Paediatric surgery.Ukraine.2021.4(73):66-71; doi 10.15574/PS.2021.73.66
Рогозинський В. О. ^1,2, Левицький А. Ф.¹, Доляницький М. М.^1,2, Яресько О. В.^3
1Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ, Україна
²Національна дитяча спеціалізована лікарня «ОХМАТДИТ», м. Київ, Україна
3ДУ «Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків

Для цитування: Рогозинський ВО, Левицький АФ, Доляницький ММ, Яресько ОВ. (2021). Аналіз математичного моделювання біомеханічної моделі гало-гравітаційної тракції при деформаціях хребта в дітей. Хірургія дитячого віку. 4(73): 66-71; doi 10.15574/PS.2021.73.66.
Стаття надійшла до редакції 11.08.2021 р., прийнята до друку 8.12.2021 р.

Система гало-гравітаційної тракції (ГГТ) широко застосовується в провідних клініках світу як етапний метод корекції складних (>100°) сколіотичних деформацій хребта в дітей. На сьогодні не існує єдиного підходу використання цієї методики, і кожний лікар приймає рішення щодо схеми лікування імпірично, спираючись на власний клінічний досвід.
Мета – дослідити за допомогою методу кінцевих елементів напружено-деформований стан хребта різного ступеня деформації при застосуванні ГГТ.
Матеріали та методи. Під час побудови розрахункової моделі за основу взято геометричні моделі різних ділянок хребта, розроблені в лабораторії біомеханіки ДУ «Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка НАМН України». У модель внесено певні зміни відповідно до мети дослідження: деформація хребта 70° та 100°; додано модель черепа; додано модель ГГТ та її фіксацію до черепа.
Результати. У разі застосування системи ГГТ із фіксацією найбільш навантаженою частиною хребта є ділянка хребців T2-T5. Слід зазначити, що зі збільшенням ступеня деформації стають навантаженими хребці T4 і T5. Система ГГТ із фіксацією та навантаженням, що дорівнює половині маси тіла, не призводить до критичних значень напруження кісткової тканини з точки зору міцності.
Висновки. Під час лікування ригідних деформацій хребта в дітей з кутом деформації >100° за допомогою системи ГГТ першим етапом математично доведено ефективність цієї методики, однак максимальне рекомендоване навантаження не має перевищувати 50% маси тіла пацієнта. Моделювання корекції деформацій хребта на математичних моделях дає змогу без хірургічного втручання проаналізувати ефективність різних методів лікування в кількох варіантах. Максимальне значення напруження за Мізесом 40,1 МПа не є критичним для кісткової тканини з точки зору міцності (межа міцності для кортикальної кістки – 70 МПа). Проте зі збільшенням навантаження удвічі, тобто при ГГТ-навантаженні, що дорівнює масі тіла, рівень напруженого стану зростає також удвічі і перевищує межу міцності кісткової тканини.
Дослідження виконано відповідно до принципів Гельсінської декларації. Протокол дослідження ухвалено Локальним етичним комітетом всіх зазначених у роботі установ. На проведення досліджень отримано інформовану згоду пацієнтів.
Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.
Ключові слова: метод кінцевих елементів, деформація хребта, гало-гравітаційна тракція.

ЛІТЕРАТУРА

1. Fialho J. (2018). A biomechanical model for the idiopathic scoliosis using robotic traction devices// International Conference on Mathematical Modelling in Physical Sciences IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. 1141: 012022. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1141/1/012022

2. Ghista DN, Viviani GR, Subbaraj K et al. (1988). Biomechanical basis of optimal scoliosis surgical-correction. J Biomech. 21 (2): 77-88. https://doi.org/10.1016/0021-9290(88)90001-2

3. Kimsal J, Khraishi T. (2009). Experimental investigation of halogravity traction for paediatric spinal deformity correction. Int J Experimental and Computational Biomechanics. 1 (2): 204-213. https://doi.org/10.1504/IJECB.2009.029197

4. Kong WZ, Goel VK. (2003). Ability of the Finite Element Models to Predict Response of the Human Spine to Sinusoidal Vertical Vibration/SPINE. 28 (17): 1961-1967. https://doi.org/10.1097/01.BRS.0000083236.33361.C5; PMid:12973142

5. Kurowski PM. (2012, Apr 11). Engineering Analysis with Solid-Works Simulation 2012: 475. ISBN: 978-1-58503-710-0.

6. Lafage V, Dubousset J, Lavaste F, Skalli W. (2002). Finite element simulation of various strategies for CD correction. Stud Health Technol Inform. 91: 428-432.

7. Lafon Y, Steib JP, Skalli W. (2010). Intraoperative three dimensional correction during in situ contouring surgery by using a numerical model. Spine (Phila Pa 1976). 35: 453-459. https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e3181b8eaca; PMid:20110840

8. Lalonde NM, Villemure I, Pannetier R et al. (2010). Biomechanical modeling of the lateral decubitus posture during corrective scoliosis surgery// Clin Biomech. 25: 510-516. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2010.03.009; PMid:20413197

9. Little JP, Izatt MT, Labrom RD, Askin GN, Adam CJ. (2013, May 16). An FE investigation simulating intra-operative corrective forces applied to correct scoliosis deformity. Scoliosis. 8 (1): 9. https://doi.org/10.1186/1748-7161-8-9; PMid:23680391 PMCid:PMC3680303

10. Salmingo R, Tadano S, Fujisaki K et al. (2012). Corrective force analysis for scoliosis from implant rod deformation. Clin Biomech (Bristol, Avon). 27: 545-550. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2012.01.004; PMid:22321374

11. Semmelink K, Hekman EEG, van Griethuysen M, Bosma J, Swaan A, Kruyt MC. (2021, Jan). Halo pin positioning in the temporal bone; parameters for safe halo gravity traction. Spine Deform. 9 (1): 255-261. https://doi.org/10.1007/s43390-020-00194-2; PMid:32915397

12. Vidal-Lesso A, Ledesma-Orozco E, Daza-Benitez L, Lesso-Arroyo R. (2014). Mechanical Characterization of Femoral Cartilage Under Unicompartimental Osteoarthritis. Ingenieria mecanica tecnologia y desarrollo. 4 (6): 239-246.

13. Voor MJ, Anderson RC, Hart RT. (1997, Sep). Stress analysis of halo pin insertion by non-linear finite element modeling. J Biomech. 30 (9): 903-909. https://doi.org/10.1016/S0021-9290(97)82887-4

14. Wang Y, Li C, Liu L, Li H, Yi X. (2021). Presurgical Short-Term Halo-Pelvic Traction for Severe Rigid Scoliosis (Cobb Angle >120): A 2-Year Follow-up Review of 62 Patients. Spine (Phila Pa 1976). 46 (2): E95-E104. https://doi.org/10.1097/BRS.0000000000003740; PMid:33038196

15. Zienkiewicz OC, Taylor RL. (2005). The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics. Sixth edition. Butterworth-Heinemann: 736.