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, №3, 2020

Back to issue

Biomechanical analysis of reliability of fragments fixation during the osteosynthesis of the proximal tibial fractures with LCP-plate and the intramedulary locking nail

Authors: Лазарев І.А.(1), Чіп Є.Е.(2), Калашніков А.В.(1), Скибан М.В.(1)
(1) — ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна
(2) — КНМП «Глобинська центральна районна лікарня», м. Глобине Полтавської обл., Україна

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Переломи проксимального відділу великогомілкової кістки (ППВВК) становлять до 5 % серед усіх переломів кісток скелета та часто супроводжуються пошкодженням важливих м’якотканних структур і компресією кісткової тканини з боку суглобової поверхні. Актуальність даної проблеми визначається тим, що для ППВВК характерна висока частота несприятливих функціональних результатів: нерідко у віддаленому періоді після травми розвиваються деформуючий остеоартроз, контрактури, нестабільність колінного суглоба. За даними низки авторів, перелічені вище ускладнення зустрічаються в 5,8–28 % випадків, при цьому вихід на інвалідність досягає 5,9–9,1 %. Усе це обумовлює велику медико-соціальну значимість даної проблеми, а визначення найбільш ефективного методу лікування цієї патології є нагальним питанням сучасної травматології. Матеріали та методи. На початковому етапі за даними анатомічних моделей та КТ-сканів засобами SolidWorks створено твердотільну 3D-модель гомілки, яка налічувала такі елементи, як великогомілкова та малогомілкова кістки, міжкісткова мембрана, зв’язки проксимального та дистального міжгомілкового зчленування (перелом проксимального відділу великогомілкової кістки). Далі розроблено чотири варіанти фіксації кісткових відламків із застосуванням пластин LCP та інтрамедулярного блокуючого остеосинтезу металевим стрижнем. На наступному етапі задані граничні умови закріплення та навантаження моделі масою тіла в середньому 75 кг (750 Н) та створена кінцево-елементна модель, яка налічувала 381 787 вузлів та 206 583 елементи. Результати. Більш рівномірний розподіл напружень на всіх елементах моделі відбувається при застосуванні інтрамедулярного блокуючого стрижня, навантаження на металеві частини, кістку та зв’язки менше, ніж навантаження в моделях 1 та 2. Показники деформацій та загальних переміщень моделі при цьому також незначні, що говорить про достатню стабільність відламків та способу остеосинтезу в цілому. Подібна ситуація спостерігається й при використанні пластин LCP при їх білатеральному застосуванні (модель 3). Висновки. Результати дослідження в подальшому можуть служити основою для розробки алгоритму хірургічного лікування та реабілітації пацієнтів із ППВВК.

Актуальность. Переломы проксимального отдела большеберцовой кости (ППОБК) составляют до 5 % среди всех переломов костей скелета и часто сопровождаются повреждением важных мягкотканных структур и компрессией костной ткани со стороны суставной поверхности. Актуальность данной проблемы определяется тем, что для ППОБК характерна высокая частота неблагоприятных функциональных результатов: нередко в отдаленном периоде после травмы развиваются деформирующий остеоартроз, контрактуры, нестабильность коленного сустава. По данным ряда авторов, перечисленные выше осложнения встречаются в 5,8–28 % случаев, при этом выход на инвалидность достигает 5,9–9,1 %. Все это обусловливает большую медико-социальную значимость проблемы, а определение наиболее эффективного метода лечения этой патологии является актуальным вопросом современной травматологии. Материалы и методы. На начальном этапе по данным анатомических моделей и КТ-сканов средствами SolidWorks создана твердотельная 3D-модель голени, которая насчитывала такие элементы, как большеберцовая и малоберцовая кости, межкостная мембрана, связки проксимального и дистального межберцового сочленения (перелом проксимального отдела большеберцовой кости). Далее разработаны четыре варианта фиксации костных отломков с применением пластин LCP и интрамедуллярного блокирующего остеосинтеза металлическим стержнем. На следующем этапе заданы граничные условия закрепления и нагрузки модели массой тела в среднем 75 кг (750 Н) и создана конечно-элементная модель, которая насчитывала 381 787 узлов и 206 583 элемента. Результаты. Более равномерное распределение напряжений на всех элементах модели происходит при применении интрамедуллярного блокирующего стержня, нагрузки на металлические части, кость и связки меньше, чем нагрузка в моделях 1 и 2. Показатели деформаций и общих перемещений модели при этом также незначительны, что говорит о достаточной стабильность отломков и способа остеосинтеза в целом. Подобная ситуация наблюдается и при использовании пластин LCP при их билатеральном применении (модель 3). Выводы. Результаты исследования в дальнейшем могут служить основой для разработки алгоритма хирургического лечения и реабилитации пациентов с ПОБВК.

Background. The proximal tibial fractures (PTF) amount for 5 % of all skeletal bone fractures and are often accompanied by da-mage to the important soft tissue structures and bone compression in the tibial plateau. The urgency of this issue is determined by the fact that the PTF is characterized by a high frequency of adverse functional results: often, in the distant period after the injury, the osteoarthritis, contractures, instability of the knee develop. According to some authors, the rate of the above complications ranges from 5.8 to 28 %, with the output of disability of 5.9–9.1 %. All these cause great medical and social significance of this problem, and determination of the most effective method of this pathology treatment is an urgent issue of modern traumatology. Materials and methods. At the initial stage, according to the anatomical models and CT scans, a solid 3D model of the tibia, which included elements tibia, fibula, intercostal membrane, ligaments of the proximal and tibiofibular ligament (fracture of the proximal tibia) is created in Solid Works software package. In the following, 4 variants of bone fragments osteosynthesis using LCP-plates and intramedullary locking nail were developed. At the next stage, the boundary conditions for fixing and loading the model with a bodyweight corresponding to the average bodyweight of 75 kg (750 H) were applied, and a finite element model was created, which numbered 381,787 knots and 206,583 elements. Results. More uniform stress distribution on all elements of the model occurs when applying the intramedullary locking nail (model 4), the stress on the metal parts, bone and ligament is less than the stress on the elements in models 1 and 2. The strain and total deformation values of the model 4 are also insignificant and less than the strain on the elements of model 1 and 2, which indicates sufficient stability of the fragments and the method of osteosynthesis as a whole. A similar situation was observed in the case of the use of LCP-plates in their bilateral application (model 3). Conclusions. The results of the study can further serve as a basis for the algorithm of the development of surgical treatment and rehabilitation of PTF patients.


Keywords

кінцево-елементне моделювання; переломи проксимального відділу великогомілкової кістки; напружено-деформований стан; LCP-пластина; інтрамедулярний блокований стрижень

конечно-элементное моделирование; переломы проксимального отдела большеберцовой кости; напряженно-деформированное состояние; LCP-пластина; интрамедуллярный блокированный стержень

finite element modeling; fractures of the proximal tibia; stress-strain state; LCP-plate; intramedullary locking nail


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


Bibliography

1. Ахтямов И.Ф., Кривошапко Г.М., Кривошапко С.В. Послеоперационная реабилитация больных с внутрисуставными повреждениями коленного сустава и их последствиями (обзор литературы). Гений ортопедии. 2002. № 2. C. 150-155.

2. Боев В.Д., Сыпченко Р.П. Компьютерное моделирование. М.: ИНТУИТ.РУ, 2010. 349 с.

3. Гиршин С.Г. Клинические лекции по неотложной травматологии. М.: Азбука, 2004. 543 с.

4. Зациорский В.М., Аруин А.С., Селуянов В.И. Биомеханика двигательного аппарата человека. М.: Физкультура и спорт, 1981. 143 с.

5. Королев А.Л. Компьютерное моделирование. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010. 232 с.

6.  Лапач С.Н., Чубенко А.В., Бабич П.Н. Статистические методы в биологических исследованиях с использованием Excel. К.: Морион, 2000. 320 с.

7. Мінцер О.П. Інформаційні технології в охороні здоров’я і практичній медицині: [у 10 кн.]: Оброблення клінічних і експериментальних даних у медицині: Навч. посіб. Кн. 5. К.: Вища школа, 2003. 350 с.

8. Гилев М.В., Волокитина Е.А., Антониади Ю.В., Черницын Д.Н. Новые подходы к лечению внутрисуставных переломов проксимального отдела большеберцовой кости. Уральский медицинский журнал. 2012. № 6. С. 121-127.

9. Мюллер М.Е., Альговер М., Шнайдер Р., Виллингер X.М. Руководство по внутреннему остеосинтезу. М.: Медицина, 1996. 750 с.

10.  Patil S., Mahon A., Green S., McMurtry I., Port A. A biomechanical study comparing a raft of 3.5 mm cortical screws with 6.5 mm cancellous screws in depressed tibial plateau fractures. Knee. 2006. Vol. 13. № 3. Р. 231-235.

11. Jiang R., Luo C.F., Wang M.C., Yang T.Y., Zeng B.F. A com-parative study of Less Invasive Stabilization System (LISS) fixation and two-incision double plating for the treatment of bicondylar tibial plateau fractures. Knee. 2008. Vol. 15. № 2. Р. 139-143.

12. Mohamed M., Khedr A., Zaki L., Khaled S., Balbaa A. Effect of introducing early weight bearing training in rehabilitating patient with tibial plateau fracture fixed with open reduction internal fixation. Bioscience Research. № 16(2). P. 1232-1242.

13. Haak K., Palm H., Holck K., Krasheninnikoff M., Gebuhr P., Troelsen A. Immediate weight-bearing after osteosynthesis of proximal tibial fractures may be allowed. Danish Medical Journal. 2012. № 59(10). P. 4515.

14. Kubichek М., Florian Z. Stress strain analysis of Knee joint. Engineering Mechanics. 2009. № 5(16). P. 315-322.

15. Miler K., Nielsen P.M.F. Computational biomechanics for medicine. Springer + Business Media, LLS, 2010. 155 p.

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
Порівняльний аналіз надійності фіксації кісткових відламків при переломах латерального виростка великогомілкової кістки (біомеханічне моделювання)
Authors: Лазарев І.А., Бруско А.Т., Самохін А.В., Мельник І.В., Скибан М.В. - ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ; Київська міська клінічна лікарня № 12
"Тrauma" Том 15, №3, 2014
Date: 2014.07.08
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
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

Back to issue