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Fractal geometry in wrist biomechanics: A preliminary study with implications for arthroplasty and surgery - 13/06/25

Doi : 10.1016/j.hansur.2025.102203 
Lauren Gorelick a, c, Amir Oron b, d, Gil Gannot b, d, Raphael Israeli b,
a Hand Surgery Consultant, Clalit Health Services, Israel 
b Orthopaedic Surgery Department, Kaplan Medical Center, 1st Pasternak Road, Rehovot, 7661041, Israel 
c Chief Medical Officer (CMO), Fibioseq Medical Ltd., Israel 
d Hebrew University of Jerusalem, Faculty of Medicine, Campus Ein Carem, Jerusalem, 9112102, Israel 

Corresponding author.
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Friday 13 June 2025
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Abstract

Background

Traditional biomechanical theories of wrist motion—such as row, column, and link joint models—offer limited explanations for the complex, multidirectional kinematics observed clinically. Emerging perspectives suggest fractal geometry, represented by the Golden Ratio (φ = 1.618), might underlie wrist biomechanics, providing a more comprehensive and clinically relevant framework.

Objectives

This preliminary radiographic study aims to investigate whether wrist anthropometric ratios align significantly with fractal geometry principles, specifically evaluating their consistency with the Golden Ratio. Additionally, the study explores potential implications for wrist arthroplasty design and surgical practice.

Methods

A cross-sectional radiographic analysis was conducted on 210 healthy adult wrist radiographs. Anthropometric measurements included ratios between ulnar styloid, radial styloid, and the capitate bone, defined as A/B and (A + B)/C, and were statistically compared to the Golden Ratio. Statistical analyses incorporated tolerance intervals calculated under both normal and log-normal distribution assumptions, with a significance level set at P < 0.05.

Results

Mean anthropometric ratios closely matched the Golden Ratio, with an A/B mean of 1.615 (95% CI: 1.503–1.735) and an (A + B)/C mean of 1.620 (95% CI: 1.503–1.735). Tolerance intervals indicated that 95% of the study population fell within the fractal range (1.503–1.735), irrespective of age, gender, or laterality. High interobserver reliability (ICC = 0.91) further validated the consistency of these measurements.

Conclusion

The findings support the hypothesis that wrist biomechanics may be fundamentally organized by fractal geometry. These preliminary results challenge existing biomechanical paradigms and highlight potential applications in designing more biomechanically accurate wrist prostheses and enhancing surgical precision. Future research should assess clinical outcomes related to fractal-based prosthetic designs and explore fractal deviations as early indicators of wrist pathology.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Wrist biomechanics, Fractal geometry, Golden Ratio, Total wrist arthroplasty, Surgical precision


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