Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

Мобильная версия

Регистрация Забыли пароль?

Журнал «Травма» Том 23, №5, 2022

Вернуться к номеру

Визначення діапазону корекції різних коригуючих остеотомій першої плеснової кістки при лікуванні вальгусної деформації першого пальця стопи

Визначення діапазону корекції різних коригуючих остеотомій першої плеснової кістки при лікуванні вальгусної деформації першого пальця стопи

Авторы: Прозоровський Д.В., Романенко К.К., Карпінський М.Ю.
ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

Рубрики: Травматология и ортопедия

Разделы: Клинические исследования

Версия для печати


Резюме

Вступ. Вальгусна деформація першого пальця стопи (hallux valgus) є найпоширенішою статичною деформацією переднього відділу. На сьогодні найпоширенішими хірургічними техніками, за даними літератури, є дистальні остеотомії першої плеснової кістки (Chevron-остеотомія), діафізарні остеотомії (Scarf-остеотомія) та проксимальні остеотомії (Closing base wedge-остеотомія). Мета. На основі геометричного моделювання вальгусної деформації першого пальця стопи розрахувати, яка з цих хірургічних технік (Chevron-остеотомія, Scarf-остеотомія або Closing base wedge-остеотомія) може бути застосована при тій чи іншій мірі вальгусної деформації першого пальця стопи. Матеріали та методи. Здійснено математичне моделювання варіантів корекції вальгусної деформації першого пальця стопи (hallux valgus). Під час моделювання вивчали деформацію першого пальця стопи. Моделювали три види коригуючих остеотомій: проксимальна остеотомія — Closing base wedge-остеотомія; Scarf-остеотомія діафіза першої плеснової кістки; Chevron-остеотомія першої плеснової кістки в дистальній частині. Обмеженнями при всіх остеотоміях виступала умова, що сумарна площа контакту після корекції не повинна бути меншою за половину вихідної площі контакту кісткових фрагментів. Результати. При допустимому відхиленні першого пальця на 8° коригуюча остеотомія першої плеснової кістки в її проксимальному відділі дозволяє усунути вихідне відхилення до 24°. Виконання коригуючої остеотомії Scarf забезпечує необхідну площу контакту між фрагментами першої плеснової кістки при кутах корекції в діапазоні від 0° до 20° і при зміщенні фрагментів до 2 мм. Остеотомії Shevron і Scarf мають потенційно рівний діапазон можливої корекції при товщині кортикального шару першої плеснової кістки 7 мм. При витонченні кортикального шару до 3 мм визначається перевага остеотомії Scarf, яка дозволяє забезпечити необхідну площу контакту між фрагментами першої плеснової кістки для корекції вальгусної деформації першого пальця стопи в діапазоні від 0° до 20°, тоді як остеотомія Shevron — тільки до 15°. Висновки. Проксимальна коригуюча остеотомія першої плеснової кістки дозволяє усунути вальгусну деформацію першого пальця величиною до 24° за умови збереження післяопераційного відхилення першої плеснової кістки на кут 8°. Коригуюча остеотомія Scarf дозволяє забезпечити необхідну площу контакту не менше ніж 50 % між фрагментами першої плеснової кістки при кутах корекції в діапазоні від 0° до 20° і при зміщенні фрагментів до 2 мм за будь-якої товщини кортикального шару. При Shevron-остеотомії виявилася залежність коригувальних можливостей від товщини кортикального шару кістки, яка при товщині 3 мм скорочує діапазон ротаційної корекції вальгусної деформації першого пальця стопи до 15°.

Background. Hallux valgus is the most common static deformity of the forefoot. To date, the most common surgical techniques reported in the literature are distal osteotomies of the first metatarsal bone (chevron osteotomy), diaphyseal osteotomies (scarf osteotomy), and proximal osteotomies (closing base wedge osteotomy). Objective: based on the geometric modeling of the hallux valgus, to calculate which of the above surgical techniques (chevron osteotomy, scarf osteotomy or closing base wedge osteotomy) can be applied with varying degrees of hallux valgus in order to correct it. Materials and methods. Mathematical modeling of options for correction of hallux valgus was carried out. The deformity of the first toe was studied during modeling. Three types of corrective osteotomies were modeled: proximal osteotomy — closing base wedge osteotomy; scarf osteotomy of the diaphysis of the first metatarsal bone; chevron osteotomy of the first metatarsal bone in the distal part. The limitation in all osteotomies was the condition that the total contact area after correction should not be less than half of the initial contact area of the bone fragments. Results. With a permissible deviation of the first toe by 8°, corrective osteotomy of the first metatarsal bone in its proximal part allows eliminating the initial deviation of up to 24°. Corrective scarf osteotomy provides the necessary contact area between the fragments of the first metatarsal bone at correction angles in the range from 0 to 20° and when the fragments are displaced for up to 2 mm. The chevron and scarf osteotomies have a potentially equal range of possible correction with the first metatarsal cortical thickness of 7 mm. In a thinning of the cortical layer of up to 3 mm, scarf osteotomy is preferred, it allows for the necessary contact area between the fragments of the first metatarsal bone to correct the hallux valgus in the range from 0 to 20°, whereas the chevron osteotomy — only up to 15°. Conclusions. Proximal corrective osteotomy of the first metatarsal bone eliminates the hallux valgus of up to 24°, provided that the postoperative deviation of the first metatarsal bone is maintained at an angle of 8°. Corrective scarf osteotomy provides the required contact area of at least 50 % between the fragments of the first metatarsal bone at correction angles in the range from 0 to 20° and when the fragments are displaced for up to 2 mm at any thickness of the cortical layer. Chevron osteotomy revealed the dependence of corrective capabilities on the cortical bone thickness, which at a thickness of 3 mm reduces the range of rotational correction of hallux valgus to 15°.


Ключевые слова

стопа; перший палець; деформація hallux valgus; корекція, остеотомія

foot; first toe; hallux valgus deformity; correction; osteotomy

doi: http://dx.doi.org/10.22141/1608-1706.5.23.2022.914

Вступ

Вальгусна деформація першого пальця стопи (hallux valgus) є найпоширенішою статичною деформацією переднього відділу [5]. Для хірургічної корекції цієї деформації запропоновано понад 400 видів хірургічних втручань [7]. Це зовсім не означає, що не існує того єдиного золотого стандарту, який міг би вирішити проблему хірургічного лікування hallux valgus, швидше за все, йдеться про те, що вальгусна деформація першого пальця стопи дуже варіабельна у своїх клінічних проявах і тому не може бути одного-єдиного методу хірургічної корекції цієї деформації.
На сьогодні найпоширенішими хірургічними техніками, за даними літератури, є дистальні остеотомії першої плеснової кістки (Chevron-остеотомія) [1, 4], діафізарні остеотомії (Scarf-остеотомія) [2] та проксимальні остеотомії (Closing base wedge-остеотомія) [3].
Мета. На основі геометричного моделювання вальгусної деформації першого пальця стопи розрахувати, яка з цих хірургічних технік (Chevron-остеотомія, Scarf-остеотомія або Closing base wedge-остеотомія) може бути застосована при тій чи іншій мірі вальгусної деформації першого пальця стопи.

Матеріали та методи

Проведене математичне моделювання варіантів корекції вальгусної деформації першого пальця стопи (hallux valgus). Для вирішення поставленого завдання було розроблено базову двовимірну геометричну модель першого променя стопи, що являла собою першу плеснову кістку і основну фалангу першого пальця стопи із суглобом між ними. Уся модель умовно розділена на 4 зони, три з яких припадають на першу плеснову кістку. Зона А — проксимальна частина першої плеснової кістки; зона В — діафізарна її частина; зона С — дистальна частина першої плеснової кістки, зона D — основна фаланга першого пальця стопи. Довжина та діаметр кожної зони наведені на рис. 1а, усі розміри вказані у міліметрах.
При моделюванні суглоба за допомогою одновимірної моделі вона може бути подана у векторному ви-гляді:  А + В + С+ D (рис. 1б).
При моделюванні вивчали деформацію першого пальця стопи, а саме відхилення основної фаланги на кут φ без деформації сферичної частини суглоба.
Моделювали три види коригуючих остеотомій:
1) проксимальна остеотомія — Closing base wedge-остеотомія (між зонами А та В);
2) Scarf-остеотомія діафіза першої плеснової кістки (у зоні В);
3) Shevron-остеотомія першої плеснової кістки у дистальній частині (між зонами В та С).
Обмеженнями при всіх остеотоміях, що виконуються для корекції вальгусної деформації першого пальця стопи, виступала умова, що сумарна площа контакту після корекції не повинна бути меншою за половину вихідної площі контакту кісткових фрагментів при проведенні остеотомії для наступної стабільної фіксації кісткових фрагментів різними імплантатами.
де Sкор — площа контакту після коригуючої остеотомії; S0 — площа контакту до коригуючої остеотомії.
Моделювали площі контакту остеотомії за допомогою кінцево-елементного пакета типу COSMOS з використанням геометричних примітивів, що забезпечують автоматичну генерацію сітки кінцевих елементів [6]. Надалі обчислювали площу контакту спільно працюючих поверхонь.

Результати

1. Моделювання корекції вальгусної деформації першого пальця стопи за допомогою проксимальної коригуючої остеотомії (Сlosing base wedge-остеотомія)
За наявності вальгусної деформації першого пальця стопи у вигляді відхилення першої плеснової кістки на кут φ лінійна модель набуває вигляду, показаного на рис. 2.
Значення векторів визначаються залежностями:
де φ  — кут відхилення першої плеснової кістки; ψ — кут відхилення основної фаланги першого пальця.
Замикаючий вектор при цьому матиме вигляд
AD = (A + B + C + H) (і sin φ + j cos φ) +  D(–і sin ψ + j cos ψ).                           (6)
Величина кута ψ визначається з рівня
      (A + B + C + H) sin φ  – D sin ψ = 0,    (7)
звідки
          
З огляду на це рівняння (6) має вигляд
 
При виконанні коригуючої остеотомії в проксимальному відділі першої плеснової кістки у вигляді клину, зверненого назовні стопи, з основою величиною Z1 розрахункова схема набуває вигляду, як показано на рис. 3.
При цьому векторні рівняння мають вигляд
де Z1 — ширина основи клину, що виділяється; θ1 — величина кута при вершині клину, що виділяється.
При вихідному відхиленні суглоба на кут φ значення векторів визначаються залежностями:
де ψ1 — величина кута відхилення основної фаланги після коригуючої остеотомії, визначається з рівняння
звідки
Підставивши значення кута θ1 із рівняння (10) до рівняння (12), (13) та (16), отримаємо
Замикаючий вектор при цьому матиме вигляд
Кут відхилення суглоба після коригування визначається з виразів
Графік залежностей кута відхилення суглоба від вихідного кута і величини підстави клину, що виділяється, при допустимому значенні кута відхилення суглоба φ1 = 8° наведено на рис. 4.
Як можемо бачити на графіку, при допустимому відхиленні першого пальця на 8° коригуюча остеотомія першої плеснової кістки в її проксимальному відділі дозволяє усунути вихідне відхилення до 24°.
2. Моделювання корекції вальгусної деформації першого пальця стопи з використанням Scarf та Shevron коригувальних остеотомій
Для одночасної корекції кутового відхилення першої плеснової кістки та ротаційного зміщення її суглобової поверхні використовуються коригуючі Scarf та Shevron остеотомії (рис. 5, 6).
Особливістю цих коригуючи остеотомій є поворот дистального фрагмента плеснової кістки на кут γ і зміщення його на величину Z3. Геометрична та векторна розрахункові схеми подані на рис. 7.
Як для моделі Shevron-остеотомії, так і для моделі Scarf-остеотомії векторні рівняння мають вигляд
а величини кутів при вершинах січених клинів, відповідно,
При вихідному відхиленні суглоба на кут φ значення відповідних векторів (рис. 1а) визначаються залежностями:
Величина кута ψ2 визначається з рівняння
звідки
Кут відхилення суглоба після коригування 
Граничний кут β2 відхилення головки плеснової кістки визначається формулою
Обмеженнями при обох способах корекції виступає умова, що сумарна площа контакту після зміщення кісткових фрагментів не повинна бути меншою за половину вихідної площі контакту при проведенні остеотомії:
де Fкор — площа контакту між фрагментами першої плеснової кістки після виконання остеотомії;
F0 — площа контакту між фрагментами першої плеснової кістки до виконання остеотомії.
Залежність відносної площі контакту при діаметрі кістки d3 = 18 мм та товщині кортикального шару δ = 3 мм від кута повороту γ та зміщення Z3 для корекції деформації остеотомією Scarf наведено на рис. 8.
Як бачимо на графіку, виконання коригуючої остеотомії Scarf забезпечує необхідну площу контакту між фрагментами першої плеснової кістки при кутах корекції в діапазоні від 0° до 20° і при зміщенні фрагментів до 2 мм.
Залежність відносної площі контакту від кута корекції γ та зміщення Z3 для корекції деформації з використанням остеотомії Shevron наведено на рис. 9.
Як бачимо, виконання Shevron-остеотомії дозволяє зберегти допустиму площу контакту між фрагментами кістки не менше ніж 50 % тільки у разі відсутності зміщення фрагментів та при корекції вальгусної деформації першого пальця стопи не більше ніж 15°.
Графік залежності відносної площі контакту кісткових фрагментів від кута корекції γ та зміщення Z3 для корекції деформації за допомогою Scarf-остеотомії при товщині кортикального шару кістки δ = 7 мм наведено на рис. 10.
Проведене моделювання показало, що збільшення товщини кортикального шару першої плеснової кістки стопи до 7 мм не обмежує діапазон можливої корекції вальгусної деформації першого пальця при виконанні остеотомії Shevron.
Проведені дослідження показали, що обидва види коригуючих остеотомій, і Shevron, і Scarf, мають потенційно рівний діапазон можливої корекції при товщині кортикального шару першої плеснової кістки 7 мм. При стоншенні кортикального шару до 3 мм визначається перевага остеотомії Scarf, яка, з урахуванням умови збереження 50 % площі контакту кісткових фрагментів після виконаних остеотомій, дозволяє забезпечити необхідну площу контакту між фрагментами першої плеснової кістки для корекції вальгусної деформації першого пальця стопи в діапазоні від 0° до 20°, тоді як остеотомія Shevron — лише до 15°.

Висновки

1. Проксимальна коригуюча остеотомія першої плеснової кістки дозволяє усунути вальгусну деформацію першого пальця величиною до 24° за умови збереження післяопераційного відхилення першої плеснової кістки на кут 8°.
2. Коригуюча остеотомія Scarf дозволяє забезпечити необхідну площу контакту не менше ніж 50 % між фрагментами першої плеснової кістки при кутах корекції в діапазоні від 0° до 20° і при зміщенні фрагментів до 2 мм при будь-якій товщині кортикального шару.
3. При Shevron-остеотомії виявилася залежність коригувальних можливостей від товщини кортикального шару кістки, яка при товщині 3 мм скорочує діапазон ротаційної корекції вальгусної деформації першого пальця стопи до 15°.
Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів та власної фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.
 
Отримано/Received 07.09.2022
Рецензовано/Revised 16.09.2022
Прийнято до друку/Accepted 26.09.2022

Список литературы

1. Austin D.W., Leventen E.O. A new osteotomy for hallux valgus: a horizontally directed V displacement osteotomy of the metatarsal head for hallux valgus and primus varus. Clin. Orthop. 1981. Vol. 157. Р. 25-30.
2. Boychenko A.V., Solomin L.N., Belokrylova M.S. et al. Hallux Valgus Correction With Rotational Scarf Combined With Adductor Hallucis Tendon Transposition. J. Foot and Ankle Surgery. 2019. Vol. 58. № 1. P. 34-337. 
3. Khlopas H., Fallat L.M. Correction of Hallux Abduc to Valgus Deformity Using Closing Base Wedge Osteotomy: A Study of 101 Patients. J. Foot and Ankle Surgery. 2020. Vol. 59. № 5. P. 979-983. 
4. Siddiqui N.A., La Porta G., Walsh A.L. et al. Radiografic Outcomes of Percutaneous, Reproducible Distal Metatarsal Osteotomy for Mild and Moderate Bunions: A Multicenter Study. J. Foot and Ankle Surgery. 2019. Vol. 58. № 6. P. 1215-1222. 
5. Roddy E., Zhang W., Doherty M. Prevalence and associations of hallux valgus in a primary care population. Arthritis Rheum. 2008. Vol. 59. Р. 857-862.
6. Алямовский А.А. Solid Works/COSMOS Works. Инженерный анализ методом конечних элементов. Москва: ДМК Пресс, 2004. 432 с.
7. Карданов А.А. Хирургия переднего отдела стопы в схемах и рисунках. Москва: Медпрактика-М, 2012.

Вернуться к номеру