Математическое моделирование и анализ напряжений пластины для остеосинтеза ключицы
DOI:
https://doi.org/10.52889/Ключевые слова:
остеосинтез, ключица, математическое моделирование, пластина, титановые имплантатыАннотация
Переломы ключицы являются одной из распространенных травм верхней конечности, особенно среди лиц, ведущих активный образ жизни. Традиционные методы лечения включают консервативную терапию и хирургические вмешательства, среди которых остеосинтез пластинами является наиболее эффективным для сложных переломов. Однако стандартные пластины не всегда соответствуют сложной анатомической форме ключицы, что увеличивает риск осложнений, таких как деформация имплантата и нарушение фиксации. В связи с этим актуальной задачей является разработка и оптимизация анатомически адаптированной пластины, способной минимизировать осложнения и обеспечить стабильную фиксацию.
Цель исследования: проведение математического моделирования пластины отечественной разработки для остеосинтеза переломов ключицы.
Методы. В исследовании использовался метод конечных элементов для биомеханического анализа системы «пластина ключица». Твердотельные модели пластины и ключицы создавались в Autodesk Inventor PRO и преобразовывались в конечно элементные модели в среде APM FEM (КОМПАС-3D). Приложенные нагрузки включали изгибающие, сжимающие и крутящие моменты, имитирующие реальные механические воздействия. Анализ проводился для оценки напряжений, смещений и запаса прочности конструкции в различных условиях.
Результаты. Моделирование показало, что оптимизированная пластина обеспечивает равномерное распределение напряжений и снижает риск локальных перегрузок в области винтового крепления и перелома. Значения напряжений в конструкции не превышали предела прочности титанового сплава, а смещения находились в допустимых пределах. Коэффициент запаса прочности продемонстрировал высокую надежность конструкции даже при максимальных нагрузках. Анализ также показал, что пластина допускает минимальные физиологические движения, что способствует более быстрой реабилитации пациентов.
Выводы. Оптимизированная конструкция пластины для остеосинтеза ключицы демонстрирует высокую механическую стабильность и способность выдерживать значительные нагрузки без риска разрушения. Предложенная пластина может быть рекомендована для клинического применения благодаря надежной фиксации, снижению риска осложнений и сокращению сроков реабилитации пациентов.
Библиографические ссылки
1. Robinson, C. M. (1998). Fractures of the clavicle in the adult: epidemiology and classification. The Journal of Bone Joint Surgery British Volume, 80(3), 476-484. https://doi.org/10.1302/0301-620X.80B3.0800476
2. Kihlström, C., Möller, M., Lönn, K., Wolf, O. (2017). Clavicle fractures: epidemiology, classification and treatment of 2 422 fractures in the Swedish Fracture Register; an observational study. BMC musculoskeletal dis., 18, 1-9. https://doi.org/10.1186/s12891-017-1444-1
3. Chen, W., Zhu, Y., Liu, S., Hou, Z., Zhang, X., Lv, H., Zhang, Y. (2018). Demographic and socioeconomic factors influencing the incidence of clavicle fractures, a national population-based survey of five hundred and twelve thousand, one hundred and eighty seven individuals. International Orthopaedics, 42, 651-658. https://doi.org/10.1007/s00264-018-3815-0
4. Song, H. S., Kim, H. (2021). Current concepts in the treatment of midshaft clavicle fractures in adults. Clinics in shoulder and elbow, 24(3), 189. https://doi.org/10.5397/cise.2021.00388
5. Nawar, K., Eliya, Y., Burrow, S., Peterson, D., Ayeni, O., de Sa, D. (2020). Operative versus non-operative management of mid-diaphyseal clavicle fractures in the skeletally immature population: a systematic review and meta-analysis. Current Reviews in Musculoskeletal Medicine, 13, 38-49. https://doi.org/10.1007/s12178-020-09604-4
6. Rasmussen, J. V., Jensen, S. L., Petersen, J. B., Falstie-Jensen, T., Lausten, G., & Olsen, B. S. (2011). A retrospective study of the association between shortening of the clavicle after fracture and the clinical outcome in 136 patients. Injury, 42(4), 414-417.
https://doi.org/10.1016/j.injury.2010.11.061
7. Robinson, C. M., Goudie, E. B., Murray, I. R., Jenkins, P. J., Ahktar, M. A., Read, E. O., Chesser, T. J. (2013). Open reduction and plate fixation versus nonoperative treatment for displaced midshaft clavicular fractures: a multicenter, randomized, controlled trial. JBJS, 95(17), 1576-1584. https://doi.org/10.2106/JBJS.L.00307
8. McKee, R. C., Whelan, D. B., Schemitsch, E. H., McKee, M. D. (2012). Operative versus nonoperative care of displaced midshaft clavicular fractures: a meta-analysis of randomized clinical trials. JBJS, 94(8), 675-684. https://doi.org/10.2106/JBJS.J.01364
9. Zlowodzki, M., Zelle, B. A., Cole, P. A., Jeray, K., McKee, M. D. (2005). Treatment of acute midshaft clavicle fractures: systematic review of 2144 fractures: on behalf of the Evidence-Based Orthopaedic Trauma Working Group. Journal of orthopaedic trauma, 19(7), 504-507. https://doi.org/10.1097/01.bot.0000172287.44278.ef
10. Rudzki, J. R., Matava, M. J., Paletta, G. A. (2003). Complications of treatment of acromioclavicular and sternoclavicular joint injuries. Clinics in sports medicine, 22(2), 387-405. https://doi.org/10.1016/s0278-5919(03)00013-9
11. Strauss, E. J., Egol, K. A., France, M. A., Koval, K. J., Zuckerman, J. D. (2007). Complications of intramedullary Hagie pin fixation for acute midshaft clavicle fractures. Journal of shoulder and elbow surgery, 16(3), 280-284. https://doi.org/10.1016/j.jse.2006.08.012
12. Nowak, J., Holgersson, M., Larsson, S. (2004). Can we predict long-term sequelae after fractures of the clavicle based on initial findings? A prospective study with nine to ten years of follow-up. Journal of shoulder and elbow surgery, 13(5), 479-486. https://doi.org/10.1016/j.jse.2004.01.026
13. Leuders, S., Thöne, M., Riemer, A., Niendorf, T., Tröster, T., Richard, H. A., Maier, H. J. (2013). On the mechanical behaviour of titanium alloy TiAl6V4 manufactured by selective laser melting: Fatigue resistance and crack growth performance. International journal of fatigue, 48, 300-307. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2012.11.011
14. Kanchanomai, C., Phiphobmongkol, V., Muanjan, P. (2008). Fatigue failure of an orthopedic implant–A locking compression plate. Engineering Failure Analysis, 15(5), 521-530. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2007.04.001
15. К Бате, Е. (1982). Численные методы анализа и метод конечных элементов. https://libarch.nmu.org.ua/handle/GenofondUA/46041
K Bate, E. (1982). Chislenny`e metody` analiza i metod konechny`x e`lementov (Numerical methods of analysis and finite element method) [in Russian]. https://libarch.nmu.org.ua/handle/GenofondUA/46041
16. Старовойтов, Э. (2022). Сопротивление материалов. Litres. https://books.google.com/
Starovojtov, E`. (2022). Soprotivlenie materialov (Strength of materials) [in Russian]. Litres. https://books.google.com/
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
