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Erschienen in: International Orthopaedics 12/2012

01.12.2012 | Original Paper

Effect of callus development on the deformation of external fixation frames

verfasst von: Franz Burny, Wivine Burny, Monique Donkerwolcke, Markus Behrens

Erschienen in: International Orthopaedics | Ausgabe 12/2012

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Abstract

Purpose

We designed a sensor that measures the bending moments at the articulations and the torque of the rod of a Hoffmann II® external fixation. We considered the effect of the callus formation in the stabilisation of a “fracture-fixation system.”

Methods

Four Hoffmann II® frame configurations were mechanically tested. Two carbon fibre tubes represent the bone fragments (length 180 mm, outer diameter 25 mm, inner diameter 19 mm). The callus is represented by the interposition of springs of different rigidity (10–405 N/mm) in the fracture gap between the tubes.

Results

The deformation of the frame is in inverse proportion to the stiffness of the callus; the slope of the curve drops rapidly during early development of the callus, to reach a plateau after some 50 % of recovery of the normal mechanical characteristics of the bone. This simulation supports the theoretical approach, i.e. the external frame resists larger stresses at the start of the fracture healing. Over a callus stiffness of some 200 N/mm the pattern of the curves remains similar, regardless of the frame configuration.

Conclusion

An optimisation of the frame is possible, adapted to the actual mechanical situation of the callus. A monitoring system is deemed reliable after making sure that the elementary components behave the same way in the clinical condition as in the laboratory. In an experimental set up we confirmed its reliability in a clinical-like situation.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Beaupré GS, Hayes WC, Jofe MH, White WW (1983) Monitoring fracture site properties with external fixation. J Biomech Eng 105:120–126PubMedCrossRef Beaupré GS, Hayes WC, Jofe MH, White WW (1983) Monitoring fracture site properties with external fixation. J Biomech Eng 105:120–126PubMedCrossRef
2.
Zurück zum Zitat Bourgois R, Burny F (1972) Measurement of the stiffness of fracture callus in vivo. A theoretical study. J Biomech 5:85–91PubMedCrossRef Bourgois R, Burny F (1972) Measurement of the stiffness of fracture callus in vivo. A theoretical study. J Biomech 5:85–91PubMedCrossRef
3.
Zurück zum Zitat Briggs BT, Chao EYS (1982) The mechanical performance of the standard Hoffmann-Vidal external fixation apparatus. J Bone Joint Surg 64A:566–573 Briggs BT, Chao EYS (1982) The mechanical performance of the standard Hoffmann-Vidal external fixation apparatus. J Bone Joint Surg 64A:566–573
4.
Zurück zum Zitat Burny F (1968) Etude par jauges de déformation de la consolidation des fractures en clinique. Acta Orthop Belg 34:917–927PubMed Burny F (1968) Etude par jauges de déformation de la consolidation des fractures en clinique. Acta Orthop Belg 34:917–927PubMed
5.
Zurück zum Zitat Burny F (1976) Biomécanique de la consolidation des fractures. Mesure de la rigidité du cal in vivo. Etude théorique, expérimentale et clinique. Application à la théorie de l’ostéosynthèse, Ph.D. Thesis, Université Libre de Bruxelles, pp 197 Burny F (1976) Biomécanique de la consolidation des fractures. Mesure de la rigidité du cal in vivo. Etude théorique, expérimentale et clinique. Application à la théorie de l’ostéosynthèse, Ph.D. Thesis, Université Libre de Bruxelles, pp 197
6.
Zurück zum Zitat Burny F, Bourgois R (1965) Etude théorique de l’ostéotaxis. In: Van Geertruyden J, de Marneffe R (eds) Fixation externe en chirurgie. Imprimerie Médicale et Scientifique, Bruxelles, pp 109–119 Burny F, Bourgois R (1965) Etude théorique de l’ostéotaxis. In: Van Geertruyden J, de Marneffe R (eds) Fixation externe en chirurgie. Imprimerie Médicale et Scientifique, Bruxelles, pp 109–119
7.
Zurück zum Zitat Burny F, Donkerwolcke M, Bourgois R, Domb M, Saric O (1984) Twenty years experience in fracture healing measurement with strain gauges. Orthopedics 7:1823–1826 Burny F, Donkerwolcke M, Bourgois R, Domb M, Saric O (1984) Twenty years experience in fracture healing measurement with strain gauges. Orthopedics 7:1823–1826
8.
Zurück zum Zitat Claes L, Grass R, Schmickal T, Kisse B, Eggers C, Gerngroß H, Mutschler W, Arand M, Wintermeyer T, Wentzensen A (2002) Monitoring and healing analysis of 100 tibial shaft fractures. Langenbeck’s Arch Surg 387:146–152CrossRef Claes L, Grass R, Schmickal T, Kisse B, Eggers C, Gerngroß H, Mutschler W, Arand M, Wintermeyer T, Wentzensen A (2002) Monitoring and healing analysis of 100 tibial shaft fractures. Langenbeck’s Arch Surg 387:146–152CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Claes L, Cunningham JL (2009) Monitoring the mechanical properties of healing bone. Clin Orthop Relat Res 467:1964–1971PubMedCrossRef Claes L, Cunningham JL (2009) Monitoring the mechanical properties of healing bone. Clin Orthop Relat Res 467:1964–1971PubMedCrossRef
10.
Zurück zum Zitat Cunningham JL, Evans M, Harris JD, Kenwright J (1987) The measurement of stiffness of fractures treated with external fixation. Eng Med 16:229–232PubMedCrossRef Cunningham JL, Evans M, Harris JD, Kenwright J (1987) The measurement of stiffness of fractures treated with external fixation. Eng Med 16:229–232PubMedCrossRef
12.
Zurück zum Zitat Jenkins P, Nokes L (1994) The use of strain gauges to measure bone fracture healing. A review. Current Orthop 8:116–118CrossRef Jenkins P, Nokes L (1994) The use of strain gauges to measure bone fracture healing. A review. Current Orthop 8:116–118CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Juan JA, Prat J, Vera P, Hoyos JV, Sanchez-Lacuesta J, Peris JL, Dejaz R, Alepuz RR (1992) Biomechanical consequences of callus development in Hoffmann, Wagner, Orthofix and Ilizarov external fixators. J Biomech 25:995–1006PubMedCrossRef Juan JA, Prat J, Vera P, Hoyos JV, Sanchez-Lacuesta J, Peris JL, Dejaz R, Alepuz RR (1992) Biomechanical consequences of callus development in Hoffmann, Wagner, Orthofix and Ilizarov external fixators. J Biomech 25:995–1006PubMedCrossRef
14.
Zurück zum Zitat Kaplan SJ, Hayes WC, Mudan P, Lelli JL, White AA (1985) Monitoring the healing of a tibial osteotomy in the rabbit treated with external fixation. J Orthop Res 3:325–330PubMedCrossRef Kaplan SJ, Hayes WC, Mudan P, Lelli JL, White AA (1985) Monitoring the healing of a tibial osteotomy in the rabbit treated with external fixation. J Orthop Res 3:325–330PubMedCrossRef
15.
Zurück zum Zitat Kristiansen B, Borgwardt A (1992) Fracture healing monitoring with strain gauges. Acta Orthop Scand 63:612–614PubMed Kristiansen B, Borgwardt A (1992) Fracture healing monitoring with strain gauges. Acta Orthop Scand 63:612–614PubMed
16.
Zurück zum Zitat Lortat-Jacob A, Lelong P, Benoit J, Ramadier JO (1982) Stabilité expérimentale du fixateur externe de Hoffmann: présentation d’un nouveau matériel. Rev Chir Orthop 68:83–90PubMed Lortat-Jacob A, Lelong P, Benoit J, Ramadier JO (1982) Stabilité expérimentale du fixateur externe de Hoffmann: présentation d’un nouveau matériel. Rev Chir Orthop 68:83–90PubMed
17.
Zurück zum Zitat Nishimura N (1984) Serial strain gauge measurement of bone healing in Hoffmann external fixation. Nippon Seikeigeka Gakkai Zasshi 58:23–40PubMed Nishimura N (1984) Serial strain gauge measurement of bone healing in Hoffmann external fixation. Nippon Seikeigeka Gakkai Zasshi 58:23–40PubMed
18.
Zurück zum Zitat Prat J (1990) Análisis del proceso de reparación ósea mediante sistemas de fijación externa. Thesis, Alcalà de Henares, Spain, 1990 Prat J (1990) Análisis del proceso de reparación ósea mediante sistemas de fijación externa. Thesis, Alcalà de Henares, Spain, 1990
19.
Zurück zum Zitat Prat J, Juan JA, Vera P, Hoyos JV, Dejoz R, Peris JL, Sanchez-Lacueste S, Comìn M (1994) Load transmission through the callus site with external fixation systems: theoretical and experimental analysis. J Biomech 27:469–478PubMedCrossRef Prat J, Juan JA, Vera P, Hoyos JV, Dejoz R, Peris JL, Sanchez-Lacueste S, Comìn M (1994) Load transmission through the callus site with external fixation systems: theoretical and experimental analysis. J Biomech 27:469–478PubMedCrossRef
20.
Zurück zum Zitat Ricciardi L, Perissinotto A, Dabala M (1992) External callus development on ultrasound and its mechanical correlation. Ital J Orthop Trauma 18:223–229 Ricciardi L, Perissinotto A, Dabala M (1992) External callus development on ultrasound and its mechanical correlation. Ital J Orthop Trauma 18:223–229
21.
Zurück zum Zitat Seide K, Weinrich N, Wenzl ME, Wolter D, Jürgens C (2004) Three-dimensional load measurements in an external fixator. J Biomech 37:1361–1369PubMedCrossRef Seide K, Weinrich N, Wenzl ME, Wolter D, Jürgens C (2004) Three-dimensional load measurements in an external fixator. J Biomech 37:1361–1369PubMedCrossRef
22.
Zurück zum Zitat Vera P, Hoyos JV, Nieto J (1981) Concepción de un fijador externo capaz de controlar el stado tensional al nivel de la fractura. IV Simposium de Biomecánica, Valencia Vera P, Hoyos JV, Nieto J (1981) Concepción de un fijador externo capaz de controlar el stado tensional al nivel de la fractura. IV Simposium de Biomecánica, Valencia
Metadaten
Titel
Effect of callus development on the deformation of external fixation frames
verfasst von
Franz Burny
Wivine Burny
Monique Donkerwolcke
Markus Behrens
Publikationsdatum
01.12.2012
Verlag
Springer-Verlag
Erschienen in
International Orthopaedics / Ausgabe 12/2012
Print ISSN: 0341-2695
Elektronische ISSN: 1432-5195
DOI
https://doi.org/10.1007/s00264-012-1676-5

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