Accepted Manuscript

Title: Bone Transport versus Acute Shortening for theManagement of Infected Tibial Non-Unions with BoneDefects

Authors: Kevin Tetsworth, Cengiz Sen, John E. Herzenberg,Matthew Jaffe, Dean C. Maar, Vaida Glatt, Dror Paley, ErikHohmann

PII: S0020-1383(17)30437-0DOI: http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.injury.2017.07.018Reference: JINJ 7308

To appear in: Injury, Int. J. Care Injured

Accepted date: 11-7-2017

Please cite this article as: Tetsworth Kevin, Sen Cengiz, Herzenberg John E, JaffeMatthew, Maar Dean C, Glatt Vaida, Paley Dror, Hohmann Erik.Bone Transport versusAcute Shortening for the Management of Infected Tibial Non-Unions with BoneDefects.Injury http://dx.doi.org/10.1016/j.injury.2017.07.018

This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication.As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript.The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting proofbefore it is published in its final form. Please note that during the production processerrors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers thatapply to the journal pertain.

Bone Transport versus Acute Shortening for the Management of Infected 

Tibial Non‐Unions with Bone Defects Kevin Tetsworth 

MD, FRACS 

Department of Orthopaedic Surgery, Royal Brisbane Hospital, Herston, Australia 

Department of Surgery, School of Medicine, University of Queensland, Australia 

Orthopaedic Research Institute of Australia 

Cengiz Sen 

MD 

Department of Orthopaedic Surgery, Medical School of Istanbul, University of Istanbul, Istanbul, 

Turkey 

John E. Herzenberg 

International Center for Limb Lengthening; Rubin Institute for Advanced Orthopedics; Sinai Hospital, 

Baltimore, MD, USA 

Matthew Jaffe 

MD 

Wellstar Health System, OrthoAtlanta private practice group, Atlanta, GA, USA 

Dean C Maar 

MD 

Department of Orthopaedic Trauma, St. Vincent’s Hospital, Indianapolis, IN, USA 

Vaida Glatt 

PhD 

Department of Orthopaedic Surgery, University of Texas Health Science Center, San Antonio, Texas, USA

Dror Paley 

MD 

Paley Institute, St. Mary’s Hospital, West Palm Beach, FL, USA 

Erik Hohmann 

FRCS, FRCS (Tr&Orth), MD, PhD 

School of Medicine, University of Pretoria, South Africa 

Valiant Clinic/Houston Methodist Group 

Corresponding Author: 

Erik Hohmann, Valiant Clinic/Houston Methodist Group 

Dubai, United Arab Emirates 

ehohmann@hotmail.com 

Statement: 

None of the authors do have any financial interest, any other relationship with a commercial 

company or a conflict of interest related directly or indirectly to this research. 

2

Abstract

Introduction:

This study compared bone transport to acute shortening/lengthening in a series of infected tibial

segmental defects for infected tibial non-union.

Methods:

In a retrospective comparative study 42 patients treated for infected tibial non-union with

segmental bone loss measuring between 3 and 10 cm were included. Group A was treated with

bone transport and Group B with acute shortening/lengthening. All patients were treated by

Ilizarov methods for gradual correction as bi-focal or tri-focal treatment; the treating surgeon

selected either transport or acute shortening based on clinical considerations. The principle

outcome measure was the external fixation index (EFI); secondary outcome measures included

functional and bone results, and complication rates.

Results:

The mean size of the bone defect was 7 cm in Group A, and 5.8 cm in Group B. The mean time

in external fixation in Group A was 12.5 months, and in Group B was 10.1 months. The external

fixation index (EFI) measured 1.8 months/cm in Group A and 1.7 months/cm in Group B. Minor

complications were 1.2 per patient in the transport group and 0.5 per patient in the acute

shortening group (P = 0.00001). Major complications were 1.0 per patient in the transport group

versus 0.4 per patient in the acute shortening group (P = 0.0002). Complications with permanent

residual effects (sequelae) were 0.5 per patient in the transport group versus 0.3 per patient in

the acute shortening group (P = 0.28).

Conclusions: While both techniques demonstrated excellent results, acute

shortening/lengthening demonstrated a lower rate of complications and a slightly better

3

radiographic outcome. Bone grafting of the docking site was often required with both

procedures.

Keywords: infected non-union; osteomyelitis; segmental defects; acute shortening; bone

transport; bone lengthening; Ilizarov method; distraction osteogenesis; external fixation; limb

salvage

Level of evidence 

Level III; retrospective comparative study 

Introduction

Infected  tibial  non‐unions  have  always  been  extremely  difficult  to manage  successfully,  and  this 

challenge  is magnified when a segment of bone  is absent  [1‐6]  . Chronic osteomyelitis may require 

additional resection of necrotic bone to eradicate an active nidus of infection [7,8]. Major soft‐tissue 

injuries, deformity, or a leg‐length discrepancy can significantly influence the functional outcome and 

may further complicate the presentation. They are often the consequence of high‐energy trauma and 

many have already  failed  to  respond  to multiple prior  surgical procedures,  resulting  in  further  soft 

tissue compromise. This may impair local vascularity surrounding the non‐union, exposing the limb to 

greater risk of treatment failure [7,8]. Underlying host factors such as smoking or diabetes may further 

compromise conditions. 

There are several treatment options available to manage patients who have tibial non‐unions with bone 

defects in the presence or absence of infection [1, 9‐13] .  These include cancellous bone grafting [4,14‐

16]  , Papineau open  cancellous bone grafting  [17]  , vascularized  free‐tissue  transfers  [18‐20]  , and 

combined  approaches  with  both  microvascular  tissue  transfers  and  bone  grafts  [3]  .  Masquelet 

developed  the  induced membrane  technique  almost 20  years  ago,  to enhance  graft  incorporation 

[21,22] . However, acute corrections are often  limited by soft tissue constraints, and these methods 

may not allow the surgeon to completely correct alignment and restore limb length. Regardless of the 

4

option  selected,  treatment  times  associated  with  limb  salvage  are  usually  long  with  frequent 

complications [4, 14‐16, 23‐25] .  Alternatively, amputation may be considered a reasonable surgical 

reconstructive option  for  those patients who  seek  a definitive procedure with  a more predictable 

outcome [7,8,26,27] .   

Distraction  histogenesis  [25,28‐30]  techniques  and  methods  using  external  fixation  for  gradual 

correction have dramatically expanded the options available for the treatment of tibial non‐unions and 

associated bone defects [1,2,9‐12,23,31‐35] . These methods, pioneered by Ilizarov [29,32] , have been 

used successfully outside Russia for over 30 years [1,2,15,16,34‐36]  .    In contrast to other methods, 

these techniques can simultaneously address the multiple elements of pathology including shortening, 

deformity, bone  loss,  joint  contractures, and  some  soft  tissue defects. The  Ilizarov method  for  the 

treatment  of  tibial  non‐unions  associated with  bone  defects  generally  involves  bifocal  or  trifocal 

osteosynthesis [1,34] , compressing bone at one level to achieve union while simultaneously applying 

distraction to the same bone at another level to regenerate bone mass. These Ilizarov methods of limb 

salvage  include both bone  transport  [1,4,5,7,9‐12,34,36‐43] and acute  shortening/lengthening  [5,7‐

9,36,44‐48] .    

Bone transport is characterized by the gradual translocation of a segment of bone, often together with 

its  surrounding  soft  tissue  envelope,  from  an  adjacent  healthy  area  into  the  region  of  bone  loss 

[1,4,5,7,9‐12,36‐43]  .   A  low energy osteotomy or corticotomy [29,30,49]  is performed at a  location 

outside the zone of injury, and the external fixator used to gradually transport the bone segment under 

carefully controlled mechanical conditions. As the bone defect gradually becomes smaller the process 

of distraction osteogenesis generates new bone in the distraction gap, restoring bone mass and skeletal 

continuity [29,30] .  The hallmark of bone transport is that the length of the limb does not change since 

the rate of lengthening in the distraction gap is equal to the rate of shortening at the bone defect site. 

5

Acute shortening/lengthening is characterized by shortening of the limb through the region of the bone 

defect  itself, and can be performed acutely, gradually, or as a combination  [5,9‐12,36,44‐48]  . The 

shortened  limb  is concurrently  lengthened  to equalize  limb  lengths  through bifocal osteosynthesis, 

analogous to the technique used for bone transport. An external fixator is used to apply compression 

across the defect to achieve union, and length is gradually restored by simultaneous distraction through 

an osteotomy at another  level.   The hallmark of acute  shortening/lengthening  is  the early  contact 

across  the  original  area  of  bone  loss  [5,9‐12,36,44‐48]  .    This  early  compression  enhances  the 

mechanical  stability  of  the  bone‐fixator  composite,  and  offers  the  potential  of more  rapid  union 

resulting from  immediate contact.   Recent publications discussing this approach have unfortunately 

suffered from limitations in study design and sample size, or have been less robust statistically [45‐48] 

. 

Soft tissue and vascular considerations dictate the extent of acute correction possible. Cases with large 

bone defects are generally treated by bone transport, and cases with small bone defects are more often 

treated by acute shortening/lengthening. The purpose of this study was to compare bone transport to 

acute  shortening/lengthening  in  the  treatment of a  series of  cases of  tibial  segmental defects. We 

hypothesized that acute shortening/lengthening would result in fewer docking site complications and 

procedures, and a shortened treatment time, compared to bone transport.   

Materials and Methods

Study Design 

This retrospective non‐randomized comparative study was based on hospital records and analysis of 

routine radiographs obtained during the course of treatment. This project was part of a clinical audit 

and exempted from IRB approval. Inclusion criteria were adult patients with post‐traumatic tibial non‐

unions with bone loss measuring between 3 and 10 cm. Patients were excluded if the medical record 

6

was  incomplete or  follow‐up was  less  than one year. Surgery was conducted by  three experienced 

Ilizarov surgeons at multiple sites all within a single medical system in Baltimore, MD, USA. All patients 

were managed  using  Ilizarov methods  and  the  Ilizarov  circular  external  fixator  (Smith & Nephew, 

Memphis, TN), either by bone  transport or acute  shortening/lengthening. Treatment  selection was 

based on clinical parameters according to surgeon  judgment,  individualized  to the specifics of each 

particular case. Some of the patients in the bone transport group were already included in the study 

cohort of a prior publication dedicated to that technique [39] . 

The total bone loss was calculated as the sum of the length of the bone defect and the magnitude of 

any limb length discrepancy, if present. The radiographic consolidation time for the distraction gap was 

measured according to the criteria of Fischgrund, et al. [28] . The principle outcome measure was the 

external fixation index (EFI), determined by dividing the time in external fixation by the length of bone 

regenerated (in months/cm). Clinical outcomes were divided into bone results and functional results 

according  to  the evaluation system previously reported by Paley & Maar  [39]  . Complications were 

recorded,  and  these  were  considered  either  minor  (treated  non‐operatively),  major  (treated 

operatively), or sequelae (unresolved after treatment) [24] . 

Surgical Considerations 

Detailed  descriptions  of  the  surgical  techniques  for  bone  transport  [39,42,43]  and  acute 

shortening/lengthening  [44,48] have been published previously. Cases with  large bone defects  (>10 

cm) are generally treated by bone transport, while small bone defects (<3 cm) are most often treated 

by acute shortening/lengthening. Soft tissue and vascular considerations generally dictate the extent 

of  acute  correction  possible,  when  indicated.  Despite  its  more  direct  nature  acute 

shortening/lengthening should be considered the more technically demanding procedure, particularly 

in cases with bone defects exceeding 4 cm. Acute shortening requires additional soft tissue dissection, 

7

while bone transport is a less extensive procedure with no need to expose the fibula. The immediate 

risk is often greater with acute shortening compared to bone transport, with an increased possibility of 

catastrophic vascular injury. Although no vascular injuries were encountered in this series, it remains a 

genuine risk and the vascular response to shortening must be monitored carefully.  If any significant 

change in circulation was identified after acute shortening, the limb was lengthened a centimeter and 

circulation reassessed. The residual bone defect was then managed by gradual shortening at a relatively 

rapid  rate  (2‐3 mm/day)  over  the  next  two weeks.  Dense  scarred  soft  tissues must  be  resected 

completely  prior  to  the  acute  shortening,  or  it may  obstruct  docking  and  limit  the magnitude  of 

shortening. This additional dissection itself increases the risk of iatrogenic vascular damage, and must 

be undertaken with some care and respect for distorted anatomy. The risk of anterior tibial or peroneal 

artery damage  is significant with partial resection of  the  fibula, especially  if attempted  through  the 

same anterior incision used to approach the tibia.  

Acute  shortening  is  generally  done  through  a  transverse  incision  to  facilitate  wound  closure. 

Longitudinal incisions gap open as the limb is acutely shortened, and can make wound closure difficult 

or  impossible. Transverse  incisions are far more amenable to acute shortening and facilitate closure 

without tension. A transverse incision can make deep dissection slightly more difficult, although this is 

a minor issue. However, the transverse component often will need to cross prior longitudinal incisions 

and it must be made with care. Acute shortening in the presence of a mature free flap can only be done 

with resection of part of the flap in a transverse manner, and should be performed with caution.  

The status of the fibula is an important aspect, and must be considered when determining whether to 

choose reconstruction using either bone transport or acute shortening/lengthening. When the fibula is 

intact bone transport is generally the preferred option, and this preserves the normal length of the leg 

while minimizing the amount of dissection and time required to complete surgery. When the fibula has 

a substantial defect that is greater than the size of the tibial defect, acute shortening is more attractive. 

8

Following an acute injury the fibula is often also fractured, and this can frequently be allowed to shorten 

with bayonet apposition of the fibula fracture site. If the fibula has united in a malreduced position any 

shortening or malrotation may lead to symptoms influencing clinical outcomes, particularly in the distal 

quarter  of  the  leg.  In  this  situation,  it  is  sensible  to  consider  acute  shortening/lengthening  after 

osteotomizing the fibula and correcting the malorientation of the distal fragment.  

There is often a delay of many weeks between the initial procedure and when the transported bone 

segment ultimately makes contact with the target segment. During that time, the defect interval fills 

with dense scar and granulation tissue, and the end of the transport segment remodels with rounding 

of  the  edges.    Revision  and  bone  grafting  of  the  docking  site  was  therefore  often  performed 

immediately prior to when contact was achieved.  Docking site modification was often undertaken to 

debride  any  dense  intervening  scar  and  to  freshen  the  osteotomized  bone  surfaces,  and we  now 

consider  this part of  the standard  transport  treatment protocol. Contact at  the docking site can be 

optimized and re‐alignment of the transported fragment can be performed, if necessary. Augmentation 

with autologous cancellous bone graft was placed circumferentially, not within the docking site itself. 

In contradistinction, bone grafting of the docking site following acute shortening was not a planned 

procedure.  However, it may be preferable to routinely use bone graft primarily at the acute shortening 

docking site in order to augment the probability of union and potentially decrease treatment time. This 

is a more critical consideration for docking sites involving two diaphyseal bone segments, and may be 

less important when docking a diaphyseal segment into a metaphyseal bed. 

Statistical Analysis 

All statistical analyses were performed using STATA SE (Version 12.0; StataCorp, College Station, Texas, 

USA). Means were calculated for continuous variables, and Student’s t‐test was used for comparisons 

between means. Contingency tables (3 x 2) were created, and Fisher’s exact test used to compare bone 

9

results and functional results between both groups. A level of significance of p < 0.05 was selected in 

all analyses,  to  limit  the  chance of Type  I error  to 5%. Effect  size and an a‐priori  sample  size was 

calculated using G*Power 3.1.9.2. (Düsseldorf, Germany) [50] . With α=0.05, β=0.8, df=2 the effect size 

was calculated to be 0.48. Based on these variables an a‐priori sample size calculation was performed 

and revealed 42 patients were needed to achieve adequate statistical power to limit the risk of Type II 

error to 5%.  

Results

A total of forty‐two patients with post‐traumatic tibial non‐unions with bone loss measuring between 

3  and  10  cm were  included  in  this  study;  none were  excluded.  The  tibial  bone  defect was  either 

secondary to the initial trauma, the result of prior surgery, or a consequence of additional resection at 

the time of the definitive reconstructive procedure. Group A consisted of twenty‐one patients managed 

by  bone  transport  (Figure  1),  and  Group  B  consisted  of  twenty‐one  patients managed  by  acute 

shortening/lengthening (Figure 2). Most of these cases (36/42) were actively  infected at the time of 

treatment,  and  the  other  six  cases  had  a  history  of  deep  infection.  These  two  groups were  very 

comparable  in  all  clinically  relevant  aspects.  Complete  details  of  the  demographics  and  clinical 

characteristics of the study cohort are provided in Table 1. The average bone defect in the transport 

group measured 7.0 cm, and in the acute shortening group 5.8 cm (P = 0.05). The average treatment 

time in the transport group was 12.5 months (6‐23), and in the acute shortening group was 10.1 months 

(4‐18) (P = 0.02). Dividing the treatment time by the amount of bone loss yields an external fixation 

index (EFI) of 1.8 months/cm in the bone transport group, and an EFI of 1.7 months/cm in the acute 

shortening  group  (P  =  0.09).  Bone  results  (radiographic)  were  slightly  better  in  the  acute 

shortening/lengthening group, but this difference was not significant (P = 0.23); functional outcome 

results were identical (P = 1) (Table 2). 

10

Minor complications (resolved without surgery) were 1.2 per patient in the transport group, and 0.5 

per patient  in  the  acute  shortening  group  (P = 0.00001). Major  complications  (required  additional 

surgery) in the bone transport group were 1.0 per patient, and 0.4 per patient in the acute shortening 

group (P = 0.0003). Permanent complications (sequelae, unresolved at the end of treatment) were 0.5 

per patient in the transport group, and 0.3 per patient in the acute shortening group (P = 0.28). Details 

of the complications in both groups are provided in Table 3.   

Eight patients had symptomatic pin site infections in the bone transport group and four patients in the 

acute shortening group, with multiple wires/pins involved in some patients. These occurred around a 

wire or pin in a total of 28 out of the 486 inserted (5.8%). Infection signs resolved with local care and 

systemic administration of antibiotics for 17 of these sites. Exchange of a wire or pin was indicated in 

11 cases due to persistent infection; no pin tract infection persisted after removal.  

Discussion

The most  important  finding of  this  study was  that  the  treatment  time  in external  fixation was not 

significantly different for the acute shortening group (1.7 months/cm) compared to the bone transport 

group (1.8 months/cm). The between group differences for both bone and functional results were also 

not significant. The a priori analysis confirms this study was adequately powered to detect any between 

group differences, if present. When treating infected tibial non‐unions with bone defects very similar 

outcomes were achieved with either bone transport or acute shortening/lengthening. However, the 

total number of complications per patient was significantly greater in the transport group compared to 

the acute shortening group. This did not reflect additional procedures related to early bone grafts at 

the docking site in the bone transport group. 

Infected tibial non-unions with segmental bone defects are a formidable challenge, and limb

salvage by any technique can be frustrating for both patient and surgeon. Acute

11

shortening/lengthening and bone transport both employ distraction osteogenesis to regenerate

bone loss, and either method facilitates reconstruction and limb salvage. Both can be considered

as elements in the spectrum of multi-focal osteosyntheses made possible using the methods of

Ilizarov [29,30,32] . The use of external fixation for gradual mechanical distraction

[1,4,15,16,31,32,34-37,44-48] has certain advantages, and is an approach that allows for the

many elements of pathology to be simultaneously treated in a comprehensive fashion.

Bone transport is an elegant solution for the management of segmental bone loss, but one that often 

requires patients to spend long periods of time in a circular frame. The main theoretical advantage of 

acute  shortening/lengthening  is  the  early  contact  across  the  original  area  of  bone  loss, with  the 

expectation of decreased  time  in external  fixation.  Immediate docking promotes more rapid union, 

while  compression enhances  the mechanical  stability of  the bone‐fixator  composite  construct. The 

results of  this  study demonstrate  these  two  techniques  are principally distinguished  in  the  fourth 

dimension, time. The segmental defect is either eliminated rapidly with acute shortening, or gradually 

using bone transport. The decision as to which to employ in a given situation is most often dictated by 

the condition and response of the surrounding soft tissues.  

Several publications have compared Ilizarov methods to alternative approaches for the management 

of segmental tibial bone  loss, such as massive cancellous bone grafts [5,15,16] . They have reported 

comparable  clinical  results  between  the  two  groups,  with  similar  rates  of  union,  eradication  of 

infection, and alignment. However, autologous cancellous bone grafts appear to require more surgical 

procedures and more transfusions, and bone transport is generally considered a faster, safer, and less 

expensive strategy [15,16] .  

Acute shortening for post‐traumatic segmental bone loss has already been the subject of several prior 

publications [5,9‐12,36,44‐48] , including an early paper by Saleh and Rees [36] . They also divided their 

12

patients into two groups comparing bone transport with acute shortening. However, their study cohort 

was far less homogeneous, including both tibial and femoral cases as well as both circular and unilateral 

fixators. Their results more clearly favored acute shortening/lengthening relative to bone transport. 

They concluded that acute shortening/lengthening  is simpler than bone transport and required  less 

time  to complete, and  they  recommended using  it when possible  to close  the defect directly. This 

unfortunately reflects selection bias, considering they initially used bone transport and later introduced 

acute shortening/lengthening.  The subsequent reports by Maini, et al [45] , and by Lavini, et al [46] 

reached  similar  conclusions,  although  plagued  by  some  of  the  same  limitations.  The  study  from 

Mahaluxmivala,  et  al  [47]  was  better  designed,  but  the  sample  size  was  too  small  to  draw  any 

meaningful conclusions.  

Most recently, Eralp, et al [48] published their results in a large multi‐center retrospective study from 

Turkey, including 74 patients treated by either bone transport or acute shortening/lengthening. This 

reflects  their  aggregate  experience  over  a  15‐year  period,  restricted  to  cases  of  chronic  tibial 

osteomyelitis and  infected non‐unions. The surgical techniques they describe are nearly  identical  in 

most respects to those employed in the current study [48] . They again have reported very comparable 

results  for  these  two  treatment alternatives with  respect  to  functional and  radiographic outcomes, 

although they failed to conduct a power analysis to determine if their sample size was large enough to 

detect a difference  if present. However,  in  their  series  the external  fixation  index was  significantly 

greater in the bone transport group, but the complication rates were nearly identical in the two groups. 

In their opinion acute shortening may provide greater patient satisfaction as a result of the potential 

reduction in time spent in external fixation [48] . 

Cases with bone defects exceeding 10 cm are generally  treated by bone  transport,  recognizing  the 

limited ability of soft tissues to tolerate acute shortening of this magnitude. Recognizing the apparent 

benefits of immediate contact, those cases with bone defects less than 3 cm are most often treated by 

13

acute shortening/lengthening.  Most previously published studies do not adequately compare the two 

techniques to fairly determine the preferred role and indications for each method. We sought a direct 

comparison of  these  two  techniques  for  the management of bone  loss of  intermediate  size, when 

either method may be considered applicable.  We therefore focused our investigation on cases with 

segmental bone defects from 3 to 10 cm in length. 

Tibial segmental bone loss generally precludes union, and closing this gap is the first challenge; it can 

be eliminated either acutely or gradually by either of the methods. The next goal is to achieve union of 

the two bone ends placed in contact across the original defect, most often referred to as the docking 

site. In our study group over half the patients had an autogenous cancellous bone graft placed at the 

level of the docking site  in order to promote union. Fourteen of the patients  in the bone  transport 

group underwent a docking site revision with bone graft (67%), while eight of the patients in the acute 

shortening  group  required  an  unplanned  docking  site  revision with  bone  graft  (38%).  This  clearly 

reflects our preference for routine docking site revision during bone transport,  immediately prior to 

contact following translocation of the transport segment. We have incorporated this into our current 

transport  treatment  protocol  as  a  planned  second  stage,  scheduled  when  the  remaining  defect 

measures approximately 1 cm. Routine docking site revision with bone grafting provides the greatest 

opportunity  for  the most  reliable and  rapid union by optimizing bone contact and congruity. Most 

authors  currently  recommend  routine  staged  docking  site  revisions  during  bone  transport 

[15,16,36,38,39,41,42,51] , although this is not unanimous [48,52] .   

Another significant observation from this study  is the high  incidence of delayed or non‐union of the 

docking  site  after  acute  shortening  (38%).  Considering  the  immediate  contact  and  enhanced 

mechanical stability of  the bone‐fixator composite,  there are obvious  theoretical benefits  for acute 

shortening compared to bone transport. Failure to empirically bone graft the acute shortening docking 

site primarily could explain the virtually identical treatment times for both methods. Based on these 

14

results, it may be preferable to use bone graft primarily at the acute shortening docking site in order 

to augment the probability of union and potentially decrease treatment time. This  is a more critical 

consideration for docking sites  involving two diaphyseal bone segments, and may be  less  important 

when  docking  a  diaphyseal  segment  into  a metaphyseal  bed.  Incorporating  this  aspect  into  the 

standard acute  shortening  surgical protocol may better distinguish  the  results  following  these  two 

treatments. 

In this series, the results of acute shortening/lengthening are slightly, but non‐significantly, better than 

bone  transport, and  the complication  rate was  reduced.  It affords certain advantages compared  to 

bone  transport, and  should be  considered when possible based on  soft  tissue  considerations.  It  is 

clearly preferable for smaller defects less than 3 cm in size, but may be considered for defects up to 10 

cm. For moderate tibial defects between 3 and 10 cm  in size acute shortening/lengthening  is more 

technically demanding than bone transport. However, any acute shortening exceeding 5 cm should be 

conducted with great care, monitoring the response of the vascular flow distally. Acute shortening from 

5  to  10  cm  should  only  be  attempted  through  initial  partial  shortening  as  dictated  by  vascular 

considerations, with  subsequent  shortening  of  the  residual  defect  at  2 mm/day  until  completely 

eliminated. The  treatment method selected  is often dictated by  soft  tissue constraints,  recognizing 

there are advantages for each method given different clinical presentations.  

The  principle  limitation  of  this  study  is  that  it  was  conducted  retrospectively  rather  than  as  a 

randomized controlled  trial, and  the chart review process  is possibly subject  to assessor bias. Bone 

transport was performed more often early in this series, and acute shortening was used only after the 

surgeons involved had already become experienced with Ilizarov techniques, resulting in selection bias 

that may  be  responsible  for  the  observed  between  group  differences  in  complication  rates.  The 

strength  of  this  study  resides  in  the  statistical  analysis, which  confirms  the  study was  adequately 

powered and the sample size  large enough to  limit the risk of Type II error. Therefore, the  lack of a 

15

statistically significant difference in many parameters confirms these two techniques can achieve very 

comparable clinical outcomes. 

Conclusions: 

While both techniques demonstrated excellent results, acute shortening/lengthening

demonstrated a lower rate of complications and a slightly better radiographic outcome. Bone

grafting of the docking site was often required with both procedures.

References: 

[1] Cattaneo R, Catagni M, Johnson EE. The treatment of infected nonunions and segmental defects of 

the tibia by the methods of Ilizarov. Clin Orthop Rel Res 1992; 80:143‐52. 

[2] Dendrinos GK, Kontos S, Lyritsis E. Use of the Ilizarov technique for treatment of nonunion of the 

tibia associated with infection. J Bone Joint Surg Am 1995; 77A: 835‐46. 

[3] Gordon l, Chiu EJ. Treatment of infected nonunions and segmental defects of the tibia with staged 

microvascular muscle transplantation and bone grafting. J Bone Joint Surg Am 1988; 70A: 377‐86. 

[4] Marsh JL, Prokuski L, Biermann JS. Chronic infected tibial nonunions with bone loss. Clin Orthop Rel 

Res 1994; 301:139‐46. 

[5] Watson  JT. Techniques  in Skeletal Reconstruction After Bone Resection  for Osteomyelitis. Tech 

Orthop 2015; 30: 236‐44. 

[6] Hohmann E, Birkholtz F, Glatt V, Tetsworth K. The “Road to Union” for the reconstruction of isolated 

high‐energy tibial trauma. Injury 2017; 48 (6):1211‐16 

[7] Heitmann C, Patzakis MJ, Tetsworth KD, Levin LS.  Musculoskeletal sepsis: Principles of treatment.  

AAOS Instructional Course Lecture Series 2003; 52: 733‐44. 

[8] Tetsworth K, and Cierny G 3rd. Osteomyelitis debridement techniques. Clin Orthop Relat Res 1999; 

360: 87‐96. 

16

[9] Ashman O, Phillips AM. Treatment of non‐unions with bone defects: which option and why? Injury 

2013; 44: S43‐5. 

[10] Nauth A, McKee MD, Einhorn TA, Watson JT, Li R, Schemitsch EH. Managing bone defects. J Ortho 

Trauma 2011; 25:462‐6. 

[11] Rozbruch SR, Weitzman AM, Watson JT, Freudigman P, Katz HV, Ilizarov S. Simultaneous treatment 

of tibial bone and soft‐tissue defects with the Ilizarov method. J Orthop Trauma 2006; 20: 194‐202. 

[12] Watson  JT.  Nonunion  with  extensive  bone  loss:  reconstruction  with  Ilizarov  techniques  and 

orthobiologics. Operative Tech Orthop 2008; 18: 95‐107. 

[13] Watson JT, Anders M, Moed BR. Bone Loss in Tibial Shaft Fractures: Management Strategies. Clin 

Orthop Rel Res 1995; 316:1‐17. 

[14] Christian EP, Bosse MJ, Robb CG. Reconstruction of large diaphyseal defects, without free fibular 

transfer in grade III‐B tibial fractures. J Bone Joint Surg Am 1989; 71A: 994‐1003. 

[15]  Cierny  III  G,  Zorn  KE.  Segmental  tibial  defects  (comparing  conventional  and  Ilizarov 

methodologies). Clin Orthop Rel Res 1994; 301: 159‐63. 

[16] Green  SA.  Skeletal defects. A  comparison of bone  grafting  and bone  transport  for  segmental 

skeletal defects. Clin Orthop Rel Res 1994; 301: 111‐7. 

[17] Papineau LJ, Alfageme A, Dolcouit JP, Pilon  I. Chronic osteomyelitis: open excision and grafting 

after saucerization. Int Orthop 1979; 3: 165‐76. 

[18]  Beris  AE,  Lykissas MG,  Korompilias  AV,  Vekris MD, Mitsionis  GI,  Malizos  KN,  Soucacos  PN. 

Vascularized fibula transfer for lower limb reconstruction. Microsurgery 2011; 31: 205‐11. 

[19] Musharafieh R, Osmani O, Musharafieh U, Saghieh S, Atiyeh B. Efficacy of microsurgical free‐tissue 

transfer in chronic osteomyelitis of the leg and foot: review of 22 cases. J Reconstruct Microsurg 1999; 

15: 239‐44. 

17

[20]  Peat  BG,  Liggins  DF. Microvascular  soft  tissue  reconstruction  for  acute  tibial  fractures  ‐  late 

complications and the role of bone grafting. Ann Plast Surg 1990; 24: 517‐20. 

[21] Masquelet AC, and Begue T. The concept of induced membranes for reconstruction of long bone 

defects. Orthop Clin North Am 2010; 41: 27‐37. 

[22] Pelissier P, Masquelet AC, Bareille R, Pelissier SM, Amedee J. Induced membranes secrete growth 

factors including vascular and osteoinductive factors and could stimulate bone regeneration. J Orth Res 

2004; 22:73‐9. 

[23] Garcia–Cimbrello E, Olsen B, Ruiz‐Yague M, Baillo F, Martinez LM: Ilizarov technique (results and 

difficulties). Clin Orthop Rel Res 1992; 283: 116‐23. 

[24] Paley D. Problems, obstacles and complications of limb lengthening by the Ilizarov technique. Clin 

Orthop Rel Res 1990; 250: 81‐104. 

[25] Papakostidis C, Bhandari M, Giannoudis PV. Distraction osteogenesis in the treatment of long bone 

defects of the  lower  limbs. Effectiveness, complications and clinical results; a systematic review and 

meta‐analysis. Bone & Joint Journal 2013; 95: 1673‐80. 

[26] Bosse MJ, MacKenzie EJ, Kellam JF, Burgess AR, Webb LX, Swiontkowski MF, Sanders RW, Jones 

AL, McAndrew MP, Patterson BM, McCarthy ML, Travison TG, Castillo RC. An analysis of outcomes of 

reconstruction or amputation after leg‐threatening injuries. N Engl J Med 2002; 347:1924–31. 

[27] Georgiadis GM, Behrens FF, Joyce MJ, Earle AS, Simmons AL. Open tibial fractures with severe soft‐

tissue loss: limb salvage compared with below‐the‐knee amputation. J Bone Joint Surg Am 1993; 75A: 

1431–41.  

[28] Fischgrund J, Paley D, Suter C. Variables affecting time to bone healing during limb lengthening. 

Clin Orthop Rel Res 1994; 301: 31‐7. 

[29] Ilizarov GA. The tension‐stress effect on the genesis and growth of tissues. Part I. The influence of 

stability of fixation and soft‐tissue preservation. Clin Orth Rel Res 1989; 238:240‐8. 

18

[30] Tetsworth K, Paley D. Basic science of distraction histogenesis, Curr Opin Ortho 1995; 6: 61‐8. 

[31] Dagher F, Roukoz S. Compound tibial fractures with bone loss treated by the Ilizarov technique. J 

Bone Joint Surg Br 1991; 73B: 316‐21. 

[32] Ilizarov GA. Clinical application of the tension‐stress effect for limb lengthening. Clin Orthop Rel 

Res 1990; 250: 8‐26. 

[33] Lowenberg DW, Feibel RJ, Louie KW, Eshima I. Combined muscle flap and Ilizarov reconstruction 

for bone and soft tissue defect. Clin Orthop Rel Res 1996; 332: 37‐51. 

[34] Paley D, Catagni MA, Argnani F, Villa A, Benedetti GB, Cattaneo R.  Ilizarov  treatment of  tibial 

nonunions with bone loss. Clin Orthop Rel Res 1989; 241: 146‐65. 

[35] Polyzois D, Papachristou G, Katsiopoulos K, Plessas S. Treatment of tibial and femoral bone loss by 

distraction osteogenesis. Acta Orthop Scand Supp 1997; 275: 84‐8. 

[36] Saleh M, Rees A. Bifocal surgery for deformity and bone  loss after  lower‐limb fractures. J Bone 

Joint Surg Br 1995; 77B: 429‐34. 

[37] Aronson J, Johnson E, Harp JK. Local bone transportation for treatment of intercalary defects by 

the Ilizarov technique. Clin Orthop Rel Res 1989; 243:71‐9. 

[38] Aronson J. Current concept review. Limb lengthening, skeletal reconstruction. Bone transport with 

the Ilizarov method. J Bone Joint Surg Am 1997; 79A: 1243‐58. 

[39] Paley D, Maar DC. Ilizarov bone transport treatment for tibial defects. J Orthop Trauma 2000; 14: 

76‐85. 

[40] Sala F, Thabet AM, Castelli F, Miller AN, Capitani D, Lovisetti G, Talamonti T, Singh S. Bone transport 

for  post‐infectious  segmental  tibial  bone  defects  with  a  combined  Ilizarov/Taylor  spatial  frame 

technique. J Orth Trauma 2011; 25: 162‐8. 

[41] Song HR, Cho SH, Koo KH, Jeong ST, Pauk YJ, Ko JH. Tibial bone defects treated by internal bone 

transport using the Ilizarov method. Int Orthop 1998; 22: 293‐7. 

19

[42] Tetsworth KD, Dlaska CE. The art of tibial bone transport using the Ilizarov fixator: The suspension 

wire technique. Tech Orthop 2015; 30:142‐55. 

[43] Watson JT. Bone Transport. Tech Orthop 1996; 11:132‐ 43. 

[44] El‐Rosasy MA. Acute shortening and re‐lengthening  in the management of bone and soft‐tissue 

loss in complicated fractures of the tibia. J Bone Joint Surg Br 2007; 89B: 80‐8. 

[45] Maini L, Chadha M, Vishwanath J, Kapoor S, Mehtani A, Dhaon BK. The Ilizarov method in infected 

nonunion of fractures. Injury 2000; 31: 509‐17. 

[46] Lavini F, Dall’Oca C, Bartolozzi P. Bone transport and compression‐distraction in the treatment of 

bone loss of the lower limbs. Injury 2010; 41: 1191‐5. 

[47] Mahaluxmivala J, Nadarajah R, Allen PW, Hill RA.  Ilizarov external fixator: acute shortening and 

lengthening versus bone transport in the management of tibial non‐unions. Injury 2005; 36: 662‐8. 

[48] Eralp L, Balci HI, Kocaoglu M, Sen C, Celiktas M, Tomak Y, Gülsen M, Dikmen G. Is acute compression 

and  distraction  superior  to  segmental  bone  transport  techniques  in  chronic  tibial  osteomyelitis? 

Comparison of distraction osteogenesis techniques. Acta Ortho Belgica 2016; 82: 599‐609. 

[49] Paley D, Tetsworth K. Percutaneous osteotomies. Osteotome and Gigli saw techniques. Orthop 

Clin North Am 1991; 22: 613‐24 

[50] Faul F, Erdfelder E, Lang, A.‐G, Buchner A. G*Power 3: A flexible statistical power analysis program 

for the social, behavioral, and biomedical sciences. Behav Res Meth 2007; 39:175‐91. 

[51] Hatzokos I, Stavridis SI, Iosifidou E, Karataglis D, Christodoulou A. Autologous bone marrow grafting 

combined with demineralized bone matrix  improves  consolidation of docking  site  after distraction 

osteogenesis. J Bone Joint Surg Am 2011; 93A: 671‐8. 

[52]  Lovisetti G, Sala F. Clinical  strategies at  the docking  site of distraction osteogenesis: are open 

procedures superior to the simple compression of Ilizarov? Injury 2013; 44 (Suppl 1): S58‐62. 

20

[53] Gustilo RB, Anderson JT. Prevention of infection in the treatment of one thousand and twenty‐five 

open fractures of long bones: retrospective and prospective analyses. J Bone Joint Surg Am 1976; 58A: 

453–8. 

[54]  Gustilo  RB, Mendoza  RM, Williams  DN.  Problems  in management  of  type  III  (severe)  open 

fractures: a new classification of type III open fractures. J Trauma 1984; 24:742‐6 

Figure Legends  

Figure 1 40‐year‐old male bicyclist struck by a truck, with massive polytrauma including a closed head 

injury, an unstable pelvis fracture, and an open fracture of the proximal tibia. This Grade 3B open 52‐53 

proximal tibial fracture resulted in a 10.3 cm segmental defect. Because of the severity of his associated 

injuries,  the  limb was only  treated with a  splint and  local wound care  for  the  first 3 weeks.  It was 

reconstructed  through  retrograde bone  transport with gradual  transposition of bone using a distal 

corticotomy. This panel features a series of images demonstrating the 8 month process, and the final 

result two full years later: 

a) AP radiograph of the proximal tibia fracture after application of a spanning external fixator; 

b) Lateral radiograph of the proximal tibia fracture after application of a spanning external fixator; 

c) Due to the severity of his head injury, the open tibial fracture was initially managed with splinting 

and local debridement only for the first 3 weeks. By day 24 this had now become a neglected fracture, 

with 10 days or more having passed prior to obtaining soft tissue coverage. Tissues are then more likely 

to be desiccated or necrotic, biofilm is already established, and these injuries require more aggressive 

debridement; 

d) and e) Intra‐operative photographs before and after formal debridement. Attempts were made to 

preserve the posterior cortex, but as seen in e) it was also involved and necrotic;  

21

f) Intra‐operative image demonstrating 8 cm segmental defect that resulted from unavoidable delays 

in treatment (with an additional 2.3 cm limb length discrepancy); 

g) Intra‐operative image illustrating wound coverage with medial and lateral gastrocnemius flaps; 

h) AP radiograph showing a temporary PMMA spacer used to fill the defect and deliver local antibiotics; 

i) Intra‐operative image showing mature flap after 4 weeks; 

j) Intra‐operative image demonstrating removal of the spacer, and application of a circular tensioned 

wire fixator for retrograde bone transport; 

k) and l) AP and lateral radiographs shortly after initiation of bone transport; 

m) Clinical photograph during bone transport at 18 weeks; 

n) and o) AP and lateral radiographs after the completion of bone transport; 

p) and q) Clinical photographs of proximal  tibia  shortly after  removal of  the  fixator demonstrating 

completion of 8 cm bone transport in 8 months; 

r)  Long  standing  radiograph  demonstrating  anatomical  alignment  with  a  residual  2.3  cm  leg 

discrepancy;  

s) AP radiograph of the tibia that confirms solid union proximally and mature regenerate distally 2 years 

after fixator removal; 

t) Clinical photograph illustrating appearance of the limb 2 years after fixator removal. 

22

23

Figure 2 41‐year old woman sustained an open fracture of the distal tibia in a motorbike accident, and 

was initially treated at a peripheral hospital. She was not referred to a tertiary centre until more than 

5 weeks after the injury, with another neglected Grade 3A 52‐53 open fracture. Complete debridement 

resulted  in a 3.7 cm segmental defect, reconstructed  through acute shortening distally and gradual 

lengthening proximally; acutely  shortening allowed  the wound  to be  closed primarily, avoiding  the 

need for a free flap. This panel features a series of images demonstrating the 6 month process, and the 

final result two full years later:  

a) Radiograph showing widely displaced open fracture of a distal tibia immediately following the injury; 

b) AP radiograph of distal tibia immediately after reduction and splinting; 

c) AP  radiograph of  a distal  tibia  immediately post‐operative  after debridement  and placement of 

antibiotic beads at a peripheral hospital; 

d) Clinical photograph of a persistent open fracture site 6 weeks later, provisionally stabilized with a 

spanning fixator; 

e) Intra‐operative clinical photograph demonstrating necrotic bone at the distal end of the proximal 

fragment; 

f) Intra‐operative clinical photograph following resection of the involved necrotic bone; 

g) and h) Intra‐operative clinical photographs illustrating transverse orientation of the wound that re‐

approximated without tension after acute shortening, obviating the need for a free flap; 

i) and  j) Clinical photograph and AP radiograph following acute shortening  in a temporary spanning 

external fixator; 

24

k) Clinical photograph illustrating conversion to an Ilizarov external fixator for reconstruction using the 

strategy of acute shortening distally and gradual lengthening proximally; 

l) AP radiograph immediately following corticotomy and application of the Ilizarov fixator; 

m) AP radiograph after initiating distraction through the proximal corticotomy; 

n) and o) Lateral radiographs of the distraction gap after 2 months and 4 months, respectively;  

p) and q) AP and lateral radiographs demonstrating alignment at 1 year after removal of the fixator; 

r) AP radiograph confirming union of bone 24 months after removal; 

s) and t) Clinical photographs, lateral and AP, demonstrating cosmesis of limb at 2 years after removal 

of the fixator. 

25

26

  Bone Transport (BT) Acute Shortening (AS) 

P‐level 

Patients (n)  21  21   

Age (years)  38.2 (18‐66)  39.2 (20‐76)  0.81 

Sex   Male 18/Female 3  Male 18/Female 3   

Bone Defect (cm)  7.0 (3‐10)  5.8 (3‐10)  0.046 

Active Infection   16  20  0.78 

Prior Surgeries (per patient)   4  5  0.055 

Post‐Operative Evaluation   

Follow‐up (months)   31 (12‐84)  20 (12‐43)  0.04 

External Fixation Time (months)  12.5 (6‐23)  10.1 (4‐18)  0.2 

Radiographic Healing Time (months) 

9.9 (7‐18)  9.0 (3‐14) 0.3 

External Fixation Index (months/cm) 

1.8  1.7 0.09 

Table 1: Patient Demographics and study design 

Table 2: Clinical Outcomes:  bone and functional results 

  Outcome  Bone Transport (BT)  Acute Shortening (AS) 

Bone Results       

(p = 0.23)  Excellent  15  19 

  Good  5  2 

  Fair  1  0 

       

Functional Results       

(p = 0.99)  Excellent  14  14 

  Good  6  6 

  Fair  1  1  

Bone result outcome criteria: union, infection, alignment, limb length discrepancy (LLD)  

Functional result outcome criteria: pain, limp, range of motion (ROM), orthosis, and contracture          

27

 

  Bone Transport 

(BT) 

Acute Shortening 

(AS) P levels 

Docking Site Revision  14   8  0.06 

Complications minor (per patient) 

1.2  0.5  0.0003 

Complications major (per patient) 

1.0   0.4  0.0003 

Sequelae (per patient) 

0.5   0.3  0.27 

Total Surgeries (per patient) 

3  2  0.0002 

Minor Complications – Non‐Operative   

ST problem at docking site  6  0  0.27 

Docking malalignment  6  0  0.03 

Regenerate malalignment  4  3  0.67 

Delayed union regenerate   5  4  0.7 

Transient knee flexion contracture  2  1  0.54 

Transient ankle stiffness  3  2  0.63 

Total (%)  26/21 (124%) 

10/21 (47%)  0.00001 

Major Complications – Surgical Intervention   

Pin exchange for infection  9  2  0.01 

Re‐debridement of resection site  6  2  0.23 

Frame modification UA  5  2  0.4 

Re‐fracture of docking site  1  1  0.47 

Equinus requiring TAL  1  1   

Total (%)   22/21 (105)  8/21 (38)  0.0003 Table 3: Complications