Резюме
Актуальність. При торакопластиці вродженої лійкоподібної деформації грудної клітки (ВЛДГК) поширеною є методика D. Nuss, коли корекція деформації здійснюється загрудинно розташованою пластиною. Але при підборі пластини на сьогодні орієнтуються на анатомічні розміри грудної клітки та зовсім не беруться до уваги індивідуальні параметри ВЛДГК, а саме ширина та глибина западини, а форма пластині надається емпірично, що впливає на результати лікування. Мета роботи — провести математичне обґрунтування оптимальних довжини та форми пластини для торакопластики ВЛДГК залежно від індивідуальних розмірів лійкоподібної деформації пацієнта для досягнення максимальної корекції. Матеріали та методи. Для математичного обґрунтування параметрів геометризації анатомічних і структурно-якісних особливостей лійкоподібної деформації грудної клітки були проведені розрахунки величини навантажень на дугу-пластину та елементи грудино-реберного комплексу. Для розрахунків використовували модель нерозрізної багатоопорної пластини з різними довжинами прольотів. Результати. У результаті дослідження обґрунтовано опрацювання геометризації анатомічних і структурно-якісних особливостей деформації грудної клітки й визначення геометричних параметрів дуги-пластини за даними індивідуальних анатомічних ширини та глибини ВЛДГК. Проведене дослідження послужило підґрунтям для розробки способу моделювання загрудинної дуги-пластини для корекції лійкоподібної деформації грудної клітки. Висновки. Математичне моделювання, дослідження та розрахунки нерозрізної багатоопорної пластини з різними довжинами прольотів при торакопластиці дає можливість зменшення максимального моменту навантаження Mmax на 11 % завдяки зменшенню довжини прольотів cЛ-bЛ, bП-cП до половини довжини прольоту bЛ-bП. На основі математичних розрахунків встановлено, що оптимальною довжиною пластини L є розмір 2D, де D дорівнює ширині лійкоподібної деформації та є відстанню між опорними ребрами, висота дугоподібного вигину на рівні опорних ребер повинна становити 1/2 Н, де величина Н дорівнює глибині лійкоподібної западини. Отримані дані мають важливе практичне значення при визначенні оптимальної довжини та форми пластини при загрудинній торакопластиці ВЛДГК.
Background. In thoracoplasty of congenital funnel-shaped deformity of the chest (СFSDC), the method according to D. Nuss is common, when the correction of the deformation is carried out by the retrosternal plate. However, the selection of the plate still focuses on the anatomical size of the chest and does not take into account the individual parameters of deformation of СFSDC, namely the width and depth of the cavity, and the shape of the plate is given imperatively, which affects treatment results. Purpose of the work: to carry out mathematical substantiation of the optimal dimensions of the length and shape of the plate for thoracoplasty СFSDC depending on the individual size of the funnel-shaped deformation of the patient to achieve maximum correction. Materials and methods. To mathematically substantiate the parameters of geometrization of anatomical and structural-qualitative features of funnel-shaped deformation of the thorax, calculations of the magnitude of loads on the arch-plate and elements of the sternocostal complex were performed. Results. It was found that the result of the study justifies the study of geometrization of anatomical and structural-qualitative features of chest deformation and determination of geometric parameters of the plate-arc according to individual anatomical dimensions of width and depth of СFSDC. The research served as a basis for the development of a method for modeling the thoracic arch-plate for the correction of funnel-shaped deformation of the chest. Conclusions. Mathe-matical modeling, research and calculations of indivisible multi-support plate with different span lengths as in thoracoplasty, allows to reduce the maximum torque Mmax by 11 %, by reducing the span lengths. Based on mathematical calculations, the optimal length of the plate L is the size 2D, where D is the width of the funnel-shaped deformation and is the distance between the support ribs, the height of the arc bend at the level of the support ribs should be 1/2 H, where H is equal to the funnel depth. The obtained data are of great practical importance in determining the optimal length and shape of the plate in thoracic thoracoplasty СFSDC.
Вступ
Найбільш поширеним способом лікування вродженої лійкоподібної деформації грудної клітки (ВЛДГК) є оперативне втручання за методикою D. Nuss [3, 4]. Під час оперативного втручання деформація виправляється за допомогою пластини, яка встановлюється за грудиною та шляхом механічної дії завдяки власному навантаженню безпосередньо коригує деформацію та утримує її упродовж довгого часу.
Для отримання безпосереднього та надійного довготривалого результату корекції деформації особливого значення набуває визначення параметрів та форми пластини. Відомо, що при виконанні торакопластики за D. Nuss довжину пластини визначають як відстань між правою і лівою середньоаксилярними лініями грудної клітки і віднімають 2,5 см, а форму їй надають емпірично [5]. A. Hebra для визначення довжини пластини також вимірює анатомічні розміри грудної клітки, а саме відстань між обома середньоаксилярними лініями та віднімає 1–2 см [2]. H.J. Park запропонував принципи хірургічного лікування згідно з розробленою ним анатомічною класифікацією типів ВЛДГК за допомогою пластини в формі asymmetric bar та seagull bar. Пластину моделюють згідно із ступенем ексцентричності деформації, за необхідності використовують дві пластини для усунення депресії грудної клітки [6]. H.K. Pilegaard навів успішний досвід оперативного усунення ВЛДГК з використанням пластини, яка за довжиною значно менша за оригінальну [7].
Тобто при підборі пластини на сьогодні зовсім не беруться до уваги індивідуальні параметри ВЛДГК, а саме ширина та глибина западини. Але на нашу думку, одним із головних завдань планування торакопластики слід вважати індивідуальний підхід до визначення необхідної довжини та форми коригуючої пластини, що відповідала б розмірам деформації пацієнта та задовольняла майбутню корекцію.
Мета дослідження: провести математичне обґрунтування оптимальних довжини та форми пластини для торакопластики ВЛДГК залежно від індивідуальних розмірів лійкоподібної деформації пацієнта для досягнення максимальної корекції.
Матеріали та методи
Для математичного обґрунтування параметрів геометризації анатомічних і структурно-якісних особливостей лійкоподібної деформації грудної клітки були проведені розрахунки величини навантажень на дугу-пластину та елементи грудино-реберного комплексу (рис. 1).
За даними довідника [1], для чотирьохопорної пластини з рівними довжинами прольотів максимальний згинальний момент (Mmax) буде розташовуватися в точці прикладання сили Р:
де P — сила, з якою грудина тисне на пластину; D — довжина прольоту (усі прольоти рівної довжини).
Для обчислення максимального згинального моменту нерозрізної багатоопорної пластини з різними довжинами прольотів застосовували додавання шарнірів у проміжні опори, з урахуванням опорних моментів (рис. 2).
Для даної схеми будували систему рівнянь трьох моментів:
де МВ — опорний момент в точці bЛ;
МC — опорний момент в точці bП;
l1, 2, 3 — відповідно довжина прольотів cЛ-bЛ, bЛ-bП, bП-cП;
E — модуль пружності;
J — осьовий момент інерції пластини;
P — сила, з якою грудина тисне на пластину;
Звідки отримували:
Підставляючи МВ у перше рівняння, знаходили:
Результати та обговорення
Для обчислення параметрів та форми пластини проведені розрахунки величини навантажень на дугу-пластину та елементи грудино-реберного комплексу. Розглядали варіант, коли l1 = l3 = D/2 та l2 = D:
Шляхом математичних розрахунків встановлено, що максимальний момент навантаження Mmax дорівнював:
З’ясовано, що результат дослідження обґрунтовує опрацювання геометризації анатомічних і структурно-якісних особливостей деформації грудної клітки й визначення геометричних параметрів дуги-пластини за даними індивідуальних анатомічних розмірів ширини та глибини ВЛДГК. А саме є можливість зменшення максимального моменту навантаження Mmax на 11 %.
Результати проведених досліджень послужили підґрунтям для розробки способу моделювання загрудинної дуги-пластини для корекції лійкоподібної деформації грудної клітки (патент України на корисну модель UA134065. Бюл. № 8, 2019). Спосіб складається з вимірювання ширини та глибини лійкоподібної деформації грудної клітки, визначення оптимальної довжини пластини, її розмітки та моделювання форми.
Виконують його таким чином. Починають з антропометричного обстеження пацієнта, а саме визначають анатомічну ширину грудини S між точками аЛ і аП, відстань між виступаючими точками bЛ і bП ребер над сегментом найбільшого западання грудини як ширину лійкоподібної деформації D, проводять горизонталь X над сегментом найбільшого западання грудини через найбільш виступаючі точки ребер у сагітальній площині, вимірюють величину максимального віддалення виступаючих точок від горизонталі Х як глибину лійкоподібної деформації H, обчислюють оптимальну лінійну довжину L пластини, розмічають її, відкладаючи симетрично по обидва боки від центра ваги пластини по 1/2 значень анатомічної ширини грудини S і ширини лійкоподібної деформації D, вигинають пластину між точками bЛ-аЛ, bП-аП, моделюючи кривизну дуги між точками bЛ і bП, прогинають між точками аЛ і аП на величину 1/2 глибини лійкоподібної деформації H і догинають дистальні відділи сЛ-bЛ, cП-bП до грудини під час операції, де
L = 2D (мм), за умов, що відстань між точками аЛ і аП відповідає анатомічній ширині грудної клітки S; відстань між точками bЛ і bП відповідає ширині лійкоподібної деформації D; відстань між точками cЛ і cП відповідає оптимальній лінійній довжині L загрудинної дуги-пластини. Індивідуально моделюють пластину згідно із зображенням (рис. 3).
Для індивідуального розрахунку необхідної довжини пластини (L) основоположним розміром є ширина лійкоподібної деформації грудної клітки (D), що вимірюється відстанню між найбільш виступаючими точками ребер, що утворюють деформацію, які під час операції є опорними для пластини. Параметри дугоподібного вигину пластини розраховуються відносно глибини лійкоподібної деформації (Н). У свою чергу, Н визначається як відстань від горизонтальної лінії між опорними ребрами до найбільш глибокої точки западини.
Висновки
Математичне моделювання, дослідження та розрахунки нерозрізної багатоопорної пластини з різними довжинами прольотів при торакопластиці дає можливість зменшення максимального моменту навантаження Mmax на 11 % завдяки зменшенню довжини прольотів до 1/2 їх довжини. На основі математичних розрахунків встановлено, що оптимальною довжиною пластини L є розмір 2D, де D дорівнює ширині лійкоподібної деформації та є відстанню між опорними ребрами, висота дугоподібного вигину на рівні опорних ребер повинна становити 1/2 Н, де величина Н дорівнює глибині лійкоподібної западини.
Отримані дані мають важливе практичне значення при визначенні оптимальної довжини та формі пластини при загрудинній торакопластиці ВЛДГК.
Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів та власної фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.
Отримано/Received 02.04.2022
Рецензовано/Revised 11.04.2022
Прийнято до друку/Accepted 20.04.2022
Список литературы
1. Сопротивление материалов: Учебник. Г.Д. Межецкий, Г.Г. Загребин, Н.Н. Решетник; под общ. ред. Г.Д. Межецкого, Г.Г. Загребина. 5-е изд. М., 2016. 432 с.
2. Hebra A., Calder B.W., Lesher A. Minimally invasive repair of pectus excavatum. J. Vis. Surg. 2016. 2. 73. doi: 10.21037/jovs.2016.03.21.
3. Kelly R.E., Goretsky M.J., Obermeyer R., Kuhn M.A., Redlinger R., Haney T.S., Moskowitz A., Nuss D. Twenty-one years of experience with minimally invasive repair of pectus excavatum by the Nuss procedure in 1215 patients. Ann. Surg. 2010. 252(6). 1072-81. doi: 10.1097/SLA.0b013e3181effdce.
4. Nuss D., Kelly Jr. R.E., Croitor D.P., Katz M.E. A 10-year review of a minimally invasive technique for the correction of pectus excavatum. J. Pediatr. Surg. 1998. 33. 545-52.
5. Nuss D., Obermeyer R.J., Kelly R.E. Nuss bar procedure: past, present and future. Ann. Cardiothorac. Surg. 2016. 5(5). 422-433. doi.org/10.21037/acs.2016.08.05.
6. Park H.J., Lee I.S., Kim K.T. Extreme eccentric canal type pectus excavatum: morphological study and repair techniques. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2008. 34(1). 150-154. doi:10.1016/j.ejcts.2008.03.044.
7. Pilegaard H.K. Single centre experience on short bar technique for pectus excavatum. Ann. Cardiothorac. Surg. 2016. 5(5). 450-455. doi: 10.21037/acs.2016.09.05.
/26_2.jpg)
/26.jpg)
/26_3.jpg)
/26_4.jpg)
/26_5.jpg)
/26_6.jpg)
/26_7.jpg)
/27.jpg)