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 17, №1, 2016

Back to issue

Stress Strain State of the Proximal Tibia in a Child with Tibia Vara Using Unilateral Hemiepiphysiodesis with Different Types of Devices

Authors: Khmyzov S.O., Prozorovsky D.V., Subbota I.A., Yershov D.V. - SE «Institute of Spine and Joint Pathology named after M.I. Sytenko of NAMS of Ukraine», Kharkiv, Ukraine

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Сучасним стандартом хірургічного лікування фронтальних епіметафізарних деформацій колінного суглоба у дітей є метод керованого росту. Для тимчасового блокування росткової зони використовуються різні фіксатори: скоби Блаунта, пластини з гвинтами. Проте дослідження, присвячені вивченню напружено-деформованого стану при використанні зазначених фіксаторів, відсутні.
Мета: дослідження напружено-деформованого стану моделі проксимального відділу великогомілкової кістки дитини при однобічному блокуванні росткової зони фіксаторами різних типів в умовах навантажень, характерних для tibia vara.
Матеріали і методи. За допомогою програми Solid Works створена і проаналізована методом кінцевих елементів 3D-модель проксимального відділу великогомілкової кістки дитини з латеральним блокуванням одним із 3 фіксаторів: скоба Блаунта, блокована пластина, стандартна пластина в умовах навантаження, характерних для tibia vara.
Результати. В умовах навантаження, характерних для tibia vara, відзначено збільшення напружень у медіальній частині росткової зони. При однобічному блокуванні фіксаторами виявлено нові зони підвищених навантажень у кістковій тканині метаепіфіза нижче від росткової зони. Найбільше напруження у фіксаторах відзначено в зоні контакту проксимального гвинта з пластиною, а також у верхній частині скоби.
Висновок. Варусна деформація проксимального відділу великогомілкової кістки веде до підвищення навантажень у медіальній частині проксимальної росткової зони. Використання різних фіксаторів для однобічного блокування проксимальної росткової зони великогомілкової кістки призводить до появи відмінних напружень у проксимальному її епіметафізі. До мінімального підвищення напружень у кістковій тканині метафіза приводять варіанти фіксації із застосуванням пластин, а використання скоб Блаунта значно підвищує напруження в кістковій тканині в ділянці розташування скоб.

Актуальность. Современным стандартом хирургического лечения фронтальных эпиметафизарных деформаций коленного сустава у детей является метод управляемого роста. Для временного блокирования зоны роста используются различные фиксаторы: скобы Блаунта, пластины, винты, однако исследования, посвященные изучению напряженно-деформированного состояния при использовании указанных фиксаторов, отсутствуют.
Цель: исследование напряженно-деформированного состояния модели проксимального отдела большеберцовой кости с односторонним блокированием ростковой зоны фиксаторами разных типов в условиях нагрузок, характерных для tibia vara.
Материалы и методы. С помощью программы Solid Works создана и проанализирована методом конечных элементов 3D-модель проксимального отдела большеберцовой кости ребенка с латеральным блокированием одним из 3 фиксаторов: скоба Блаунта, блокируемая пластина, стандартная пластина в условиях нагрузки, характерных для tibia vara.
Результаты. В условиях, характерных для варусной деформации проксимального отдела большеберцовой кости без фиксаторов, отмечено увеличение нагрузок в медиальной части ростковой зоны. При одностороннем блокировании фиксаторами выявлено появление новых зон повышенных нагрузок в костной ткани метаэпифиза ниже ростковой зоны. Наибольшее напряжение в фиксаторах отмечено в зоне контакта проксимального винта с пластиной, а также в верхней части скобы.
Вывод. Варусная деформация проксимального отдела большеберцовой кости ведет к повышению нагрузок в медиальной части проксимальной ростковой зоны. Использование различных фиксаторов для одностороннего блокирования проксимальной зоны роста большеберцовой кости ведет к появлению разных напряжений в проксимальном ее эпиметафизе. К минимальному повышению напряжений в костной ткани метафиза приводят варианты фиксации с использованием пластин, а применение скоб Блаунта ведет к значительному повышению напряжений в костной ткани в области размещения.

Background. The current standard of pediatric frontal knee deformities treatment is a guided growth technique. Several devices are used for temporal growth plate blocking: Blount staples and different plates with screws. Up to now there is no any research devoted to stress-strain state analysis of the epimetaphyseal part of the pediatric bone with one side temporal growth plate block on it.
Objective. To study the stress-strain state of the pediatric proximal tibia model with lateral hemiepiphysiodesis using different types of devices in loading conditions typical to the tibia vara.
Materials and methods. 3D models of the proximal child’s tibia with lateral hemiepiphysiodesis using Blount staples or locking or non-locking plate were analyzed in a load conditions typical to tibia vara by finite element method using Solid Works program.
Results. Increased compressive stress was found in the medial part of the proximal tibial growth plate in load conditions typical to tibia vara. New areas of high stress in the metaphyseal bone below growth plate were deteced. The maximum stress was registered in lockers noted in the contact area of the proximal screws to the plate, and in the upper part of the Blount staples.
Conclusion. Varus deformity of the proximal tibia leads to higher compressive stress in the medial part of the proximal tibial growth plate. Lateral hemiepiphysiodesis of the proximal tibial growth plate using different types of lockers leads to different pattern of stress strain state of proximal tibial epimetaphysis. Minimal load increase in metaphysis bone tissues is observed if locking plates are used, Blount staples application causes significant enhance of load in bone tissue in its place.


Keywords

керований рост, метод кінцевих елементів, скоба Блаунта, 8-plate.

управляемый рост, метод конечных элементов, скоба Блаунта, 8-plate.

guided growth, finite element method, Blount staples, 8-plate.

Introduction. Frontal knee deformities (genu valgum and genu varum) are common in children Modern philosophy of the surgical treatment of pathological frontal knee deformities in children is based on the guided growth. This technique relies on asymmetrical growth of the physis after its one-side temporal block using special device.  Several devices are currently used for temporal growth plate blocking: Blount staples, and plates with screws. Up to now there isn’t any research devoted to stress-strain state analysis of the epi-metaphyseal part of the pediatric bone with one side growth plate block on it.

Objective: To study the stress-strain state of the pediatric proximal tibia model with lateral hemiepiphysiodesis using different types of devices in loading conditions typical to the tibia vara.

Materials and Methods: Based on this CT scan data of 10 children 3D model of the proximal tibia with physis was created. Additional 3 models with lateral hemiepiphysiodesis of the proximal physis using three Blount staples (1), locking plate with 2 screws (2) and non-locking plate with 2 screws (3) were created. To simulate loading conditions typical to tibia vara asymmetrical load on medial (60 %) and lateral (40 %) tibial condyles was held. The stress strain state of the proximal tibia was analyzed by finite element method in all 4 models. 

Results. In the model without fixator increased compressive stress found in the medial part of the proximal tibial growth plate in load conditions typical to tibia vara.

Different patterns of stress-strain state of the proximal epi-metaphyseal part of the tibia with lateral hemiepiphysiodesis using different metal fixators were observed. New areas of high stress in the metaphyseal bone below the growth plate were found in all models with lateral hemiepiphysiodesis. The greatest zone of stress in fixators was noted in the contact zone of proximal screw plate, and in the dorsally located staple.

Conclusion. According to stress-strain state analysis using created model, tibia vara leads to increased compressive stress in the medial part of the proximal tibial growth plate. Higher compressive stress in the medial part of the proximal tibial growth plate. Lateral hemiepiphysiodesis of the proximal tibial growth plate leads to changes in areas of stress due to load transfer on the screws and plates, and reduce stress in the medial part of the growth plate.


Bibliography

1.   Бурлаков Э.В. Биомеханический анализ характера нагружения межмыщелковой поверхности коленного сустава во фронтальной проэкции [Текст] / Э.В. Бурлаков, Д.В. Алатов, В.Д. Макушин, Л.Л. Саблукова // Медицинская техника. — 2008. — № 2. — С. 27-32.

2.      Кенис В.М. Коррекция деформаций нижних конечностей у детей с помощью метода управляемого роста / Кенис В.М., Клычкова И.Ю., Мельченко Е.В. и соавт. // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. — 2013. — № 4. — С. 50-55.

3.     Корж Н.А. Метод временного блокирования зон роста при лечении деформаций нижних конечностей у детей (обзор литературы) / Н.А. Корж, С.А. Хмызов, А.И. Корольков, Д.В. Ершов // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2013. — № 2. — С. 114-121.

4.     Сіменач Б.І. Фактор навантаження суглоба і його роль в теоретизації ортопедичної науки / Б.І. Сіменач, Б.А. Пустовойт, Є.П. Бабуркіна та ін. // Ортопедія, травматологія та протезування. — 1995. — № 2. — С. 3-10.

5.    Burghardt R.D. A technical note on improved instrumentation for Blount staple insertion / R.D. Burghardt, A.D. Kanellopoulos, J.E. Herzenberg // J. Children’s Orthopaedics. — 2012. — Vol. 6(4). — Р. 347-350. — Doi: 10.1007/s11832-012-0422-2.

6.      Burghardt R.D. Mechanical failures of eight-plateguided growth system for temporary hemiepiphysiodesis / R.D. Burghardt, S.C. Specht, J.E. Herzenberg // J. Pediatr. Orthop. — 2010 Sep. — № 30(6). — Р. 594-7. — Doi: 10.1097/BPO.0b013e3181e4f591.

7.    Heller M.O. The influence of alignment on the musculo-skeletal loading conditions at the knee / M.O. Heller, W.R. Taylor, C. Perka et al. // Langenbecks Arch. Surg. — 2003 Oct. — № 388(5). — Р. 291-7.

8.    Oto M. Adolescent Blount disease in obese children treated by eight-plate hemiepiphysiodesis / M. Oto, G. Yilmaz, Bowen J.R. et al. // Eklem Hastalik. Cerrahisi. — 2012 Apr. — № 23(1). — Р. 20-4.

9.    Skeletal Tissue Mechanics / Martin R.B., Burr D.B., Sharkey N.A., Fyhrie D.P. — London.: Springer, 2015. — 500 p.

10.  Stevens P.M. Guided growth for angular correction: a preliminary series using a tension band plate / P.M. Stevens // J. Pediatr. Orthop. — 2007. — № 27(3). — Р. 253-9.

11.    Yilmaz G. Guided growth with a noncannulated screw-plate system for angular deformity of the knee: a preliminary report / G. Yilmaz, M. Oto, A.M. Thabet // J. Pediatr. Orthop. — 2014 Apr-May. — № 34(3). — Р. 336-45.  


1. Burlakov E.V. Biomechanical analisys of loading characterisics of intercondylar surface of the knee joint in frontal plane/ E.V. Burlakov, D.V. Alatov, V.D. Makušyn, L.L. Sablukova // Medycynskaja texnyka. - 2008. - N2. - S. 27-32

2. Kenys V.M. Pediatric lower limb deformity correction using guided growth method/ Kenys V.M., Klыčkova Y.Ju., Melʹčenko E.V. et al.// Vestnik travmatologii i ortopedii im. N.N. Priorova”, 2013.-N 4.-S.50-55.

3. Korž N. A. Temporal block of the growth plate for pediatric lower limb deformity correction (review of the literature) / N. A. Korž, S. A. Xmyzov, A. Y. Korolʹkov, D. V. Ershov// Orthopaedics, Traumatology and Prosthetics. -  2013. № 2.-S: 114–121.

4. Simenač B.I. «Joint load factor»  and its role in theoretic orthopedics / B.I. Simenač, B.A. Pustovojt, Je.P. Baburkina ta in.// Orthopaedics, Traumatology and Prosthetics.- 1995. - № 2. - S. 3-10. 

5. Burghardt R. D. A technical note on improved instrumentationfor Blount staple insertion / R. D.Burghardt, A. D. Kanellopoulos, J. E. Herzenberg // J. Children’s Orthopaedics. -2012. -Vol. 6 (4). — Р. 347–350, doi: 10.1007/s11832-012-0422-2

6. Burghardt R. D.  Mechanical failures of eight-plateguided growth system for temporary hemiepiphysiodesis/ R.D. Burghardt R.D., S.C. Specht, J.E.Herzenberg// J Pediatr Orthop. 2010 Sep;30(6):594-7. doi: 10.1097/BPO.0b013e3181e4f591.

7. Heller M.O. The influence of alignment on the musculo-skeletal loading conditions at the knee/ M.O. Heller, W.R. Taylor, C. Perka та ін.// Langenbecks Arch Surg.- 2003 Oct;388(5):291-7.

8.  Oto M. Adolescent Blount disease in obese children treated by eight-plate hemiepiphysiodesis/ M. Oto, G. Yılmaz G, Bowen J.R. et al.// Eklem Hastalik Cerrahisi. 2012 Apr;23(1):20-4.

9. Skeletal Tissue Mechanics/[Martin R. B., Burr D. B., Sharkey N. A., Fyhrie D. P.]. — London.: Springer, 2015. — 500 p.

10. Stevens P.M. Guided growth for angular correction: a preliminary series using a tension band plate/P.M. Stevens // J. Pediatr Orthop. 2007;27(3):253-9.

11. Yilmaz G. Guided growth with a noncannulated screw-plate system for angular deformity of the knee: a preliminary report/ G. Yilmaz, M.Oto, A.M Thabet. // J. Pediatr Orthop. 2014 Apr-May;34(3):336-45.  

Similar articles

Аналіз результатів оперативного лікування пацієнтів з хворобою Ерлахера — Блаунта
Authors: Кабацій М.С., Голюк Є.Л., Немеш М.М. - ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ
"Тrauma" Том 15, №3, 2014
Date: 2014.07.03
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Modern view on the problem of the leg length discrepancy in children and treatment using methods of guided growth (literary review)
Authors: Хмизов С.О.(1), Рокутов В.С.(2), Єршов Д.В.(1)
1 - ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна
2 - КЗ «Дніпропетровське клінічне об’єднання швидкої медичної допомоги» ДОР, м. Дніпро, Україна

"Тrauma" Том 18, №4, 2017
Date: 2017.09.25
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual
Mathematical Modeling of Stress-Strain State of the Olecranon Fracture after Interlocking Screw OsteosyMathematical Modeling of Stress-Strain State of the Olecranon Fracture after Interlocking Screw Osteosynthesis vs Weber’s Methodnthesis vs Weber’s Method
Authors: Жук П.М.(1), Філоненко Є.А.(1), Карпінський М.Ю.(2), Карпінська О.Д.(2), Яресько О.В.(2), Гребенюк Д.І.(1)
(1) — Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова, м. Вінниця, Україна
(2) — ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

"Тrauma" Том 17, №5, 2016
Date: 2016.12.02
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Experimental Study of Osteosynthesis Types in Midclavicular Fractures
Authors: Tyazhelov O.A., Karpinsky M.Yu., Karpinska O.D., Subbota I.A. - State Institution «Institute of Spine and Joint Pathology named after professor M.I. Sytenko of National Academy of Medical Sciences of Ukraine», Kharkiv; Pavlenko K.V., Topor V.P. - Odesa National Medical University; Uvarova O.B. - City Clinical Hospital № 1; Popov O.I. - City Clinical Hospital № 11, Odesa, Ukraine
"Тrauma" Том 15, №4, 2014
Date: 2014.12.04
Categories: Rheumatology
Sections: Specialist manual

Back to issue