Alt Ekstremite Mekanik Aks Değişimleri Sonucu Oluşan Varus ve Valgus Pozisyonlarında Tibia Kıkırdağı Üzerindeki Yük Değişimlerinin Değerlendirilmesi: Sonlu Eleman Model Çalışması

Amaç: Varus ve valgus pozisyonlarında tibia kıkırdağı üzerindeki yük değişimlerinin incelenmesi. Yöntem: DICOM formatında alınan alt ekstremite uzunluk Bilgisayarlı Tomografi kesitleri MIMICS programında üç boyutlu (3D) katı model haline getirildi. Oluşturulan 3D katı modellere sırasıyla 2.5°, 5°, 7.5°, 10°, 12.5° ve 15° varus ve valgus osteotomisi uygulandı. Tibia kıkırdağına etki eden stres yüklerini (maksimum eşdeğer gerilmelerini (MES)) analiz edebilmek için ANSYS Workbench (Version 12) kullanıldı. Bulgular: Referans değer olan MD 0 için tibia kıkırdağında elde edilen maksimum yüklenme olan MES 0.860 MPa iken referans değere ardışık uygulanan varus osteotomileri sonucunda bu değer MD 0-2.5° varus modelinde 0.935 MPa, 5°’de 1.010 MPa, 7.5°’de 1.113 MPa, 10°’de 1.247 MPa, 12.5°’de 1.388 ve 15° varus modelinde ise 1.530 MPa olarak ölçülürken aynı modelde yapılan 2.5°, 5°, 7.5°, 10°, 12.5° ve 15° valgus osteotomileri sonucunda bu değerler sırasıyla 0.813, 0.792, 0.769, 0.745, 0.718 ve 0.690 MPa olarak ölçüldü (p=0.028). Sonuç: Tibia kıkırdağı üzerine varus pozisyonunda daha fazla yük binmekte ve bu yük valgus osteotomisi ile azalmaktadır. Valgus osteotomisi ile elde edilen azalma varus pozisyonunda ölçülen MES’e kıyasla anlamlı derecede farklı ve azdır. Bu durum diz ekleminin valgusa kıyasla varus pozisyonlarında daha fazla etkilendiğini göstermektedir

Anahtar Kelimeler:

Sonlu Eleman Analizi, Eşdeğer Gerilme, Diz Eklemi

-

Objective: To evaluate changes in the loading of tibial articular cartilage following varus and valgus mechanical axis of lower extremity. Methods: Three- Dimensional (3D) solid models were created on MIMICS® by using DICOM formatted longitudinal computed tomography scans. Respectively 2.5°, 5°, 7.5°, 10°, 12.5° and 15° varus and valgus osteotomies were performed to 3D solid models. ANSYS WorkbenchTM (Version 12) was used to analyze the stress/load distribution, that is to say MES (maximum equivalent stress- von Mises stres), which affect the tibia cartilage in the finite element model obtained by MIMICS. Results: MES of the tibial cartilage was measured 0.860 MPa in the reference model. With regard to the varus models, MES was measured 0.935 MPa in 2.5° varus model, 1.010 MPa in 5°, 1.113 MPa in 7.5°, 1.247 MPa in 10°, 1.388 MPa in 12.5° and 1.530 MPa in 15° varus model. MES was measured 0.813, 0.792, 0.769, 0.745, 0.718 and 0.690 MPa in 2.5°, 5°, 7.5°, 10°, 12.5° and 15° valgus osteotomy models respectively (p=0.028). Conclusion: MES increased in all models of varus position when was compared with reference and valgus models. The decrease of load bearing on tibial articular cartilage in valgus position was lower and statistically different than the reference and varus models. This study clearly showed that tibia cartilage is more sensitive to load bearing in varus position than the valgus positioned lower extremity mechanical axis

Keywords:

Finite Element Analysis, Maximum Equivalent Stress, Knee Joint,

PDF

___

Murphy SB. Tibial osteotomy for genu varum. Indications, preoperative planning, and technique. Orthop Clin North Am 1994;25(3):477-82.
Coventry MB. Osteotomy about the knee for degenerative and rheumatoid arthritis. J Bone Joint Surg Am. 1973;55(1):23-48.
Coventry MB. Upper tibial osteotomy for gonarthrosis. The evolution of the operation in the last 18 years and long term results. Orthop Clin North Am 1979;10(1):191-210.
Coventry MB. Proximal tibial osteotomy. Orthop Rev 1988;17(5):456-8.
Lobenhoffer P, Agneskirchner JD. Improvements in surgical technique of valgus high tibial osteotomy. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2003;11:132-8.
Kesemenli CC, Memisoglu K, Muezzinoglu US. Bone marrow edema seen in MRI of osteoarthritic knees is a microfracture. Med Hypotheses 2009;72(6):754-5.
Yamada H. Mechanical Properties of Locomotor Organs And Tissues, Strength of Biological Materials, Baltimore: Williams & Wilkins, 1970; 210.
Ashman RB, Cowin SC, Van Buskirk WC, et al. A continuous wave technique for the measurement of the elastic properties of cortical bones. J Biomech 1984;17(5):349-61.
Reilly DT, Burstein AH. The mechanical properties of cortical bone. J Bone Joint Surg Am 1974;56(5):1001-22.
Martens M, vanAudekercke R, DeMeester P, et al. The geometrical properties of human femur and tibia and their importance for the mechanical behaviour of these bone structures. Arch Orthop Trauma Surg 1981;98:113-20.
Martens R, Van Audekercke R, Delport P, et al. The mechanical characteristics of cancellous bone at the upper femoral region. J Biomech 1983;16:971-983.
Mikosz RP, Andriacchi TP, Anatomy and Biomechanics of the Knee Orthopeadic Knowledge Update Hip and Knee Reconstruction. Editor Callaghan JJ. Rosemont: American Academy of Orthopaedic Surgeons, 1995;227.
Tandoğan R, Alparslan M, Diz Cerrahisi. Ankara: Haberal Vakfı, 1999; 5-18.
Üstüner, Y. Total Diz Artroplastisi Erken Dönem Sonuçları, Tıp Uzmanlık Tezi, Haseki Eğitim ve Araştırma Hastanesi Ortopedi ve Travmatoloji Kliniği, İstanbul. 2006.
Al-Duri Z, Patel DV, Aichroth PM. High tibial osteotomy for degenerative arthritis of the knee: An overview. Knee Surgery. Current practice Editors: Aichroth PM, Cannon WD Jr. Chapter 15. New York: Raven pres, 1992; 598-607
Kettelkamp DB, Wenger DR, Chao EYS. Results of proximal tibial osteotomy. J Bone Joint Surg Am 1976;58(7):952-60.
Keene JS, Dyreby JR Jr. High tibial osteotomy in the treatment of osteoarthritis of the knee. The role of preoperative arthroscopy. J Bone Joint Surg Am 1983;65(1):36-42.

ISSN: 1309-3878
Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
Başlangıç: 2009
Yayıncı: Düzce Üniversitesi Tıp Fakültesi Aile Hekimliği AD adına Yrd.Doç.Dr.Cemil Işık Sönmez