abhängigkeit des Offset-ratios bestimmt. Die statistische Auswertung erfolgte mittels t-Test, ANOVA und Pearson-Korrelationskoeffizienten. Ein p<0,05 wurde als statistisch signifikant angenommen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Das posteriore Kondylen-Offset betrug im Mittel 1.02 mit einer Spannweite von 0,61-1,67. Sowohl die PCA (2,2±1,4°) als auch die aTEA (3,5±3,1°) und die sTEA (3,2±2,1°) wichen signifikant von der fFA ab (p<0,01). Gleichzeitig fand sich für alle Achsen eine positiv-signifikante Korrelation mit dem Kondylen-Offset (Pearson r: PCA 0,29; aTEA 0,36; sTEA 0,42). Dabei tendiert die aTEA mit ansteigendem Offset-ratio zunehmend in eine Außenrotations- (1,7-5,4°), während die PCA und die sTEA bei einem Offset-ratio <1 eher einer Innenrotationsabweichung im Vergleich zur fFA unterliegen (Abbildung 1 [Abb. 1]).
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Genauigkeit der drei bis dato verwendeten anatomischen Femurachsen (PCA,aTEA,sTEA) zur möglichst optimalen Wiederherstellung der individuellen fFA vom Kondylen-Offset beeinflusst werden. Dabei kann es in Abhängigkeit des Offset-ratios zu Fehlinterpretationen sowohl in Innen- als auch Außenrotationsabweichungen kommen. Für den klinischen Alltag in der Kniegelenksendoprothetik heisst dies, dass das Offset-ratio in die Planung der femoralen Rotation einbezogen werden sollte.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI47-469
doi: 10.3205/14dkou326, urn:nbn:de:0183-14dkou3267
Published: October 13, 2014
© 2014 Schüttrumpf et al.
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