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CC BY 4.0 · Rev Bras Ortop (Sao Paulo) 2025; 60(05): s00451812999
DOI: 10.1055/s-0045-1812999
Original Article

Lesser Metatarsals Load after Minimally-Invasive Surgery for Hallux Valgus Correction: A Finite Element Model

Carga sobre os metatarsos menores após cirurgia minimamente invasiva para correção de hallux valgus: Um modelo de elementos finitos

Authors

  • Henrique Mansur 

    1   Department of Foot and Ankle Surgery, Instituto Return to Play and Instituto D'Or de Pesquisa e Ensino (IDOR), Brasília, DF, Brazil

  • Bruno Abdo 

    2   Department of Foot and Ankle Surgery, Instituto D'Or de Pesquisa e Ensino (IDOR), Brasília, DF, Brazil

  • Gabriel Ferraz Ferreira 

    3   Foot and Ankle Surgery Group, Orthopedics and Traumatology Unit, Prevent Senior, São Paulo, SP, Brazil

  • Miguel Viana Pereira Filho 

    4   Head of Foot and Ankle Surgery Group, Orthopedics and Traumatology Unit, Prevent Senior, São Paulo, SP, Brazil

  • Roberto Zambelli 

    5   Faculdade de Ciências Médicas de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brazil
    6   Rede de Saúde Mater Dei, Belo Horizonte, MG, Brazil

  • Gustavo Araújo Nunes 

    7   Foot and Ankle Unit, Clínica Ortopédica ÓRION, Brasília, DF, Brazil

Financial Support One of the authors reports receiving financial support from Novastep outside the scope of this study. The other authors declare that they did not receive financial support from agencies in the public, private, or nonprofit sectors to conduct the present study.
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Abstract

Objective

To analyze the biomechanical consequences on the lesser metatarsals using different screw configurations for fixation of the minimally-invasive Chevron-Akin (MICA) osteotomy, through the finite element method (FEM).

Methods

A FEM model was developed from a computed tomography scan of a moderate hallux valgus (HV) deformity. Five different screw configurations were tested. We measured the maximal tension in the lesser metatarsals for each screw configurations, in physiological and supraphysiological loads.

Results

The lesser metatarsals received the lowest loads when the first metatarsal osteotomy was fixed with one intramedullary and one bicortical screw, with tensile load values varying between 30 and 70 MPa in physiological loads, and 50 to 350 MPa in supraphysiological loads. In all fixing techniques, the 2nd and 4th metatarsals received the highest loads, especially in groups 3 (two bicortical screws) and 5 (only one bicortical screw), with values reaching up to 230 and 600 MPa in physiological and supraphysiological loads, respectively. Regardless of the fixation technique, the region of the lesser metatarsals that received the most load was the diaphysis.

Conclusion

After MICA surgery to correct HV, there is an increase in tension forces on the lesser metatarsals, especially the second and fourth. The technique of fixing the first metatarsal with one bicortical and one intramedullary screw showed the lowest values on the lesser metatarsals load. Furthermore, for physiological and supraphysiological loads, independently of the technique, the forces were concentrated mainly on the metatarsal shaft.

Resumo

Objetivo

Analisar as consequências biomecânicas nos metatarsos menores do uso de diferentes configurações de parafusos para fixação da osteotomia minimamente invasiva em Chevron e Akin (MICA, do inglês minimally-invasive Chevron-Akin) por meio do método dos elementos finitos (MEF).

Métodos

Um modelo de MEF foi desenvolvido a partir de uma tomografia computadorizada de uma deformidade hallux valgus (HV) moderada. Cinco configurações diferentes de parafusos foram testadas. A tensão máxima nos metatarsos menores de cada configuração de parafuso, em cargas fisiológicas e suprafisiológicas, foi medida.

Resultados

Os metatarsos menores receberam as menores cargas quando a osteotomia do primeiro metatarso foi fixada com um parafuso intramedular e um bicortical, com carga de tração entre 30 e 70 MPa em cargas fisiológicas e 50 a 350 MPa em cargas suprafisiológicas. Em todas as técnicas de fixação, o 2o e o 4o metatarsos receberam as maiores cargas, especialmente nos grupos 3 (2 parafusos bicorticais) e 5 (apenas 1 parafuso bicortical), com valores de até 230 e 600 MPa em cargas fisiológicas e suprafisiológicas, respectivamente. Independentemente da técnica de fixação, a região dos metatarsos menores submetida à maior carga foi a diáfise.

Conclusão

Após a cirurgia MICA para correção de HV, houve aumento das forças de tensão nos metatarsos menores, especialmente no segundo e quarto. A técnica de fixação do primeiro metatarso com um parafuso bicortical e um intramedular apresentou os menores valores de carga nos metatarsos menores. Além disso, em cargas fisiológicas e suprafisiológicas, independentemente da técnica, as forças concentraram-se principalmente na diáfise metatársica.

Keywords

finite element analysis - foot deformities, congenital - hallux valgus - minimally invasive surgical procedures

Palavras-chave

análise de elementos finitos - deformidades congênitas do pé - hallux valgus - procedimentos cirúrgicos minimamente invasivos

Authors' Contributions

Each author contributed individually and significantly to the development of this article: HM and GN: software and formal analysis. HM and BA: writing – original draft. HM and GN: conceptualization and project administration. All authors discussed the results and contributed to the final manuscript.


This paper was developed at Hospital Santa Helena, SHLN 516 Conjunto D - Asa Norte – Brasília, DF, Brazil.




Publication History

Received: 11 April 2025

Accepted: 25 September 2025

Article published online:
10 December 2025

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Bibliographical Record
Henrique Mansur, Bruno Abdo, Gabriel Ferraz Ferreira, Miguel Viana Pereira Filho, Roberto Zambelli, Gustavo Araújo Nunes. Lesser Metatarsals Load after Minimally-Invasive Surgery for Hallux Valgus Correction: A Finite Element Model. Rev Bras Ortop (Sao Paulo) 2025; 60: s00451812999.
DOI: 10.1055/s-0045-1812999