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Purpose
The aim of this study was to compare several osteosynthesis techniques (intramedullary headless compression screws, T-plates, and Kirschner wires) for distal epiphyseal fractures of proximal phalanges in a human cadaveric model.
Methods
A total of 90 proximal phalanges from 30 specimens (index, ring, and middle fingers) were used for this study. After stripping off all soft tissue, a transverse distal epiphyseal fracture was simulated at the proximal phalanx. The 30 specimens were randomly assigned to 1 fixation technique (30 per technique), either a 3.0-mm intramedullary headless compression screw, locking plate fixation with a 2.0-mm T-plate, or 2 oblique 1.0-mm Kirschner wires. Displacement analysis (bending, distraction, and torsion) was performed using optical tracking of an applied random speckle pattern after osteosynthesis. Biomechanical testing was performed with increasing cyclic loading and with cyclic load to failure using a biaxial torsion-tension testing machine.
Results
Cannulated intramedullary compression screws showed significantly less displacement at the fracture site in torsional testing. Furthermore, screws were significantly more stable in bending testing. Kirschner wires were significantly less stable than plating or screw fixation in any cyclic load to failure test setup.
Conclusions
Intramedullary compression screws are a highly stable alternative in the treatment of transverse distal epiphyseal phalangeal fractures. Kirschner wires seem to be inferior regarding displacement properties and primary stability.
Clinical relevance
Fracture fixation of phalangeal fractures using plate osteosynthesis may have the advantage of a very rigid reduction, but disadvantages such as stiffness owing to the more invasive surgical approach and soft tissue irritation should be taken into account. Headless compression screws represent a minimally invasive choice for fixation with good biomechanical properties.
Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) have shown to be promising in disease studies and drug screenings [1]. Cardiomyocytes derived from hiPSCs have been extensively investigated using patch-clamping and optical methods to compare their electromechanical behaviour relative to fully matured adult cells. Mathematical models can be used for translating findings on hiPSCCMs to adult cells [2] or to better understand the mechanisms of various ion channels when a drug is applied [3,4]. Paci et al. (2013) [3] developed the first model of hiPSC-CMs, which they later refined based on new data [3]. The model is based on iCells® (Fujifilm Cellular Dynamics, Inc. (FCDI), Madison WI, USA) but major differences among several cell lines and even within a single cell line have been found and motivate an approach for creating sample-specific models. We have developed an optimisation algorithm that parameterises the conductances (in S/F=Siemens/Farad) of the latest Paci et al. model (2018) [5] using current-voltage data obtained in individual patch-clamp experiments derived from an automated patch clamp system (Patchliner, Nanion Technologies GmbH, Munich).
This paper develops a new finite element method (FEM)-based upper bound algorithm for limit and shakedown analysis of hardening structures by a direct plasticity method. The hardening model is a simple two-surface model of plasticity with a fixed bounding surface. The initial yield surface can translate inside the bounding surface, and it is bounded by one of the two equivalent conditions: (1) it always stays inside the bounding surface or (2) its centre cannot move outside the back-stress surface. The algorithm gives an effective tool to analyze the problems with a very high number of degree of freedom. Our numerical results are very close to the analytical solutions and numerical solutions in literature.
The impact of surgical staplers on tissues has been studied mostly in an empirical manner. In this paper, finite element method was used to clarify the mechanics of tissue stapling and associated phenomena. Various stapling modalities and several designs of circular staplers were investigated to evaluate the impact of the device on tissues and mechanical performance of the end-to-end colorectal anastomosis. Numerical simulations demonstrated that a single row of staples is not adequate to resist leakage due to non-linear buckling and opening of the tissue layers between two adjacent staples. Compared to the single staple row configuration, significant increase in stress experienced by the tissue at the inner staple rows was observed in two and three rows designs. On the other hand, adding second and/or third staple row had no effect on strain in the tissue inside the staples. Variable height design with higher staples in outer rows significantly reduced the stresses and strains in outer rows when compared to the same configuration with flat cartridge.
Influence of a freeze–thaw cycle on the stress–stretch curves of tissues of porcine abdominal organs
(2012)
The paper investigates both fresh porcine spleen and liver and the possible decomposition of these organs under a freeze–thaw cycle. The effect of tissue preservation condition is an important factor which should be taken into account for protracted biomechanical tests. In this work, tension tests were conducted for a large number of tissue specimens from twenty pigs divided into two groups of 10. Concretely, the first group was tested in fresh state; the other one was tested after a freeze-thaw cycle which simulates the conservation conditions before biomechanical experiments. A modified Fung model for isotropic behavior was adopted for the curve fitting of each kind of tissues. Experimental results show strong effects of the realistic freeze–thaw cycle on the capsule of elastin-rich spleen but negligible effects on the liver which virtually contains no elastin. This different behavior could be explained by the autolysis of elastin by elastolytic enzymes during the warmer period after thawing. Realistic biomechanical properties of elastin-rich organs can only be expected if really fresh tissue is tested. The observations are supported by tests of intestines.
Kyphoplasty of Osteoporotic Fractured Vertebrae: A Finite Element Analysis about Two Types of Cement
(2019)
A new in vitro tool to investigate cardiac contractility under physiological mechanical conditions
(2019)
Einschränkung von Taluskippung und -vorschub durch Sprunggelenkorthesen nach fibularer Bandruptur
(2013)
Die fibulare Bandruptur zählt zu einer der am häufigsten auftretenden Verletzungen des
Bewegungsapparats. In den meisten Fällen wird heute die konservativ frühfunktionelle Therapie mit Sprunggelenkorthesen allgemein bevorzugt. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurden 14 verschiedene Sprunggelenkorthesen im Hinblick auf ihre Einschränkung von Taluskippung und Talusvorschub
untersucht. Zur Simulation einer fibularen Bandruptur wurde ein Unterschenkelmodell aus Holz mit Fußteil, mit angelegten Orthesen in einen Scheuba-Halteapparat eingespannt und mit 150 N seitlich sowie anterior-posterior belastet. Anhand der erstellten "gehaltenen" Röntgenaufnahmen konnten Taluskippung und Talusvorschub jeder einzelnen Orthese eindeutig bestimmt werden. Die meisten Orthesen erreichten zufriedenstellende Ergebnisse. Es stellte sich heraus, dass vor allem eine eng anliegende, im Gelenkbereich anatomisch angepasste Form vorteilhaft zu sein scheint.
Originalausgabe: Orthopädische Praxis Jg. 47. 2011 H. 11; S. 536-543. Mit freundlicher Genehmigung des Verlags Zusammenfassung: Auf der Basis von Patientenabfragen mittels Fragebogen zum Schmerzempfinden und zur Einschränkung bei Aktivitäten des alltäglichen Lebens wird die Langzeitwirkung der MBST® KernspinResonanz-Therapie bei Gonarthrose untersucht. An der Studie nahmen 39 Patienten teil, bei denen die Therapie bis zu vier Jahre zurückliegt. Neben einer Gesamtbetrachtung wird der Erfolg auch in Abhängigkeit von Alter, Geschlecht und sportlicher Aktivität analysiert. Insgesamt weist die Studie auf eine anhaltende Verbesserung des Gesundheitszustands mit zum Teil deutlicher Schmerzlinderung auch noch nach vier Jahren hin, jedoch mit einer leichten Schmerzzunahme gegen Ende des Untersuchungszeitraums von vier Jahren. Eine tendenziell positivere Wirkung bei Frauen, älteren Menschen oder auch sportlich nicht-aktiven Patienten lässt auf eine mögliche Beeinflussung des Erfolgs der Therapie durch (Über-)Belastung im Alltag schließen. Ein zusätzlich positiver Effekt der Therapie auf die Knochendichte ist ebenfalls denkbar, dies bleibt jedoch offen.
Analysis of the long-term effect of the MBST® nuclear magnetic resonance therapy on gonarthrosis
(2016)
Im Rahmen von Ermüdungsanalysen ist nachzuweisen, daß die thermisch bedingten fortschreitenden Deformationen begrenzt bleiben. Hierzu ist die Abgrenzung des Shakedown-Bereiches (Einspielen) vom Ratchetting-Bereich (fortschreitende Deformation) von Interesse. Im Rahmen eines EU-geförderten Forschungsvorhabens wurden Experimente mit einem 4-Stab-Modell durchgeführt. Das Experiment bestand aus einem wassergekühlten inneren Rohr und drei isolierten und beheizbaren äußeren Probestäben. Das System wurde durch alternierende Axialkräfte, denen alternierende Temperaturen an den äußeren Stäben überlagert wurden, belastet. Die Versuchsparameter wurden teilweise nach vorausgegangenen Einspielanalysen gewählt. Während der Versuchsdurchführung wurden Temperaturen und Dehnungen zeitabhängig gemessen. Begleitend und nachfolgend zur Versuchsdurchführung wurden die Belastungen und die daraus resultierenden Beanspruchungen nachvollzogen. Bei dieser inkrementellen elasto-plastischen Analyse mit dem Programm ANSYS wurden unterschiedliche Werkstoffmodelle angesetzt. Die Ergebnisse dieser Simulationsberechnung dienen dazu, die Shakedown-Analysen mittels FE-Methode zu verifizieren.