Изучение напряженно-деформированного состояния диафиза лучевой кости с краевым вырезом и компенсирующими элементами методом компьютерного моделирования

Введение. Частота развития патологического перелома лучевой кости в области краевого дефекта, образовавшегося после забора трансплантата, достигает 31 %. Конечно-элементная имитационная компьютерная модель позволяет неинвазивно определить и прогнозировать напряженно-деформированное состояние (НДС) кости, ее прочность и подверженность перелому при различных нагрузках и способах укрепления. Цель работы — представить результаты конечно-элементного анализа влияния краевого выреза различной формы, кривизны кости и способов увеличения ее прочности на НДС диафиза лучевой кости. Материалы и методы. На основе анатомических препаратов лучевой кости человека выполнено твердотельное линейно-упругое моделирование цельнокортикального диафиза лучевой кости, а также диафиза с краевыми вырезами прямоугольной и треугольной формы, кривизной в двух плоскостях, с укрепляющими пластинами различных видов и способов фиксации в условиях неразрушающих нагрузок на растяжение, сжатие, кручение и изгиб. Определены параметры продольной устойчивости кости. В работе использовали программные комплексы ANSYS и NX Siemens. Результаты. Треугольный вырез по сравнению с прямоугольным вырезом снижает уровень напряжений в кости на 21,4 % при растяжении и на 51,5 % при кручении, повышает запас прочности по продольной устойчивости в 1,18 раз. Кривизна кости в двух плоскостях вызывает увеличение напряжения и уменьшение несущей нагрузки при растяжении в 2,89 раза. Полутрубчатая пластина толщиной 2 мм в отличии от плоской узкой пластины аналогичной толщины и шириной 10 мм снижает уровень максимальных напряжений в модели кости в 1,2–1,5 раза при растяжении, в 3,5–3,9 раза при кручении для различных вырезов. Полутрубчатая пластина увеличивает критические напряжения при определении продольной устойчивости в 1,3–1,5 раза для различных вариантов остеотомии. Обсуждение. При всех нагрузках условия прочности модели кости с вырезом выполняются при фиксации пластиной толщиной не менее 2 мм на четырех бикортикальных винтах диаметром 2,0 мм, проведенных по два дистальнее и проксимальнее выреза. Заключение. Полученные результаты показывают целесообразность применения накостных пластин для снижения НДС лучевой кости при любом вырезе.