Прогнозирование перелома бедренной кости после хирургической резекции: влияние микроструктуры кортикальной костной ткани

Автор: Анна Ивановна Ершова

Организация: Белорусский государственный университет

После хирургической резекции трубчатых костей зачастую возникают патологические переломы в области пост-резекционного дефекта, особенно при остеопорозе кортикальной костной ткани [1]. Целью настоящей работы является оценка предельных нагрузок на бедренную кость на основании конечно-элементного моделирования для различного процентного содержания остеонов и пористости кортикальной костной ткани. Проведен сравнительный анализ прогнозируемой предельной нагрузки на бедренную кость с пост-резекционным дефектом и результатов эксперимента по определению разрушающей нагрузки.

Кортикальная костная ткань описывалась изотропной упругой средой с учетом различного процентного содержания остеонов (30%, 44.5% и 50%) и пористости (5% и 8%) [2]. Граничные условия соответствовали действию собственного веса человека на бедренную кость [3]. Пост-резекционный дефект размещался в средней трети диафиза бедренной кости. Дефект располагался таким образом, что оставшийся после резекции фрагмент находился в наружном анатомическом квадранте. Эксперимент по определению разрушающей нагрузки проводился для бедренной кости с костным дефектом при тех же граничных условиях. Оценка предельной нагрузки осуществлялась на основании расчета критического J-интеграла в области пост-резекционного дефекта.

Экспериментальное значение величины нагрузки на бедро с дефектом составило 630 Н. Предельное значение нагрузки на основании конечно-элементного расчета критического значения J-интеграла оказалось на 7.8% ниже для наибольшего процентного содержания остеонов и наименьшего значения пористости. При уменьшении процентного содержания остеонов и увеличении пористости предельная нагрузка на бедренную кость нелинейно возрастает. Полученные результаты могут быть использованы специализированными медицинскими учреждениями, выполняющими хирургические операции по удалению опухолеподобных поражений длинных трубчатых костей, для прогнозирования возникновения трещин в окрестности пост-резекционного дефекта и формулировке рекомендаций по их предупреждению.

Работа выполнена при поддержке граната FP7 IRSES Marie Curie 610547 TAMER.

1. Шпилевский, И.Э. Оценка прочности бедренной кости при секторальной резекции / И.Э. Шпилевский, А.В. Спиглазов // Медицинские новости. - 2010, №9. - С.100 - 105.
2. Li S. Cutting of cortical bone tissue: analysis of deformation and fracture process / Doctoral Thesis. Wolfson School of Mechanical and Manufacturing Engineering, Loughborough, UK. 2013. 220 pp.
3. Letter to the editor, 2002. ISB recommendation on definitions of joint coordinate system of various joints for the reporting of human joint motion—part I: ankle, hip, and spine. Journal of Biomechanics Vol. 35, 543–548.