Biomechanical Study of the Stability of Osteosynthesis of the Fracture of the Proximal Humerus by the Developed Device in Comparison With a Standard Bone Locking Plate. Computer Modeling by the Finite Element Method
Year: 2024
Type: article
Abstract: Introduction. Proximal humerus fractures (PHF) are the third most common fractures after fractures of the femoral neck and distal metaepiphysis of the radius. PHF are most often found in the elderly and old people. Despite the availability of a large number of surgical treatment methods, a large number of complications are still observed, such as secondary displacement, screw eruption and aseptic necrosis. In this study computer modeling was carried out to determine the biomechanical characteristics of osteosynthesis of a PHF with a new device, and the immediate results of the operation on a patient are given as a clinical example. Research objective.Comparative study using the finite element method of computer models of the humerus, which fixed by the developed device and a standard bone plate. Materials and methods. A new device for proximal humerus fractures fixing has been developed and manufactured. Based on a CT scan of the shoulder joint of a middle-aged man, a 3D model of the humerus was developed. On the humerus models was applied simulation of 500 N compression loads along the axis and axial sharing with 200, rotational loads with a force of 200 N. The results of biomechanical experiments obtained during computer modeling, the distribution points of the maximum von Mises stress, and the restoration of shoulder joint function in the early postoperative period were studied. Results. The results of computer modeling using the finite element method showed that the von Mises stress distribution was smaller in the humerus model fixed by the new device than in the model fixed by the standard plate. In the humerus model with the standard plate, the displacement of bone fragments was greater. The patient who underwent surgery had good recovery of the shoulder joint function, with a Constant Murley (Score) score of 85%. Conclusion.Osteosynthesis of the proximal humerus fracture by the new device increases fracture stability, prevents secondary displacement of bone fragments and promotes early restoration of movement in the shoulder joint. Введение. Переломы проксимального отдела плечевой кости по частоте встречаемости занимают третье место после переломов шейки бедренной кости и дистального метаэпифиза лучевой кости. Чаще всего встречается у пожилых и людей старческого возраста. Несмотря на наличие большого количества методов хирургического лечения, до сих пор наблюдается большое количество осложнений, таких как вторичное смещение, прорезывание винтов и асептический некроз. В исследований было проведено компьютерное моделирование для определения биомеханических характеристик остеосинтеза перелома проксимального отдела плечевой кости новым устройством, а так же в качестве клинического примера приведены ближайщие результаты операции на пациенте. Цель исследования. Сранвительное исследование методом конечных элементов компьютерных моделей плечевой кости фиксированных разработанным устройством и стандартной накостной пластиной. Материалы и методы. Разработано и изготовлено устройство нового образца для фиксации переломов проксимального отдела плечевой кости. На основе компьютерной томограммы плечевого сустава мужчины средних лет была разработана 3D – модель плечевой кости. На модели плечевой кости были симулированы нагрузки в 500 Н на сжатие по оси и с наклоном 200, вращательные нагрузки с силой в 200 Н. Были изучены результаты биомеханических экспериментов, полученных при компьютерном моделировании, точки распространения максимального напряжения фон Мизеса, а так же восстановление функции плечевого сустава в раннем послеоперационном периоде. Результаты. Результаты компьютерного моделирования методом конечных элементов показали, что распределение напряжения фон Мизеса было меньше в модели плечевой кости, фиксированной новым устройством, чем в модели, фиксированной стандартной пластиной. В модели плечевой кости со стандартной пластиной смещения костных отломков было больше. У прооперированного больного функция плечевого сустава восстановилась хорошо, по шкале Constant Murley (Score) вышло 85%. Выводы. Остеосинтез перелома проксимальной части плечевой кости новым устройством повышает стабильность перелома, предотвращает вторичное смещение костных отломков и способствует раннему восстановлению движений в плечевом суставе. Өзектілігі. Иық сүйегінің проксимальды бөлігінің сынықтары кездесу жиілігі бойынша сан сүйегінің мойыны мен кәрі жілік сүйегінің дистальды метаэпифизінің сынықтарынан кейінгі үшінші орынды алады. Көбінесе егде жастағы адамдар мен қарттарда кездеседі. Хирургиялық емінің көптеген әдістерінің болуына қарамастан, әлі күнге дейін екіншілік ығысу, винттардың шығып кетуі және асептикалық некроз секілді асқынулары көп кездеседі. Зерттеуде иық сүйегінің проксимальды бөлімінің сынығын жаңа құрылғымен остеосинтезінің биомеханикалық қасиеттерін анықтау үшін компьютерлік модельдеу жасалынып, клиникалық мысал ретінде науқасқа жасалған отанын жақын нәтижелері көрсетілді. Зерттеудің мақсаты. Ойлап тапқан жаңа құрылғымен және стандартты сүйекүстілік пластинамен бекітілген иық сүйегінің компьютерлік модельдерін соңғы элементтер әдісімен салыстырмалы түрде зерттеу. Материалдар мен әдістер. Иық сүйегінің проксимальды бөлігінің сынықтарын бекітуге арналған жаңа үлгідегі құрылғы жасап шығарылды. Орта жастағы ер адамнын иық буынының компьютерлік томограммасы негізінде иық сүйегінің 3D – моделі жасалынды. Иық сүйегінің модельдеріне 500 Н күшпен осі бойынша қысу, 200 қиғашынан қысу және 200 Н күшпен айналмалы жүктемелер симуляцияланды. Компьютерлік модельдеу кезінде алынған биомеханикалық эксперименттердің нәтижелері, фон Мизестің максималды кернеуінің таралу нүктелері, отадан кейінгі ерте кезеңдегі иық буынынын қызметінің қалпына келуі зерттелді. Нәтижелер. Соңғы элементтер әдісімен компьютерлік модельдеудің нәтижелері фон Мизес кернеуінің таралуы жаңа құрылғымен бекітілген иық сүйегінін моделінде, стандартты пластинамен бекітілген модельге қарағанда аздау болғанын көрсетті. Сынық бөліктерінін ығысуы стандартты пластинамен бекітілген иық сүйегінің моделінде көбірек болды. Ота жасалған науқаста иық буынының қызметі жақсы қалпына келді, Constant Murley (Score) шкаласы бойынша 85%-ды құрады. Тұжырым. Иық сүйегінің проксимальды бөлігінің сынығын жаңа құрылғымен остеосинтезі сынық орнынын тұрақтылығын арттырады, сынық бөліктерінің екіншілік ығысуынын алдын алып, иық буынындағы қимыл-қозғалыстың ерте қалпына келуіне септігін тигізеді.
Source: Ġylym men densaulyķ saķtau.
Institution: Semey Medical University
Language: English
Subfield: Surgery
Field: Medicine
Domain: Health Sciences
Open Access status: hybrid
OpenAlex ID: W4409289390