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

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

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.