Preview

Травматология и ортопедия России

Расширенный поиск

Биомеханическое моделирование вариантов внутренней фиксации односторонних переломов крестца

https://doi.org/10.21823/2311-2905-2020-26-2-79-90

Полный текст:

Аннотация

Актуальность. В настоящее время недостаточно изучена стабильность различных вариантов погружной фиксации переломов крестца методом конечных элементов.

Цель — оценить биомеханические характеристики двух вариантов систем внутренней фиксации односторонних переломов крестца при различных конфигурациях имплантатов и локализации линии его разлома по отношению к суставной фасетке L5-S1 позвонков.

Материал и методы. При помощи метода конечных элементов проведена оценка биомеханических характеристик двух вариантов систем фиксации одностороннего продольного перелома крестца при различной локализации линии его разлома: кнаружи, кнутри и непосредственно на суставной фасетке L5-S1 позвонков. Рассмотрены два типа фиксирующих конструкций: канюлированные крестцово-подвздошные винты и аналогичный вариант в комбинации с двусторонней пояснично-тазовой транспедикулярной конструкцией.

Результаты. Эквивалентные напряжения в имплантатах и костной ткани при компрессионной нагрузке и наклонах туловища вперед или назад практически равнозначны во всех моделях. В модели фиксации крестцово-подвздошными винтами одностороннего продольного перелома крестца, линия которого проходит через суставной отросток S1 позвонка (тип Isler II), наибольшие показатели величины эквивалентных напряжений в винтах при компрессионной нагрузке и изгибающем моменте составили 619,7 МПа, что превышает предел текучести титанового сплава и может привести к разрушению установленных имплантов. Во всех моделях, где в качестве фиксирующих конструкций дополнительно выступала транспедикулярная система, отмечено снижение на 42–77% максимальных перемещений, на 28–79% — эквивалентных напряжений в имплантатах при всех видах нагружений. При этом эквивалентные напряжения в костных структурах существенно не отличались.

Заключение. Во всех случаях локализации линии одностороннего перелома крестца более рациональным с точки зрения биомеханики является установка транспедикулярной конструкции в сочетании с крестцово-подвздошными винтами. С точки зрения биомеханики, самым нестабильным является односторонний продольный перелом крестца, проходящий через фасетку L5-S1 позвонков.

Об авторах

И. В. Кажанов
ГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе»; ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Министерства обороны России
Россия

Кажанов Игорь Владимирович — канд. мед. наук, ведущий научный сотрудник отдела сочетанной травмы; докторант кафедры военно-полевой хирургии

Санкт-Петербург



С. И. Микитюк
ГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе»; ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Министерства обороны России
Россия

Микитюк Сергей Иванович — канд. мед. наук, старший преподаватель учебного центра; начальник отделения клиники военно-полевой хирургии

Санкт-Петербург



А. В. Доль
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства науки и высшего образования России
Россия

Доль Александр Викторович — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории систем принятия врачебных решений

г. Саратов



Д. В. Иванов
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства науки и высшего образования России
Россия

Иванов Дмитрий Валерьевич — канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории систем принятия врачебных решений

г. Саратов



А. В. Харламов
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства науки и высшего образования России
Россия

Харламов Александр Владимирович — канд. эконом. наук, заведующий кафедрой основ математики и информатики

г. Саратов



А. В. Петров
ГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе»
Россия

Петров Артем Викторович — врач травматолог-ортопед отделения сочетанной травмы

Санкт-Петербург



Л. Ю. Коссович
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства науки и высшего образования России
Россия

Коссович Леонид Юрьевич — д-р физ.-мат. наук, научный руководитель лаборатории систем принятия врачебных решений

г. Саратов



В. А. Мануковский
ГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе»; ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Министерства обороны России
Россия

Мануковский Вадим Анатольевич — д-р мед. наук, профессор, заместитель директора по клинической работе; профессор кафедры военно-полевой хирургии

Санкт-Петербург



Список литературы

1. Dalbayrak S., Yilmaz M., Kaner T., Gokdag M., Yilmaz T., Sasani M. et al. Lumbosacral stabilization using iliac wings: a new surgical technique. Spine (Phila Pa 1976). 2011;36(10):E673-677. doi: 10.1097/BRS.0b013e3181f8fa7c.

2. Nonne D., Capone A., Sanna F., Busnelli L., Russo A.L., Marongiu G. et al. Suicidal jumper’s fracture – sacral fractures and spinopelvic instability: a case series. J Med Case Rep. 2018;12(1):186. doi: 10.1186/s13256-018-1668-1.

3. Padalkar P., Pereira B.P., Kathare A., Sun K.K., Kagda F., Joseph T. Trans-iliosacral plating for vertically unstable fractures of sacral spine associated with spinopelvic dissociation: A cadaveric study. Indian J Orthop. 2012;46(3):274-278. doi: 10.4103/0019-5413.96376.

4. Yu B.S., Zhuang X.M., Zheng Z.M. et al. Biomechanical advantages of dual over single iliac screws in lumbo-iliac fixation construct. Eur Spine J. 2010;19(7):1121-1128. doi: 10.1007/s00586-010-1343-8.

5. Bodzay T., Szita J., Manó S., Kiss L., Jónás Z., Frenyó S., Csernátony Z. Biomechanical comparison of two stabilization techniques for unstable sacral fractures. J Orthop Sci. 2012;17(5):574-579. doi: 10.1007/s00776-012-0246-4.

6. Giráldez-Sánchez M.A., Lázaro-Gonzálvez Á., Martínez-Reina J., Serrano-Toledano D., Navarro- Robles A., Cano-Luis P. et al. Percutaneous iliosacral fixation in external rotational pelvic fractures. A biomechanical analysis. Injury. 2015;46(2):327-332. doi: 10.1016/j.injury.2014.10.058.

7. Nouh M.R. Spinal fusion-hardware construct: Basic concepts and imaging review. World J Radiol. 2012;4(5):193-207. doi: 10.4329/wjr.v4.i5.193.

8. Pearson J.M., Niemeier T.E., McGwin G. Rajaram Manoharan S. Spinopelvic dissociation: comparison of outcomes of percutaneous versus open fixation strategies. Adv Orthop. 2018;2018:5023908. doi: 10.1155/2018/5023908.

9. Shah D.S., Bates T., Fowler J. et al. Minimally invasive lumbopelvic fixation for unstable U-type sacral fractures. Cureus. 2019;11(9):e5621. doi: 10.7759/cureus.5621.

10. Дубров В.Э., Зюзин Д.А., Кузькин И.А., Щербаков И.М., Донченко С.В., Сапрыкина К.А. Применение метода конечных элементов при моделировании биологических систем в травматологии и ортопедии. Российский журнал биомеханики. 2019;23(1):140-152.

11. Тяжелов А.А., Яресько А.В., Гончарова Л.Д., Лобанов Г.В., Боровой И.С. Моделирование напряженно- деформированного состояния таза как замкнутой биокинематической цепи. Вісник ортопедії, травматології та протезування. 2014;(3):50-54.

12. Li J., Peng Y., Yuchi C. Du C. [Finite element analysis of fixation of U-shaped sacral fractures]. Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi. 2019;36(2):223-231. doi: 10.7507/1001-5515.201808026. (In Chinese).

13. Salari P., Moed B.R., Bledsoe J.G. Supplemental S1 fixation for type C pelvic ring injuries: biomechanical study of a long iliosacral versus a transsacral screw. J Orthop Traumatol. 2015;16(4):293-300. doi: 10.1007/s10195-015-0357-8.

14. Schildhauer T.A., Ledoux W.R., Chapman J.R. Henley M.B., Tencer A.F., Routt M.L. Jr. Triangular osteosynthesis and iliosacral screw fixation for unstable sacral fractures: a cadaveric and biomechanical evaluation under cyclic loads. J Orthop Trauma. 2003;17(1):22-31. doi: 10.1097/00005131-200301000-00004.

15. Tabaie S.A., Bledsoe J.G., Moed B.R. Biomechanical comparison of standard iliosacral screw fixation to transsacral locked screw fixation in a type C–zone II pelvic fracture model. J Orthop Trauma. 2013;27(9): 521-526. doi: 10.1097/BOT.0b013e3182781102.

16. Van Zwienen C.M., Van den Bosch E.W., Hoek van Dijke G.A. Snijders C.J., van Vugt A.B. Cyclic loading of sacroiliac screws in Tile C pelvic fractures. J Trauma. 2005;58(5): 1029-1034. doi: 10.1097/01.ta.0000158515.58494.11.

17. Vigdorchik J.M., Jin X., Sethi A. Herzog D.T., Oliphant B.W., Yang K.H., Vaidya R.A. A biomechanical study of standard posterior pelvic ring fixation versus a posterior pedicle screw construct. Injury. 2015;46(8):1491-1496. doi: 10.1016/j.injury.2015.04.038.

18. Isler B. Lumbosacral lesions associated with pelvic ring injuries. J Orthop Trauma. 1990;4(1):1-6. doi: 10.1097/00005131-199003000-00001.

19. Griffin D.R., Starr A.J., Reinert C.M. et al. Vertically unstable pelvic fractures fixed with percutaneous iliosacral screws: does posterior injury pattern predict fixation failure? J Orthop Trauma. 2003;17(6):399-405. doi: 10.1097/00005131-200307000-00001.

20. Доль А.В., Доль Е.С., Иванов Д.В. Биомеханическое моделирование вариантов хирургического реконструктивного лечения спондилолистеза позвоночника на уровне L4–L5. Российский журнал биомеханики. 2018;22(1):31-44.

21. Niinomi M. Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. J Mech Behav Biomed Mater. 2008;1(1):30-42. doi: 10.1016/j.jmbbm.2007.07.001.

22. Brown T., Ferguson J. Mechanical property distributions in the cancellous bone of the human proximal femur. Acta Orthop Scand. 1980;13:687-699. doi: 10.3109/17453678008990819.

23. Zhao Y., Li J., Wang D., Liu Y.H., Sun T., Jiang CQ et al. Comparison of stability of sacroiliac screws in the treatment of bilateral sacral fractures in a finite element model. Zhonghua Wai Ke Za Zhi. 2012;50(8):719-723.

24. Борозда И.В. Систематизация знаний по биомеханике тазового кольца. Дальневосточный медицинский журнал. 2009;(2):129-132.

25. Истомин А.Г. Экспериментально-биомеханическое исследование связок крестцово-подвздошного сустава. Ортопедия, травматология и протезирование. 1997;(3):62-63.

26. Бушманов А.В., Серов М.А. Анализ взаимодействия тяги мышц и гравитационных сил в области тазового кольца. Вестник Амурского государственного университета. 2004;(25):31-33.

27. Garcıa J., Doblare M., Seral B. Seral F., Palanca D., Gracia L. Three-dimensional finite element analysis of several internal and external pelvis fixations. J Biomech Eng. 2000;122(5):516-522. doi: 10.1115/1.1289995.

28. Song W., Zhou D., He Y. The biomechanical advantages of bilateral lumbo-iliac fixation in unilateral comminuted sacral fractures without sacroiliac screw safe channel: a finite element analysis. Medicine (Baltimore). 2016;95(40):e5026. doi: 10.1097/MD.0000000000005026.

29. Bruna-Rosso C., Arnoux P.J., Bianco R.J., Godio-Raboutet Y., Fradet L., Aubin C.É. Finite Element Analysis of Sacroiliac Joint Fixation under Compression Loads. Int J Spine Surg. 2016;10:16. doi: 10.14444/3016.

30. Shin J.K., Lim B.Y., Goh T.S. Son S.M., Kim H.S., Lee J.S., Lee C.S. Effect of the screw type (S2-alariliac and iliac), screw length, and screw head angle on the risk of screw and adjacent bone failures after a spinopelvic fixation technique: A finite element analysis. PLoS One. 2018;13(8):e0201801. doi: 10.1371/journal.pone.0201801.

31. Донченко С.В., Дубров В.Э., Голубятников А.В., Черняев А.В., Кузькин И.А., Алексеев Д.В., Лебедев А.Ф. Способы окончательной фиксации тазового кольца, основанные на расчетах конечно-элементной модели. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2014;(1):38-44.


Для цитирования:


Кажанов И.В., Микитюк С.И., Доль А.В., Иванов Д.В., Харламов А.В., Петров А.В., Коссович Л.Ю., Мануковский В.А. Биомеханическое моделирование вариантов внутренней фиксации односторонних переломов крестца. Травматология и ортопедия России. 2020;26(2):79-90. https://doi.org/10.21823/2311-2905-2020-26-2-79-90

For citation:


Kazhanov I.V., Mikityuk S.I., Dol’ А.V., Ivanov D.V., Kharlamov А.V., Petrov А.V., Kossovich L.Yu., Manukovskiy V.A. Biomechanical Modeling of Options for Internal Fixation of Unilateral Fractures of the Sacrum. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2020;26(2):79-90. (In Russ.) https://doi.org/10.21823/2311-2905-2020-26-2-79-90

Просмотров: 73


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2311-2905 (Print)
ISSN 2542-0933 (Online)