Биомеханическое моделирование остеотомий первой плюсневой кости в норме и при остеопорозе

Вальгусная деформация первого пальца стопы является довольно распространенной патологией. Остеотомия первой плесневой кости является золотым стандартом лечения данной патологии. Успешность данного хирургического вмешательства зависит в том числе и от стабильности системы “кость–фиксаторы”. При оценке биомеханических свойств различных остеотомий первой плюсневой кости ранее было изучено влияние типа остеотомий, степени взаимного смещения этих фрагментов, а также количества и положения винтов. В этих исследованиях биомеханические свойства костной ткани соответствовали нормальным показателям условно здоровых пациентов. Пациенты старшей возрастной группы характеризуются высокой частотой встречаемости остеопороза. Это заболевание выражается в снижении минеральной плотности и механических свойств кости. Влияние остеопороза на биомеханические параметры моделей остеотомии первой плюсневой кости ранее не изучалось. Цель данной работы состояла в оценке стабильности остеотомий первой плюсневой кости при ее нормальной плотности и при остеопорозе, а также в оценке устойчивости биомеханических моделей наиболее распространенных видов остеотомий к малым изменениям положения фиксирующих винтов и формы рассекающих кость плоскостей. Для этого были созданы 36 биомеханических моделей остеотомий scarf и chevron, в которых варьировали как расположение фиксирующих винтов, форму фрагментирующей кость плоскости, так и толщину, а также модуль упругости кортикальной кости. С помощью метода конечных элементов проведена оценка напряженно-деформированного состояния элементов остеотомий. Валидация биомеханической модели была осуществлена на основе выполненных натурных экспериментов по консольному изгибу остеотомии первой плесневой кости в испытательной машине. Показана устойчивость биомеханических моделей остеотомий scarf и chevron к малым изменениям некоторых их геометрических параметров. Chevron остеотомия оказалась более стабильной, чем scarf. Также при scarf остеотомии напряжения в кости оказались существенно выше, чем при chevron. Выявлено, что даже при остеопорозе оба варианта остеотомий могут обеспечивать необходимую стабильность и прочность с точки зрения поломки винтов и повреждения костной ткани.