МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ АКРОМИАЛЬНО-КЛЮЧИЧНОГО СОЧЛЕНЕНИЯ НОВЫМ КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ

Введение. В процессе разработки имплантов для остеосинтеза специалисты все чаще используют математическое (компьютерное) моделирование с целью биомеханического обоснования преимуществ, прочностных характеристик и надежности имплантов при использовании в практической работе. Математическое моделирование позволяет получить максимальную полезную информацию для обеспечения механической совместимости импланта.

Цель исследования. Изучить напряженно-деформированное состояния в биомеханических системах: «ключица – крючкообразная пластина» и «ключица – крючкообразная пластина – лавсановая лента» методом конечных результатов с использованием программы КОМПАС-3D (APM FEM), Autodesk Inventor PR.

Материалы и методы. Представлены результаты математического обоснования восстановления акромиально-ключичного сочленения новым комбинированным способом (Патент на изобретение РК № 36128 от 03.03.2023 г. «Комбинированный способ восстановления акромиально-ключичного сочленения»).

Результаты. Методом конечных результатов с использованием программы КОМПАС-3D (APM FEM), Autodesk Inventor PR проведен математический анализ напряженно-деформированного состояния, возникающих при воздействии чрезмерных нагрузок в биомеханических системах: «ключица – крючкообразная пластина» и «ключица – крючкообразная пластина – лавсановая лента». Для реализации задачи была разработана усредненная виртуальная стереолитографическая 3D компьютерная модель ключицы и лопатки (STL-модель).

В результате конечно-элементного анализа установлено, что новый комбинированный способ позволяет снизить эквивалентные напряжения с 8,16 до 4,19 МПа, уменьшить смещение крючка с 1,5 до 0,03 мм и увеличить минимальный коэффициент запаса прочности с 1,74 до 1,93.

Выводы. Результаты проведенных биомеханических исследований позволили сделать вывод о следующих преимуществах нового способа восстановления акромиально-ключичного сочленения перед классическим методом шинирования акромиально-ключичного сустава с помощью крючкообразной пластины: снижение напряжения в местах взаимодействия крючка крючкообразной пластины с акромиальным отростком лопатки в 1,9 раз; уменьшение смещения крючка пластины в 50 раз; повышение запаса прочности на 1 мин.

1. Brunette, D. M., Tengvall, P., Textor, M., & Thomsen, P. (2001). Titanium in medicine: Material science, surface science, engineering, biological responses and medical applications. Springer.

2. Evans, F. G. (1973). Mechanical properties of bone. Charles C Thomas.

3. Huiskes, R., Weinans, H., & van Rietbergen, B. (1992). The relationship between stress shielding and bone resorption around total hip stems. Clinical Orthopaedics and Related Research, (274), 124-134. DOI: https://doi.org/10.1097/00003086-199201000-00014.

4. Karlov, A. V., & Shakhov, V. P. (2001). Systems of external fixation and regulatory mechanisms of optimal biomechanics. STT.

5. Segerlind, L. J. (1976). Applied finite element analysis. Wiley.

6. Viceconti, M., Olsen, S., Nolte, L. P., & Burton, K. (2005). Extracting clinically relevant data from finite element models. Clinical Biomechanics, 20(5), 451-454. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2005.01.010

7. Dobbe, J. G. G., Strackee, S. D., Schreurs, A. W., & others. (2011). Finite element analysis of orthopedic fixation techniques. Medical Engineering & Physics, 33(8), 1006-1013.

8. Lin, H. Y., Wong, P. K., Ho, W. P., & Chou, W. Y. (2014). Subacromial complications after hook plate fixation. Journal of Orthopaedic Surgery and Research, 9, 6. DOI: https://doi.org/10.1186/1749-799X-9-6.

9. Kienast, B., Thietje, R., Queitsch, C., & others. (2011). Mid-term results after operative treatment of acromioclavicular joint dislocations using hook plate. European Journal of Trauma and Emergency Surgery, 37, 173-179. DOI: 10.1186/2047-783x-16-2-52.

10. Mazzocca, A. D., Santangelo, S. A., Johnson, S. T., & others. (2006). A biomechanical evaluation of acromioclavicular joint reconstructions. The American Journal of Sports Medicine, 34(2), 236-246. DOI: 10.1177/0363546505281795.

11. Beitzel, K., Obopilwe, E., Apostolakos, J., & others. (2013). Biomechanical properties of acromioclavicular joint stabilization techniques. The American Journal of Sports Medicine, 41(6), 1387-1394. DOI: 10.1007/s00167-011-1828-y.

12. Cronskär, M., Rasmussen, J., & Tinnsten, M. (2015). Combined finite element and musculoskeletal investigation of clavicle fixation. Computational Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 18(7), 740-748. DOI: 10.1080/10255842.2013.845175.

13. Nabiev, E. N., & Khalkhodzhaev, M. K. (2023). Kombinirovannyi sposob vosstanovleniia akromial’no-kliuchichnogo sochleneniia. Patent of the Republic of Kazakhstan No. 36128. (In Russian).

14. Orazaliev, K. M., Dosmailov, B. S., Gorbunov, B. N., & others. (2024). Biomechanicheskoe obosnovanie osteosinteza vertel’nykh perelomov bedrennoi kosti s primeneniem novogo ustroistva [Biomechanical substantiation of osteosynthesis of trochanteric femur fractures using a new device]. Pharmacy of Kazakhstan, (4), 13–24. https://doi.org/10.53511/pharmkaz.2024.85.81.002 (In Russian).

15. Jensen, G., Millett, P. J., Tahal, D. S., & Aliberti, G. M. (2014). Acromioclavicular joint injuries: Indications and treatment options. Journal of Shoulder and Elbow Surgery, 23(Suppl.), 71-78. DOI: 10.1016/j.jse.2010.10.030.