Abstract

Today, a number of factors have been identified that theoretically increase the risk of anterior cruciate ligament (ACL) graft rupture. An increased posterior tibial slope is considered one of the potential risk factor. Objective: to investigate the influenceof posterior tibial slope angle on the loading forces in the ACL. Methods: the research was made in the program complex for the design and calculation of building structures LIRA-SAPR 2013 R5. The main aim of our study was to determine the loading forces in the ACL according to various angles α (0°, 5°, 10°, 15°). For maximum simplification of the model, the joint was depicted as two planes that correspond to the cross-sections of femoraland tibial bones at the level of ligaments attachment. Two variants of loading were assumed: 1) the movement of the femoral fragment in the horizontal plane in the direction «forward-backward » was set, the displacement amount was 10 mm; 2) when the conditions of the 1-st task were fulfilled, vertical (axial) movement of the femur was also determined in the direction of physiological loading, with value of 5 mm. Results: with an increase of angles α, loading forces in ACL also increase both in calculations with no vertical displacement and with its account. The smallest forces were obtained at the angle α = 0°.The greatest forces were obtained in the model with a slope angle α = 15°: 6.1 kN for the first type of calculation, which is 6.83, 4.27 and 1.84 % more than at α = 0°, 5°, 10°, respectively; 5.9 kN for the second type, by 14.56, 9.26 and 4.24 %, respectively. With increase of posterior slope angle, the differences in loading forces obtained in the first and second types of calculations are reduced. Conclusions: in all angles of posterior tibial slope (0°, 5°, 10°, 15°), the increase in loading forces didn’t exceed 15 %. The forces are higher in the model without axial displacement. The proposed mathematical model is quite effective in studying the loading in ACL, however, it is necessary to expand the modifiable components of this model to approach the biomechanics of the human knee.

Highlights

  • На сегодня определен ряд факторов, которые теоретически повышают риск повреждения имплантата передней крестообразной связки (ПКС)

  • a number of factors have been identified that theoretically increase the risk of anterior cruciate ligament

  • the research was made in the program complex for the design and calculation

Read more

Summary

Материал и методы

Исследование выполнено в программном комплексе (ПК) для проектирования и расчета строительных конструкций ЛИРА-САПР 2013 R5 (некоммерческая версия), основанном на методе конечных элементов. Основной задачей было определение усилий в ПКС при различных вариантах строения костных структур коленного сустава, а именно различных углах наклона кзади суставной поверхнос­ ти большеберцовой кости. При этом сечения бедренной и большеберцовой костей выполняли в горизонтальной плоскости, но далее, в зависимости от расчетных моделей, угол наклона элемента большеберцовой кости изменяли. Для расчетов были построены модели, которые отличались только углом наклона кзади сус­ тавной поверхности большеберцовой кости:. Целью которого было изучить влияние угла наклона кзади суставной поверхности большеберцовой кости, во внимание принималось не только горизонтальное смещение бедренной, но и вертикальное нагружение коленного сустава вдоль большеберцовой. 2. Модели коленного сустава с разной величиной угла наклона кзади суставной поверхности большеберцовой кос­ ти: а) 0°; б) 5°; в) 10°; г) 15°. Результаты и их обсуждение В результате расчетов получены растягивающие усилия, возникающие в ПКС при различных углах наклона кзади суставной поверхности большеберцовой кости (таблица)

Таблица Усилия в ПКС в зависимости от варианта нагружения
Findings
Список литературы
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call