Stabilization Study of Distal Physeal Fractures Using Bone Staples in 3D-printed Femurs = 3D 프린트된 대퇴골에서 뼈 스테이플을 이용한 원위 성장판 골절의 안정성 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to compare the fixation stiffness among of the cross pinning technique, figure-of-eight stainless steel wire technique, and bone staple technique in distal femoral physeal fractures using 3D-printed canine bone models.
CT scans of the femurs in a 7-month-old, 5.6 kg Shiba Inu dog with open growth plates were used to create 21 bone models, which were then utilized for the experiment. To facilitate the experiment, the distal diaphysis and epiphysis of the femur were separately fabricated. Group 1 was stabilized with crossed pins using 1.4 mm Kirschner wires, Group 2 was stabilized with a figure-of-eight 0.8mm stainless steel wire, and Group 3 was stabilized with 10 mm wide bone staples. To conduct a bending test, additional fabrication was performed on the distal ends of the bones to serve as jigs. The experiment was conducted after mounting the femur at a 65-degree angle to the ground using the jig. In the experiment, a force was applied at a speed of 10N per minute. The results at 1 mm, 2 mm, and 3 mm displacement and the maximum failure load were analyzed.
At all displacements 1 mm, 2 mm, 3 mm, statistically significant differences (p < 0.05). were observed between Group 1 and Group 3, as well as between Group 2 and Group 3. However, no significant difference was found between Group 1 and Group 2. At maximum failure load, Group 1 and Group 2, Group 1 and Group 3, and Group 2 and Group 3, showed significant differences (p < 0.05). The failure modes included caudal bending of all K-wires in Group 1, wire unraveling in Group 2, and bone fractures around the staple or wire separation in Group 3.
In conclusion, this study indicates that the use of figure-of-eight steel wire or bone staples can be applicable to the cross-pinning technique for distal femoral physeal fractures.

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 3D 프린트된 개 뼈 모델을 이용하여 원위 대퇴골 성장판 골절에 대한 교차 핀 고정법, 8자 형태의 스테인리스 스틸 와이어 고정법, 본 스테이플 고정법의 생체역학적 강도를 비교하는 것이다.
연구에 사용된 대퇴골은 7개월령의 5.6kg 시바이누 개의 CT 촬영을 기반으로 제작하였으며, 총 21개의 뼈 모델을 제작하여 실험에 사용했다. 실험을 용이하게 진행하기 위해 대퇴골의 원위 대퇴골과 골단을 별도로 제작했다. 생체역학적 테스트는 세 개의 그룹으로 나누어 진행되었다. 그룹 1은 1.4mm Kirschner wire를 사용한 교차 핀 고정법으로 고정되었고, 그룹 2는 0.8mm 스테인리스 스틸 와이어를 사용한 8자 형태로 고정되었으며, 그룹 3은 10mm 폭의 본 스테이플로 고정되었다. 굽힘 테스트를 진행하기 위해, 성장판의 원위부에는 추가적인 가공을 거쳐 지그에 장착이 용이하게 하였다. 실험은 대퇴골을 지면과 65도 각도로 고정한 후 진행되었으며, 힘은 분당 10N의 속도로 가해졌다.
실험 결과 1mm, 2mm, 3mm 변위에서 최대 파괴 하중에 이르기까지 그룹 1과 그룹 3, 그룹 2와 그룹 3 간에 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 그러나 그룹 1과 그룹 2 간에는 유의미한 차이가 없었다. 최대 파괴 하중에서는 그룹 1과 그룹 2, 그룹 1과 그룹 3, 그룹 2와 그룹 3 간에 유의미한 차이가 있었다. 파괴 양상으로는 그룹 1에서 모든 K-wire의 후방으로 굽힘, 그룹 2에서 와이어 풀림, 그룹 3에서는 스테이플 주변 뼈의 파단 또는 뼈에서 와이어가 분리되었다.
결론적으로, 8자 형태의 스테인리스 스틸 와이어나 본 스테이플은 교차 핀 고정법은 크로스 피닝의 대안으로 원위 대퇴골 성장판 골절에 효과적인 치료 방법이 될 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Materials and Methods 3
• 2.1. Subject preparation 3
• 2.2. Surgical procedures 5
• 2.2.1. Group 1 : Cross pinning 5
• 2.2.2. Group 2 : Figure of eight 5
• 2.2.3. Group 3 : 10mm bone staples 5
• 2.3. Biomechanical testing 8
• 2.4. Statistical analysis 10
• Ⅲ. Results 11
• 3.1. Load at 1 mm, 2 mm and 3 mm displacement 11
• 3.2. Maximum failure load 11
• 3.3. Mode of failure 11
• Ⅳ. Discussion 16
• Ⅴ. Conclusion 20
• References 21
• Abstract (in Korean) 24