Published January 23, 2021
| Version v1
Publication
Open
Is Double-Strut Fibula Ankle Arthrodesis a Reliable Reconstruction for Bone Defect after Distal Tibia Tumor Resection? -A Finite Element Study Based on Promising Clinical Outcomes
- 1. Peking University People's Hospital
- 2. Peking University
Description
Abstract Background: There are different surgical methods for primary malignant tumor located at distal tibia. Previous studies have reported that double-strut fibula ankle arthrodesis is an alternative reconstruction. The purpose of this study was to investigate the biomechanical effect of double-strut fibula ankle arthrodesis by finite element analysis (FEA). Methods: Computer aided design software was used to established three-dimension models. Three different models were construct: normal tibia-fibula-talus complex (Model A), double-strut fibula ankle arthrodesis (Model B), and reconstruction by ipsilateral fibula (Model C). We used FEA to evaluate and compared the biomechanical characteristics of these constructs. Simulated loads of 600 N was applied to the tibial plateau to simulate balanced single-foot standing. Output results representing the model von Mises stress, and displacement of the components were analyzed. Results: Construct stiffness was significantly increased when the internal plate fixation was used. For axial loads, Model B (963.79 N/mm) was significantly stiffer than the construct of Model A (430.76 N/mm), and Model C (616.06 N/mm), indication Model B was more stable. Maximum stress on the fibular graft occurred on the proximal end. There were no significant differences in von Mises stress and stress distribution of fibular graft in Model B (22.73 MPa) and Model C (23.69 MPa). In Model B, the ipsilateral fibula in Model B has a higher value of stress (12.07 MPa) than that in Model A (0.67 MPa), indicating the ipsilateral fibula shared load after fusion with talus. For axial load, displacement at the fibular graft in Model B (0.37 mm) was significantly less than that in Model C (0.82 mm). Conclusions: Our computational findings suggest that double-strut fibula ankle arthrodesis is an acceptable construct for distal tibia defect and the ipsilateral fibula shared load after fusion with talus.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
خلفية الملخص: هناك طرق جراحية مختلفة للورم الخبيث الأولي الموجود في الظنبوب البعيد. أفادت الدراسات السابقة أن إيثاق مفصل الكاحل الشظوي المزدوج هو إعادة بناء بديلة. كان الغرض من هذه الدراسة هو التحقيق في التأثير الميكانيكي الحيوي لإيثاق مفصل الكاحل الشظوي المزدوج من خلال تحليل العناصر المحدودة (FEA). الأساليب: تم استخدام برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد. تم بناء ثلاثة نماذج مختلفة: مجمع الظنبوب- الشظية- الكاحل الطبيعي (النموذج أ)، إيثاق مفصل الكاحل الشظوي المزدوج (النموذج ب)، وإعادة البناء بواسطة الشظية من الجانبين (النموذج ج). استخدمنا FEA لتقييم ومقارنة الخصائص الميكانيكية الحيوية لهذه التركيبات. تم تطبيق أحمال محاكاة 600 نيوتن على هضبة الظنبوب لمحاكاة الوقوف المتوازن لقدم واحدة. تم تحليل نتائج المخرجات التي تمثل نموذج فون ميزس للإجهاد، وإزاحة المكونات. النتائج: تم زيادة صلابة البناء بشكل كبير عند استخدام التثبيت الداخلي للوحة. بالنسبة للأحمال المحورية، كان النموذج B (963.79 نيوتن/مم) أكثر صلابة بشكل ملحوظ من بناء النموذج A (430.76 نيوتن/مم)، والنموذج C (616.06 نيوتن/مم)، وكان النموذج B أكثر استقرارًا. حدث أقصى ضغط على الطعم الشظوي في النهاية القريبة. لم تكن هناك اختلافات كبيرة في إجهاد فون ميزيس وتوزيع إجهاد الطعم الشظوي في النموذج ب (22.73 ميجا باسكال) والنموذج ج (23.69 ميجا باسكال). في النموذج ب، تتمتع الشظية ثنائية الجانب في النموذج ب بقيمة إجهاد أعلى (12.07 ميجا باسكال) من تلك الموجودة في النموذج أ (0.67 ميجا باسكال)، مما يشير إلى الحمل المشترك للشظية ثنائية الجانب بعد الاندماج مع القعب. بالنسبة للحمل المحوري، كانت الإزاحة عند الطعم الشظوي في النموذج B (0.37 مم) أقل بكثير من ذلك في النموذج C (0.82 مم). الاستنتاجات: تشير نتائجنا الحسابية إلى أن إيثاق مفصل الكاحل الشظوي المزدوج هو بناء مقبول لعيب الظنبوب البعيد والحمل المشترك للشظية في نفس الجانب بعد الاندماج مع القعب.Translated Description (French)
Résumé Contexte : Il existe différentes méthodes chirurgicales pour la tumeur maligne primitive située au niveau du tibia distal. Des études antérieures ont rapporté que l'arthrodèse de la cheville par fibula à double jambe est une reconstruction alternative. Le but de cette étude était d'étudier l'effet biomécanique de l'arthrodèse de la cheville du péroné à double jambe par analyse par éléments finis (FEA). Méthodes : Un logiciel de conception assistée par ordinateur a été utilisé pour établir des modèles tridimensionnels. Trois modèles différents ont été construits : le complexe normal tibia-fibule-talus (modèle A), l'arthrodèse de la cheville par fibula à double jambe (modèle B) et la reconstruction par fibula ipsilatérale (modèle C). Nous avons utilisé la FEA pour évaluer et comparer les caractéristiques biomécaniques de ces constructions. Des charges simulées de 600 N ont été appliquées au plateau tibial pour simuler une position debout équilibrée d'un pied. Les résultats de sortie représentant la contrainte de von Mises du modèle et le déplacement des composants ont été analysés. Résultats : La rigidité de la construction a été significativement augmentée lorsque la fixation de la plaque interne a été utilisée. Pour les charges axiales, le modèle B (963,79 N/mm) était significativement plus rigide que la construction du modèle A (430,76 N/mm) et du modèle C (616,06 N/mm), ce qui indique que le modèle B était plus stable. Une contrainte maximale sur le greffon fibulaire s'est produite à l'extrémité proximale. Il n'y avait pas de différences significatives dans le stress de von Mises et la distribution du stress du greffon fibulaire dans le modèle B (22,73 MPa) et le modèle C (23,69 MPa). Dans le modèle B, le péroné ipsilatéral dans le modèle B a une valeur de contrainte plus élevée (12,07 MPa) que dans le modèle A (0,67 MPa), indiquant la charge partagée du péroné ipsilatéral après fusion avec l'astragale. Pour la charge axiale, le déplacement au niveau du greffon fibulaire dans le modèle B (0,37 mm) était significativement inférieur à celui du modèle C (0,82 mm). Conclusions : Nos résultats de calcul suggèrent que l'arthrodèse de la cheville du péroné à double jambe est une construction acceptable pour le défaut du tibia distal et la charge partagée du péroné ipsilatéral après la fusion avec l'astragale.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes: Existen diferentes métodos quirúrgicos para el tumor maligno primario ubicado en la tibia distal. Estudios previos han informado que la artrodesis del tobillo con peroné de doble puntal es una reconstrucción alternativa. El propósito de este estudio fue investigar el efecto biomecánico de la artrodesis de tobillo de peroné de doble puntal mediante análisis de elementos finitos (fea). Métodos: Se utilizó software de diseño asistido por ordenador para establecer modelos tridimensionales. Se construyeron tres modelos diferentes: complejo tibia-fíbula-talo normal (Modelo A), artrodesis de tobillo de peroné de doble puntal (Modelo B) y reconstrucción por peroné ipsilateral (Modelo C). Utilizamos fea para evaluar y comparar las características biomecánicas de estos constructos. Se aplicaron cargas simuladas de 600 N a la meseta tibial para simular una posición equilibrada de un solo pie. Se analizaron los resultados de salida que representan el modelo de estrés de von Mises y el desplazamiento de los componentes. Resultados: La rigidez del constructo aumentó significativamente cuando se utilizó la fijación de la placa interna. Para cargas axiales, el Modelo B (963.79 N/mm) fue significativamente más rígido que la construcción del Modelo A (430.76 N/mm) y el Modelo C (616.06 N/mm), indicación de que el Modelo B fue más estable. La tensión máxima en el injerto peroneo se produjo en el extremo proximal. No hubo diferencias significativas en la tensión de von Mises y la distribución de la tensión del injerto fibular en el Modelo B (22,73 MPa) y el Modelo C (23,69 MPa). En el Modelo B, el peroné ipsilateral en el Modelo B tiene un valor de estrés más alto (12.07 MPa) que en el Modelo A (0.67 MPa), lo que indica que el peroné ipsilateral compartió carga después de la fusión con el astrágalo. Para la carga axial, el desplazamiento en el injerto fibular en el Modelo B (0.37 mm) fue significativamente menor que en el Modelo C (0.82 mm). Conclusiones: Nuestros hallazgos computacionales sugieren que la artrodesis del tobillo del peroné de doble puntal es una construcción aceptable para el defecto de la tibia distal y el peroné ipsilateral compartió la carga después de la fusión con el astrágalo.Files
s13018-021-02362-0.pdf
Files
(3.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2222a583e7acddebead4b0d982d9ea54
|
3.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- هل إيثاق مفصل الكاحل الشظوي ذو الجذع المزدوج هو إعادة بناء موثوقة لعيب العظام بعد استئصال ورم الظنبوب البعيد ؟ - دراسة العناصر المحدودة بناءً على النتائج السريرية الواعدة
- Translated title (French)
- L'arthrodèse de la cheville par fibula à double jambe est-elle une reconstruction fiable pour une anomalie osseuse après une résection distale de la tumeur du tibia ? - Une étude à éléments finis basée sur des résultats cliniques prometteurs
- Translated title (Spanish)
- ¿Es la artrodesis de tobillo de peroné de doble puntal una reconstrucción confiable para el defecto óseo después de la resección del tumor de tibia distal? -Un estudio de elementos finitos basado en resultados clínicos prometedores
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4232458697
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-151738/v1