Оцінка напруження і деформації системи «кістка – фіксатор» за умов накісткового остеосинтезу переломів зовнішньої кісточки

Autor: Golovakha, Maksim, Kozhemyaka, Maksym, Panchenko, Sergey, Krasovskiy, Vasil
Jazyk: ruština
Rok vydání: 2014
Předmět:
Zdroj: ORTHOPAEDICS, TRAUMATOLOGY and PROSTHETICS; № 4 (2014); 14-19
Ортопедия, травматология и протезирование; № 4 (2014); 14-19
ISSN: 0030-5987
2518-1882
Popis: Injuries of the ankle joint is one of the main causes of disability and poor outcomes which are caused by inadequate reposition, imperfect osteosynthesis and secondary displacement of fragments. Qualitative and reliable stabilization of the lateral malleolar bone fragments essentially depends on the design of the fixateur. Objective: based on the analysis of the stress-strain state of the system «bone – fixateur» to evaluate the effectiveness of the proposed fixateur for osteosynthesis of infrasyndesmotic lateral malleolar fractures. Methods: The finite element analysis with ANSYS software complex and model of the system «bone – fixateur» that limited by the fibula the shape of which was simplified for the construction being symmetric in the frontal plane. Models were built in the program AUTOCAD. Geometry of sections of bone meets the real size of the adult. The criterion for evaluation of the efficiency of plate-fixateur selected values of stresses in bone tissue and movement of the fragment points — opening of the fracture. An additional criterion was the value of stresses in the plate. Results revealed that the greatest amounts in bone tissue are normal stresses σ acting in the direction of the fibular axis. They occur in cortical bone at the edges of the holes for the screws. Stressed state of bone turned significantly heterogeneous. For heavy loads (half from critical for syndesmotic ligaments breakage) stresses in the plate are dangerous. However, they occur in the areas of concentration but the actual loads will be lower. The most significant deviations of the stress state of the bone occur at the edges of the holes for the screws, in the joints cortical and spongiosal bone tissue and in the areas of the load application. The largest loads were normal tension and compressive stresses in the plate due to its curve with maximum performance at the edge the hole for the third top screw from the internal part of the plate. The value of expansion of the fracture was not significant. Conclusions: The proposed fixateur has shown its high efficiency. It is important to consider the characteristics associated with the nature of the maximum stresses arising in areas of concentration, and not to produce constructs for osteosynthesis of brittle materials.
Повреждения голеностопного сустава являются одной из главных причин инвалидизации и неудовлетворительных результатов лечения, которые обусловлены неадекватной репозицией, несовершенным остеосинтезом и вторичным смещением отломков. Качественная и надежная стабилизация отломков наружной лодыжки существенно зависит от конструкции фиксатора. Цель: на основе анализа напряженно-деформированного состояния системы «кость – фиксатор» оценить эффективность предложенного фиксатора для остеосинтеза подсиндесмозных переломов наружной лодыжки. Методы: конечных элементов в среде программного комплекса ANSYS и расчетная модель системы «кость – фиксатор», ограниченная малоберцовой костью, форма которой для упрощения построения была симметричной во фронтальной плоскости. Модели строили в программе AUTOCAD. Геометрия сечений кости соответствовала реальным размерам взрослого человека. Критерием оценки эффективности пластины-фиксатора выбраны величины напряжений в костной ткани и перемещений точек отломка — раскрытие перелома. Дополнительным критерием были величины напряжений в пластине. Результаты: установлено, что наибольшими величинами в костной ткани являются нормальные напряжения σz, действующие в направлении оси малоберцовой кости. Они возникают в кортикальной кости на краях отверстий под винты. Напряженное состояние кости оказалось весьма неоднородным. При больших нагрузках (половина от предельных для разрыва связки синдесмоза) напряжения в пластине опасны. Однако они возникают в местах концентрации, но действительные нагрузки будут ниже. Значительные отклонения величин напряжений состояния кости происходят по краям отверстий под винты, в местах соединения кортикальной и спонгиозной костной ткани и зонах приложения нагрузки. Наибольшими оказались нормальные растягивающие и сжимающие напряжения в пластине, обусловленные ее изгибом, с максимальными показателями на краю отверстия под третий сверху винт с внутренней стороны пластины. Величина раскрытия перелома оказалась несущественной. Выводы: предложенный фиксатор показал высокую эффективность. Важно учитывать особенности, связанные с природой максимальных напряжений, возникающих в зонах-концентраторах, и не изготавливать конструкции для остеосинтеза из хрупких материалов.
Ушкодження надп’ятково-гомілкового суглоба є однією з головних причин інвалідизації і незадовільних результатів лікування, які обумовлені неадекватною репозицією, недосконалим остеосинтезом і вторинним зміщенням відламків. Якісна і надійна стабілізація відламків зовнішньої кісточки істотно залежить від конструкції фіксатора. Мета: на підставі аналізу напружено-деформованого стану системи «кістка – фіксатор» оцінити ефективність запропонованого фіксатора для остеосинтезу підсиндесмозних переломів зовнішньої кісточки. Методи: кінцевих елементів у середовищі програмного комплексу ANSYS та розрахункова модель системи «кістка – фіксатор», що обмежувалася малогомілковою кісткою, форма якої для спрощення побудови була симетричною у фронтальній площині. Моделі будували в програмі AUTOCAD. Геометрія перетинів кістки відповідала реальним розмірам дорослої людини. Критерієм оцінювання ефективності пластини-фіксатора обрані величини напружень у кістковій тканині та переміщень точок відламка — розкриття перелому. Додатковим критерієм були величини напружень у пластині. Результати: встановлено, що найбільшими величинами в кістковій тканині є нормальні напруження σz, які діють у напрямку осі малогомілкової кістки. Вони виникають у корковій кістці на краях отворів під гвинти. Напружений стан кістки виявився істотно неоднорідним. За великих навантажень (половина від граничних для розриву зв’язки синдесмозу) напруження в пластині небезпечні. Однак вони виникають у місцях концентрації, але дійсні навантаження будуть нижчими. Найзначніші відхилення величин напруг стану кістки відбуваються по краях отворів під гвинти, у місцях з’єднання коркової та спонгіозной кісткової тканини і зонах прикладення навантаження. Найбільшими виявилися нормальні розтягувальні та стискальні напруження в пластині, зумовлені її вигином, з максимальними показниками на краю отвору під третій зверху гвинт з внутрішньої сторони пластини. Величина розкриття перелому виявилася несуттєвою. Висновки: запропонований фіксатор показав високу ефективність. Важливо враховувати особливості, пов’язані з природою максимальних напруг, які виникають у зонах-концентраторах, і не виготовляти конструкції для остеосинтезу з крихких матеріалів.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: