Определение усилий в мышцах при ротационной остеотомии

В детском возрасте распространенным среди заболеваний тазобедренного сустава является болезнь Легг-Кальве-Пертеса. Чаще всего бывает поражен один сустав [4, 9]. У детей решающее значение имеет хирургический метод лечения остеохондропатии головки бедра, в его основе реконструктивный метод оперативного лечения, состоящий из выведение очага деструкции головки бедра из под нагрузки (ротационнофлексионные остеотомии). Для оценки сил, возникающих в суставе при ротации, было проведено исследование биомеханики тазобедренного сустава при ротационной флексионной остеотомии (патент на изобретение №2440050 «Способ лечения болезни Пертеса»). В рамках моделирования учитывалось влияние основной группы мышц, к ним были отнесены следующие мышцы: mm. piriformis, rectus femoris, iliopsoas, obturator internus, gluteus minimus, medius et maximus [1, 5]. Зоны крепления мышц определялись на основании анатомических исследований, безымянной кости задавались граничные условия опирания на крестец, между головкой бедренной кости и вертлужной впадиной задавалось контактное взаимодействие. Остеотомия моделировалась параболическим рассеканием бедренной кости вдоль дуги Адамса и заданием кинематических граничных условий свободной поверхности проксимального участка кости. Механические характеристики мышц определялись по формуле [2]:

£=1.5^

КЗ I CM? „ , , , „ КЗ / см2

-----= О,ШРо-----, проц            нм где P0 - изометрическая сила мышцы.

Рассчитанные механические характеристики используемой группы мышц приведены в таблице 1.

Таблица 1

Указанная модель приведена на рис.1. Были использованы трехмерные конечные элементы для дискретизации геометрии костей [8] и одномерные элементы с указанными характеристиками для моделирования мышц.

Рис.1. Конечно элементная модель тазобедренного сустава

Граничные условия представляют собой жесткую заделку тазобедренного сустава в области крестца и области бедренной кости. Места крепления мышц к кости также являются абсолютно жесткими элементами. Участок бедренной кости может поворачиваться по заданному закону, позволяющий в дальнейшем определить интересующие характеристики мышц. Контактное взаимодействие моделировалось согласно известной методике [3, 6, 7].

После проведенных расчетов были построены диаграммы усилий, возникающих в мышцах при различном угле ротации. Наибольшие усилия от растяжения возникают в m. obturator internus, в меньшей степени m. piriformis (см. рис. 3). Так при мгновенном смещении на 10 мм. максимальные усилия в m. obturator internus достигли 467 Н, в m. piriformis – 233 Н; при мгновенном смещении на 15мм. – 778 Н, в m. piriformis – 389 Н.