Thermoelastic stress analysis to validate tibial fixation technique in total ankle prostheses - a pilot study

Total diz protezlerinde tibial fiksasyon tekniğinin validasyonunda termoelastik gerilme analizi: Bir pilot çalışma

Andreas FİCKLSCHERER,Bernd WEGENER,Thomas NİETHAMMER,F. Matthias PİETSCHMANN,E. Peter MÜLLER,Volkmar JANSSON,Hans-Heinrich TROUİLLİER

Özet

AMAÇ Güncel literatür total diz protezlerinde tibial komponentin aseptik gevşemesinin yüksek oranda oluştuğunu göster- mektedir. GEREÇ VE YÖNTEM Distal tibiaya yük aktarımını göstermek amacıyla tibial kemikle, tibial komponentin arayüzünü bir termoelastik gerilme analiziyle inceledik. Bu amaçla, iki insan kadavrasına ve iki üçüncü kuşak kompozit tibia kemiklerine implante edilmiş iki diz protezini kullandık (Sawbones®, İsveç). Daha sonra kemikler bir hidropulsere monte edilip 700 N gücünde bir sinüzoidal yük uygulandı. BULGULAR Her iki protez de distal tibiaya homojen olmayan bir yük aktarımı gerçekleştirdi. Yükü eşit olarak subartiküler kemiğe dağıtmak yerine kuvvetler protezin stemine odaklanmış, 90 MPa’ya varan bir kümülatif maksimal gerilme kuvveti oluşmuştur. Ayrıca, kemik metafizi içine yük aktarımını göstermeyi başardık. SONUÇ Bu çalışmada gösterildiği gibi tüm total diz protezlerinde kullanılan stemlerle yapılan ankrajlar distal tibiaya homojen olmayan bir yük aktarımı ve yükün daha zayıf olan kemik metafizine dağılmasına yol açmaktadır. Bu nedenlerle minimal kemik rezeksiyonuyla birlikte tespit çubuğu veya benzeri malzemenin kullanılmadığı bir ankraj sistemini ve bu nedenle distal tibiaya homojen yük aktarımını tercih etmekteyiz.

Abstract

BACKGROUND Recent literature has shown a persistently high rate of asep- tic loosening of the tibial component in total ankle pros- theses. METHODS We analyzed the interface between the tibial bone and tibial component with a thermoelastic stress analysis to demonstrate load transmission onto the distal tibia. In this regard, we used two established ankle prostheses, which were implanted in two human cadaveric and in two third- generation composite tibia bones (Sawbones®, Sweden). Subsequently, the bones were attached to a hydropulser and a sinusoidal load of 700 N was applied. RESULTS Both prostheses had an inhomogeneous load transmission onto the distal tibia. Instead of distributing load equally to the subarticular bone, forces were focused around the bolting stem, accumulating as stress maxima with forces up to 90 MPa. Furthermore, we were able to demonstrate load transmission into the metaphysis of the bone. CONCLUSION As demonstrated in this study, anchoring systems with stems used in all established total ankle prostheses lead to an inhomogeneous load transmission onto the distal tibia, and furthermore, to a distribution of load into the weaker metaphyseal bone. For these reasons, we favor a prosthetic design with minimal bone resection and without any stem or stem-like anchoring system, which facilitates a homogeneous load transmission onto the distal tibia. Thermoelastic stress analysis proved to be a fast and easy-to-perform method to visualize load transmission.