Децентрація та напружено-деформований стан у кульшовому суглобі при його дисплазії

Autor: Zelenetskyi, I. B., Korolkov, O. I., Mitielova, Z. M., Snisarenko, P. I.
Jazyk: ruština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Zaporozhye Medical Journal; № 5 (2018)
Запорожский медицинский журнал; № 5 (2018)
ISSN: 2306-4145
2310-1210
Popis: Purpose of the study: to find a correlation between radiological and biomechanical parameters of a hip joint (HJ) in case of dysplastic instability for dystrophic process in the joint study.Materials and methods. Clinical and radiological data of 154 patients aged from 2 to 13 years with dysplastic instability of a HJ the development of which was being observed from 2 to 5 years (189 joints) were studied.The following parameters of a HJ were determined: acetabular index, cervico-diaphyseal angle, centration of the femoral head. All the measurements were performed by plain pelvis radiographs without special positioning the patient.The stress and strain state in the acetabulum and proximal part of the femur was studied using the finite element method. The stress intensity (stress of von Mises, measured in MPa) was chosen as a basic characteristic, which is one of the most informative one for the stress and strain state evaluation.Results. The study has shown that of the three types of decentration such as coaxial, non-coaxial with downward and lateral acetabular center displacement from a HJ center, non-coaxial with downward and medial acetabular center displacement, the last-mentioned has turned out to be less favorable. Moreover, an increased angle of deviation corresponded to greater width and sclerosis intensity of a HJ subchondral surface and also fragmentation of the femoral head was observed in the majority of cases.Studied stress and strain state in a HJ has revealed that decentration in a joint is a key factor, which leads to osteartrosis development. The large decentration, the more severe stress intensity at the lower part of the femoral head and at the upper border of the acetabulum was. Thus, the value of stress intensity at the upper part of the femoral head decreased and was 2.3 MPa comparing with the normal one 2.5 MPa; at the lower part it increased to 2.3 MPa, that was twice higher than the normal one. On the front edge of the acetabulum the stress state level was about 2.3 MPa, which was almost four times more than the normal one (0,6 MPa) in this region. Increase in acetabulum curvature didn’t change the pattern of stress and strain state distribution, but it led to increase in strain level especially at the posterior superior part of the acetabulum and, respectively, at the contact region of the femoral head.Conclusions. The femoral head rotational center shift changes the pattern of stress and strain state distribution in a HJ in comparison with the norms, increases the stress at its lower part and also increases stress state at the upper acetabular edge. Increase in acetabulum curvature doesn’t change the pattern of stress and strain state distribution, but it leads to increase in strain level especially at the acetabular posterior superior part and, respectively, at the contact region of the femoral head. Decentration of HJ elements is the main etiological factor of its instability leading to the further dystrophic transformation of the joint. Biomechanic modeling of decentration in a HJ using the finite element method has proved the fact of complex changes in HJ structures at the early stages of the pathological process development, revealed understanding of the decentration process in a joint, contributed to working out the dystrophic process early prevention and treatment tactics.
Цель работы – установить корреляцию между рентгенологическими и биомеханическими параметрами тазобедренного сустава (ТБС) при его диспластической нестабильности для изучения течения дистрофического процесса в суставе.Материалы и методы. Исследование базируется на изучении клинических и рентгенологических данных 154 пациентов в возрасте от 2 до 13 лет с диспластической нестабильностью ТБС, у которых развитие сустава прослежено в сроки от 2 до 5 лет (189 суставов).Исследовали параметры ТБС: ацетабулярный индекс, шеечно-диафизарный угол, центрация головки бедренной кости (ГБК). Все измерения проводили только по обзорным рентгенограммам таза, без применения специальных укладок. Статистическая обработка материала проведена по методу Стьюдента. Достоверность различий между группами оценивали по t критерию для независимых выборок.С помощью метода конечных элементов изучено напряженно-деформированное состояние (НДС) в проксимальном отделе бедренной кости и вертлужной впадине (ВВп). Для моделирования распределения нагрузки использовали программу Solid Works и программу визуализации расчетов Lоокеr (собственная разработка инженеров А. В. Яресько и С. П. Камило отдела биомеханики ИППС им. проф. М. И. Ситенко). В качестве основной характеристики оценки НДС выбрана интенсивность напряжений (напряжение Мизеса, измеряемое в МПа).Результаты. Исследования показали, что из трех разновидностей децентрации – соосной, разноосной со смещением центра ВВп от центра ТБС книзу и латерально, разноосной со смещением центра ВВп книзу и медиально – менее благоприятной оказалась третья. Увеличенный угол отклонения соответствовал большей ширине и интенсивности склероза субхондральной зоны ВВп, а также в большем проценте случаев наблюдали фрагментацию ГБК.Изученное НДС в ТБС показало, что децентрация в суставе – ведущий фактор, приводящий к развитию остеоартроза. Чем больше децентрация, тем значительнее интенсивность напряжений в нижней части ГБК и в верхнем крае ВВп. Так, значение интенсивности напряжений в верхней части ГБК понизилось и равнялось 2,3 МПа по сравнению с 2,5 МПа в норме, а в нижней части повысилось до 2,3 МПа, что почти в 2 раза превышает норму. На передней кромке ВВп уровень напряженного состояния достигал величины 2,3 МПа, что почти в 4 раза превышало уровень напряжений в этой области (в норме – 0,6 МПа). Увеличение кривизны ВВп не меняет характер распределения НДС, но приводит к возрастанию значения напряжений, особенно в задне-верхней части ВВп и, соответственно, в соприкасающейся с ней областью ГБК.Выводы. Смещение центра вращения ГБК перераспределяет характер НДС в ТБС по сравнению с нормой, увеличивает напряжение в ее нижней части, а также увеличивает напряженное состояние в верхнем крае ВВп. Увеличение кривизны ВВп не меняет характер распределения НДС, но приводит к возрастанию значения напряжений, особенно в задне-верхней части ВВп и, соответственно, в соприкасающейся с ней области ГБК. Децентрация элементов ТБС является ведущим этиологическим признаком его нестабильности, приводящим к последующей дистрофической трансформации. Биомеханическое моделирование децентрации в ТБС с использованием метода конечных элементов подтверждает факт сложных изменений в структурах ТБС на ранних стадиях развития патологического процесса, раскрывает понимание процесса децентрации в суставе, способствует выработке тактики ранней профилактики и лечения дистрофического процесса.
Мета роботи – встановити кореляцію між рентгенологічними та біомеханічними параметрами кульшового суглоба (КС) при його диспластичній нестабільності для вивчення перебігу дистрофічного процесу в суглобі.Матеріали та методи. Дослідження базується на вивченні клінічних і рентгенологічних даних 154 пацієнтів віком від 2 до 13 років із диспластичною нестабільністю КС, у яких розвиток суглоба простежено в терміни від 2 до 5 років (189 суглобів).Досліджували параметри КС: ацетабулярний індекс, шийково-діафізарний кут, центрація голівки стегнової кістки (ГСК). Усі вимірювання виконали тільки за оглядовими рентгенограмами таза, без застосування спеціальних укладок. Статистично матеріал опрацювали за методом Стьюдента. Вірогідність відмінностей між групами оцінювали за t критерієм для незалежних вибірок.За допомогою методу кінцевих елементів вивчили напружено-деформований стан у проксимальному відділі стегнової кістки та кульшовій западині (КЗ). Для моделювання розподілу навантаження використовували програму Solid Works і програму візуалізації розрахунків Lоокеr (власна розробка інженерів А. В. Яресько і С. П. Каміло відділу біомеханіки ІПХС ім. проф. М. І. Ситенка). Як основну характеристику оцінювання напружено-деформованого стану обрали інтенсивність напружень (напруження Мізеса, що вимірюється у МПа).Результати. Дослідження показали, що з трьох різновидів децентрації –соосної, різноосної зі зміщенням центру КЗ від центру КС донизу та латерально, різноосної зі зміщенням центру КЗ донизу і медіально – менш сприятливою виявилася третя. Збільшений кут відхилення відповідав більшій ширині та інтенсивності склерозу в субхондральній зоні КЗ, а також у більшій кількості випадків спостерігали фрагментацію ГСК.Вивчене НДС у КС показало, що децентрація в суглобі є провідним фактором, що призводить до розвитку остеоартрозу. Чим більше децентрація, тим більша інтенсивність напружень у нижній частині ГСК і у верхньому краю КЗ. Так, значення інтенсивності напружень у верхній частині ГБК знизилася та дорівнювала 2,3 МПа порівняно з 2,5 МПа в нормі, а в нижній частині підвищилася до 2,3 МПа, що майже вдвічі перевищувало норму. На передній крацйці КЗ рівень напруженого стану досягав величини 2,3 МПа, що майже вчетверо перевищувало рівень напружень у цій ділянці (в нормі – 0,6 МПа). Збільшення кривини КЗ не змінює характер розподілу НДС, але призводить до зростання значення напруження, особливо в задньо-верхній частині КЗ і, відповідно, в сусідній з нею ділянці ГСК.Висновки. Зміщення центру обертання ГСК перерозподіляє характер НДС у КС порівняно з нормою, збільшує напруження в її нижній частині, а також збільшує напружений стан у верхньому краю КЗ. Збільшення кривини КЗ не змінює характер розподілу НДС, але призводить до зростання значення напруження, особливо в задньо-верхній частині КЗ і, відповідно, у сусідній з нею ділянці ГСК. Децентрація елементів КС є провідною етіологічною ознакою його нестабільності, що призводить до наступної дистрофічної трансформації суглоба. Біомеханічне моделювання децентрації у КС із використанням методу кінцевих елементів підтверджує факт складних змін у структурах КС на ранніх стадіях розвитку патологічного процесу, розкриває розуміння процесу децентрації в суглобі, сприяє виробленню тактики ранньої профілактики та лікування дистрофічного процесу.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: