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 18, №4, 2017

Back to issue

Comparative analysis of the reliability of the fixation of pertrochanteric fractures using normal and elongated proximal femoral nail

Authors: Лазарев І.А.(1), Калашніков А.В.(1), Малик В.Д.(2), Скибан М.В.(1)
1 - ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна
2 - Полтавська обласна лікарня ім. М.В. Скліфосовського, м. Полтава, Україна

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Проблема лікування хворих із навколосуглобовими переломами проксимального відділу стегнової кістки в наш час не може вважатися остаточно вирішеною. За даними різних авторів, їх частота становить від 20 до 53,3 % серед усього числа постраждалих з переломами стегна і виникають вони частіше у старечому віці (60 %), ніж у літньому (40 %). При лікуванні переломів проксимального відділу стегнової кістки широко впроваджуються малоінвазивні, малотравматичні технології застосування проксимального стегнового стрижня Troсhanteric Gamma Nail G 3 (Stryker), PFN A (Synthes), ChFN (ChM). Використовують як звичайний, так і подовжений варіант проксимального стегнового стрижня. Здійснюються спроби обґрунтування придатності механічних остеоімплантатів на основі імітаційного комп’ютерного моделювання, що відображають деякі аспекти поведінки системи «кістка — імплантат», з використанням методу скінченних елементів. У роботі шляхом імітаційного комп’ютерного моделювання досліджено поведінку біомеханічної системи «фіксатор — кістка» з визначенням її напружено-деформованого стану при застосуванні звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня (PFN), який забезпечує оптимальні біомеханічні та біологічні умови для зрощення черезвертлюгових переломів. Мета роботи. Порівняльний аналіз стабільності остеосинтезу кісткових фрагментів черезвертлюгових переломів стегнової кістки типу А2 та А3 із застосуванням звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня. Матеріали та методи. На основі аксіальних сканів спіральної комп’ютерної томографії моделей стегнової кістки за допомогою програмного пакета Mimics і Solid Works створено імітаційні 3-D-моделі проксимального відділу стегнової кістки з вертлюговими переломами типу А2 та А3 з їх фіксацією за допомогою звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня (PFN). Подальші розрахунки напружено-деформованого стану (НДС) методом скінченних елементів здійснювали у програмному середовищі ANSYS. Ключовими показниками для проведення порівняльного аналізу обрані отримані шляхом розрахунків значення НДС — інтенсивності напружень (за Мізисом) у фіксуючих конструкціях і в ділянці перелому та переміщення (Total Deformations) у площині перелому. Розрахунки НДС проводили для інтактної моделі та для кожного з типів переломів А2 та А3 із застосуванням для фіксації звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня без блокуючих гвинтів, з одним та двома блокуючими гвинтами. Результати. Подовжений стрижень забезпечує більш надійну фіксацію кісткових відламків стегнової кістки при обох типах переломів. Показники напружень на кістки та фіксатори значно знижуються, а навантаження на біомеханічну конструкцію «кістка — фіксатор» розподіляються між усіма елементами моделі більш рівномірно, не створюючи локальних концентраторів напружень та не перевищуючи межі міцності матеріалу. Переміщення по площині перелому при подовженому стрижні зменшуються приблизно в 10 разів для всіх комбінацій «перелом/фіксатор». Варіювання кількістю блокуючих гвинтів при остеосинтезі проксимальним стегновим стрижнем змінює характер поведінки біомеханічної конструкції «кістка — фіксатор». Застосування одного або двох блокуючих гвинтів викликає незначне зростання показників напружень по площині перелому при переломі типу А2 та їх зменшення при переломі типу А3. Але зміна напружень є незначною, більш важливим моментом є те, що при додаванні блокуючих гвинтів переміщення по площині перелому зменшуються для переломів як типу А2, так і типу А3, що свідчить про надійнішу фіксацію відламків і більш стабільний остеосинтез. Висновки. За даними комп’ютерного моделювання обидва варіанти PFN забезпечують достатню фіксацію відламків і стабільність остеосинтезу при хірургічному лікуванні черезвертлюгових переломів типу А2 та А3. Застосування подовженого PFN-стрижня забезпечує більш надійну фіксацію кісткових фрагментів порівняно зі звичайним стрижнем PFN при черезвертлюгових переломах стегнової кістки типу А2 та А3 та не залежить від кількості застосованих блокуючих гвинтів. Проведене дослідження дозволить визначити диференційований підхід до лікування осіб із черезвертлюговими переломами стегнової кістки, покращить ефективність надання медичної допомоги цій тяжкій категорії хворих.

Актуальность. Проблема лечения больных с околосуставными переломами проксимального отдела бедренной кости в настоящее время не может считаться окончательно решенной. По данным различных авторов, частота их составляет от 20 до 53,3 % среди всего числа пострадавших с переломами бедра, и возникают они чаще в старческом возрасте (60 %), чем в пожилом (40 %). При лечении переломов проксимального отдела бедренной кости широко внедряются малоинвазивные, малотравматичные технологии применения проксимального бедренного стержня Troсhanteric Gamma Nail G 3 (Stryker), PFN A (Synthes), ChFN (ChM). Используют как обычный, так и удлиненный вариант проксимального бедренного стержня. Осуществляются попытки обоснования пригодности механических остеоимплантатов на основе имитационного компьютерного моделирования, отражающие некоторые аспекты поведения системы «кость — имплантат», с использованием метода конечных элементов. В работе путем имитационного компьютерного моделирования исследовано поведение биомеханической системы «фиксатор — кость» с определением ее напряженно-деформированного состояния при применении обычного и удлиненного проксимального бедренного стержня (PFN), который обеспечивает оптимальные биомеханические и биологические условия для сращивания чрезвертельных переломов. Цель работы. Сравнительный анализ стабильности остеосинтеза костных фрагментов чрезвертельных переломов бедренной кости типа А2 и А3 с применением обычного и удлиненного проксимального бедренного стержня.
Материалы и методы. На основе аксиальных сканов спиральной компьютерной томографии моделей бедренной кости с помощью программного пакета Mimics и Solid Works созданы имитационные 3-D-модели проксимального отдела бедренной кости с чрезвертельными переломами типа А2 и А3 с их фиксацией при помощи обычного и удлиненного проксимального бедренного стержня (PFN). Дальнейшие расчеты напряженно-деформированного состояния (НДС) методом конечных элементов осуществляли в программной среде ANSYS. Ключевыми показателями для проведения сравнительного анализа выбраны полученные путем расчетов значения НДС — интенсивности напряжений (по Мизису) в фиксирующих конструкциях и зоне перелома, а также перемещения (Total Deformations) в плоскости перелома. Расчеты НДС проводили для интактной модели и для каждого из типов переломов А2 и А3 с применением для фиксации обычного и удлиненного проксимального бедренного стержня без блокирующих винтов, с одним и двумя блокирующими винтами. Результаты. Удлиненный стержень обеспечивает более надежную фиксацию костных отломков бедренной кости при обоих типах переломов. Характеристики напряжений на кости и фиксаторе значительно снижаются, а нагрузка на биомеханическую конструкцию «кость — фиксатор» распределяются между всеми элементами модели более равномерно, не создавая локальных концентраторов напряжений и не превышая предела прочности материала. Перемещения по плоскости перелома при фиксации удлиненным стержнем уменьшаются примерно в 10 раз для всех комбинаций «перелом/фиксатор». Варьирование количеством блокирующих винтов при остеосинтезе проксимальным бедренным стержнем меняет характер поведения биомеханической конструкции «кость — фиксатор». Применение одного или двух блокирующих винтов вызывает незначительный рост показателей напряжений по плоскости перелома при переломе типа А2 и их уменьшение при переломе типа А3. Изменение напряжений незначительно, более важным моментом является то, что при добавлении блокирующих винтов перемещения по плоскости перелома уменьшаются для переломов как типа А2, так и типа А3, что свидетельствует о надежности фиксации отломков и более стабильном остеосинтезе. Выводы. По данным компьютерного моделирования оба варианта PFN обеспечивают достаточную фиксацию отломков и стабильность остео-синтеза при хирургическом лечении чрезвертельных переломов типа А2 и А3. Применение удлиненного PFN стержня обеспечивает более надежную фиксацию костных фрагментов по сравнению с обычным стержнем PFN при чрезвертельных переломах типа А2 и А3 и не зависит от количества примененных блокирующих винтов. Проведенное исследование позволит определить дифференцированный подход к лечению лиц с чрезвертельными переломами бедренной кости, улучшит эффективность оказания медицинской помощи этой тяжелой категории больных.

Background. The problem of treating patients with periarticular fractures of the proximal femur currently can not be completely solved. According to various authors, their incidence ranges from 20 to 53.3 % of the total number of injuries in hip fractures, and they occur more often in the senile age (60 %) than in the elderly (40 %). The surgical treatment of the proximal femur fractures with minimally invasive, low-traumatic technologies using proximal fe-moral nail — Trochanteric Gamma Nail G3 (Stryker), PFN A (Synthes), ChFN (ChM) is common. Both conventional and elongated versions of the proximal femoral nail (PFN) are used. Efforts are being made to substantiate the suitability of mechanical osteoimplants based on computer modeling, reflecting some aspects of the behavior of the bone-implant system, using the finite element method (FEM). The behavior of the fixator-bone biomechanical system was studied using computer simulation. The stress-strain state was determined for models with the conventional and elongated PFN, which provides optimal biomechanical and biological conditions for the pertrochanteric fractures healing. Materials and methods. The comparative analysis of the bone fragments stability in osteosynthesis of pertrochanteric fractures types A2/A3 was done using conventional and elongated proximal femoral screw. Results. The elongated PFN provides more reliable fixation of bone fragments in both types of
A2/A3 fractures. The characteristics of the stresses on the bone and the fixator are significantly reduced. The loads on the bone-fixator biomechanical system are distributed more evenly among all elements of the model, without creating local stress concentrators and not exceeding the strength limit of the material. The movements along the fracture plane are reduced approximately 10 times for all fracture/fixation combinations when fixed by an elongated PFN. Varying the number of blocking screws in the PFN osteosynthesis changes the behavior of the bone-fixator biomechanical system. The use of 1 or 2 locking screws causes a slight stresses increase in the fracture plane for type A2 fracture and a decrease in type A3 fracture. The changes in stress are insignificant, the more important point is that the addition of locking screws leads to a decrease in displacements along the fracture plane in both A2 and A3 fractures, which indicates the reliability of fragment fixation and more stable osteosynthesis. Conclusions. According to computer modeling data, both variants of PFN provide sufficient fixation of fragments and stability of osteosynthesis in the surgical treatment of pertrochanteric fractures A2/A3 types. The use of an elongated PFN provides more reliable fixation of bone fragments in comparison with the conventional PFN for pertrochanteric fractures A2/A3 types, and does not depend on the number of blocking screws used. The study allows to determine a differentiated approach to the treatment of patients with pertrochanteric fractures of the proximal femur, to improve the effectiveness of medical care for this severe category of patients.


Keywords

черезвертлюгові переломи; інтрамедулярний блокований стрижень; проксимальний стегновий стрижень; біомеханічне моделювання; метод скінченних елементів

чрезвертельные переломы; интрамедуллярные блокирующие стержни; проксимальный бедренный стержень; биомеханическое моделирование; метод конечных элементов

pertrochanteric fractures; intramedullar blocked rods; proximal femoral nail; biomechanical modeling; finite elements method


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Абдулхабиров М.А. Блокирующий итрамедуллярный остеосинтез / М.А. Абдулхабиров. — Мат-лы междунар. конгресса «Травматология и ортопедия: современность и будущее». — М., 2003. — С. 193-194.
2. Барабаш А.П. Сравнительная характеристика линейных перемещений отломков проксимального отдела бедренной кости при чрескостной фиксации / А.П. Барабаш, А.Г. Русанов, О.А. Кауц // Саратовский научно-медицинский журнал. — 2009. — № 3. — С. 399-403.
3. Боев В.Д. Компьютерное моделирование / В.Д. Боев, Р.П. Сыпченко. — М.: ИНТУИТ. РУ, 2010. — 349 с.
4. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Б.В. Одинцов. А.И. Харитонович, Н.Б. Пономарев. — СПб.: БХВ Петербург, 2008. — 1040 с.
5. Корнилов Н.В. Травматология и ортопедия: Рук-во для врачей / Н.В. Корнилова, Э.Г. Грязнухина. — СПб.: Гиппократ, 2004. — Т. 3. — 896 с.
6. Королев А.Л. Компьютерное моделирование / А.Л. Королев. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010. — 232 с.
7. Котельникова Г.П. Травматология: Национальное рук-во / Г.П. Котельникова, С.П. Миронова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. — 808 с.
8. Лазарев А.Ф. Новые подходы к лечению переломов проксимального отдела бедренной кости / А.Ф. Лазарев // Вестник травматологии и ортопедии. — 2004. — № 1. — С. 27-31.
9. Рафаелян А.В. Перспективы аппаратного лечения переломов проксимального отдела бедра / А.В. Рафаелян // Вестник травматологии и ортопедии. — 2006. — № 4. — С. 24-28.
10. Результаты остеосинтеза переломов проксимального отдела бедренной кости у пациентов старшей возрастной группы в Хабаровском крае / А.Г. Рыков, В.С. Гороховский, Д.Д. Дьяков и др. // Дальневосточный медицинский журнал. — 2009. — № 1. — С. 32-34.
11. Руководство по внутреннему остеосинтезу / М.Е. Мюллер, М. Алльговер, Р. Шнайдер, Х.М. Вилленгер. — Спрингер-Верлаг, 1996. — 750 с.
12. Чрескостный остеосинтез при переломах вертельной области бедренной кости / С.П. Миронов. А.И. Городниченко., О.Н. Усков, Г.В. Сорокин // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. — 2002. — № 4. — С. 13-17.
13. Astrand J. One fracture is enough experience with a prospective and consecutive osteoporosis screening program with 239 fracture patients / J. Astrand, K.G. Thorngren, M. Tegil // Acta Orthop. — 2006. — № 77(1). — С. 3-8.
14. Development and delivery of patient treatment in the Trondheim Hip Fracture Trial. A new geriatric in-hospital pathway for elderly patients with hip fracture / I. Saltvedt, A. Prestmo, E. Einarsen, L.G. Johnsen, J.L. Helbostad, O. Sletvold // BMC Res. Notes. — 2012. — № 5. — P. 355. 
15. Hip fracture management: tailoring care for the older patient / W.W. Hung, K.A. Egol, J.D. Zuckerman, A.L. Siu // JAMA. — 2012. — Vol. 307, № 20. — P. 2185-2194.  

Similar articles

Mathematical Modeling оf Osteosynthesis for Transtrochanteric Fractures Type A1 Using Different Metal Fixation Devices
Authors: Калашніков А.В.(1), Малик В.Д.(2), Лазарев І.А.(1), Калашніков О.В.(1)
(1) — ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна
(2) — Полтавська обласна лікарня ім. М.В. Скліфосовського, м. Полтава, Україна

"Тrauma" Том 17, №6, 2016
Date: 2017.01.11
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Mathematical Background for Different Methods of Osteosynthesis of the Proximal Femur Fracture for the Treatment of Pathological Metastatic Tumors of Long Bones
Authors: Лазарев І.А., Ільніцький О.В., Проценко В.В., Скибан М.В.
ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна

"Тrauma" Том 17, №5, 2016
Date: 2016.12.02
Biomechanical computer modeling of “bone-fixator-endoprosthesis” system functioning after different types of internal hemipelvectomy
Authors: Лазарев І.А.(1), Костюк В.Ю.(2), Дєдков А.Г.(2), Скибан М.В.(1)
1 - ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна
2 - Національний інститут раку, м. Київ, Україна

"Тrauma" Том 19, №6, 2018
Date: 2019.01.15
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Концептуальна біомеханічна модель виникнення структурних змін у тібіофеморальній ділянці колінного суглоба при травмі
Authors: Лазарев І.А., Костогриз О.А. - ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України»; Крищук М.Г. - Національний технічний університет України «КПІ», м. Київ; Скибан М.В. - ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України»
"Тrauma" Том 15, №4, 2014
Date: 2014.12.02
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches

Back to issue