Numerical simulation of strain within the constructions for temporary hemiepiphyseodesis in patients with systemic skeletal dysplasias


Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Guided growth (temporary hemiepiphyseodesis) methods for the correction of axial deformities at the knee joint level in children are used mainly in patients with idiopathic deformities. In patients with systemic skeletal dysplasias the use of these techniques does not take into account the peculiarities of the pathological process. Purpose of study: to evaluate with radiographs the incidence of incomplete plate-bone contact at temporary hemiepiphyseodesis; to assess tensely deforming condition of metal implants using numerical simulation of strain in patients with systemic skeletal dysplasias for the prognosis of their potential failure. Patients and methods. Postoperative radiographs were analyzed for 58 children with systemic skeletal dysplasias after temporary hemiepiphyseodesis (107 extremities, 188 plates; main group) and 50 patients with the deformities of other etiology (control group). Plate-metaphysis contact was considered to be incomplete if it exceeded 2 mm. To determine the plate strains and displacement during the process of bone growth the numerical simulation using COSMOL Multiphusics Software was performed. Results. Incomplete plate-bone contact was observed in 41 (22%) out of 188 constructions. Mean contact deficit made up 4.1±1.3 mm. In control group incomplete plate- bone contact (over 2 mm) was observed only in 3 (4.5%) cases (p<0.05). When a screw is not completely inserted into the bone, its’ the most loaded part is out of the bone and the risk of screw breakage in the contact zone occurs. That was showed by the data of numerical strain simulation. Conclusion. In temporary hemiepiphyseodesis the potentiality of incomplete plate-bone contact resulting from the anatomical peculiarities of epimetaphyseal zone is up to 22%. To improve the efficacy of the guided growth method in children with systemic skeletal dysplasias the elaboration of the constructions should take into account of epimetaphyseal zone configuration.

About the authors

Vladimir M. Kenis

The Turner Scientific Research Institute for Children’s Orthopedics

Email: kenis@mail.ru
Dr. med. sci., Deputy director, Head of the department for foot pathology, neuro-orthopaedics and systemic diseases, The Turner Scientific Research Institute for Children’s Orthopedics St. Petersburg, Russia

E. S Morenko

The Turner Scientific Research Institute for Children’s Orthopedics

аспирант отделения патологии стопы, нейроортопедии и системных заболеваний НИДОИ им. Г.И. Турнера St. Petersburg, Russia

A. V Korshunov

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

канд. техн. наук, доцент кафедры «теплофизика энергетических установок» Института энергетики и транспортных систем СПбПУ St. Petersburg, Russia

R. V Kleimanov

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

аспирант кафедры «физико-химия и технология микросистемной техники» Института металлургии СПбПУ St. Petersburg, Russia

References

  1. Stevens P. Guided growth for angular correction: a preliminary series using a tension band plate. J. Pediatr. Orthop. 2007; 27 (3): 253-6. doi.org/10.1097/bpo.0b013e31803433a1.
  2. Ballal M., Bruce C., Navagam S. Correcting genu varum and genu valgum in children by guided growth: temporary hemiepiphysiodesis using tension band plates. J. Bone Joint Surg. Br. 2010; 92 (2): 273-6. doi.org/10.1302/0301-620x.92b2.22937.
  3. Goldman V., Green D. Advances in growth plate modulation for lower extremity malalignment (knock knees and bow legs). Cur. Opin. Pediatr. 2010; 22: 47-53. doi.org/10.1097/mop.0b013e328334a600.
  4. Patwardhan S., Shah K., Shyam A. et al. Growth modulation in children for angular deformity correction around knee - use of eight plate. Int. J. Paediatr. Orthop. 2015; 1 (1): 33-7.
  5. Stevens P. Guided growth: 1933 to the present. Strat. Traum. Limb. Recon. 2006; 1 (1): 29-35. doi.org/10.1007/s11751-006-0003-3.
  6. Моренко Е.С., Кенис В.М. Коррекция осевых деформаций коленного сустава у детей методом управляемого роста (обзор литературы). Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2016; 4 (1): 57-62. doi: 10.17816/PTORS4157-62.
  7. Кенис В.М., Клычкова И.Ю., Мельченко Е.В. и др. Коррекция деформаций нижних конечностей у детей с помощью метода управляемого роста. Вестник травматологии и ортопедии им Н.Н. Приорова. 2013; 4: 50-5.
  8. Stevens P.M., Klatt J.B. Guided growth for pathological physes: radiographic improvement during realignment. J. Pediatr. Orthop. 2008; 28 (6): 632-9. doi: 10.1097/BPO.0b013e3181841fda.
  9. Boero S., Michelis M.B., Riganti S. Use of the eight-Plate for angular correction of knee deformities due to idiopathic and pathologic physis: initiating treatment according to etiology. J. Child. Orthop. 2011; 5 (3): 209-16. doi.org/10.1007/s11832-011-0344-4.
  10. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир; 1984.
  11. Трусов П.В., ред. Введение в математическое моделирование: Учебное пособие. М.: Логос; 2004.
  12. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана; 1999.
  13. Заварухин В.И., Моренко Е.С., Свиридов М.К., Говоров А.В. Эмбриональное развитие и строение зоны роста. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2015; 3 (2): 61-5. doi: 10.17816/PTORS3261-65.
  14. Schroerlucke S., Bertrand S., Clapp J. et al. 2009. Failure of Orthofix eight-Plate for the treatment of Blount disease. J. Pediatr. Orthop. 2009; 29 (1): 57-60. doi: 10.1097/BPO.0b013e3181919b54.
  15. Burghardt R.D., Specht S.C., Herzenberg J.E. Mechanical failures of eight-plateguided growth system for temporary hemiepiphysiodesis. J. Pediatr. Orthop. 2010; 30 (6): 594-7. doi: 10.1097/BPO.0b013e3181e4f591.
  16. Stitgen A., Garrels K., Kobayashi H. et al. Biomechanical comparison between 2 guided-growth constructs. J. Pediatr. Orthop. 2012; 32 (2): 206-9. doi: 10.1097/BPO.0b013e31823f09a3.
  17. Хмизов С.О., Прозоровський Д.В., Суббота І.А., Єршов Д.В. Напружено-деформований стан проксимального відділу великогомілкової кістки дитини при tibia vara в умовах однобічного блокування проксимальної росткової зони фіксаторами різних типів. Травма. 2016; 17 (1): 77-84.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2018 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».