Применение компьютерного моделирования для прогнозирования и профилактики переломов бедренной кости в послеоперационном периоде

В результате численного эксперимента была проведена оценка напряженно-деформированного состояния - распределение значений деформации и эквивалентных напряжений тканей бедренной кости при наличии перелома с установленной металлоконструкцией.

РЕЗУЛЬТАТЫ

По результатам моделирования остеосинтеза у 2 пациентов выявлены зоны с критическими значениями эквивалентных напряжений, в которых очень велик риск перелома при рассчитанных нагрузках. В этих случаях была выбрана иная металлоконструкция, при которой не выявлялись зоны с критическими значениями эквивалентных напряжений. В послеоперационном периоде во всех случаях наступила консолидация переломов, повторных переломов не наблюдали.

В качестве типичной примера рассмотрим моделирование остеосинтеза при косом переломе нижней трети бедренной кости.

Пациент Н., 56 лет, поступил в стационар после падения в быту с высоты трех метров. Диагностирован закрытый косой перелом нижней трети левой бедренной кости со смещением отломков. После проведения стандартного клинико-рентгенологического обследования запланировано оперативное лечение: открытая репозиция, накостный остеосинтез опорной мыщелко-вой пластиной. Для проведения компьютерного моделирования проведена компьютерная томография поврежденного сегмента. Проведя компьютерное моделирование остеосинтеза с предложенной металлоконструкцией, получили визуализацию результатов расчета по параметрам деформации и эквивалентного напряжения (рис. 1).

При компьютерном моделировании перелома бедренной кости с фиксацией опорной мыщелковой пластиной максимальные значения эквивалентного напряжения локализуются в средней трети диафиза, в зоне, свободной от контакта с пластиной. При незначительном увеличении нагрузки велика вероятность разрушения кости.

Учитывая результаты моделирования, для данного пациента можно рекомендовать остеосинтез другой металлоконструкцией или коррекцию нагрузок на конечность в послеоперационном периоде. Предлагаемую нагрузку на конечность в этом случае можно ре-

комендовать в более поздние сроки в период формирования зрелой костной мозоли, во избежание перелома диафиза бедренной кости проксимальнее места расположения пластины.

ВЫВОДЫ

Принимая во внимание данные компьютерного моделирования, можно на дооперационном этапе определить зоны повышенного риска развития переломов различных отделов бедренной кости в условиях остео-синтеза. Выявление риска перелома бедра после остео-синтеза диктует врачу необходимость замены металлоконструкции или коррекции нагрузки на конечность в послеоперационном периоде.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Емельянов С.А., Ямщиков О.Н. Оперативное лечение переломов шейки бедренной кости // Фундаментальные и прикладные научные исследования: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. / отв. ред. Р.Н. Шайбаков. М., 2015. С. 199-201.

2. Ямщиков О.Н., Норкин И.А., Емельянов С.А., Марков Д.А. Исследование и сравнительная оценка показателей прочности фиксации отломков модели бедренной кости различными типами аппаратов внешней фиксации и накостных пластин // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2014. Т. 19. Вып. 6. С. 1968-1970.

3. Ямщиков О.Н., Марков Д.А., Емельянов С.А. и др. Применение показателей индивидуально-типологической изменчивости анатомического строения бедренных костей человека для компьютерного моделирования // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2014. Т. 19. Вып. 6. С. 1965-1967.

4. Пичхадзе И.М., Кузьменков К.А., Жадин А.В. Стандарты лечения переломов длинных костей на основе биомеханической концепции фиксации отломков // Кремлевская медицина. Клинический вестник. 2007. № 1. С. 9-14.

5. Голядкина А.А., Полиенко А.В., Левченко К.К., Киреев С.И. Конечно-элементное моделирование длинных трубчатых костей с учетом внешних взаимосвязей // Биомеханика - 2014: тез. докл. 11 Всерос. конф. с междунар. участием и школы-семинара. Пермь, 2014. С. 38.

БЛАГОДАРНОСТИ: Благодарим за помощь в проведении компьютерного моделирования сотрудников Образовательно-научного института наноструктур и биосистем ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского».

Поступила в редакцию 5 апреля 2016 г.

Ямщиков Олег Николаевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат медицинских наук, доцент, зав. кафедрой госпитальной хирургии с курсом травматологии, e-mail: cep_a@mail.ru

Емельянов Сергей Александрович, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, старший преподаватель кафедры госпитальной хирургии с курсом травматологии, e-mail: cep_a@mail.ru

Информация для цитирования:

Ямщиков О.Н., Емельянов С.А. Применение компьютерного моделирования для прогнозирования и профилактики переломов бедренной кости в послеоперационном периоде // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2016. Т. 21. Вып. 6. С. 2278-2281. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2278-2281

Yamshchikov O.N., Emelyanov S.A. Primenenie komp'yuternogo modelirovaniya dlya prognozirovaniya i profilaktiki perelomov bedrennoy kosti v posleoperatsionnom periode [The use of computer modeling for predicting and preventive maintenance fractures of the femur in the postoperative period]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Re-

2280

ISSN 1810-0198. BecTHHK Try, T.21, Bhm.6, 2016

view. Series: Natural and Technical Sciences, 2016, vol. 21, no. 6, pp. 2278-2281. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2278-2281 (In Russian).

UDC 617.581:004.94

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -6-2278-2281

THE USE OF COMPUTER MODELING FOR PREDICTING AND PREVENTIVE MAINTENANCE FRACTURES OF THE FEMUR IN THE POSTOPERATIVE PERIOD

© O.N. Yamshchikov, S.A. Emelyanov

Tambov State University named after G.R. Derzhavin 33 Internatsionaljnaya St., Tambov, Russian Federation, 392000 E-mail: cep_a@mail.ru

The theme of operative treatment fractures of the femur is one of the most important in traumatology and orthopedics. Complicated is to hold of osteosynthesis in patients with repeat fractures. The computer simulation of various types of osteosynthesis of femoral fractures in order to identify the risk of fractures in the postoperative period is studied. Computer modeling was conducted on models femurs 6 patients with fractures of various localizations. By results of modeling of osteosynthesis in 2 patients identified areas with critical values of equivalent stresses, where is very high risk of fracture at of calculated loads. Detection of the risk of hip fracture after osteosynthesis doctor shows the need to replace metal structures or load correction as in the postoperative period.

Key words: femur; predicting fracture risk; prevention of fractures; osteosynthesis; computer simulation

REFERENCES

1. Emel'yanov S.A., Yamshchikov O.N. Operativnoe lechenie perelomov sheyki bedrennoy kosti [Operative surgery of neck of femur treatment] Sbornik statey mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii "Fundamental'nye i prikladnye nauchnye issledovaniya " [A collection of articles of international scientific-practical conference "Fundamental and applied scientific researches"]. Moscow, 2015. pp. 199-201. (In Russian).

2. Yamshchikov O.N., Norkin I.A., Emel'yanov S.A., Markov D.A. Issledovanie i sravnitel'naya otsenka pokazateley prochnosti fiksatsii otlomkov modeli bedrennoy kosti razlichnymi tipami apparatov vneshney fiksatsii i nakostnykh plastin [Research and comparison of strength parameters fragments fixation models femur different types of external fixing and plates]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 2014, vol. 19, no. 6, pp. 1968-1970. (In Russian).

3. Yamshchikov O.N., Markov D.A., Emel'yanov S.A., Peregorodov A.N., Balayev D.V., Savelyeva T.I. Primenenie pokazateley individual'no-tipologicheskoy izmenchivosti anatomicheskogo stroeniya bedrennykh kostey cheloveka dlya komp'yuternogo modelirovaniya [Application of indicators individually-typological variability anatomical structure of human femur for computer simulation]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 2014, vol. 19, no. 6, pp. 1965-1967. (In Russian).

4. Pichkhadze I.M., Kuz'menkov K.A., Zhadin A.V. Standarty lecheniya perelomov dlinnykh kostey na osnove biomekhanicheskoy kontseptsii fiksatsii otlomkov [Standards for treating long bone fractures using biomechanical concept of bone fragment fixation]. KremljovskayaMedicina. Clinichesky Vestnik [Kreml Medicine. Clinical reporter], 2007, no. 1, pp. 9-14. (In Russian).

5. Golyadkina A.A., Polienko A.V., Levchenko K.K., Kireev S.I. Konechno-elementnoe modelirovanie dlinnykh trubchatykh kostey s uchetom vneshnikh vzaimosvyazey [Finite-element modeling of long bones taking into consideration external interconnections]. Tezisy dokladov 11 Vserossiyskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem i shkoly-seminara "Biomekhanika — 2014" [Report theses of 11th International conference with international participation and school-seminar "Biomechanics - 2014"]. Perm, 2014. p. 38. (In Russian).

GRATITUDE: We thank for help the workers of Educational-Scientific Institute of Nanostructures and Biosystems of FSBEI HPE "Saratov Chernyshevsky State University' in computer modeling carrying out.

Received 5 April 2016

Yamshchikov Oleg Nikolaevich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Medicine, Associate Professor, Head of Hospital Surgery with the Course of Traumatology Department, e-mail: cep_a@mail.ru

Emelyanov Sergey Aleksandrovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Senior Lecturer of Hospital Surgery with the Course of Traumatology Department, e-mail: cep_a@mail.ru

2281

УДК 611.717.5.6. 134.31.35

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -6-2282-2288

ТОПОГРАФИЯ И НАПРАВЛЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ КОСТЕЙ ПРЕДПЛЕЧЬЯ ВЗРОСЛЫХ МУЖЧИН

© А.Н. Попов1*, Е.А. Анисимова1*, Д.И. Анисимов1*, Н.М. Яковлев1*, Д.В. Попрыга2*

1) Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского Минздрава России 410012, Российская Федерация, г. Саратов, ул. Большая Казачья, 112 E-mail: popov_an68@mail.ru 2) Областная клиническая больница Минздрава России 410012, Российская Федерация, г. Саратов, Смирновское ущелье, 1 E-mail: poprugadv@yandex.ru

Изучение вариабельности расположения отверстий питательных каналов костей предплечья дает представление о зонах «хирургического риска», которые необходимо учитывать при хирургическом лечении травм и аномалий костей предплечья. Цель: определить положение и направление питательного канала лучевой и локтевой костей у мужчин 20-90 лет. На комплектах костей предплечья (локтевая и лучевая кости) от 106 скелетов взрослых мужчин (п = 424) определяли расположение отверстия питательного канала относительно середины диафиза кости и направление питательного канала. Проводили вариационно-статистическую обработку полученных данных с применением корреляционного и регрессионного анализов. В большинстве случаев кости предплечья имели одиночный питательный канал, который чаще располагался выше середины диафиза. В 100 % питательный канал имел проксимальное (восходящее направление), угол направления канала варьировал от 2 до 30°. Зона «хирургического риска» локтевой кости распространяется от 6,1 см выше середины диафиза до 2,7 см ниже середины диафиза, у лучевой кости она распространяется от 6,25 см выше до 0,6 см ниже середины диафиза. Ключевые слова: предплечье; лучевая и локтевая кости; питательный канал

ВВЕДЕНИЕ

Хирургическое лечение переломов длинных трубчатых костей в раннем послеоперационном периоде приводит к расстройству гемоциркуляции. Изучение особенностей кровоснабжения костей является крайне актуальным, поскольку кости скелета богато снабжены сосудами и очень чувствительны к нарушению кровообращения, неизбежно возникающему при травме [1]. При применении любых металлических конструкций повреждаются сосуды, питающие кость, надкостница, костные балки и костный мозг, которые имеют особо важное значение для репаративного остеогенеза; даже проведение спиц через кость при установке аппарата Илизарова приводит к нарушению «медуллярного кровоснабжения и аваскулярности внутренних слоев кости дистальнее уровня проведения спиц», что играет большую роль в нарушении дальнейшего восстановления костной ткани [2-4].

Даже при частичном повреждении сосудов кости имеется реальная угроза их тромбоза вследствие выделения большого количества биологически активных веществ из разрушенной костной ткани, появления кист в костномозговой полости и в межбалочных пространствах, которые приводят к развитию воспалительных процессов. Определение уровня вхождения диафизарных артерий перед введением металлоконструкций в поврежденную кость дает возможность определить зону риска, что помогает хирургу выбрать оптимальный безопасный доступ к оперируемому сег-

менту, что, в конечном итоге, способствует сохранению процессов консолидации костной ткани, уменьшению риска осложнений в травматологии и ортопедии и улучшению результатов лечения больных с различными переломами костей предплечья [5].

Кровоснабжение предплечья осуществляется из систем локтевой и лучевой артерий, которые являются конечными ветвями плечевой артерии.

Лучевая артерия, a. radialis, начинается дистальнее щели плече-лучевого сустава, лежит между круглым пронатором и плече-лучевой мышцей, продолжается в лучевую борозду, где ее сопровождают две вены-спутницы и поверхностная ветвь лучевого нерва. В нижней трети предплечья артерия покрыта лишь кожей и фасцией [6]. В области шиловидного отростка артерия отклоняется назад, проходит под сухожилиями мышц длинной отводящей и короткого разгибателя большого пальца, попадает в анатомическую «табакерку» и направляется на тыл кисти, затем через первый межпальцевый промежуток направляется на ладонную поверхность кисти и отклоняется медиально [7-8]. Конечный отдел лучевой артерии анастомозирует с глубокой ладонной ветвью локтевой артерии и формирует глубокую ладонную дугу, arcus palmaris profundus, на основаниях II-V пястных костей под сухожилиями сгибателей пальцев. По ходу лучевая артерия отдает артерию, питающую лучевую кость, a. nutricia radii, и мышечные ветви [9].

В проксимальной трети от лучевой артерии отходит лучевая возвратная артерия; в дистальной трети - по-