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Effect of saw blade geometry on crack initiation and propagation on the lateral cortical hinge for HTO: Finite element analysis - 19/09/19

Doi : 10.1016/j.otsr.2019.04.026 
Matthieu Ehlinger a, b, , Matthieu Ollivier c, Sébastien Course b, Arnaud Guerin b, Éric Lantz b, Dany Zahraa b, François Bonnomet a, Nadia Bahlouli b
a Service de chirurgie orthopédique et de traumatologie, hôpital de Hautepierre, CHU de Strasbourg, 1, avenue Molière, 67098 Strasbourg, France 
b Laboratoire ICube, équipe MMB, 67400 Illkirch, France 
c Département de chirurgie orthopédique, hôpital Sainte-Marguerite, hôpital universitaire de Marseille, 270, boulevard Sainte-Marguerite, 13009 Marseille, France 

Corresponding author at: Service de chirurgie orthopédique et de traumatologie, hôpital de Hautepierre, CHU de Strasbourg, 1, avenue Molière, 67098 Strasbourg, France.Service de chirurgie orthopédique et de traumatologie, hôpital de Hautepierre, CHU de Strasbourg1, avenue MolièreStrasbourg67098France

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Abstract

Introduction

The hinge plays a primary role in the hold and healing of a high tibial osteotomy (HTO). Weakening of the hinge is a risk factor for failure. The aim of our study was to determine whether the geometry of the saw blade's cutting edge impacts crack initiation or propagation on the hinge.

Hypothesis

A certain cutting edge geometry exists that will reduce this risk.

Materials and Methods

A finite element model with transverse isotropic elastic bone properties was created. A 1.27-mm thick saw cut (full thickness in anteroposterior direction) was made leaving a 1cm lateral cortical hinge. Three different cutting edge geometries were compared: rectangular, U-shaped, V-shaped. Opening of the osteotomy was done over 1mm for 1 s by a load applied distally with the proximal portion fixed. In the first simulation, no crack was initiated at the hinge, while in the second simulation, the beginnings of a 2mm crack angled upward at 15° was added. These two simulations were used to identify whether a local stress riser was present at the hinge. This information was used to calculate the energy release rate to the hinge, which corresponds to the energy needed to initiate and propagate a crack on the hinge.

Results

In the first simulation (no crack initiation), a rectangular saw blade geometry resulted in the lowest local stress concentration. In the second simulation (with crack initiation), the U-shaped geometry resulted in the lowest local stress concentration. The U-shaped geometry had the lowest energy release rate, meaning that it was the least likely to initiate and propagate a crack on the lateral cortical hinge.

Discussion/Conclusion

Keeping the inherent limitations related to computer modelling in mind, our findings show that a U-shaped cutting edge is least likely to initiate or propagate a crack since it has the lowest energy release rate. This confirms our hypothesis.

Level of evidence

V, expert opinion.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Hinge, Tibial osteotomy, Finite element, Simulation


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Vol 105 - N° 6

P. 1079-1083 - octobre 2019 Retour au numéro
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