ポーラースクリューを用いたメッキ、釘打ち、釘打ちによる遠位脛骨骨骨折の固定。バイオメカニクスに基づいた比較実験と数値的検討

Fixation of distal tibia fracture through plating, nailing, and nailing with Poller screws: A comparative biomechanical-based experimental and numerical investigation.

• Amin Baseri
• Mohammad Ali Bagheri
• Gholamreza Rouhi
• Mohammad Reza Aghighi
• Nima Bagheri

抄録

本研究の目的は、脛骨遠位部骨折の固定方法として一般的に使用されている2つの方法、メッキと釘打ち、およびあまり使用されていないポラースクリューによる釘打ちを生体力学的観点から調査することであった。数多くの研究にもかかわらず、脛骨骨折を修復するための最良の方法は議論の余地がある。本研究では、ヒトの死体脛骨を用いたin vitro実験段階と有限要素法による解析を行いました。実験段階では、部分的な重量負荷の軸方向荷重下で、骨インプラント構造物の軸方向剛性と、骨板、骨爪、骨爪-Poller screwの各固定方法の骨材間運動を測定し、互いに比較した。また，FEモデルを用いて，上記3つの固定法における骨インプラント構築物のせん断骨材間運動と応力分布を求め，それらを比較した．また，インビトロ実験の結果，すなわち，骨インプラントに軸方向の荷重をかけた場合の骨インプラント構造の応力分布についても，FEモデルを用いて解析し，両者を比較した．脛板、脛骨爪、脛骨爪-Pollerスクリューに軸方向の荷重をかけたin vitro実験の結果、脛骨爪と脛骨爪-Pollerスクリューを使用することで、インプラント骨構造がより硬くなり、結果的にインプラント骨構造がより強固になることが示されました。脛骨板構造物と比較して、より低い断片間運動（脛骨爪と脛骨爪-Pollerスクリュー、および軸方向の剛性と断片間運動の両方の値は、脛骨板構造物のものと比較して、0未満であった。05).数値解析の結果、釘打ちはメッキに比べて好ましくないせん断運動が少なく、ポラースクリューの適用は脛骨釘に比べてせん断運動を減少させることが示された。さらに、有限要素解析を用いて、脛骨ネイル、脛骨プレート、脛骨ネイル-ポラースクリューにスクリューを付加した場合の最大フォン・ミーゼス応力は、それぞれ51.5MPa、78.6MPa、60.5MPaであることが判明した。以上の結果から、脛骨遠位脛骨骨折の治療には、ポラースクリューの有無にかかわらず、ネイルがメッキよりも優れていることがバイオメカニクス的な観点から示唆された。

The goal of this study was to investigate two commonly used methods of fixation of distal metaphyseal tibia fractures, plating and nailing as well as the less frequently employed nailing with Poller screws, from a biomechanical perspective. Despite numerous studies, the best method to repair fractures of tibia the remains up for of debate. This study includes an in vitro experimental phase on human cadaveric tibias followed by a finite element analysis. In the experimental phase, under partial weight-bearing axial loading, the axial stiffness of the bone-implant construct and interfragmentary movements for each of the fixation methods, bone-plate, bone-nail, and bone-nail-Poller screw, were measured and compared with each other. Shear interfragmentary movement and stress distribution in the bone-implant construct for the three mentioned fixation methods were also determined from FE models and compared with each other. Results of in vitro experiments, i.e., the exertion of axial loading on the tibia-plate, tibia-nail, and tibia-nail-Poller screw, showed that utilization of tibia-nail and tibia-nail-Poller screw led to a stiffer bone-implant construct, and consequently, lower interfragmentary movement, compared to the tibia-plate construct ( values for tibia-nail and tibia-nail-Poller screw, and for both axial stiffness and interfragmentary movement, compared to those of tibia-plate construct, were less than 0.05). Numerical analyses showed that nailing produced less undesirable shear interfragmentary movement, compared to the plating, and application of a Poller screw decreased the shear movements, compared to tibia-nail. Furthermore, using the finite element analysis, maximum von Mises stress of adding a screw in tibia-nail, tibia-plate, and tibia-nail-Poller screw, was found to be: 51.5, 78.6, and 60.5 MPa, respectively. The results of this study suggested that from a biomechanical standpoint, nailing both with and without a Poller screw is superior to plating for the treatment of distal tibia fractures.