Методика механических испытаний при консольном нагружении плюсневых костей стопы

Методика механических испытаний при консольном нагружении плюсневых костей стопы

Автор: Иванов Д.В., Доль А.В., Бессонов Л.В., Киреев С.И., Гуляева А.О.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 4 (102) т.27, 2023 года.

Бесплатный доступ

Актуальными вопросами современной ортопедии являются разработка и внедрение методов количественной оценки биомеханических параметров остеотомий. Анализ характеристик разных видов остеотомий имеет важное значение, так как может способствовать снижению частоты осложнений и улучшению способов хирургического лечения стопы. Для проведения экспериментов на кости с неизменными механическими свойствами была разработана и апробирована новая методика закрепления образцов кости, позволяющая проводить механические испытания на консольный изгиб и/или осевое сжатие в день изъятия костного материала, что ранее было невозможно из-за ряда проблем. В ходе работы было изготовлено универсальное стальное устройство, позволяющее закреплять образец консольно под углом 15 градусов к горизонту. Универсальность устройства заключается в том, что трубу, в которой крепится образец, можно отсоединить и затем установить на неподвижной траверсе испытательной машины, что обеспечит осевое сжатие образца под углом 15 градусов к вертикальной оси. Также проведен сравнительный анализ клеевых составов трех типов для закрепления материала в устройстве. Было выявлено, что смесь цианоакрилатного клея и пищевой соды позволяет проводить эксперименты без потери механических свойств костной ткани. Таким образом, разработанная и описанная авторами статьи методика позволяет в короткие сроки готовить образцы плюсневой кости для испытаний при консольном нагружении, что исключает изменение свойств костных тканей в связи с длительным перерывом между изъятием и экспериментом, а также в связи с заморозкой кости.

Еще

Остеотомия, натурный эксперимент, плюсневая кость, стопа, испытательная машина

Короткий адрес: https://sciup.org/146282800

IDR: 146282800   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2023.4.06

Список литературы Методика механических испытаний при консольном нагружении плюсневых костей стопы

  • Белокрылов Н.М., Скрябин В.Л., Сотин А.В., Миллер Г.В., Шарова Л.В., Шмурак М.И. Исследование индивидуального эксплуатационного ресурса эндопротеза тазобедренного сустава // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 4. - С. 97-103.
  • Гланц С. Медико-биологическая статистика. - М.: Практика, 1998. - 459 с.
  • Голядкина А.А., Полиенко А.В., Киреев С.И., Курманов А.Г., Киреев В.С. Анализ биомеханических параметров остеотомии первой плюсневой кости // Российский журнал биомеханики. - 2019. - Т. 23, № 3. - С. 400-410.
  • Джеббар Н., Бачири А., Бутабут Б. Трехмерный конечно-элементный анализ влияния ударной нагрузки от импактора переменной массы на распределение напряжений на поверхности «кость-имплантант» // Российский журнал биомеханики. - 2023. - Т. 27, № 1. -С. 10-21.
  • Доль А.В. Механические свойства атеросклеротических бляшек, покрышек и стенок: испытания на мобильном стенде // Российский журнал биомеханики. - 2023. - Т. 27, № 3. - С. 81-88.
  • Донник А. М., Коссович Л.Ю., Оленко Е.С. Поведение сегмента грудного отдела позвоночника при оскольчатом переломе позвонка до и после хирургического лечения. Биомеханический эксперимент // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 1. - С. 25-39.
  • Лызиков А.А., Шилько С.В., Дробыш Т.В., Каплан М.Л., Тихманович В.Е., Куликович Ю.К. Анализ прочности большой подкожной вены человека как материала для протезирования артерий // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 1. - С. 85-94.
  • Маслов Л.Б., Дмитрюк А.Ю., Жмайло М.А., Коваленко А.Н. Исследование прочности эндопротеза тазобедренного сустава из полимерного материала // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 4. -С. 19-33.
  • Розов Р.А., Хигучи К.У., Брунски Дж., Трезубов В.Н., Смердов А.А., Мишнев М.Л. Трехмерный конечно-элементный анализ влияния утраты дентального имплантата на распределение напряжения в имплантационном протезе нижней челюсти // Российский журнал биомеханики. - 2023. - Т. 27, № 3. - С. 24-35.
  • Садырин Е.В., Егина Д.В., Волков С.С., Айзикович С.М. Оценка плотности и микрогеометрических характеристик пломб из стеклоиономерного цемента и композитного материала: биомеханическое ex vivo исследование // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 2. -С. 67-73.
  • Чернева С., Петков В., Войнарович С., Алексиев А., Кислица О., Масючок О. Механические свойства биосовместимых покрытий титан-стекло-углерод для применения в ортопедических имплантатах и деталях для остеосинтеза // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 1. - С. 49-59.
  • Budhabhatti S.P., Erdemir A., Petre M., Sierra J., Donley B., Cavanagh P.R. Finite element modeling of the first ray of the foot: a tool for the design of interventions // J. Biomech Eng. - 2007. - Vol. 129, No. 5. - P. 750-756.
  • Campbell J.T., Schon L.C., Parks B.G., Wang Y., Berger B.I. Mechanical comparison of biplanar proximal closing wedge osteotomy with plantar plate fixation versus crescentic osteotomy with screw fixation for the correction of metatarsus primus varus // Foot Ankle Int. - 1998. - Vol. 19, No. 5 -P.293-299.
  • Crevoisier X., Mouhsine E., Ortolano V., Udin B., Dutoit M. The scarf osteotomy for the treatment of hallux valgus deformity: a review of 84 cases // Foot Ankle Int. - 2001. -Vol. 22. - P. 970-976.
  • Dereymaeker G. Scarf osteotomy for correction of hallux valgus. Surgical technique and results as compared to distal chevron osteotomy // Foot Ankle Clin. - 2000. - Vol. 5. -P. 513-524.
  • Donnelly R.E., Saltzman C.L., Kile T.A., Johnson K.A. Modified chevron osteotomy for hallux valgus // Foot Ankle Int. - 1994. - Vol. 15. - P. 642-645.
  • Easley M.E., Trnka H.J. Current concepts review: hallux valgus part II: operative treatment // Foot Ankle Int. - 2007. -Vol. 28. - P. 748-758.
  • Elshazly O., Abdel Rahman A.F., Fahmy H., Sobhy M.H., Abdelhadi W. Scarf versus long chevron osteotomies for the treatment of hallux valgus: a prospective randomized controlled study // Foot Ankle Surg. - 2019. - Vol. 25, No. 4. - P. 469-477.
  • Erdil M, Ceylan HH, Polat G, Kara D, Bozdag E, Sunbuloglu E. A new mini-external fixator for treating hallux valgus: a preclinical, biomechanical study // J Foot Ankle Surg. - 2016. - Vol. 55, No. 1. - P. 35-38.
  • Favre P., Farine M., Snedeker J.G., Maquieira G.J., Espinosa N. Biomechanical consequences of first metatarsal osteotomy in treating hallux valgus // Clin Biomech (Bristol, Avon). -2010. - Vol. 25, No. 7. - P. 721-727.
  • Henninger H.B., Reese S.P., Anderson A.E., Weiss J.A. Validation of computational models in biomechanics // Proc Inst Mech Eng H. - 2010. - Vol. 224, No. 7. - P. 801-812.
  • Jahss M.H., Troy A.I., Kummer F. Roentgenographic and mathematical analysis of first metatarsal osteotomies for metatarsus primus varus: a comparative study // J. Foot & Ankle Int. - 1985. - No. 5. - P. 280-321.
  • Kim J.S., Cho H.K., Young K.W., Kim J.S., Lee K.T. Biomechanical comparison study of three fixation methods for proximal chevron osteotomy of the first metatarsal in hallux valgus // Clin Orthop Surg. - 2017. - Vol. 9, No. 4. -P. 514-520.
  • Kummer F.J. Mathematical analysis of first metatarsal osteotomies // J. Foot & Ankle Int. - 1989. - Vol. 9, No. 6. -P. 281-289.
  • Li Y., Wang Y., Wang F., Tang K., Tao X. Biomechanical comparison between rotational scarf osteotomy and translational scarf osteotomy: a finite element analysis // Orthop. Surg. - 2023. - DOI: 10.1111/os.13903.
  • Liu C., Huang L., Zhang H., Chang F., Li S., Ma S., Zhang Y., Ren L. Biomechanical comparison between bioabsorbable and medical titanium screws in distal chevron osteotomy of first metatarsal in hallux valgus treatment // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. - 2022. - Vol. 131, No. 105260.
  • Myerson M. Foot and ankle disorders // Hallux Valgus. WB Sanders & CO., Philadelphia, 1999. - 633 p.
  • Newman A.S., Negrine J.P., Zecovic M., Stanford P., Walsh W.R. A biomechanical comparison of the Z step-cut and basilar crescentic osteotomies of the first metatarsal // Foot Ankle Int.- 2000. - Vol. 7. - P. 584-587.
  • O'Neill F., Condon F., Mc Gloughlin T., Lenehan B., Coffey C., Walsh M. Validity of synthetic bone as a substitute for osteoporotic cadaveric femoral heads in mechanical testing: a biomechanical study // Bone Joint Res. - 2012. -Vol. 1, No. 4. - P. 50-55.
  • Patel P.S., Shepherd D.E., Hukins D.W. Compressive properties of commercially available polyurethane foams as mechanical models for osteoporotic human cancellous bone // BMC Musculoskelet Disord. - 2008. - Vol. 9, No. 9. - P. 137.
  • Popoff I., Negrine J.P., Zecovic M., Svehla M., Walsh W.R. The effect of screw type on the biomechanical properties of SCARF and crescentic osteotomies of the first metatarsal // J Foot Ankle Surg. - 2003. - Vol. 42, No. 3. - P. 161-164.
  • Robinson A.H., Limbers J.P. Modern concepts in the treatment of hallux valgus // J. Bone Joint Surg. -2005. - Vol. 87. - P. 1038-1045.
  • Sammarco V.J., Acevedo J. Stability and fixation techniques in first metatarsal osteotomies // Foot Ankle Clin. - 2001. -Vol. 6, No. 3. - P. 409-432.
  • Scott A.T., De Orio J.K., Montijo H.E., Glisson R.R. Biomechanical comparison of hallux valgus correction using the proximal chevron osteotomy fixed with a medial locking plate and the Ludloff osteotomy fixed with two screws // Clin Biomech (Bristol, Avon). - 2010. - Vol. 25, No. 3. -P. 271-276.
  • Smith A.M., Alwan T., Davies M.S. Perioperative complications of the Scarf osteotomy // J. Foot & Ankle Int. -2003. - Vol. 24, No. 3. - P. 222-227.
  • Smith K, Lidtke R.H, Oliver N.G, Maker J.M. Mechanical comparison of cortical screw fixation versus locking plate fixation in first metatarsal base osteotomy // J Foot Ankle Surg. - 2014. - Vol. 53, No. 5. - P. 529-33.
  • Trnka H.J. Osteotomies for hallux valgus correction // Foot Ankle Clin. - 2005. - Vol. 10, No. 1. - P. 15-33.
  • Trnka H.J., Parks B.G., Ivanic G. Six first metatarsal shaft osteotomies: mechanical and immobilization comparisons // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2000. - Vol. 381. - P. 256-265.
  • Unal A.M., Baran O., Uzun B., Turan A.C. Comparison of screw-fixation stabilities of first metatarsal shaft osteotomies: a biomechanical study // Acta Orthop Traumatol Turc. - 2010. - Vol. 44, No. 1. P. - 70-75.
  • Vopat B.G., Lareau C.R., Johnson J., Reinert S.E., DiGiovanni C.W. Comparative study of scarf and extended chevron osteotomies for correction of hallux valgus // Foot Ankle Spec. - 2013. - Vol. 6, No. 6. - P. 409-416.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp