Применение компьютерного моделирования при хирургическом лечении переломов проксимального отдела бедренной кости

остеопороза. Наибольшую опасность представляют переломы проксимального отдела бедра, так как длительное вынужденное положение больных в постели увеличивает вероятность развития угрожающих жизни гипостатических осложнений [1-3]. В связи с этим, одной из наиболее актуальных проблем в травматологии является повышение эффективности лечения повреждений проксимального отдела бедренной кости у пациентов пожилого и старческого возраста [4, 5].

PFN-A

DHS

PFN-A

DHS

Переломы типа 31-А1

Переломы типа 31-А3

Рис. 1. Расчетные напряжения в системе «кость-фиксатор» (Н/мм2)

В процессе лечения пациентов с переломами проксимального отдела бедренной кости далеко не последнюю роль играет ранняя активизация, позволяющая снизить риск развития осложнений. Вместе с тем, при вертельных переломах бедра в значительной степени выражены болевой синдром и нестабильность отломков, что осложняет активизацию [6].

Положительные анатомо-функциональные результаты лечения латеральных переломов проксимального отдела бедра могут быть достигнуты только при раннем выполнении стабильного остеосинтеза, для осуществления которого хирурги чаще всего используют накостные и интрамедуллярные конструкции. Наиболее применяемыми при данных переломах фиксаторами в настоящее время являются конструкции DHS и PFN-A [7]. Однако четких рекомендаций по выбору металлофиксатора в зависимости от вида и уровня перелома, прочностных характеристик костной ткани до сих пор не предложено.

Одним из наиболее перспективных направлений в медицине является создание программ-тренажёров для обучения врачей различным манипуляциям и процедурам. Медицина без пациентов позволяет повысить уровень квалификации врачей, в частности, травматологов-ортопедов. Основой создания таких программных продуктов является разработка компьютерных конечно-элементных моделей [8-11].

Цель исследования: сравнительная оценка возможности использования фиксаторов DHS и PFN-A при латеральных переломах бедренной кости методом компьютерного моделирования.

Методы. Для выполнения поставленной цели использовали метод компьютерной томографии [1, 11]. Результаты компьютерных томограмм заносили в специальную компьютерную программу MIMICS, которая позволяла получать и в последующем использовать для расчётов трёхмерные модели костей. Для объективизации показаний по выбору фиксатора и последующей схемы реабилитации применяли метод математического моделирования. Приложение нагрузки рассчитывали, принимая массу тела человека, равной 80 кг. Критерием оценки прочности фиксации было напряжение, выраженное в Н/мм2. В работе использованы 60 компьютерных моделей бедренных костей с учётом их геометрии и прочностных характеристик. Моделировали латеральные переломы бедра типа 31A1 и 31A3, которые затем виртуально фиксировались металлоконструкциями DHS и PFN-A, после чего производился расчёт жесткости конструкции «металл-кость».

Результаты. Расчеты показали, что при фиксации конструкцией DHS напряжение как в диафизарной, так и в проксимальной областях бедра, существенно выше, чем при использовании PFN-A (рис.1).

Обсуждение. При остеосинтезе PFN-A напряжение в вертельной зоне при всех типах переломов практически не отличается от модели неповрежденной кости, что позволяет сделать вывод о том, что данный фиксатор достаточно надежно удерживает костные отломки. В диафизарной части напряжение возрастает только при переломе типа А3, что говорит о необходимости при таких переломах уделять особое внимание подбору длины интрамедуллярной части PFN-A. В то же время при введении DHS напряжения, возникающие в зоне имплантации, существенно выше, чем в неповрежденной кости. Интересно, что при остеосинтезе фиксатором DHS переломов типа А1 напряжения не отличаются от модели неповрежденной кости, а при переломах типа А3 существенно возрастают (рис. 2).

Рис. 2. Расчетные напряжения в кости (Н/мм2) при введении фиксаторов DHS и PFN-A

Заключение. Таким образом, на конечноэлементных моделях выявлено, что переломы типа 31А1-31А3 наименее благоприятны для использования остеосинтеза фиксатором DHS, так как напряж е ние в кости при использовании данной конструкции существенно возрастает. Так как нагрузки в вертельной зоне при остеосинтезе конструкцией PFN-A практически не отличаются от расчетных нагрузок при введении фиксатора в неповрежденную кость, можно предположить, что PFN-A достаточно надежно удерживает костные отломки. Этого нельзя сказать про фиксатор DHS, при введении которого нагрузки в вертельной зоне на фоне перелома 31-А3 существенно возрастают.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2007-2012 годы» по Государственному контракту Федерального агентства по науке и инновациям от 30 сентября 2009 года 02.514.11.4121.