Finite element-analyser af tibiafrakturer

Introduktion

Frakturer i underbenet forårsages af forskellige højenergitraumer som ved sportsudøvelse, fald fra store højder og i forbindelse med biluheld. Disse skader er ikke helt uvante, og vi ser fælles, karakteristiske frakturmønstre, der beror på en række specifikke faktorer, herunder eksempelvis traumets retning i form af rotatoriske kræfter eller en direkte kraft rettet mod underbenet. Benets stilling i skadesøjeblikket kan endvidere have betydning. Det kan være bøjet eller i strakt stilling med foden fikseret eller fri. Der findes eksperimentelle studier, i hvilke man har simuleret ovennævnte traumer, og man har i disse kunnet opnå de selvsamme karakteristiske frakturmønstre, samtidig med at frakturerne ses lokaliseret i særlige zoner af underbenet. Det har i nærværende undersøgelse været vort formål at påvise, at sådanne frakturmekanismer kan simuleres på computere. Dette sker ved hjælp af den såkaldte finite element -analysemetode, som er en computerbaseret, generel matematisk ingeniørberegningsmetode, som i dette tilfælde anvendes som en biomekanisk evaluering af underbensfrakturer i forskellige frakturgivende situationer. De opnåede analyseresultater vil potentielt kunne danne udgangspunkt for nye studier til undersøgelse af knogleheling, frakturprævention og analyser af forskellige osteosynteser, idet de biomekaniske resultater fra dette studie kan blive udgangspunktet for undersøgelse af knogleheling, for faldanalyse ved frakturprævention og for stabilitetsundersøgelse ved osteosynteser.

Materiale og metoder

På basis af computertomografidata fra The Visible Human Project blev der skabt en geometrisk overflademodel af underbenets knogler: tibia og fibula. Denne overflademodel blev fyldt med 21.219 3D-elementer med kortikal knogle udenpå og med trabekulær knogle indeni. Via finite element-modellen introduceredes frakturgivende kræfter som torsion, et direkte sidetraume og aksial kompression, og der blev udført såkaldt statisk analyse for at fastslå, om der opstod frakturer.

Resultater

Finite element -analyserne resulterede i relevante frakturlokalisationer, og der var indikation på udvikling af relevante frakturmønstre. Således fandtes henholdsvis en spiralfraktur beliggende i den midterste tredjedel ved torsion, en skråfraktur i den distale tredjedel ved aksial kompression og en tværfraktur beliggende i den miderste tredjedel ved et direkte sidetraume.

Konklusion

I denne undersøgelse har vi simuleret højenergifrakturer i underbenet ved hjælp af finite element -analyse. Dette er gjort under de forudsætninger, der knytter sig til denne metode og med forbehold for diversiteten i den menneskelige anatomi og de forskellige skadessituationer. Der opstod frakturer i relevante frakturlokalisationer, og der var indikation på udvikling af de relevante frakturmønstre. Metoden kan således danne baggrund for yderligere undersøgelser i forebyggelsesøjemed og anvendes i forbindelse med udvikling af nye behandlingsmetoder, uden det i første omgang er nødvendigt at involvere mennesker eller dyr.

Dette er et resume af en originalartikel publiceret på www.danmedbul.dk som Dan Med Bul 2010;57(5):A4148.