Оценка напряжения и деформации системы "кость – фиксатор" при накостном остеосинтезе переломов наружной лодыжки - Головаха, Максим Леонідович; Кожемяка, М. А.; Панченко, С. П.; Красовский, В. Л.; Golovakha, M. L.; Kozhemyaka, M. A. (My University, 2014)
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 обмежу валася 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 напруги, 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 напруги 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.
Assessment of strain and deformation of the "bone – fixateur" system in osteosynthesis of the lateral malleolar fractures
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 fiateur. Objective: based on the analysis of the stress-strain state of the system «bone – fiateur» to evaluate the effectiveness of the proposed fiateur for osteosynthesis of infrasyndesmotic lateral malleolar fractures. Methods: The fiite element analysis with ANSYS software complex and model of the system «bone – fiateur» that limited by the fiula the shape of which was simplifid 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 effiiency of plate-fiateur 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 fiular axis. They occur in cortical bone at the edges of the holes for the screws. Stressed state of bone turned signifiantly 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 signifiant 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 signifiant. Conclusions: The proposed fiateur has shown its high effiiency. 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.
Keywords: голеностопный сустав; биомеханика; нестабильные переломовывихи; malleolar fractures; ankle joint; biomechanics; unstable fracture-dislocations; надп’ятково-гомілковий суглоб; біомеханіка; нестабільні переломовивихи