Tibiofibular sindesmoz yaralanmalarının biyomekanik analizi: Sonlu elemanlar çalışması
Biomechanical analysis of tibiofibular syndesmosis injuries: A finite element study
Yazar: NUMAN MERCAN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET YILDIRIM
Selçuk Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology ; Spor = Sports
Dizin: Ayak bileği = Ankle ; Ayak bileği eklemi = Ankle joint ; Ayak bileği yaralanmaları = Ankle injuries ; Düğme = Button ; Ligamentler = Ligaments ; Ortopedik fiksasyon cihazları = Orthopedic fixation devices ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Sonsuz elemanlar = Infinite elements ; Sütürler = Sutures ; Vidalar = Screws

Özet:
Giriş: Distal tibiofibular sindesmoz yaralanmaları, tüm ayak bileği burkulmalarının %1-18'ini oluşturmakta olup atletik popülasyonda %12-32 yaralanma insidansına sahiptir. Teşhisinde ve tedavisinde optimum yönetim şarttır. Sindesmotik yaralanmaların tedavi edilmesi gerektiği iyi anlaşılmış olsa da optimal tedavi stratejisi halen tartışmalıdır. Bu çalışmada, sonlu elemanlar analizi yöntemi kullanılarak vida ve sütür-butonun sindesmotik yaralanmadaki fiksasyon etkinliklerinin değerlendirilmesi ve ideal fiksasyon yönteminin ortaya konulması amaçlanmıştır. 
Gereç ve Yöntem: 32 yaşında 83 kg ağırlığında 173 cm boyundaki sağlıklı genç erişkin bir erkeğin sağ ayak tabanından diz eklem seviyesine kadar olan sahanın 0,4 mm kesit aralıklarıyla alınan BT görüntülerinden 3 boyutlu SolidWorks model dosyası oluşturuldu. ABAQUS yazılımına aktarıldı ve analize uygun hale getirildi. Literatürdeki bilgiler kullanılarak modeller üzerinde ağ ve malzeme özellikleriyle ligament tanımlamaları yapıldı. Sağlam model, yaralanma modeli ve bu yaralanmaya yönelik vida ve sütür-butonun farklı kombinasyon ve konfigürasyonlarla kullanıldığı 8 farklı fiksasyon modeli oluşturuldu. Sonrasında modellere yönelik yüklenme ve sınır koşulları tanımlaması yapıldı.
Bulgular: Modeller, fibulada tibiaya kıyasla meydana gelen posterior translasyon, lateral translasyon ve rotasyon; A-TFCS ve P-TFCS değerleri ve vidalar ile sütür-butonlar üzerinde oluşan stres değerleri açısından kıyaslandı. Sadece vida kullanılan modeller değerlendirildiğinde tek vidanın, tibial plafondun 2 cm proksimaline yerleştirildiğinde sindesmotik mikrohareketi kısıtladığı, 4 cm proksimaline yerleştirildiğinde mikroharekete izin verdiği, iki vidanın ise tek vidaya kıyasla daha kısıtlayıcı olduğu görüldü. Sadece sütür-buton kullanılan modellerde, fibulada tibiaya kıyasla meydana gelen lateral translasyonun sağlam modelden dahi fazla kısıtlandığı fakat sagital planda yeterli stabilitenin sağlanamadığı görüldü. Hibrit modellerden tibial plafondun 4 cm proksimaline vida, 2 cm proksimaline sütür-buton uygulanan PVDS modelinde, fibulada tibiaya kıyasla meydana gelen posterior translasyon ve eksternal rotasyon değerleri sağlam modele yakın olarak elde edildi. Vida ve sütür-buton, PVDS modelindeki gibi kombine olarak kullanıldığında hem tek başına vida kullanımına hem de tek başına sütür-buton kullanımına kıyasla vida ve sütür-buton üzerinde meydana gelen von Mises streslerinin arttığı görüldü. PVDS modelindeki proksimaldeki vidanın, tibial plafondun 2 cm proksimalinde tek sütür-buton uygulandığında meydana gelen artmış posterior fibular translasyon ve fibular eksternal rotasyonu kompanse ettiği; distaldeki sütür-butonun da tibial plafondun 4 cm proksimalinde tek vida uygulandığında meydana gelen artmış lateral fibular translasyonu kompanse ettiği görüldü. 
Tartışma ve Sonuç: Literatürdeki hibrit fiksasyon modelinin biyomekanik ve klinik etkinliği, erken dönemde yük verdirilebilmesi ve proksimaldeki vidanın başarısızlığı durumunda distaldeki sütür-butonun diyastazı engelleyici etkisi de göz önüne alındığında PVDS modelinin distal tibiofibular sindesmotik yaralanmaların cerrahi tedavisinde iyi bir tedavi alternatifi olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Introduction: Distal tibiofibular syndesmosis injuries account for 1-18% of all ankle sprains, with a 12-32% injury incidence in the athletic population. Optimum management is essential in its diagnosis and treatment. Although it is well understood that syndesmotic injuries should be treated, the optimal treatment strategy is still controversial. In this study, it is aimed to evaluate the fixation efficiency of screw and suture-button in syndesmotic injury by using finite element analysis method and to reveal the ideal fixation method.
Materials and Methods: A 3D SolidWorks model file was created by taking CT images of the area from the right foot base to the knee joint level of a 32-year-old, 83 kg, 173 cm tall healthy young adult male at 0.4 mm cross-sectional intervals. Transferred to ABAQUS software and made available for analysis. Mesh and material properties and ligament descriptions were made on the models using the information in the literature. The intact model, injury model, and eight different fixation models were created. Different combinations and configurations of screw and suture-button were used in fixation models. Afterwards, the loading and boundary conditions for the models were defined.
Results: The models were compared in terms of posterior translation, lateral translation and rotation in fibula compared to tibia, A-TFCS and P-TFCS values and stresses on screws and suture-buttons. When the models using only screws were evaluated, it was seen that a single screw restricted syndesmotic micro-movement when placed 2 cm proximal to the tibial plafond, allowed micro-movement when placed 4 cm proximally, and two screws were more restrictive compared to a single screw. In models using only suture-button, it was observed that lateral translation in the fibula compared to the tibia was restricted even more than the intact model, but sufficient stability was not achieved in the sagittal plane. In the PVDS model, which is one of the hybrid models (screw was applied to the 4 cm proximal of the tibial plafond, suture-button was applied to the 2 cm proximal of the tibial plafond), posterior translation and external rotation values in the fibula compared to the tibia were obtained as close to the intact model. When the screw and suture-button were used in combination as in the PVDS model, it was observed that the von Mises stresses on the screw and suture-button increased compared to the use of the screw alone and the use of the suture-button alone. It was observed that the proximal screw in the PVDS model compensated the increased posterior fibular translation and fibular external rotation when a single suture-button was applied 2 cm proximal to the tibial plafond, and the distal suture-button compensated the increased lateral fibular translation when a single screw was applied 4 cm proximal to the tibial plafond. 
Discussion and Conclusion: Considering the biomechanical and clinical effectiveness of the hybrid fixation model in the literature, its ability to be weightbearing in the early period and the effect of the distal suture-button preventing diastasis in case of proximal screw failure, it was concluded that the PVDS model can be used as a good treatment alternative in the surgical treatment of distal tibiofibular syndesmotic injuries.