Математичне моделювання динамічного навантаження кульшового суглоба після видалення пухлин проксимального відділу стегнової кістки

Abstract

The problem of achieving positive results in the treatment of patients with tumors of the upper third of the femur remains relevant. Among the methods for studying the functioning of the hip joint and for analyzing the specific loads it is used mathematical modeling method. Purpose: using the method of mathematical modeling, to study the characteristics of dynamic load in hip joint with the presence of bone and soft tissue post-resection defects in the upper third of the femur.Methods: in this study method of mathematical modeling by OpenSim software has been used. Basic muscle-skeletal model and created models with reproduction of hip joint condition after the resection of malignant tumor of the upper third of the femur and proximal femur replacement with and without myoplasty used. Load transmitted from the endoprosthesis head to the acetabulum studied. Results: it is revealed change of load direction from the anterior toward posterior acetabular wall with threefold volume in comparison to basic model was defined during the modeling process and analyzing of significant defects in femoral abduction and flexion muscles with substitution of proximal femur defects using modular endorposthesis. Also, important decline of pressing load to the acetabular bottom noted. This situation results in severe function impairment of the lower extremity and determines hip joint instability. Method of abduction muscles repair at the cost of proximal transposition of m. vests laterals allows to compensate load changes in the acetabulum.Conclusion: reproduction of abduction muscle defects in the model results in load direction changes in anteposterior direction, functional impairment of the lower extremity and increases risk of hip joint instability. Appropriate method of abduction muscle defects repair using m. vastus laterals is presented.Проблема достижения положительных результатов в комплексном лечении больных с опухолями верхней трети бедренной кости остается актуальной. Среди методик исследования функционирования тазобедренного сустава (ТБС) для анализа особенностей нагрузок в нем используют метод математического моделирования.Цель: изучить особенности динамической нагрузки ТБС при наличии пострезекционных дефектов кости и мягких тканей в области верхней трети бедра с помощью метода математического моделирования.Методы: в работе применен метод математического моделирования с программным обеспечением OpenSim. Использована базовая скелетно-мышечная модель и построенные модели, в которых воспроизведено состояние ТБС после удаления злокачественной опухоли верхней трети бедра и эндопротезирования с миопластикой и без нее. Проанализирована сила нагрузки, создаваемая головкой эндопротеза на вертлужную впадину.Результаты: в процессе моделирования и анализа значительных дефектов отводящих и сгибающих бедро мышц при замещении пострезекционных дефектов проксимального отдела бедренной кости модульным эндопротезом установлено изменение направления нагрузки с переднего отдела на заднюю стенку вертлужной впадины со значением втрое большим, чем в базовой модели. Также отмечено значительное снижение прижимающей силы на дно вертлужной впадины. Это приводит к резкому нарушению функции нижней конечности и обусловливает риск развития нестабильности ТБС. Методика восстановления дефектов отводящих мышц бедра за счет перемещения проксимально m. vastus lateralis позволяет компенсировать изменения нагрузки вертлужной впадины.Выводы: воспроизведение дефектов отводящих мышц в модели ведет к изменению нагрузки в передне-заднем направлении, нарушению функции конечности и повышению риска развития нестабильности ТБС. Показана целесообразность восстановления дефектов отводящих мышц бедра с помощью m. vastus lateralis.Проблема досягнення позитивних результатів у комплексному лікуванні хворих із пухлинами верхньої третини стегнової кістки залишається актуальною. Серед методик дослідження функціонування кульшового суглоба (КС) для аналізу особливостей навантажень у ньому використовують метод математичного моделювання.Мета: вивчити особливості динамічного навантаження КС за наявності пострезекційних дефектів кістки і м’яких тканин у зоні верхньої третини стегна за допомогою методу математичного моделювання.Методи: у роботі застосований метод математичного моделювання з програмним забезпеченням OpenSim. Використана базова скелетно-м’язова модель і побудовані моделі, в яких відтворено стан КС після видалення злоякісної пухлини верхньої третини стегна й ендопротезування з міопластикою і без неї. Проаналізовано силу навантаження, створювану головкою ендопротеза на кульшову западину.Результати: під час моделювання і аналізу значних дефектів відвідних та згинальних стегно м’язів після заміщення пострезекційних дефектів проксимального відділу стегнової кістки модульним ендопротезом встановлено зміну напрямку навантаження з переднього відділу на задню стінку кульшової западини зі значенням втричі більшим, ніж у базовій моделі. Також відмічено значне зниження притискальної сили на дно кульшової западини. Це призводить до різкого порушення функції нижньої кінцівки й обумовлює ризик розвитку нестабільності КС. Методика відновлення дефектів відвідних м’язів стегна завдяки переміщенню проксимально m. vastus lateralis дає змогу компенсувати зміни навантаження кульшової западини.Висновки: відтворення дефектів відвідних м’язів у моделі призводить до зміни навантаження в передньо-задньому напрямку, порушення функції кінцівки і підвищення ризику розвитку нестабільності КС. Показана доцільність відновлення дефектів відвідних м’язів стегна за допомогою m. vastus lateralis.