CC BY
50
I
Орипнальы досл1дження
Original Researches
Травма
УДК 617.583/.584-007.2-089.22-053.2(045)
ХМИЗОВ С.О., ПРОЗОРОВСЬКИЙA.B., СУББОТА I.A., СРШОВ Д.В.
ДУ «1нститут патологи хребта та суглоб'в iMeHi проф. M.I. Ситенка НАМНУ», м. Харюв, Укра'на
НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ПРОКСИМАЛЬНОГО В|ДД|ЛУ ВЕЛИКОГОМ1ЛКОВО1 ЮСТКИ ДИТИНИ ПРИ TIBIA VARA В УМОВАХ ОДНОБ1ЧНОГО БЛОКУВАННЯ ПРОКСИМАЛЬНО! РОСТКОВО! ЗОНИ ФкСАТОРАМИ Р13НИХ ТИП1В
Резюме. Актуальнсть. Сучасним стандартом юрурпчного л^вання фронтальних епiметафiзарнихдефор-ма^й колнного суглоба у дтей е метод керованого росту. Для тимчасового блокування ростковоi зони використовуються рiзнi фксатори: скоби Блаунта, пластини з гвинтами. Проте до^дження, присвяченi ви-вченню напружено-деформованого стану при використаннi зазначених фiксаторiв, вiдсутнi. Мета: досл^кення напружено-деформованого стану моделi проксимального в^лу великогомлковоi юстки дитини при однобiчному блокуванн ростковоi' зони фiксаторами рiзних тинв в умовах навантажень, характерних для tibia vara.
Матерали i методи. За допомогою програми Solid Works створена i проаналiзована методом юнцевих елемент 3й-модель проксимального вiддiлу великогомлковоi юстки дитини з латеральним блокуванням одним iз 3 фiксаторiв: скоба Блаунта, блокована пластина, стандартна пластина в умовах навантаження, характерних для tibia vara.
Результати. В умовах навантаження, характерних для tibia vara, вдзначено збльшення напружень у ме-дiальнiй частинi ростковоi зони. При однобiчному блокуванн фксаторами виявлено новi зони пдвищених навантажень у кiстковiй тканин метаепiфiза нижче вд ростковоi зони. Найбльше напруження у фксаторах вдзначено в зон контакту проксимального гвинта з пластиною, а також у верхнiй частин скоби. Висновок. Варусна деформа^я проксимального в^лу великогомлковоi юстки веде до пдвищення навантажень у ме^альнй частинi проксимальноi ростковоi зони. Використання рiзних фiксаторiв для одно-бiчного блокування проксимальноi ростковоi зони великогомлковоi юстки призводить до появи вiдмiнних напружень у проксимальному ii епiметафiзi. До мiнiмального пдвищення напружень у кiстковiй тканинi ме-тафiза приводять варiанти фiксацi¡ iз застосуванням пластин, а використання скоб Блаунта значно пдви-щуе напруження в кiстковiй тканин в длянц розташування скоб. Ключом слова: керований рост, метод юнцевих елеменлв, скоба Блаунта, 8-plate.
Дослщження виконано в рамках НДР «Вивчити морфолопчш змши та особливост функцюнування росткових зон довгих исток юнщвок в умовах 1'х тимчасового блокування» (№ 0114U003017).
Вступ
Фронтальш епiметафiзарнi деформаци колшного суглоба (ФЕДКС) (genu varum, genu valgum) e пошире-ною ортопедичною патолопею у дггей [3]. Тимчасове однобiчне блокування ростково'1 зони (ТОБ РЗ) мета-левим фшсатором ефективно використовуеться для хiрургiчного л^вання ФЕДКС у дггей, що дозволяе досягти поступово'1 корекци деформаци за рахунок створення асиметричного росту ростково'1 зони оперо-вано1 истки, тобто без виконання остеотоми (рис. 1) [2, 10, 11].
У хiрургiчнiй практищ на даний час використовуються деилька фiксаторiв, що розроблеш безпосеред-ньо для ТОБ РЗ: 1) скоби Блаунта; 2) стандартш плас-
Адреси для листування з авторами: Хмизов Серий Олександрович E-mail: [email protected] Прозоровський Дмитро ВШамшович E-mail: [email protected] Суббота 1гор Анатолшович E-mail: [email protected] бршов Дмитро Валершович E-mail: [email protected]
© Хмизов С.О., Прозоровський Д.В., Суббота I.A.,
бршов Д.В., 2016 © «Травма», 2016 © Заславський О.Ю., 2016
* i
Рисунок 1. Принцип дп методу ТОБ РЗ довгих
меток: ++ — вщображае механмну ось
юнщвки;.....> — показуе асиметричне зростан-
ня на сторонi, протилежнй в!д розташування пластини
тини (СтПл) iз двома отворами (8-р1а1е (ОйоИх) та 1'х аналоги); 3) блокованi пластини (БлПл) (рис. 2) [3, 6]. Зазначеш фiксатори мають рiзнi конструктивш осо-бливостi, якi можуть впливати на характер розподiлу напруження в дтянщ ростково'1 зони, що, у свою чергу, може сприяти виникненню ускладнень, пов'язаних iз використанням даних фiксаторiв (мiграцií, порушен -ню цшсносл фiксатора) [5].
На сьогоднi день у лiтературi вiдсутнi роботи з до-слiдження напружено-деформованого стану ешмета-фiзарного вiддiлу кiстки дитини в умовах однобiчного блокування 11 ростково'1 зони.
Мета роботи: дослщження напружено-деформо-ваного стану моделi проксимального вщдту велико-гомтково'' кiстки (ВГК) дитини iз латеральним бло-
п
А_Б_В_
Рисунок 2. Види ф!ксатор!в, що застосовуються для тимчасового блокування росткових зон довгих ксток к!нц1вок: А — пластина 8-plate (Ortofix); Б — пластина з кутовою стаб'шьн'/стю гвинт!в (РНПЦ, Б1лорус1я); В — скоба Блаунта
куванням ростково! зони ф1ксаторами р1зних титв в умовах навантажень, що характерш для tibia vara.
Матер1али та методи
Структурною особлив1стю довгих исток у д1тей е наявшсть ростково! зони, що представлена хрящо-вою тканиною, та роздшяе епiфiз i метафiз. Структура трубчатих исток неоднородна: дiафiзарний в1д-дiл кiстки складаеться переважно з кортикально! тканини, а проксимальний та дистальний епiфiзи мають тонкий шар кортикально! ыстки, внутрiшнiй об'ем заповнений губчастою кiсткою, що мае iншi механiчнi властивостi. У випадку даного досл1джен-ня вирiшено, що при дослщженш епiфiза, де структура ыстки бшьш однорiдна, немае необхщносп створювати шари кортикально! та губчасто! ткани-ни. На основi аналiзу комп'ютерно! томографй' iз 3D-реконструкцiею великогомшково! кiстки 10 дiтей вiком в1д 5 до 10 рокiв шляхом визначення середшх параметрiв довжини ыстки, поперекових розмiрiв дiафiза та проксимального епiметафiзарного Г! в1дд1-лу була створена 3D-модель проксимального вiддiлу ВГК ыстки дитини 8 роыв, яка мала росткову зону товщиною 3 мм (рис. 3). Моделювання та розрахунки проведенi iз використанням програм Solid Works 2008 та COSMOS Works.
Мехашчш характеристики елементiв моделi (к1ст-кова, хрящова тканина) з лггературних джерел мають дуже великий диапазон значень i залежать в1д в1ку. На-приклад, межа мщноста к1стково! тканини ВГК у вщ1 5 рок1в становить 6,77—7,06 МПа, а тсля 25 рок1в — 2,55— 5,88 МПа. Для нашого досл1дження ми обрали середн1 показники механ1чних властивостей к1стково! тканини м1ж губчастою та кортикальною к1сткою для елемент1в моделей. Характеристики матер1ал1в, використаних при розрахунках моделей, наведен1 в табл. 1 [9].
На основ1 розроблено! модел1 проксимального в1д-д1лу ВГК дитини були створен1 додатков1 3 модел1, в яких виконано одноб1чне блокування трьома р1зними ф1ксуючими пристроями, що використовуються при л1куванн1 ФЕДКС у д1тей: 1) модель, в яый одноб1чне блокування проксимально! РЗ виконано скобами Блаунта: 2) модель, в яый для блокування РЗ використана блокована пластина (пластина з кутовою стабтьшстю гвинт1в); 3) модель 1з стандартною пластиною, в яый
Таблиця 1. Характеристики матер'1ал'в
Назва елемента Матерiал Модуль пруж- HOCTÍ, МПа Коеф^ щент Пуассона Межа мщ-HOCTÍ при стисканнi, МПа
Дистальна частина моделi Кортикальна кютка 5000 0,29 5
Проксимальна частина моделi Кортикальна кютка 5000 0,29 5
Середня частина моделi (росткова зона) Хрящова тканина 500 0,35 2,5
Пластина Титановий сплав TÍ-6AI-4V 10480 0,31 827
Елементи кртлення (гвинти) Титановий сплав TÍ-6AI-4V 10480 0,31 827
Скоби Титановий сплав TÍ-6AI-4V 10480 0,31 827
можлива змша кута розташування гвинтiв вщносно пластини (рис. 4).
Довжина гвинтав у моделях дорiвнювала половинi перетину проксимального еmфiза истки.
ВГК витримуе (пiддаeться) одночасно декiлька рiз-них ввддв навантажень. Для нашого дослщження ми обрали навантаження, що виникае у фазi одноопорно-го стояння, — осьове (рис. 5). Вщомо, що при варуснш деформаци колшного суглоба вiдбуваeться перерозпо-дiл навантажень на мед1альний i латеральний виростки ВГК, зi збiльшенням навантаження на медiальний ви-росток [4].
Для забезпечення необхщних зони та напрямку навантаження ми застосували додатковi елементи навантаження, що контактували безпосередньо з виростками великогомшково! кiстки. При наванта-женнi величина сили, прикладено! до обох наванта-
жувальних елементiв, становила 200 Н (що дорiвнюe 20,39 кг).
При моделюванш навантаження на виростки ВГК при нормальних осьових взаемовщносинах у колш-ному суглобi (в нормi) навантаження на медiальний i латеральний виростки було розподтено рiвномiрно, тобто по 50 %.
Враховуючи данi iснуючих дослiджень [1, 7], для моделювання навантажень на виростки ВГК, що ха-рактерне для йЫа уага, розподiл виконали так: 60 % на елемент, що навантажуе медiальний виросток, та 40 % на елемент, що навантажуе латеральний виросток. Дистальна частина истки була жорстко за-кршлена, що необхщно для проведення дослщжен-ня. Таке вщдалене розташування зони кршлення не призводило до додаткового впливу на область досль дження.
Рисунок 3. Модель великогомшково!' кстки дитини, що зростае: А — зовн'шнй вигляд спереду; Б — зовн!шн!й вигляд збоку; В — росткова зона спереду (наближено); Г — росткова зона збоку (наближено)
Рисунок 4. Модели, в яких виконано латеральне блокування проксимально! ростково! зони великогомшково! к!стки: А — 3 скобами Блаунта; Б — блокованою пластиною; В — стандартною пластиною
Таким чином, виконано серiю моделювань наван-таження проксимального вщдлу ВГК: 1) у нормц 2) в умовах tibia vara; 3) в умовах tibia vara та однобiчного блокування проксимально! ростково! зони фшсатора-ми рiзних типiв (скоба Блаунта; стандартна пластина; блокована пластина).
Резудьтати
При aнaлiзi напружено-деформованого стану (НДС) проксимального вщдту ВГК в нормi та в умовах на-вантаження, характерного для tibia vara, вiдмiчaeться перемщення зони нaйбiльшого напруження в длянку проксимально! ростково! зони та збтьшення величини максимального напруження з 0,339 до 0,610 МПа (рис. 6).
Крiм того, слщ зазначити, що i в нaпруженнi проксимально! ростково! зони ВГК вщбулись змiни: збть-
Рисунок 5. Схема навантаження моделей великогом!лково/ к!стки: А — зона навантаження при осьовому навантаженн моделей; Б — зона крплення при осьовому навантаженн! моделей
шилась величина максимального напруження в лате-ральнш частиш з 0,103 до 0,514 МПа; i в медiальнiй — з 0,059 до 0,201 МПа (рис. 7, 8).
Також збтьшилась загальна площа напруження вище в1д 0,03 МПа з 0,49 до 1,98 %, причому переважно завдяки латеральнш дiлянцi (рис. 8).
Анал1з НДС у проксимальному вщдш ВГК в умовах однобiчного блокування ростково! зони (рис. 9) показав, що застосування фшсуючих елеменпв призводить до появи ново! зони тдвищених напружень нижче в1д ростково! зони, яка виникае завдяки перенесенню навантаження на скоби, пластини та гвинти. Напруження в истковш тканиш в далянщ розташування гвинтiв i скоб зростае. При застосуванш скоби Блаунта напруження шдвищуеться до 1135 МПа, а при застосуванш пластин — до 741,6 МПа (блокована пластина) та 630,7 МПа (стандартна пластина). До найменшого пдвищення напруження приводять варiанти фшсаци з використанням пластин. Крiм того, вiдбуваеться змен-шення напруження в медiальному виростку великого-мiлково! кiстки при вшх видах фшсаци.
В усiх випадках використання пластин найбшьше напруження розташовуеться в зонi контакту верх-нього гвинта з пластиною, а у випадках викорис-тання скоб Блаунта — у скоб^ розташованш най-бiльш дорзально (рис. 10). Максимальш напруження розподiлилися так: у скобi Блаунта — 2747 МПа, у стандартны пластинi — 2769 МПа, а при фшсацп блокованою пластиною — 4114 МПа. Ця зона шд-вищеного напруження розташовуеться за межами кiстково! тканини, а в межах ыстково! тканини най-бiльшi напруження спостерiгаються у гвинтах, роз-ташованих внизу.
Б
Рисунок 6. Розподл напруження в проксимальному вщдШ великогомлковоi юстки: А — при симетричному навантаженн! на виростки; Б — при навантаженш, що характерне для tibia vara
А
1
Рисунок 7. Розподл напруження в проксимальной ростковй зонi великогомлковоi к!стки: А — при симетричному навантаженш на виростки; Б — при навантаженш, що характерне для tibia vara
Б
Використання скоб дозволяе знизити напруження в медiальнiй частинi ростково! зони, а в латеральнш напруження залишаються досить високими — 0,581 МПа. При застосуванш пластини та гвинтав максимальне напруження припадае на медiальну дiлянку велико-
гомшково! кiстки i становить 0,189 МПа (блокована пластина) та 0,191 МПа (стандартна пластина). Слд зазначити, що використання пластини з гвинтами призводить до появи зон шдвищеного напруження в дтянщ розташування кшщв гвинтiв iз величиною на-
Рисунок 8. Розподл напруження в ростковй зон! з величиною напруження вище вд 0,03 МПа: А — при симетричному навантаженн! на виростки; Б — при навантаженн!, що характерне для tibia vara
Рисунок 9. Розподл напруження в проксимальному в'/дд/л/ великогом!лково/ к!стки при навантаженнi на виростки, характерному tibia vara: А — без фiксуючих елемент!в; Б — при однобiчному блокуванн ростковоi зони 3 скобами Блаунта; В — при однобiчному блокуванн ростковоi зони БлПл; Г — при однобiчному блокуванн ростковоi зони СтПл
Рисунок 10. Розподл напруження у ф!ксуючих елементах при навантаженнi на виростки, характерному для tibia vara: А — модель, де для однобiчного блокування ростковоi зони використан 3 скоби Блаунта; Б — модель, де використана БлПл; В — модель, де використана СтПл
пруження близько 0,036 МПа в обох випадках (рис. 11, рис. 12).
Використання фшсуючих елементав дозволяе сутте-во знизити обсяг напружень вище вiд 0,03 МПа в рос-тковiй зонi. Так, при використанш скоби Блаунта цей показник становить 3,32 % в1д загального обсягу рост-ково'1 зони, блоковано'1 пластини — 1,17 % в1д загального обсягу ростково! зони, стандартно! пластини —
1,12 % вщ загального обсягу ростково! зони. Якщо не використовувати фшсуючих елеменпв, цей показник становить 1,98 %. Це свщчить про зменшення обсягу зон напруження на 30—40 %.
Обговорення
Використання рiзних фiксаторiв для однобiчного блокування проксимально! РЗ ВГК призводить до по-
Рисунок 11. Розподл напруження в ростковй зон! при навантаженн1 на виростки, характерному для tibia vara: А — без фксуючих елемент!в; Б — при однобiчному блокуванн! ростковоi зони 3 скобами Блаунта; В — при однобiчному блокуванн ростковоi зони Í3 використанням БлПл; Г — при однобiчному блокуванн ростковоi зони iз використанням СтПл
Рисунок 12. Розподл напруження в ростковй зон! величиною напруження вище в д 0,03 МПа при навантаженнi на виростки, характерному для tibia vara: А — без фiксуючих елемент!в; Б — при однобiчному блокуванн ростковоi зони 3 скобами Блаунта; В — при однобiчному блокуванн ростковоi зони iз використанням БлПл; Г — при однобiчному блокуванн ростковоi зони iз використанням СтПл
яви неоднор1дних напружень у проксимальному и еш-метаф1з1, при цьому фшсатор частково сприймае та переносить навантаження Í3 концeнтрацiею напружень у мeтафiзарному вщдш истки. Також слщ вiдзначити, що при використанш пластин i3 гвинтами характер пeрeдачi навантаження не змiнюеться, хоча мае мюце незначне зменшення величин максимального напруження в ростковш зош при використаннi БлПл. При використанш скоб Блаунта визначаеться виражена асимeтрiя НДС ростково! зони i3 суттевим пдвищен-ням напруження в дтянщ розташування фiксаторiв. При використаннi стандартно! пластини iз 2 гвинтами найбтьше напруження вiдзначаеться у зонi розташування гвинта, що введений у мeтафiз. Щ данi можуть пояснювати причину ускладнень методики ТОБ РЗ при лшуванш tibia vara, що проявляються у порушeннi цiлiсностi гвинта, введеного у мeтафiз [8].
Висновки
При дослiджeннi створено! кiнцeво-eлeмeнтно! модeлi ВГК вiдзначаеться збiльшeння напруження в мед1альнш частинi ростково! зони при навантаженш, характерному для tibia vara. Використання рiзних фш-саторiв для однобiчного блокування проксимально! РЗ ВГК призводить до появи вщмшних напружень у проксимальному Г! eпiмeтафiзi. В умовах однобiчного блокування латерально! частини ростково! зони ВГК до мМмального тдвищення напруження в кiстковiй тканиш мeтафiза приводять варiанти фiксацi! iз засто-суванням пластин, а використання скоб Блаунта зна-чно шдвищуе напруження в кiстковiй тканинi в област розташування скоб.
Конфлiкт штерес1в. Автори заявляють про вщсут-нiсть конфлiктiв штерешв, автори не мають будь-яко! спонсорсько! фiнансово! допомоги.
Список л1тератури
1. Бурлаков Э.В. Биомеханический анализ характера нагружения межмыщелковой поверхности коленного сустава во фронтальной проэкции [Текст] / Э.В. Бурлаков, Д.В. Алатов, В.Д. Макушин, Л.Л. Са-блукова //Медицинская техника. — 2008. — № 2. — С. 27-32.
2. Кенис В.М. Коррекция деформаций нижних конечностей у детей с помощью метода управляемого роста / Кенис В.М., Клычкова И.Ю., Мельченко Е.В. и соавт. // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. — 2013. — № 4. — С. 50-55.
3. Корж Н.А. Метод временного блокирования зон роста при лечении деформаций нижних конечностей у детей (обзор литературы) / Н.А. Корж, С.А. Хмызов, А.И. Корольков, Д.В. Ершов //Ортопедия, травматология и протезирование. — 2013. — № 2. — С. 114-121.
4. аменач Б.1. Фактор навантаження суглоба i його роль в теоретизацНортопедичноИ науки/Б.1. аменач, Б.А. Пустовойт, 6.П. Бабуркта та ш. // Ортоnедiя, травматологья та протезування. — 1995. — № 2. — С. 3-10.
5. Burghardt R.D. A technical note on improved instrumentation for Blount staple insertion / R.D. Burghardt, A.D. Kanellopoulos, J.E. Herzenberg// J. Children's Orthopaedics. — 2012. — Vol. 6(4). — Р. 347-350. — Doi: 10.1007/s11832-012-0422-2.
6. Burghardt R.D. Mechanical failures of eight-plateguid-ed growth system for temporary hemiepiphysiodesis / R.D. Burghardt, S.C. Specht, J.E. Herzenberg// J. Pedi-atr. Orthop. — 2010 Sep. — № 30(6). — Р. 594-7. — Doi: 10.1097/BP0.0b013e3181e4f591.
7. Heller M.O. The influence of alignment on the musculoskeletal loading conditions at the knee / M.O. Heller, W.R. Taylor, C. Perka et al. //Langenbecks Arch. Surg. — 2003 Oct. — № 388(5). — P. 291-7.
8. Oto M. Adolescent Blount disease in obese children treated by eight-plate hemiepiphysiodesis / M. Oto, G. Yilmaz, Bowen J.R. et al. // Eklem Hastalik. Cerrahisi. — 2012 Apr. — № 23(1). — P. 20-4.
9. Skeletal Tissue Mechanics / Martin R.B., Burr D.B., Sharkey N.A., Fyhrie D.P. — London.: Springer, 2015. — 500 p.
10. Stevens P.M. Guided growth for angular correction: a preliminary series using a tension band plate / P.M. Stevens // J. Pediatr. Orthop. — 2007. — № 27(3). — P. 253-9.
11. Yilmaz G. Guided growth with a noncannulated screw-plate system for angular deformity of the knee: a preliminary report / G. Yilmaz, M. Oto, A.M. Thabet// J. Pediatr. Orthop. — 2014 Apr-May. — № 34(3). — P. 336-45.
Отримано 03.03.16 ■
Хмызов С.А., Прозоровський Д.В., Суббота И.А., Ершов Д.В.
ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов имени проф. Н.И. Ситенко НАМНУ», г. Харьков, Украина
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОКСИМАЛЬНОГО ОТДЕЛА БОЛЬШЕБЕРЦОВОЙ КОСТИ РЕБЕНКА ПРИ TIBIA VARA В УСЛОВИЯХ ОДНОСТОРОННЕГО БЛОКИРОВАНИЯ ФИКСАТОРАМИ
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
Резюме. Актуальность. Современным стандартом хирургического лечения фронтальных эпиметафизарных деформаций коленного сустава у детей является метод управляемого роста. Для временного блокирования зоны роста используются различные фиксаторы: скобы Блаунта, пластины, винты, однако исследования, посвященные изучению напряженно-деформированного состояния при использовании указанных фиксаторов, отсутствуют.
Цель: исследование напряженно-деформированного состояния модели проксимального отдела большеберцовой кости с односторонним блокированием ростковой зоны фиксаторами разных типов в условиях нагрузок, характерных для tibia vara.
Материалы и методы. С помощью программы Solid Works создана и проанализирована методом конечных элементов 3Б-модель проксимального отдела большеберцовой кости ре-
бенка с латеральным блокированием одним из 3 фиксаторов: скоба Блаунта, блокируемая пластина, стандартная пластина в условиях нагрузки, характерных для tibia vara.
Результаты. В условиях, характерных для варусной деформации проксимального отдела большеберцовой кости без фиксаторов, отмечено увеличение нагрузок в медиальной части ростковой зоны. При одностороннем блокировании фиксаторами выявлено появление новых зон повышенных нагрузок в костной ткани метаэпифиза ниже ростковой зоны. Наибольшее напряжение в фиксаторах отмечено в зоне контакта проксимального винта с пластиной, а также в верхней части скобы.
Вывод. Варусная деформация проксимального отдела большеберцовой кости ведет к повышению нагрузок в медиальной части проксимальной ростковой зоны. Использование различных фиксаторов для одностороннего блокирования проксимальной зоны роста большеберцовой кости ведет к появлению разных напряжений в проксимальном ее эпиметафизе. К минимальному повышению напряжений в костной ткани мета-физа приводят варианты фиксации с использованием пластин, а применение скоб Блаунта ведет к значительному повышению напряжений в костной ткани в области размещения.
Ключевые слова: управляемый рост, метод конечных элементов, скоба Блаунта, 8-рЫе.
KhmyzovS.O., Prozorovsky D.V., Subbota I.A., YershovD.V.
SE «Institute of Spine and Joint Pathology named after M.I. Sytenko of NAMS of Ukraine», Kharkiv, Ukraine
STRESS STRAIN STATE OF THE PROXIMAL TIBIA IN A CHILD WITH TIBIA VARA USING UNILATERAL HEMIEPIPHYSIODESIS
WITH DIFFERENT TYPES OF DEVICES
Summary. Background. The current standard of pediatric frontal knee deformities treatment is a guided growth technique. Several devices are used for temporal growth plate blocking: Blount staples and different plates with screws. Up to now there is no any research devoted to stress-strain state analysis of the epimetaphyseal part of the pediatric bone with one side temporal growth plate block on it.
Objective. To study the stress-strain state of the pediatric proximal tibia model with lateral hemiepiphysiodesis using different types of devices in loading conditions typical to the tibia vara.
Materials and methods. 3D models of the proximal child's tibia with lateral hemiepiphysiodesis using Blount staples or locking or non-locking plate were analyzed in a load conditions typical to tibia vara by finite element method using Solid Works program.
Results. Increased compressive stress was found in the medial part of the proximal tibial growth plate in load conditions typical to tibia vara. New areas of high stress in the metaphyseal bone below growth plate were deteced. The maximum stress was registered in lockers noted in the contact area of the proximal screws to the plate, and in the upper part of the Blount staples.
Conclusion. Varus deformity of the proximal tibia leads to higher compressive stress in the medial part of the proximal tibial growth plate. Lateral hemiepiphysiodesis of the proximal tibial growth plate using different types of lockers leads to different pattern of stress strain state of proximal tibial epimetaphysis. Minimal load increase in metaphysis bone tissues is observed iflocking plates are used, Blount staples application causes significant enhance of load in bone tissue in its place.
Key words: guided growth, finite element method, Blount staples, 8-plate.
