Математичне моделювання варіантів фіксації трансплантата до передньої поверхні гленоїда в разі виконання операції Латарже

Abstract

Latarjet procedure is a common standard in the treatment of an-terior and anterior-inferior shoulder instability with a significant glenoid defect. However, like any other surgical technique, it has a list of certain intra- and postoperative complications, including mistakes in the positioning of the bone block. A necessary guarantee of prevention and reduction of the frequency of possible complications associated with graft positioning is a well-performed preoperative planning with an understanding of the biomechanical functioning of the shoulder joint with the translated bone block. Objective. According to the mathematical modelling we studied the changes that occur in the stress-strain state of the shoulder joint model depending on the options for graft fixation and may occur during the Latarjet procedure. Methods. To solve this problem, a finite element model of the shoulder was created. The simulations were performed using the SolidWorks computer-aided design system. The following situations were simulated: variants of fixing screws relative to the plane of the articular surface of the glenoid (parallel to the plane, at an angle of 10° and 20°) and variants of graft fixation height at the anterior edge of the glenoid (at the lower edge of the glenoid, 10 mm and 20 mm upper edge). Calculations of the stress-strain state of the models were performed with the CosmosM software package. Results and conclusions. The presence of a bone graft fixed with metal screws at the area of the defect at the anterior edge of the glenoid, leads to an increase in stress levels in the bone elements of the model. Changes in the stress-strain state of the shoulder model also occur, depend¬ing on the angle of the screws that secure the graft. The highest stress level was determined when providing the fixing screws at an angle of 10°, the lowest — when providing the screws parallel to the articular surface of the glenoid. The stresses on the locking screws increased slightly with increasing angle of the screws. When studying the height of graft fixation, the most favorable option, in terms of stress distribution on the articular surface of the glenoid and fixing screws, is its location in the lower part of the anterior edge of the glenoid. Key words. Shoulder joint instability, Latarjet procedure, finite element model of shoulder joint, biomechanical modeling. Операція за Латарже є загальноприйнятою для лікування передньої та передньонижньої нестабільності плечового суглоба зі значним дефектом гленоїда. Проте вона має певні інтра- та післяопераційні ускладнення, пов’язані в тому числі з помилками розміщення кісткового блока. Ретельне передопераційне планування з розумінням біоме¬ханічного функціонування плечового суглоба з перенесеним кістковим блоком є запорукою запобігання та зменшення частоти можливих ускладнень. Мета. На математичній моделі вивчити зміни напружено-деформованого стану (НДС) моделі плечового суглоба залежно від варіантів фіксації трансплантата та під час виконання операції Латарже. Методи. Розроблено скінченно-елементну модель плеча за допомогою системи автоматизованого проєктування SolidWorks. Відтворено варіанти проведення фіксувальних гвинтів відносно площини суглобової поверхні гленоїда (паралельно площині, під кутом 10° та 20°) та висоти фіксації трансплантата на передньому краю гленоїда (на рівні нижнього краю гленоїда, на 10 і 20 мм вище нього). Вивчено НДС моделей за допомогою програмного комплексу CosmosM. Результати. Найбільший рівень напружень визначено за проведення гвинтів під кутом 10°, найнижчий — паралельно суглобовій поверхні гленоїда. Максимальне зниження висоти фіксації трансплантата привело до наближення величин напружень у контрольних точках на суглобовій поверхні гленоїда до показників моделі в нормі. Висновки. Наявність кісткового трансплантата, фіксованого металевими гвинтами в зоні дефекту на передньому краю гленоїда, призводить до підвищення рівня напружень у кісткових елементах моделі. Зміни в НДС моделі плеча відбуваються залежно від кута проведення гвинтів, які фіксують трансплантат. Напруження на фіксувальних гвинтах незначно підвищувалися зі збільшенням кута їхнього проведення. Найбільш сприятливим з огляду на розподіл напружень на суглобовій поверхні гленоїда та фіксувальних гвинтах вияви¬лося розташування трансплантата в нижній частині переднього краю гленоїда.