Pipkin Type-II Femoral Head Fracture: A Biomechanical Evaluation by the Finite-Element Method / Fratura da cabeça femoral de tipo II de Pipkin: Avaliação biomecánica pelo método de elementos finitos

Abstract Objective To evaluate the biomechanical capacity of two forms of fixation for Pipkin type-II fractures, describing the vertical fracture deviation, the maximum and minimum principal stresses, and the Von Mises equivalent stress in the syntheses used. Materials and Methods Two internal fasteners were developed to treat Pipkin type-II fractures through finite elements: a 3.5-mm cortical screw and a Herbert screw. Under the same conditions, the vertical fracture deviation, the maximum and minimum principal stresses, and the Von Mises equivalent stress in the syntheses used were evaluated. Results The vertical displacements evaluated were of 1.5mm and 0.5mm. The maximum principal stress values obtained in the upper region of the femoral neck were of 9.7 KPa and 1.3 Kpa, and the minimum principal stress values obtained in the lower region of the femoral neck were of-8.7 KPa and -9.3 KPa. Finally, the peak values for Von Mises stress were of 7.2 GPa and 2.0 GPa for the fixation models with the use of the 3.5-mm cortical screw and the Herbert screw respectively. Conclusion The fixation system with the Herbert screw generated the best results in terms of reduction of vertical displacement, distribution of the maximum principal stress, and the peak Von Mises equivalent stress, demonstrating mechanical superiority compared to that of the 3.5-mm cortical screw in the treatment of Pipkin type-II fractures.

Resumo Objetivo Avaliar a capacidade biomecánica de duas formas de fixação de fraturas tipo II de Pipkin descrevendo o desvio da fratura no sentido vertical, as tensões máxima e mínima principais, e a tensão equivalente de Von Mises nas sínteses utilizadas. Materiais e Métodos Dois fixadores internos foram desenvolvidos para tratar a fratura tipo II de Pipkin por meio de elementos finitos: parafuso cortical de 3,5 mm e parafuso de Herbert. Sob as mesmas condições, foram avaliados o desvio da fratura no sentido vertical, as tensões máxima e mínima principais, e a tensão equivalente de Von Mises nas sínteses utilizadas. Resultados Os deslocamentos verticais avaliados foram de 1,5 mm e 0,5 mm. Os valores de tensão máxima obtidos na região superior do colo femoral foram de 9,7 KPa e 1,3 KPa, e os valores de tensão mínima obtidos na região inferior do colo femoral foram de -8,7KPa e -9,3 KPa. Por fim, os valores de pico da tensão equivalente de Von Misesforam de 7,2 GPa e2,0 GPa paraosmodelos de fixação com o uso do parafuso cortical de 3,5 mm e do parafuso de Herbert, respectivamente. Conclusão Osistema de fixação com parafuso de Herbert gerou os melhores resultados em termos de redução do deslocamento vertical, distribuição da tensão máxima e do pico da tensão equivalente de Von Mises, o que demonstra sua superioridade mecânica comparada à do parafuso cortical de 3,5 mm no tratamento da fratura tipo II de Pipkin.

Patellar fracture in anterior cruciate ligament reconstruction: in vitro analysis / Fratura patelar na reconstrução do ligamento cruzado anterior: análise in vitro

ABSTRACT Objective: To determine, by biomechanical analysis, safe patellar cut limits in anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction that minimize fracture risks. Methods: From three-dimensional reconstruction, triangular cuts were made in the patella, with a depth of 6.5 mm and variable width and length (10 to 20 mm and 8 to 12 mm, respectively, both with an interval of 1 mm). The combinations of cuts constituted 55 models for tests, with five variations in width and 11 variations in length, tested with the finite element method (FEM). Results: The mean of the localized principal maximum (traction force) values was 4.36 Pa (SD 0.87 ± 0.76) and the localized principal minimum (compression force) was −4.33 Pa (SD 1.05 ± 1.11). Comparing width and length to the tension force of the values of the main maximum, we found statistical significance from 11 mm for width and 13 mm for length. Conclusion: In ACL reconstruction, the removal of the patellar bone fragment is safe for fragments smaller than 11 mm in width and 13 mm in length, which corresponds to 24% of the width and 28% of the length of the patella used. Level of Evidence II, Comparative Prospective Study.

RESUMO Objetivo: Determinar, por meio de análise biomecânica, os limites de corte patelar seguros para a reconstrução do ligamento cruzado anterior (LCA) e que minimizem riscos de fratura. Métodos: A partir de reconstrução tridimensional, foram feitos cortes triangulares na patela, com profundidade de 6,5 mm e largura e comprimento variáveis (8 a 12 mm e 10 a 20 mm), respectivamente, com intervalo de 1 mm). As combinações dos cortes constituíram 55 modelos para ensaios, com 5 variações de largura e 11 variações de comprimento, ensaiados por meio do método dos elementos finitos (MEF). Resultados: A média dos valores da máxima principal localizada (força de tração) foi de 4,36 Pa (DP 0,87 ± 0,76), e a mínima principal localizada (força de compressão) foi de −4,33 Pa (DP 1,05 ± 1,11). Comparando largura e comprimento à força de tensões dos valores da máxima principal, houve significância estatística a partir de 11 mm para largura e 13 mm para comprimento. Conclusão: Na reconstrução do LCA, a retirada do fragmento ósseo patelar mostrou-se segura para fragmentos menores que 11 mm de largura e 13 mm de comprimento, o que corresponde a 24% da largura e 28% do comprimento da patela utilizada. Nível de Evidência II, Estudo Prospectivo Comparativo.

Flexible intramedullary nails in pediatric subtrochanteric femur fracture: biomechanical study / Hastes flexíveis na fixação de fratura subtrocantérica de fêmur pediátrico: análise biomecânica

ABSTRACT Objective Evaluate the stability provided by two flexible intramedullary nails (FINs) in a simulation of fractures at the proximal levels in pediatric femur models. Methods Two FINs were inserted in 18 synthetic models of pediatric femurs. Fractures were simulated at one of three levels, and the models were divided into the following groups (n=6): diaphysis (control), subtrochanteric and trochanteric. Flex-compression tests were performed with force up to 85 N. Relative stiffness and the average deformation was obtained. Torsion tests were performed by rotating the proximal fragment until 20°, to obtain the average torque. Results At flex-compression, the set's average relative stiffness and average deformations were: 54.360x103 N/m and 1.645 mm in the control group, respectively. In the subtrochanteric group, the relative stiffness was 31.415x103 N/m (-42.2%) and the deformation was 2.424 mm (+47.3%) (p<0.05). For the trochanteric group, the relative stiffness was 30.912x103 N/m (+43.1%) and the deformation was 2.508 mm (+52.4%) (p<0.05). In torsion, the average torque was 1.410 Nm in the control group; 1.116 Nm in the subtrochanteric group (-20.8%), and 2.194 Nm in the trochanteric group (+55.6%) (p<0.05). Conclusion FINs do not seem to be biomechanically competent for the treatment of proximal femoral fractures. Level of Evidence I; Therapeutic Studies - Investigating the results of treatment.

RESUMO Objetivo avaliar a estabilidade proporcionada por duas hastes intramedulares flexíveis na simulação de fraturas nos níveis proximais em modelos pediátricos de fêmur. Métodos Duas hastes foram inseridas em 18 modelos sintéticos de fêmures pediátricos. As fraturas foram simuladas em um dos três níveis, e os modelos foram divididos nos seguintes grupos (n=6): diáfise(controle), subtrocantérico e trocantérico. Testes de flexão-compressão foram realizados com força de até 85N. A rigidez relativa e a deformação média foram obtidas. Os testes de torção foram realizados girando o fragmento proximal até 20°, para obter o torque médio. Resultados Na flexo-compressão, a rigidez relativa média e as deformações médias do conjunto foram: 54,360x103 N/m e 1,645 mm no grupo controle, respectivamente. No grupo subtrocantérico a rigidez relativa foi de 31,415x103 N/m (-42,2%) e a deformação foi de 2,424 mm (+47,3%) (p<0,05). Para o grupo trocantérico a rigidez relativa foi de 30,912x103 N/m (+43,1%) e a deformação foi de 2,508 mm (+52,4%) (p<0,05). Na torção, o torque médio foi de 1.410 Nm no grupo controle; 1,116 Nm no grupo subtrocantérico (-20,8%) e 2,194 Nm no grupo trocantérico (+55,6%) (p<0,05). Conclusão As hastes intramedulares flexíveis não parecem ser biomecanicamente competentes para o tratamento das fraturas proximais do fêmur. Nível de Evidência I; Estudos terapêuticos - Investigação dos resultados do tratamento.