Published June 3, 2023 | Version v1
Publication Open

Effect of bone cement augmentation with different configurations of the dual locking plate for femoral allograft fixation: finite element analysis and biomechanical study

Creators

  • 1. Khon Kaen University

Description

Abstract Aims Implant failure in allograft reconstruction is one of the most common problems after treating a large bone defect for a primary bone tumor. The study aimed to investigate the effect of bone cement augmentation with different configurations of dual locking plates used for femoral allograft fixation. Methods Four finite element (FE) models of the femur with a 1-mm bone gap were developed at the midshaft with different configurations of the 10-hole fixation dual locking plate (LP) with and without intramedullary bone cement augmentation. Model 1 was the dual LP at the lateral and medial aspect of the femur. Model 2 was Model 1 with bone cement augmentation. Model 3 was the dual LP at the anterior and lateral aspect of the femur. Finally, Model 4 was Model 3 with bone cement augmentation. All models were tested for stiffness under axial compression as well as torsional, lateral–medial, and anterior–posterior bending. In addition, the FE analyses were validated using biomechanical testing on a cadaveric femur. Results Model 2 had the greatest axial compression stiffness, followed by Models 1, 4, and 3. Bone cement augmentation in Models 2 and 4 had 3.5% and 2.4% greater axial stiffness than the non-augmentation Models 1 and 3, respectively. In the bone cement augmentation models, Model 2 had 11.9% greater axial compression stiffness than Model 4. Conclusion The effect of bone cement augmentation increases construct stiffness less than the effect of the dual LP configuration. A dual lateral–medial LP with bone cement augmentation provides the strongest fixation of the femur in terms of axial compression and lateral bending stiffness.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد فشل الزرع في إعادة بناء الطعم الخيفي أحد أكثر المشاكل شيوعًا بعد علاج عيب عظمي كبير لورم عظمي أولي. هدفت الدراسة إلى التحقيق في تأثير تكبير الأسمنت العظمي بتكوينات مختلفة من صفائح القفل المزدوجة المستخدمة لتثبيت الطعم الخيفي الفخذي. طرق تم تطوير أربعة نماذج من العناصر المحدودة (FE) لعظم الفخذ مع فجوة عظمية 1 مم في العمود المتوسط مع تكوينات مختلفة من لوحة التثبيت المزدوجة ذات الثقب العشرة (LP) مع وبدون زيادة الأسمنت داخل النخاع. كان النموذج 1 هو الناظمة القلبية اللاسلكية المزدوجة في الجانب الوحشي والإنسي من عظم الفخذ. كان النموذج 2 هو النموذج 1 مع زيادة الأسمنت العظمي. كان النموذج 3 هو الناظمة القلبية اللاسلكية المزدوجة في الجانب الأمامي والجانبي من عظم الفخذ. أخيرًا، كان النموذج 4 هو النموذج 3 مع زيادة الأسمنت العظمي. تم اختبار جميع النماذج بحثًا عن الصلابة تحت الضغط المحوري وكذلك الانحناء الالتوائي والجانبي الإنسي والأمامي الخلفي. بالإضافة إلى ذلك، تم التحقق من صحة تحليلات FE باستخدام الاختبار الميكانيكي الحيوي على عظم الفخذ الجثي. النتائج كان للنموذج 2 أكبر صلابة ضغط محوري، تليها النماذج 1 و 4 و 3. كان لتكبير الأسمنت العظمي في النموذجين 2 و 4 صلابة محورية أكبر بنسبة 3.5 ٪ و 2.4 ٪ من النموذجين 1 و 3 على التوالي. في نماذج زيادة الأسمنت العظمي، كان للنموذج 2 صلابة ضغط محوري أكبر بنسبة 11.9 ٪ من النموذج 4. الخاتمة يزيد تأثير تكبير الأسمنت العظمي من صلابة البناء أقل من تأثير تكوين الناظمة القلبية اللاسلكية المزدوجة. توفر الناظمة القلبية اللاسلكية الجانبية الإنسية المزدوجة مع تكبير الأسمنت العظمي أقوى تثبيت لعظم الفخذ من حيث الضغط المحوري وتصلب الانحناء الجانبي.

Translated Description (French)

Résumé L'échec de l'implant dans la reconstruction d'une allogreffe est l'un des problèmes les plus courants après le traitement d'un gros défaut osseux pour une tumeur osseuse primaire. L'étude visait à étudier l'effet de l'augmentation du ciment osseux avec différentes configurations de plaques à double verrouillage utilisées pour la fixation de l'allogreffe fémorale. Méthodes Quatre modèles à éléments finis (FE) du fémur avec un espace osseux de 1 mm ont été développés au niveau de l'arbre médian avec différentes configurations de la plaque de verrouillage double (LP) de fixation à 10 trous avec et sans augmentation du ciment osseux intramédullaire. Le modèle 1 était le double LP au niveau de l'aspect latéral et médial du fémur. Le modèle 2 était le modèle 1 avec une augmentation du ciment osseux. Le modèle 3 était le double LP au niveau de l'aspect antérieur et latéral du fémur. Enfin, le modèle 4 était le modèle 3 avec une augmentation du ciment osseux. Tous les modèles ont été testés pour la rigidité en compression axiale ainsi qu'en flexion torsionnelle, latérale-médiale et antérieure-postérieure. De plus, les analyses FE ont été validées à l'aide de tests biomécaniques sur un fémur cadavérique. Résultats Le modèle 2 présentait la plus grande rigidité à la compression axiale, suivi des modèles 1, 4 et 3. L'augmentation du ciment osseux dans les modèles 2 et 4 avait une rigidité axiale supérieure de 3,5 % et 2,4 % à celle des modèles 1 et 3 sans augmentation, respectivement. Dans les modèles d'augmentation du ciment osseux, le modèle 2 présentait une rigidité à la compression axiale supérieure de 11,9 % à celle du modèle 4. Conclusion L'effet de l'augmentation du ciment osseux augmente la rigidité de la construction moins que l'effet de la double configuration LP. Une double LP latérale-médiale avec augmentation du ciment osseux assure la fixation la plus forte du fémur en termes de compression axiale et de rigidité en flexion latérale.

Translated Description (Spanish)

Resumen Objetivos El fracaso del implante en la reconstrucción de aloinjertos es uno de los problemas más comunes después de tratar un defecto óseo grande para un tumor óseo primario. El estudio tuvo como objetivo investigar el efecto del aumento de cemento óseo con diferentes configuraciones de placas de bloqueo duales utilizadas para la fijación de aloinjertos femorales. Métodos Se desarrollaron cuatro modelos de elementos finitos (FE) del fémur con un hueco óseo de 1 mm en el eje medio con diferentes configuraciones de la placa de bloqueo dual (LP) de fijación de 10 orificios con y sin aumento de cemento óseo intramedular. El modelo 1 fue el LP dual en la cara lateral y medial del fémur. El modelo 2 fue el modelo 1 con aumento de cemento óseo. El modelo 3 fue el LP dual en la cara anterior y lateral del fémur. Finalmente, el Modelo 4 fue el Modelo 3 con aumento de cemento óseo. Todos los modelos se probaron para determinar la rigidez bajo compresión axial, así como la flexión torsional, lateral–medial y anterior–posterior. Además, los análisis de FE se validaron mediante pruebas biomecánicas en un fémur cadavérico. Resultados El modelo 2 tuvo la mayor rigidez a la compresión axial, seguido de los modelos 1, 4 y 3. El aumento de cemento óseo en los Modelos 2 y 4 tuvo una rigidez axial 3.5% y 2.4% mayor que los Modelos 1 y 3 sin aumento, respectivamente. En los modelos de aumento de cemento óseo, el Modelo 2 tuvo una rigidez a la compresión axial un 11,9% mayor que el Modelo 4. Conclusión El efecto del aumento del cemento óseo aumenta la rigidez de la construcción menos que el efecto de la configuración dual de LP. Un LP lateral–medial dual con aumento de cemento óseo proporciona la fijación más fuerte del fémur en términos de compresión axial y rigidez a la flexión lateral.

Files

s13018-023-03894-3.pdf

Files (1.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:dc9e07edfe7be5614b1abd39ebc1dc8b
1.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير تكبير الأسمنت العظمي بتكوينات مختلفة للوحة القفل المزدوجة لتثبيت الطعم الخيفي الفخذي: تحليل العناصر المحدودة والدراسة الميكانيكية الحيوية
Translated title (French)
Effet de l'augmentation du ciment osseux avec différentes configurations de la plaque à double verrouillage pour la fixation de l'allogreffe fémorale : analyse par éléments finis et étude biomécanique
Translated title (Spanish)
Efecto del aumento de cemento óseo con diferentes configuraciones de la placa de bloqueo dual para la fijación de aloinjertos femorales: análisis de elementos finitos y estudio biomecánico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4379207694
DOI
10.1186/s13018-023-03894-3

Is supplement to
https://openalex.org/W3028827658 (Other)
https://openalex.org/W3001439917 (Other)
https://openalex.org/W2475099835 (Other)
https://openalex.org/W2461674640 (Other)
https://openalex.org/W2416073882 (Other)
https://openalex.org/W2393032447 (Other)
https://openalex.org/W2373505102 (Other)
https://openalex.org/W2367350653 (Other)
https://openalex.org/W2355609011 (Other)
https://openalex.org/W2132611744 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1967853770
  • https://openalex.org/W1972122890
  • https://openalex.org/W1979829748
  • https://openalex.org/W1987084276
  • https://openalex.org/W2033290264
  • https://openalex.org/W2034023226
  • https://openalex.org/W2041359790
  • https://openalex.org/W2047278777
  • https://openalex.org/W2055720187
  • https://openalex.org/W2058265962
  • https://openalex.org/W2078431635
  • https://openalex.org/W2089383083
  • https://openalex.org/W2096606526
  • https://openalex.org/W2101639956
  • https://openalex.org/W2105004070
  • https://openalex.org/W2124754608
  • https://openalex.org/W2142533978
  • https://openalex.org/W2144449830
  • https://openalex.org/W2162585024
  • https://openalex.org/W2222870790
  • https://openalex.org/W2409078512
  • https://openalex.org/W2469594923
  • https://openalex.org/W2604968266
  • https://openalex.org/W2726319465
  • https://openalex.org/W2799421925
  • https://openalex.org/W2887475742
  • https://openalex.org/W2896111099
  • https://openalex.org/W2940860864
  • https://openalex.org/W3001844818
  • https://openalex.org/W3080572699