Aspekty biomechaniczne procesu zrostu kostnego leczonego elastycznym stabilizatorem zewnętrznym

• Autorzy: Piekarski J. , Ambroziak M. , Benke G. , Górecki A. , Chłopek J.

Warianty tytułu

EN

External elastic stabilization of tibia fracture - biomechanical aspects of healing

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem artykułu jest analiza numeryczna złamania kości piszczelowej leczonej przy pomocy elastycznego stabilizatora zewnętrznego. Podstawowym celem jest zbadanie wpływu sztywności stabilizatora na rozkład odkształceń/naprężeń w obszarze kostniny oraz identyfikacja obszarów charakteryzujących się stanem mechanicznym sprzyjającym osyfikacji na poszczególnych etapach leczenia. W modelu numerycznym zaimplementowano trójwymiarowy model kości piszczelowej oraz model rzeczywistej konstrukcji stabilizatora. Wykonano serie symulacji dla kolejnych konfiguracji tkanek w kostninie przy różnych wartościach sztywności stabilizacji. Obliczenia te prowadzą do wniosku, że: (i) w początkowym okresie leczenia środowisko mechaniczne sprzyjające osyfikacji istnieje w obszarach kostniny odległych od szczeliny złamania, oraz że (ii) kluczowym dla ostatecznego wyniku leczenia jest okres tuż przed połączeniem odłamów kostnych, kiedy jedynie cienka warstwa kostniny pozostaje niezmineralizowana. Na tym etapie zbyt podatny stabilizator może nie zapewnić środowiska mechanicznego sprzyjającego powstawaniu tkanki kostnej.

EN

The paper deals with the numerical modeling and simulations of bone fracture treated with external fixator. The aim of the research is to investigate the influence of the stiffness of the fixator on the stress-strain distribution in the fracture callus and identify the zones with mechanical state promoting ossification at subsequent stages of healing. A realistic, 3-D model of bone is implemented, and existing construction of fixator is modeled. Series of simulations for subsequent callus configurations and with different stiffness of fixator allow to conclude that the initial stage of healing the mechanical environment promoting the ossification occurs only in peripheral zones of callus, and crucial for successful healing is the stage just before bridging, when only thin layer of tissue remains unossified. Too compliant fixator at this stage may not assure proper mechanical conditions for ossification resulting in unsuccessful fracture treatment.

Słowa kluczowe

PL

leczenie złamań kości; stabilizacja zewnętrzna; modelowanie i analiza numeryczna

EN

fracture healing; external stabilization; numerical modeling and analysis

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 11, no. 74
• Strony: 27--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Piekarski J.

• Akademia Wychowania Fizycznego w Warszawie, ul. Marymoncka 24, 00-986 Warszawa, Polska

autor

Ambroziak M.

• Katedra i Klinika Ortopedii i Traumatologii Narządów ruchu, Warszawski Uniwersytet Medyczny, ul. Lindleya 4, 02-005 Warszawa, Polska

autor

Benke G.

• Katedra i Klinika Ortopedii i Traumatologii Narządów ruchu, Warszawski Uniwersytet Medyczny, ul. Lindleya 4, 02-005 Warszawa, Polska

autor

Górecki A.

• Katedra i Klinika Ortopedii i Traumatologii Narządów ruchu, Warszawski Uniwersytet Medyczny, ul. Lindleya 4, 02-005 Warszawa, Polska

autor

Chłopek J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

Bibliografia

• [1] www.sawbones.com.
• [2] ADINA System Online Manuals. ADINA R&D, Inc., 2005.
• [3] V. Baltzopoulos. Muscular and tibiofemoral joint forces during isokinetic concentric knee extension. Clinical Biomechanics, 10(4):208-214, 1995.
• [4] R. Będziński. Biomechanika Inżynierska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 1997.
• [5] LE. Claes and CA. Heigele. Magnitudes of local stress and strain along bony surfaces predict the course and type of fracture healing, Journal of Biomechanics, 32(3):255-66, 1999.
• [6] D. Jasińska-Choromańska, D. Kołodziej, W. Choromański, and J.J. Telega. Progress in development of external fixation devices for bone fracture healing. In J.J. Telega, editor, Orthopaedic Biomechanics, pages 191-222. IFTR PAS, Warsaw, Poland, 2003.
• [7] E. Kellis. Tibiofemoral joint forces during maximal isokinetic eccentric and concentric efforts of the knee flexors. Clinical Biomechanics, 16:229-236, 2001.
• [8] D. Marsh. Concepts of fracture union, delayed union, and nonunion. Clinical Orthopaedics & Related Research., 355 Suppl: S22-30, 1998.
• [9] U. Simon, P. Augat, and L. Claes. Numerical model helps to explain delayed healing of shear loaded compared to axial loaded fractures. Journal of Biomechanics, (to be published).
• [10] U. Simon, P. Augat, M. Utz, and L Claes. Numerical model of the fracture healing process that describes tissue development and revascularisation. Computer Meth. Biomech. Bioengng, (to be published).
• [11] W.R. Taylor, M.O. Heller, G. Bergmann, and G.N. Duda. Tibiofemoral loading during human gait and stair climbing. Journal of Orthopaedic Research, 22:625-632, 2004