股関節形成術後の高齢患者における骨膜周囲骨折の治療法のインシリコ評価

In Silico Evaluation of Treatment of Periprosthetic Fractures in Elderly Patients After Hip Arthroplasty.

• Jacek Lorkowski
• Renata Wilk
• Mieczyslaw Pokorski

抄録

本研究の目的は、股関節置換術後の高齢者患者における大腿骨の歪みと骨膜周囲骨折を固定するコンポーネントの評価におけるインシリコ有限要素モデル(FEM)の健全性を検討することであった。2012年から2018年に人工股関節置換術後の骨折が原因で治療を受けた27歳から95歳の55人の患者から、85歳以上の18人の患者を分離し、そのうち7人がバンクーバー分類によるC型骨折を有していた。この7人の患者が研究グループを形成した。これらの骨折は、ロッキングコンプレッションプレートシステムとワイヤーループを用いて安定化させるか、エンドプロステーシスステムを交換することにより安定化させた。FEMは大腿骨の放射線画像を処理し、安定化のタイプと骨粗鬆症骨の特徴を考慮して行った。各患者のFEMは、非骨粗鬆症性の骨構造を示す仮想インシリココントロールとカウンターで比較した。その結果、骨粗鬆症性骨周囲骨折において、マルチホールプレートとサーケージワイヤーループを用いた外科的安定化後の骨-インプラント界面でのひずみは、仮想的な非骨粗鬆症性骨と比較して明らかに大きいことがわかった。このインシリコモデルは、骨粗鬆症患者における従来の骨安定化法のバイオメカニクス的不整合を特定するのに役立つ、骨-インプラント界面のひずみ分布の評価を可能にすると結論づけた。

The aim of this study was to investigate the soundness of in silico finite element model (FEM) in the assessment of strain in the femur and in the components fixing the periprosthetic fracture in elderly patients after hip arthroplasty. From a group of 55 patients, aged 27-95, treated due to fractures after hip replacement in 2012-2018, 18 patients were separated out, aged over 85, out of whom 7 had type C fractures, according to the Vancouver classification. These seven patients formed the study group. The fractures were stabilized with a locking compression plate system and wire loops or by replacement of the endoprosthesis stem. The FEM was performed by processing radiological images of the femur, considering the stabilization type and osteoporotic bone characteristics. Each patient's FEM was counter compared to virtual in silico control showing a non-osteoporotic bone structure. We found that the strain was distinctly greater at the bone-implant interface after surgical stabilization with a multi-hole plate and cerclage wire loops in osteoporotic periprosthetic fractures when compared to the virtual non-osteoporotic bone. We conclude that the in silico model enables the assessment of strain distribution at the bone-implant interface, which helps identify the biomechanical incongruity of traditional bone stabilization methods in patients with osteoporotic bones.