Порівняльний аналіз поведінки системи «кістка – фіксатор – ендопротез» після внутрішньої геміпельвектомії I–III типу та реконструкції з і без використання металевої балки

Objective: to study the changes of the biomechanical system «bone – fixator – endoprosthesis» under the loading for internal hemipelvectomy I–III type Enneking with reconstruction of the pelvic ring defect by a metalcement spacer with and without reinforcement with a metal bar.Methods: spatial geometry of the pelvis is reconstructed with the software package «Mimics». Data are obtained by calculating Mises values.Results: the stresses on the screws in the model were not significantly (0.27 %) larger (σmах 132.6 MPa vs. 132.3 MPa in the model without reinforcement) and did not exceed the strength limit. The maximum value of stress on polymethylmethacrylate in both models is localized in the place of contact with the pubic symphysis and is not significantly (0.4 %) higher in the model with the bar (σmах — 24.7 and 24.6 MPa, respectively). The maximum values of stress on the sacral bone in both models are defined in the zone of proximal screw installation in the lateral mass of the sacral bone, but 5 % larger in the construction without a bar — 10.6 and 10.1 MPa. The maximum permissible loads were: on the sacral bone in a model with a bar of 1.06 body weight, without a bar — 1.01; for polymethylmethacrylate — 3.05 and 3.03 body weight respectively; for metal screws — 3.44 and 3.43 body weight, respectively.Conclusions: the usage of a metal bar in the system «bone – fixator – endoprosthesis» for internal hemipellectomy type I–III does not change the mechanical strength and stability of the model. The most susceptible to destruction was the lateral area of the sacrum in the place of the proximal screw, which should be strengthened by inserting an additional screw into the upper part of the sacroiliac joint. In the dynamics (walking, running, climbing stairs), the load of the surgery site can be 4 times higher the weight of the body, which due to the linear growth of stress values can lead to the destruction of the structure and requires the usage of additional means of support (crutches, a stick, etc.).Цель: изучить поведение биомеханической системы «кость – фиксатор – эндопротез» под нагрузкой для внутренней гемипельвэктомии I–III типа по Еннекингу с реконструкцией дефекта тазового кольца металлопластмассовым спейсером с и без армирования металлической балкой.Методы: пространственная геометрия таза реконструирована с использованием программного пакета «Mimics». Данные получены путем расчета значений напряжения по Мизесу.Результаты: напряжение на винтах в модели без балки оказалось незначительно (0,27 %) больше (σmах 132,6 МПа против 132,3 МПа в модели без армирования) и не превышало предел прочности. Максимальное значение напряжения на полиметилметакрилате в обеих моделях локализовано в месте контакта с лобковым симфизом и незначительно (0,4 %) выше в модели с балкой (σmах — 24,7 и 24,6 МПа соответственно). Максимальные значения напряжения на крестцовой кости в обеих моделях обнаружены в области установления проксимального винта в боковую зону крестцовой кости, но на 5 % больше в конструкции без балки — 10,6 и 10,1 МПа. Максимально допустимые нагрузки составляли: на крестцовую кость в модели с балкой 1,06 массы тела, без балки — 1,01; для полиметилметакрилата — 3,05 и 3,03 массы тела соответственно; для металлических винтов — 3,44 и 3,43.Выводы: использование металлической балки в системе «кость – фиксатор – эндопротез» для внутренней гемипельвэктомии типа I–III не изменяет механическую прочность и стабильность модели. Наиболее подверженной разрушению оказалась боковая зона крестцовой кости в месте установки проксимального винта, которую следует укрепить путем введения дополнительного винта в верхнюю часть крестцово-подвздошного сустава. В динамике (ходьба, бег, подъем по лестнице) нагрузка прооперированного участка может в 4 раза превышать вес тела, что из-за линейного роста значений напряжений может вызвать разрушение конструкции и требует применения дополнительных средств опоры (костыли, трость и т. д.).Мета: вивчити поведінку біомеханічної системи «кістка – фіксатор – ендопротез» під навантаженням для внутрішньої геміпельвектомії I–III типу за Еннекінгом із реконструкцією дефекту тазового кільця металопластмасовим спейсером з і без армування металевою балкою.Методи: просторову геометрію таза реконструйовано з використанням програмного пакета «Mimics». Дані отримані шляхом розрахунку значень напруження за Мізесом.Результати: напруження на гвинтах у моделі без балки виявилися не значно (0,27 %) більшими (σmах 132,6 МПа проти 132,3 МПа у моделі без армування) і не перевищували межу міцності. Максимальне значення напруження на поліметилметакрилаті в обох моделях локалізовано в місці контакту з лобковим симфізом і не значно (0,4 %) вище в моделі з балкою (σmах — 24,7 і 24,6 МПа відповідно). Максимальні значення напруження на крижовій кістці в обох моделях визначено в ділянці встановлення проксимального гвинта в бокову зону крижової кістки, але на 5 % більші в конструкції без балки — 10,6 і 10,1 МПа. Максимально допустимі навантаження становили: на крижову кістку в моделі з балкою 1,06 маси тіла, без балки — 1,01; для поліметилметакрилату — 3,05 і 3,03 ваги тіла відповідно; для металевих гвинтів — 3,44 і 3,43.Висновки: використання металевої балки в системі «кістка – фіксатор – ендопротез» для внутрішньої геміпельвектомії типу I–III не змінює механічну міцність і стабільність моделі. Найбільш схильною до руйнування виявилася бокова зона крижової кістки в місці встановлення проксимального гвинта, яку слід зміцнити шляхом введення додаткового гвинта у верхню частину крижово-клубового суглоба. У динаміці (ходьба, біг, підйом сходами) навантаження прооперованої ділянки може в 4 рази перевищувати вагу тіла, що через лінійне зростання значень напружень може спричинювати руйнацію конструкції та вимагає застосування додаткових засобів опори (милиці, палиця тощо)