Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Тrauma" Том 9, №1, 2008

Back to issue

Шляхи моделювання та порівняльного біомеханічного аналізу деформативності стегнових кісток

Authors: І.С. Олексюк, А.Т. Зінченко, К.В. Стебліна, О.Г. Шайко-Шайковський - Буковинський державний медичний університет, Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, Чернівці, Україна

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Specialist manual

print version


Summary

Розглянуто методику порівняльного аналізу деформативності препаратів цілої стегнової кістки при деформаціях згину та шляхи моделювання деформативності при використанні моделей стегнової кістки з деревини.

Рассмотрена методика сравнительного анализа деформативности препаратов целой бедренной кости при деформациях изгиба и пути моделирования деформативности при использовании моделей бедренной кости из древесины.

There have been examined the methods of the comparative analysis of the undamaged femur preparations at bending strain and the ways of the deformation modeling while using the femur patterns out of wood.


Keywords

остеосинтез, моделювання, деформативність, жорсткість

тазобедренный сустав, дисплазия, коррекционные остеотомии

hip, dysplasia, correction osteotomia

Розвиток та вдосконалення сучасних оперативних методів остеосинтезу нерозривно пов’язаний із досягненнями біомеханіки, інженерії та сучасних технічних технологій, матеріалознавства, обчислювальної техніки та математичних методів моделювання. Сучасні тенденції розвитку медичних методик остеосинтезу все більше використовують досягнення та досвід оперативних шляхів лікування, дані щодо функціональних досліджень, репаративних процесів остеогенезу, фізіологічної перебудови кісткової тканини.

Підйом хірургічної активності, перехід від консервативних шляхів лікування до оперативних пов’язаний, з одного боку, із помітним збільшенням кількості та питомої ваги травм, консервативне лікування яких не відповідає сучасним вимогам та можливостям травматології, а з другого - з досягненнями біомеханіки, математичних та експериментальних методів лікування [1].

Матеріал і методи

Накістковий остеосинтез – один з найбільш поширених методів оперативного лікування пошкоджень та переломів кісток. Цей метод набуває свого подальшого поширення внаслідок його доступності, досить нескладної оперативної техніки, можливості реалізації в умовах районних лікарень, дешевизни накісткових фіксаторів. Модернізація та вдосконалення накісткових фіксуючих конструкцій (малоконтактні пластини, деротаційні пластини для багатоплощинної фіксації, компенсуючі пластини тощо) виводять цей метод остеосинтезу на якісно новий рівень [2-5].

Про загальну тенденцію збільшення числа травм свідчать також автори [6], які констатують, що у 2003р. рівень травматизму серед дорослих і підлітків збільшився в цілому по Україні на 1,78% в порівнянні до 2001р. Так, у 2002р. зареєстровано 468 випадків травм на 10000 дорослого населення та підлітків проти 459,8 у 2001р. Згідно [7] переломи, наприклад, кісток передпліччя, для всіх верств населення складали: для відкритих переломів – 4019(або 11,1%), для закритих – 32074 (або 88,9%) – згідно даних за 2005р.

Переломи довгих кісток виникають у 33-38% пацієнтів травматологічних стаціонарів. При цьому після використання консервативних методів лікування інвалідність виникає у 8-30%. При оперативних методах відсоток незадовільних результатів знижується до 5-25% випадків.

Отже, визначення правильних шляхів та методів лікування, розробка необхідних методик та підходів, визначення необхідних технічних засобів остеосинтезу – важлива наукова та соціальна задача, яка стоїть перед спеціалістами медичного та інженерно-технічного профілю.

Результати та обговорення

З метою оцінки ефективності накісткового остеосинтезу було здійснено біомеханічну оцінку деформативності препаратів стегнової кістки. Використано 15 свіжих препаратів, вилучених при аутопсії у людей ІІ вікової групи (40-60 років), померлих раптовою смертю внаслідок катастроф або нещасних випадків [8].

Отримано графічні залежності, де наведено величини прогинів всіх препаратів у вентро-дорсальній, дорсо-вентральній, латеро-медіальній та медіо-латеральній площинах при консольному згині, рис.1.

Графічні залежності на рис.1 для кожної групи препаратів свідчать про те, що в усіх випадках згин не був плоским – завжди реєструвалось відхилення препаратів у площині, перпендикулярній площині навантаження. Це означає, що в жодному випадку не спостерігалось явище плоского згину: завжди деформація була складною, тобто – виникав косий згин. Пояснюється це наявністю початкової кривизни препаратів, несиметричністю їх поперечних перерізів у головних центральних площинах інерції.

За допомогою датчиків годинникового типу (ціна ділення 0,01мм) визначався вертикальний fв та горизонтальний fг прогини, після чого за виразом визначалася загальна величина прогину f. На рис.1 нижня окрайка кривої дає значення прогину в площині навантаження fв, а верхня окрайка кривої у кожній групі препаратів значення повного прогину f.

Вилучення натурних кісткових зразків у наш час пов’язано з багатьма формальними юридичними труднощами, потребує оформлення багаточисельних процедур і узгоджень, займає досить тривалий проміжок часу, що в багатьох випадках унеможливлює використання препаратів для наукових досліджень.

В роботі запропоновано шлях експериментального моделювання кісткових препаратів за допомогою зразків з деревини. В якості породи деревини обрано ясень, який має найбільшу в’язкість порівняно із сосною, модриною, липою та ін.

Крім того, зразки з деревини наділені анізотропними властивостями, так само як і зразки з кісткової тканини. Моделі стегнових кісток було виготовлено за формою та розмірами, які якомога точніше повторювали середньостатистичні геометричні параметри стегнових кісток людини ІІ вікової групи. Експериментальні дослідження 15 зразків стегнової кістки з деревини в 4 напрямах (так само як і для препаратів справжніх стегнових кісток) дозволили отримати графічні залежності прогинів у відповідних площинах від величини зовнішнього згинаючого моменту, рис. 2.

В усіх серіях дослідів крім прогину в площині дії зовнішніх навантажень спостерігався прогин у перпендикулярному напрямі, тобто згин був косим, як і у випадку дослідження деформативності кісткових препаратів.

Порівняння результатів залежностей прогинів від величини зовнішніх навантажень для препаратів натуральних стегнових кісток та зразків з деревини дозволяє отримати кореляційні коефіцієнти, які дають можливість при роботі з моделями кісток переходити розрахунковим шляхом до результатів, які відповідають деформативності натурних кісткових препаратів.

Так, для вентро-дорсальної площини цей коефіцієнт K (v-d)8,1; для дорсо-вентральної K (d-v)5,4; для латеро-медіальної K (l-m)6,6; для медіо-латеральної K (m-l)8,9.

Висновки

  1. Розроблена та впроваджена методика експериментальної оцінки деформативності препаратів стегнових кісток.
  2. Запропоновано шляхи моделювання деформативності препаратів стегнових кісток за допомогою зразків з деревини, які виготовлено за середньостатистичними розмірами та формою стегнової кістки людини І вікової групи.
  3. Одержано кореляційні коефіцієнти для всіх 4 площин прогинів препаратів: дорсо-вентральної, вентро-дорсальної, латеро-медіальної та медіа-латеральної.
  4. При дослідженні деформативності моделей стегнових кісток, виготовлених з деревини, підтверджено експериментальним шляхом, що деформація кісткових моделей з деревини та кісткових препаратів носить характер складної деформації косого згину.
  5. Отримані результати можуть бути використані при моделюванні стабільності накісткового остеосинтезу за допомогою різних накісткових конструкцій при проведенні експериментальних оцінок деформативності на моделях з деревини з подальшим перенесенням їх та оцінкою поводження у відповідних умовах натурних кісткових препаратів.

Bibliography

  1. Шайко-Шайковський О.Г. Основи побудови металополімерних конструкцій біотехнічних систем остеосинтезу. – Дис. доктора тех. наук. – Львів. – 2002р. – 383с.
  2. Богданович У.Я., Евсеев В.И. Физико-математические аспекты накостного компрессионного остеосинтеза// Ортопедия, травматология. – 1981. - №5. – С.5.
  3. Рубленик І.М., Білик С.В. Пристрій для остеосинтезу С.В.Білика та І.М.Рубленика// Деклараційний патент України 43267 А7 А61В117/56 від 15.11.2002. Бюл.№10, (номер заявки 2001063739 від 01.06.2001р.).
  4. Анкин Л.Н. Способ стабильно-функционального остеосинтеза пластинами// Ортопедия, травматология. – 1988. - №12. – С.22-25.
  5. Анкин Л.Н., Анкин Н.Л. Пластины с минимальным контактом для биологического стабильно-функционального остеосинтеза// Травматология и ортопедия. Россия. – 1995. - №5. – С.14-16.
  6. Гайко Г.В., Калашніков А.В., Лимар Є.В. Стан і проблеми ортопедо-травматологічної допомоги населенню України// Ортопедія, травматологія. – 2004. - №2.- С. 5-9.
  7. Гайко Г.В., Калашніков А.В., Боєр В.А. та ін. Діафізарні переломи в структурі травм опорно-рухової системи у населення України// Вісник ортопедії, травматології та протезування. – 2006. - №1. – С.84-87.
  8. Рубленик І.М., Білик С.В., Гуцуляк К.В., Шайко-Шайковський О.Г. Порівняльний біомеханічний аналіз накісткового остеосинтезу при використанні різних фіксуючих конструкцій// Клінічна та експериментальна патологія. – 2003. – Т.2, №1. – С.70-73.

Back to issue