A Comparison of Pelvic Stability among Single Sacroiliac, Parallel Sacroiliac and Bilateral Iliac Screw Fixations Using Finite Element Method
Abstract
งานวิจัยนี้ประยุกต์ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ในการศึกษาเสถียรภาพของกระดูกเชิงกรานที่ถูกยึดด้วยสกรูใน 3 รูปแบบ คือ Single Sacroiliac Screw (SSIS), Parallel Sacroiliac Screw (PSIS) และ Bilateral Iliac Screw (BLIS) โดยทำการเปรียบเทียบระยะการเคลื่อนตัว และระยะห่างระหว่างรอยแตกของกระดูกกระเบนเหน็บ ผลการจำลองพบว่าการเคลื่อนตัวสูงสุดของกระดูกกระเบนเหน็บชิ้นใหญ่ที่ถูกยึดด้วยรูปแบบ SSIS, PSIS และ BLIS มีค่าเท่ากับ 45.23 33.92 และ 42.3 ไมโครเมตร ตามลำดับ และสำหรับกระดูกกระเบนเหน็บชิ้นเล็ก มีค่าเท่ากับ 44.66 35.11 และ 42.1 ไมโครเมตร ตามลำดับ และระยะห่างสูงสุดระหว่างรอยแตกของกระดูกกระเบนเหน็บที่ถูกยึดด้วย SSIS, PSIS และ BLIS มีค่าเท่ากับ 403.44 182.59 และ 367.24 ไมโครเมตร ตามลำดับ จึงสามารถสรุปได้ว่าการยึดในรูปแบบ PSIS ส่งผลให้เกิดเสถียรภาพดีที่สุด แต่อย่างไรก็ตามทั้ง 3 รูปแบบการยึดสามารถนำไปใช้เพื่อรักษาคนไข้ได้ เนื่องจากทั้ง 3 รูปแบบการยึดได้ผลลัพธ์เป็นที่น่าพอใจ เนื่องจากเกิดระยะห่างระหว่างผิวรอยแตกน้อยกว่า 800 ไมโครเมตร จึงสามารถทำให้เกิดกระบวนการ Gap Healing ได้ แต่ไม่สามารถทำให้เกิดกระบวนการ Contact Healing ได้ทันทีหลังการผ่าตัด เนื่องจากเกิดระยะห่างระหว่างรอยแตกของกระดูกกระเบนเหน็บมากกว่า 10 ไมโครเมตร
This study utilized the finite element method to investigate the biomechanical stability of the pelvis fixed with screws using three different configurations: Single Sacroiliac Screw (SSIS), Parallel Sacroiliac Screw (PSIS), and Bilateral Iliac Screw (BLIS). The comparison focused on sacral fragment displacement and the sacral fracture gap distance. The simulation results revealed that the maximum displacement of the larger sacral fragment for the SSIS, PSIS, and BLIS configurations was 45.23, 33.92, and 42.3 micrometers, respectively. For the smaller sacral fragment, the maximum displacement was 44.66, 35.11, and 42.1micrometers, respectively. The maximum fracture gap distance observed for SSIS, PSIS, and BLIS fixations was 403.44, 182.59, and 367.24 micrometers, respectively. These findings suggest that the PSIS configuration provides the highest level of stability. Among these, PSIS resulted in the least displacement. Nevertheless, all three fixation methods are considered clinically applicable, as they all produced acceptable outcomes. Specifically, the fracture gap distances were all below 800 micrometers, which supports the potential for successful gap healing. However, none of the three fixation methods could promote contact healing immediately post-operation, since the fracture gap distances in all cases exceeded 10 micrometers.
Keywords
[1] K. Phongdara, W. Nakbua, and U. Pama, “Results of waiting time for hip fracture surgery from fragility fracture, in Uttaradit hospital,” Health Science Clinical Research, vol. 38, pp. 13–25, 2023 (in Thai), doi: 10.1016/hscr. v38i1.261469.
[2] Q. Wu, Y. Zhang, S. Wang, R. Liu, and G. Liu, “Different lengths of percutaneous transverse iliosacral screw in geometric osseous fixation pathway: A finite-element analysis,” Indian Journal of Orthopaedics, vol. 56, no. 1, pp. 1354–1362, 2022, doi: 10.1007/s43465-022-00656-x.
[3] Y. Zhao, J. Li, D. Wang, Y. Liu, J. Tan, and S. Zhang, “Comparison of stability of two kinds of sacro-iliac screws in the fixation of bilateral sacral fractures in a finite element model,” Injury, vol. 43, no. 4, pp. 490–494, 2023, doi: 10.1016/j.injury.2011.12.023.
[4] T. Mendel, F. Radetzki, D. Wohlrab, K. Stock, G. O. Hofmann and H. Noser, “ CT-based 3-D visualisation of secure bone corridors and optimal trajectories for sacroiliac screws,” Injury, vol. 44, no. 7, pp. 957–963, 2013, doi: 10.1016/j.injury.2012.11.013.
[5] W. Song, D. Zhou, and Y. He, “The biomechanical advantages of bilateral lumbo-iliac fixation in unilateral comminuted sacral fractures without sacroiliac screw safe channel : A finite element analysis,” Medicine, vol. 95, no. 40, pp. e5026, Oct. 2016, doi: 10.1097/MD.0000000000005026.
[6] S. Gutierrez-Gomez, L. Wahl, R. Blecher, L. Olewnik, J. Iwanaga, C. M. Maulucci, A. S. Dumont, and R. S. Tubbs, “Sacral fractures: An updated and comprehensive review,” Injury, vol. 52, no. 3, pp. 366–375, Nov. 2020, doi: 10.1016/j. injury.2020.11.015.
[7] T. Chevillotte, P. Coudert, D. Cawley, H. Bouloussa, S. Mazas, L. Boissière, and O. Gille, “Influence of posture on relationships between pelvic parameters and lumbar lordosis: Comparison of the standing, seated, and supine positions. A preliminary study,” Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research, vol. 104, no. 5, pp. 565–568, Sep. 2018, doi: 10.1016/j.otsr. 2018.06.005.
[8] R. Zhao, H. Cai, H. Tian, and K. Zhang, “Morphological consistency of bilateral hip joints in adults based on the X-ray and CT data,” Surgical and Radiologic Anatomy, vol. 43, no. 7, pp. 1107–1115, Jan. 2021, doi: 10.1007/s00276-020-02676-4.
[9] S. Sirovetnukul, R. Arunakul, and W. Limtrakarn, “Strength simulation of fractured hip bones fixed with screws,” in ME-NETT 38, Pathum Thani, 2024, pp. 576–583.
[10] W. Zeng, S. Mukherjee, R. Neice, R. S. Salzar, and M. B. Panzer, “Development of a biofidelic computational model of human pelvis for predicting biomechanical responses and pelvic fractures,” Computers in Biology and Medicine, vol. 170, pp. 107986–107986, 2024, doi: 10.1016/j.compbiomed.2024.107986.
[11] D. Gautam and V. K. P. Rao, “Nondestructive evaluation of mechanical properties of femur bone,” Journal of Nondestructive Evaluation, vol. 40, no. 22, Feb. 2021, doi: 10.1007/s10921-021-00754-0.
[12] T. Yamaji, K. Ando, S. Wolf, P. Augat, and L. Claes, “The effect of micromovement on callus formation,” Journal of Orthopaedic Science, vol. 6, no. 6, pp. 571–575, Jul. 2001, doi: 10.1007/s007760100014.
[13] R. Marsell and T. A. Einhorn, “The Biology of Fracture Healing,” Injury, vol. 42, no. 6, pp. 551–555, Jun. 2011, doi: 10.1016/j.injury.2011.03.031.
ISSN: 2985-2145
