Математичне моделювання варіантів остеосинтезу ключиці за її переломів у середній третині

Abstract

Fore consolidation of the clavicle fragments and restoration of function in damaged extremity it is necessary to create optimum conditions including an accurate comparison of bone fragments, their reliable fixation, following the rules of asepsis, preservation of blood circulation, active management in the postoperative period. We propose to use this lock original design. Purpose: mathematical model to conduct a comparative analysis of the stress-strain state (SSS) system «collarbone – implant» fracture in the middle third of the clavicle in a different osteosynthesis holders. Methods: mathematical models clavicle fracture with the middle third. Simulated three options osteosynthesis: extramedullary plate, intramedullary nail, the original design of the machine. VAT study models performed using the finite element method. In the first stage studied VAT system «collarbone – implant» under the influence of compressive loads, the second — bending, the third — twisting. Results: It was found that the most dangerous loads are bending. Stresses in the clavicle bone in flexion, may exceed the limit of its strength and cause fractures. Extramedullary plate works well only when the bending loads acting perpendicular to its plane. But if they are parallel to the plane of the plate, the entire burden falls on the extreme screws, and critical to the strength of the bone stresses occur is around them. Intramedullary rod is equally effective when bending loads that act in both vertical and horizontal planes. However, the stresses in the bone cell models are too high. Advantage copyright apparatus is that it keeps the load bending in any direction and prevents overloading the bone.Для консолидации отломков ключицы и восстановления функции поврежденной конечности необходимо создать оптимальные условия, среди которых точное сопоставление костных фрагментов, их надежная фиксация, выполнение правил асептики, сохранение кровообращения и активное ведение в послеоперационном периоде. Мы предлагаем для этого использовать фиксатор оригинальной конструкции. Цель: на математической модели провести сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) системы «ключица – имплантат» при переломе ключицы в средней трети при остеосинтезе различными фиксаторами. Методы: разработаны математические модели ключицы с переломом в средней трети. Моделировали три варианта остеосинтеза: накостной пластиной, интрамедуллярным стержнем, аппаратом оригинальной конструкции. Исследование НДС моделей выполняли с помощью метода конечных элементов. На первом этапе изучали НДС системы «ключица – имплантат» под влиянием сжимающих нагрузок, на втором — изгибающих, на третьем — скручивающих. Результаты: установлено, что самыми опасными нагрузками являются изгибающие. Напряжения, возникающие в костной ткани ключицы при сгибании, могут превысить предел ее прочности и явиться причиной возникновения переломов. Накостная пластина хорошо работает только при изгибающих нагрузках, действующих перпендикулярно ее плоскости. Но если они направлены параллельно плоскости пластины, вся нагрузка приходится на крайние винты, а критичные для прочности костной ткани напряжения возникают именно вокруг них. Интрамедуллярный стержень одинаково эффективен при изгибающих нагрузках, которые действуют как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Однако напряжения, возникающие в костных элементах моделей слишком высоки. Преимущество авторского аппарата заключается в том, что он держит нагрузку на изгиб в любом направлении и предотвращает перегрузку костной ткани.Для консолідації відламків ключиці та відновлення функції ушкодженої кінцівки необхідно створити оптимальні умови, серед яких точне зіставлення кісткових фрагментів, їх надійна фіксація, виконання правил асептики, збереження кровообігу та активне ведення в післяопераційному періоді. Ми пропонуємо для цього використовувати фіксатор оригінальної конструкції. Мета: на математичній моделі провести порівняльний аналіз напружено-деформованого стану (НДС) системи «ключиця – імплантат» у разі перелому ключиці в середній третині за умов остеосинтезу різними фіксаторами. Методи: розроблені математичні моделі ключиці з переломом у середній третині. Моделювали три варіанти остеосинтезу: накістковою пластиною, інтрамедулярним стрижнем, апаратом оригінальної конструкції. Дослідження НДС моделей виконували за допомогою методу кінцевих елементів. На першому етапі вивчали НДС системи «ключиця – імплантат» під впливом стискальних навантажень, на другому — згинальних, на третьому — скручувальних. Результати: встановлено, що найнебезпечнішими навантаженнями є згинальні. Напруження, які виникають у кістковій тканині ключиці за умов згинання, можуть перевищити межу її міцності та бути причиною виникнення переломів. Накісткова пластина добре працює тільки в разі згинальних навантажень, які діють перпендикулярно до її площини. Але якщо вони спрямовані паралельно площині пластини, усі навантаження припадають на крайні гвинти, а критичні для міцності кісткової тканини напруження виникають саме навколо них. Інтрамедулярний стрижень однаково ефективний у разі згинальних навантажень, які діють як у вертикальній, так і в горизонтальній площинах. Однак напруження, які виникають у кісткових елементах моделей, занадто високі. Перевага авторського апарата полягає в тому, що він тримає навантаження на згин в будь-якому напрямкові та запобігає перевантаженню кісткової тканини.