No description available.

Each year, thousands of femoral and tibial internal fracture repairs are performed by orthopedic surgeons in the United States. Internal fixation of long bones using intramedullary nails (IMN) has decreased incidence of non-union, allowed shorter hospitalization time, and earlier weight bearing for the patient compared to other fixation methods. Orthopedic surgeons have expressed that one of the most difficult parts of this intramedullary nailing of long bones, is locating and drilling the interlocking screw holes. IMN interlocking requires the surgeon to locate the holes in the nail, center the drill, and advance the bit through the bone to meet them. Many novel procedures and devices have been developed to assist the surgeon in distal locking of intramedullary nails, but have some disadvantages. These can include the need for extensive x-ray exposure, expensive x-ray equipment, high power consumption, active electronics in vivo, soft tissue damage, which all lead to inaccurate screw placement. For these reasons, a new prototype device for locating and drilling IMN distal interlocking holes has been developed. This prototype device uses magnetic sensors to locate a permanent magnet placed at a know distance from the IMN interlocking hole. A drill sleeve may be attached to the targeting sensors so that when they are aligned with the target magnet, the drill sleeve is aligned with the axis of the interlocking hole to be drilled. This new prototype device has significant advantages over existing devices, including the following. It has no active or passive electronics in vivo, no x-ray imaging is needed for targeting, while allowing real time feedback of alignment. It is a percutaneous technique, which can be adapted for use with existing IMN's. The new prototype also has low power requirements allowing battery operation, a single target magnet with unique axisymmetric field and novel magnet orientation, and adjustable sensitivity. Additionally, the new device allows visual, audible, or tactile positioning feedback. This prototype magnetic targeting device can improve orthopedic surgeons' ability to target and drill distal IMN interlocking screw holes. This device may allow shorter surgery, decreased x-ray exposure, and fewer complications for the surgeon and patient. / Master of Science

M.Med., Orthopaedic Surgery, Faculty of Health Sciences, University of the Witwatersrand, 2010

Στην παρούσα εργασία μελετάμε την εφαρμογή ενός ρομποτικού βραχίονα στην διαδικασία της ενδομυελικής ήλωσης, η οποία είναι η συνήθης τεχνική που χρησιμοποιείται σε διαδικασίες ρουτίνας, για την ανακατασκευή των καταγμάτων του μηριαίου οστού και της κνήμης. Πιο συγκεκριμένα, αρχικά γίνεται προσπάθεια ανίχνευσης των οπών του ενδομυελικού ήλου, οι οποίες λαμβάνονται μέσω ενός C-arm, στον τρισδιάστατο χώρο. Στις οπές αυτές τοποθετούνται ειδικά μεταλλικά καρφιά που στοχεύουν στη συγκράτηση του ενδομυελικού ήλου με το οστό του ασθενούς. Από τη στιγμή που έχει προσδιοριστεί ο άξονας που συνδέει δύο οπές στον ήλο, οδηγείται ρομποτικός βραχίονας προκειμένου να τρυπηθεί το οστό του ασθενούς, κατά μήκος αυτού του άξονα. Η όλη διαδικασία μελετάται μέσω προσομοίωσης στην παρούσα εργασία. / The summary is not available.

Background: Tibial fractures are associated with prolonged recovery. The aim of this study was to identify predictors of long-term physical functioning after tibial shaft fracture. Methods: We used data from the Trial to Re-evaluate Ultrasound in the Treatment of Tibial Fractures (TRUST) to determine, in patients with unilateral, open or closed tibial shaft fracture, the association between baseline factors and physical functioning at 1-year. All fractures were fixed using intramedullary nails. Physical functioning was measured using the 100-point Short Form-36 (SF-36) Physical Component Summary (PCS) score; higher is better; minimally important difference is 2 to 5 points. Results: There were 299 tibial fracture patients with complete data available for analysis. In an adjusted analysis, the factors associated with lower physical functioning at 1-year were: (1) current smokers (mean difference [MD] -2.55, 95% confidence interval [95%CI] -4.63 to -0.46, p=0.017), (2) body mass index >30 kg/m² (MD -2.57, 95% CI -4.86, -0.27, p = 0.029), and (3) patients who were receiving disability benefits or involved in litigation, or planned to be (MD -2.65, 95% CI -4.58 to -0.72, p = 0.007). Patients who were employed at the time of their fracture reported significantly higher physical functioning at 1-year (MD 4.56, 95% CI 2.32 to 6.80, p= <0.001) and those who were allowed to partial or full weight-bear post-operatively (MD 1.98, 95% CI 0.13 to 3.82, p=0.036). Neither age, sex, fracture severity or receipt of physical therapy were associated with long-term physical functioning. Conclusions: Among patients undergoing surgical repair of tibial fractures, partial or full weight-bearing post-operatively and employment at the time of injury predict better long-term functioning, whereas smoking, obesity, and receipt of disability benefits or involvement in litigation (or plans to be) predict worse long-term functioning. / Thesis / Master of Science (MSc)

The purpose of this study is to investigate the effect of loading during long bone fracture healing in-vitro and in-vivo. Fracture healing has until now only been monitored using radiographs and ultrasound. An intramedullary nail instrumented with strain gauges has the potential to monitor loading in-vivo during bone fracture healing. Strain has been previously monitored over time though external fixation devices however there has been no published data about monitoring through a nail. The load carried by a telemetric intramedullary nail during simulated fracture healing is monitored in-vitro with the aid of custom designed jigs, integrated in a biomechanical test frame. Clinically predetermined loading conditions are applied to the construct and synthetic bone composites are used developed to simulate mechanical strength of early to mature osteogenic bone, approximating natural healing processes. Four different synthetic bone composites have been designed and developed to mimic the mechanical properties of granulation tissue, fibrous tissue, cartilaginous tissue and immature bone. Three different generations (GEN I – IIIa) of intramedullary nails were developed and biomechanically tested in-vitro. GEN I and II were purely biomechanical nails that underwent compression, torsional and 4pt bend tests. Different fracture patterns and callus morphology were simulated and tested biomechanically. Circumferential and segmental application of the synthetic materials were applied on the artificial fractured bone instrumented with GEN I. Observations from live animal study provided x-rays from which callus growth patterns were extracted and repeated in-vitro. Cadaveric biomechanical tests and pre-clinical trial of GEN IIIa was conducted. The aim was to repeat the biomechanical tests while at the same time monitoring healing with an instrumented nail implanted in an induced fractured, ovine left hind limb. A loading rig was designed for the in-vivo test. The hypothesis proposed is that forces experienced by an intramedullary nail will progressively decrease as fracture heals. Results from GEN I have shown that strain measurement can be monitored during fracture healing in-vitro. The GEN IIIa nail is yet to be tested in-vivo for the same biomechanical tests for comparison. There is currently no published study on simulating fracture healing with accuracy.

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η εκτίμηση και αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της αντικατάστασης της εξωτερικής οστεοσύνθεσης με ενδομυελικό ήλο, κατά την φάση ωρίμανσης του πώρου μετά από οστική επιμήκυνση. Σε πειραματικό επίπεδο διενεργήθηκε, σε 12 σκελετικά ώριμα θηλυκά πρόβατα τα οποία χωρίσθηκαν σε δύο όμοιες ομάδες (ομάδα Α και ομάδα Β), οστεοτομία κνήμης και σταδιακή επιμήκυνση 2cm με τη χρήση συσκευής Ilizarov και ρυθμό 0,5mm/12ώρο. Στην ομάδα Α, αμέσως μετά το τέλος της επιμήκυνσης, γινόταν αφαίρεση της συσκευής Ilizarov και τοποθέτηση, υπό ακτινοσκοπικό έλεγχο στατικού ενδομυελικού ήλου, χωρίς γλυφανισμό. Στην ομάδα Β (ομάδα ελέγχου), η συσκευή Ilizarov παρέμεινε (κατά την συνήθη τεχνική) έως το τέλος της φάσης ωρίμανσης του πώρου. Η πορεία της ωρίμανσης του πώρου, μελετήθηκε και στις δύο ομάδες, σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές, με ακτινολογικούς ελέγχους, υπερηχογραφήματα, triplex, και ψηφιακή αγγειογραφία. Όλα τα πειραματόζωα θυσιάστηκαν την 70η ημέρα μετά την οστεοτομία και τα οστικά παρασκευάσματα μελετήθηκαν με υπολογιστική αξονική τομογραφία και ιστοπαθολογική ανάλυση . Όλα τα πειραματόζωα της ομάδας Α, ανέχθηκαν επιτυχώς την ενδομυελική ήλωση, και διατήρησαν τον άξονα του σκέλους, ενώ βελτιώθηκε η κινητικότητα και η ποιότητα διαβίωσή τους μετά την αφαίρεση της συσκευής. Σε όλα είχε αναπτυχθεί ώριμος πώρος στο τέλος της φάσης σταθεροποίησης, με έντονη παρουσία στοιχείων οστικής ανακατασκευής (remodeling). Στην ομάδα Β, στο ίδιο χρονικό διάστημα, 5 στα 6 ανέπτυξαν σκληρό δευτερογενή ώριμο πώρο, 3 είχαν διαταραχή στον άξονα του σκέλους, 3 παρουσίασαν επιπολής λοίμωξη στις εισόδους των βελονών ενώ 1 ανέπτυξε εν τω βάθη λοίμωξη. Σε κλινικό επίπεδο, σε 30 ασθενείς (33 περιπτώσεις), η συσκευή εξωτερικής επιμήκυνσης (Ilizarov ή μονόπλευρη) αντικαταστάθηκε σε κάποια χρονική στιγμή κατά την διάρκεια της φάσης σταθεροποίησης μετά το τέλος της οστικής επιμήκυνσης από στατική ενδομυελική ήλωση. Τα κύρια αίτια που οδήγησαν σ’ αυτή την αντικατάσταση ήταν: α) καθυστέρηση πώρωσης στο σημείο οστικής συμπλησίασης (17 ασθενείς), β) γωνιακή παραμόρφωση του πώρου ή κάταγμα (8 ασθενείς), γ) δυσανεξία της συσκευής (5 ασθενείς), σε συνδυασμό ή όχι με καθυστέρηση ωρίμανσης του πώρου επιμήκυνσης. Ο μέσος χρόνος παρακολούθησης των ασθενών ήταν 4 χρόνια (2-13 χρόνια). H συσκευή επιμήκυνσης παρέμεινε κατά μέσο όρο 340 ημέρες (148-630 ημέρες) ή κατά αναλογία με το μέγεθος του οστικού ελλείμματος 38 ημέρες/cm ελλείμματος. Σε έναν ασθενή (3,03%) συνέβη ενδομυελική λοίμωξη μετά την τοποθέτηση του ήλου ενώ σε 5 περιπτώσεις (15,2%) μικρή απώλεια του μήκους του πώρου. Σε μία περίπτωση (3,03%) υπήρξε αποτυχία πώρωσης στο σημείο της οστικής συμπλησίασης. Στους υπόλοιπους ασθενείς επήλθε ολοκλήρωση της ωρίμανσης του πώρου είτε στην περιοχή της επιμήκυνσης είτε στην περιοχή της τελικής συμπλησίασης σε μέσο χρονικό διάστημα 5,9 μηνών. Η δευτερογενής ενδομυελική ήλωση μετά από διατατική οστεογένεση μειώνει τη διάρκεια εφαρμογής της εξωτερικής οστεοσύνθεσης, επιλύει προβλήματα δυσανεξίας στη συσκευή της εξωτερικής οστεοσύνθεσης, ενώ προάγει τη διαδικασία πώρωσης στην περιοχή της τελικής συμπλησίασης και στην περιοχή του επιμηκυνθέντος πώρου επιταχύνοντας την λειτουργική αποκατάσταση του σκέλους. / The purpose of the study is to evaluate the effectiveness of external fixation exchange by intramedullary nailing during consolidation phase following callus distraction phase in distraction osteogenesis. In 12 skeletally mature sheep, divided in two groups (group A and group B), tibial shaft osteotomy and 2cm gradual callus distraction using Ilizarov external fixator was performed. In group A, Ilizarov fixator was removed immediately after lengthening completion and static unreamed intramedullary nail was inserted. In group B (control group), Ilizarov device remained during consolidation phase (according to the usual technique). Formatted callus was studied by radiographs, ultrasonograms, triplex and digital angiograms. All animals were sacrificed 70 days after osteotomy and bone specimens, were evaluated by computed tomograms and histopathologic examination. In group A, all animals successfully tolerated intramedullary nailing attaining limb alignment and formatted mature callus (which had started the remodeling phase), before being sacrificed. In group B, 5/6 formatted mature callus, 3 had serious axis disorder, 3 persistent superficial pin-track infections and 1 deep infection. The method decreases the total duration of external fixation, limits joint stiffness, pin-track infections and axial deformities, and provides protection against re-fracture. We also evaluated the outcome in 30 patients (33 segments) with secondary intramedullary nailing during the consolidation phase after callus distraction using an external device. Docking site nonunion (17 patients), angular deformity or fracture of the lengthened area (8 patients), or intolerance to the external device (5 patients), in combination or not with a delayed distracted callus maturation, were the main reasons for nailing. The average follow-up time was 4 (2-12 years). Intramedullary infection after nailing occurred in 1 case, and slight callus length loss in 5 cases. Failure of union at the docking site with nail breakage occurred in 1 case. In the other patients, consolidation in the lengthened callus area as well as union at the docking site was achieved average 6 months after nailing. Secondary intramedullary nailing during the consolidation phase of distraction osteogenesis is a treatment option for intolerance of the external fixator, delayed callus maturation or docking site nonunion, reducing the prolonged use of the external fixator.

Μελέτη της ανάστροφης ενδομυελικής ήλωσης στα κατάγματα του περιφερικού μηριαίου, στα υπερκονδύλια περιπροθετικά κατάγματα του μηριαίου και η εξέλιξη της χειρουργικής τεχνικής. Υλικό-Μέθοδος: Μελετήθηκαν 57 κατάγματα του περιφερικού μηριαίου σε 53 ασθενείς, 10 περιπροθετικά κατάγματα σε 9 ασθενείς ενώ η εξελιγμένη μορφή της τεχνικής εφαρμόστηκε σε 9 ασθενείς κατά την περίοδο 1997-2004. Αποτελέσματα: Στην ομάδα των καταγμάτων του περιφερικού μηριαίου υπήρξαν 2 ψευδαρθρώσεις και 3 επιπολής μικροβιακές φλεγμονές. Στα περιπροθετικά κατάγματα το ποσοστό πώρωσης ανήλθε στο 100%, ενώ με την αρθροσκοπικά υποβοηθούμενη τεχνική μειώθηκε σημαντικά η περιεγχειρητική θνησιμότητα. Συμπεράσματα: Η ανάστροφη ενδομυελική ήλωση αποτελεί μία αξιόπιστη τεχνική με υψηλό ποσοστό πώρωσης και μικρή συχνότητα επιπλοκών. Με την αρθροσκοπικά υποβοηθούμενη τεχνική μειώνεται σημαντικά η περιεγχειρητική θνησιμότητα. / To evaluate the retrograde intramedullary nailing in distal femoral fractures, in supracondylar periprosthetic fractures and to present the arthroscopically assisted technique. Material-Method: Between 1997 and 2004 we have treated 57 distal femoral fractures in 53 patients, 10 supracondylar periprosthetic fractures in 9 patients and we have applied the arthroscopically assisted technique in 9 patients. Results: In the distal femoral fracture group there were 2 nonunions and 3 superficial infections. In the supracondylar periprosthetic fractures the union rate was 100%. With the arthroscopically assisted technique the postoperative morbidity was reduced significantly. Conclusions: Retrograde intramedullary nailing is a reliable technique to treat distal femoral fractures. It is accompanied by a high union rate and low complication rate. The arthroscopically assisted technique has also reduced significantly the postoperative morbidity.

Background and Objectives: Freehand distal interlocking of intramedullary nails is technically demanding and prone to handling issues. It requires precise placement of a screw through the nail under fluoroscopy guidance and can result in a time consuming and radiation expensive procedure. Dedicated training could help overcome these problems. The aim of this study was to assess construct and face validity of new Digitally Enhanced Hands-On Surgical Training (DEHST) concept and device for training of distal interlocking of intramedullary nails. Materials and Methods: Twenty-nine novices and twenty-four expert surgeons performed interlocking on a DEHST device. Construct validity was evaluated by comparing captured performance metrics—number of X-rays, nail hole roundness, drill tip position and drill hole accuracy—between experts and novices. Face validity was evaluated with a questionnaire concerning training potential and quality of simulated reality using a 7-point Likert scale. Results: Face validity: mean realism of the training device was rated 6.3 (range 4–7). Training potential and need for distal interlocking training were both rated with a mean of 6.5 (range 5–7), with no significant differences between experts and novices, p 0.234. All participants (100%) stated that the device is useful for procedural training of distal nail interlocking, 96% wanted to have it at their institution and 98% would recommend it to colleagues. Construct validity: total number of X-rays was significantly higher for novices (20.9 6.4 versus 15.5 5.3, p = 0.003). Success rate (ratio of hit and miss attempts) was significantly higher for experts (novices hit: n = 15; 55.6%; experts hit: n = 19; 83%, p = 0.040). Conclusion: The evaluated training device for distal interlocking of intramedullary nails yielded high scores in terms of training capability and realism. Furthermore, construct validity was proven by reliably discriminating between experts and novices. Participants indicate high further training potential as the device may be easily adapted to other surgical tasks.

Η ενδομυελική ήλωση αποτελεί πλέον μια κοινώς αποδεκτή και καταξιωμένη μέθοδο, στην αντιμετώπιση καταγμάτων διάφυσης μακρών οστών (και όχι μόνο). Μετά από μισό και πλέον αιώνα εφαρμογής της, έχει αποκτηθεί σημαντική εμπειρία και για πολλούς Ορθοπαιδικούς χειρουργούς αποτελεί μέθοδο εκλογής στην καθημερινή χειρουργική πρακτική. Πολλές πτυχές της μεθόδου έχουν αποτελέσει αντικείμενο διεξοδικής μελέτης αλλά το ζήτημα της περιφερικής ασφάλισης των ενδομυελικών ήλων, εξακολουθεί να προκαλεί ίσως το μεγαλύτερο προβληματισμό για τον χειρουργό. Η «δια χειρός» (free-hand) αναζήτηση των οπών περιφερικής ασφάλισης του ήλου είναι μια διαδικασία χρονοβόρα, συχνά τραυματική και κυρίως επιβαρυντική με ακτινοβολία Χ λόγω χρήσης ακτινοσκοπικού μηχανήματος διεγχειρητικά, ακόμη και για έμπειρους χειρουργούς. Τα μηχανικά σκόπευτρα (στις διάφορες παραλλαγές που μέχρι τώρα έχουν χρησιμοποιηθεί) μπορούν να βοηθήσουν. Η συχνά αναπόφευκτη όμως παραμόρφωση του ήλου κατά την εισαγωγή του στον αυλό, καθιστά προβληματική τη λειτουργικότητα και μειώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα τους. Αυτό σε συνδυασμό με το συχνά περίπλοκο εξοπλισμό αλλά και την απαιτούμενη εκμάθηση της τεχνικής, αποθαρρύνουν σε πολλές περιπτώσεις το Χειρουργό, που καταφεύγει τελικά εκ νέου στη free-hand τεχνική. Η εκτεταμένη πλέον χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών και στη χειρουργική, έχει βρει πεδίο εφαρμογής και στο θέμα αυτό. Πολύπλοκα λογισμικά με αντίστοιχο εξοπλισμό και μεθοδολογία, φιλοδοξούν να κατευθύνουν με ακρίβεια το χέρι του Χειρουργού στις οπές ασφάλισης του ήλου. Μέχρι σήμερα τέτοια συστήματα αποτελούν «σενάριο απ’ το μέλλον» για το μέσο Ορθοπαιδικό Χειρουργό (και ειδικότερα για τα δεδομένα του Ελληνικού χώρου). Οι υψηλές απαιτήσεις τους σε τεχνογνωσία και εξοπλισμό σε συνδυασμό με το σημαντικό κόστος τους, είναι λόγοι για τους οποίους δεν μπορούν να θεωρηθούν ρεαλιστική λύση επί του παρόντος. Το σύστημα περιφερικής σκόπευσης του ήλου S2 ανήκει στην κατηγορία των μηχανικών σκοπεύτρων. Χωρίς να διαφέρει σημαντικά στις απαιτήσεις του ως προς την εκμάθηση της συναρμολόγησης και χρήσης του από τον Χειρουργό (και το βοηθητικό προσωπικό του χειρουργείου) σε σχέση με άλλα μηχανικά σκόπευτρα, παρουσιάζει ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό. Η προσαρμοστικότητα του μηχανισμού σκόπευσης παρέχει τη δυνατότητα απόσβεσης της γεωμετρικής παραμόρφωσης (προσθιοπίσθιας, πλαγιοπλάγιας και στροφικής) του ήλου μετά την εισαγωγή του, εντός φυσικά ορισμένων ορίων με αξιόλογο όμως εύρος. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει τα μετρήσιμα ευρήματα από μια σειρά 190 περιστατικών, στα οποία εφαρμόστηκε κλινικά για πρώτη φόρα ο ήλος S2 σε κατάγματα μηριαίου και κνήμης, καθώς επίσης και συγκριτική μελέτη αποτελεσματικότητας του σκοπεύτρου του ήλου S2 και της «δια χειρός» περιφερικής σκόπευσης για την ασφάλιση του ήλου G-K. Το ενδιαφέρον εστιάστηκε στην ευστοχία του σκοπεύτρου, στην ταχύτητα εφαρμογής της μεθόδου και ιδιαίτερα στην μείωση της χρήσης ακτινοσκοπικών λήψεων. Τα ευρήματα αυτά σε σύγκριση με αντίστοιχα άλλων μεθόδων, όπως προκύπτει από τα έως τώρα βιβλιογραφικά δεδομένα, καθιστούν τον ήλο S2 και το σύστημα σκόπευσης του, μια ιδιαίτερα αποτελεσματική και κυρίως ελάχιστα επιβαρυντική ως προς την ακτινοβολία (για ασθενή, Χειρουργό και βοηθητικό προσωπικό) μέθοδο. / Intramedullary nailing is a well known, successful and widely accepted method in treatment of diaphyseal fractures (and not only) of long bones. After more than a half of century of application of intramedullary nails, important experience has been acquired and for many Orthopaedic surgeons the specific method constitutes the treatment of choice in the daily chirurgical practice. Many aspects of the method have been studied extensively but the part of distal locking of intramedullary nails continues to be troubleshooting for many Surgeons. “Free-hand” technique is excessively used as a targeting method for distal locking despite the fact that it is a time-consuming process, frequently traumatic and mainly aggravating with radiation, as the use of image intensifier is mandatory intra-operatively. Mechanical targeting devices (in many variants) that up to now have been used, can help. However the deformation of nail, usually inevitable during its import in the intramedullary canal, turns out to be the main cause of limited effectiveness. This, in combination with the relatively complex equipment, but also the required learning time of technique, usually discourage surgeon of using these mechanical targeting devices and finally the free-hand technique turns again to be the method of choice in distal locking. The extensive henceforth, use of computers in operating theatre has also found a challenging field of application in this subject. Complicate software with corresponding equipment and methodology aspire to drive surgeon’s hand with precision to distal screw holes of intramedullary nails. Still, such systems seem to be “script of future” for the average Orthopaedic surgeon. High requirements in know-how and equipment, in combination with considerable cost of computer-assisted navigation, are strong reasons for not being considered as a realistic solution on the present. S2 nails with associated distal targeting system, belong in the category of nail mounted, mechanical targeting devices. Without differing considerably in requirements and learning demands from the Surgeon (and the assisting personnel in operating theatre), in comparison with other mechanical devices, it presents one particular characteristic. The adaptability of targeting system provides the ability of damping of nail deformation (during intramedullary application), inside limits with appreciable breadth. This dissertation presents the measurable findings of the first 190 cases of femoral and tibial shaft fractures treated by intramedullary nailing with S2TM nail and S2TM distal targeting device, and also a comparative study between S2 distal targeting device and ‘free-hand’ technique for G-K distal locking. The interest was focused in the effectiveness of the device, the duration of the procedure (distal locking screws placement and total intramedullary nailing time) and particularly in the reduction of image intensifier use (reduction of patient, surgeon and personnel exposition to x-rays). Results were compared to bibliographic data of other well-studied methods of distal targeting in intramedullary nailing and in conclusion, S2TM nail and its distal targeting device is a significantly effective and mainly minimally aggravating with x-ray radiation, method.