Aspekty biomechaniczne procesu zrostu kostnego leczonego elastycznym stabilizatorem zewnętrznym

Przedmiotem artykułu jest analiza numeryczna złamania kości piszczelowej leczonej przy pomocy elastycznego stabilizatora zewnętrznego. Podstawowym celem jest zbadanie wpływu sztywności stabilizatora na rozkład odkształceń/naprężeń w obszarze kostniny oraz identyfikacja obszarów charakteryzujących się stanem mechanicznym sprzyjającym osyfikacji na poszczególnych etapach leczenia. W modelu numerycznym zaimplementowano trójwymiarowy model kości piszczelowej oraz model rzeczywistej konstrukcji stabilizatora. Wykonano serie symulacji dla kolejnych konfiguracji tkanek w kostninie przy różnych wartościach sztywności stabilizacji. Obliczenia te prowadzą do wniosku, że: (i) w początkowym okresie leczenia środowisko mechaniczne sprzyjające osyfikacji istnieje w obszarach kostniny odległych od szczeliny złamania, oraz że (ii) kluczowym dla ostatecznego wyniku leczenia jest okres tuż przed połączeniem odłamów kostnych, kiedy jedynie cienka warstwa kostniny pozostaje niezmineralizowana. Na tym etapie zbyt podatny stabilizator może nie zapewnić środowiska mechanicznego sprzyjającego powstawaniu tkanki kostnej.

The paper deals with the numerical modeling and simulations of bone fracture treated with external fixator. The aim of the research is to investigate the influence of the stiffness of the fixator on the stress-strain distribution in the fracture callus and identify the zones with mechanical state promoting ossification at subsequent stages of healing. A realistic, 3-D model of bone is implemented, and existing construction of fixator is modeled. Series of simulations for subsequent callus configurations and with different stiffness of fixator allow to conclude that the initial stage of healing the mechanical environment promoting the ossification occurs only in peripheral zones of callus, and crucial for successful healing is the stage just before bridging, when only thin layer of tissue remains unossified. Too compliant fixator at this stage may not assure proper mechanical conditions for ossification resulting in unsuccessful fracture treatment.