Les tournevis augmentés peuvent augmenter les performances des chirurgiens orthopédistes par rapport à l'utilisation de tournevis normaux

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20076 (2022) Citer cet article

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L'insertion de vis orthopédiques peut être banalisée comme une procédure simple, mais elle est souvent mal réalisée. Des travaux limités existent pour déterminer dans quelle mesure les chirurgiens insèrent les vis ou si les tournevis augmentés peuvent aider les chirurgiens à réduire les taux de dénudage et à optimiser le serrage. Notre objectif était d'établir la performance des chirurgiens insérant des vis et si cela pouvait être amélioré avec l'augmentation par tournevis. 302 chirurgiens orthopédistes ont serré 10 vis non verrouillables à ce qu'ils ont déterminé comme étant une étanchéité optimale dans des plaques osseuses artificielles. La confiance dans l'achat de la vis a été donnée (1–10). Dix autres vis ont été serrées à l'aide d'un tournevis augmenté qui indiquait quand un serrage optimal prédéterminé était atteint. L'étanchéité pour les insertions non dénudées dans des conditions normales et avec le tournevis augmenté était de 81 % (IC à 95 % 79-82 %) (n = 1 275) et 70 % (IC à 95 % 69-72 %) (n = 2 577) (p < 0,001). Les taux de décapage étaient de 58 % (IC à 95 % 54-61 %) et 15 % (IC à 95 % 12-17 %) respectivement (p < 0,001). Les confiances lors de l'utilisation des tournevis normaux et augmentés étaient respectivement de 7,2 et 7,1 dans les insertions non dénudées et de 6,2 et 6,5 dans les insertions dénudées. Performances améliorées avec un tournevis augmenté, à la fois en termes de taux de dénudage réduits et de plus grande précision dans la détection de dénudage. Les tournevis d'augmentation pour indiquer une étanchéité optimale offrent des avantages cliniques potentiellement énormes en améliorant la fixation des vis.

La majorité des personnes subiront une fracture au cours de leur vie, nécessitant souvent une fixation par vis pour restaurer la fonction et la mobilité1. Les vis sont les implants orthopédiques les plus couramment insérés, avec des millions d'insertions chaque année uniquement au Royaume-Uni, sur un marché mondial qui devrait atteindre une valeur de 1,96 milliard de dollars d'ici 20282. La plupart des vis sont insérées manuellement, étant serrées à la quantité choisie subjectivement par le chirurgien. Si les vis sont trop serrées, elles dénudent l'os environnant, réduisant la résistance de > 90 % et augmentant les taux d'échec de la fixation3. En cas d'échec, les coûts de traitement au moins doublent parallèlement à une augmentation de la morbidité et de la mortalité pour les patients3.

Les données sont limitées sur la façon dont les chirurgiens insèrent les vis et sont basées sur seulement 145 chirurgiens insérant un total de 1510 vis4, la plupart des études étant limitées par le fait qu'un chirurgien insère toutes les vis ou que de nombreux chirurgiens insèrent très peu de vis. Cependant, ces études ont montré que les chirurgiens obtiennent régulièrement de mauvais résultats avec plus d'une vis sur quatre insérées, dénudant (endommageant irrémédiablement) le trou de vis4. S'il est représentatif de la pratique clinique, cela équivaudrait à des millions de vis mal insérées chaque année. Actuellement, il n'y a pas de données pour étayer la manière dont les chirurgiens insèrent les vis étant donné les limites et la sous-puissance des études précédentes, ou des données sur la manière dont les chirurgiens pensent qu'ils devraient insérer les vis.

La connaissance du couple appliqué lors de l'insertion de la vis améliore les performances chirurgicales5,6, bien qu'aucun travail n'ait utilisé de tournevis augmentés dans le but d'aider les chirurgiens à réduire les taux de dénudage et à optimiser l'étanchéité. Le couple à viser pour une fixation optimale était jusqu'à récemment inconnu. Auparavant, nous avons montré que le serrage optimal des vis sans blocage dans certaines conditions était compris entre 70 et 80 % du couple maximal5,6. Savoir quelle étanchéité cibler et augmenter les tournevis pour indiquer quand l'étanchéité optimale a été atteinte, offre la promesse d'améliorer considérablement les performances chirurgicales lors de l'insertion des vis, bien que leur utilisation n'ait pas été explorée.

Les objectifs de cette étude étaient d'identifier pour un large échantillon de chirurgiens orthopédistes quelle étanchéité est obtenue lors de l'insertion de vis non verrouillables, à quel point les chirurgiens pensent que les vis doivent être serrées, à quel point les chirurgiens sont confiants dans leurs insertions, leur précision dans la détection du dénudage des trous de vis, comment les insertions de vis changent lors de l'utilisation d'un tournevis augmenté qui indique quand le serrage optimal est atteint et comment la formation et l'expérience ont un impact sur les résultats.

Le protocole d'étude, les procédures et les questionnaires ont été développés et approuvés sous l'approbation éthique institutionnelle locale (AO Research Institute Davos), en accord avec la Déclaration d'Helsinki. Tous les chirurgiens présents, à la fois les professeurs et les participants à un cours orthopédique international, étaient éligibles pour être inclus dans l'étude. Les chirurgiens ont été invités à participer et/ou les chirurgiens se sont présentés pour les tests. Tous les participants ont donné leur consentement éclairé et écrit pour participer et pour que leurs données anonymisées soient analysées. Aucune incitation financière ou matérielle n'a été offerte pour la participation - les chirurgiens ont été informés qu'ils recevraient individuellement leurs résultats s'ils participaient. Après avoir lu les conditions liées à l'étude, les participants ont rempli un questionnaire en anglais pour obtenir des informations démographiques, avant d'être invités à lire les instructions pour les insertions de vis.

Des feuilles d'os artificiel (Synbone, Zizers, Suisse) d'une densité de 0,32 g/cm3 ont été transformées en feuilles de 4 mm d'épaisseur à l'aide d'un procédé de fraisage sur mesure (FP1, Deckel Maho GmbH, Pfonten, Allemagne) avec des trous pilotes de 2,5 mm diamètre; ces plaques ont été conçues pour imiter la situation difficile de l'insertion dans de l'os de faible densité (Fig. 1). Chaque feuille a été montée dans un gabarit sur mesure utilisant une base pour imiter la rigidité du tissu du membre inférieur humain7.

Schéma de l'arrangement de test montrant des vis pré-insérées à 3–5 mm de saillie de la plaque, à serrer par le chirurgien. Analyse post-insertion réalisée lors d'un épisode séparé.

Les chirurgiens ont été invités à porter des gants non stériles avant de serrer séquentiellement des vis corticales autotaraudantes non verrouillables de 3,5 mm dans les plaques osseuses artificielles dans une orientation verticale en deux phases de test (Fig. 2). Toutes les vis avaient été pré-insérées à travers des plaques de compression dynamique à contact limité à 10 trous (LC-DCP) (Synthes, Zuchwil, Suisse), les vis restant à 3 à 5 mm de la surface de la plaque. Dans des études précédentes, nous avons identifié qu'il ne faut pas plus de dix insertions de vis pour caractériser la technique d'un chirurgien7,8. Un tournevis dynamométrique (Premier STS103 (Jack Sealey LTD., Bury St. Edmunds, Royaume-Uni)) a été utilisé pour tous les serrages de vis. Les participants ont été invités à insérer chaque vis à ce qu'ils ont déterminé être le serrage optimal pour cette vis. Le tournevis affichait le couple appliqué via une lecture numérique enregistrée par les chercheurs ; les participants étaient aveuglés à ces valeurs. Lors d'un épisode séparé, un chercheur a calculé l'étanchéité obtenue par le chirurgien en créant un rapport entre le couple choisi par le chirurgien (couple d'arrêt) et le couple maximal que le trou de vis pouvait recevoir (couple de dévissage). Si le couple d'arrêt s'avérait supérieur au couple de dénudage, l'insertion était définie comme ayant été dénudée par le chirurgien. Après chaque insertion de vis, les participants ont évalué l'achat réalisé de 1 à 10 (1 étant très médiocre et 10 étant optimal). Ils ont également indiqué s'ils estimaient que le trou de la vis avait été dénudé, oui ou non.

Démonstration du participant effectuant l'expérimentation d'insertion de vis.

Pour la phase 2, 10 vis ont été serrées exactement de la même manière, sauf que le même tournevis a été réglé pour émettre un bip et vibrer lorsqu'une valeur de couple optimale théorique prédéterminée a été atteinte : 0,105 Nm. Cette valeur, définie comme une étanchéité optimale5,6, a été calculée comme étant de 70 % du couple de dévissage moyen pour des vis de 3,5 mm dans des trous de vis de 2,5 mm dans des plaques osseuses artificielles de 4 mm d'épaisseur, établi à 0,15 Nm à partir d'essais pilotes. Les instructions d'insertion des vis dans la phase 2 étaient d'arrêter l'insertion lorsque le serrage optimal était indiqué par le tournevis. Encore une fois, la confiance (1–10) dans l'achat de la vis et l'évaluation du chirurgien quant à savoir si le trou de la vis avait été dénudé ont été enregistrées.

Une analyse statistique a été effectuée à l'aide de tests t appariés pour les comparaisons entre les phases de serrage des vis, la confiance dans les insertions non dénudées, la confiance dans les insertions dénudées, la sensibilité, la spécificité et la précision dans la prédiction du dévissage du trou de vis et la prédiction du serrage optimal et du serrage réel atteint. Des tests du chi carré ont été utilisés pour les comparaisons de taux de décapage entre les phases. L'analyse de régression a été effectuée en utilisant une régression pas à pas vers l'arrière pour sélectionner parmi les variables suivantes : âge (< 26, 26–30, 31–35, 36–40, 41–45, 46–50, > 50), sexe (femme, homme) , niveau d'emploi (post-résidence, pré-résidence, résidence), continent de travail (Afrique, Asie, Australasie, Europe, Amérique du Nord, Amérique du Sud), nombre d'années dans la spécialité, valeur pensée pour générer une étanchéité et une qualification d'ingénieur optimales ( Oui Non). Les chirurgiens ont été classés en fonction de leurs techniques en bonnes performances (taux de dénudage ≤ 10 % et précision ≥ 80 %) ou mauvaises performances (taux de dénudage > 10 % et/ou précision < 80 %) pour les deux phases de test. Les résultats ont été considérés comme significatifs à un taux d'erreur familial de 0,05 et les intervalles de confiance ont été calculés à 95 %. Des tests statistiques ont été effectués avec 'R', version 4.0.29. Toutes les données sont disponibles dans un référentiel en ligne10.

Trois cent deux chirurgiens ont été recrutés (Tableau 1). Ils ont serré un total de 6040 vis, 3020 pour chaque phase, avec toutes les insertions de vis disponibles pour analyse.

Au cours de la phase 1, à l'aide d'un tournevis normal, 58 % (intervalle de confiance (IC) à 95 % 54 à 62 %) (n = 1 745/3 020) des trous de vis ont été dénudés, le serrage moyen moyen des vis pour les insertions non dénudées étant de 81 % ( IC à 95 % 79–82 %)(n = 1275)(Fig. 3). Dans la phase 2, avec un tournevis augmenté, un taux de dénudage inférieur a été observé de 15 % (IC à 95 % 12–17 %) (n = 443/3020) (p < 0,001), avec un serrage moyen moyen inférieur des vis pour les insertions non dénudées de 70 % (IC à 95 % 69–72 %) (n = 2 577) (p < 0,001). Au cours de la phase 1, 56 chirurgiens (19 %) ont dénudé les 10 trous de vis. Cela a été réduit à seulement sept chirurgiens (2 %) en phase 2 (p < 0,001).

Performance du chirurgien pour chacune des conditions de test ; tournevis normal (barres bleues) et tournevis augmenté (barres orange). Serrage ciblé pour une insertion normale basé sur la moyenne rapportée par les chirurgiens avant l'insertion, et fixé à 70 % lors de l'utilisation du tournevis augmenté. Bonne performance définie comme un taux de dévissage ≤ 10 % (c'est-à-dire qu'au plus 1 des 10 insertions a été dévissé) et une précision pour décrire correctement si un trou de vis a été dévissé ou non ≥ 80 % (c'est-à-dire au moins 8 insertions sur 10). 10 réponses sur le dénudage des trous de vis étaient correctes). Une mauvaise performance a été définie comme un échec à atteindre un ou les deux facteurs. Différences statistiques (p < 0,001) mises en évidence par un astérisque.

Les chirurgiens ont rapporté que le serrage moyen moyen pour un achat optimal devrait être de 84 % (IC à 95 % 83-85 %, plage de 50 à 100 %), ce qui était différent du serrage moyen obtenu (81 %) avec un tournevis normal (p < 0,0164 ) (fig. 3).

La confiance des vis non dénudées n'a pas changé entre les phases : Phase 1—7,2 (IC à 95 % 7,0–7,4), Phase 2—7,1 (IC à 95 % 6,9–7,3) (p = 0,441) ni la confiance dans les insertions dénudées : Phase 1—6,2 (IC à 95 % 5,9–6,4), Phase 2—6,5 (IC à 95 % 6,2–6,7) (p = 0,218) (Fig. 4). Cependant, la précision pour détecter si une vis avait ou non dénudé le trou lors de l'insertion a augmenté de manière significative avec l'utilisation d'un tournevis augmenté : Phase 1—55 %, Phase 2—85 % (p < 0,001).

Valeur de confiance rapportée pour l'achat de vis pour chaque condition de test (tournevis normal ou augmenté) et lorsque le trou de vis a été ou n'a pas été dénudé (1 étant une confiance très faible et 10 étant une confiance optimale).

Pour la phase 1, aucune variable n'a été associée à des changements dans le serrage des vis. Les variables associées à un changement dans les taux de décapage étaient : le niveau d'emploi (pré-résidence 5,9 % de moins qu'après la résidence et résidence 13,6 % de moins qu'après la résidence), l'optimum prédit (0,3 % de plus par valeur de prédiction) et les années d'expérience ( 0,4 % de plus par année d'expérience). Pour la phase 2, les variables associées au resserrement moyen global étaient : avoir une qualification d'ingénieur (3,8 % moins serré), des années d'expérience (0,1 % plus serré par année d'expérience) et le continent de travail (par rapport à la catégorie de référence Afrique, Asie 2,7 % moins tendue, Australasie 6,7 % moins tendue, Europe 6,7 % moins tendue, Amérique du Nord 3,3 % moins tendue et Amérique du Sud 1,3 % moins tendue). Les variables associées à un changement des taux de décapage étaient : les années d'expérience (0,6 % de plus par année d'expérience) et le continent de travail (par rapport à la catégorie de référence Afrique, Asie 3,1 % de plus, Australasie 5,0 % de moins, Europe 6,4 % de moins, Amérique du Nord 10,9 % de moins et Amérique du Sud 0,4 % de moins). Les trois modèles de régression avec des variables prédictives significatives ont été comparés à un modèle à l'origine uniquement qui a donné des valeurs de p significatives de 0,0004, 0,0050 et 0,0001 respectivement.

En utilisant les catégories basées sur le taux de dénudage et la précision de détection du dénudage, l'utilisation d'un tournevis augmenté a permis d'obtenir de bonnes performances chez 69 % des chirurgiens, contre seulement 9 % dans des conditions normales (Fig. 3).

Les performances chirurgicales variaient considérablement d'un chirurgien à l'autre, une proportion considérable de vis étant mal insérées. L'utilisation d'un tournevis augmenté indiquant quand l'étanchéité optimale a été atteinte a considérablement amélioré les techniques des chirurgiens. Étant donné que les trous de vis dénudés ont un impact sur la cicatrisation osseuse11, la force de fixation5,6,12 et contribuent à l'échec des fixations3, les taux de dénudage devraient idéalement être nuls. Une capacité à critiquer immédiatement une insertion de vis devrait permettre la détection d'un dévissage par le chirurgien, le cas échéant, afin que des remèdes puissent être adoptés, comme changer la position de la fixation ou augmenter la taille de la vis12. Cependant, nous avons trouvé, tout comme Stoesz et al. auparavant, cette détection de stripping lors de l'insertion de vis avec des dispositifs non augmentés est rare, et seulement lorsque l'os est fortement endommagé13. Le taux de dénudage élevé observé avec un tournevis normal combiné à la faible précision de détection du dénudage par certains chirurgiens peut indiquer que des fixations sous-optimales sont régulièrement effectuées. De même, compte tenu des mauvaises techniques observées avec un tournevis normal, il se peut que les stratégies de fixation actuelles utilisent plus de vis que nécessaire pour compenser la mauvaise insertion de certaines vis. En utilisant l'augmentation pour indiquer une étanchéité optimale, les améliorations significatives des techniques observées pourraient signifier que moins de vis mieux insérées fourniraient la même fixation si elles étaient insérées correctement. Cela pourrait réduire les risques chirurgicaux, la durée de la chirurgie et les coûts d'implantation.

Seuls quelques-uns des facteurs démographiques enregistrés étaient associés à des changements de technique, en particulier le nombre d'années d'expérience et le continent de travail, ce qui implique qu'un éventail de techniques est observé dans tous les pays, âges et expériences chirurgicales. Les chirurgiens avec des valeurs plus élevées pour l'étanchéité optimale présumée étaient associés à des taux de décapage plus élevés, peut-être en raison d'un désir d'obtenir plus d'étanchéité.

Bien que la confiance ait diminué de manière significative lorsque les trous de vis ont été dénudés, elle est restée élevée dans les insertions normales et augmentées. En effet, de nombreux chirurgiens ont fait état d'une confiance moyenne et même élevée dans une vis qui avait clairement dénudé le trou de la vis. Cela peut refléter une incapacité générale à critiquer les insertions ou un manque de compréhension par certains chirurgiens de la rétroaction proprioceptive qu'ils devraient ressentir. Peut-être même ne pas savoir comment fonctionne une vis. Heureusement, cela s'est amélioré avec l'augmentation, démontrant les avantages de sécurité que la rétroaction quantitative peut offrir ; dans cette étude, les techniques pouvaient être qualifiées de « bonnes » chez 69 % des chirurgiens utilisant l'augmentation, contre seulement 9 % dans des conditions normales. Malheureusement, on ne sait pas, et nous n'avons pas étudié, ce qu'un chirurgien ferait avec une faible confiance dans une vis, c'est-à-dire à quel score de confiance un chirurgien changerait la vis ou modifierait la fixation.

Des travaux antérieurs sur l'augmentation par tournevis ont montré ses avantages8,14, mais la précision de la cible, puis la manière de la cibler, sont inconnues. Récemment cependant, alors que seules des études biomécaniques in vitro, une étanchéité optimale pour les vis non verrouillables a été trouvée entre 70 et 80 % du couple de dévissage. De plus, en utilisant les caractéristiques osseuses15,16, le couple de dénudage peut être calculé ou au moins estimé avant l'insertion. Cette étude démontre qu'en supposant que des estimations appropriées de l'étanchéité optimale peuvent être faites - qui sont simples dans l'environnement de test d'os artificiel contrôlé utilisé - l'augmentation des tournevis pour indiquer le couple optimal présente de grands avantages de fixation. Grâce aux progrès de la conception des forets, les estimations de la densité osseuse peuvent être faites en fonction de l'énergie nécessaire pour créer le trou pilote17. Cette caractéristique peut être intégrée dans les calculs du couple maximal, et donc ce que seraient 70 à 80 %.

Il s'agit de la plus grande étude à ce jour sur les performances des chirurgiens lors de l'insertion des vis. La plupart des études précédentes manquaient de puissance en raison du petit nombre d'insertions de vis pour chaque variable testée et/ou du petit nombre de chirurgiens4. Il s'agit de la première étude à examiner les différentes caractéristiques des chirurgiens et à déterminer si celles-ci sont associées à des changements de performances et la première à examiner l'insertion augmentée du tournevis sur un grand échantillon. En outre, un large éventail de chirurgiens a été testé, augmentant la généralisabilité des résultats.

Les limites de cette étude incluent que, même si le fait d'avoir un groupe international pour les tests rend les résultats plus généralisables, il peut y avoir eu des problèmes de langue qui ont rendu les instructions plus difficiles à comprendre par certains participants, même si les cours auxquels ils assistaient étaient également dispensés en anglais. L'homogénéité du modèle osseux utilisé a éliminé les facteurs de confusion du matériau d'essai, bien que, comme il s'agit d'os artificiel, ses propriétés peuvent différer des techniques de fixation in vivo et des résultats. Cependant, une étude antérieure a montré que les techniques de l'os artificiel imitent celles de l'os humain7. L'étanchéité optimale pour ce modèle n'a pas été étudiée dans cette étude et a utilisé des études antérieures sur l'os bovin et humain comme point de référence pour l'étanchéité à la cible. L'étanchéité optimale pour l'os artificiel peut être différente, ce qui signifie que l'augmentation aurait dû être réglée à un niveau différent, cependant, l'objectif principal de l'insertion de la vis est de ne pas dénuder l'os environnant, ce que l'augmentation a très bien réussi à atteindre, alors qu'une étanchéité optimale ( qui pour ce modèle n'est pas connu) est un objectif secondaire. Aucune évaluation de la force de fixation ni de l'impact sur la cicatrisation osseuse n'a été effectuée, bien que les vis dénudées soient connues pour aggraver la cicatrisation osseuse11. Enfin, les avantages observés avec le tournevis augmenté peuvent avoir été améliorés en raison d'une plus grande familiarité avec le matériau et le couple de dévissage pour la phase 2 par rapport à la phase 1. Cependant, aucune différence n'a été observée dans les études biomécaniques précédentes entre les 10 premières insertions d'une vis et plus d'insertions7,8.

L'utilisation de l'augmentation réduit les taux de dénudage, améliore la précision tout en optimisant le serrage des vis. Le développement de méthodes d'évaluation en temps réel du couple de dénudage et l'utilisation de tournevis à couple contrôlé amélioreront les performances chirurgicales grâce à moins d'échecs d'insertion, ce qui permettra d'économiser du temps et de l'argent et d'améliorer probablement les résultats pour les patients.

Les données sont disponibles dans le référentiel en ligne suivant : https://doi.org/10.15125/BATH-00956.

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Les auteurs tiennent à remercier Dieter Wahl pour son aide à la construction de l'appareil.

Cette étude a été réalisée avec l'aide du Royal College of Surgeons of England Surgical Research Fellowship et de la Fondation AO. Cette étude a été soutenue par le NIHR Biomedical Research Center des University Hospitals Bristol NHS Foundation Trust et l'Université de Bristol. Les opinions exprimées dans cette publication sont celles des auteurs et pas nécessairement celles du NHS, du National Institute for Health Research ou du Department of Health and Social Care.

Institut de recherche AO Davos, Clavadelerstrasse 8, 7270, Davos Platz, Suisse

James WA Fletcher, Verena Neumann, Juan Silva, Karen Mys, Vasiliki C. Panagiotopoulou, Boyko Gueorguiev & R. Geoff Richards

Département de la santé, Université de Bath, Bath, Royaume-Uni

James WA Fletcher et Ezio Preatoni

Département des sciences mathématiques, Université de Bath, Bath, Royaume-Uni

Abigaïl Burdon

Section de biomécanique, Département de génie mécanique, KU Leuven, Louvain, Belgique

Karen Mys

Unité de recherche musculo-squelettique, Bristol Medical School 1st Floor Learning & Research Building, Translational Health Sciences, Southmead Hospital, Bristol, Royaume-Uni

Michael R. Whitehouse

National Institute for Health Research Centre de recherche biomédicale de Bristol, University Hospitals Bristol NHS Foundation Trust et Université de Bristol, Bristol, Royaume-Uni

Michael R. Whitehouse

Département de génie mécanique, Université de Bath, Bath, Royaume-Uni

Harinderjit S. Gill

Centre d'intervention thérapeutique, Université de Bath, Bath, Royaume-Uni

Harinderjit S. Gill

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Tous les auteurs ont contribué à la conception de l'étude. JF, VN, JS, VP et KM ont effectué la collecte de données. JF, VN, JS, VP, AB et BG ont effectué l'analyse des données. JF et AB ont rédigé le manuscrit. RGR, MW, HG et EP ont fourni une révision critique. Tous les auteurs ont lu et approuvé le manuscrit final.

Correspondance à James WA Fletcher.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Fletcher, JWA, Neumann, V., Silva, J. et al. Les tournevis augmentés peuvent augmenter les performances des chirurgiens orthopédistes par rapport à l'utilisation de tournevis normaux. Sci Rep 12, 20076 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24646-z

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Reçu : 04 avril 2022

Accepté : 17 novembre 2022

Publié: 22 novembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-24646-z

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