University of Oulu

Nitinol shape memory alloy in flexor tendon repair

Saved in:
Author: Karjalainen, Teemu1,2,3
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Clinical Medicine, Department of Surgery
3University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine, Department of Medical Technology
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.2 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514299803
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2012
Publish Date: 2012-11-27
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic Dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium 1 of Oulu University Hospital, on 7 December 2012, at 12 noon
Tutor: Docent Jorma Ryhänen
Professor Timo Jämsä
Reviewer: Docent Yrjänä Nietosvaara
Docent Teppo Järvinen
Description:

Abstract

Early motion is crucial for tendon healing and functional results after flexor tendon repair in the fingers. Motion, however, causes stress in the repair site, which can result in failure of the repair. A flexor tendon repair is made with fine calibre sutures, which sets exceptional requirements for the suture materials used in flexor tendon repair.

Nitinol (nickel-titanium alloy) is a shape memory alloy, which can exist in two temperature-dependent forms, soft martensite and stiff austenite. It is possible to fabricate a nitinol wire that is soft and pliable, yet has high tensile strength. It also has excellent biocompatibility. Therefore, it is a potential candidate flexor tendon repair suture material.

This study evaluates biomechanical aspects of martensite nitinol wire as a flexor tendon repair suture material. The study hypothesis was that nitinol wire improves the strength of the repairs compared with the repairs made with conventional suture materials. It was found that nitinol core repairs and circumferential repairs performed significantly better when compared with repairs made with commonly used braided polyester and polypropylene of equal calibre.

To further optimise the performance of the nitinol wire in tendon surgery, two experimental models were developed to study the suture-tendon interface. The aim was to prevent pull-out of the suture loop so that surgeons could have full advantage of the tensile strength of the nitinol suture. First, it was tested whether it is possible to improve the suture’s ability to grip the tendon tissue by changing the suture type from monofilament to multifilament. Multifilament suture loops reached higher pull-out strength when compared with round monofilament loops when a locking loop was used. Subsequently, the grip of four different previously reported core repair loops was tested. Based on their failure mechanism, two novel loops were developed. The novel loops demonstrated superior ability to grip the tendon. The novel loops can be useful with high tensile strength suture materials and in repairs, which are prone to suture pull-out.

see all

Tiivistelmä

Varhainen korjauksen jälkeinen aktiivinen kuntoutus on osoittautunut hyödylliseksi jänteen paranemiselle. Varhainen liike altistaa korjauksen kuormitukselle, joka voi johtaa korjauksen pettämiseen. Korjaukset tehdään ohuilla langoilla. Tämä asettaa erityisiä vaatimuksia jännekorjauksessa käytettävälle ommelainemateriaalille.

Nikkeli-titaani (nitinoli) on nk. muistimetalli. Sillä on kaksi lämpötilariippuvaista muotoa: pehmeä martensiitti ja jäykkä austeniitti. Nitinolista voidaan valmistaa ohutta pehmeää ja taipuisaa lankaa, jonka vetolujuus on suuri. Nitinolin siedettävyys jännekudoksessa on todettu hyväksi, minkä vuoksi se on lupaava materiaali käytettäväksi jännekorjauksissa.

Tässä tutkimuksessa kokeiltiin martensiittisen nitinolilangan käyttöä jänteen ydinompeleena ja pintaompeleena. Olettamuksena oli, että nitinolilangalla saadaan kestävämpiä korjauksia kuin nykyään käytössä olevilla langoilla. Tulosten mukaan nitinolilangalla tehdyt korjaukset olivat kestävämpiä, kun niitä verrattiin saman paksuiseen punottuun polyesteriin ja polypropyleeniin.

Lisäksi kehitimme kaksi mallia, joiden tarkoituksena oli parantaa nitinolilankasilmukan pitoa jännekudoksesta. Tarkoituksena oli löytää keinoja, joilla langan otetta jännekudoksesta voidaan parantaa ja langan hyvät vetolujuusominaisuudet pääsevät oikeuksiinsa. Ensin muutimme langan muotoa perinteisestä yksisäikeisestä pyöreästä monisäikeiseen muotoon. Monisäikeisen langan läpileikkausvoima oli huomattavasti suurempi kuin yksisäikeisen pyöreän langan. Ero oli havaittavissa vain, kun käytettiin lukitsevaa silmukkaa. Tämän jälkeen testasimme neljän perinteisesti käytetyn korjaustekniikan silmukan pitokykyä ja tulosten perusteella kehitimme kaksi uutta silmukkaa. Työssä kehitetyt silmukat pitivät kiinni jänteestä huomattavasti paremmin kuin perinteiset silmukat. Työssä kehitetyillä silmukoilla voidaan optimoida vahvojen ommelainemateriaalien suorituskyky jännekirurgiassa.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-951-42-9980-3
ISBN Print: 978-951-42-9979-7
Issue: 1181
Subjects:
Copyright information: © University of Oulu, 2012. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.