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Fracture fixation of complex tibial plateau fractures
Fracture fixation of complex tibial plateau fractures
Bi-condylar tibial plateau fractures with the highest frequency in 40-to-60-year-old patients accounts for 35% of all tibial plateau fractures. Surgical treatment of this fracture remains challenging due to the multi-planar articular comminution and the subsequent severe soft tissue injuries. Preoperative planning is meaningfully affected by recognition of the exact location of the fracture fragments, in particular the posteromedial fragment created by the coronal split. Despite the 50% incidence rate of this crucial fracture line, it has been disregarded in the established fracture classifications like the AO or Schatzker systems as well as in the previous biomechanical studies. For this reason, there is still a controversy regarding an ideal fixation strategy for the complex tibial plateau fractures. Therefore, through both experimental and the numerical investigations, this study aimed to develop a coronal fracture model based on the clinical data to ultimately address this concern. The experiments focused on comparison of the structural stability between the coronal fracture model and the traditional Horwitz model. The numerical simulations, which were established based on the validation of these fracture models, evaluated the effects of the fracture morphology on the stress distributions within the implant. Both study parts revealed that the coronal split remarkably reduced the global axial stiffness and displacement of the bone-implant structure, significantly destabilized the medial side of the tibia, as well as noticeably changed the stress distributions within the locking plates and screws. Furthermore, the lateral locking plate cannot adequately stabilize this fracture, and a double plating method including a supplemental medial plate is required. Consequently, it is highly recommended to apply the coronal fracture model of bi-condylar tibial plateau fractures for biomechanical tests, which aimed to compare different fixation methods, as well as for numerical studies, which focused on finding the optimum plate position, screw direction or plate design., Bicondyläre Tibiaplateaufrakturen machen 35% aller Tibiaplateaufrakturen aus, mit der höchsten Häufigkeit im Alter von 40-60 Jahren. Die chirurgische Behandlung dieser Fraktur bleibt aufgrund der multiplanaren Gelenkzertrümmerung sowie der nachfolgenden schweren Weichteilverletzungen eine Herausforderung. Das Erkennen der genauen Lage der Frakturfragmente wird bei der präoperative Planung, insbesondere durch die koronale Spaltung des entstandenen posteromedialen Fragments, erheblich beeinträchtigt. Trotz einer Inzidenzrate von 50% für diese kritische Frakturlinie wurde sie in den etablierten Frakturklassifikationen wie dem AO- oder Schatzker-System sowie in früheren biomechanischen Studien nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund gibt es nach wie vor eine Kontroverse über eine ideale Fixationsstrategie für komplexe Tibiaplateaufrakturen. Daher zielte diese Studie, die aus experimentellen und numerischen Teilen besteht, darauf ab, auf der Grundlage der klinischen Daten ein koronales Frakturmodell zu entwickeln, um diesem Anliegen letztlich Rechnung zu tragen. Der experimentelle Teil konzentrierte sich auf den Vergleich der strukturellen Stabilität zwischen dem koronalen Frakturmodell und dem traditionellen Horwitz-Modell. Im numerischen Teil, der auf der Grundlage der Validierung dieser Bruchmodelle erstellt wurde, werden die Auswirkungen der Bruchmorphologie auf die Spannungsverteilungen innerhalb der Implantatkomponenten bewertet. Beide Teile dieser Studie zeigten, dass die koronale Bruchlinie die globale axiale Steifigkeit und Verschiebung der Knochen-Implantat-Struktur bemerkenswert reduziert, die mediale Seite der Tibia signifikant destabilisiert und die Spannungsverteilung innerhalb der Verriegelungsplatten und -schrauben merklich verändert hat. Außerdem kann die laterale Verriegelungsplatte diese Fraktur nicht ausreichend stabilisieren, so dass eine doppelte Verplattung einschließlich einer zusätzlichen medialen Platte erforderlich ist. Daher wird dringend empfohlen, das koronale Frakturmodell für bikondyläre Frakturen des Tibiaplateaus anzuwenden, sowohl bei biomechanischen Tests, bei denen verschiedene Fixationsmethoden verglichen werden, als auch für numerische Studien, bei denen es darum geht, die optimale Plattenposition, Schraubenrichtung oder das optimale Plattendesign zu finden.
Bi-condylar Tibial Plateau Fractures, Coronal Fracture Line, Horwitz Fracture Model, Coronal Fracture Model, Mechanical Test, Interfragmentary Displacement, Finite Element Analysis, Validation, Stress Distribution
Samsami, Shabnam
2021
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Samsami, Shabnam (2021): Fracture fixation of complex tibial plateau fractures. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Bi-condylar tibial plateau fractures with the highest frequency in 40-to-60-year-old patients accounts for 35% of all tibial plateau fractures. Surgical treatment of this fracture remains challenging due to the multi-planar articular comminution and the subsequent severe soft tissue injuries. Preoperative planning is meaningfully affected by recognition of the exact location of the fracture fragments, in particular the posteromedial fragment created by the coronal split. Despite the 50% incidence rate of this crucial fracture line, it has been disregarded in the established fracture classifications like the AO or Schatzker systems as well as in the previous biomechanical studies. For this reason, there is still a controversy regarding an ideal fixation strategy for the complex tibial plateau fractures. Therefore, through both experimental and the numerical investigations, this study aimed to develop a coronal fracture model based on the clinical data to ultimately address this concern. The experiments focused on comparison of the structural stability between the coronal fracture model and the traditional Horwitz model. The numerical simulations, which were established based on the validation of these fracture models, evaluated the effects of the fracture morphology on the stress distributions within the implant. Both study parts revealed that the coronal split remarkably reduced the global axial stiffness and displacement of the bone-implant structure, significantly destabilized the medial side of the tibia, as well as noticeably changed the stress distributions within the locking plates and screws. Furthermore, the lateral locking plate cannot adequately stabilize this fracture, and a double plating method including a supplemental medial plate is required. Consequently, it is highly recommended to apply the coronal fracture model of bi-condylar tibial plateau fractures for biomechanical tests, which aimed to compare different fixation methods, as well as for numerical studies, which focused on finding the optimum plate position, screw direction or plate design.

Abstract

Bicondyläre Tibiaplateaufrakturen machen 35% aller Tibiaplateaufrakturen aus, mit der höchsten Häufigkeit im Alter von 40-60 Jahren. Die chirurgische Behandlung dieser Fraktur bleibt aufgrund der multiplanaren Gelenkzertrümmerung sowie der nachfolgenden schweren Weichteilverletzungen eine Herausforderung. Das Erkennen der genauen Lage der Frakturfragmente wird bei der präoperative Planung, insbesondere durch die koronale Spaltung des entstandenen posteromedialen Fragments, erheblich beeinträchtigt. Trotz einer Inzidenzrate von 50% für diese kritische Frakturlinie wurde sie in den etablierten Frakturklassifikationen wie dem AO- oder Schatzker-System sowie in früheren biomechanischen Studien nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund gibt es nach wie vor eine Kontroverse über eine ideale Fixationsstrategie für komplexe Tibiaplateaufrakturen. Daher zielte diese Studie, die aus experimentellen und numerischen Teilen besteht, darauf ab, auf der Grundlage der klinischen Daten ein koronales Frakturmodell zu entwickeln, um diesem Anliegen letztlich Rechnung zu tragen. Der experimentelle Teil konzentrierte sich auf den Vergleich der strukturellen Stabilität zwischen dem koronalen Frakturmodell und dem traditionellen Horwitz-Modell. Im numerischen Teil, der auf der Grundlage der Validierung dieser Bruchmodelle erstellt wurde, werden die Auswirkungen der Bruchmorphologie auf die Spannungsverteilungen innerhalb der Implantatkomponenten bewertet. Beide Teile dieser Studie zeigten, dass die koronale Bruchlinie die globale axiale Steifigkeit und Verschiebung der Knochen-Implantat-Struktur bemerkenswert reduziert, die mediale Seite der Tibia signifikant destabilisiert und die Spannungsverteilung innerhalb der Verriegelungsplatten und -schrauben merklich verändert hat. Außerdem kann die laterale Verriegelungsplatte diese Fraktur nicht ausreichend stabilisieren, so dass eine doppelte Verplattung einschließlich einer zusätzlichen medialen Platte erforderlich ist. Daher wird dringend empfohlen, das koronale Frakturmodell für bikondyläre Frakturen des Tibiaplateaus anzuwenden, sowohl bei biomechanischen Tests, bei denen verschiedene Fixationsmethoden verglichen werden, als auch für numerische Studien, bei denen es darum geht, die optimale Plattenposition, Schraubenrichtung oder das optimale Plattendesign zu finden.