Ideal Pin Length and Interval in Tension Band Wiring using Ring Pins for Transverse Olecranon Fractures: a Biomechanical Study = 링 핀을 이용한 긴장대 강선 고정술식을 이용한 주두 골절의 치료에서 이상적인 링 핀의 간격과 길이에 대한 생역학적 분석

국문 초록 (Abstract)

배경: 긴장대 강선 고정술(tension band wiring, TBW)은 단순 횡형 척골 주두 골절의 치료에 널리 사용되는 내고정술이지만, K-강선의 이동이나 피부 자극과 같은 합병증이 빈번히 발생한다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 고리형 핀(아이렛 핀) 시스템이 개발되었으며, 이는 골수강 내 삽입을 통해 보다 안정적인 고정이 가능하고 기기 관련 합병증을 감소시킬 수 있다. 고리형 핀을 이용한 긴장대 강선 고정술의 임상적 및 생역학적 우수성이 여러 연구에서 보고되었으나, 최적의 핀 길이와 두 핀 사이의 간격에 대해서는 명확한 근거가 부족하다. 본 연구의 목적은 횡형 척골 주두 골절에서 긴장대 강선 고정술 시행 시 생역학적으로 가장 이상적인 고리형 핀의 길이와 간격을 규명하는 것이다.
방법: 4세대 복합 인공 척골(Sawbones) 32개를 이용하여 표준화된 횡형 척골 주두 골절(Mayo type 2A) 모델을 제작하였다. 시편은 고리형 핀의 길이와 간격에 따라 4개 군(n=8)으로 분류하였다: 1군(길이 70 mm, 간격 20 mm), 2군(길이 70 mm, 간격 10 mm), 3군(길이 50 mm, 간격 10 mm), 4군(길이 90 mm, 간격 10 mm). 모든 시편은 직경 1.6 mm의 고리형 핀과 18게이지 스테인리스 강선을 이용하여 표준적인 8자형 긴장대 강선 고정술로 고정하였으며, 동일한 숙련된 정형외과 외상 전문의가 일관되게 시행하였다. 이후 5–110 N의 하중, 1 Hz, 500회 반복의 반복하중(cyclic loading) 시험을 시행하여 골절부의 미세이동(micromotion)과 변위(displacement)를 평가하였고, 하중을 견뎌낸 시편에 대해서는 변위 속도 5 mm/분으로 증가시키는 파절하중시험(load-to-failure test)을 시행하여 최대 고정 강도를 측정하였다. 통계분석은 비모수 검정(Mann–Whitney U, Kruskal–Wallis 검정)과 Bonferroni 보정을 이용하였다.
결과: 모든 군에서 반복하중 동안 안정성이 유지되었으나, 3군(길이 50 mm, 간격 10 mm)에서만 미세이동이 1.0 mm를 초과하였다. 평균 미세이동 및 변위는 3군에서 2군 및 4군보다 유의하게 컸으며(p < 0.01), 1군과 2군 간, 2군과 4군 간에는 유의한 차이가 없었다. 파절하중시험 결과, 3군의 최대 파절하중(216 ± 27 N)은 2군(276 ± 23 N)과 4군(293 ± 34 N)에 비해 유의하게 낮았다(p < 0.001). 모든 시편에서 고리형 핀의 파손이나 이동은 관찰되지 않았으며, 실패 양상은 모두 강선 꼬임 부위의 풀림 또는 파절로 인한 것이었다.
결론: 고리형 핀의 길이는 구조물의 안정성에 중요한 영향을 미쳤으나, 두 핀 사이의 간격은 생역학적 고정력에 유의한 영향을 미치지 않았다. 길이 70 mm 미만의 핀은 고정력이 저하되었으며, 90 mm 핀은 70 mm 핀에 비해 추가적인 이점을 보이지 않았다. 따라서 횡형 척골 주두 골절에서 긴장대 강선 고정술을 시행할 때 이상적인 고리형 핀의 구성은 10 mm 간격으로 평행하게 삽입된 길이 70 mm 이상의 두 개의 핀이다. 과도하게 넓은 간격은 척골 골수강의 협소화로 인해 술기적 어려움을 초래할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: Tension band wiring (TBW) remains one of the most widely used fixation methods for simple transverse olecranon fractures; however, complications such as K-wire migration and skin irritation are common. To address these issues, the ring-pin (eyelet-pin) system was developed, enabling intramedullary pin insertion and stable fixation with fewer hardware-related complications. Although several studies have reported favorable clinical and biomechanical outcomes with TBW using ring pins, no consensus exists regarding the optimal pin length or the ideal interval between the two ring pins. We aimed to determine the biomechanically optimal ring-pin length and inter-pin interval for TBW for treating transverse olecranon fractures.
Methods: Thirty-two fourth-generation composite ulnae (Sawbones) were used to create standardized transverse olecranon fracture models (Mayo Type 2A). These specimens were divided into four groups (n = 8 each) according to ring-pin length and interval: Group 1 (70 mm length, 20 mm interval), Group 2 (70 mm, 10 mm), Group 3 (50 mm, 10 mm), and Group 4 (90 mm, 10 mm). Fixation was performed using 1.6-mm ring pins and 18-gauge stainless steel wire in a standard figure-of-eight TBW configuration. All procedures were performed by a single experienced orthopedic trauma surgeon to ensure consistency. Cyclic loading (5–110 N, 500 cycles, 1 Hz) simulated active elbow motion, measuring micromotion and displacement across the fracture site. Specimens that completed cyclic loading underwent load-to-failure testing (5 mm/min) to determine maximal fixation strength. Data were analyzed using nonparametric tests (Mann–Whitney U and Kruskal–Wallis tests) with the Bonferroni correction.
Results: All specimens maintained their stability during cyclic loading, with micromotion below 1.0 mm except for Group 3 (50 mm, 10 mm). Mean micromotion and displacement were significantly greater in Group 3 than in Groups 2 and 4 (p < 0.01), and no significant differences were observed between Groups 2 and 4 or between Groups 1 and 2. In the load-to-failure test, Group 3 showed a significantly lower maximal failure load (216 ± 27 N) than Groups 2 (276 ± 23 N) and 4 (293 ± 34 N; p < 0.001). All failures resulted from wire loosening or breakage at the wire-twist site, with no instances of ring-pin breakage or migration.
Conclusions: Ring-pin length significantly affected construct stability, whereas inter-pin interval exerted no measurable biomechanical effect. Pins shorter than 70 mm provided inferior fixation strength, while increasing pin length to 90 mm conferred no additional benefits. The optimal configuration for TBW with ring pins in transverse olecranon fractures is two parallel pins inserted 10 mm apart, each at least 70 mm in length. Wider spacing offers no mechanical advantage and may increase cortical perforation risk due to narrowing of the ulnar-medullary canal.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1 Study Background 1
• 1.2 Purpose of Research 4
• Chapter 2. Materials and Methods 5
• 2.1 Study Design and Ethical Approval 5
• 2.2 Specimens and Implants 5
• 2.3 Specimen Preparation, Fixation Procedure, and Group Allocation 6
• 2.4 Biomechanical Testing Setup 7
• 2.5 Cyclic Loading Protocol (Simulated Active Range of Motion) 8
• 2.6 Load-to-Failure Protocol 9
• 2.7 Outcome Measures 9
• 2.8 Sample Size and Power 9
• 2.9 Statistical Analysis 9
• 2.10 Reproducibility and Procedural Consistency 10
• 2.11 Limitations of the Experimental Model 11
• Chapter 3. Results 11
• 3.1 Cyclic Loading Test 11
• 3.2 Load-to-Failure Test 12
• 3.3 Failure Modes 13
• Chapter 4. Discussion 13
• Chapter 5. Conclusion 17
• Chapter 6. Tables 19
• Chapter 7. Figures 21
• References 33
• Abstract in Korean 36