Summary. Jarosław Deszczyński 1, Paweł Kołodziejski 1, Artur Stolarczyk 1,4, Rafał Mikusek 1, Grzegorz Dobrzyński 2, Helena Deszczyńska 3 1

Artroskopia i Chirurgia Stawów, 2007; 3(3): 17-23 Arthroscopy and Joint Surgery, 2007; 3(3): 17-23 www.artroskopia.org Received: 2007.08.01 Accepted: 2007.08.27 Published: 2007.09.28 Biomechanical values of hinge of Dynastab K (knee) external fi xator in the aspect of functional treatment of intra-articular fractures Biomechaniczne walory przegubu stabilizatora Dynastab K (kolano) w aspekcie czynnościowego leczenia złamań stawowych kolana Jarosław Deszczyński 1, Paweł Kołodziejski 1, Artur Stolarczyk 1,4, Rafał Mikusek 1, Grzegorz Dobrzyński 2, Helena Deszczyńska 3 1 Department of Orthopedic Surgery and Rehabilitation, Medical University of Warsaw, Warsaw, Poland 2 Technical University of Warsaw, Warsaw, Poland 3 Institute of Biostructure, Medical University of Warsaw, Warsaw, Poland 4 Department of Clinical Rehabilitation, Physiotherapy Division, 2 nd Medical Faculty of Warsaw Medical University, Warsaw, Poland Projekt badawczy fi nansowany ze środków z grantu MNiSW nr projektu: 2PO5C 079 29 Background: Material/Methods: Results: Conclusions: key words: słowa kluczowe: Summary The knee joint is characterized by extremely complex biomechanics. It is a resultant of rolling, sliding and rotation of the tibia against the femur. Problems associated with design of a functional external knee joint fixator result from considerable variety of knee joint kinematics between individuals. A device reflecting knee movements within the 0 90 flexion range would allow to treat intra-articular fractures of the knee joint with the functional method and without the necessity of rehabilitation on Gruca splint for many weeks. It would reduce the hospitalization time and certainly improve the patients quality of life. The aim of the study was to analyze the biomechanics of a Dynastab K (knee) fixator in the aspect of the possibility of its adjustment to knee joint kinematics of individual patients, as well as to determine the implantation time of the device. The tests were carried out on 15 bone models made of synthetic materials and on 5 lower extremities of fresh human cadavers. After implantation of the fixator and preliminary positioning of the device, the crossed quadric mechanism of was successfully adjusted to the articular mechanics in full analyzed range of movement in the case of each knee preparation. The mean time of implantation of the device was 22.7 minutes in case of models, and 92.8 minutes in cadaveric preparations. The mean flexion range of the analyzed knee joints with the implanted fixator was 121 degrees. The external fixator of the knee joint has a wide regulation potential, so its application is a relatively easy and quick procedure, with the mean implantation time of 40 minutes. The results indicate the potential to use the Dynastab K external fixator in functional treatment of intra-articular knee joint fractures. external fixators knee biomechanics stabilizatory złamań zewnętrzne kolano biomechanika Full-text PDF: http://www.artroskopia.org/fulltxt.php?icid=630530 Word count: 1340/1724 Tables: 1/1 Figures: 7 References: Author s address: Adres autora: 16 Artur Stolarczyk, Department of Clinical Rehabilitation, Physiotherapy Division, 2 nd Medical Faculty of Warsaw Medical University, Kondratowicza 8, 03-242 Warszawa, Polaska, e-mail: drstolarczyk@gmail.com 17

Artroskopia i Chirurgia Stawów, 2007; 3(3): 17-23 Deszczyński J i wsp. Biomechaniczne walory przegubu stabilizatora WSTĘP Staw kolanowy jest największym i najbardziej skomplikowanym stawem w organizmie ludzkim. Składa się on niejako z trzech oddzielnych połączeń stawowych między: rzepką i kłykciami kości udowej, kłykciem przyśrodkowym kości piszczelowej i kłykciem przyśrodkowym kości udowej oraz kłykciami bocznymi piszczeli i kości udowej. Jest to również staw, który bardzo często ulega różnorodnym urazom poczynając od stłuczeń i ran powierzchownych okolicy stawu poprzez uszkodzenia jednostki mięśniowo-ścięgnistej, łąkotek, skończywszy na zwichnięciach oraz złamaniach śród- i przezstawowych kolana. Kinematyka stawu kolanowego jest również bardzo złożona. Przemieszczanie się piszczeli względem kości udowej cechuje się 6 stopniami swobody. Trzy z nich mają charakter przesunięć (bok/przyśrodek, przód/tył, dystrakcja/kontrakcja), wśród których największą wartość osiąga drugie z wymienionych (5 10 mm.). Pozostałe trzy stopnie swobody związane są z ruchami rotacyjnymi (zgięcie/wyprost, odwiedzenie/przywiedzenie oraz rotacja wewnętrzna/rotacja zewnętrzna). Istnieją niewielkie różnice osobnicze w zakresie ww. składowych kinematyki. Ruch zachodzący w stawie kolanowym jest połączeniem trzech składowych: toczenia, ślizgu i rotacji. W początkowej fazie zginania (do około 15 20 ) oraz pod koniec wyprostu główną komponentą jest toczenie. Udział ruchu ślizgowego wzrasta wraz ze zwiększeniem kąta zgięcia stawu. Trzecia składowa rotacja (w zakresie 5 10 ) odgrywa znaczącą rolę pod koniec wyprostu, kiedy to powoduje tzw. zaryglowanie stawu. Ponadto zakres nakładania się ww. składowych jest różny dla kłykci bocznych i przyśrodkowych. W dużej części wynika to z budowy anatomicznej tych struktur. Kształt kłykcia przyśrodkowego kości udowej w płaszczyźnie strzałkowej jest zbliżony do wycinka koła. Kłykieć boczny ma krótszy promień krzywizny i mniejszą powierzchnię. Kłykieć boczny piszczeli jest wypukły w płaszczyźnie strzałkowej a wklęsły w płaszczyźnie czołowej. Kłykieć przyśrodkowy ma natomiast kształt dwuwklęsły. Złożoność zachodzących w tym stawie ruchów powoduje, że w kolanie nie można wyróżnić pojedynczej, niezmiennej osi jego obrotu [1]. Do dokładnego opisu ruchu zachodzącego w tym stawie coraz częściej używa się nie tylko badań anatomopatologicznych ale także opisów i analiz matematycznych [2 6]. CEL Celem pracy była analiza biomechaniki przegubu stabilizatora Dynastab K (kolano) pod kątem możliwości jej dopasowania do kinematyki stawu kolanowego konkretnego pacjenta w zakresie ruchu zgięcia 0 90. Ponadto urządzenie poddano ocenie pod kątem ewentualnych możliwości jego zastosowania w leczeniu czynnościowym złamań stawowych kolana. Badano także całkowity czas implantacji Dynastabu K, wyodrębniając czasy przygotowania urządzenia do implantacji oraz jego pozycjonowania. MATERIAŁ I METODY Do badania użyto stabilizatora zewnętrznego Dynastab K (Rycina 1). BACKGROUND The knee joint is the largest and the most complex joint in the human organism. It consists in fact of three separate articulations between: the patella and the femoral condyles, the medial condyle of the tibia and the medial condyle of the femur, and the lateral condyles of the tibia and the femur. It is also the joint which is very frequently exposed to various types of traumas, ranging from contusions and superficial wounds in the joint region, through damage to the musculo-tendinous system, meniscal injuries, to luxations and intra- and transarticular fractures. The kinematics of the knee joint is also very complex. The movements of the tibia against the femur are characterized by 6 of freedom. Three of them are of shift type (lateral/medial, anterior/posterior, distraction/contraction), among which the second one reaches the highest values (5 10 mm.). The remaining three degrees of freedom are associated with rotational movements (flexion/extension, abduction/adduction and internal/external rotation). Slight individual differences in the aforementioned components of knee kinematics can be observed. The movement taking place in the knee joint is a combination of three components: rolling, sliding and rotation. In the initial phase of flexion (up to ca. 15 20 ) and in the final phase of extension, rolling is the predominant component. The contribution of sliding is growing with the increase of flexion angle. The third component rotation (within 5 10 range) plays an important role at the end of extension, when it causes socalled arthrorisis. Additionally, the extent of overlapping of the aforementioned components is different for the lateral and medial condyles, which largely results from their anatomic structure. The shape of the medial femoral condyle in the sagittal plane resembles a sector of a circle. The curvilinear contour of the lateral condyle has a shorter radius and smaller surface area. The lateral tibial condyle is convex in the sagittal plane and concave in the frontal plane, whereas the medial condyle is biconcave in shape. The complexity of movements of the knee joints make it impossible to identify a single, invariable rotation axis [1]. More and more frequently, detailed descriptions of the movements taking place in this joint make use not only of anatomopathological terms but also of mathematical descriptions and analyses [2 6]. AIM OF THE STUDY The aim of the study was to analyze the biomechanics of a Dynastab K (knee) fixator in the aspect of the possibility of its adjustment to knee joint kinematics of individual patients within the flexion angle range from 0 90. Additionally, the potential applicability of the device in functional treatment of intra-articular fractures of the knee was assessed, as well as the total implantation time of Dynastab K, including the times of preparation of the device for implantation and of its positioning, which were also determined. MATERIAL AND METHODS The Dynastab K external fixator was analyzed in the study (Figure 1). 18

Arthroscopy and Joint Surgery, 2007; 3(3): 17-23 Deszczyński J et al. Biomechanical values of hinge of Dynastab K (knee) Rycina 1. Stabilizator Dynastab K (Galileo). Figure 1. Dynbastab K (Galileo) external fixator. Rycina 3. Implantacja stabilizatora Dynastab K (Galileo) na modelu kostnym. Figure 3. Implantation of the Dynastab K (Galileo) on the bone model. Rycina 2. Mechanizm odwzorowujący kinematykę stawu kolanowego po stronie lewej przegub piszczelowy, po prawej przegub udowy. Figure 2. The mechanism which reflects the kinematics of the knee joint on the left the tibial hock, on the right the femoral hock. Składa się on z trzech zespołów: łączników udowego i piszczelowego oraz łączącego je mechanizmu odzwierciedlającego kinematykę stawu kolanowego. Łączniki udowy i piszczelowy składają się w większości z takich samych elementów montowanych w odpowiednich konfiguracjach: prawej i lewej. Elementami różniącymi oba łączniki są wysięgniki do których mocowane są wszczepy kostne. Różnice kształtu wysięgników wynikają z różnej dostępności kości udowej i piszczelowej. Mechanizm odzwierciedlający kinematykę stawu kolanowego składa się z dwóch przegubów: udowego i piszczelowego (Rycina 2). Urządzenie implantowano za pomocą samogwintujących wkrętów kostnych o długości 145 mm, średnicy 6mm, używając standardowego zestawu kluczy, który obejmuje dwa klucze nasadowe, trzy klucze imbusowe wygięte oraz klucz płaski. Badania prowadzone były w dwóch etapach. W pierwszym etapie implantowano stabilizator na 15 modelach kostnych. Zarówno odlewy kości udowej, piszczelowej jak też specjalne pasma symulujące więzadła stawu kolanowego wykonane były z materiału syntetycznego (Rycina 3). W drugim etapie założono stabilizator na 5 kończynach dolnych świeżych zwłok ludzkich. Urządzenie implantowano po przełamaniu stężenia pośmiertnego, a zwłoki użyte do badania nie miały cech wskazujących na wcześniejsze ciężkie urazy okolicy stawów kolanowych, na których planowano założenie stabilizatora. Rycina 4. Namiotowy układ wkrętów do implantacji stabilizatora Dynastab K (Galileo). Figure 4. The tent shape configuration of the screws. The device consists of three assemblies: the femoral and tibial connectors and the mechanism which connects them together, reflecting the kinematics of the knee joint. The femoral and tibial connectors consist largely of the same elements which can be assembled in an appropriate configuration: right or left. The elements different in both connectors are the jibs to which the bone implants are fixed. The differences of jib shape result from different accessibility of the femur and tibia. The mechanism reflecting the kinematics of the knee joint consists of two hocks: femoral and tibial (Figure 2). The device was implanted using self-tapering bone screws of 145 mm length and 6 mm diameter, with a standard set of wrenches including two socket wrenches, three offset ring spanners and one flat wrench. The study was carried out in two phases. The first phase involved implantation of the fixator using 15 bone models. Both the femoral and tibial bone casts and special bands simulating knee joint ligaments were made of synthetic material (Figure 3). In the second phase, the fixator was applied onto 5 lower extremity specimens obtained from fresh human cadavers. The device was implanted after overcoming cadaveric rigidity, and the specimens had no signs of previous traumas in the region of knee joints selected to be implanted with the fixator. 19

Artroskopia i Chirurgia Stawów, 2007; 3(3): 17-23 Deszczyński J i wsp. Biomechaniczne walory przegubu stabilizatora Rycina 5. Odwrócony wkręt ponad skórą goleni początek etapu pozycjonowania mechanizmu stabilizatora. Figure 5. Positioning of the mechanism observation of the movement of the screw over the skin of the leg. Rycina 6. Zgięcie stawu kolanowego z założonym stabilizatorem Dynastab K (Galileo). Figure 6. Knee flexion after the implantation of the Dynastab K (Galileo). Implantacja stabilizatora w obydwu fazach badania przebiegała według ustalonego wcześniej teoretycznie schematu: 1. Przygotowanie stabilizatora do implantacji. 2. Ustawienie stabilizatora równolegle do osi anatomicznej kończyny dolnej. 3. Mocowanie do kości udowej. 4. Pozycjonowanie. 5. Mocowanie do kości piszczelowej. Przygotowanie stabilizatora do implantacji polegało na zmontowaniu urządzenia. Następnie dokonano sprawdzenia, czy: Działają wszystkie blokady (pozwalają na ruch w stanie zwolnionym a skutecznie unieruchamiają elementy w stanie zablokowanym). Przeguby poruszają się płynnie, bez zacięć i nie wykazują szkodliwych luzów. Śruby i nakrętki regulacyjne obracają się płynnie i z właściwym oporem (łatwo dają się obracać kluczem, trudno ręką). Stabilizator ustawiano obok kończyny dolnej (lub modelu kostnego) tak, aby przewidywana oś stawu kolanowego pokrywała się z osią przegubu udowego urządzenia. Mocowanie do kości udowej i piszczelowej przeprowadzano za pomocą 4 wkrętów wprowadzanych w układzie namiotowym (Rycina 4). Wkręty implantowano przezskórnie, bez wykonywania dostępów do kości, przy pomocy ręcznego klucza dostępnego w zestawie. Starano się zachować odpowiednią (około 3 cm) odległość stabilizatora od skóry preparatu. Pozycjonowanie mechanizmu miało na celu ostateczne dopasowanie osi obrotu przegubu udowego do osi stawu kolanowego. Dokonywano go po zaobserwowaniu ruchu odwróconego wkrętu piszczelowego ponad skórą goleni podczas zginania urządzenia wraz ze stawem kolanowym w zakresie 0 90 (Rycina 5). Wkręt mógł przemieszczać w 4 kierunkach (bocznie/przyśrodkowo, proksymalnie/dystalnie), dlatego też w takich kierunkach dokonywano korekty ustawienia przegubu udowego. Regulacje wykonywano etapami: najpierw korygowano przesunięcia bok/przygrodek (dopóki ruch wkrętu w tej osi nie był widoczny), a następnie w kierunku proksymalnie/dy- In both phases of the study, implantation of the device followed a previously developed theoretical algorithm: 1. Preparation of the external fixator for implantation. 2. Positioning of the external fixator in parallel to the anatomical axis of the lower extremity. 3. Fixation of the device to the femur. 4. Positioning. 5. Fixation of the device to the tibia. Preparation of the external fixator for implantation involved assembling together all the elements of the devices. Then it as checked, whether: All blockades were functioning (allowing movement when released and effectively immobilizing the elements when blocked). The hocks were moving smoothly, without interruptions, and demonstrated no signs of loosening. The adjusting screws and nuts could be turned smoothly and with appropriate resistance (were easy to turn with a wrench and difficult to turn manually). The external fixator was placed next to the lower extremity (or a bone model), so that the presumen knee joint axis was in line with the axis of the femoral hock of the device. Then the device was fixed to the femur and the tibia with 4 screws introduced in a tent-shaped configuration (Figure 4). The screws were implanted percutaneously, without surgical approach to the bone, with a manually operated wrench available in the set. It was attempted to maintain an appropriate (ca. 3 cm) distance between the fixator and the skin of the specimen. The mechanism was positioned in order to obtain ultimate adjustment of the femoral hock rotation axis to the axis of the knee joint. It was done after observation of the movement of the screw over the skin of the leg during flexion of the device together with the knee joint within the 0 90 range (Figure 5). The screw could move in 4 directions (lateral/medial, proximal/distal), and that is why the femoral hock positioning was corrected in these directions. The regulation was accomplished in several phases: first the lateral/medial shift was corrected (until the screw movement in this axis became invisible) and then the proximal/distal one. After fixation of the device to 20

Arthroscopy and Joint Surgery, 2007; 3(3): 17-23 Deszczyński J et al. Biomechanical values of hinge of Dynastab K (knee) Tabela 1. Średni czas implantacji stabilizatora Dynastab K (Galileo). Implantacja Przygotowanie urządzenia do implantacji Pozycjonowanie mechanizmu Całkowity czas implantacji Modele kostne 16,5 22,7 Zwłoki 36,4 40,4 92,8 Table 1. Average time of the implantation of the Dynastab K (Galileo). Implantaation Preparing for the implantation Positioning of the mechanizm Total time of the implantation Bone models 16.5 22.7 Cadavers 36.4 40.4 92.8 stalnie. Po zamocowaniu urządzenia do kości piszczelowej dokonywano kilkukrotnego zgięcia kolana wraz ze stabilizatorem. Miało to na celu makroskopową obserwację ewentualnych naprężeń powstających na poszczególnych elementach urządzenia, wkrętach oraz w miejscach ich mocowania do kości (Rycina 6). Odnotowywano maksymalny kąt zgięcia stawu kolanowego wraz ze stabilizatorem nie powodujący powstania makroskopowych naprężeń. WYNIKI Średni czas implantacji stabilizatora Dynastab K (kolano) na modelach kostnych, łącznie z pozycjonowaniem przegubu urządzenia wyniósł 22,7 minuty (SD 1 =3,24, 95%CI 2 =1,64). Średnio 16,5 minuty (SD=3,02, 95%CI=1,53), czyli 72,7% czasu całkowitego zajęło pozycjonowanie urządzenia (Tabela 1). Osiągnięcie namiotowego układu wkrętów mocujących urządzenie do kości udowej i piszczelowej było stosunkowo łatwe poprzez odpowiedni kąt wyżłobienia otworu w części mocującej wkręt do urządzenia oraz dzięki występowaniu części mocujących wkręty w dwóch konfiguracjach: L (lewej) i P (Prawej) (Rycina 7). Dodatkowo duża swoboda ruchu części mocującej wkręt na wysięgniku wpłynęła na skrócenie czasu implantacji. W przypadku każdej implantacji udało się dokonać pozycjonowania mechanizmu w takim zakresie, że przy zginaniu modelu kostnego do 90 stopni nie widać było makroskopowo ruchu odwróconego wkrętu kostnego ponad kością piszczelową. Czas samego pozycjonowania mechanizmu wyniósł średnio 16,5 minuty (SD=3,02, 95%CI=1,53). Średni czas implantacji urządzenia na zwłokach ludzkich wyniósł 92,8 minuty (SD=6,83, 95%CI=5,99), przy czym na proces zmontowania urządzenia i przygotowania go do implantacji przeznaczono średnio 36,4 minuty (SD=2,26, 95%CI=1,41). Pozycjonowanie przegubu stabilizatora zajęło średnio 40,4 minuty (SD=4,34, 95%CI=3,80). Zginanie kolana wraz z implantowanym stabilizatorem nie powodowało widocznych makroskopowo wzmożonych naprężeń. Średni kąt zgięcia wyniósł 121 stopni (SD=7,31, 95%CI=6,41). 1 SD (Standard Deviation) odchylenie standardowe. 2 95% CI (Confidence Interval) 95% przedział ufności. Rycina 7. Części mocujące wkręty na wysięgnikach. Figure 7. Pin handles on the jibs. the tibia, the knee with the fixator was flexed a few times with the aim of macroscopic observation of potential stress generated on the individual elements of the device, pins, and at the sites of their fixation to the bone (Figure 6). The maximum knee flexion angle possible to obtain without generating macroscopic stress of the mechanism was noted. RESULTS The average time of implantation of the Dynastab K (knee) on bone models, including positioning of the mechanism, was 22.7 min (SD 1 =3.24, 95%CI 2 =1.64). Positioning took, on the average, 16.5 min (SD=3.02, 95%CI=1.53), i.e. 72.7% of the total time of the procedure (Table 1). It was relatively easy to obtain a tent-shaped pattern of the pins fixing the device to the femur and the tibia owing to the appropriate angle of the aperture in the pin handle on the device, as well as to two configurations: L (left) and P (right) of the pin handles (Figure 7). Additionally, considerable freedom of movement of the pin handles on the jibs allowed to reduce the implantation time. In case of each implantation procedure, we succeeded in positioning the mechanism to such an extent that during flexion of the bone model to 90 degree angle the macroscopic movement of the screws over the tibia was not visible. The average time of positioning the mechanism was 16.5 minutes (SD=3.02, 95%CI=1.53). 21

Artroskopia i Chirurgia Stawów, 2007; 3(3): 17-23 Deszczyński J i wsp. Biomechaniczne walory przegubu stabilizatora DYSKUSJA Stabilizatory zewnętrzne stawu kolanowego od dawna znajdują zastosowanie w chirurgii ortopedycznej [7,8,9]. Literatura podaje wzmianki o ich stosowaniu po zwichnięciu stawu kolanowego z całkowitym uszkodzeniem więzadeł pobocznych i krzyżowych [10]. Znajdują również zastosowanie w stabilizacji stawu kolanowego po wykonaniu zabiegu artrodezy [11]. Są to jednak stabilizatory statyczne, których celem jest unieruchomienie stawu kolanowego i utrzymanie ciszy biomechanicznej przez okres kilku tygodni. Do tego typu stabilizatorów zalicza się również te stosowanie w leczeniu złamań dalszej nasady kości udowej [12] oraz bliższej nasady kości piszczelowej [13]. Częstym zastosowaniem stabilizatorów zewnętrznych w urazach okolicy stawu kolanowego jest także czasowa fiksacja odłamów, przed wdrożeniem ostatecznego leczenia. Z sytuacją taką spotykamy się najczęściej w przypadku złamań otwartych, uszkodzeń skóry okolicy złamania oraz w przypadku chorych z urazami wielomiejscowymi i wielonarządowymi [14 16]. Według wiedzy autorów stabilizator Dynastab K (kolano) jest jednym z pierwszych na świecie zewnętrznych stabilizatorów stawu kolanowego umożliwiających ruch w tym stawie oraz pierwszym, którego zakres ruchu po implantacji na kończynie wynosi ponad 90 stopni. Podyktowane jest to sposobem, w jaki urządzenie odwzorowuje kinematykę stawu kolanowego. Zgięcie i wyprost kolana dokonuje się nie w wyniku prostego mechanizmu zawiasowego, ale poprzez mechanizm tzw. skrzyżowanego czworoboku przegubowego, który pozwala na odtworzenie głównych składowych kinematyki stawu kolanowego: toczenia i ślizgu. Mimo stosunkowo skomplikowanej konstrukcji urządzenia oraz znamiennych odmienności biomechanicznych między stawami kolanowymi preparatów wziętych do badania, czas jego implantacji oscylował w okolicy 1,5 godziny. Wyniki przedstawionych badań wskazują na ewentualne możliwości zastosowania stabilizatora Dynastab K (kolano) w leczeniu czynnościowym złamań stawowych kolana. WNIOSKI 1. Implantacja urządzenia na stawach kolanowych świeżych zwłok ludzkich oraz modelach wykonanych z materiałów syntetycznych okazała się względnie łatwa i szybka. 2. Najbardziej czasochłonnym procesem implantacji jest pozycjonowanie urządzenia. 3. Osiągnięty zakres zgięcia stawu kolanowego wraz ze stabilizatorem wskazuje na duże możliwości adaptacji urządzenia do kinematyki stawu kolanowego pacjenta. 4. Wyniki badania wskazują na potencjalne możliwości zastosowania stabilizatora Dynastab K (kolano) w czynnościowym leczeniu złamań stawowych kolana. The average implantation time in case of cadavers was 92.8 minutes (SD=6.83, 95%CI=5.99), including the mean time of assembly and preparation of the device for implantation, which amounted to 36.4 minutes (SD=2.26, 95%CI=1.41). Positioning of the fixator hinge took, on the average, 40.4 minutes (SD=4.34, 95%CI=3.80). Flexion of the knee together with the implanted external fixator did not cause macroscopically visible excessive tension. The mean flexion angle reached 121 degrees (SD=7.31, 95%CI=6.41). DISCUSSION External knee joint fixators have been used in orthopedic surgery for a long time [7,8,9]. The literature mentions their use in the cases of knee joint luxations associated with severe damage to the lateral and cruciate ligaments [10]. They are also applied in order to stabilize the knee joint after arthrodesis [11]. These are, however static fixators, whose task is to immobilize the knee joint and to maintain it under biomechanic silence conditions for the period of several weeks. This type of fixators includes also the devices used in treatment of fractures of the distal femoral epiphysis [12] and of the proximal tibial epiphysis [13]. External fixators are also applied frequently in knee joint traumas for temporary fixation of bone fragments before the ultimate treatment is instituted. There is often such a need in case of open fractures, disruptions of skin integrity in the fracture region, and in patients with multiple or multiorgan injuries [14 16]. To the authors best knowledge, the Dynastab K (knee) device is one of the first external knee joint fixators in the world allowing movement of this joint and the first one ensuring the mobility range exceeding 90 after its implantation. These characteristics results from the way in which the device reflects the kinematics of the knee joint. Flexion and extension of the knee are accomplished not by means of a simple hinge mechanism, but using a so-called crossed quadric mechanism allowing to reproduce the main components of knee joint kinematics: rolling and sliding. Despite relatively complex design of the device and significant biomechanic differences between the individual joints of the analyzed specimens, the time of implantation oscillated around 1.5 h. The results of the presented study indicate the potential to use the Dynastab K (knee) external fixator in functional treatment of intra-articular knee joint fractures. CONCLUSIONS 1. Implantation of the external fixator performed on knee joints of fresh human cadavers and bone models prepared using synthetic materials proved to be a relatively easy and quick procedure. 2. Positioning of the fixator is the most time-consuming stage of the procedure. 3. The obtained knee flexion range with the fixator in place indicates a high potential of adaptation of the device to the kinematics of the patient s knee joint. 4. The results indicate the potential to use the Dynastab K (knee) external fixator in functional treatment of intraarticular knee joint fractures. 22

Arthroscopy and Joint Surgery, 2007; 3(3): 17-23 Deszczyński J et al. Biomechanical values of hinge of Dynastab K (knee) PIŚMIENNICTWO: 1. Sommers MB, Fitzpatrick DC, Kahn KM et al: External Fixation of the Knee. Intrinsic Factors Influencing Passive Joint Motion, J Orthop Trauma, 2004; 18: 163 69 2. Shiavi R, Limbird T, Frazer M et al: Helical motion analysis of the knee: I. methodology for studying kinematics during locomotion. J Biomech, 1987; 20: 459 69 3. Shiavi R, Limbird T, Frazer M et al: Helical motion analysis of the knee: II. Kinematics of uninjured and injured knees during walking and pivoting. J Biomech, 1987; 20: 653 65 4. Garg A, Walker PS: Prediction of total knee motion using a threedimensional computer-graphics model. J Biomech, 1990; 23: 45 58 5. Blankevoort L, Huiskes R, de Lang A: Helical axes of passive knee-joint motions. J Biomech, 1990; 22: 1219 29 6. Hart RA, Mote CDJ, Skinner HB: A finite helical axis as a landmark for kinematic reference of the knee. J Biomech Eng, 1991; 113: 215 22 7. Deszczyński J, Karpiński J, Deszczyńska H: Budowa, zasady działania stabilizatora Dynastab DK-K (kolano) i jego przydatność w praktyce klinicznej. Ort Traum Rehab, 1999; 1: 63 66 8. Deszczyński J, Choromański W, Dobrzyński G et al: Stabilizator Dynastab-K (Galileo) stabilizator do czynnościowego leczenia złamań stawowych i okołostawowych kolana. Medical Scienece Review. Oertopedia, 2006; 1: 61 65 REFERENCES: 9. Deszczyński J, Karpiński J, Deszczyńska H: Czynnościowe leczenie złamań stawowych kolana z wykorzystaniem stabilizatora Dynastab-DK (kolano). Medical Scienece Review. Ortopedia, 2006; 1: 57 60 10. Browner: Skeletal Trauma: Basic Science, Management, and Reconstruction, 3 rd ed., Copyright 2003 Saunders 11. Windsor RE: Knee arthrodesis. In Insall JN, ed: Surgery of the knee, 2 nd ed., New York, 1993, Churchill Livingstone 12. Fazal A, Saleh M: Treatment of isolated complex distal femoral fractures by external fixation. Injury, 2000; 31: 139 46 13. Gerber A, Ganz R: Combined internal and external osteosynthesis. A biological approach to the treatment of complex fractures of the proximal tibia. Injury 1998, 29(Suppl.3), S-C22 28 14. Johnson KD, Hicken G: Distal femoral fractures. Orthop Clin North Am, 1987; 18(1): 115 32 15. Iannacone WM, Taet R et al: Early exchange intramedullary nailing of distal femoral fractures with vascular injury initially stabilized with external fixation. J Trauma, 1994; 37(3): 446 51 16. Ronen GM, Michaelson M, Waisbrod K: External fixation in war injuries. Injury, 1974; 6(2): 94 98 23