Биомеханическое моделирование вариантов внутренней фиксации односторонних переломов крестца
- Авторы: Кажанов И.В.1,2, Микитюк С.И.1,2, Доль А.В.3, Иванов Д.В.3, Харламов А.В.3, Петров А.В.1, Коссович Л.Ю.3, Мануковский В.А.1,2
-
Учреждения:
- ГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе»
- ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Министерства обороны России
- ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства науки и высшего образования России
- Выпуск: Том 26, № 2 (2020)
- Страницы: 79-90
- Раздел: АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ТРАВМАТОЛОГИИ И ОРТОПЕДИИ
- URL: https://bakhtiniada.ru/2311-2905/article/view/125030
- DOI: https://doi.org/10.21823/2311-2905-2020-26-2-79-90
- ID: 125030
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Актуальность. В настоящее время недостаточно изучена стабильность различных вариантов погружной фиксации переломов крестца методом конечных элементов.
Цель — оценить биомеханические характеристики двух вариантов систем внутренней фиксации односторонних переломов крестца при различных конфигурациях имплантатов и локализации линии его разлома по отношению к суставной фасетке L5-S1 позвонков.
Материал и методы. При помощи метода конечных элементов проведена оценка биомеханических характеристик двух вариантов систем фиксации одностороннего продольного перелома крестца при различной локализации линии его разлома: кнаружи, кнутри и непосредственно на суставной фасетке L5-S1 позвонков. Рассмотрены два типа фиксирующих конструкций: канюлированные крестцово-подвздошные винты и аналогичный вариант в комбинации с двусторонней пояснично-тазовой транспедикулярной конструкцией.
Результаты. Эквивалентные напряжения в имплантатах и костной ткани при компрессионной нагрузке и наклонах туловища вперед или назад практически равнозначны во всех моделях. В модели фиксации крестцово-подвздошными винтами одностороннего продольного перелома крестца, линия которого проходит через суставной отросток S1 позвонка (тип Isler II), наибольшие показатели величины эквивалентных напряжений в винтах при компрессионной нагрузке и изгибающем моменте составили 619,7 МПа, что превышает предел текучести титанового сплава и может привести к разрушению установленных имплантов. Во всех моделях, где в качестве фиксирующих конструкций дополнительно выступала транспедикулярная система, отмечено снижение на 42–77% максимальных перемещений, на 28–79% — эквивалентных напряжений в имплантатах при всех видах нагружений. При этом эквивалентные напряжения в костных структурах существенно не отличались.
Заключение. Во всех случаях локализации линии одностороннего перелома крестца более рациональным с точки зрения биомеханики является установка транспедикулярной конструкции в сочетании с крестцово-подвздошными винтами. С точки зрения биомеханики, самым нестабильным является односторонний продольный перелом крестца, проходящий через фасетку L5-S1 позвонков.
Об авторах
И. В. Кажанов
ГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе»;ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Министерства обороны России
Автор, ответственный за переписку.
Email: carta400@rambler.ru
Кажанов Игорь Владимирович — канд. мед. наук, ведущий научный сотрудник отдела сочетанной травмы; докторант кафедры военно-полевой хирургии
Санкт-Петербург
РоссияС. И. Микитюк
ГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе»;ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Министерства обороны России
Email: fake@neicon.ru
Микитюк Сергей Иванович — канд. мед. наук, старший преподаватель учебного центра; начальник отделения клиники военно-полевой хирургии
Санкт-Петербург
РоссияА. В. Доль
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства науки и высшего образования России
Email: fake@neicon.ru
Доль Александр Викторович — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории систем принятия врачебных решений
г. Саратов
РоссияД. В. Иванов
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства науки и высшего образования России
Email: fake@neicon.ru
Иванов Дмитрий Валерьевич — канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории систем принятия врачебных решений
г. Саратов
РоссияА. В. Харламов
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства науки и высшего образования России
Email: fake@neicon.ru
Харламов Александр Владимирович — канд. эконом. наук, заведующий кафедрой основ математики и информатики
г. Саратов
РоссияА. В. Петров
ГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе»
Email: fake@neicon.ru
Петров Артем Викторович — врач травматолог-ортопед отделения сочетанной травмы
Санкт-Петербург
РоссияЛ. Ю. Коссович
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства науки и высшего образования России
Email: fake@neicon.ru
Коссович Леонид Юрьевич — д-р физ.-мат. наук, научный руководитель лаборатории систем принятия врачебных решений
г. Саратов
РоссияВ. А. Мануковский
ГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе»;ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Министерства обороны России
Email: fake@neicon.ru
Мануковский Вадим Анатольевич — д-р мед. наук, профессор, заместитель директора по клинической работе; профессор кафедры военно-полевой хирургии
Санкт-Петербург
РоссияСписок литературы
- Dalbayrak S., Yilmaz M., Kaner T., Gokdag M., Yilmaz T., Sasani M. et al. Lumbosacral stabilization using iliac wings: a new surgical technique. Spine (Phila Pa 1976). 2011;36(10):E673-677. doi: 10.1097/BRS.0b013e3181f8fa7c.
- Nonne D., Capone A., Sanna F., Busnelli L., Russo A.L., Marongiu G. et al. Suicidal jumper’s fracture – sacral fractures and spinopelvic instability: a case series. J Med Case Rep. 2018;12(1):186. doi: 10.1186/s13256-018-1668-1.
- Padalkar P., Pereira B.P., Kathare A., Sun K.K., Kagda F., Joseph T. Trans-iliosacral plating for vertically unstable fractures of sacral spine associated with spinopelvic dissociation: A cadaveric study. Indian J Orthop. 2012;46(3):274-278. doi: 10.4103/0019-5413.96376.
- Yu B.S., Zhuang X.M., Zheng Z.M. et al. Biomechanical advantages of dual over single iliac screws in lumbo-iliac fixation construct. Eur Spine J. 2010;19(7):1121-1128. doi: 10.1007/s00586-010-1343-8.
- Bodzay T., Szita J., Manó S., Kiss L., Jónás Z., Frenyó S., Csernátony Z. Biomechanical comparison of two stabilization techniques for unstable sacral fractures. J Orthop Sci. 2012;17(5):574-579. doi: 10.1007/s00776-012-0246-4.
- Giráldez-Sánchez M.A., Lázaro-Gonzálvez Á., Martínez-Reina J., Serrano-Toledano D., Navarro- Robles A., Cano-Luis P. et al. Percutaneous iliosacral fixation in external rotational pelvic fractures. A biomechanical analysis. Injury. 2015;46(2):327-332. doi: 10.1016/j.injury.2014.10.058.
- Nouh M.R. Spinal fusion-hardware construct: Basic concepts and imaging review. World J Radiol. 2012;4(5):193-207. doi: 10.4329/wjr.v4.i5.193.
- Pearson J.M., Niemeier T.E., McGwin G. Rajaram Manoharan S. Spinopelvic dissociation: comparison of outcomes of percutaneous versus open fixation strategies. Adv Orthop. 2018;2018:5023908. doi: 10.1155/2018/5023908.
- Shah D.S., Bates T., Fowler J. et al. Minimally invasive lumbopelvic fixation for unstable U-type sacral fractures. Cureus. 2019;11(9):e5621. doi: 10.7759/cureus.5621.
- Дубров В.Э., Зюзин Д.А., Кузькин И.А., Щербаков И.М., Донченко С.В., Сапрыкина К.А. Применение метода конечных элементов при моделировании биологических систем в травматологии и ортопедии. Российский журнал биомеханики. 2019;23(1):140-152.
- Тяжелов А.А., Яресько А.В., Гончарова Л.Д., Лобанов Г.В., Боровой И.С. Моделирование напряженно- деформированного состояния таза как замкнутой биокинематической цепи. Вісник ортопедії, травматології та протезування. 2014;(3):50-54.
- Li J., Peng Y., Yuchi C. Du C. [Finite element analysis of fixation of U-shaped sacral fractures]. Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi. 2019;36(2):223-231. doi: 10.7507/1001-5515.201808026. (In Chinese).
- Salari P., Moed B.R., Bledsoe J.G. Supplemental S1 fixation for type C pelvic ring injuries: biomechanical study of a long iliosacral versus a transsacral screw. J Orthop Traumatol. 2015;16(4):293-300. doi: 10.1007/s10195-015-0357-8.
- Schildhauer T.A., Ledoux W.R., Chapman J.R. Henley M.B., Tencer A.F., Routt M.L. Jr. Triangular osteosynthesis and iliosacral screw fixation for unstable sacral fractures: a cadaveric and biomechanical evaluation under cyclic loads. J Orthop Trauma. 2003;17(1):22-31. doi: 10.1097/00005131-200301000-00004.
- Tabaie S.A., Bledsoe J.G., Moed B.R. Biomechanical comparison of standard iliosacral screw fixation to transsacral locked screw fixation in a type C–zone II pelvic fracture model. J Orthop Trauma. 2013;27(9): 521-526. doi: 10.1097/BOT.0b013e3182781102.
- Van Zwienen C.M., Van den Bosch E.W., Hoek van Dijke G.A. Snijders C.J., van Vugt A.B. Cyclic loading of sacroiliac screws in Tile C pelvic fractures. J Trauma. 2005;58(5): 1029-1034. doi: 10.1097/01.ta.0000158515.58494.11.
- Vigdorchik J.M., Jin X., Sethi A. Herzog D.T., Oliphant B.W., Yang K.H., Vaidya R.A. A biomechanical study of standard posterior pelvic ring fixation versus a posterior pedicle screw construct. Injury. 2015;46(8):1491-1496. doi: 10.1016/j.injury.2015.04.038.
- Isler B. Lumbosacral lesions associated with pelvic ring injuries. J Orthop Trauma. 1990;4(1):1-6. doi: 10.1097/00005131-199003000-00001.
- Griffin D.R., Starr A.J., Reinert C.M. et al. Vertically unstable pelvic fractures fixed with percutaneous iliosacral screws: does posterior injury pattern predict fixation failure? J Orthop Trauma. 2003;17(6):399-405. doi: 10.1097/00005131-200307000-00001.
- Доль А.В., Доль Е.С., Иванов Д.В. Биомеханическое моделирование вариантов хирургического реконструктивного лечения спондилолистеза позвоночника на уровне L4–L5. Российский журнал биомеханики. 2018;22(1):31-44.
- Niinomi M. Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. J Mech Behav Biomed Mater. 2008;1(1):30-42. doi: 10.1016/j.jmbbm.2007.07.001.
- Brown T., Ferguson J. Mechanical property distributions in the cancellous bone of the human proximal femur. Acta Orthop Scand. 1980;13:687-699. doi: 10.3109/17453678008990819.
- Zhao Y., Li J., Wang D., Liu Y.H., Sun T., Jiang CQ et al. Comparison of stability of sacroiliac screws in the treatment of bilateral sacral fractures in a finite element model. Zhonghua Wai Ke Za Zhi. 2012;50(8):719-723.
- Борозда И.В. Систематизация знаний по биомеханике тазового кольца. Дальневосточный медицинский журнал. 2009;(2):129-132.
- Истомин А.Г. Экспериментально-биомеханическое исследование связок крестцово-подвздошного сустава. Ортопедия, травматология и протезирование. 1997;(3):62-63.
- Бушманов А.В., Серов М.А. Анализ взаимодействия тяги мышц и гравитационных сил в области тазового кольца. Вестник Амурского государственного университета. 2004;(25):31-33.
- Garcıa J., Doblare M., Seral B. Seral F., Palanca D., Gracia L. Three-dimensional finite element analysis of several internal and external pelvis fixations. J Biomech Eng. 2000;122(5):516-522. doi: 10.1115/1.1289995.
- Song W., Zhou D., He Y. The biomechanical advantages of bilateral lumbo-iliac fixation in unilateral comminuted sacral fractures without sacroiliac screw safe channel: a finite element analysis. Medicine (Baltimore). 2016;95(40):e5026. doi: 10.1097/MD.0000000000005026.
- Bruna-Rosso C., Arnoux P.J., Bianco R.J., Godio-Raboutet Y., Fradet L., Aubin C.É. Finite Element Analysis of Sacroiliac Joint Fixation under Compression Loads. Int J Spine Surg. 2016;10:16. doi: 10.14444/3016.
- Shin J.K., Lim B.Y., Goh T.S. Son S.M., Kim H.S., Lee J.S., Lee C.S. Effect of the screw type (S2-alariliac and iliac), screw length, and screw head angle on the risk of screw and adjacent bone failures after a spinopelvic fixation technique: A finite element analysis. PLoS One. 2018;13(8):e0201801. doi: 10.1371/journal.pone.0201801.
- Донченко С.В., Дубров В.Э., Голубятников А.В., Черняев А.В., Кузькин И.А., Алексеев Д.В., Лебедев А.Ф. Способы окончательной фиксации тазового кольца, основанные на расчетах конечно-элементной модели. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2014;(1):38-44.
Дополнительные файлы
