Estabilidade de osteotomias proximais em modelos do fêmur pediátrico fixadas por hastes intramedulares flexíveis e avaliadas pelo método dos elementos finitos

Resumo

Objetivo Avaliar a estabilidade de osteotomias criadas nas regiões subtrocantérica e trocantérica em modelo de fêmur pediátrico, fixadas por hastes intramedulares flexíveis.

Método A partir de um modelo de fêmur pediátrico com duas hastes elásticas de titânio, foram obtidos cortes tomográficos que foram convertidos para um modelo tridimensional. Neste modelo foi criado uma malha com elementos tetraédricos, de acordo com o método dos elementos finitos. Foram obtidos três modelos virtuais, e realizadas osteotomias em regiões diferentes: mediodiafisária, subtrocantérica e trocantérica. Foi aplicado um carregamento vertical de 85N no topo da cabeça do fêmur, obtidos os deslocamentos, a tensão máxima e mínima principal e tensão equivalente de Von Mises no implante.

Resultados Com o carregamento aplicado foram observados deslocamentos no local da osteotomia de 0,04mm no grupo diafisário, 0,5mm no subtrocantérico e 0,06mm no trocantérico. A tensão máxima principal foi 10,4Pa, 7,52Pa e 26,4Pa nos grupos diafisário, subtrocantérico e trocantérico, respectivamente. Ou seja, a tensão máxima foi em torno de 40% maior no grupo trocantérico, em relação ao diafisário (controle). A face de tensão mínima do osso localizou-se na cortical interna do fêmur. A tensão equivalente de Von Mises nos implantes ocorreu na osteotomia, com valor máximo de 27,6Pa no grupo trocantérico.

Conclusão Tanto nas osteotomias no nível trocantérico, quanto subtrocantérico, a estabilidade da fixação foi muitas vezes menor que no modelo diafisário, sugerindo que as hastes intramedulares flexíveis não são implantes adequados para as fixações proximais do fêmur.

Palavras-chave

fraturas do fêmur - análise de elementos finitos - fixação intramedular de fraturas

Trabalho desenvolvido no Laboratório de Bioengenharia da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo (FMRP-USP), Ribeirão Preto, São Paulo, Brasil

Publikationsverlauf

Eingereicht: 29. August 2023

Angenommen: 06. November 2023

Artikel online veröffentlicht:
10. April 2024

• Referências

• 1 Métaizeau JP. Les fractures du fémur. In: Ostéosynthèse chez l'enfant: Embrochage centro-médullaire élastique stable. Montpellier:: Sauramps Médical; 1988: 77-84
• 2 Volpon J. Osteossíntese das fraturas diafisárias da criança com hastes intramedulares flexíveis. Rev Bras Ortop 2008; 43 (07) 261-270
• 3 Li Y, Heyworth BE, Glotzbecker M. et al. Comparison of titanium elastic nail and plate fixation of pediatric subtrochanteric femur fractures. J Pediatr Orthop 2013; 33 (03) 232-238
• 4 Parikh SN, Nathan ST, Priola MJ, Eismann EA. Elastic nailing for pediatric subtrochanteric and supracondylar femur fractures. Clin Orthop Relat Res 2014; 472 (09) 2735-2744
• 5 Xu Y, Bian J, Shen K, Xue B. Titanium elastic nailing versus locking compression plating in school-aged pediatric subtrochanteric femur fractures. Medicine (Baltimore) 2018; 97 (29) e11568
• 6 Cruz MAF, Battaglion LR, Volpon JB. Flexible intramedullary nails in pediatric subtrochanteric femur fracture: biomechanical study. Acta Ortop Bras 2023; 31 (spe2): e260008
• 7 Brekelmans WA, Poort HW, Slooff TJ. A new method to analyse the mechanical behaviour of skeletal parts. Acta Orthop Scand 1972; 43 (05) 301-317
• 8 Welch-Phillips A, Gibbons D, Ahern DP, Butler JS. What Is Finite Element Analysis?. Clin Spine Surg 2020; 33 (08) 323-324
• 9 Huiskes R, Chao EY. A survey of finite element analysis in orthopedic biomechanics: the first decade. J Biomech 1983; 16 (06) 385-409
• 10 Ye Y, You W, Zhu W, Cui J, Chen K, Wang D. The Applications of Finite Element Analysis in Proximal Humeral Fractures. Comput Math Methods Med 2017; 2017: 4879836
• 11 Freitas A, Demeneghi NC, Barin FR, Battaglion LR, Pires RE, Giordano V. Fratura da cabeça femoral de tipo II de Pipkin: Avaliação biomecânica pelo método de elementos finitos. Rev Bras Ortop 2023; 58 (03) 507-513
• 12 Cristofolini L, Viceconti M, Cappello A, Toni A. Mechanical validation of whole bone composite femur models. J Biomech 1996; 29 (04) 525-535
• 13 Heiner AD, Brown TD. Structural properties of a new design of composite replicate femurs and tibias. J Biomech 2001; 34 (06) 773-781
• 14 Flynn JM, Hresko T, Reynolds RA, Blasier RD, Davidson R, Kasser J. Titanium elastic nails for pediatric femur fractures: a multicenter study of early results with analysis of complications. J Pediatr Orthop 2001; 21 (01) 4-8
• 15 Narayanan UG, Hyman JE, Wainwright AM, Rang M, Alman BA. Complications of elastic stable intramedullary nail fixation of pediatric femoral fractures, and how to avoid them. J Pediatr Orthop 2004; 24 (04) 363-369
• 16 Sink EL, Gralla J, Repine M. Complications of pediatric femur fractures treated with titanium elastic nails: a comparison of fracture types. J Pediatr Orthop 2005; 25 (05) 577-580
• 17 DeTolla DH, Andreana S, Patra A, Buhite R, Comella B. Role of the finite element model in dental implants. J Oral Implantol 2000; 26 (02) 77-81
• 18 Dou B, Zhang FF, Ni M. et al. Biomechanical and finite element study of drilling sites for benign lesions in femoral head and neck with curettage, bone-grafting and internal fixation. Math Biosci Eng 2019; 16 (06) 7808-7828
• 19 Tucker SM, Wee H, Fox E, Reid JS, Lewis GS. Parametric Finite Element Analysis of Intramedullary Nail Fixation of Proximal Femur Fractures. J Orthop Res 2019; 37 (11) 2358-2366
• 20 Wang J, Ma JX, Lu B, Bai HH, Wang Y, Ma XL. Comparative finite element analysis of three implants fixing stable and unstable subtrochanteric femoral fractures: Proximal Femoral Nail Antirotation (PFNA), Proximal Femoral Locking Plate (PFLP), and Reverse Less Invasive Stabilization System (LISS). Orthop Traumatol Surg Res 2020; 106 (01) 95-101
• 21 Ahirwar H, Gupta VK, Nanda HS. Finite element analysis of fixed bone plates over fractured femur model. Comput Methods Biomech Biomed Engin 2021; 24 (15) 1742-1751
• 22 Lewis GS, Mischler D, Wee H, Reid JS, Varga P. Finite element analysis of fracture fixation. Curr Osteoporos Rep 2021; 19 (04) 403-416
• 23 Altai Z, Viceconti M, Offiah AC, Li X. Investigating the mechanical response of paediatric bone under bending and torsion using finite element analysis. Biomech Model Mechanobiol 2018; 17 (04) 1001-1009
• 24 Faria FF, Gruhl CEM, Ferro RR, Rached RN, Soni JF, Trevilatto P. Análise de elementos finitos de um dispositivo de dinamização controlada para fixação circular externa. Rev Bras Ortop 2021; 56 (01) 36-41
• 25 Soni JF, Santili C, Lancellotti CLP, Hecke MB, Almeida FR, Karam LZ. Análise comparativa em modelo computadorizado bidimensional com simulação do emprego de hastes flexíveis de aço e titânio, na fratura do fêmur da criança, utilizando o método dos elementos finitos. Rev Bras Ortop 2008; 43 (05) 183-192
• 26 Volpon JB, Perina MM, Okubo R, Maranho DAC. Biomechanical performance of flexible intramedullary nails with end caps tested in distal segmental defects of pediatric femur models. J Pediatr Orthop 2012; 32 (05) 461-466