نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی مشهد

2 دانشگاه علوم پزشکی مشهد

چکیده

زمینه و هدف: پای شارکو بیماری ناتوان کننده مرموزی است که به طور شایع در بیماران دیابتی دیده می‌شود و به صورت کلاسیک با تخریب مفاصل کوچک قسمت میانی پا و نشست کردن قوس طولی داخلی پا خود را نشان می‌دهد. هنگامی که جراحی برای حفظ یک پای دارای عملکرد ضرورت یابد سؤال بعدی یافتن بهترین روش فیوژن (fusion) و بازسازی و فیکس کردن و بی‌حرکت کردن پا با کمترین آسیب نسج نرم است. امروزه استفاده از پلاک مدیال و پلنتار برای حفظ قوس پا توصیه می‌شود، همچنین در مواردی که سابقه زخم و عفونت وجود دارد استفاده از پیچ‌های بلند، ترجیحاً اینترامدولاری، با نتایج موفق بالایی همراه بوده است. هدف این مطالعه مقایسه بیومکانیکی روش‌های مختلف فیکس کردن به صورت فینیت آنالیز است. در این پژوهش رفتار بیومکانیکی سه روش با بارگذاری شبه‌استاتیک روی مدل ساخته شده در نرم افزارهای المان محدود بررسی می‌شود.
روش‌ها: از جمله اهداف این پژوهش مدل‌سازی و شبیه‌سازی به گونه‌ای بود که تا حد ممکن نزدیک به آناتومی واقعی موضع محل بررسی باشد. برای این منظور از تصاویر ثبت شده به روش سی‌تی‌اسکن که از پای یک خانم 40 ساله تهیه شده بود استفاده کردیم و این تصاویر برای تکمیل مدل هندسی به نرم افزار میمیکس (mimics) منتقل شد. سپس، مدل تحت آنالیز بیومکانیکی به صورت شبه‌استاتیک در محیط نرم‌افزار آباکوس (abaqus19.0) قرار گرفت. ﺑﺮای دﺳﺘﻴﺎﺑﻲ ﺑﻪ ﻣﺪل واﻗﻌﻲ از ﻟﺤﺎظ ﺧﻮاص، خواص مکانیکی برای استخوان کورتیکال و اسفنجی به صورت ارتوتروپیک خطی لحاظ شده است. بافت نرم به صورت هایپرالاستیک توصیف ماهیت غیرخطی و تراکم‌ناپذیر در نظر گرفته شد.
نتایج: با مقایسه اقسام سازه‌های مورد بررسی در مدل میله، تنش بیشتر روی ایمپلنت و تنش کمتر روی استخوان مشاهده شد. روش پلاک پلنتار از نظر حداکثر تنش به پا بدون ایمپلنت، نزدیکتر بود.
نتیجه‌گیری: مطالعه حاضر نشان داد کمترین تنش در حالت پلاک پلنتار رخ می‌دهد که احتمالا باعث خستگی کمتر و با تاخیر بیشتر این پلاک می‌شود و نیز معلوم شد تنش وارده بر میله بیشتر از پلاک‌ها بوده است که این می‌تواند نشانه استحکام (regidity) بیشتر ساختمان ایجاد شده و افزایش سپر تنش (stress sheilding) باشد. البته جنس استیل یا تیتانیوم و قطر میله می‌تواند در این مقادیر تأثیرگذار باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Biomechanical Comparison of plates and nail Methods in Diabetic Charcot foot: A Finite Element Analysis

نویسندگان [English]

  • pegah khazaee nezhad 1
  • behrooz sepehri 1
  • alireza mousavian 2

چکیده [English]

The foot quickly becomes a problem in diabetics, so it's important to diagnose problems and treat them early. One of these problems is the Charcot foots. Charcot problem is a type of deformity in the joint, also called neuropathic arthropathy. Because of this problem, the foot is removed from its natural axis. To compensate for this abnormality, the surgeon removes some of the bone and places the other bones of the foot next to each other so that the foot returns to its normal position. To stabilize the bones next to each other, stabilizers such as plates on the two common surfaces of the medial and plantar or intramedullary nails are required. This study examines the biomechanical behavior of these three methods. One of the purpose of this study was to model and simulate as close as possible to the actual anatomy of the position of the study site. For this purpose, the images recorded by CT- Scan method were used by a 40-year-old woman and were transferred to mimics software to complete the geometric model. Then, the model was subjected to biomechanical analysis in abaqus19.0 software. By comparing the types of structures studied, in the nail model, more stress on the implant and less stress on the bone were observed. The plantar plate method is closer to the foot without implants in terms of maximum stress and is more suitable in this regard.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Charcot foot
  • medial plate
  • plantar plate
  • Intramedullary Nail
  • finite element analysis
  1.  

    1. Charcot, JM. Sur quelquesarthropathies qui paraissentdépendred'unelésioncerveauou de la moelleépinière. Arch Physiol Norm Pathol 1868; 1, 161–178.
    2. Frykberg RG, Mendeszoon E.Management of the diabetic charcot foot. Diabetes Metab Res Rev.Sep-Oct 2000; 1:S59-65.
    3. Schon, Lew C., Ilan Cohen, and Greg A. Horton. Treatment of the diabetic neuropathic flatfoot. Techniques in Orthopaedics. 2000; 15.3: 277-289.
    4. Nadaud, Joshua P, Lew C. Schon. Chronic Charcot Midfoot Reconstruction. Techniques in Foot & Ankle Surgery. September 2010; 9.3: 123-133
    5. Mann RA. Arthrodesis of the foot and ankle, R.A. Mann, M.J. Coughlin, Editors, Surgery of the foot and ankle, Mosby, St. Louis (1993), pp. 673–713
    6. Horton, Greg A., and Brad W. Olney. Deformity correction and arthrodesis of the midfoot with a medial plate. Foot & ankle. 1993;14.9: 493-499.
    7. Charles Saltzman, Robert B.Anderson, Mann's surgery of foot & ankle, editor: Michael Coughlin, second volume, 9th edition(2013), pp.753-793
    8. Arks, Richard M., Brent G. Parks, et al . Midfoot fusion technique for neuroarthropathic feet: biomechanical analysis and rationale. Foot & ankle international. 1998;19.8 :507-510.
    9. Mohamad Reza Khalili, BabakZiaie, Mahmoud Kazemi. Finite element analysis for dental implants subjected to thermal loads. Journal of Dental Medicine-Tehran University of Medical Sciences 2014; 26(4):270-80.
    10. Jason Tak-Man Cheung, MingZhang, Aaron Kam-Lun Leung, Yu-Bo Fan. Three-dimensional finite element analysis of the foot during standing—a material sensitivity study. Journal ofBiomechanics, May 2005; 38(5): 1045-1054.
    11. Eberle S, Gerber C, Von Oldenburg G, Hogl F, Augat P. A biomechanical evaluation of orthopedic implants for hip fractures by finite element analysis and in-vitro tests. Proc instMechEng H.2010. Oct:224(10):1141-52.
    12. Yan Wang, Zengyong Li, Duo Wai Chi Wong, Cheng-Kung Cheng, Ming Zhang. Finite wlement analysis of biomechanical effects of total ankle arthroplasty on the foot.J OrthopTranslat. Jan 2018; 12: 55–65.
    13. Finite Element Modeling of the Foot. Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2015.
    14. Paulos Edward.Applied Biomechanics: Concepts and Connections. USA: Thomson Learning Academic Resource Center; 2008. P337-338
    15. Andrew A Biewener. Safety Factors in Bone Strength. Calcified Tissue International 1993; 53: 68–74.
    16. Cheryl E. Dunham, Sarah E. Takaki, James A. Johnson, Cynthia E. Dunning. Mechanical properties of cancellous bone of the distal humerus. ClinBiomech (Bristol, Avon)2005; 20(8):834-8.
    17. Harun H.Bayraktar, Elise F.Morgan, Glen L.Niebur, Grayson E.Morris, Eric K.Wong, Tony M.Keaveny. Comparison of the elastic and yield properties of human femoral trabecular and cortical bone tissue. Journal of Biomechanics 2007; 37: 27–35.
    18. RIK Huiskes, HarrieWeinan, BertvanRietberg. The Relationship between Stress Shielding and Bone Resorption around Total Hip Stems and the Effects of Flexible Materials. Clinical Orthopaedics and Related Research: January 1992; 274: 124-134
    19. Abbey M. Campbell, Michelle L. Cler, Carolyn P. Skurla, Joseph J. Kuehl. Damage accumulation of bovine bone under variable amplitude loads. Bone Reports 2016; 5 :320–332.
    20. Wiewiorski, Martin, et al. Solid bolt fixation of the medial column in Charcot midfoot arthropathy. The Journal of Foot and Ankle Surgery2013; 52.1: 88-94.