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 20, №2, 2019

Back to issue

Selection of internal fixation devices in supramalleolar corrective osteotomy of the distal tibia. Imitation computer modeling

Authors: Омельченко Т.М.(1), Бур’янов О.А.(1), Лябах А.П.(2), Єщенко В.О.(3), Турчин О.А.(2)
(1) — Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ, Україна
(2) — ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна
(3) — НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Мета. Оцінка стабільності внутрішньої фіксації при виконанні різних видів надкісточкових корекційних остеотомій дистального відділу великогомілкової кістки шляхом дослідження жорсткісних параметрів біомеханічних моделей «фіксатор — кістка» при імітаційному комп’ютерному моделюванні методом скінченних елементів. Матеріали та методи. Дослідження включало створення солідних імітаційних комп’ютерних моделей біомеханічних систем «фіксатор — кістка» на базі програмного комплексу ANSYS з використанням контактних і 10-вузлових пірамідальних 3D SOLID187 СЕ. 3D-модель великогомілкової кістки створена на підставі комп’ютерного томографічного дослідження неушкодженої гомілки у здорової людини. У кожній моделі відтворено корекційну остеотомію в метаепіфізарній зоні дистального відділу великогомілкової кістки з подальшою фіксацією різними видами сучасних блокованих пластин з гвинтами. Проведено дослідження напружено-деформованого стану, визначені максимальні величини зусиль на стиск, згин та максимальні крутильні моменти за умови неперевищення переміщення 1,0 мм між кістковими фрагментами. Результати. Найбільш жорсткою та стабільною є біомеханічна система з передньолатеральною блокованою L-подібною пластиною, де допустимі зусилля на стиск і згин становлять 308 і 73 Н відповідно. При цьому ця система характеризується найбільшою величиною еквівалентних за Мізесом напружень у концентраторах гвинтів та пластини. Найменшу жорсткість на стиск (Pmax стиск = 151 Н), згин (Pmax згин = 19 Н) і кручення (Mmax = 2,46 Н/м) мала біомеханічна система, де застосовано медіальну блоковану пластину. Висновки. При плануванні медіальної корекційної надкісточкової остеотомії дистального відділу великогомілкової кістки з відкритим клином найбільшу стабільність та жорсткість фіксації забезпечує медіальна блокована пластина «puddi-plate», при плануванні медіальної остеотомії із закритим клином найбільшу стабільність при фіксації забезпечує медіальна блокована пластина з міні-гвинтами, а для латеральної корекційної остеотомії із закритим клином, передньої остеотомії та фокусної купольної корекційної остеотомії в даній анатомічній ділянці найкраще використовувати передньолатеральну L-подібну блоковану пластину.

Цель. Оценка стабильности внутренней фиксации при выполнении различных видов надлодыжечных корригирующих остеотомий дистального отдела большеберцовой кости путем исследования жесткостных параметров биомеханических моделей «фиксатор — кость» при имитационном компьютерном моделировании методом конечных элементов. Материалы и методы. Исследование включало создание солидных имитационных компьютерных моделей биомеханических систем «фиксатор — кость» на базе программного комплекса ANSYS с использованием контактных и 10-узловых пирамидальных 3D SOLID187 СЕ. 3D-модель большеберцовой кости создана на основании компьютерного томографического исследования неповрежденной голени здорового человека. В каждой модели воссоздана корригирующая остеотомия в метаэпифизарной зоне дистального отдела большеберцовой кости с последующей фиксацией различными видами современных блокированных пластин с винтами. Проведено исследование напряженно-деформированного состояния, определены максимальные величины усилий на сжатие, изгиб и максимальные крутящие моменты при условии непревышения перемещения 1,0 мм между костными фрагментами. Результаты. Наиболее жесткой и стабильной является биомеханическая система с переднелатеральной блокированной L-образной пластиной, где допустимые усилия на сжатие и изгиб составляют 308 и 73 Н соответственно. При этом данная система характеризуется наибольшей величиной эквивалентных по Мизесу напряжений в концентраторах винтов и пластины. Наименьшую жесткость на сжатие (Pmax сжатие = 151 Н), сгиб (Pmax изгиб = 19 Н) и кручение (Mmax = 2,46 Н/м) имела биомеханическая система, где применена медиальная блокированная пластина. Выводы. При планировании медиальной корригирующей надлодыжечной остеотомии дистального отдела большеберцовой кости с открытым клином наибольшую стабильность и жесткость фиксации обеспечивает медиальная блокированная пластина «puddi-plate», при планировании медиальной остеотомии с закрытым клином наибольшую стабильность при фиксации обеспечивает медиальная блокированная пластина с мини-винтами, а для латеральной корригирующей остеотомии с закрытым клином, передней остеотомии и фокусной купольной корригирующей остео-томии в данной анатомической области оптимальным является использование переднелатеральной L-образной блокированной пластины.

Background. The purpose was to assess the stability of internal fixation when performing various types of supramalleolar corrective osteotomies of the distal tibia by examining the stif-fness parameters of biomechanical “fixator-bone” models during computer simulation using the finite element method. Materials and methods. The study included the creation of solid simulation computer models of biomechanical “fixator-bone” systems based on the ANSYS software using contact and 10-node pyramidal 3D SOLID187 element. The 3D model of the tibia was created on the basis of a computed tomography scan of a non-damaged lower leg in a healthy person. In each model, corrective osteotomy was recreated in the metaepiphyseal zone of the distal tibia, followed by a fixation using various types of modern locking plates with screws. A study of the stress-strain state was carried out, and the maximum values of the compressive, bending and maximum torques were determined under the condition when the displacement of the bone fragments did not exceed 1.0 mm. Results. Biomechanical system with an anterolateral L-shaped locking plate was the most rigid and stable, the allowable forces for compression and bending were 308 and 73 H, respectively. At the same time, this system is also characterized by the greatest equivalent von Mises stresses in the stress concentrator of the screws and the plate. Biomechanical system with medial locking plate had the lowest compressive stiffness (Pmax_compression = 151 H),
bending stiffness (Pmax_bending = 19 H) and torsional stiffness (Mmax = 2.46 N/m). Conclusions. When planning medial supramalleolar corrective osteotomy of the distal tibia with an open wedge, the medial Puddu locking plate provides the greatest stability and rigidity of fixation, for lateral corrective osteotomy with a closed wedge, the greatest stability in fixing is provided by the medial locking plate with the mini screws, and for the lateral corrective osteotomy with a closed wedge, lateral osteotomy and focal dome corrective osteotomy in this anatomical region, it is best to use an anterolateral L-shaped locking plate.


Keywords

надкісточкова корекційна остеотомія; гомілковостопний суглоб; супрамалеолярна остеотомія

надлодыжечная корригирующая остеотомия; голеностопный сустав; супрамалеолярная остеотомия

supramalleolar corrective osteotomy; ankle joint; supramalleolar osteotomy


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


Bibliography

1. Colin F., Bolliger L., Horn Lang T. et al. Effect of supramalleolar osteotomy and total ankle replacement on talar position in the varus osteoarthritic ankle: a сomparative study // Foot Ankle Int. 2014; 35: 445-52. Available at: http://fai. sagepub.com/content/35/5/445.short.

2. Schmid T., Zurbriggen S., Zderic I. et al. Ankle joint pressure changes in a pes cavovarus model: supramalleolar valgus osteotomy versus lateralizing calcaneal osteotomy // Foot Ankle Int. 2013; 34: 1190-7. Available at: http://fai.sagepub.com/content/34/9/1190.long.

3. Colin F., Gaudot F., Odri G. et al. Supramalleolar osteotomy: techniques, indications and outcomes in a series of 83 cases // Orthop. Traumatol. Surg. Res. 2014; 100: 413-8. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877056814000784.

4. Kim Y.S., Park E.H., Koh Y.G. et al. Supramalleolar osteo-tomy with bone marrow stimulation for varus ankle osteoarthritis: clinical results and second-look arthroscopic evaluation // Am. J. Sports. Med. 2014; 42: 1558-66. Available at: http://ajs.sagepub.com/content/early/2014/04/23/0363546514530669.abstract.

5. Омельченко Т.М., Бур’янов О.А., Лябах А.П., Мазевич В.Б., Мусієнко О.С., Шидловський М.С. Фізико-механічні властивості трабекулярної кісткової тканини кісток гомілковостопного суглоба (експериментально-клінічне дослідження) // Вісник ортопедії, травматології та протезування. 2017; 2: 66-72. Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Votip_2017_2_12.

6. Омельченко Т.М., Бур’янов О.А., Лябах А.П., Мазевич В.Б., Шидловський М.С., Мусієнко О.С. Кореляція модуля пружності та рентгенологічної щільності кісткової тканини в зоні надп’ятково-гомілкового суглоба // Ортопедия, травматология и протезирование: научно-практический журнал. 2018; 3: 80-84. doi: https://doi.org/10.15674/0030-59872018380-84.

7. Єщенко В.О. Імітаційне моделювання напружено-деформованого стану біомеханічних систем для кісток кінцівок та щелепи людини з пошкодженнями // Вісник НТУУ «КПІ». Серiя «Машинобудування». 2013; 2(68); 84-90. Режим доступу: http://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/13731/1/84_Ieshchenko_v.pdf.

8. ISO 5832-3: Implants for surgery — Metallic materials — Part 3: Wrought titanium 6-aluminium 4-vanadium alloy. Режим доступу: https://www.iso.org/standard/66637.html.

9. Ansys Help “help/ans_elem/Hlp_E_SOLID187.html” Режим доступу: https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/17.0/en-us/help/ans_elem/Hlp_E_SOLID187.html.

10. Ellington J.K., Myerson M.S. Surgical correction of the ball and socket ankle joint in the adult associated with a talonavicular tarsal coalition // Foot Ankle Int. 2013; 34: 1381-8. Available at: http://fai.sagepub.com/content/34/10/1381.

11. Knupp M., Barg A., Bolliger L. et al. Reconstructive surgery for overcorrected clubfoot in adults // J. Bone Joint. Surg. Am. 2012; 94: e1101-7. Available at: http://jbjs.org/content/94/15/e110.

12. De Roode C.P., Hung M., Stevens P.M. Supramalleolar osteotomy: a comparison of fixation methods // J. Pediatr. Orthop. 2013; 33: 672-7. Available at: http://journals.lww.com/pedorthopaedics/Abstract/2013/09000/Supramalleolar_Osteotomy_A_Comparison_of.16.aspx.

13. Eidelman M., Katzman A., Zaidman M. et al. Deformity correction using supramalleolar gigli saw osteotomy and Taylor spatial frame: how to perform this osteotomy safely? // J. Pediatr. Orthop. 2011; 20: 318-22. Available at: http://journals.lww.com/jpob/Abstract/2011/09000/Deformity_correction_using_supramalleolar_gigli.10.aspx.

Similar articles

Розподіл напружень у системі «фіксатор — кістка» при проведенні остеосинтезу нижньої щелепи накістковими міні-пластинами
Authors: Копчак А.В., Кріщук М.Г. - Національний медичний університет імені О.О. Богомольця; Національний технічний університет України «КПІ», м. Київ, Україна
Ukrainian journal of surgery 1 (24) 2014
Date: 2014.03.14
Categories: Surgery, Stomatology
Sections: Clinical researches
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

"Тrauma" Том 18, №4, 2017
Date: 2017.09.25
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Зміни напружено-деформованого стану кісток передпліччя при інтрамедулярному остеосинтезі діафізарних переломів
Authors: Левицький А.Ф. - Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ, Україна; Яресько О.В. - Інститут патології хребта та суглобів імені М.І. Ситенка НАМН України, м. Харків, Україна; Терпиловський Ю.Р. - Національна дитяча спеціалізована лікарня «Охматдит», м. Київ, Україна
Журнал "Хирургия детского возраста" 1-2 (50-51) 2016
Date: 2016.10.26
Categories: Pediatrics/Neonatology, Surgery
Sections: Clinical researches
Improving technologies for hip replacement using trabecular bionic stem Physiohip
Authors: Бондар В.К.
Київський міський ортопедичний центр ендопротезування, хірургії та реабілітації, м. Київ, Україна

"Тrauma" Том 19, №3, 2018
Date: 2018.07.18
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual

Back to issue