Mechanical testing of trabecular bone in knee replacement

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Abstract
To measure the strength of the juxta-articular trabecular bone in knee replacement, an osteopenetrometer was developed. The principle of its function is that a needle penetrates the bony tissue and during this penetration the pressure on and the displacement of the needle is registered. The instrument was tested on cadaveric specimens of the proximal tibia. Good agreement was found between the osteopenetrometer findings in 18 cases and compression tests on the same bony structure. Forty-five measurements at different sites of the tibial resection surface revealed that the force needed for the penetration varied according to a pattern known from the determination of the elasticity modulus and ultimate compressive strength of bone in the same area. Histological examination of the penetration canals in the bone disclosed only sparse upsetting of bone. Curves from corresponding bone proved to reflect, in height as well as shape, the morphology of the skeletal structure. The osteopenetrometer appears to be applicable for objectively assessing the solidity of trabecular bone during the operation. Thereby it is possible, in each individual case, to form a basis for more varied planning of the post-operative treatment programme. Afin de pouvoir mesurer, au cours des arthroplasties du genou, la résistance de l'os spongieux juxta-articulaire, on a mis au point un ostéopénétromètre qui consiste en une aiguille introduite dans l'os dont on mesure la pression en même temps que la pénétration de l'aiguille. L'appareil a été testé sur des extrémités supérieures de tibias de cadavres. Une concordance satisfaisante a été trouvée dans 18 cas entre les mesures de l'ostéopénétromètre et les tests de compression au niveau des mêmes structures osseuses. Quarante-cinq mesures effectuées à différents sites de la tranche de section tibiale montrent que la force requise pour la pénétration varie selon un profil connu à partir de la détermination du module d'élasticité et de la résistance de l'os à la rupture à ce même niveau. L'examen histologique des canaux de pénétration dans l'os ne montre qu'un faible tassement et les courbes de mesure de l'os correspondant reflètent, tant au point de vue de la hauteur que de la forme, la morphologie de la structure osseuse. L'ostéopénétromètre paraît être un appareil utile pour objectiver la solidité de l'os spongieux durant l'intervention. Il est donc possible, dans chaque cas particulier, d'établir à partir de ces données un programme de traitement post-opératoire plus nuancé.

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