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Fragestellung: Methoden zur Fixierung distaler Radiusfrakturen (DRF) könnten durch Computersimulationen mittels Finite Elemente (FE) Modellen systematisch analysiert und verbessert werden. Kürzlich präsentierte FE Modelle von DRF-Osteosynthesen sind jedoch unzureichend validiert und bilden das Materialverhalten des Knochens stark vereinfacht ab. Das Ziel dieser Studie war es, prüfstückspezifische FE Modelle anhand biomechanischer Experimente umfassend zu validieren und die Relevanz der Knochendichte und -orientierung in der Materialmodellierung zu untersuchen.

Methodik: Biomechanische Experimente und FE Analysen wurden an 25 frischen, humanen Leichenradii mit extraartikulären DRFs und volarer Plattenosteosynthese durchgeführt. Die FE Modelle wurden basierend auf klinischen CT Scans der präparierten Radii erstellt und die lokalen Materialeigenschaften anhand von hochauflösenden CT Scans (82μm) der intakten Radii eingebunden. Von jedem Prüfstück wurden drei Modelltypen generiert, wobei das Knochenmaterial als (a) dichte- und orientierungsabhängig, (b) dichteabhängig und (c) homogen modelliert wurde. Die globale Federsteifigkeit jedes Modells wurde in FE Analysen bestimmt und durch lineare Regression mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Unterschiede individueller Schraubenlasten zwischen den drei Modelltypen wurden mit Hilfe von ANOVA und Tukey Post-hoc Tests ermittelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Alle drei Arten von FE Modellen überschätzten die experimentelle Federsteifigkeit (Abbildung 1 [Abb. 1]), aber zeigten eine hochsignifikante Korrelation (p<0,0001). Die Bestimmtheitsmaße für Modelle von Typ (a) und (b) waren annähernd gleich (R²=0,81), aber deutlich geringer für Typ (c) (R²=0,51). Die Schraubenlasten waren in allen Modelltypen ähnlich verteilt und stimmten mit experimentellen Beobachtungen vom Versagen des Schrauben-Platten-Interfaces überein. Einzelne Schraubenlasten in Modellen des Typs (c) waren jedoch signifikant unterschiedlich (p<0,05) von jenen des Typs (b) und (c).

Die Federsteifigkeit von DRF-Osteosynthesen kann demnach durch FE Modelle mit hoher Güte vorhergesagt werden, sofern die lokale Knochendichte berücksichtigt wird. Das Einbinden der lokalen Knochenorientierung hatte weder auf die globale Federsteifigkeit, noch individuelle Schraubenlasten einen signifikanten Einfluss.