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 21, №1, 2020

Back to issue

Analysis of the distribution of internal stresses and relative deformations in bone and extrafocal osteosynthesis in distal femoral metaphysis fractures

Authors: Бець І.Г., Карпінський М.Ю., Яресько О.В.
ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Результати лікування пацієнтів із внутрішньо- та навколосуглобовими пошкодженнями дистальних метаепіфізів довгих кісток значною мірою залежать від адекватності вибору технології лікування. Рішення щодо застосування відкритої репозиції та накісткового остеосинтезу є дуже відповідальним і повинне прийматися на основі комплексного аналізу індивідуальних особливостей як пацієнта, так і ушкодження. У випадках сумнівних показань до внутрішньої фіксації методом вибору може бути позаосередковий остеосинтез за допомогою апаратів зовнішньої фіксації (АЗФ). Мета: об’єктивізувати вибір технологій лікування внутрішньосуглобових ушкоджень шляхом математичного аналізу внутрішніх напружень і відносних деформацій моделі перелому дистального метаепіфіза стегнової кістки в умовах накісткового та позаосередкового остеосинтезу. Матеріали та методи. Було виконане математичне моделювання з використанням методу скінченних елементів внутрішньосуглобових переломів дистального відділу стегнової кістки та методів їх остеосинтезу. Базова модель містила стегнову, великогомілкову та малогомілкову кістки, а також кісткові елементи стопи. Моделювали внутрішньосуглобові переломи дистального кінця стегнової кістки типів С1 та С3 за класифікацією АО з двома варіантами остеосинтезу: накістковою пластиною та апаратом зовнішньої фіксації за схемою «стегно — гомілка». Усі моделі вивчали під впливом навантаження на стискання 700 Н. При моделюванні вивчали величини внутрішніх напружень та відносних деформацій. Результати. З точки зору розподілу напружень в моделях кінцівки з внутрішньосуглобовим переломом дистального кінця стегнової кістки за наявності перелому типу С1 накісткова пластина та АЗФ дозволяють отримати приблизно однаковий результат, незважаючи на деякі розбіжності, обумовлені конструкційними особливостями обраних засобів остеосинтезу. За наявності перелому типу С3 АЗФ має переваги над накістковою пластиною при всіх видах навантаження, що підтверджується більш низьким рівнем напружень на кісткових фрагментах в зоні перелому. За критерієм величини відносних деформацій кісткового регенерату між фрагментами стегнової кістки в зоні внутрішньосуглобового перелому дистального кінця стегнової кістки типу С1 остеосинтез за допомогою АЗФ значно програє остеосинтезу накістковою пластиною. Використання АЗФ для остеосинтезу дистального кінця стегнової кістки при його внутрішньосуглобових переломах типу С3 дозволяє отримати значно менші величини відносної деформації кісткового регенерату в зоні перелому. Висновки. При внутрішньосуглобових переломах дистального кінця стегнової кістки типу С1 остеосинтез накістковою пластиною показав кращі результати, ніж остеосинтез АЗФ. При приблизно однакових показниках величин напружень на кісткових фрагментах в зоні перелому пластина забезпечує меншу деформацію кісткового регенерату між уламками. За наявності внутрішньосуглобових переломів дистального кінця стегнової кістки типу С3 перевагу має остеосинтез АЗФ, тому що при його використанні вдається ефективніше обмежити і рівень напружень в кісткових фрагментах, і рівень величин відносних деформацій кісткового регенерату між уламками.

Актуальность. Результаты лечения пациентов с внутри- и околосуставными повреждениями дистальных метаэпифизов длинных костей в значительной степени зависят от адекватности выбора технологии лечения. Решение о применении открытой репозиции и накостного остеосинтеза является очень ответственным и должно приниматься на основе комплексного анализа индивидуальных особенностей как пациента, так и повреждения. В случаях сомнительных показаний к внутренней фиксации методом выбора может быть внеочаговый остеосинтез с помощью аппаратов внешней фиксации (АВФ). Цель: объективизировать выбор технологий лечения внутрисуставных повреждений путем математического анализа внутренних напряжений и относительных деформаций модели перелома дистального метаэпифиза бедренной кости в условиях накостного и внеочагового остеосинтеза. Материалы и методы. Было выполнено математическое моделирование с использованием метода конечных элементов внутрисуставных переломов дистального отдела бедренной кости и методов их остеосинтеза. Базовая модель содержала бедренную, большеберцовую и малоберцовую кости, а также костные элементы стопы. Моделировали внутрисуставные переломы дистального конца бедренной кости типов С1 и С3 по классификации АО с двумя вариантами остеосинтеза: накостной пластиной и АВФ по схеме «бедро — голень». Все модели изучали под влиянием нагрузки на сжатие 700 Н. При моделировании изучали величины внутренних напряжений и относительных деформации. Результаты. С точки зрения распределения напряжений в моделях конечности с внутрисуставным переломом дистального конца бедренной кости, при наличии перелома типа С1, накостная пластина и АВФ позволяют получить примерно одинаковый результат, несмотря на различия, обусловленные конструктивными особенностями избранных средств остеосинтеза. При наличии перелома типа С3 АВФ имеет преимущества над накостной пластиной при всех видах нагрузки, что подтверждается более низким уровнем напряжений на костных фрагментах в зоне перелома. По критерию величины относительных деформаций костного регенерата между фрагментами бедренной кости в зоне внутрисуставного перелома дистального конца бедренной кости типа С1 остеосинтез с помощью АВФ значительно проигрывает остеосинтезу накостной пластиной. Использование АВФ для остеосинтеза дистального конца бедренной кости при его внутрисуставных переломах типа С3 позволяет получить значительно меньшие величины относительной деформации костного регенерата в зоне перелома. Выводы. При внутрисуставных переломах дистального конца бедренной кости типа С1 остеосинтез накостной пластиной показал лучшие результаты, чем остеосинтез АВФ. При примерно одинаковых показателях величин напряжений на костных фрагментах в зоне перелома пластина обеспечивает меньшую деформацию костного регенерата между обломками. При наличии внутрисуставных переломов дистального конца бедренной кости типа С3 преимущество имеет остеосинтез АВФ, так как при его использовании удается эффективно ограничить и уровень напряжений в костных фрагментах, и уровень величин относительных деформаций костного регенерата между обломками.

Background. The results of the treatment of patients with intra- and juxta-articular injuries of the distal metaphysis of long bones largely depend on the adequacy of the treatment technique choice. The decision on the use of open reduction and bone osteosynthesis is very responsible and should be taken based on a comprehensive analysis of the individual characteristics of both the patient and the lesion. In cases of doubtful indications for internal fixation, the method of choice may be extra focal osteosynthesis using external fixation devices (EFD). The purpose was to objectify the choice of techniques for treating intraarticular injuries by mathematical analysis of internal stresses and relative deformations of the fracture model of the distal femoral metaphysis in bone and extrafocal osteosynthesis. Materials and methods. Mathematical modelling was performed using the finite-element method of intraarticular fractures of the distal femur and methods of their osteosynthesis. The basic model contained the femur, tibia and fibula, as well as bone elements of the foot. We simulated intraarticular fractures of the distal end of the femur of types C1 and C3 according to the AO classification, with two variants of osteosynthesis: the osseous plate and the EFD according to the thigh-drumstick scheme. All models were studied under the influence of a compression load of 700 N. During the simulation, the values of internal stresses and relative strains were studied. Results. From the point of view of the distribution of stresses in models of the limb with the intraarticular fractures of the distal end of the femur, in the presence of a C1 fracture, the osseous plate and EFD provide approximately the same result, despite the differences due to the design features of the chosen means of osteosynthesis. In C3 type fracture, the EFD has advantages over the osseous plate for all types of loading, which is confirmed by the lower level of stress on the bone fragments in the fracture zone. According to the criterion for the value of the relative deformations of the bone regenerate between the fragments of the femur in the area of the intraarticular fracture of the distal end of the femur of type C1, osteosynthesis with the help of EFD significantly comes short compared to the osteosynthesis with a bone plate. The use of EFD for osteosynthesis of the distal end of the femur in C3 type intraarticular fractures allows obtaining significantly less relative deformation of bone regenerate in the fracture zone. Conclusions. In cases of type C1 intraarticular fractures of the distal end of the femur, osteosynthesis with a bone plate showed better results than osteosynthesis with EFD. With approximately the same values of the stresses on the bone fragments in the fracture zone, the plate provides less deformation of the bone regenerate between the fragments. In type C3 intraarticular fractures of the distal end of the femur, osteosynthesis with EFD has an advantage, since when using it, it is possible to effectively limit both the level of stress on the bone fragments and the level of relative deformations of the bone regenerate between the fragments.


Keywords

метод скінченних елементів; стегнова кістка; внутрішньосуглобові переломи

метод конечных элементов; бедренная кость; внутрисуставные переломы

finite-element method; femur, intraarticular fractures


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


Bibliography

1. Анкин Л.Н. Травматология (европейские стандарты). М.: ООО «Книга плюс», 2005. 408 с.

2. Ашкенази А.К. Хирургия кистевого сустава. М.: Медицина, 1990. 352 с.

3. Гайко Т.В., Герасименко I., Корж М.О., Калашні-ков А.В. Аналіз стану травматолого-ортопедичної допомоги населению України в 2007–2008 р. К.: Воля, 2009.

4. Голка Г.Г., Белостоцкий А.И., Литовченко В.А., Паламарчук В.В., Горячий Е.В., Григорук В.В., Голка Т.Г. Анализ оперативного лечения переломов дистального отдела бедренной кости. Вісник ортопедії, травматології та протезування. 2011. № 1. С. 36-40.

5. Жихарь Н.А. Диагностика и лечение оскольчатых внутрисуставных переломов дистального отдела плечевой кости у взрослых: Дис… канд. мед. наук. ГУ «Республиканский научно-практический центр травматологии и ортопедии», Минск, 2014.

6. Зазірний I.M., Василенко А.В. Сучасні методи лікування переломів дистального метаепіфіза променевої кістки (огляд літератури). Ортопедия, травматология и протезирование. 2013. № 3. С. 107-112.

7. Иванов А.В., Краснов О.А. Хирургическое лечение переломов дистального метаэпифиза лучевой кости. Медицина в Кузбассе. 2010. № 2. С. 24-29.

8. Корж Н.А., Радченко В.А. Справочник травматолога. К., 2009. 502 с.

9. Ли А.Д., Баширов Р.С. Руководство по чрескостному компрессионно-дистракционному остеосинтезу. Томск: Красное знамя, 2002. 307 с.

10. Пашков И.О. Чрескостный остеосинтез при пронационно-эверсионных переломах дистального отдела костей голени. Практическая медицина, 2016. Т. 1. № 4(96). С. 136-138.

11. Рюди Т.П., Бакли Р.Э., Моран К.Т. АО — принципы лечения переломов: В 2 томах. Baccamedia, 2013.
946 с.

12. Юлов В.В. Оскольчатые внутрисуставные переломы и их последствия: Дис... докт. мед. наук. М., 2013. 238 с.

13. Корж М.О., Романенко К.К., Прозоровський Д.В., Карпінський М.Ю., Яресько О.В. Математичне моделювання впливу деформації стегнової кістки на навантаження суглобів нижньої кінцівки. Ортопедия, травматология и протезирование. 2015. № 4. С. 25-30. DOI: 10.15674/0030-59872015425-30.

14. Клімовицький В.Г., Хадрі Вадід, Гончарова Л.Д., Гурін І.В., Тяжелов О.А., Карпінський М.Ю., Суббота І.А. Обґрунтування використання нового імплантаційного матеріалу для фіксації метафізарних переломів. Травма. 2010. Т. 11. № 1. С. 27-30.

15. Стойко И.В., Бец Г.В., Бец И.Г. Анализ напряженно-деформированного состояния дистального отдела голени и стопы при повреждениях pilon в условиях наружной фиксации при помощи стержневых аппаратов. Травма. 2014. Т. 15. № 1. С. 41-49. DOI: 10.22141/1608-1706.1.15.2014.81263.

16. Корольков О.І., Кацалап Є.С., Карпінський М.Ю., Яресько О.В. Напружено-деформований стан кульшового суглоба в дітей з асептичним некрозом головки стегнової кістки (повідомлення перше). Ортопедия, травматология и протезирование. 2018. № 3. С. 85-92. DOI: 10.15674/0030-59872018385-92.

17. Корольков О.І., Кацалап Є.С., Карпінський М.Ю., Яресько О.В. Дослідження напружено-деформованого стану елементів кульшового суглоба у випадках асептичного некрозу головки стегнової кістки в дітей (повідомлення друге). Ортопедия, травматология и протезирование. 2018. № 4. С. 102-106. DOI: 10.15674/0030-598720184102-106.

18. Бабалян В.О., Карпінський М.Ю., Яресько О.В. Аналіз напружено-деформованого стану моделей вертлюжних переломів стегнової кістки після ендопротезування. Травма. 2018. Т. 19. № 1. С. 69-81. DOI: 10.22141/1608-1706.1.19.2018.126662.

19. Бабалян В.О., Карпинский М.Ю., Яресько А.В. Напряженно-деформированное состояние моделей вертельных переломов бедренной кости типа 2 по Эвансу после эндопротезирования. Ортопедия, травматология и протезирование. 2018. № 1. С. 59-64. DOI: 10.15674/0030-59872018159-64.

20. Бабалян В.О., Карпінський М.Ю., Яресько О.В. Аналіз напружено-деформованого стану моделей вертлюгових переломів стегнової кістки типу 5 за евансом після ендопротезування. ScienceRise: Medical Science. 2018. № 1(21). С. 14-18.

21. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: Справочник. К.: Наукова думка, 1990. 224 с.

22. Тяжелов О.А., Кальченко А.В., Бабалян В.О., Карпінський М.Ю. Дослідження напружено-деформованого стану моделі стегнової кістки з вертлюговими переломами різних типів при їх лікуванні методом накісткового остеосинтезу. Вісник ортопедії, травматології та протезування. 2016. № 4(91). С. 69-79.

23. Тяжелов О.А., Бабалян В.О., Кальченко А.В., Карпінський М.Ю., Карпінська О.Д., Яресько О.В. Дослідження напружено-деформованого стану моделі стегнової кістки в умовах ендопротезування при переломах її проксимального відділу. Травма. 2016. № 3. С. 47-58. DOI: 10.22141/1608-1706.3.17.2016.75774.

24. Gere J.M., Timoshenko S.P. Mechanics of Material. 1997. 912 р.

25. Образцов И.Ф., Адамович И.С., Барер И.С. и др. Проблема прочности в биомеханике: Учебное пособие для технич. и биол. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1988. 311 с.

26. Зенкевич О.К. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1978. 519 с.

27. Алямовский А.А. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК Пресс, 2004. 432 с.

Similar articles

Математичне моделювання варіантів остеосинтезу переломів дистального метаепіфіза великогомілкової кістки типу С1
Authors: Васюк В.Л.(1), Коваль О.А.(1), Карпінський М.Ю.(2), Яресько О.В.(2)
1 - ВДНЗ «Буковинський державний медичний університет», м. Чернівці, Україна
2 - ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

"Тrauma" Том 20, №1, 2019
Date: 2019.03.26
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Analysis of stress-strain state of trochanteric femoral fracture models  after joint endoprosthesis
Authors: Бабалян В.О.(1), Карпінський М.Ю.(2), Яресько О.В.(2)
(1) — Харківська медична академія післядипломної освіти, м. Харків, Україна
(2) — ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

"Тrauma" Том 19, №1, 2018
Date: 2018.04.17
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
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
Study of the stress-strain state of models of bone fragment fixation with biodegradable polylactide plates
Authors: Хвисюк О.М.(1), Павлов О.Д.(1), Карпінський М.Ю.(2), Яресько О.В.(2)
(1) — Харківська медична академія післядипломної освіти, м. Харків, Україна
(2) — ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

"Тrauma" Том 21, №2, 2020
Date: 2020.05.28
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches

Back to issue