Численное моделирование напряжений в конструкции для временного гемиэпифизеодеза у пациентов с системными дисплазиями скелета


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Методики управляемого роста (временный гемиэпифизеодез) для коррекции осевых деформаций на уровне коленного сустава у детей применяются в основном у пациентов с идиопатическими деформациями и не учитывают особенностей пациентов с системными дисплазиями скелета. Цель исследования: на основании рентгенограмм оценить риск неполного прилегания пластины при выполнении временного гемиэпизиодеза у пациентов с системными дисплазиями скелета; с помощью численного моделирования напряжений, возникающих в конструкции, оценить напряженно-деформирующее состояние использованных металлических имплантатов для прогнозирования их возможной несостоятельности. Пациенты и методы. Проанализированы послеоперационные рентгенограммы 58 детей с системными дисплазиям скелета, которым выполнялся временный гемиэпифизеодез (107 конечностей, 188 пластин), а также в контрольной группе из 50 детей, которым операция выполнялась в связи с деформациями иной этиологии. На рентгенограммах оценивали прилегание пластины к метафизу кости, которое считали неполным в том случае, если оно превышало 2 мм. Для определения напряжений и перемещений, возникающих в процесс роста кости, было проведено численное моделирование в программном пакете COMSOL Multiphusics. Результаты. Из 188 установленных детям с системными дисплазиями скелета пластин неполное прилегание наблюдалось в 41 (22%) конструкции. При этом средняя величина дефицита контакта составила 4,1±1,3 мм. В контрольной группе неполное прилегание пластины (более 2 мм) имело место только в 3 (4,5%) случаях ( p <0,05). Данные численного моделирования напряжений, возникающих в конструкции при нагрузках в результате роста кости при установке пластин с неполным погружением винтов, свидетельствовали о том, что в таких ситуациях наиболее нагружаемая часть винта остается вне кости и возникает опасность разрушения винта в зоне контакта с кортикальной костью. Заключение. Анатомические особенности эпиметафизарного перехода у пациентов с системными дисплазиями скелета предрасполагают к тому, что при проведении временного гемиэпифизеодеза велика вероятность (до 22%) неполного примыкания метафизарной части пластины к кости. Согласно данным численного моделирования напряжений под действием силы, возникающей при росте кости, напряжения в винте превышают предел его прочности, что может привести к разрушению имплантата с течением времени. Для повышения эффективности метода управляемого роста у детей с системными дисплазиями скелета необходима разработка конструкций, которые будут учитывать особенности конфигурации эпиметафизов костей и формирования сустава у данной группы пациентов.

Об авторах

Владимир Маркович Кенис

ФГБУ «Научно-исследовательский детский ортопедический институт имени Г.И. Турнера» Минздрава России

Email: kenis@mail.ru
доктор мед. наук, зам. директора по развитию и внешним связям, рук. отделения патологии стопы, нейроортопедии и системных заболеваний НИДОИ им. Г.И. Турнера Санкт-Петербург, РФ

Е. С Моренко

ФГБУ «Научно-исследовательский детский ортопедический институт имени Г.И. Турнера» Минздрава России

аспирант отделения патологии стопы, нейроортопедии и системных заболеваний НИДОИ им. Г.И. Турнера Санкт-Петербург, РФ

А. В Коршунов

ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

канд. техн. наук, доцент кафедры «теплофизика энергетических установок» Института энергетики и транспортных систем СПбПУ Санкт-Петербург, РФ

Р. В Клейманов

ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

аспирант кафедры «физико-химия и технология микросистемной техники» Института металлургии СПбПУ Санкт-Петербург, РФ

Список литературы

  1. Stevens P. Guided growth for angular correction: a preliminary series using a tension band plate. J. Pediatr. Orthop. 2007; 27 (3): 253-6. doi.org/10.1097/bpo.0b013e31803433a1.
  2. Ballal M., Bruce C., Navagam S. Correcting genu varum and genu valgum in children by guided growth: temporary hemiepiphysiodesis using tension band plates. J. Bone Joint Surg. Br. 2010; 92 (2): 273-6. doi.org/10.1302/0301-620x.92b2.22937.
  3. Goldman V., Green D. Advances in growth plate modulation for lower extremity malalignment (knock knees and bow legs). Cur. Opin. Pediatr. 2010; 22: 47-53. doi.org/10.1097/mop.0b013e328334a600.
  4. Patwardhan S., Shah K., Shyam A. et al. Growth modulation in children for angular deformity correction around knee - use of eight plate. Int. J. Paediatr. Orthop. 2015; 1 (1): 33-7.
  5. Stevens P. Guided growth: 1933 to the present. Strat. Traum. Limb. Recon. 2006; 1 (1): 29-35. doi.org/10.1007/s11751-006-0003-3.
  6. Моренко Е.С., Кенис В.М. Коррекция осевых деформаций коленного сустава у детей методом управляемого роста (обзор литературы). Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2016; 4 (1): 57-62. doi: 10.17816/PTORS4157-62.
  7. Кенис В.М., Клычкова И.Ю., Мельченко Е.В. и др. Коррекция деформаций нижних конечностей у детей с помощью метода управляемого роста. Вестник травматологии и ортопедии им Н.Н. Приорова. 2013; 4: 50-5.
  8. Stevens P.M., Klatt J.B. Guided growth for pathological physes: radiographic improvement during realignment. J. Pediatr. Orthop. 2008; 28 (6): 632-9. doi: 10.1097/BPO.0b013e3181841fda.
  9. Boero S., Michelis M.B., Riganti S. Use of the eight-Plate for angular correction of knee deformities due to idiopathic and pathologic physis: initiating treatment according to etiology. J. Child. Orthop. 2011; 5 (3): 209-16. doi.org/10.1007/s11832-011-0344-4.
  10. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир; 1984.
  11. Трусов П.В., ред. Введение в математическое моделирование: Учебное пособие. М.: Логос; 2004.
  12. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана; 1999.
  13. Заварухин В.И., Моренко Е.С., Свиридов М.К., Говоров А.В. Эмбриональное развитие и строение зоны роста. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2015; 3 (2): 61-5. doi: 10.17816/PTORS3261-65.
  14. Schroerlucke S., Bertrand S., Clapp J. et al. 2009. Failure of Orthofix eight-Plate for the treatment of Blount disease. J. Pediatr. Orthop. 2009; 29 (1): 57-60. doi: 10.1097/BPO.0b013e3181919b54.
  15. Burghardt R.D., Specht S.C., Herzenberg J.E. Mechanical failures of eight-plateguided growth system for temporary hemiepiphysiodesis. J. Pediatr. Orthop. 2010; 30 (6): 594-7. doi: 10.1097/BPO.0b013e3181e4f591.
  16. Stitgen A., Garrels K., Kobayashi H. et al. Biomechanical comparison between 2 guided-growth constructs. J. Pediatr. Orthop. 2012; 32 (2): 206-9. doi: 10.1097/BPO.0b013e31823f09a3.
  17. Хмизов С.О., Прозоровський Д.В., Суббота І.А., Єршов Д.В. Напружено-деформований стан проксимального відділу великогомілкової кістки дитини при tibia vara в умовах однобічного блокування проксимальної росткової зони фіксаторами різних типів. Травма. 2016; 17 (1): 77-84.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ООО "Эко-Вектор", 2018



Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).