Научная статья на тему 'Методика проектной оценки геометрических параметров накостных конструкций для биологического остеосинтеза'

Методика проектной оценки геометрических параметров накостных конструкций для биологического остеосинтеза Текст научной статьи по специальности «Медицина и здравоохранение»

CC BY
28
7
Поделиться
Журнал
Травма
Ключевые слова
БИОЛОГИЧЕСКИЙ НАКОСТНЫЙ ОСТЕОСИНТЕЗ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / БіОЛОГіЧНИЙ НАКіСТКОВИЙ ОСТЕОСИНТЕЗ / МОДЕЛЮВАННЯ

Аннотация научной статьи по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Шайко-шайковский А. Г., Илык А. Б., Олексюк И. С., Василов В. М., Билык С. В.

В работе рассмотрена методика проектной оценки с помощью компьютерного моделирования накостных пластин для биологического остеосинтеза с заданными демпфирующими характеристиками. Методика позволяет на этапе проектирования задавать геометрические параметры накостных пластин в зависимости от анатомических особенностей пострадавших, их возраста, вида перелома.

Похожие темы научных работ по медицине и здравоохранению , автор научной работы — Шайко-Шайковский А.Г., Илык А.Б., Олексюк И.С., Василов В.М., Билык С.В.,

Methods of Project Evaluation of Geometrical Parameters of Fixation Devices for Biological Osteosynthesis

The article deals with the technique of project evaluation using computer simulation of bone plates for biological plates with specified damping characteristics. At the stage of designing this technique enables to specify geometric parameters of bone plates depending on the anatomical features of the victims, their age, the type of fracture.

Текст научной работы на тему «Методика проектной оценки геометрических параметров накостных конструкций для биологического остеосинтеза»

 Лікарю, що практикує ГКЧОПЦ ДО

To General Practitioner іравма

УДК 616.71-001.5-089.84:669.295 ШАЙКО-ШАЙКОВСКИЙ А.Г., ИЛЫКА.Б.

Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича ОЛЕКСЮКИ.С., ВАСИЛОВ В.М.

Областная клиническая больница, г. Черновцы БИЛЫК С.В.

Черновицкий центр ортопедии и травматологии

МЕТОДИКА ПРОЕКТНОЙ ОЦЕНКИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАКОСТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОСТЕОСИНТЕЗА

Резюме. В работе рассмотрена методика проектной оценки с помощью компьютерного моделирования накостных пластин для биологического остеосинтеза с заданными демпфирующими характеристиками. Методика позволяет на этапе проектирования задавать геометрические параметры накостных пластин в зависимости от анатомических особенностей пострадавших, их возраста, вида перелома. Ключевые слова: биологический накостный остеосинтез, моделирование.

Введение

В настоящее время в травматологии и ортопедии все более популярной становится концепция остеосинтеза, принципами которой являются максимально стабильное соединение обломков с возможностью их микроподвижности при условии безиммобилизацион-ного режима пациента в послеоперационном периоде и сохранение максимального кровоснабжения зоны перелома. Как считает большинство последователей [1] , микроподвижность должна обеспечиваться в таких пределах, которые сопоставимы с деформативностью целой неповрежденной кости. Именно такие условия иммобилизации в максимальной степени благоприятствуют успешному и эффективному протеканию репаративных процессов, образованию первичного и вторичного мозоля, срастанию обломков.

Материалы и методы

Создание накостных фиксирующих конструкций с заранее заданными свойствами — важная и актуальная задача, стоящая перед разработчиками нового медицинского инструментария. Успешное решение такой задачи невозможно без использования современных методов математического моделирования и компьютерной техники.

Создание накостных конструкций, использующих принципы биологического остеосинтеза, позволяет ускорить процессы репарации, делая более эффективным и качественным процесс срастания обломков.

В работе рассмотрена конструкция накостной пластины для остеосинтеза [3] (рис. 1).

Рисунок 1. Общий вид накостной зигзагоподобной демпфирующей пластины для остеосинтеза

Конструкция такой пластины позволяет, с одной стороны, обеспечить необходимый приток крови к месту перелома, а с другой — создать достаточные демпфирующие свойства для всей конструкции благодаря наличию на корпусе пластины своеобразных колен — зигзагов.

Демпфирующие свойства такой конструкции в направлении ее продольной оси зависят от нескольких факторов: материала пластины, размеров ее поперечного сечения, поперечных и продольных размеров каждого колена, количества таких колен.

© Шайко-Шайковский А.Г., Илык А.Б., Олексюк И.С., Василов В.М., Билык С.В., 2013 © «Травма», 2013 © Заславский А.Ю., 2013

Том 14, №2 • 2013

www.mif-ua.com

129

Деформативность всей биотехнической системы «отломки кости — накостный фиксатор» определялась из величины продольной деформации соответствующего участка целой неповрежденной кости, для чего использовался закон Гука в абсолютных значениях:

Р • I

(1)

Al, =

k

Ек • Fk

где А1к — абсолютная продольная деформация соответствующего участка целой кости; Р — величина внешней сжимающей силы, равная весу пациента; 1к — длина синтезируемого участка; Ек— модуль упругости 1-го рода кортикального вещества кости; ^ — площадь поперечного сечения синтезируемой кости.

Результаты и их обсуждение

Величина продольной деформации зигзагоподобной пластины должна быть равна или достаточно

близка к величине АІ, независимо от того, какие по-к

перечные и продольные размеры имеют каждое колено, сечение пластины или количество колен.

Деформативность каждого такого участка кости вычислялась с помощью так называемых энергетических методов определения перемещений в стержневых системах, а именно — интегралов Мора. Каждый такой интеграл можно определить графоаналитическим методом, который сводится к формуле Верещагина:

S =

ю У

і і

EI ’

(З)

ах3 + bx2 + d = 0,

(З)

где і = 1, 2, 3... п — число грузовых участков конструкции; ю. — площадь грузовой эпюры изгибающих моментов от внешней нагрузки на участки с номером І; У. — ордината на единичной эпюре, находящаяся под центром тяжести грузовой эпюры на этом же ;-м участке; Е — модуль упругости 1-го рода материала фиксатора; І — осевой момент инерции поперечного сечения накостной пластины.

В работе решена обратная задача: по заданной требуемой величине деформативности 8 = А1к определялись необходимые геометрические параметры накостного фиксатора. Для этого учитывались фиксированная длина колена пластины и размеры ее поперечного сечения, определялась неизвестная глубина каждого колена. Задача сведена к решению неполного кубического уравнения:

где а, Ь, с — коэффициенты, величина которых зависит от перечисленных выше геометрических параметров, характеризирующих конструкцию накостной пластины.

Составленная математическая модель позволяет учитывать геометрические характеристики (толщину и ширину прямоугольного сечения) пластины, а также длину, глубину каждого колена, материал конструкции.

Рисунок 2. Диаграмма зависимости осевых перемещений одноколенной пластины от геометрических параметров конструкции (по горизонтальным осям отложены ширина и толщина корпуса пластины, по вертикальной оси — осевая деформация)

Для решения уравнения (3), действительные корни которого дают глубину изгиба зигзагоподобной пластины, а также для оценки влияния размеров поперечного сечения различных типоразмеров накостных пластин разработана специальная компьютерная программа, работающая в оболочке Ое1рЫ.

Проведенные соответствующие расчеты на персональных компьютерах позволили получить зависимости размеров сечения для заданной заранее деформа-тивности и соответствующую им величину глубины изгиба демпфирующего колена зигзагообразной пластины. Моделирование осуществлено для 1-, 2- и 3-ко-ленной конструкции накостной пластины.

На рис. 2 представлена графическая зависимость величины необходимой глубины изгиба зигзагообразной пластины в соответствии с изменением размеров поперечного сечения накостного фиксатора по заданной осевой деформации для конструкции с одним коленом.

Аналогичные диаграммы получены для 2- и 3-ко-ленных конструкций. В качестве материала для накостной пластины принята биоинертная хромо-никелево-титановая сталь 12Х18Н9Т. Анализ диаграммы, представленной на рис. 2, позволяет оценить влияние различных параметров на искомую функцию, установить тенденцию изменения искомого параметра, определить наиболее сильно влияющие на величину искомой функции факторы.

Выводы

1. Разработана и предложена компьютерная методика биомеханического обоснования и выбора геометрических параметров зигзагообразных демпфирующих накостных конструкций для биологического остеосинтеза.

2. Разработанная методика позволяет на этапе проектного моделирования определять величину и необходимое количество изгибов на корпусе накостного фиксатора, зависящие от типа и вида перелома.

3. Методика позволяет определять необходимые геометрические параметры накостных фиксаторов для

130

Травма, ISSN 1608-1706

Том 1Д, №2 • 2013

каждой возрастной группы пациентов, имеющих разную толщину кортикального вещества в костях в соответствии с международной классификацией Ыпёа1.

4. Методика позволяет определять необходимые геометрические параметры накостных фиксаторов, изготовленных из различных биоинертных материалов.

Список литературы

1. Анкин Л.Н. Биологический остеосинтез — новые направления современных методов хирургического лечения переломов/Л.Н.Анкин // Ортопедия, травматология. — 1997. — № 4. — С. 127-130.

2. Тяжелое О.А. Математичне моделювання діафі-зарних деформацій довгих кісток / О.А. Тяжелов, Н.Д. Полєтаєва, К.К. Романенко, А.Д. Горидова, Д.В. Прозоровський // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2010. — № 3. — С. 61-63.

3. Пат. 67676 Україна, МПК А61В 17/42. Демпфуюча деротаційна зигзагоподібна накісткова пластина для остеосинтезу / О.Г. Шайко-Шайковський, І.С. Олек-сюк, С.В.Білик,М.С. Назарак, В.М. Сапожник,М.М.Шваб; Заявл. 04.01.2012; Опубл. 27.02.2012; Бюл. № 4.

Получено 18.04.13 □

Шайко-Шайковский А.Г., ІликА.Б.

Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича Олексюк І.С., Василов В.М.

Обласна клінічна лікарня, м. Чернівці Білик С.В.

Чернівецький центр ортопедії та травматології

МЕТОДИКА ПРОЕКТНОЇ ОЦІНКИ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НАКІСТКОВИХ КОНСТРУКЦІЙ ДЛЯ БІОЛОГІЧНОГО ОСТЕОСИНТЕЗУ

Резюме. У роботі розглянуто методику проектної оцінки за допомогою комп’ютерного моделювання накісткових пластин для біологічного остеосинтезу із заданими демпфуючими характеристиками. Методика дозволяє на етапі проектування задавати геометричні параметри накісткових пластин залежно від анатомічних особливостей постраждалих, їх віку, виду перелому.

Ключові слова: біологічний накістковий остеосинтез, моделювання.

Shayko-ShaYkovskyA.G., IlykA.B.

Chernivtsi National University named after Yu. Fedkovich OleksyukI.S., Vasilov V.M.

Regional Clinical Hospital, Chernivtsi Bilyk S.V.

Chernvtsi Center or Orthopedics and Traumatology, ChernMsi, Ukraine

METHODS OF PROJECT EVALUATION OF GEOMETRICAL PARAMETERS OF FIXATION DEVICES FOR BIOLOGICAL OSTEOSYNTHESIS

Summary. The article deals with the technique of project evaluation using computer simulation of bone plates for biological plates with specified damping characteristics. At the stage of designing this technique enables to specify geometric parameters of bone plates depending on the anatomical features of the victims, their age, the type of fracture.

Key words: biological osteosynthesis, modeling.

Tom 14, №2 • 2013

www.mif-ua.com

131