Журнал «Травма» Том 10, №1, 2009

Для правильного выбора метода лечения переломов костей, использования определённого способа реализации остеосинтеза (накостного, интрамедуллярного, апаратного и др.), выбора конкретной конструкции фиксатора для определённого типа и вида переломов необходима биомеханическая оценка напряженно-деформированного состояния будущей биотехнической системы «кость – фиксирующая конструкция».

Такая оценка может быть получена на основе расчётных данных, полученных с помощью персональных компьютеров при использовании для этого достаточно мощного и эффективного, по оценке многих специалистов, метода конечных элементов [1,2,3].

Использование этого метода позволяет с любой требуемой точностью получать весь комплекс параметров напряжённо-деформированного состояния кортикального вещества костной ткани: нормальные и касательные напряжения в любых сечениях и точках образца, величины главных напряжений, величины и направления перемещений, деформаций (линейных и угловых), а также – осуществлять оценку прочности материала костной ткани и фиксирующей конструкции по критериям Мизеса, Друкера-Прагера, Триска в соответствии с 4-й энергетической теорией прочности.

Анализ и сравнительная оценка поля напряжений, деформаций, положения экстремальных точек, их количества, концентрации напряжений, их величины даёт возможность оценить пригодность той или иной фиксирующей системы для выработки оптимальных путей и технологий лечения переломов, проведения остеосинтеза и последующих восстановительных и реабилитационных мероприятий [4].

Материал и методы

Одним из основных условий для успешного проведения расчётов с использованием метода конечных элементов является достоверное задавание данных, адекватно отражающих координаты точек поверхности рассматриваемого объекта. Как известно, длинные кости опорно-двигательного аппарата (например, большеберцовая, бедренная, плечевая и т.д.) имеют существенные анатомические отличия и особенности для различных возрастных групп, а также отличаются между собой как по размерам, так и по форме. Задача усложняется также тем, что отличия имеются и по кривизне продольной оси объектов, радиусам кривизны в различных областях и участках боковой поверхности кости. Поскольку ни одна из перечисленных длинных костей не может считаться телом вращения, это исключает аналитическое задание формы и размеров кости.

Экспериментальные исследования сопряжены со значительными трудностями, обусловленными трудоёмкостью проведения измерений, их длительностью и недостаточной точностью. Для повышения достоверности получаемых расчётным путём результатов, необходимо не только повысить точность проведения самих измерений, но и увеличить количество точек, где эти измерения проводятся, что, в свою очередь, повышает продолжительность снятия экспериментальных данных, трудоёмкость процесса измерений в целом и последующего ввода полученных исходных данных в память компьютера [5].

Для облегчения и ускорения реализации процесса измерений формы и размеров длинных костей разработано и предложено устройство достаточно точного для специфики данной задачи и адекватного исследуемому объекту определения боковой поверхности длинных костей [6].

Устройство (рис.1) представляет собой П-образную раму 2, закреплённую на массивной платформе-основании 1. Через верхнюю поперечину рамы 2 вертикально проходит шток 3, имеющий на нижнем конце специальное заострение. Положение штока 3 по высоте регулируется специальным фиксирующим винтом 5. Ось штока 3 совпадает с штифтом 4, закреплённого на подвижном диске 6, который может вращаться относительно вертикальной оси, проходящей и совпадающей с центрами 3 и 4.

Подвижный диск 6 с делениями через 1о по внешнему периметру может поворачиваться относительно диска 7 неподвижно закреплённого на платформе 1. На диске 7 имеется риска, с помощью которой фиксируется угол поворота подвижного диска 6 вместе со штифтом 4 и заостренными лепестками 11, которые упираются в дистальную суставную поверхность кости. Исследуемый препарат (кость) устанавливается вертикально между центрами 3 и 4 и постепенно поворачивается вокруг своей продольной оси на определённое число градусов вместе с подвижным диском 6. На левой стойке рамы 2 закреплена каретка 10 с нониусом и подвижной линейкой 9, которая двигается в горизонтальном направлении, до упора во внешнюю поверхность исследуемого препарата. Каретка 10 с помощью специального винта-зажима может фиксироваться на нужной высоте по длине линейки 8, закреплённой на левой стойке рамы 2. Фиксаторы 13 и 14 устанавливаются заранее в соответствии с длиной исследуемого объекта. Регулируемые ножки 12 основания платформы 1 позволяют устанавливать её с помощью уровней в строго горизонтальное положение.