Характеристика напружено-деформованого стану моделі стопи до та після лікування плоско-вальгусної деформації з використанням імплантатів для піднадп’яткового артроерезу (повідомлення друге)

Abstract

One of the modern types of flatfoot surgical treatment is subtalar arthroereisis with implant placement in sinus tarsi. There are a lot of kinds of such implants.Objective: to study stress-strain state of the foot bone elements in normal and in cases of its flatfoot deformity before and after implant placement.Methods: we made finite element model which consist of tibia, fibula, talus, calcaneus, navicular and cuneiform bones. Joint surfaces were modeled with mechanical properties of cartilage tissue. We compared two types of models-conical and cylinder, also made assessment of mechanical properties (titanium, sapphire, carbon) on stress-strain state.Results: using of implants with conical and cylinder shape led to increasing of stress values in the place of contact with the bone, especially on the subtalar surface 8,0 и 7,1 МPа. Difference in stress values on the all areas of the foot model with both implants is not significant, but at cylinder shape implantation we observed quantitatively better indexes improvement. Implant material does not influence on the strain distribution in the foot bones.Conclusions: using of implants for subtalar arthroereisis can influence positively on strain distribution of the foot at its surgical correction. Subtalar arthroereisis is one of the kinds for flatfoot deformity treatment and ankle joint stabilization.Одним из современных вариантов хирургического лечения плоско-вальгусной деформации стоп является выполнение артроэреза подтаранного сустава (АЭПС) с установкой имплантата в sinus tarsi. Разработано большое количество вариантов (типов) таких имплантатов.Цель: изучить напряженно-деформированное состояние (НДС) костных элементов стопы в норме, в случаях ее плоско-вальгусной деформации до и после использования имплантатов для АЭПС.Методы: построена конечно-элементная модель стопы, состоящая из элементов большеберцовой, малоберцовой, пяточной, таранной, ладьевидной и клиновидной костей. Суставные поверхности моделировали элементами с механическими свойствами хрящевой ткани. Сравнивали модели двух имплантатов — конусной и цилиндрической форм, а также оценивали влияние механических характеристик материалов (титан, сапфир, углерод) на НДС.Результаты: по сравнению с моделью плоско-вальгусной деформации стопы использование имплантатов конусной и цилиндрической форм приводит к повышению величин напряжений в зоне их контакта с костной тканью, особенно на поверхностях подтаранного сустава — 8,0 и 7,1 МПа соответственно. Разница в величинах напряжений на всех участках моделей стоп с имплантатами обеих форм незначительна, однако при установке цилиндрического отмечена колличественно большая нормализация показателей. Материал имплантата не имеет принципиального влияния на распределение напряжений в костной системе стопы.Выводы: использование имплантатов для АЭПС позитивно влияет на распределение напряжений в элементах скелета стопы при коррекции ее плоско-вальгусной деформации. АЭПС является одним из вариантов устранения плоско-вальгусной деформации стопы и стабилизации голеностопного сустава.Одним із сучасних варіантів хірургічного лікування плоско-вальгусної деформації стоп є виконання артроерезу піднадп’яткового суглоба (АЕПС) з установленням імплантата в sinus tarsi. Розроблено велику кількість варіантів (типів) таких імплантатів.Мета: вивчити напружено-деформований стан (НДС) кісткових елементів стопи в нормі, у випадках її плоско-вальгусної деформації до та після використання імплантатів для АЕПС.Методи: побудована скінченно-елементна модель стопи, яка складається з елементів великогомілкової, малогомілкової, п’яткової, надп’яткової, човноподібної та клиноподібної кісток. Суглобові поверхні моделювали елементами з механічними властивостями хрящової тканини. Порівнювали моделі двох імплантатів — конусної та циліндричної форм, а також оцінювали вплив механічних характеристик матеріалів (титан, сапфір, вуглець) на НДС.Результати: в порівнянні з моделлю плоско-вальгусної деформації стопи використання імплантатів конусної та циліндричної форм призводить до підвищення величин напружень у зоні їх контакту з кістковою тканиною, особливо на поверхнях піднадп’яткового суглоба — 8,0 і 7,1 МПа відповідно. Різниця у величинах напружень на всіх ділянках моделей стоп з імплантатами обох форм незначна, однак в разі встановлення циліндричного відзначена кількісно більша нормалізація показників. Матеріал імплантату не має принципового впливу на розподіл напружень у кістковій системі стопи.Висновки: використання імплантатів для АЕПС позитивно впливає на розподіл напружень в елементах скелета стопи за умов корекції її плоско-вальгусної деформації. АЕПС є одним із варіантів усунення плоско-вальгусної деформації стопи та стабілізації надп’ятково-гомілкового суглоба