پيش‌بيني نتايج جراحي استئوتومي پروگزيمال تيبيا با توجه به اثرات متقابل بافت نرم (يك تجربه با المان محدود)

(Pre-Planning of High Tibial Osteotomy: The Effect of Ligamentous Tissues (A Finite-Element experiment

پيشزمينه: استئوتومي بالاي تيبيا يك روش معمول براي درمان ناهم‌راستايي محوري اندام تحتاني (بدشكلي‌هاي واروس-والگوس) است. موفقيت اين جراحي به ميزان اصلاح محور بارگذاري وابسته است. هدف از اين مطالعه شبيه‌سازي جراحي استئوتومي بالاي تيبيا در يك بيمار داراي بدشكلي واروس به منظور بررسي رابطه‌ گوه استئوتومي با تغييرات محور مكانيكي و تغييرات پيكربندي مفصل بود. مواد و روشها: به اين منظور يك مدل المان محدود از بيمار داراي بدشكلي واروس براي تحليل در محيط آباكوس ايجاد شد. هندسه‌ مدل با استفاده از تصاوير سي‌تي‌اسكن كل اندام تحتاني و ام‌آر‌آي مفصل زانو بازسازي شد. جراحي استئوتومي به صورت استئوتومي گوه بسته با قراردادن گوه‌هايي با زواياي مختلف در قسمت پروگزيمال تيبيا و اعمال تغيير امتداد بارگذاري ناشي از آنها در مدل شبيه‌سازي شد. در طي آناليز، يك بار 600 نيوتني در راستاي محور مكانيكي مدل به مفصل ران اعمال شد و نتايج تغييرات در موقعيت فمور نسبت به تيبيا و توزيع نيرو در بافت‌هاي نرم مفصل مورد مطالعه قرار گرفت. يافتهها: مطالعه نشان داد كه ميزان اصلاح واقعي محور مكانيكي همواره كمتر از مقدار پيش بيني شده بر اساس امتداد استخوان‌ها در پيش از جراحي است كه در آن اثرات بافت‌هاي نرم بر پيكربندي مفصل پس از جراحي در نظر گرفته نمي‌شود. نتيجه‌گيري: مدل‌سازي اختصاصي بيمار مي‌تواند با شبيه‌سازي عمل جراحي پيش از اجراي آن و تعيين ميزان بهينه اصلاح، به بهبود نتايج عمل جراحي استئوتومي بالاي تيبيا كمك كند.

Background: High tibial osteotomy (HTO) is a common surgical procedure for treatment of patients with varus malalignment. The success rate of the procedure is strongly dependent on the quality of correction. The purpose of this study was to simulate the HTO in a patient with varus deformity in order to explore the interactions between the wedge angle, the mechanical axis, and the knee joint configuration. Methods: A finite-element model of the knee joint of a patient with varus deformity was developed. The geometry was obtained using the whole limb CT scans and the knee MR images. The bones were assumed as rigid bodies, the articular cartilage and the meniscus as elastic solids, and the ligaments as nonlinear springs. A 600N force was applied at the femoral head in the line of the mechanical axis and the resulting knee configuration was investigated. The HTO was simulated by insertion of wedges with different angles beneath the tibial plateau and application of the resulting alteration of the loading axis in the model. Results: The results indicated that the actual change of the mechanical axes was always smaller than was predicted by a geometric pre-planning approach that does not consider the effect of soft tissue on the post-operative configuration of the knee joint. Conclusions: It was suggested that subject-specific models can improve the results of the HTO by simulating the operation before surgery and determining the optimal wedge angle that locates the mechanical axis in the middle of the knee.