Investigation of the Influence of Different Injectable Biomaterials on the Primary Stability of Cancellous Bone Screws

Solana Muñoz, Jorge. (2018). Investigation of the Influence of Different Injectable Biomaterials on the Primary Stability of Cancellous Bone Screws Master Thesis, Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Facultad de Ciencias. Departamento de Física Matemática y de Fluidos

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Nombre Descripción Tipo MIME Size
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Título Investigation of the Influence of Different Injectable Biomaterials on the Primary Stability of Cancellous Bone Screws
Autor(es) Solana Muñoz, Jorge
Resumen Este artículo propone un nuevo método para reforzar las propiedades mecánicas óseas en ciertos casos ortopédicos muy específicos. Se demuestra que un biomaterial no sólido, como un hidrogel conteniendo partículas de hidroxiapatita (HaP), es capaz de proporcionar una estabilidad mecánica relevante a los tornillos óseos desde el momento de su inserción en hueso esponjoso. Mediante microtomografía computarizada (μCT) y pruebas mecánicas de tracción hasta la extracción completa de los tornillos, en este estudio se han analizado ciertos parámetros estáticos y dinámicos sobre muestras de hueso esponjoso de fémur bovino. El análisis de imágenes por μCT ha permitido clasificar las muestras en función de parámetros estructurales y de la densidad mineral ósea (BMD). Las pruebas mecánicas han permitido confirmar la hipótesis principal gracias a la diferenciación de las propiedades mecánicas de los biomateriales utilizados. Los resultados mecánicos han mostrado una diferencia significativa (>200 N para el rango de BMD estudiado) (p-value = 0.0001) en la fuerza de extracción de los tornillos, al normalizarla con los valores BMD (Aumento del 40 % de la fuerza de extracción para BMD = 0.15g/cm3) entre un grupo de 12 muestras con un biogel compuesto de ácido hialurónico y HaP (40 %) y las 15 del grupo de control sin biomaterial. Estudios precedentes habían mostrado que los hidrogeles que contienen HaP son favorables para la formación ósea alrededor de los implantes. Este estudio contribuye al debate sobre la idoneidad de cada biomaterial para cada problema ortopédico, aportando una nueva propiedad mecánica inesperada a estos biomateriales. Se ha demostrado, a través de pruebas mecánicas de extracción de tornillos óseos, que cuando un biomaterial como un gel, basado en ácido hialurónico, contiene suficiente cantidad de HaP (40 %), este sigue siendo inyectable y aporta una estabilidad mecánica primaria al implante.
Abstract This paper explores the field of cement augmentation of screws in cancellous bone in specific orthopaedic problems. This work demonstrates that a non-setting biomaterial like a hydrogel containing a suspension of Hydroxyapatite particles (HaP) can provide a relevant mechanical stability to cancellous bone screws from the very first moment after the screw insertion. This study was conducted by analysing static and dynamic bone parameters of distal femoral bovine samples. μCT scans and mechanical tests were performed. The μCT analysis helped to classify the samples by structural parameters and cancellous bone mineral density (BMD). While the mechanical tests supported the main hypothesis by differentiating the mechanical properties of the biomaterials used. The results of the mechanical tests showed a significant increase (> 200 N for the range of BMD studied)(p-value = 0.0001) in the pull-out strength of cancellous bone screws normalized with BMD (40 % of pull-out strength increase at BMD = 0.15 g/cm3) of a group of 12 samples with a bio-gel based in hyaluronic acid with HaP (40 %) when compared to a control group of 15 samples with no-biomaterial. The current study contributes to the debates on selecting the best biomaterials to each orthopaedic problem by providing a new unexpected property of non-setting hydrogels with HaP, which have already been shown as potentially advantageous for new bone formation. It was shown that a nonsetting biomaterial like hyaluronic acid, when loaded with sufficient hydroxyapatite particles (40 %) remained injectable and at the same time provided initial mechanical stabilisation of an implant in bone as measured by a screw pull-out test.
Notas adicionales Trabajo Fin de Máster. Máster Universitario en Física Médica. UNED
Materia(s) Física
Editor(es) Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Facultad de Ciencias. Departamento de Física Matemática y de Fluidos
Director/Tutor Antoranz Callejo, Jose Carlos
Kettenberger, Ulrike
Procter, Philip
Fecha 2018-07-26
Formato application/pdf
Identificador bibliuned:master-Ciencias-FMed-Jsolana
http://e-spacio.uned.es/fez/view/bibliuned:master-Ciencias-FMed-Jsolana
Idioma eng
Versión de la publicación acceptedVersion
Nivel de acceso y licencia http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
info:eu-repo/semantics/openAccess
Tipo de recurso master Thesis
Tipo de acceso Acceso abierto

 
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Creado: Tue, 19 Mar 2019, 21:56:51 CET