Published March 29, 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

Creators

  • 1. Peking University
  • 2. Peking University People's Hospital

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 option. 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 establish three-dimension models. Three different models were constructed: 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 compare the biomechanical characteristics of these constructs. Simulated load 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 increased when the internal plate fixation was used. For axial load, model B (1460.5 N/mm) was stiffer than the construct of model A (524.8 N/mm), and model C (636.6 N/mm), indicating model B was more stable. Maximum stress on the fibular graft occurred on the proximal end. The von Mises stress and stress distribution of fibular graft in model B (71.4 MPa) and model C (67.8 MPa) were similar. In model B, the ipsilateral fibula in model B has a higher value of stress (16.1 MPa) than that in model A (0.5 MPa), indicating the ipsilateral fibula shared load after fusion with talus. Conclusions Our computational findings suggest that double-strut fibula ankle arthrodesis is an acceptable construct for distal tibia defect and the ipsilateral fibula shares load after fusion with talus.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

خلفية مجردة هناك طرق جراحية مختلفة للورم الخبيث الأولي الموجود في الظنبوب البعيد. أفادت دراسات سابقة أن إيثاق مفصل الكاحل الشظوي المزدوج هو خيار بديل. كان الغرض من هذه الدراسة هو التحقيق في التأثير الميكانيكي الحيوي لإيثاق مفصل الكاحل الشظوي المزدوج من خلال تحليل العناصر المحدودة (FEA). 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 في نفس الجانب (النموذج ج). استخدمنا FEA لتقييم ومقارنة الخصائص الميكانيكية الحيوية لهذه التركيبات. تم تطبيق حمولة محاكاة قدرها 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 عند استخدام التثبيت الداخلي للوحة. بالنسبة للحمل المحوري، كان النموذج B (1460.5 نيوتن/مم) أكثر صلابة من بناء النموذج A (524.8 نيوتن/مم)، والنموذج C (636.6 نيوتن/مم)، مما يشير إلى أن النموذج B كان أكثر استقرارًا. حدث أقصى ضغط على الطعم الشظوي في النهاية القريبة. كان إجهاد فون ميزيس وتوزيع الإجهاد للطعم الشظوي في النموذج ب (71.4 ميجا باسكال) والنموذج ج (67.8 ميجا باسكال) متشابهين. في النموذج ب، تتمتع الشظية ثنائية الجانب في النموذج ب بقيمة إجهاد أعلى (16.1 ميجا باسكال) من تلك الموجودة في النموذج أ (0.5 ميجا باسكال)، مما يشير إلى الحمل المشترك للشظية ثنائية الجانب بعد الاندماج مع القعب. الاستنتاجات تشير النتائج الحسابية التي توصلنا إليها إلى أن إيثاق مفصل الكاحل الشظوي ذو الدعامة المزدوجة هو بناء مقبول لعيب الظنبوب البعيد وأن الشظية في نفس الجانب تشترك في الحمل بعد الاندماج مع الكاحل.

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 option 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. Une charge simulée de 600 N a été appliquée au plateau tibial pour simuler une position debout équilibrée d'un pied. Les résultats de sortie représentant le modèle de contrainte de von Mises et le déplacement des composants ont été analysés. Résultats La rigidité de la construction a été augmentée lorsque la fixation de la plaque interne a été utilisée. Pour la charge axiale, le modèle B (1460,5 N/mm) était plus rigide que la construction du modèle A (524,8 N/mm), et le modèle C (636,6 N/mm), indiquant que le modèle B était plus stable. Une contrainte maximale sur le greffon fibulaire s'est produite à l'extrémité proximale. Le stress de von Mises et la distribution du stress du greffon fibulaire dans le modèle B (71,4 MPa) et le modèle C (67,8 MPa) étaient similaires. Dans le modèle B, le péroné ipsilatéral dans le modèle B a une valeur de contrainte plus élevée (16,1 MPa) que dans le modèle A (0,5 MPa), indiquant la charge partagée du péroné ipsilatéral après fusion avec l'astragale. Conclusions Nos résultats de calcul suggèrent que l'arthrodèse de la cheville du péroné à double jambe est une construction acceptable pour un défaut du tibia distal et que le péroné ipsilatéral partage la charge 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 opción 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 un 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 aplicó una carga simulada 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 cuando se utilizó la fijación de la placa interna. Para la carga axial, el modelo B (1460.5 N/mm) fue más rígido que la construcción del modelo A (524.8 N/mm) y el modelo C (636.6 N/mm), lo que indica que el modelo B fue más estable. La tensión máxima en el injerto peroneo se produjo en el extremo proximal. La tensión de von Mises y la distribución de la tensión del injerto fibular en el modelo B (71,4 MPa) y el modelo C (67,8 MPa) fueron similares. En el modelo B, el peroné ipsilateral en el modelo B tiene un valor de estrés más alto (16.1 MPa) que en el modelo A (0.5 MPa), lo que indica que el peroné ipsilateral compartió carga después de la fusión con el astrágalo. 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 comparte la carga después de la fusión con el astrágalo.

Files

s13018-021-02362-0.pdf

Files (3.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2222a583e7acddebead4b0d982d9ea54
3.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
هل إيثاق مفصل الكاحل الشظوي مزدوج الدعامة هو إعادة بناء موثوقة لعيوب العظام بعد استئصال ورم الظنبوب البعيد ؟- دراسة العناصر المحدودة بناءً على نتائج سريرية واعدة
Translated title (French)
L'arthrodèse de la cheville par fibula à double jambe est-elle une reconstruction fiable de la malformation osseuse après une résection de la tumeur du tibia distal ?-une étude par éléments finis basée sur des résultats cliniques prometteurs
Translated title (Spanish)
¿Es la artrodesis del tobillo con peroné de doble puntal una reconstrucción confiable para el defecto óseo después de la resección del tumor de la tibia distal?-un estudio de elementos finitos basado en resultados clínicos prometedores

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3124982226
DOI
10.1186/s13018-021-02362-0

Is supplement to
https://openalex.org/W4387408515 (Other)
https://openalex.org/W4295910674 (Other)
https://openalex.org/W3028211348 (Other)
https://openalex.org/W2548207591 (Other)
https://openalex.org/W2416180440 (Other)
https://openalex.org/W2399543974 (Other)
https://openalex.org/W2339396969 (Other)
https://openalex.org/W2066533887 (Other)
https://openalex.org/W2035849352 (Other)
https://openalex.org/W1849583340 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1825717488
  • https://openalex.org/W1867569623
  • https://openalex.org/W1977920847
  • https://openalex.org/W2016483504
  • https://openalex.org/W2026243118
  • https://openalex.org/W2047734636
  • https://openalex.org/W2058880482
  • https://openalex.org/W2064687333
  • https://openalex.org/W2125642804
  • https://openalex.org/W2137683526
  • https://openalex.org/W2169157301
  • https://openalex.org/W2252986901
  • https://openalex.org/W2313232179
  • https://openalex.org/W2398189693
  • https://openalex.org/W2589361951
  • https://openalex.org/W2771522684
  • https://openalex.org/W2800672583
  • https://openalex.org/W2903000361
  • https://openalex.org/W2909477836
  • https://openalex.org/W2967828456
  • https://openalex.org/W2980577407
  • https://openalex.org/W78985451