CC BY
26
I
Орипнальы дозддження
Original Researches
Травма
УДК 616.718.5-001.5-089.2:004.942 DOI: 10.22141/1608-1706.1.20.2019.158666
Васюк В.Л.1, Коваль О.А.1, Карпнський М.Ю.2, Яресько О.В.2
1ВДНЗ «Буковинський державний медичний ун1верситет», м. Черн1вц1, Укра1на
2ДУ «1нститут патологи хребта та суглоб!в 1м. проф. М.1. Ситенка НАМН Укра1ни», м. Харк1в, Укра1на
Математичне моделювання BapioHTÏB остеосинтезу пеpеломiв дистального метaепiфiзa великогомiлковоl кiстки типу С1
Резюме. Актуальнсть. Переломи плона досить часто е компонентом полтравми. Частота цих перелом'т у загальн'1й структур'1 пошкоджень скелета становить 1-7 %. Переломи даноI локал'зацП е лiдерами за ю'лью'стю ускладнень (до 30 %) /' незадов'<льних насл'1дюв. Причинами такого становища виявляються у першу чергу порушення кровопостачання в зон перелому та технiчнi проблеми при виконанн оперативного втручання. Мета: на математичн'1й модел вивчити механiчнi особливост р'зних варiантiв остеосинтезу великогом'1лково)' юстки з переломом дистального метаеп'ф'за типу С1 за класифiкацiею Асо^ацИ'осетосинтезу (АО). Матер'юли та методи. Була розроблена математична модель дистальноI частини нижньоI юн^вки, що мстила кiстковi елементи гом'<лки та стопи, на яюй мо-делювали переломи дистального метаеп'ф'за великогом'1лково)' юстки типу С1 за класифiкацiею АО. Як контроль використовували модел з фiксацiею уламюв наюстковою пластиною. Також був промо-дельований комбнований варiант фiксацil юсткових уламюв при переломах дистального метаеп'ф'за великогом'1лково1 юстки типу С1 за допомогою спиць та апарата зовн'шньо)' фiксацil (АЗФ) на основ'1 стрижнв. Результати. Проведене досл'<дження дозволяе зробити висновок, що за наявност перелому дистального метаеп'ф'за типу С1 за критерiем забезпечення мнмальних напружень в дiлянцi перелому при всх типах навантаження метод комбнованого остеосинтезу спицями та АЗФ на основ'1 стрижнв мае перевагу над iншими методами фiксацil уламюв. Досл'<дження розподiлу в'<дносних деформа^й у юстковому регенерат моделей з переломом типу С1 п'<д навантаженням спереду назад також п'<дтвердило перевагу комбнованого остеосинтезу над iншими за критерiем максимальних величин в'1дносно1 деформацИ. Висновки. Досл'<дження напружено-деформованого стану моделей з переломом дистального метаеп'ф'за великогом'1лково)' юстки типу С1 показало, що використання комбнованого остеосинтезу спицями та АЗФ на основ'1 стрижнв забезпечуе мiнiмальнi напруження в юсткових елементах у дiлянцi перелому при вс'к типах навантаження, а також дозволяе найб'<льш ефективно обмежити деформацИюсткового регенерату серед вс'к '¡нших методiв фiксацil уламюв.
Вступ
Останшми роками з'являеться все бтьше наукових робгг, присвячених рiзним аспектам л^вання пере-ломiв дистального метаеmфiза великогомтково! ыст-ки — так званого птона [1]. Характерно, що переломи тлона досить часто е компонентом полправми. Частота цих переломiв в загальнш структурi пошкоджень скелета становить 1—7 % [2, 3].
Сучасна травматолопя мютить великий арсенал тех-нологш остеосинтезу для виконання стабильно! фшса-
Щ1 переломiв дистального вщдту исток гомики, про-те переломи дано! локалiзацií е лидерами за кшьистю ускладнень (до 30 %) i незадовтьних наслщив. Причинами такого становища виявляються у першу чергу порушення кровопостачання в зош перелому та техшчш проблеми при виконанш оперативного втручання.
Мета: на математичнш моделi вивчити мехашчш особливост рiзних варiантiв остеосинтезу великогомшково! истки з переломом дистального метаепiфiза типу С1 за класифшащею Асощаци осетосинтезу (АО).
© «Травма» / «Травма» / «Trauma» («Travma»), 2019
© Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2019
Для кореспонденцП': Васюк В.Л., Вищий державний навчальний заклад Укра'ши «Буковинський державний медичний ушверситет», пл. Театральна, 2, м. ЧернЩ, 58002, Укра'ша; e-mail: [email protected]
For correspondence: V. Vasyuk, State Higher Education Institution of Ukraine "Bukovinian State Medical University'; Teatralna sq., 2, Chernivtsi, 58002, Ukraine; е-mail: [email protected]
Матерiали та методи
У лабораторп бюмехашки ДУ «1нститут патологи хребта та суглобiв iм. проф. М.1. Ситенка НАМН Украши» було виконане математичне моделювання з використанням методу скшченних елементiв пе-реломiв дистального метаепiфiза великогомшково1 кiстки та способiв 1х фшсацп. З цieю метою була розроблена математична модель дистально'1 частини нижньо'1 кiнцiвки, що мютила кiстковi елементи го-мiлки та стопи. Зовшшнш вигляд моделi наведено на рис. 1.
Ця модель була використана як базова, на якш моделювали переломи дистального метаепiфiза ве-ликогомшково1 кiстки типу С1 за класифiкацieю АО. Як контроль використовували моделi з фшса-щею уламкiв накiстковою пластиною. На рис. 2 наведена модель з переломом типу С1 з фшсащею на-кiстковими пластинами.
Основу роботи становили моделi з переломами дистального метаепiфiза великогомшково1 кiстки типу С1, на яких кiстковi уламки були за-фiксованi за допомогою запропонованого нами методу фшсацп спицями. На рис. 3 наведена модель з переломом типу С1 з фшсащею уламшв спицями.
Також був промодельований комбшований ва-рiант фшсацп кiсткових уламкiв при переломах дистального метаепiфiза великогомшково1 кiстки типу С1 за допомогою спиць та апарата зовшш-ньо! фшсацп (АЗФ) на основi стрижнiв. Деталь-нiше уявлення про дану модель можна отримати на рис. 4.
Ус моделi мютили елементи з механiчною влас-тивiстю кортикально! та губчасто! исток, суглобо-вi поверхнi мали прошарок з властивостями хря-щово1 тканини. Проспр мiж уламками по площиш перелому заповнювали матерiалом з мехашчними
а б в
Рисунок 1. Зовн!шн!й вигляд модел'1 дистально/ частини нижньо/ к!нц!вки: а — зовн!шн!й вигляд; б — фронтальна проек^я; в — саптальна проекц!я
властивостями хрящово1 тканини, який iмiтував кютковий регенерат. В нашому дослщженш мате-рiал вважали однорiдним та iзотропним. Як скш-ченний елемент був обраний 10-вузловий тетраедр з квадратичною апроксимащею. Механiчнi влас-тивостi бiологiчних тканин обрано за даними [4]. Ус металевi конструкци мали механiчнi власти-востi титану. Характеристики штучних матерiалiв обирали за даними техшчно1 лиератури [5]. Використовували такi характеристики, як Е — модуль пружност (модуль Юнга), V — коефвдент Пуассона. Мехашчш характеристики матерiа-лiв, що використовували в розрахунках, наведеш в табл. 1.
Усi моделi випробували пiд впливом трьох ввддв навантажень. При фшсацп уламкiв спицями на-вантаження кшщвки неможливе, тому використовували навантаження спереду назад, що iмiтуe на-штовхання на перешкоду. Величина навантаження
Рисунок 2. Перелом типу С1, ф!ксований накстковою пластиною: а — зовн!шн!й вигляд; б — фронтальна проек^я; в — саптальна проекщя; г — ф!ксац!я уламк1в (фронтальна проекщя);
д — ф!ксац!я уламк'/в (саптальна проекщя)
Рисунок 3. Перелом типу С1, фасований спицями: а — зовн1шнм вигляд; б — фронтальна проекщя; в — саптальна проекц!я; г — ф!ксац!я уламк1в (фронтальна проекщя); д — ф!ксац!я уламкв
(саптальна проекц!я)
Рисунок 4. Перелом типу С1, фасований спицями та додатковою ф1ксац1ею АЗФ: а — зовн1шн1й вигляд; б — фронтальна проекщя; в — саптальна проекщя; г — ф!ксац!я уламкв
Рисунок 5. Схема навантаження моделей
Рисунок 6. Схема розташування контрольних точок
становила 100 Н. По суглобовiй поверхш проксимального кiнця великогомтково! ыстки Bei моделi мали жорстке закршлення. Схеми навантажень наведено на рис. 5.
При моделюванш вивчали картину напруже-но-деформованого стану моделей, а саме таы по-казники, як величини внутршшх напружень та вщносно! деформацй. Для порiвняння зазначених величин в рiзних елементах моделей були обраш контрольнi точки, схема розташування яких наведена на рис. 6.
Зпдно з наведеною схемою вивчали максимальнi величини напружень у зазначенш дiлянцi:
— 1 — середина дистального ынця великогомтково! ыстки;
— 2 — латеральний бш дистального кiнця великогомтково! ыстки;
— 3 — медiальний бiк дистального кiнця великогомтково! ыстки;
— 4 — задня поверхня дистального кшця великогомтково! ыстки;
— 5 — надп'яткова ыстка;
— 6 — передня поверхня проксимального кшця великогомтково! ыстки;
— 7 — задня поверхня проксимального кшця великогомтково! ыстки;
— 8 — латеральний бш проксимального ынця великогомтково! ыстки;
— 9 — медiальний бш проксимального ынця великогомтково! ыстки.
На елементах металевих конструкцш величини максимальних напружень фшсували на трьох дтян-ках:
— 10 — дистальна частина;
— 11 — проксимальна частина;
— 12 — зона перелому.
Дослтження напружено-деформованого стану моделей виконували за допомогою методу ынце-вих елеменпв. Як критерш оцшки напруженого стану моделей використовували напруження за Мiзесом [6].
Моделювання виконували за допомогою системи автоматизованого проектування SolidWorks. Роз-рахунки напружено-деформованого стану моделей виконували за допомогою програмного комплексу CosmosM [7].
Результати та обговорення
Першим етапом роботи вивчали напружено-де-формований стан моделей з переломом дистального метаепiфiза великогомтково! ыстки типу С1.
Розглянемо останнш спосiб навантаження моделей спереду назад. Картину розподту напружень, модель з переломом типу С1, фшсованим накiстко-вою пластиною, наведено на рис. 7.
При навантаженнi стопи спереду назад за наяв-ностi перелому типу С1 в моделi з остеосинтезом на-кiстковими пластинами вiдмiчаeться високий рiвень напружень — вщ 7,6 до 14,1 МПа в дистальному вщ-
дiлi великогомiлковоï ыстки. В наысткових пластинах piBeHb максимального напруження визначаеться на позначш 32,8 МПа.
Картина розподiлу напружень в моделi з переломом типу С1, фiксованим спицями, при на-вантаженнi стопи спереду назад наведена на рис. 8.
При використанш остеосинтезу спицями в дистальному вщдш великогомтково! ыстки ви-никають напруження, яы за максимальними значеннями декiлька нижчi за аналогiчнi показ-ники при остеосинтезi накiстковою пластиною i визначаються на рiвнi вiд 1,5 МПа на медiаль-ному боцi до 6,5 МПа в середнш частиш. Напруження в спицях також традицшно визначаються на значно вищому рiвнi — вiд 39,6 до 47,2 МПа.
При використанш комбшованого остеосинтезу спицями та АЗФ напруження в моделi з переломом типу С1 при навантаженш стопи спереду назад роз-подiляються так, як наведено на рис. 9.
Комбшований остеосинтез спицями та АЗФ на основi стрижшв у даному випадку також показав найкращi результати можливостей розвантаження дистального вiддiлу великогомтково! ыстки, де максимальш напруження не перевищують величини 5,8 МПа в середнш частиш. Проте на самому апарат максимальш напруження не перевищують позначки 26,2 МПа, а на спицях — 15,9 МПа. Вс даш про величини максимальних напружень в контрольних точках моделей з переломом С1 при навантаженш стопи спереду назад наведеш в табл. 2.
Для бтьш детального порiвняння величин максимальних напружень в контрольних точках моделей з переломом С1 при навантаженш стопи спереду назад побудовано дiаграму, яка приведена на рис. 10.
Навантаження моделей з переломом типу С1 ви-явило переваги комбшованого методу остеосинтезу спицями та АЗФ на основi спиць.
Таким чином, проведене дослщження дозволяе зробити висновок, що за наявност перелому дистального метаепiфiза типу С1 за критерiем забезпе-чення мМмальних напружень в дтянш перелому при вах типах навантаження метод комбшованого остеосинтезу спицями та АЗФ на основi стрижшв мае перевагу над шшими методами фшсаци уламыв.
Розподм в^носних дефоpмaцiй
Розглянемо, як розподiляються деформацй' в моделях з переломами дистального метаепiфiза вели-когомiлковоï ыстки типу С1 при рiзних видах на-вантаження та способах остеосинтезу.
На рис. 11 наведено картину розподту втносних деформацш в моделi з переломом типу С1, фшсова-ним накiстковою пластиною, яка виникае шд впли-вом навантаження стопи спереду назад.
Рисунок 7. Картина розподлу напружень в модел! з переломом типу С1, ф!ксованим наюстковою пластиною, при навантаженнi стопи спереду назад: а — зовн!шн!й вигляд; б — фронтальна проекщя; в — саптальна проекщя; г — на елементах металевих конструкцй
Рисунок 8. Картина розподлу напружень в модел! з переломом типу С1, ф!ксованим спицями, при навантаженнi стопи спереду назад: а — зовн!шн!й вигляд; б — фронтальна проекщя; в — саптальна
проекщя; г — на елементах металевих конструкцй
Рисунок 9. Картина розпод'шу напружень в модел! з переломом типу С1, ф!ксованим спицями та АЗФ, при навантаженнi стопи спереду назад: а — зовн!шн!й вигляд; б — фронтальна проекщя; в — саптальна проекщя; г — на елементах металевих конструкцй
50
в 40 Е
к 30 х
I
5, 20
10 0
■!■ -I. -I-
II
5 6 7 8
Контрольш точки
1Спиц1 ■ Пластина ■ АЗФ + спиц1
II
10 11 12
Рисунок 10. Д1аграма величин максимальних напружень в контрольних точках моделей з переломом С1 при навантаженнi стопи спереду назад
Рисунок 11. Картина розподлу вщносних деформац!й в модел! з переломом типу С1, ф!ксованим нак!стковою пластиною, при навантаженнi стопи спереду назад: а — вид з мед!ального
боку; б — вид з латерального боку
Рисунок 12. Картина розпод 'шу вщносних деформащй в модел! з переломом типу С1, фксованим спицями, при навантаженнi стопи спереду назад: а — вид з мед!ального боку;
б — вид з латерального боку
Рисунок 13. Картина розпод'шу вщносних деформаций в модели з переломом типу С1, фксованим спицями та АЗФ, при навантаженн стопи спереду назад: а — вид з мед!ального боку;
б — вид з латерального боку
1,4
1,2
к 3 га
| 0,8
-В-
а> И
? 0,6
~ 0,4 CD
0,2
1.1 ||.
. И II
Латеральна
Медгальна
Зверху Знизу Спереду Ззаду
Зона максимальних деформацм
■ Спиц1 ■ Пластини ■ АЗФ + спиц1
Рисунок 14. Д'аграма максимальних величин вдносних деформац!й в контрольних точках моделей з переломом С1 при навантаженнi стопи спереду назад
Таблиця 1. Механ!чи1 характеристики матер'/ал'/в, що використовували
при моделюванн
Матерiал Модуль Юнга (Е), МПа Коефщент Пуассона, v
Кортикальна кютка 18 350 0,29
Губчаста кютка 330 0,30
Хрящова тканина 10,5 0,49
Титан ВТ-16 110 000 0,20
Таблиця 2. Величини максимальних напружень в контрольних точках моделей з переломом С1
при навантаженн стопи спереду назад
Контрольш точки Напруження, МПа
№ Елемент Зона Спиц Пластина АЗФ/спиц
1 Дистальний середина 6,5 14,1 5,8
2 Великогомткова Дистальний латеральний 3,2 7,6 2,4
3 кютка Дистальний медiальний 1,5 10,0 1,3
4 Дистальний ззаду 5,2 2,6 5,0
5 Надп'яткова кютка 1,0 1,2 0,2
6 Проксимальний спереду 17,9 17,9 18,0
7 Великогомткова Проксимальний ззаду 14,9 15 13,9
8 кютка Проксимальний латеральний 2,3 2,4 2,4
9 Проксимальний медiальний 2,4 2,4 2,4
10 Дистальна 47,2 23,9 15,1/13,5
11 Конструк^я Проксимальна 39,6 16,4 26,2/15,9
12 Зона перелому 40,7 32,8 21,4/11,3
Проведене дослщження показало, що при навантаженш стопи спереду назад моделi з переломом типу С1 при остеосинтезi нашстковими пластинами максимальна величина вщносно! деформаци визна-чаеться в нижнiй частиш кiсткового регенерату i становить 1,2 %.
Картина розподшу вiдносних деформацш в мо-делi з переломом типу С1, фiксованим спицями, при навантаженш стопи спереду назад приведена на рис. 12.
При остеосинтезi спицями вщносш деформаци максимально! величини виникають в верхнш частинi кiсткового регенерату по його периметру. Але при даному способi навантаження не спо-стериаеться зниження максимально! величини вiдносно! деформаци порiвняно з моделлю ос-теосинтезу нашстковою пластиною. Тобто максимальна вщносна деформацiя визначаеться на
рiвнi 1,2 % i спостерiгаеться в переднш частинi кiсткового регенерату. Розподш вiдносних де-формацiй в шстковому регенератi моделi з переломом типу С1, фiксованим спицями та АЗФ, при навантаженш стопи спереду назад наведено на рис. 13.
Комбшований остеосинтез спицями та АЗФ на основi стрижшв при переломах типу С1 дозволяе значно обмежити деформаци ысткового регенерату до максимально! вщносно! величини 0,51 %.
Даш про величини вщносних деформацш в шст-ковому регенерат моделей з рiзними варiантами ос-теосинтезу при навантаженш стопи спереду назад наведено у табл. 3.
Для наочного порiвняння максимальних величин вщносних деформацш в юстковому регенератi моделей з переломом С1 при навантаженш стопи спереду назад було побудовано дiаграму, яка наведена на рис. 14.
Таблиця 3. Максимально величини вщносних деформацш в контрольних точках моделей з переломом С1 при навантаженнi стопи спереду назад
Зона максимальних деформацш Вщносна деформаця, %
Спиц Пластина АЗФ + спиц
Зверху 0,33 0,12 0,20
Знизу 0,25 1,20 0,13
Спереду 1,20 0,38 0,31
Ззаду 0,77 0,54 0,51
Латеральна 0,54 0,15 0,16
Медiальна 0,0004 0,007 0,0006
Проведене дослiдження розподiлу вiдносних де-формацiй в ыстковому регенератi моделей з переломом типу С1 шд навантаженням спереду назад також подтвердило перевагу комбiнованого остео-синтезу над шшими за критерieм максимальних величин вшносно! деформацп.
Таким чином, аналiз напружено-деформованого стану моделей з переломом дистального метаепiфiза великогомшково! кiтки типу С1 довiв, що викорис-тання комбiнованого остеосинтезу спицями та АЗФ на оcновi стрижшв забезпечуе мiнiмальнi напружен-ня в ысткових елементах в дiлянцi перелому при вах типах навантаження, а також дозволяе найбшьш ефективно обмежити деформацп кicткового регенерату серед уах iнших методiв фшсацп уламыв.
Висновки
Доcлiдження напружено-деформованого стану моделей з переломом дистального метаепiфiза великогомшково! ыстки типу С1 показало, що використан-ня комбшованого остеосинтезу спицями та АЗФ на оcновi cтрижнiв забезпечуе мiнiмальнi напруження в ысткових елементах в дшянщ перелому при вшх типах навантаження, а також дозволяе найбшьш ефективно обмежити деформацп ысткового регенерату серед ушх iнших методiв фiкcацi! уламыв.
Конфлiкт iffrepeciB. Автори заявляють про вщсут-нicть конфлiктy iнтереciв при шдготовщ дано! cтаттi.
Список л^ератури
1. Корж Н.А., Романенко К.К., Торидова Л.Д., Прозоровский Д.В. Переломы костей голени на уровне дистального епиметафиза (переломы Pilona) и их последствия, диагностика и лечение // Травма. — 2012. — №12. — С. 6-10.
2. Стойко И.В., Бэц Т.В., Бэц И.Г. Функциональное лечение закрытых переломов рИоп'а // Матерiали Всеукр. наук.-практ. конф. з мiжнар. участю «Сучасш теоретичш та практичш аспекти травматологи та ортопеда», 24—25 травня 2012 року. — Донецьк, 2012. — С. 107-109.
3. Panchbhavi V.K., Gurbani B.N., Mason C.B., Fischer W. Radiographic Assessment of Fibular Length Variance: The Case for «Fibula Minus» // J. Foot Ankle Surg. — 2018. — 57(1). — Р. 91-4. doi: 10.1053/j.jfas.2017.08.013.
4. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: Справочник. — К.: На-укова думка, 1990. — 224 с.
5. Gere J.M., Timoshenko S.P. Mechanics of Material. — 1997. — P. 912.
6. Зенкевич О.К. Метод конечных элементов в технике — М.: Мир, 1978. — 519 с.
7. Алямовский А.А. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов / А.А. Алямовский. — М.: ДМКПресс, 2004. — 432 с.
Отримано 17.12.2018 ■
Васюк В.Л.1, Коваль А.А.1, Карпинский М.Ю.2, Яресько А.В.2
1ВГУЗ «Буковинский государственный медицинский университет», г. Черновцы, Украина 2ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков, Украина
Математическое моделирование вариантов остеосинтеза переломов дистального метаэпифиза большеберцовой кости типа С1
Резюме. Актуальность. Переломы пилона достаточно часто являются компонентом политравмы. Частота этих переломов в общей структуре повреждений скелета составляет 1—7 %. Переломы данной локализации являются лидерами по количеству осложнений (до 30 %) и неудовлетворительных последствий. Причинами такого положения оказываются в первую очередь нарушение кровоснабжения в зоне перелома и технические проблемы при выполнении оперативного вмешательства. Цель: на математической модели изучить механические особенности различных вариантов остеосинтеза большеберцовой кости с переломом дистального метаэпифиза типа С1 по классификации Ассоциации остеосинтеза (АО). Материалы и методы. Была разработана математическая модель дистальной части нижней конечности, содержащей костные элементы голени и стопы, на которой моделировали переломы дистального метаэпифиза большеберцовой кости типа С1 по классификации АО. В качестве контроля использовали модели с фиксацией отломков накостной пластиной. Также был промоделирован комбинированный вариант фиксации костных отломков при переломах дистального метаэпифиза большеберцовой кости типа С1
с помощью спиц и аппарата внешней фиксации (АВФ) на основе стержней. Результаты. Проведенное исследование позволяет сделать вывод, что при наличии перелома дистального метаэпифиза типа С1 по критерию обеспечения минимальных напряжений в области перелома при всех типах нагрузки метод комбинированного остеосин-теза спицами и АВФ на основе стержней имеет преимущество перед другими методами фиксации отломков. Исследование распределения относительных деформаций в костном регенерате моделей с переломом типа С1 под нагрузкой спереди назад также подтвердило преимущество комбинированного остеосинтеза перед другими по критерию максимальных величин относительной деформации. Выводы. Исследование напряженно-деформированного состояния моделей с переломом дистального метаэпифиза большеберцовой кости типа С1 показало, что использование комбинированного остеосинтеза спицами и АВФ на основе стержней обеспечивает минимальные напряжения в костных элементах в области перелома при всех типах нагрузки, а также позволяет наиболее эффективно ограничить деформации костного регенерата среди всех других методов фиксации отломков.
V.L. Vasyuk1, O.A. Koval1, M.Yu. Karpinsky2, O.V. Yaresko2
1State Higher Education Institution of Ukraine "Bukovinian State Medical University", Chernivtsi, Ukraine
2State Institution "Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the National Academy of Medical Sciences of
Ukraine", Kharkiv, Ukraine
Mathematical modeling of options for osteosynthesis of distal tibial metaphyseal fractures type C1
Abstract. Background. Pilon fractures are often a component of polytrauma. The frequency of these fractures in the overall structure of skeletal damage is 1—7 %. Fractures of this localization are leaders in terms of the number of complications (up to 30 %) and adverse effects. The causes of this situation are, first of all, disturbances of blood supply in the fracture zone and technical problems when performing surgical intervention. The purpose was to study the mechanical features of different types of osteosynthesis for distal tibial metaphyseal fractures type C1 according to the AO classification using the mathematical model. Materials and methods. A mathematical model of the distal part of the lower limb containing the bone elements of the tibia and foot was developed, on which distal tibial metaphyseal fractures type C1 according to the AO classification were modeled. As controls, models were used with fragment fixation by means of external plate. Also, a combined type of bone fragment fixation was modeled for distal tibial metaphyseal fractures type C1, with the help of wires
and external fixation device (EFD) on the basis of rods. Results. The conducted study allows us to conclude that in the presence of distal tibial metaphyseal fractures type C1, according to the criterion of providing minimum stresses in the fracture site for all types of loads, the method of combined osteosynthesis with wires and EFD on the basis of rods has an advantage over other methods of fragment fixation. The study on the distribution of relative deformations in bone regenerate of models with type C1 fracture under anteroposterior loads also confirmed the advantage of combined osteosynthesis over the others according to the criterion of maximum values of relative deformation. Conclusions. The study of the stress strain state of models with distal tibial metaphyseal fractures type C1 showed that the use of combined osteosynthesis with wires and EFD on the basis of the rods provides minimal stresses in bone elements in the fracture site in all types of loads, and also the most effective restriction of bone deformation among all other methods of fragment fixation.
