Анализ биомеханических параметров остеотомии первой плюсневой кости

Изучено напряженно-деформированного состояние в биотехнических\r\nсистемах, образующихся при выполнении корригирующих остеотомий первой\r\nплюсневой кости. Вальгусная деформация первого пальца стопы является\r\nраспространенной патологией у человека. Частота встречаемости данной патологии у\r\nлиц женского пола до 64 % и до 25 % – у мужского. Хирургическое реконструктивное\r\nлечение остается актуальной проблемой в современной ортопедии. Ситуация\r\nобусловлена неудовлетворительными результатами лечения. Кроме того, встает\r\nвопрос о допустимости нагрузки в раннем послеоперационном периоде у пациентов с\r\nколичественной индивидуальной оценкой. Данную оценку могут дать методы\r\nбиомеханики. В работе приведены результаты разработки методики оценки\r\nнапряженно-деформированного состояния биотехнической системы «кость – винты»\r\nпри выполнении корригирующих остеотомий первой плюсневой кости. Методика\r\nпозволяет проводить сравнительный анализ различных способов остеотомий,\r\nнаиболее распространенных в клинической практике для конкретного пациента.\r\nВ данном исследовании рассмотрены chevron- и scarf-остеотомии со смещением\r\nкостных отломков на 1/3 и 2/3. Для решения поставленной задачи на основе данных\r\nкомпьютерной томографии построены персонифицированные твердотельные\r\nгеометрические модели первой плюсневой кости. Построены также модели\r\nфиксаторов. Конечно-элементный анализ осуществлен в программном комплексе\r\nAnsys Wоrkbench. Основное внимание уделено анализу напряжений, возникающих при\r\nнагрузке на подошвенную поверхность головки первой плюсневой кости во время\r\nходьбы. Проведена оценка максимально допустимого сдвига костных отломков для\r\nнормализации деформаций переднего отдела стопы. Разработанная методика\r\nпозволяет осуществить выбор варианта остеотомии с обоснованием возможности\r\nодномоментной операции на обеих стопах для конкретного пациента.

Analysis of biomechanical parameters of the first metatarsal bone osteotomy

The main objective of the research was to study the stress-strain state in biotechnical systems formed in the performance of corrective osteotomies of the first metatarsal bone. The hallux valgus is a common pathology in humans. The incidence of this pathology in females is up to 64 and 25%-in males. Surgical reconstructive treatment remains an urgent problem in modern orthopedics. The situation is caused by unsatisfactory results of treatment. In addition, there is a question about the admissibility of the load in the early postoperative period in patients with quantitative individual assessment. This assessment can be performed using biomechanics. The paper presents methodology for assessing the bone-screw system when performing corrective osteotomies of the first metatarsal bone based on biomechanical methods. The technique allows us to perform a comparative analysis of various methods of osteotomy for a particular patient. In this study, Chevron and Scarf osteotomy with displacement of bone fragments by 1/3 and 2/3 with different variants of their fixation were examined. To solve this problem, personalized geometric models of the first metatarsal bone were built on the basis of computed tomography data using 3D Slicer and SolidWorks systems. Also models of implants were built. The finite element analysis was carried out in the Ansys Workbench software. The focus was on analyzing the stresses that occur on the plantar surface of the first metatarsal bone head during walking. An assessment of the maximum allowable shear of bone fragments for the normalization of deformities of the forefoot was carried out. The developed technique allows us the choice of an osteotomy variant with the justification of the possibility of simultaneous surgery on both feet for a particular patient. © Golyadkina A.A., Polienko A.V., Kireev S.I., Kurmanov A.G., Kireev V.S., 2019.