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Fragestellung: Frakturen der unteren Extremität sind häufig und verzeichnen eine steigende Inzidenz. Trotz aller Fortschritte kommt es individuell unterschiedlich zu teilweise erheblichen Störungen der Knochen und Weichteilheilung. So beträgt die Rate an fehl- und nichtheilenden Knochen gerade bei Frakturen des Unterschenkelschaftes bis zu 10 Prozent; eine Zahl die trotz aktueller Therapieneuheiten stagniert. Ein wichtiger Faktor, der die Dynamik des Heilungsprozesses maßgeblich beeinflusst, ist die Aktivität des Patienten und die damit verbundene Belastung der frakturierten Extremität. Das Ziel dieser Arbeit ist, eine experimentelle Untersuchung der Frakturspaltbewegung basierend auf einem Prüfstand und der zugehörigen Finite Elemente (FE) Simulation in Kombination mit dem neuen Fracture Monitor (FM) der AO [1], um die Oberflächendehnung des Implantates mit der zugehörigen Belastung zu korrelieren.

Methodik: Die Basis der Experimente bildet ein biomechanischer Prüfstand, der Belastungsszenarien während eines Gangzyklus auf eingespannte Knochen-Implantat Systeme (Abbildung 1a [Abb. 1]) aufbringen kann. In dieser Studie wurden Experimente, an drei humanen Tibiae, basierend auf dem folgenden etablierten Workflow durchgeführt:

1.

Frakturerzeugung mit einer oszillierenden Säge am diaphysären Segment und anschließende Frakturversorgung mittels Osteosynthese bestehend aus LCP Titanplatten, bikortikalen und winkelstabilen Schrauben,

2.

Computertomographie (CT) Scans inklusive eines Knochendichte-Kalibrierungsphantom zur Erzeugung der 3D Computer-Modelle,

3.

Probenvorbereitung: Montage des FM und Aufbringen eines Specklemusters für die Evaluation mittels digitaler Bildkorrelation (DIC),

4.

Experiment: Aufbringen von Kniegelenkskräften, die verschiedene Teilbelastungen während eines Gangzyklus abbilden,

5.

Evaluation: Analyse der FM Daten, der DIC-Daten, der Sensorik am Prüfstand durch 6-Achs Kraftsensoren und

6.

Vergleich der Evaluation mit FE Simulationen auf denzugehörigen 3D Modellen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Mit dieser Methodik ist es gelungen zu zeigen, dass die Ergebnisse des FM mit der Oberflächendehnung des Implantates, gemessen durch die DIC, eine hohe Übereinstimmung erzielen (Abbildung 1b,c [Abb. 1]). Zusätzlich konnten diese Ergebnisse durch die FE Simulationen, basierend auf den verschiedenen Kniegelenkskräften, bestätigt werden. Darüber hinaus erlaubt die DIC eine Auswertung der interfragmentären Bewegung des Frakturspaltes während der Versuchsdurchführung. Dies ermöglicht eine Korrelation der Ergebnisse des FM mit den zugehörigen Frakturspaltbewegungen und den entsprechend aufgebrachten Kräften durch den Prüfstand. Hier konnte für die verschiedenen Voll- und Teillastszenarien übereinstimmende Ergebnisse gezeigt werden.