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.



СІМЕЙНІ ЛІКАРІ ТА ТЕРАПЕВТИ

НЕВРОЛОГИ, НЕЙРОХІРУРГИ, ЛІКАРІ ЗАГАЛЬНОЇ ПРАКТИКИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

КАРДІОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, РЕВМАТОЛОГИ, НЕВРОЛОГИ, ЕНДОКРИНОЛОГИ

СТОМАТОЛОГИ

ІНФЕКЦІОНІСТИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, ГАСТРОЕНТЕРОЛОГИ, ГЕПАТОЛОГИ

ТРАВМАТОЛОГИ

ОНКОЛОГИ, (ОНКО-ГЕМАТОЛОГИ, ХІМІОТЕРАПЕВТИ, МАМОЛОГИ, ОНКО-ХІРУРГИ)

ЕНДОКРИНОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, КАРДІОЛОГИ ТА ІНШІ СПЕЦІАЛІСТИ

ПЕДІАТРИ ТА СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

АНЕСТЕЗІОЛОГИ, ХІРУРГИ

"Тrauma" Том 22, №1, 2021

Back to issue

Mathematical calculation and coefficient value of chest shape recovery for planning thoracoplasty of pectus excavatum

Authors: Дігтяр В.А.(1), Камінська М.О.(1), Яресько О.В.(2)
(1) — ДЗ «Дніпропетровська медична академія МОЗ України», м. Дніпро, Україна
(2) — 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. Вроджена лійкоподібна деформація грудної клітки характеризується різним за глибиною і шириною заглибленням грудини і передніх відділів ребер. Формоутворення, його прогнозування, розрахунок деформованого стану грудної клітки та їх вивчення при плануванні торакопластики за D. Nuss із приводу цієї патології є важливою проблемою ортопедії та торакальної хірургії. Мета роботи — розрахунок коефіцієнта відновлення форми грудної клітки шляхом співвідношення глибини лійкоподібної деформації та розміру грудної клітки у фронтальній площині до та після математичного моделювання торакопластики за D. Nuss. Матеріали та методи. Для оцінки переміщень ребер залежно від глибини деформації грудної клітки h були побудовані дві моделі. Перша модель становить собою плоску раму на опорах, елементи якої складаються з хрящових частин ребер і грудини. Для даної моделі визначалась залежність зусилля F, що необхідне для виправлення глибини деформації грудної клітки. Друга модель становить собою вигнутий стрижень, що моделює ребро, до одного з кінців якого прикладене опорне навантаження, обчислене при аналізі першої моделі. Для даної моделі визначалося переміщення точки фіксації пластини під дією заданого зусилля. Для отримання більш точних результатів були проведені дослідження методом скінченних елементів на моделі грудної клітки. Результати. Моделювалося виправлення глибини лійкоподібної деформації без фіксації пластини до ребер. Була проведена оцінка переміщень ділянок ребер у місці фіксації пластини при різній глибині лійкоподібної деформації грудної клітки:
h = 2–5 см. Аналіз результатів розрахунку показав, що після виправлення глибини деформації грудної клітки відбувається зменшення її розміру у фронтальній площині. Так, при максимальній глибині деформації h = 5 см медіальне відхилення ділянок ребер у місці фіксації пластини відбулося на 2,4 см. Висновки. Установлена залежність між глибиною лійкоподібної деформації та розміром грудної клітки у фронтальній площині при моделюванні новоутвореної форми грудної клітки при торакопластиці за D. Nuss. Математично розраховано коефіцієнт відновлення форми грудної клітки, що становить 2 (2∆ = h), де h — глибина лійкоподібної деформації. Практичне значення встановленого коефіцієнта полягає в тому, що при плануванні торакопластики та наданні форми пластині відстань між її латеральними кінцями, що відтворює форму грудної клітки та прилягає до ребер, перед корекцією лійкоподібної деформації повинна бути зменшена на 1/2 h, де h — глибина лійкоподібної деформації, для повноцінного прилягання до ребер у післяопераційному періоді.

Актуальность. Врожденная воронкообразная деформация грудной клетки характеризуется разным по глубине и ширине западением грудины и передних отделов ребер. Формообразование, его прогнозирование, расчет деформированного состояния грудной клетки и их изучение при планировании торакопластики по D. Nuss по поводу этой патологии является важной проблемой ортопедии и торакальной хирургии. Цель работы — расчет коэффициента восстановления формы грудной клетки путем соотношения глубины воронкообразной деформации и размера грудной клетки во фронтальной плоскости до и после математического моделирования торакопластики по D. Nuss. Материалы и методы. Для оценки перемещений ребер в зависимости от глубины деформации грудной клетки h были построены две модели. Первая модель представляет собой плоскую раму на опорах, элементы которой состоят из хрящевых частей ребер и грудины. Для данной модели определялась зависимость усилия F, которое необходимо для исправления глубины деформации грудной клетки. Вторая модель представляет собой изогнутый стержень, моделирующий ребро, к одному из концов которого приложена опорная нагрузка, вычисленная при анализе первой модели. Для данной модели определялось перемещение точки фиксации пластины под действием заданного усилия. Для получения более точных результатов были проведены исследования методом конечных элементов на модели грудной клетки. Результаты. Моделировалась коррекция глубины воронкообразной деформации без фиксации пластины к ребрам. Была проведена оценка перемещений участков ребер в месте фиксации пластины при разной глубине воронкообразной деформации грудной клетки: h = 2–5 см. Анализ результатов расчета показал, что после коррекции глубины деформации грудной клетки происходит уменьшение ее размера во фронтальной плоскости. Так, при максимальной глубине деформации h = 5 см отклонение участков ребер в месте фиксации пластины произошло на 2,4 см. Выводы. Установлена зависимость между глубиной воронкообразной деформации и размером грудной клетки во фронтальной плоскости при моделировании новообразованной формы грудной клетки при торакопластике по D. Nuss. Математически рассчитан коэффициент восстановления формы грудной клетки, который составляет 2 (2∆ = h), где h — глубина воронкообразной деформации. Практическое значение коэффициента заключается в том, что при планировании торакопластики и придании формы пластине расстояние между ее латеральными концами, которые соответствуют форме грудной клетки и прилегают к ребрам, перед коррекцией воронкообразной деформации необходимо уменьшить на 1/2 h, где h — глубина воронкообразной деформации, для полноценного прилегания к ребрам в послеоперационном периоде.

Background. Pectus excavatum is characterized by retraction of the sternum and anterior ribs of different depth and width. The formation, its prediction, calculation of chest deformity, and their study when planning thoracoplasty using the Nuss procedure for this pathology is an important problem of orthopedics and thoracic surgery. The purpose of the work was to calculate the coefficient of restoration of the chest shape by the ratio of the pectus excavatum depth and the chest size in the frontal plane before and after mathematical modeling of thoracoplasty using the Nuss procedure. Methods. To assess displacement of ribs depen-ding on depth deformity of chest h, two models were built. The first model is a flat frame on supports, the elements of which consist of cartilaginous parts of ribs and sternum. For this model, the dependence of the force F was determined, which is necessary to correct the depth of chest deformity. The second model is a curved bar that simulates a rib, to one of the ends of which a support load is applied, calculated during the analysis of the first model. For this model, the displacement of the plate fixation point under the action of a given force was determined. To obtain more accurate results, a finite element study was performed on a chest model. Results. The correction of pectus excavatum depth without fixing plate to ribs was simulated. The displacements of rib sections in the place of plate fixation at different depths of pectus excavatum was assessed: h = 2 cm, h = 3 cm, h = 4 cm, h = 5 cm. The analysis of calculation results showed that after correction of the depth of chest deformity, its size in the frontal plane decreases. So, at the maximum deformation depth h = 5 cm, the deviation of the rib sections at the plate fixation point occurred by 2.4 cm. Conclusions. The relationship between the pectus excavatum depth and chest size in the frontal plane was established when modeling the newly formed chest form during for Nuss procedure. The coefficient of restoring the chest shape was mathematically calculated, which is 2 (2∆ = h), where h is the depth of pectus excavatum. The practical significance of the coefficient is that when planning thoracoplasty and shaping plate, the distance between its lateral ends, which corresponds to the chest shape and adjoin ribs, must be reduced by ½ h (where h is the depth of pectus excavatum) before correcting the pectus excavatum full adherence to the ribs in the postoperative period.


Keywords

грудна клітка; лійкоподібна деформація; торакопластика; математичне моделювання

грудная клетка; воронкообразная деформация; торакопластика; математическое моделирование

chest; pectus excavatum; thoracoplasty; mathematical modeling


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


Bibliography

1. Nuss D., Obermeyer R.J., Kelly R.E. Nuss bar procedure: past, present and future. Ann. Cardiothorac. Surg. 2016 Sep. 5(5). Р. 422-433. doi: 10.21037/acs.2016.08.05.
2. Park H.J., Jeong J.Y., Jo W.M., Shin J.S., Lee I.S., Kim K.T., Choi Y.H. Minimally invasive repair of pectus excavatum: a novel morphology-tailored, patient-specific approach. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2010 Feb. 139(2). Р. 379-386. doi: 10.1016/j.jtcvs.2009.09.003. 
3. Гаврюшин С.С., Кузьмичев В.А., Грибов Д.А. Биомеханическое моделирование хирургического лечения воронко-образной деформации грудной клетки. Российский журнал биомеханики. 2014. Т. 18. № 1. С. 36-47.
4. Улещенко Д.В., Сташкевич А.Т., Шевчук А.В. Оптимізація діагностики різних варіантів лійкоподібної деформації грудної клітки. Проблеми травматології та остеосинтезу. 2019. 3(17). С. 41-56. 
5. Chang P.Y., Hsu Z.Y., Chen D.P., Lai J.Y., Wang C.J. Preliminary analysis of the forces on the thoracic cage of patients with pectus excavatum after the Nuss procedure. Clin. Biomech. (Bristol, Avon). 2008 Aug. 23(7). Р. 881-885. doi: 10.1016/j.clinbiomech.2008.02.010. Epub 2008, Apr 1. PMID: 18381225. 
6. Nagasao T., Miyamoto J., Tamaki T., Ichihara K., Jiang H., Taguchi T., Yozu R., Nakajima T. Stress distribution on the thorax after the Nuss procedure for pectus excavatum results in different patterns between adult and child patients. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2007 Dec. 134(6). Р. 1502-1507. doi: 10.1016/j.jtcvs.2007.08.013. PMID: 18023673.
7. Wang H., Yang J., Liu W., Xia H. Finite Element Analysis-Aided Design of Customized Nuss Bar in Pectus Excavatum Surgery. Ann. Thorac. Surg. 2018 Sep. 106(3). Р. 938-939. doi: 10.1016/j.athoracsur.2018.01.086.
8. Xie L., Cai S., Xie L., Chen G., Zhou H. Development of a computer-aided design and finite-element analysis combined method for customized Nuss bar in pectus excavatum surgery. Sci. Rep. 2017, Jun 14. 7(1). 3543. doi: 10.1038/s41598-017-03622-y.
9. Lin K.H., Huang Y.J., Hsu H.H., Lee S.C. et al. The Role of Three-Dimensional Printing in the Nuss Procedure: Three-Dimensional Printed Model-Assisted Nuss Procedure. Ann. Thorac. Surg. 2018 Feb. 105(2). Р. 413-417. doi: 10.1016/j.athoracsur.2017.09.031. Epub 2017, Dec 15. PMID: 29254650.
10. Huang Y.J., Lin K.H., Chen Y.Y., Wu T.H. et al. Feasibility and Clinical Effectiveness of Three-Dimensional Printed Model-Assisted Nuss Procedure. Ann. Thorac. Surg. 2019 Apr. 107(4). Р. 1089-1096. doi: 10.1016/j.athoracsur.2018.09.021.
11. Awrejcewicz J., Luczak B. Dynamics of human thorax with Lorenz pectus bar. XXII symposium — vibrations in physical systems. Poznań-Będlewo, 2006. Р. 59-64.
12. Bone mechanics handbook. Ed. by Stephen C. Cowin. March 15 2001 by CRC Press Reference. 980 p.
13. Межецкий Г.Д., Загребин Г.Г., Решетник Н.Н. Сопротивление материалов: Учебник. Под общ. ред. Г.Д. Межецкого, Г.Г. Загребина. 5-е изд. Москва, 2016. 432 с 
14. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics. 6th ed. Butterworth-Heinemann, 2005. 736 p.

Similar articles

Features of optimization of surgical treatment for pectus excavatum using thoracometry
Authors: Вітковський А.М., Фіщенко Я.В., Кравчук Л.Д.
ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна

"Тrauma" Том 21, №2, 2020
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Частота виникнення хронічного болю після корекції лійкоподібної деформації грудної клітки за Nuss у дітей
Authors: Альбокрінов А.А.(1), Мигаль І.І.(2), Фесенко У.А.(3), Кузик А.С.(3), Дворакевич А.О.(1) - (1) КЗ ЛОР «Львівська обласна дитяча клінічна лікарня «ОХМАТДИТ», відділення анестезіології та інтенсивної терапії, м. Львів, Україна; (2) Комунальна міська клінічна лікарня швидкої медичної допомоги, відділення анестезіології та інтенсивної терапії, м. Львів, Україна; (3) Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, м. Львів, Україна
Журнал "Хирургия детского возраста" 1-2 (50-51) 2016
Categories: Pediatrics/Neonatology, Surgery
Sections: Clinical researches
Our experience of using Nuss thoracoplasty as a method of correction of pectus excavatum
Authors: Фищенко Я.В., Шевчук А.В., Сапоненко А.И., Еремик Н.Е.
ГУ «Институт травматологии и ортопедии НАМН Украины», г. Киев, Украина

"Pain. Joints. Spine." Том 9, №2, 2019
Categories: Rheumatology, Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual
Biomechanical characteristics of individual methods of rib osteosynthesis
Authors: Панасенко С.І.(1, 2), Ковальчук С.Б.(3), Гур’єв С.О.(1), Горик О.В.(3), Шейко В.Д.(2), Бурлака О.А.(3)
(1) — ДЗ «Український науково-практичний центр екстреної медичної допомоги та медицини катастроф МОЗ України», м. Київ, Україна
(2) — ВДНЗУ «Українська медична стоматологічна академія», м. Полтава, Україна
(3) — Полтавська державна аграрна академія, м. Полтава, Україна

"Тrauma" Том 18, №2, 2017
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual

Back to issue