Abstract Osteoporotic hip fractures are associated with high mortality and morbidity rates as well as significant costs. Low-frequency (LF) axial transmission ultrasound is a promising modality for assessing mineral density and geometrical properties. Thus, it may yield additional information on the risk of osteoporotic fractures. This study aimed to evaluate the ability of LF ultrasound to assess osteoporotic status and the risk of fracture in postmenopausal women. Also, lifestyle-related risk factors of hip fractures and the additional discrimination value of combining lifestyle-related risk factors and LF ultrasound velocity were assessed. Two study populations were used. The first consisted of 1,222 older women. Lifestyle-related risk factors and mobility were assessed at baseline. The women were followed for 13 years and the fractures that occurred were recorded. A subgroup of the women was later measured with LF ultrasound and dual-energy x-ray absorptiometry (DXA). The other study population included 95 postmenopausal women whose fracture history was gathered and bone status assessed with LF ultrasound, DXA and peripheral quantitative computed tomography (pQCT). Low body mass and impaired mobility predicted hip fractures. In addition, the risk of cervical hip fracture was increased by low physical activity and decreased by moderate coffee consumption and hypertension. Smoking and old age increased the risk of trochanteric hip fracture. The LF ultrasound velocity reflected to some degree the geometry and bone mineral density of the proximal femur. Decreased low-frequency ultrasound velocity was a significant risk factor of hip fracture even when combined with lifestyle-related risk factors. The LF ultrasound method showed similar fracture discrimination ability compared to DXA and pQCT, especially on the radius. In conclusion, the LF ultrasound method showed promising results in bone characterization and fracture discrimination. Further prospective studies with larger population are needed to confirm the combined effect of clinical risk factors and LF ultrasound. / Tiivistelmä Osteoporoottisiin lonkkamurtumiin liittyy korkean sairastavuuden ja kuolleisuuden lisäksi huomattavat taloudelliset kustannukset. Tässä työssä tutkittiin matalataajuisen ultraäänitekniikan soveltuvuutta osteoporoosin ja murtumariskin arviointiin. Matalataajuista luun pituusakselin suuntaista ultraäänitekniikkaa voidaan käyttää luun mineraalitiheyden ja rakenteen tutkimiseen. Lisäksi tutkittiin elintapoihin liittyviä lonkkamurtuman riskitekijöitä sekä näiden yhdistämistä ultraäänimittaustulosten kanssa riskimalliin. Tutkimuksessa käytettiin kahta tutkimuspopulaatiota. Ensimmäisen muodosti 1222 ikääntynyttä naista, joiden elintavat ja liikuntakyky kartoitettiin tutkimuksen alussa. Kolmentoista vuoden seuranta-ajan aikana tapahtuneet murtumat kerättiin potilasarkistoista. Osa naisista osallistui matalataajuisella aksiaalisuuntaisella ultraäänellä tehtyyn mittaukseen ja kaksienergiseen röntgentutkimukseen (DXA). Toinen tutkimuspopulaatio koostui 95 postmenopausaalisesta naisesta. Naisten murtumahistoria kerättiin ja heille tehtiin matalataajuinen ultraäänimittaus sekä DXA- ja perifeerinen tietokonetomografiatutkimus (pQCT). Alhainen painoindeksi ja heikentynyt liikuntakyky lisäsivät lonkkamurtuman riskiä. Vähäinen fyysinen aktiivisuus lisäsi ja kohtalainen kahvinjuonti ja verenpainetauti alensivat reisiluun kaulan murtumariskiä. Tupakointi ja korkea ikä kasvattivat sarvennoisen alueen lonkkamurtuman riskiä. Matalataajuisen ultraäänen nopeus oli yhteydessä reisiluun yläosan geometriaan ja mineraalitiheyteen. Alhainen ultraäänen nopeus oli merkittävä lonkkamurtuman riskitekijä sekä yksin että yhdistettynä elintapamuuttujiin. Lisäksi ultraäänimenetelmä saavutti röntgenmenetelmiin (DXA ja pQCT) verrattavan erottelukyvyn murtumapotilaiden ja kontrollihenkilöiden välillä. Tutkittu ultraäänimenetelmä osoittautui lupaavaksi työkaluksi luun karakterisoinnissa ja murtumariskin arvioinnissa. Laajempia seurantatutkimuksia tulosten vahvistamiseksi tarvitaan erityisesti elintapoihin liittyvien riskitekijöiden ja ultraäänen yhdistämisen osalta.

Abstract Multiple sclerosis (MS) is the most frequent chronic inflammatory demyelinating disease of the central nervous system leading to neurological disability in young adults. Finland belongs to the high-risk areas of MS with continuously increasing of prevalence rates. In comparison to the general population, patients with MS have an increased risk of premature mortality. The extent of comorbidity rates and their role in the outcomes of MS have not been fully investigated. The aim of this thesis was to evaluate the epidemiology and survival of MS in Northern Ostrobothnia. The neurological comorbidity and frequency of fractures in patients with MS were also investigated. All MS patients diagnosed in Oulu University Hospital during 1990–2010 were included in this study. The prevalence of MS was 103/105; the mean overall incidence was 6.3/105. Women had a 2.3-fold higher MS incidence than men. The overall incidence figures were clearly affected by a pronounced increase among females. Neurological comorbidities were common in MS patients with 17.1 % of patients suffering from some other neurological diseases in addition with MS. The most common diseases were migraine (10.4 %) and epilepsy (4.7 %).The prevalence of stroke was similar in MS patients compared to the general population, but the 21-year survival rate was significantly lower in MS patients who had suffered a stroke compared with those MS patients without stroke. MS patients experienced a high risk for fragility fractures especially vertebral fractures. The possibility of osteoporosis had been examined only 26 % patients with fragility fractures and osteoporosis was detected in the majority. The prevalence of MS in our cohort was similar to the Finnish average, but in the Seinäjoki area, the prevalence was double the national average. Although the increasing incidence of female MS has been confirmed also in other studies, the reasons for this phenomenon are unknown. The increased risk for fragility fractures may be associated with low D vitamin levels or pathogenesis of MS. These findings emphasize the role of comorbid diseases in disability and survival of MS patients and attention should be paid to these conditions also in clinical practice. / Tiivistelmä MS-tauti on nuorten aikuisten yleisin etenevä ja usein työkyvyttömyyteen johtava neuroimmunologinen sairaus. Suomi kuuluu korkean riskin alueeseen ja maassamme on havaittu alueellisia eroja MS-taudin esiintyvyydessä. MS-taudin ennusteeseen vaikuttavia tekijöitä ei täysin tunneta, mutta luonnollisen kulun tutkimuksissa on havaittu, että MS-tauti lyhentää eliniän ennustetta useita vuosia muuhun väestöön verrattuna. MS-tautia sairastavien potilaiden toimintakyvyn ja eliniän ennusteeseen vaikuttavista liitännäissairauksista on hyvin vähän tietoa. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää MS-taudin epidemiologiaa sekä eliniän ennustetta Pohjois-Pohjanmaalla. Lisäksi tutkittiin MS-tautia sairastavien muuta neurologista sairastavuutta sekä luun murtumien esiintyvyyttä. Aineistona oli Oulun yliopistollisessa sairaalassa MS-taudin diagnoosin saaneet potilaat vuosilta 1990–2010. MS-taudin esiintyvyys oli 103/105 ja ilmaantuvuus keskimäärin 6.3/105. Naisilla MS-taudin ilmaantuvuus oli 2,3-kertainen miehiin verrattuna. MS-taudin ilmaantuvuus lisääntyi 15 vuoden seurannassa, mikä selittyi MS-taudin ilmaantuvuuden kasvulla naisten keskuudessa. MS-taudin lisäksi 17,1 %:lla potilaista oli jokin muu neurologinen sairaus. Yleisimmät sairaudet olivat migreeni (10,4 %) ja epilepsia (4,7 %). Neurologisista liitännäissairauksista aivoverenkiertohäiriöiden esiintyvyys oli yhtä suuri kuin väestössä yleensä, mutta sairastettu aivoverenkiertohäiriö lisäsi merkittävästi MS-potilaiden kuolleisuutta. MS-tautia sairastavilla havaittiin kohonnut riski etenkin matalaenergisiin murtumiin, joista merkittävä osuus oli selkärangan nikamamurtumia. Matalaenergisen murtuman saaneista potilaista luuntiheyden mittaus oli tehty vain 26 %:lle, joista suurimalla osalla todettiin osteoporoosi. Tutkimuksen perusteella MS-taudin esiintyvyys vastaa Suomen keskimääräistä esiintyvyyttä ja on noin puolet pienempi kuin Seinäjoen alueella, missä MS-taudin esiintyvyys on Suomen korkein. MS-taudin ilmaantuvuuden lisääntyminen naisten keskuudessa on havaittu myös muissa tutkimuksissa, mutta syy tähän ilmiöön on epäselvä. MS-tautia sairastavilla kohonnut murtumariski saattaa liittyä mataliin D-vitamiinipitoisuuksiin tai MS-taudin patogeneesiin. Koska liitännäissairastavuus sekä luunmurtumat heikentävät MS-tautia sairastavan toimintakykyä ja lisäävät kuolleisuutta, tulisi näihin kiinnittää enemmän huomiota myös kliinisessä työssä.

Abstract Distal radius fractures (DRFs) are the most commonly encountered fall-related fracture in clinical practice. Recognised as a typical fragility fractures, the ageing of the population may increase the occurrence of DRFs in the near future. The aims of this thesis were (I) to describe the epidemiology of DRFs in a cohort of adult patients in the city of Oulu during the year 2008 and to study changes in the incidence of DRFs during the last decades in Finland and other northern countries and the relationship between slippery conditions during the winter and the incidence of DRFs, (II) to compare the results of primary nonoperative treatment and early palmar plating of primarily dislocated DRFs in 80 patients ≥ 50 years old in an randomised controlled study and (III) to investigate the rate and risk factors for plate-related complications after palmar plate fixation of 881 DRFs. The crude incidence rate of DRFs was 258/100 000 person-years in Oulu in 2008, and the age-specific incidence rate in the female population aged ≥ 70 years was increased compared to previous studies in Finland and in Norway. A clear seasonal variation was observed in fall-related DRFs. The number of DRFs was 2.5 times higher on slippery winter days compared to non-winter days. Early palmar plating of DRFs showed favourable DASH (disabilities of the arm, shoulder and hand) scores at two years compared to primary nonoperative treatment. Delayed surgery in the primary nonoperative treatment group did not provide comparable DASH scores to early plating. The overall complication rate in the cohort of 881 plate-fixated DRFs was 15%. These could be regarded as plate-related in 7% of cases. Operations performed by low-volume surgeons and patient ages < 40 years were independent predictors of plate-related complications. In conclusion, the incidence of DRFs has increased during the last decades in Finland in elderly females, and slippery winter conditions increase the risk of DRFs. Early palmar plating of DRFs produces more consistent results compared to primary nonoperative treatment in patients ≥ 50 years old. The complication rate after palmar plating of DRFs is significantly influenced by surgeon experience and patient age. / Tiivistelmä Värttinäluun alaosan murtuma (rannemurtuma) on yleisin kaatumistapaturman aiheuttama luunmurtuma, jonka taustalla on monesti ikääntymisestä johtuva luun hauraus. Väestön edelleen ikääntyessä rannemurtumien ilmaantuvuus todennäköisesti lisääntyy. Tämän väitöskirjan tavoitteina oli (1) kuvata rannemurtumien epidemiologiaa ja ilmaantuvuuden muutosta Suomessa ja muissa Pohjoismaissa viimeisten vuosikymmenien aikana, sekä tutkia liukkaiden talvikelien yhteyttä rannemurtumien ilmaantuvuuteen. Lisäksi tavoitteena oli (2) verrata kahden eri hoitokäytännön — varhaisen levykiinnityksen ja ensisijaisen konservatiivisen hoidon — kliinisiä tuloksia ≥ 50-vuotiailla rannemurtumapotilailla. Lopuksi tavoitteena oli (3) selvittää rannemurtuman levytykseen liittyvien komplikaatioiden yleisyys sekä riskitekijät. Rannemurtumien ilmaantuvuus oli oululaisessa aikuisväestössä 258/100 000 henkilövuotta vuonna 2008. Ikä-spesifinen ilmaantuvuus lisääntyi aiempaan suomalaistutkimukseen verrattuna etenkin > 70 vuotiailla naispotilailla ja sama suuntaus todettiin myös aiemmassa norjalaistutkimuksessa. Rannemurtumien ilmaantuvuudessa todettiin selkeä vuodenaikavaihtelu, ja liukkaalla talvikelillä rannemurtuman riski oli 2.5-kertainen verrattuna ei-talvikelin murtumariskiin. Varhaisella rannemurtuman levykiinnityksellä saavutettiin paremmat DASH (Disabilities of the Arm, Shoulder, and Hand) – pisteet kahden vuoden seurannassa verrattuna ensisijaiseen konservatiiviseen hoitoon. Murtuman asennon heikentyessä seurannassa ei myöhäisleikkauksella saavutettu kliinistä hyötyä ensisijaisessa konservatiivisen hoidon ryhmässä. Komplikaatioprosentti 881 levykiinnityksellä hoidetun rannemurtumapotilaan aineistossa oli 15 %. Levytyskomplikaatioita todettiin 7 %:lla potilaista. Itsenäisiä levytyskomplikaatioille altistavia riskitekijöitä olivat kirurgin vähäinen leikkauskokemus ja potilaan matala ikä (< 40 vuotta). Yhteenvetona voidaan todeta, että rannemurtumien ilmaantuvuus on lisääntynyt Suomessa iäkkäillä naispotilailla viimeisten vuosikymmenten aikana ja liukkaudella on selkeä yhteys rannemurtumien ilmaantuvuuteen. Varhaisella leikkaushoidolla saavutetaan yhtenäisemmät hoitotulokset verrattuna ensisijaiseen konservatiiviseen hoitoon ≥ 50-vuotialla rannemurtumapotilailla. Kirurgin leikkauskokemus ja potilaan ikä ovat yhteydessä rannemurtuman levytyskomplikaatioiden riskiin.

Abstract Hip fracture is a significant problem in health care incurring major costs to society. Therefore, it is necessary to study fracture mechanisms and develop improved methods to estimate individual fracture risk. In addition to conventional bone density measurements, computational finite element (FE) analysis has been recognized as a valuable method for studying biomechanical characteristics of a hip fracture. In this study, computed tomography (CT) based finite element methods were investigated and simulation models were developed to estimate experimental femoral fracture load and hip fracture type in a sideways fall loading configuration. Cadaver femur specimens (age 55–100 years) were scanned using a CT scanner and dual-energy X-ray absorptiometry (DXA), and the femurs were mechanically tested for failure in a sideways fall loading configuration. CT images were used for generating the FE model, and DXA was used as a reference method. FE analysis was done for simulation models of the proximal femur in a sideways fall loading configuration to estimate the experimentally measured fracture load and fracture type. Statistical analyses were computed to compare the experimental and the FE data. Cervical and trochanteric hip fractures displayed characteristic strain patterns when using a FE model mainly driven by bone geometry. This relatively simple FE model estimation provided reasonable agreement for the occurrence of experimental hip fracture type. Accurate assessment between experimental and finite element fracture load (r2 =  0.87) was achieved using subject-specific modeling, including individual material properties of trabecular bone for bilinear elastoplastic FE models. Nevertheless, the study also showed that proximal femoral fracture load can be estimated with reasonable accuracy (r2 =  0.73) by a relatively simple FE model including only cortical bone. The cortical bone FE model was more predictive for fracture load than DXA and slightly less accurate than the subject-specific FE model. The accuracy and short calculation time of the model suggest promise in terms of effective clinical use. / Tiivistelmä Lonkkamurtuma on huomattava ongelma terveydenhuollossa aiheuttaen merkittäviä kustannuksia yhteiskunnalle. Tämän vuoksi on tärkeää tutkia ja kehittää uusia yksilöllisen murtumariskin arviointimenetelmiä. Elementtimenetelmä on tehokas laskennallinen työkalu lonkkamurtuman biomekaanisten ominaisuuksien tutkimisessa. Tässä työssä tutkittiin ja kehitettiin tietokonetomografiaan perustuvia reisiluun simulaatiomalleja kokeellisten murtolujuuksien ja lonkkamurtumatyyppien arviointiin. Reisiluunäytteet (ikä 55–100 vuotta) kuvattiin tietokonetomografialaitteella ja kaksienergisellä röntgenabsorptiometrialla, jonka jälkeen reisiluut kuormitettiin kokeellisesti murtolujuuden ja murtumatyypin määrittämiseksi sivuttaiskaatumisasetelmassa. Tietokonetomografialeikekuvia käytettiin simulaatiomallien luomiseen, ja kaksienergistä röntgenabsorptiometriaa käytettiin vertailumenetelmänä. Reisiluun simulaatiomallit analysoitiin elementtimenetelmän avulla kokeellisten murtolujuuksien ja murtumatyyppien arvioimiseksi. Tilastoanalyysiä käytettiin verrattaessa kokeellista aineistoa ja simulaatioaineistoa. Reisiluun muotoon perustuva simulaatiomalli osoitti, että reisiluun kaulan ja sarvennoisen murtumilla on tyypilliset jännitysjakaumat. Tämän suhteellisen yksinkertaisen mallin murtumatyyppi oli lähes yhdenmukainen kokeellisen murtumatyypin kanssa. Reisiluun kokeellinen murtolujuus pystyttiin arvioimaan tarkasti (r2 =  0.87) käyttäen yksityiskohtaista simulaatiomallia, joka sisältää yksilölliset hohkaluun materiaaliominaisuudet. Toisaalta murtolujuus pystyttiin arvioimaan kohtuullisella tarkkuudella (r2 =  0.73) melko yksinkertaisellakin mallilla, joka käsittää ainoastaan kuoriluun. Kuoriluuhun perustuva malli oli tarkempi arvioimaan reisiluun kokeellista murtolujuutta kuin kaksienerginen röntgenabsorptiometria ja lähes yhtä tarkka kuin yksityiskohtaisempi simulaatiomalli. Mallin tarkkuus ja lyhyt laskenta-aika antavat lupauksia tehokkaaseen kliiniseen käyttöön.

Abstract Despite numerous biomechanical and clinical studies on ankle fractures, the optimal treatment method for a stable fibula fracture is poorly known. Additionally, the clinical relevance and optimal fixation method of syndesmosis injury for different ankle fracture types is unclear. This thesis aimed: (I) to compare six weeks of cast immobilization with three weeks of immobilization (cast or orthosis) in a randomized controlled trial (RCT) of 247 patients with stable Weber B-type fibular fracture; (II) to compare mid-term outcome of syndesmosis transfixation with no fixation in an RCT of 24 patients with supination external rotation (SER) ankle fractures and syndesmosis injury; (III) to evaluate the significance of the syndesmosis injury on clinical outcome in a case-control study of 48 patients with SER ankle fractures; and (IV) to compare the syndesmosis fixation with a screw versus a suture-button device in terms of the accuracy and the maintenance of syndesmosis reduction in an RCT of 43 patients with pronation external rotation (PER) ankle fractures. Three weeks of immobilization in either a cast or an orthosis resulted in non-inferior outcomes compared to traditional six weeks’ immobilization in patients with stable Weber B-type fibula fracture. In patients with SER ankle fracture and unstable syndesmosis after fixation of bone fractures, leaving unstable syndesmosis unfixed resulted in similar outcomes compared to syndesmosis transfixation at mid-term follow-up. Patients with SER ankle fractures with or without an associated syndesmosis injury had similar clinical outcomes after a minimum of four years of follow-up. The syndesmotic screw and the suture-button fixation in patients with PER ankle fracture and unstable syndesmosis resulted in a low malreduction rate and both methods maintained reduction well. In conclusion, stable Weber B-type fibula fractures can safely be treated with only three weeks of cast immobilization or even with a simple orthosis. A syndesmosis injury in SER ankle fractures seems to be of minor therapeutic or prognostic importance and syndesmosis screw fixation has no effect on patient’s recovery compared to no syndesmosis fixation. An associated syndesmosis injury in PER ankle fractures can be fixed with a syndesmotic screw or a suture-button device with comparable outcomes. / Tiivistelmä Stabiilin nilkkamurtuman konservatiivisen hoidon toteutuksesta on hyvälaatuista tutkimustietoa tarjolla niukasti. Syndesmoosivamman kliininen merkitys ja sen hoitomenetelmät eri nilkkamurtumatyypeissä ovat kirjallisuuden perusteella vielä osittain epäselvät. Ensimmäisessä osatyössä vertailtiin kolmen viikon immobilisaatiota (kipsi tai ortoosi) perinteiseen kuuden viikon kipsihoitoon satunnaistetussa ja kontrolloidussa tutkimuksessa, joka käsitti 247 stabiilin Weber B-tyypin pohjeluun murtuman saanutta potilasta. Toisessa osatyössä vertailtiin syndesmoosin ruuvikiinnitystä kiinnittämättä jättämiseen satunnaistetussa ja kontrolloidussa tutkimuksessa, johon osallistui 24 SER (supinaatio-ulkorotaatio) -tyypin nilkkamurtumapotilasta, joilla todettiin syndesmoosin epävakaus leikkauksen aikaisessa rasituskokeessa. Kolmannessa osatyössä selvitettiin syndesmoosivamman kliinistä merkitystä SER-tyypin nilkkamurtumapotilailla tapaus-verrokki-asetelmassa. Neljännessä osatyössä vertailtiin syndesmoosin ruuvi- ja jännitelankakiinnitystä syndesmoosin kiinnitystarkkuuden ja kiinnityksen pysyvyyden suhteen satunnaistetussa ja kontrolloidussa tutkimuksessa, joka käsitti 43 PER (pronaatio-ulkorotaatio) -tyypin nilkkamurtuman saanutta potilasta. Stabiilin Weber B-tyypin pohjeluun murtuman hoidossa kolmen viikon immobilisaatio joko kipsillä tai ortoosilla oli yhtä hyvä ja turvallinen kuin perinteinen kuuden viikon kipsihoito. Syndesmoosin ruuvikiinnitettyjen ja kiinnittämättä jätettyjen SER-tyypin nilkkamurtumapotilaiden hoitotuloksissa ei todettu merkittäviä eroja keskipitkän aikavälin seurannassa. Syndesmoosivammalla ei todettu merkitystä SER-tyypin nilkkamurtuma-potilaiden hoitotulokseen tai ennusteeseen vähintään neljän vuoden seurannan jälkeen. Syndesmoosin reduktion suhteen ruuvi- ja jännitelankakiinnityksellä saadaan yhtä hyvät varhaisvaiheen tulokset PER-tyypin nilkkamurtumapotilailla ja molemmat kiinnitysmenetelmät säilyttävät syndesmoosin reduktion hyvin. Stabiilin Weber B -tyypin pohjeluun murtuman hoito voidaan toteuttaa turvallisesti ja tehokkaasti kolmen viikon immobilisaatiolla joko nilkkaortoosilla tai saapaskipsillä. Syndesmoosivammalla ei vaikuta olevan kliinistä merkitystä SER-tyypin nilkkamurtumapotilaan ennusteeseen, eikä vamman hoitaminen ruuvikiinnityksellä paranna potilaan hoitotulosta kiinnittämättä jättämiseen verrattuna. PER-tyypin nilkkamurtumiin liittyvän syndesmoosivamman korjauksessa voidaan käyttää joko ruuvikiinnitystä tai jännitelankasidosta yhtä hyvin hoitotuloksin.