Biomechanische Testung einer neuen Handgelenkarthrodesenplatte

Zusammenfassung

Ziel: Überprüfung der biomechanischen Eigenschaften der APTUS-Handgelenksarthrodesenplatte im Vergleich mit der AO-Handgelenksarthrodesenplatte.

Material und Methoden: Je 6 APTUS-Handgelenksarthrodesenplatten (APTUS 2.5 TriLock Wrist Fusion Plate Long Bend) der Firma Medartis (Basel, Schweiz) und 6 AO-Handgelenksarthrodesenplatten [= LCP Wrist Fusion Plate Standard Bend der Firma Dupuy-Synthes (Bettlach, Schweiz)] wurden entsprechend der Herstellervorgaben auf ein fiberglasverstärktes, einer gesunden Hand in Dimension und Form entsprechendes Polyamidmodell installiert. Anschließend wurden Ermüdungsversuche unter ansteigender Last auf einer mono-axialen Material-Prüfmaschine durchgeführt und die Kraft-Weg-Messungen am PC aufgezeichnet. Bis 50 000 Zyklen erfolgte eine Belastung mit einer sinuswellenförmigen Frequenz von 4 Hz und einem Kraftverhältnis (FMIN/FMax) von 0,1 mit 70 N. Nach 50 000 Zyklen und dann alle weitere 10 000 Zyklen wurde die Last jeweils um 15% erhöht bis es zu einem Bruch oder einer Verformung des Implantates über 15 mm am Punkt der Krafteinleitung kam. Zusätzlich wurden die Ausreißwiderstände von je 5 Schrauben beider Plattentypen geprüft und der systemische Ausreißwiderstand berechnet. Die Mittelwerte und Standardabweichungen der Ermüdungsfestigkeit, der Drehmomente und der Ermüdungsgrenzen (Lastzyklen) wurden auf Normverteilung überprüft und Ergebnis abhängig anschließend mit nicht-parametrischer und parametrischer statischer Tests miteinander verglichen.

Ergebnisse: Zu einem Plattenbruch kam es bei der AO-Handgelenksarthrodesenplatte im Mittel nach 52 596 (SD±12 833) Lastzyklen; bei der APTUS-Handgelenksarthrodesenplatte im Mittel nach 115 428 (SD±12 600) Lastzyklen. Bei der AO-Handgelenksarthrodesenplatte führte eine Belastung mit durchschnittlich 6,3 (SD±0,8) Nm und bei der APTUS-Platte von 10 (SD±1,7) Nm zum Versagen. Der Schraubenausreißwiderstand wurde für die APTUS-Platte mit 2 632 (SD±96) und für die AO-Platte mit 1 449 (SD±314) N berechnet.

Schlussfolgerungen: Die APTUS-Handgelenksarthrodesenplatte hat im Vergleich zur AO-Handgelenksarthrodesenplatte eine signifikant höhere Ermüdungs- und Ausreißfestigkeit. Ausgehend von 100 000 Belastungszyklen bis zur knöchernen Heilung einer Handgelenksversteifung, sollte es bei Einsatz einer APTUS-Handgelenksarthrodesenplatte zur knöchernen Ausheilung kommen, bevor ein Implantatversagen auftritt.

Abstract

Purpose: The aim of this study was to evaluate the biomechanical properties of the APTUS wrist fusion plate in comparison to those of the AO wrist fusion plate.

Material and Method: 6 APTUS wrist fusion plates (APTUS 2.5 TriLock Wrist Fusion Plate Long Bend) from Medartis (Basel, Switzerland) and 6 AO wrist fusion plates (= LCP Wrist Fusion Plate Standard Bend from Dupuy-Synthes, Bettlach, Switzerland) were installed according to the manufacturers‘ instructions on life-sized, fibre-glass reinforced polyamide models of a healthy human hand. Then fatigue testing with increasing loads on a monoaxial material testing machine was carried out and the force-movement measurements were recorded on a PC. For up to 50 000 cycles, loading was applied in a sinus-wave frequency of 4 Hz and a force ratio (FMin/FMax) of 0.1–70 N. After 50 000 cycles and then at every 10 000 cycles the load was increased by 15% until breakage or a deformation of over 15 mm at the point of force application of the implant occurred. In addition, the tear-out resistance of 5 screws of each type of plate was examined and the system tear-out resistance calculated. The mean values and standard deviations of fatigue strength, torsional moments and fatigue limits (load cycles) were checked for normal distribution and finally the results were compared by means of non-parametric and parametric statistical tests.

Results: Plate breakage occurred with the AO wrist fusion plate on average after 52 596 (SD±12 833) load cycles and with the APTUS wrist fusion plate after an average of 115 428 (SD±12 600) load cycles. For the AO wrist fusion plates, an average load of 6.3 (SD±0.8) Nm and for the APTUS plate one of 10 (SD±1.7) Nm led to failure. For the APTUS plate the screw tear-out resistance was calculated as 2 632 (SD±96) N while that for the AO plate was found to be 1 449 (SD±314) N.

Conclusion: In comparison to the AO wrist fusion plate the APTUS wrist fusion plate has significantly higher fatigue resistance and tear-out strength. On the basis of 100 000 load cycles until bone healing in the case a wrist arthrodesis, use of the APTUS plate should enable bone healing to occur before the implant fails.

Schlüsselwörter

Handgelenksarthrodese - APTUS-Handgelenksarthrodesenplatte - AO-Handgelenksarthrodesenplatte - biomechanische Testung

Keywords

wrist arthrodesis - APTUS-wrist arthrodesis plate - AO-wrist arthrodesis plate - biomechanical testing

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