Abstract
Purpose
To further investigate the biomechanics of a femoral neck system (FNS) for Pauwels type
III femoral fractures based on three different reductions.
Methods
We constructed three different reduction (anatomical reduction, negative buttress
reduction, and positive buttress reduction) models of Pauwels type III femoral neck
fractures. Then, three cannulated screws (3CS), dynamic hip screws (DHS), dynamic hip screws
combined with an anti-rotation screw (DHS + ARS), one-hole femoral neck system (1HFNS), and
two-hole femoral neck system (2HFNS) were assembled with the reduction models, respectively,
to simulate the internal fixation surgical procedure. All models had a load of 2100 N in
line with the femoral mechanical axis applied. The implant stress, the head and implant
displacements, and the rotational angles of all models were recorded and analyzed.
Results
Compared to 3CS and 2HFNS, 1HFNS had higher implant stress (higher than 92.5 MPa and
46.3 MPa, respectively) and displacement (higher than 0.9 mm and 0.8 mm, respectively) in
the anatomical reduction. 2HFNS exhibited the highest stress values (225.5 MPa) in the
anatomical reduction but the lowest values (159.8 MPa) in the positive buttress reduction
when compared to the other implants. 2HFNS showed the best rotational stability in the
negative and positive buttress reduction (rotational angels of 0.8° and 0.6°,
respectively).
Conclusions
Based on the outcome of this computational study, it might be concluded that 2HFNS was
an alternative fixation for the treatment of Pauwels type III femoral neck fracture,
especially when anatomical reduction cannot be perfectly attained. More relevant clinical
and biomechanical studies are needed in the future.
Zusammenfassung
Zielsetzung
Ziel dieser Studie war es, die Biomechanik des Femurhalssystems (FNS) für
Pauwels-Typ-III-Femurhalsfrakturen anhand von 3 verschiedenen Repositionen weiter zu
untersuchen.
Methoden
Die Studie umfasste 3 verschiedene Repositionsmodelle (anatomische Reposition, negative
Strebepfeilerreposition und positive Strebepfeilerreposition) von
Pauwels-Typ-III-Schenkelhalsfrakturen. Die Repositionsmodelle wurden jeweils mit 3
kanülierten Schrauben (3CS), dynamischen Hüftschrauben (DHS), dynamischen Hüftschrauben in
Kombination mit einer Antirotationsschraube (DHS+ARS), einem 1-Loch-Femurhalssystem (1HFNS)
und einem 2-Loch-Femurhalssystem (2HFNS) zusammengesetzt. Anschließend wurde das
chirurgische Verfahren der internen Fixierung simuliert. Auf alle Modelle wurde eine
Belastung von 2100 N in Einklang mit der mechanischen Femurachse ausgeübt. Der
Implantatstress, die Kopf- und Implantatverschiebungen sowie die Rotationswinkel aller
Modelle wurden erfasst und ausgewertet.
Ergebnisse
Im Vergleich zu 3CS und 2HFNS wies 1HFNS bei der anatomischen Reposition einen höheren
Implantatstress (mehr als 92,5 MPa bzw. 46,3 MPa) und eine größere Verschiebung (mehr als
0,9 mm bzw. 0,8 mm) auf. Im Vergleich zu den anderen Implantaten wies das 2HFNS bei der
anatomischen Reposition die höchsten Stresswerte (225,5 MPa) und bei der positiven
Strebepfeilerreposition die niedrigsten Werte (159,8 MPa) auf. Das 2HFNS zeigte die beste
Rotationsstabilität (Rotationswinkel von 0,8° bzw. 0,6°) in der negativen und positiven
Strebepfeilerreposition.
Schlussfolgerungen
Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Simulationsstudie kann der Schluss gezogen
werden, dass 2HFNS ein alternatives chirurgisches Verfahren zur internen Fixierung bei der
Behandlung von Pauwels-Typ-III-Femurhalsfrakturen darstellt. Dies gilt insbesondere für
Fälle, in denen eine anatomische Reposition nicht perfekt erreicht werden kann. In Zukunft
sind jedoch weitere relevante klinische und biomechanische Studien erforderlich, um dieses
Ergebnis zu untermauern.
Keywords
femoral neck fractures - femoral neck system - finite element analysis - reduction quality - biomechanics
Schlüsselwörter
Schenkelhalsfrakturen - Schenkelhalssystem - Finite-Elemente-Analyse - Reduktionsqualität - Biomechanik
