CC BY
24
I
Орипнальы досл1дження
Original Researches
Травма
УДК 616.718.4-001.5-089.223.881:615.7 DOI: 10.22141/1608-1706.4.18.2017.109342
Лазарев I.А.1, Калашников А.В.1, Малик В.Д.2, Скибан М.В.1 1ДУ «1нститут травматологи та ортопедИ НАМН Укра1ни», м. Кив, Укра'на 2Полтавська обласналкарняiM. М.В. Скл'фосовського, м. Полтава, Укра'На
ММ ■ W ■ ■ W ■ ■ ■ ■■■
Поршняльнии анал13 над1иноси ф|ксаци черезвертлюгових перелом1в стегновоТ к1стки 1з застосуванням звичаИного та подовженого проксимального стегнового стрижня
Резюме. Актуальнсть. Проблема л'икування хворих з навколосуглобовими переломами проксимального в1дд1лу стегново! кстки в наш час не може вважатися остаточно виршеною. За даними рзних автор'в, !х частота становить вд 20 до 53,3 % серед усього числа постраждалих з переломами стегна i виникають вони частше у старечому вц (60 %), нiж у лтньому (40 %). При лкуванн переломiв проксимального в'1ддлу стегново! кютки широко впроваджуються малонвазивнi, малотравматичн технологи застосування проксимального стегнового стрижня Tro^anteric Gamma Nail G 3 (Stryker), PFN A (Synthes), ChFN (ChM). Викорис-товують якзвичайний, такiподовжений вар'юнтпроксимального стегнового стрижня. Здйснюються спроби обгрунтування придатност механчнихостео'мплантат'в на основ'1 'ттацмного комп'ютерного моделюван-ня, що вдображають деяк аспекти поведнки системи «кстка — iмплантат», з використанням методу скн-ченних елементв. У робот шляхом 'ттацмного комп'ютерного моделювання дослджено поведнку бюме-хан'чно! системи «фиксатор — кстка» з визначенням!! напружено-деформованого стану при застосуванн звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня (PFN), який забезпечуе оптимальн бо-механ'нн'! та болопчи! умовидлязрощеннячерезвертлюговихперелом'в. Метароботи. Пор'вняльний анал'з стабльност остеосинтезу ксткових фрагментв черезвертлюгових перелом'в стегново! кстки типу А2 та A3 !з застосуванням звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня. Матер'юли та методи. На основi акс'юльних сканв спрально! комп'ютерно! томографа моделей стегново! кстки за допомогою програмного пакета Mimics i Solid Works створено iмiтацiйнi 3-D-моделi проксимального в'1ддлу стегново! кстки з вертлюговими переломами типу А2 та A3 з !х фксацею за допомогою звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня (PFN). Подальшiрозрахунки напружено-деформованого стану (НДС) методом скнченних елементв здйснювали у програмному середовищi ANSYS. Ключовими показниками для проведенняпор'вняльного анал'зу обран отриманiшляхомрозрахунквзначення НДС — нтенсивност напружень (за М'шсом) у ф'иксуючих конструкцях i в длянц перелому та перемщення (Total Deformations) у площин перелому. Розрахунки НДС проводили для нтактно! модел'1 та для кожного з типв перелом'в А2 та А3 !з застосуванням для фиксаци звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня без блокуючих гвинтв, з одним та двома блокуючими гвинтами. Результати. Подовжений стрижень забезпечуе бльш надйну фiксацiю кстковихвдламкв стегново!кстки при обох типахперелом'в. Показники напружень на кстки та фiксатори значно знижуються, а навантаження на бомеханину конструкцю «кстка — фиксатор» розподляються м!ж ус'ма елементами модел'1 бльш р!вном!рно, не створюючи локальних концен-тратор'в напружень та не перевищуючи меж'1 мцност матер'юлу. Перемщення по площинi перелому при подовженому стрижн зменшуються приблизно в 10 раз'в для вс!х комбнацй «перелом/фиксатор». Варю-вання клькстю блокуючих гвинтв при остеосинтез проксимальним стегновим стрижнем змнюе характер поведнки бомехаючно! конструкци «кстка — фиксатор». Застосування одного або двох блокуючих гвинтв викликае незначне зростання показниш напружень по площинi перелому при перелом'1 типу А2 та !х змен-шення при перелом типу А3. Але зм на напружень е незначною, б льш важливим моментом е те, що при додаванн'1 блокуючих гвинтв перемщення по площинi перелому зменшуються для перелом'в як типу А2,
© «Травма», 2017 © Trauma, 2017
© Видавець Заславський О.Ю., 2017 © Publisher Zaslavsky O.Yu., 2017
Для кореспонденцп: Лазарев 1гор Альбертович, ДУ «1нститут травматологи та ортопедп НАМН УкраТни», вул. Бульварно-Кудрявська, 27, м. Кшв, 01601, Укра'ша; e-mail: [email protected]
For correspondence: I. Lazarev, State Institution "Institute of Traumatology and Orthopaedics NAMS of Ukraine", Bulvarno-Kudriavska st., 27, Kyiv, 01601, Ukraine; e-mail: [email protected]
так i типу A3, що свдчить про надйншу фксацю в'1дламкв i бльш стабльний остеосинтез. Висновки. За да-ними комп'ютерного моделювання обидва варiанти PFN забезпечують достатню фксацю в'!дламш i ста-бльнсть остеосинтезу при хрурпчному лкуванн черезвертлюгових перелом'в типу А2 та A3. Застосування подовженого PFN-стрижня забезпечуе бльш надйну фксацю ксткових фрагментв пор'вняно 3iзвичайним стрижнем PFN при черезвертлюгових переломах стегново! кстки типу А2 та A3 та не залежить вд клькост застосованих блокуючихгвинтв. Проведенедослдженнядозволить визначитидиференцйований пдхддо лкування осб iз черезвертлюговими переломами стегново!кстки, покращить ефективнсть надання медич-но! допомоги цй тяжкй категори хворих.
Ключовi слова: черезвертлюгов'1 переломи; нтрамедулярний блокований стрижень; проксимальний стег-новий стрижень; бюмехан'нне моделювання; метод скнченних елементв
Вступ
Проблема л^вання хворих i3 навколосуглобовими переломами стегново! истки в наш час не може вва-жатися остаточно виршеною. Вш аспекти ще! пробле-ми — вибiр консервативного або оперативного шдходу до ведення хворих, тактика втручання — вщкрита або закрита репозищя вщламыв, перевага застосування остеометалосинтезу або ендопротезування кульшо-вого суглоба — активно дискутуються у вггчизнянш i зарубiжнiй лггературь Великий штерес до вивчення i л^вання переломiв проксимального вщдту стегново! ыстки обумовлений насамперед тим, що, за дани-ми рiзних авторiв, !х частота на сьогодш становить вщ 9 до 45 % в структурi вшх ушкоджень опорно-рухово! системи у хворих старших вшэвих груп [2, 5, 7, 13, 14]. При цьому навколосуглобовi переломи проксимального вщдту стегново! кустки становлять вщ 20 до 53,3 % серед усього числа постраждалих iз переломами стегна та виникають частше у старечому вiцi (60 %), шж у лгт-ньому (40 %) [9, 15]. Останшми роками через «поста-ршня» населення наростае питома вага ошб похилого та старечого вшу i, вiдповiдно, збтьшуеться число осiб iз переломами проксимального вщдту стегново! кiстки [10]. У той же час деякими дослщниками вiдзначаеться чiтка тенденцiя до «омолодження» дано! групи пере-ломiв. Первинна швалщшсть внаслiдок травм i захво-рювань к1стково-м'язово! системи за останш 10 рокiв зросла майже на 20 % з тенденщею омолодження вшу хворих i вийшла на трете мюце пiсля хвороб оргашв кровообiгу та злояк1сних новоутворень, що свщчить про зростаючу соцiально-економiчну значущють про-блеми [12].
Сьогоднi в розвинутих кра!нах свiту при лшу-ваннi переломiв проксимального вiддiлу стегново! ыстки широко впроваджуються малоiнвазивнi, ма-лотравматичнi технологй' застосування проксимального стегнового стрижня Tra^antenc Gamma Nail G 3 (Stryker), PFN A (Synthes), ChFN (ChM). Ця методика оперативного лшування переломiв довгих исток застосовуеться у 60—70 % хворих [1, 8] i дозволяе на вщмшу вщ ендопротезування в бтьшосп випадкiв зберегти функцiю травмованого кульшового суглоба. Натепер використовують як звичайний, так i подо-вжений варiант проксимального стегнового стрижня. Аналiзуючи лiтературнi джерела, ми не знайшли даних щодо переваг мщносп фiксацi!' того чи iншого варiанта iмплантатiв.
Загальновiдомою класифiкацieю черезвертлюгових переломiв стегново! кiстки e класифiкацiя Асощаци остеосинтезу (АО) [11], в яий автори видiляють вертикально нестабтьний, але стабiльний у горизонтально площиш перелом типу А1, нестабiльний у вертикально i горизонтально площинах перелом типу А2 та нестабтьний у горизонтально площинi та стабтьний у вертикальнiй площинi перелом типу А3.
З моменту появи i впровадження в медичну практику перших остеоiмплантатiв i до недавнього минулого перевiрка !х бюмехашчних властивостей здОснювала-ся суто на пiдставi натурних бiомеханiчних дослiджень та результат клiнiчно! практики. Великою мiрою ця тенденцiя збереглася й дониш. Дослiднi зразки iм-плантатiв випробовуються при рiзних навантаженнях на кадаверному истковому матерiалi з подальшим впровадженням отриманих результатiв експериментiв в лОувальну практику. Механiчнi випробування належать до руйшвних методiв контролю, що вимагае зна-чних матерiальних ресуршв i займае багато часу. При цьому кадаверний истковий матерiал значно посту-паеться рiвню фiзико-механiчних властивостей живо! тканини. Прямi механiчнi дослщження вивчення О-терактивно! поведiнки бюмехашчно! системи «ыстка iмплантат» достатньо складш та малоiнформативнi через асиметричну геометрш к1стково! тканини. Це уне-можливлюе точно визначити питомi навантаження, як за довжиною, так i в перерiзi, а також вщтворити складно-напружену схему одночасних деформацО (стис-нення, кручення, згин, розтяг), що знижуе економiчну та сощальну ефективнiсть таких дослiджень [3].
Водночас здОснюються спроби обГрунтування придатностi мехашчних остеоiмплантатiв на пiдставi iмiтацiйного комп'ютерного моделювання, що вщо-бражають деяы аспекти поведiнки системи «кустка — 1мплантат», з використанням програмних реал1зацш чисельних методiв, наприклад, методу сюнченних еле-ментiв (МСЕ). Переваги такого шдходу очевиднк на пiдставi результат розрахунку можна дослiджувати та прогнозувати поведшку остеоiмплантата та його взае-модiю з кiсткою i тим самим вщмовитися вiд подаль-шого розгляду очевидно безперспективних конструк-цО; з'являеться можливiсть корегувати або змшювати форму компонентiв iмплантату для полшшення його функцюнальносл; вiдпадаe потреба в проведенш чис-ленних експериментiв на тваринах; суттево знижуеть-ся вартють, скорочуеться час розробки конструкци
iмплантату; на пiдставi розподiлу деформуючих напру-жень можливе точне прогнозування вщдалених резуль-татiв [6].
У робота шляхом iмiтацiйного комп'ютерного моде-лювання дослiджено поведiнку бiомеханiчно! системи «фшсатор — кiстка» з визначенням !"! напружено-де-формованого стану при застосуванш звичайного та по-довженого проксимального стегнового стрижня (PFN), який забезпечуе оптимальнi бiомеханiчнi та бюлопчш умови для зрощення черезвертлюгових переломiв.
Мета роботи. Порiвняльний аналiз стабтьносл остеосинтезу исткових фрагментiв черезвертлюгових переломiв стегново! кустки типу А2 та A3 iз застосуван-ням звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня.
Матер1али та методи
Для проведення порiвняльного aнaлiзу надiйностi фшсаци кiсткових вiдлaмкiв при вертлюгових переломах стегново! истки типу А2 та A3 за класифшашею АО використовували макет стегново! истки, в який iмплaнтовaно фшсукш елементи. Для фшсаци вщ-ламив застосовували звичайний та подовжений PFN, який забезпечуе оптимальш бюмехашчш та бiологiчнi умови для зрощення переломiв (рис. 1).
На пiдстaвi акшальних скaнiв стрально! комп'ю-терно! томограф!! моделей стегново! истки, отриманих на комп'ютерному томогрaфi Toshiba Asteion Super 4 (Япошя), за допомогою програмного пакета Mimics в автоматичному та нашвавтоматичному режимах в!д-творено просторову геометрiю проксимального вщдту стегново! истки (рис. 2).
Моделi в полшшях iмпортовaно у середовище Solid Works, де за допомогою вщповщних iнструментiв створено iмiтaцiйнi 3D-моделi проксимального вщдту стегново! истки (рис. 3) з вертлюговими переломами типу А2 та A3 з !х фшсащею за допомогою проксимального стегнового стрижня.
Для ушх елементiв фшсатора використовувався титан ВТ-6, ф1зичш влaстивостi якого отримували з його техшчно! документаци. ф1зичш влaстивостi истково! тканини отримaнi з лiтерaтурних джерел [3, 6] (табл. 1).
Подальш1 розрахунки здшснювали за МСЕ — чи-сельним методом рiшення крайових задач мехашки суцтьних середовищ, з використанням програмно-комп'ютерного комплексу. Для проведення розрахун-ив напружено-деформованого стану (НДС) за МСЕ моделi iмпортовaно у програму ANSYS [4]. На на-ступному етaпi визначали в'язко-пружш (1зотропн1) мехaнiчнi влaстивостi, контактний зв'язок м1ж уйма елементами бiомехaнiчно! конструкци та завдавали по-
чaтковi та граничш умови зaкрiплення й навантаження (рис. 4). За навантаження моделi вважають даю перера-ховано! маси тта F = 750 Н (для середньостатистично! маси тiлa людини 75 кг у положенш стоячи на однш ноз1). В нашвавтоматичному режимi згенеровано син-ченно-елементну сггку, що нaлiчувaлa 314 511 вузл1в та 181 741 елемент. Для бшьш точних розрaхункiв сггка в дтянках контaктiв згущена.
Ключовими показниками для проведення пор1в-няльного анал1зу обрaнi отримaнi шляхом розрахунив значення НДС — штенсивносп напружень (за М1зи-сом) у ф1ксуючих конструкщях i в д1лянц1 перелому та перемщення (Total Deformations) у площиш перелому.
У розрахунок введено умову, за яко! при введеннi титанових гвинпв исткова тканина не зминаеться, а гвинт лише фшсуе вщламок в1д перемiщень.
Через те, що меж м1цност1 истково! тканини шди-вiдуaльно вaрiюють, нами прийнято порогове значення для кортикального шару стегново! истки — 25 МРа, для губчастого — 4,5 МРа.
З метою забезпечення мщносп елементав фшсаци вщламив у дшянщ перелому для титану ВТ-6 за граничш показники прийнято значення напружень, яи не перевищують 590 МРа.
Розв'язок зaдaчi за аналопею 1з задачами мехашки суцшьного середовища зводили до рiшення системи диференцiaльних р1внянь з граничними умовами та розв'язку зaдaчi з мiнiмiзaцiю функцiонaлу. Як умови конкретизуючого розв'язку крайово! зaдaчi сформу-льовано грaничнi умови, що характеризують взаемо-д1ю дослiджувaного тла 1з зовн1шн1м середовищем. Напружений стан у будь-яий точц1 тiлa бюмехашчно! конструкци охарактеризовано тензором напружень:
або = (1)
Gvv т т
XX *У XZ
т (Т
ух УУ У?-
т a
ZX zz
де ст ст , ст
хх yy zz
нормальш напруження, т , т , т ..
* * J 7 xy' xz' zy
дотичш напруження.
У силу пaрностi дотичних напружень (ст.. = ст.., i Ф j) тензор напружень е симетричним.
Деформований стан твердого тла бiомехaнiчно! конструкцх! охарактеризовано тензором деформацш:
И = е.. =
е е е
XX ^У XZ
8 Е 8
У* УУ У2
г
ZX zy ZZ
де i,j = х, у, z, (2)
де е . е
£yy, ezz характеризують вщносш подовження, ехх, еуУ ezz... — деформаци зсуву (кутов1 деформаци).
Таблиця 1. Ф1зичн! властивост! матер1ал1в моделi
Матерiал Модуль Юнга, Ра Коефiцieнт Пуассона
ВТ 6 1,12 е11 0,32
Кортикальний шар стегново! кютки E = 17,6 е9 0,3
Спонгюзний шар стегново! кiстки E = 5,0 е8 0,28
Розрахунки НДС за МСЕ проводили для штактно! моделi та для кожного з тишв переломiв А2 та A3 i3 за-стосуванням для фшсаци звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня без блокуючих гвинпв з одним та двома блокуючими гвинтами.
Результати та обговорення
Результати розрахункiв НДС моделей вертлюгових переломiв стегново! кiстки типу А2 подаш на рис. 5, де маркерами видтеш значення напружень у найбтьш значущих мiсцях (у кожнiй дтянщ визначався най-бiльш навантажений елемент).
Максимальш напруження на моделi з переломом типу А2 при фшсаци звичайним проксимальним стег-новим стрижнем без блокуючих гвинтiв у круглому й овальному отворах зосереджеш в площиш перелому з показниками 23,41 МРа i мають локальний характер. У зв'язку з наявнiстю концентраторiв напружень у зонi перелому губчасто! кiстки з перевищенням ii меж! мщ-ностi в цш дтянщ можливе крайове зминання тст-ково! тканини. На фшсуючих елементах максималь-н напруження зосередженi навколо круглого отвору дистального кшця стегнового стрижня з показниками 218,77 МРа та на перших двох витках р!зьби верхнього шийкового гвинта з показниками 90,8 МРа, що в обох локал!зац!ях не перевищуе допустимих значень. Максимальш значення перемщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному вар!анп фшсаци стано-вили 2,29 мм.
Максимальш напруження на модел! з переломом типу А2 при фшсаци подовженим проксимальним стегновим стрижнем без блокуючих гвинпв у круглому й овальному отворах зосереджеш на стегновш истщ на меж1 в/3 та с/3 д!аф!за стегново! к1стки по внутршнш ii поверхш з показником 6,46 МРа та в площиш перелому на вертлюговш дтянщ з показником 5,81 МРа. На фшсуючих елементах максимальш напруження зосереджеш на витках верхнього шийкового гвинта з показником 24,02 МРа, в отвор! стрижня навколо ниж-нього проксимального гвинта з показником 10,34 МРа та на стрижш, у проекци меж1 в/3 та с/3 д!аф!за стегново! истки, з показником 20,97 МРа, що в ушх лока-л!зац!ях не перевищуе допустимих значень мщносп матер!алу. Максимальне значення перемщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному вар!ан-ri фшсаци становило 0,23 мм.
Максимальш напруження на модел! з переломом типу А2 при фшсаци звичайним проксимальним стегновим стрижнем з одним блокуючим гвинтом у овальному отвор! проксимального стегнового стрижня зосереджеш у площиш перелому на вертлюговш дтянщ з показником 16,03 МРа i мають локальний характер. Через наявшсть концентратор!в напружень в зон! перелому губчасто! ыстки з перевищенням и меж1 мщнос-ri у цш дтянщ можливе крайове зминання ыстково! тканини. На фшсуючих елементах максимальш напруження зосереджеш на перших двох витках р!зьби обох шийкових гвинпв з показниками 98,5 та 86,3 МРа, а також навколо овального отвору проксимального стег-
нового стрижня з показником 32,3 МРа, що в обох ло-кал!зац!ях не перевищуе допустимих значень мщносп матер!ал!в. Максимальне значення перемщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному вар!ан-п фшсаци становило 2,21 мм.
Максимальш напруження на модел! з переломом типу А2 при фксаци подовженим проксимальним стегновим стрижнем з одним блокуючим гвинтом зо-середжеш саме на фксатор^ в овальному отвор! навколо гвинта, з показником 34,45 МРа i мають локальний характер. На стегновш ыстщ максимальш напруження локал!зоваш на меж1 в/3 та с/3 д!аф!за стегново! к1стки по внугршшй и поверхш з показником 8,77 МРа. В площиш перелому на вертлюговш дтянщ значення напружень з показником 5,91 МРа мають локальний характер. На фшсуючих елементах максимальш напруження зосе-редженш шд шляпкою на блокуючому гвинл в овальному отвор! з показником 13,94 МРа, в отвор! стрижня п!д нижшм шийковим гвинтом — з показником 15,04 МРа, а також саме на нижньому шийковому гвинта в отвор! стрижня — з показником 16,46 МРа, що в ус!х цих ло-кал!зац!ях не перевищуе допустимих значень мщносп матер!ал!в. Максимальне значення перемщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному вар1анп фксаци становило 0,23 мм.
Максимальш напруження на модел! з переломом типу А2 при фшсаци звичайним проксимальним стег-новим стрижнем з двома блокуючими гвинтами в отворах проксимального стегнового стрижня зосеред-жен на д!аф!з! стегново! ыстки в отвор! блокуючого гвинта, який уведено в овальний отв!р проксимального стегнового стрижня з показником 17,71 МРа. Щ на-пруження мають локальний характер без перевищен-ня меж1 мщносп кортикально! истки. На фшсуючих елементах максимальш напруження зосереджеш на гол!вщ блокуючого гвинта, який уведений у круглий отв!р проксимального стегнового стрижня з показником 197,46 МРа та на перших двох витках р!зьби обох шийкових гвинпв з показниками 62,36 та 72,96 МРа, а також навколо овального отвору проксимального стегнового стрижня з показником 34,57 МРа, що в ушх ло-кал!зац!ях не перевищуе допустимих значень мщносп матер!ал!в. Максимальне значення перемщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному вар!ан-п фшсаци становило 2,16 мм.
Максимальш напруження на модел! з переломом типу А2 при фшсаци подовженим проксимальним стегновим стрижнем з двома блокуючими гвинтами зосереджеш саме на фшсатор^ в круглому отвор! навколо блокуючого гвинта, з показником 47,15 MPa i мають локальний характер. На стегновш ыстщ максимальш напруження локал!зован в круглому отвор! блокуючого гвинта з показником 9,43 МРа та в площиш перелому у передньомед!альшй зон! шийки — !з значенням 6,82 МРа, маючи локальний характер. На фшсуючих елементах максимальш напруження зосе-редженш п!д шляпкою блокуючого гвинта в круглому отвор! з показником 14,53 МРа, в отвор! стрижня п!д нижнш шийковий гвинт — з показником 21,24 МРа,
Рисунок 1. Ф1ксац1я вщламюв проксимальним стегновим стрижнем
Рисунок 3. Модель стегновоI кстки з елементами ф!ксацИ проксимальним стегновим стрижнем та модел! перелом!в проксимального в '1дд 'шу стегна типу А2 та А3
Рисунок 4. Ск1нченно-елементна розрахункова модель (а) з граничними умовами (б)
що в ycix цих локалiзацiях не перевищуе допустимих значень мiцностi матерiалiв. Максимальне значення пе-ремiщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному варiантi фксаци становило 0,215 мм (рис. 5).
Результати розрахуныв НДС моделей вертлюгових переломiв стегновоi к1стки типу A3 наведенi на рис. 6, де маркерами видтеш значення напружень у найбiльш значущих мiсцях (у кожнiй дiлянцi визначався най-бiльш навантажений елемент).
Максимальш напруження на моделi з переломом типу A3 при фшсаци звичайним проксимальним стег-новим стрижнем без блокуючих гвинтiв зосередженi в зош пiдвертлюгового перелому стегновоi кiстки з по-казником 16,49 МРа i мають локальний характер. У зв'язку з наявнютю концентраторiв напружень у зош перелому губчастга кiстки з перевищенням ii меж! мщ-ност у цш дтянщ можливе крайове зминання ыстко-во'1 тканини. На фшсуючих елементах максимальнi напруження зосередженш навколо круглого та овального отвор!в проксимального стегнового стрижня з показ-никами 231,53 та 31,13 МРа, а також на перших двох витках р!зьби обох шийкових гвинтав з показниками 112,43 та 75,28 МРа, що в ушх локалiзацiях не переви-щують допустимих значень мщноста матерiалiв. Максимальне значення перемщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному варiантi фшсаци становило 1,63 мм.
Максимальш напруження на моделi з переломом типу A3 при фшсаци подовженим проксимальним стегновим стрижнем без блокуючих гвинтав у круглому й овальному отворах зосереджеш на стегновш ыстщ у ыстковому отвор! нижнього шийкового гвинта з по-казником 8,95 МРа. В площиш перелому максимальш значення напружень локал!зоваш в передньомед!аль-нш дтянщ шийки — 4,22 МРа. На фшсуючих елементах максимальш значення напружень локал!зоваш на стрижш в дтянщ перелому стегново'1' ыстки з показ-ником 89,82 МРа та в отвор! нижнього проксимального (шийкового) гвинта — з показником 49,82 МРа. На нижньому проксимальному (шийковому) гвинта максимальш напруження локал!зоваш в отвор! стрижня — 24,98 МРа. В ушх локал!защях значення напружень не перевищують допустимих значень мщноста матер!алу. Максимальне значення перемщень (Total
Deformation) по площиш перелому при даному вар!ан-ri фшсаци становило 0,15 мм.
Максимальш напруження на модел! з переломом типу А3 при фшсаци звичайним проксимальним стегновим стрижнем з одним блокуючим гвинтом у овальному отвор! фшсатора зосереджеш на фшсуючих елементах — перших двох витках р!зьби верхнього шийкового гвинта з показником 112,31 МРа, а також навколо овального отвора проксимального стегнового стрижня з показни-ком 26,58 МРа, що не перевищуе допустимих значень мщноста матер!ал!в. На стегновш ыстщ напруження зосереджеш на ,щаф!з! навколо блокуючого гвинта з показником 11,25 МРа та у зон! пщвертлюгового перелому з показником 7,14 МРа i мають локальний характер. У зв'язку з наявнютю концентратор!в напружень у зон! перелому губчасто'1' истки з перевищенням ii меж1 мщ-ност у цш дтянщ можливе крайове зминання ыстко-во'1 тканини. Максимальне значення перемщень (Total Deformation) по площиш перелому при данному вар!ан-ri фшсаци становило 1,58 мм.
Максимальш напруження на модел! з переломом типу A3 при фшсаци подовженим проксимальним стегновим стрижнем з одним блокуючим гвинтом зосе-реджеш саме на фшсатор^ в овальному отвор! навколо блокуючого гвинта, з показником 34,85 МРа та в отво-р! нижнього проксимального (шийкового) гвинта — з показником 33,44 МРа, мають локальний характер. На стегновш ыстщ максимальш значення напружень ло-кал!зоваш у ыстковому отвор! нижнього (шийкового) гвинта з показником 10,62 МРа. В площиш перелому напруження локал!зоваш у передньомед!альнш дтянщ шийки з показником 4,23 МРа. На фшсуючих елементах максимальш напруження зосереджеш на нижньому шийковому гвинт в отвор! стрижня — 24,99 МРа та шд шляпкою на блокуючому гвинт в овальному отвор! — з показником 13,92 МРа. В ушх локал!защях значення напружень не перевищуе допустимих значень мщносп матер!алу. Максимальне значення перемщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному вар!ан-ri фшсаци становило 0,15 мм.
Максимальш напруження на модел! з переломом типу A3 при фшсаци звичайним проксимальним стегновим стрижнем з двома блокуючими гвинтами у круглому й овальному отворах фшсатора зосереджеш навколо гвинта, введеного в овальний отв!р з показником 17,24 МРа та у площиш пщвертлюгового перелому стегново'1' ыстки — з показником 13,91 МРа, як! мають локальний характер. Через наявшсть концентратор!в напружень в зон! перелому губчасто! ыстки з перевищенням ii меж! мщноста у цш дтянщ можливе крайове зминання ыстково!' тканини. На фшсуючих елементах максимальш напруження зосереджеш навколо овального отвора проксимального стегнового стрижня з показником 205,11 МРа та на перших двох витках р!зьби верхнього шийкового гвинта — з показником 60,09 МРа, що не перевищуе допустимих значень мщ-ност матер!ал!в. Максимальне значення перемщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному вар!ант фшсаци становило 1,56 мм.
M
о
Q
<
со <
О
о
ft: Static Structural
Equivalent Stress 4 Type: Equivalent (von-Mîses) Яге! Unit: M Ps Time: t Max: 16.344 Min: 0.0054563
°max= 16,34 MPa
Equivalent Stress 3
Type: Equivalent (von-Miies) Str
Unit: MPa
Min: 0-030842 I 218.77
a =6,46 MPa
max '
g = 218,77 MPa
max 7
a =24,02 MPa
max '
A = 2,29 мм A2-0 звичайний
A = 0,23 MM A2-0 подовжений
A = 2,2 мм A2-1звичайний
A = 0,23 MM A2-1 подовжений
Д = 2,16 мм A2-2 звичайний
A = 0,21 мм A2-2 подовжений
a = 8,77 MPa a =17,71 MPa a = 9,43 MPa
max 3 max 7 max 3
A: Static Structural
Equivalent Stress 2
0,0085909
16,03 MPa
a = 34,45 MPa amax = 197,46 MPa a = 47,15 MPa
A: Static Structural
Equivalent Stress 3 Type: Unit: MPa Time: 1
0.024536 Min
98,50 MPa
25,00 75.00
Рисунок 5. Загальнi показники НДС на основних елементах моделi перелому проксимального в '/дд 'шу стегна типуА2 (напруження на стегновш юстц1, <piKcaropi та перем!щення по площин!перелому) залежно в'щ кшькост! блокуючих гвинт!в
= 16,49 MPa
A: Static Structural
Equivalent Stress 3
5.6111 ! 4.2162 2.8214 I L4265
a =231,53 MPa
max '
A = 1,63 mm A3-0 звичайний
Gmax = 3,95 MPa
a =89,82 MPa
max '
A = 0,15 мм A3-0 подовжений
°max= 11,25 MPa
A: Static Structural
Type: Equivalent (von
20.11,201418:27
1.8974
0.025606 Mln
a =112,31 MPa
max 7
*max= 10,62 MPa
A: Static Sti
Type: Equivaler
I—I 0.0019211 Min
a =34,85 MPa
max '
A: Static Structural
Equivalent Stress 5 Type: Equivalent (von-M Unit: MPa
17,24 MPa
A: Static Structural
Equivalent Stress 3 Type: Equivalent (voi Unit: MPa
a = 205,11 MPa
max '
A = 1,58 мм A3-1звичайний
A = 0,15 мм A3-1 подовжений
A = 1,56 mm A3-2 звичайний
11,20 MPa
A: Static Structural
Equivalent Stress Type: Equivalent (von-Mi Unit: MPa Time: 1
09.04.2017 19:10 i—i 47.128 Max
14,433 11,547
a = 47,13 MPa
max 7
Щ
о
A = 0,14 мм A3-2 подовжений
Рисунок 6. Загальнi показники НДС на основних елементах моде ni перелому проксимального в!ддту стегна типу A3 (напруження на стегновш kíctlíí, (pixcaropi та перем1щення по площиш перелому) залежно вщ кшькосл блокуючих гвинлв
200
Звичайний отрижень 3 Подовжений стрижень
Юстка | Фшсатор KiCTKa | Фксатор KiCTKa | Фксатор
без блокуючих з 1 блокуючим з 2 блокуючими
ГВИНТ1В гвинтом гвинтами
А2
KiCTKa | Фжсатор Юстка | Фксатор без блоку ют их з 1 блокуючим гвитчв гвинтом
A3
KiCTKa | Фксатор з2 блокуючими
Рисунок 7. Пор1вняльний аналз показник!в НДС моделей перелом/в проксимального в!дд!лу стегново! к1стки типу А2 та A3 при !х ф1ксацИ звичайним i подовженим проксимальним стегновим
стрижнем
3 Юстка ЗФксатор
А2-0 А2-1 А2-2 АЗ-0 АЗ-1 АЗ-2
0,0008 --
J J J I I I
I Площина перелому
■ Загальы
A2-0 A2-1
АЗ-0 АЗ-1
Рисунок 8. ДеформацИ моделей переломiв проксимального в'1дд'шу стегновоi кстки типу А2 та A3 при ix фiксацii подовженим проксимальним стегновим стрижнем з р!зною к!льк!стю блокуючих гвинт!в
Рисунок 9. Перем!щення (Total Deformation) по площиш перелому моделей переломiв проксимального вддлу стегновоiюстки типу А2 та A3 при ix фксаци подовженим проксимальним стегновим стрижнем з р!зною клькстю блокуючих гвинлв
0,500
1,000
1,500
2,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0,500
1,000
1,500
2,000
б
' Мормальний стрижень
1 Подовжений стрижень
Рисунок 10. Графки залежност показниюв загальних перемщень по площиш перелому А2 в 'щ навантаження на кн^вку при застосуванн звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня без блокуючих гвин^в (а), з одним блокуючим гвинтом (б) та з двома блокуючими
гвинтами (в)
в
Рисунок 11. Графiки залежносп показник!в загальних перем!щень по площин! перелому A3 вд навантаження на кн^вку при застосуванн звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня без блокуючих гвинт!в (а), з одним блокуючим гвинтом (б) та двома
блокуючими гвинтами (в)
Максимальн напруження на моделi з переломом типу A3 при фшсаци подовженим проксимальним стегновим стрижнем з двома блокуючими гвинтами зо-середжен саме на фшсатор^ в круглому отворi навколо блокуючого гвинта, з показником 47,13 МРа та в отворi нижнього шийкового гвинта з показником 32,43 МРа. Мають локальний характер. На стегновш кiстцi макси-мальнi значення напружень локалiзованi у тстковому отворi навколо нижнього шийкового гвинта з показником 11,2 МРа. В площиш перелому напруження локал1зоваш у тстковому канал1 навколо стрижня з показником 3,81 МРа. На фшсуючих елементах максимальш напруження зосереджеш на нижньому ший-ковому гвинтi в отворi стрижня — 25,68 МРа та тд шляпкою на блокуючому гвинтi в круглому отворi — з показником 15,72 МРа. В ушх локалiзацiях значення напружень не перевищувало допустимих значень мщ-носл матерiалу. Максимальне значення перемiщень (Total Deformation) по площиш перелому при даному варiантi фксаци становило 0,14 мм (рис. 6).
За результатами табл. 2 та рис. 7—9, варшвання ыльюс-тю блокуючих гвинлв при остеосинтезi проксимальним стегновим стрижнем змшюе характер поведнки бюме-
хашчно! конструкци «юстка — фксатор». Застосування одного або двох блокуючих гвинпв викликае незначне зростання показниюв напружень по площиш перелому при переломi типу А2 та !х зменшення при переломi типу А3. Але змша напружень е незначною, бтьш важливим моментом е те, що при додаваннi блокуючих гвинтiв пе-ремiщення по площинi перелому зменшуються для пере-ломiв як типу А2, так i типу A3, що свщчить про надiйнiшу фшсацш вiдламкiв та бiльш сгабiльний остеосинтез.
За результатами розрахунив НДС моделей вертлюгових переломiв стегново! истки типу А2 та A3 за класифшащею АО можна сгверджувати, що подовжений стрижень забез-печуе бiльш надшну фiксацiю юсткових вiдламкiв стегно-во! кiсгки при обох типах переломiв. При цьому напруження i на сгрижнi, i на стегновш тстщ при обох варiантах стрижня не перевищуе допустимих значень.
За даними табл. 3 можна спостериати, як у вщсотках вiдбуваеться перерозподт навантажень мiж кiсткою та елементами фшсаци при застосуваннi звичайного та подовженого стрижня. У випадку застосування подовженого стрижня показники напружень на ыстщ та фiксаторi значно знижуються, а навантаження на бю-механiчну конструкцiю «юстка — фшсатор» розподтя-
Таблиця 2. Пор1вняльний анал1з показниюв НДС моделей перелом '!в проксимального в '!дд 'шу стегновоI кстки типу А2 та A3 при фiксацií фрагмент!в звичайним i подовженим проксимальним
стегновим стрижнем
Модель стег-новоГ KiCT- ки/ тип перелому 2-й BapiaHT фшсацм звичайним стрижнем 2-й вapiaнт фiкcaцГГ подовженим стрижнем
Без блокуючих гвинтiв З 1 блокуючим гвинтом З 2 блокуючими гвинтами Без блокуючих гвинлв З 1 блокую-чим гвинтом З 2 блокуючими гвинтами
KicTKa ФГК-сатор Юстка ФГК-сатор Юстка ФГК-сатор Юстка ФГК-сатор Юстка ФГК-сатор Юстка ФГК-сатор
°max> МРа °max> МРа °max> МРа °max> МРа °max> МРа °max> МРа
А2 16,34 218,77 16,03 98,51 17,71 197,46 6,46 24,02 8,77 34,45 9,43 47,15
A3 16,49 231,53 11,25 112,31 17,24 205,11 8,95 89,82 10,62 34,85 11,2 47,13
Таблиця 3. Перерозподш навантажень м 'ж елементами моделей перелом1в проксимального вддлу стегновоi к!стки типу А2 та A3 при i'x ф!ксацИ звичайним i подовженим проксимальним стегновим
стрижнем
Тип перелому Звичайний стрижень Подовжений стрижень
Напруження, МРа Перерозподш навантаження, % Напруження, МРа Перерозподш навантаження, %
Юстка Фшсатор Юстка Фшсатор Юстка Фшсатор Юстка Фшсатор
А2-0 16,34 218,77 6,95 93,05 6,46 20,97 23,55 76,45
А2-1 16,03 98,51 14,00 86,00 8,77 34,45 20,29 79,71
А2-2 17,71 197,46 8,23 91,77 9,43 47,15 16,67 83,33
А3-0 16,49 231,53 6,65 93,35 8,95 89,82 9,06 90,94
А3-1 11,25 112,31 9,10 90,90 10,73 34,85 23,54 76,46
А3-2 17,24 205,11 7,75 92,25 11,20 47,13 19,20 80,80
Таблиця 4. Показники перемiщень по площиш перелому для нормального та подовженого стрижшв
Тип перелому, кшьюсть гвинлв/ елементи моделi Показники перемщень, по площиш перелому
Звичайний стрижень Подовжений стрижень
А2-0 2,29 0,228
А2-1 2,21 0,23
А2-2 2,16 0,215
А3-0 1,63 0,152
А3-1 1,58 0,15
А3-2 1,56 0,142
ються м!ж ушма елементами модел! бтьш р!вном!рно, не створюючи локальних концентратор!в напружень та не перевищуючи меж! м!цност! матер!алу.
За даними табл. 4, перемщення по площиш перелому при подовженому стрижш зменшуються приблизно в 10 раз!в для вшх комбшацш «перелом/фшсатор».
Пор!вняльний анал!з надшносл фшсаци вщламыв перелом!в проксимального в!ддту стегново! кустки типу А2 !з застосуванням звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня (без блокуючих гвинт!в, з одним та двома блокуючими гвинтами) за показником загальних перемщень (Total Deformation) по площиш перелому, при р!зних р!внях навантаження кшщвки (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 маси тта) подано на графшах (рис. 10).
Пор!вняльний анал!з надшносл фшсаци вщламыв перелом!в проксимального в!ддту стегново! истки типу А3 !з застосуванням звичайного та подовженого проксимального стегнового стрижня (без блокуючих гвинт!в, з одним та двома блокуючими гвинтами) за показником загальних перемщень (Total Deformation) по площиш перелому, при р!зних р!внях навантаження кшшвки (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 маси тла) наведено на графь ках (рис. 11).
Висновки
1. Комп'ютерне моделювання бюмехашчно! сис-теми «фшсатор — ыстка» з визначенням и НДС при застосуванн! звичайного та подовженого прокси-
мального стегнового стрижня (PFN) виявило, що обидва варiанти PFN забезпечують достатню фгкса-цiю вщламкгв та стабiльнiсть остеосинтезу при оперативному лшуванш черезвертлюгових переломiв типу А2 та А3.
2. Застосування подовженого PFN-стрижня забез-печуе бшьш надiйну фiксацiю кiсткових фрагментiв порiвняно зi звичайним стрижнем PFN при черезвертлюгових переломах стегново! кгстки типу А2 та А3 i не залежить вiд кiлькостi застосованих блокова-них гвинтiв.
3. Проведене дослгдження дозволить визначити ди-ференцшований пiдхiд до лiкування осiб iз черезверт-люговими переломами стегново! кгстки, покращить ефективнiсть надання медично! допомоги цш тяжкш категорГ! хворих.
Конфлжт iнтересiв. Автори заявляють про вгд-сутнгсть конфлгкту гнтересгв при шдготовщ дано! статтг.
Список л1тератури
1. Абдулхабиров М.А. Блокирующий итрамедуллярный остеосинтез / М.А. Абдулхабиров. — Мат-лы междунар. конгресса «Травматология и ортопедия: современность и будущее». — М, 2003. — С. 193-194.
2. Барабаш А.П. Сравнительная характеристика линейных перемещений отломков проксимального отдела бедренной кости при чрескостной фиксации/А.П. Барабаш,
А.Г. Русанов, О.А. Кауц // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2009. - № 3. - С. 399-403.
3. Боев В.Д. Компьютерное моделирование / В.Д. Боев, Р.П. Сыпченко. - М.: ИНТУИТ. РУ, 2010. - 349 с.
4. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Б. В. Одинцов. А.И. Харитонович, Н.Б. Пономарев. — СПб.: БХВ Петербург, 2008. - 1040 с.
5. Корнилов Н.В. Травматология и ортопедия: Рук-во для врачей/Н.В. Корнилова, Э.Г. Грязнухина. — СПб.: Гиппократ, 2004. - Т. 3. - 896 с.
6. Королев А.Л. Компьютерное моделирование/А.Л. Королев. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010. — 232 с.
7. Котельникова Г.П. Травматология: Национальное рук-во / Г.П. Котельникова, С.П. Миронова. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 808 с.
8. Лазарев А.Ф. Новые подходы к лечению переломов проксимального отдела бедренной кости / А.Ф. Лазарев // Вестник травматологии и ортопедии. — 2004. — № 1. — С. 27-31.
9. Рафаелян А.В. Перспективы аппаратного лечения переломов проксимального отдела бедра/А.В. Рафаелян// Вестник травматологии и ортопедии. - 2006. - № 4. -С. 24-28.
10. Результаты остеосинтеза переломов проксимального отдела бедренной кости у пациентов старшей возраст-
ной группы в Хабаровском крае/ А.Г. Рыков, В.С. Гороховский, Д.Д. Дьяков и др. // Дальневосточный медицинский журнал. — 2009. — № 1. — С. 32-34.
11. Руководство по внутреннему остеосинтезу / М.Е. Мюллер, М. Алльговер, Р. Шнайдер, Х.М. Виллен-гер. — Спрингер-Верлаг, 1996. — 750 с.
12. Чрескостный остеосинтез при переломах вертельной области бедренной кости / С.П. Миронов. А.И. Городниченко., О.Н. Усков, Г.В. Сорокин // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. — 2002. — № 4. — С. 13-17.
13. Astrand J. One fracture is enough experience with a prospective and consecutive osteoporosis screening program with 239fracture patients / J. Astrand, K.G. Thorngren, M. Tegil// Acta Orthop. — 2006. — № 77(1). — С. 3-8.
14. Development and delivery of patient treatment in the Trondheim Hip Fracture Trial. A new geriatric in-hospital pathway for elderly patients with hip fracture /1. Saltvedt, A. Prest-mo, E. Einarsen, L.G. Johnsen, J.L. Helbostad, O. Sletvold // BMC Res. Notes. — 2012. — № 5. — P. 355.
15. Hip fracture management: tailoring care for the older patient / W.W. Hung, K.A Egol, J.D. Zuckerman, AL. Siu // JAMA. — 2012. — Vol. 307, № 20. — P. 2185-2194.
Отримано 15.08.2017 ■
Лазарев И.А.1, Калашников А.В.1, Малик В.Д.2, Скибан М.В.1
1ГУ «Институт травматологии и ортопедии НАМН Украины», г. Киев, Украина
2Полтавская областная больница им. Н.В. Склифосовского, г. Полтава, Украина
Сравнительный анализ надежности фиксации чрезвертельных переломов бедренной кости с применением обычного и удлиненного проксимального бедренного стержня
Резюме. Актуальность. Проблема лечения больных с околосуставными переломами проксимального отдела бедренной кости в настоящее время не может считаться окончательно решенной. По данным различных авторов, частота их составляет от 20 до 53,3 % среди всего числа пострадавших с переломами бедра, и возникают они чаще в старческом возрасте (60 %), чем в пожилом (40 %). При лечении переломов проксимального отдела бедренной кости широко внедряются малоинвазивные, малотравматичные технологии применения проксимального бедренного стержня ТгоАаЩепс Gamma Nail G 3 (Stryker), PFN A (Synthes), ChFN (ChM). Используют как обычный, так и удлиненный вариант проксимального бедренного стержня. Осуществляются попытки обоснования пригодности механических остеоимплантатов на основе имитационного компьютерного моделирования, отражающие некоторые аспекты поведения системы «кость — имплантат», с использованием метода конечных элементов. В работе путем имитационного компьютерного моделирования исследовано поведение биомеханической системы «фиксатор — кость» с определением ее напряженно-деформированного состояния при применении обычного и удлиненного проксимального бедренного стержня (PFN), который обеспечивает оптимальные биомеханические и биологические условия для сращивания чрезвертельных переломов. Цель работы. Сравнительный анализ стабильности остеосинтеза костных фрагментов чрезвертельных переломов бедренной кости типа А2 и A3 с применением обычного и удлиненного проксимального бедренного стержня.
Материалы и методы. На основе аксиальных сканов спиральной компьютерной томографии моделей бедренной кости с помощью программного пакета Mimics и Solid Works созданы имитационные 3^-модели проксимального отдела бедренной кости с чрезвертельными переломами типа А2 и A3 с их фиксацией при помощи обычного и удлиненного проксимального бедренного стержня (PFN). Дальнейшие расчеты напряженно-деформированного состояния (НДС) методом конечных элементов осуществляли в программной среде ANSYS. Ключевыми показателями для проведения сравнительного анализа выбраны полученные путем расчетов значения НДС — интенсивности напряжений (по Мизису) в фиксирующих конструкциях и зоне перелома, а также перемещения (Total Deformations) в плоскости перелома. Расчеты НДС проводили для интактной модели и для каждого из типов переломов А2 и A3 с применением для фиксации обычного и удлиненного проксимального бедренного стержня без блокирующих винтов, с одним и двумя блокирующими винтами. Результаты. Удлиненный стержень обеспечивает более надежную фиксацию костных отломков бедренной кости при обоих типах переломов. Характеристики напряжений на кости и фиксаторе значительно снижаются, а нагрузка на биомеханическую конструкцию «кость — фиксатор» распределяются между всеми элементами модели более равномерно, не создавая локальных концентраторов напряжений и не превышая предела прочности материала. Перемещения по плоскости перелома при фиксации удлиненным стержнем уменьшаются примерно в 10 раз для
всех комбинаций «перелом/фиксатор». Варьирование количеством блокирующих винтов при остеосинтезе проксимальным бедренным стержнем меняет характер поведения биомеханической конструкции «кость — фиксатор». Применение одного или двух блокирующих винтов вызывает незначительный рост показателей напряжений по плоскости перелома при переломе типа А2 и их уменьшение при переломе типа А3. Изменение напряжений незначительно, более важным моментом является то, что при добавлении блокирующих винтов перемещения по плоскости перелома уменьшаются для переломов как типа А2, так и типа А3, что свидетельствует о надежности фиксации отломков и более стабильном остеосинтезе. Выводы. По данным компьютерного моделирования оба варианта PFN обеспечивают достаточную фиксацию отломков и стабильность остео-
синтеза при хирургическом лечении чрезвертельных переломов типа А2 и А3. Применение удлиненного PFN стержня обеспечивает более надежную фиксацию костных фрагментов по сравнению с обычным стержнем PFN при чрезвертельных переломах типа А2 и А3 и не зависит от количества примененных блокирующих винтов. Проведенное исследование позволит определить дифференцированный подход к лечению лиц с чрезвертельными переломами бедренной кости, улучшит эффективность оказания медицинской помощи этой тяжелой категории больных.
Ключевые слова: чрезвертельные переломы; интрамедул-лярные блокирующие стержни; проксимальный бедренный стержень; биомеханическое моделирование; метод конечных элементов
I.A. Lazarev1, A.V. Kalashnikov1, V.D. Malik2, M.V. Skiban1
1State Institution "Institute of Traumatology and Orthopaedics of the NAMS of Ukraine", Kyiv, Ukraine 2M.V. Sklifosovskyi Poltava Regional Hospital, Poltava, Ukraine
Comparative analysis of the reliability of the fixation of pertrochanteric fractures using normal
and elongated proximal femoral nail
Abstract. Background. The problem of treating patients with periarticular fractures of the proximal femur currently can not be completely solved. According to various authors, their incidence ranges from 20 to 53.3 % of the total number of injuries in hip fractures, and they occur more often in the senile age (60 %) than in the elderly (40 %). The surgical treatment of the proximal femur fractures with minimally invasive, low-traumatic technologies using proximal femoral nail — Trochanteric Gamma Nail G3 (Stryker), PFN A (Syn-thes), ChFN (ChM) is common. Both conventional and elongated versions of the proximal femoral nail (PFN) are used. Efforts are being made to substantiate the suitability of mechanical osteoimplants based on computer modeling, reflecting some aspects of the behavior of the bone-implant system, using the finite element method (FEM). The behavior of the fixator-bone biomechanical system was studied using computer simulation. The stress-strain state was determined for models with the conventional and elongated PFN, which provides optimal biomechanical and biological conditions for the per-trochanteric fractures healing. Materials and methods. The comparative analysis of the bone fragments stability in osteosynthesis of pertrochanteric fractures types A2/A3 was done using conventional and elongated proximal femoral screw. Results. The elongated PFN provides more reliable fixation of bone fragments in both types of A2/A3 fractures. The characteristics of the stresses on the bone and the fixator are significantly reduced. The loads on the bone-fixator biomechanical system are distributed more evenly among all ele-
ments of the model, without creating local stress concentrators and not exceeding the strength limit of the material. The movements along the fracture plane are reduced approximately 10 times for all fracture/fixation combinations when fixed by an elongated PFN. Varying the number of blocking screws in the PFN osteosynthesis changes the behavior of the bone-fixator biomechanical system. The use of 1 or 2 locking screws causes a slight stresses increase in the fracture plane for type A2 fracture and a decrease in type A3 fracture. The changes in stress are insignificant, the more important point is that the addition of locking screws leads to a decrease in displacements along the fracture plane in both A2 and A3 fractures, which indicates the reliability of fragment fixation and more stable osteo-synthesis. Conclusions. According to computer modeling data, both variants of PFN provide sufficient fixation of fragments and stability of osteosynthesis in the surgical treatment of pertrochanteric fractures A2/A3 types. The use of an elongated PFN provides more reliable fixation of bone fragments in comparison with the conventional PFN for pertrochanteric fractures A2/A3 types, and does not depend on the number of blocking screws used. The study allows to determine a differentiated approach to the treatment of patients with pertrochanteric fractures of the proximal femur, to improve the effectiveness of medical care for this severe category of patients. Keywords: pertrochanteric fractures; intramedullar blocked rods; proximal femoral nail; biomechanical modeling; finite elements method
