Основным методом лечения доброкачественных но­вообразований и опухолеподобных поражений костей конечностей является хирургический, заключающийся в удалении пораженного участка в пределах неизменен­ных тканей с формированием секторального дефекта кости (без нарушения ее непрерывности). В результа­те прочность сегмента и функциональные возможно­сти конечности снижаются, а вероятность патологиче­ского перелома в ближайшем послеоперационном пе­риоде на уровне вмешательства существенно повыша­ется. Для предотвращения этого осложнения использу­ются ограничение нагрузок, внешняя иммобилизация или армирование кости. Однако выбор их осуществля­ется зачастую на основании субъективных критериев и опыта оперирующего врача-хирурга. Для объективи­зации и стандартизации показаний к применению раз­личных методов компенсации потери прочности кости представляется необходимым использование матема­тического моделирования.

На основании данных компьютерной томографии (КТ) анатомических препаратов длинных трубчатых костей конечностей человека и с учетом результатов КТ реальных пациентов были созданы усредненные виртуальные твердотельные геометрические модели, в которых формировались стандартизированные по раз­мерам и локализации секторальные дефекты. На гру­жение виртуальных моделей производилось в соответ­ствии с нормальной биомеханикой сегментов. С помо­щью конечно-элементного анализа были определены распределения в кости эквивалентных напряжений по Мизесу, которые имеют следующий вид:

На основании установленных значений максималь­ных эквивалентных напряжений σ_max, возникающих в области костного дефекта, выполнен расчет коэффици­ента увеличения напряжений по формуле n=σ_maxx/σ₀, где σ₀ - максимальные эквивалентные напряжения, возникающие в соответствующем отделе неповреж­денной кости. Для интерполяции функций двух пере­менных n(l,φ ),(l,φ - линейный и угловой размеры дефекта соответственно) использован многочлен Ньютона:

На базе интерполяционных полиномов, определен­ных для всех уровней сегментов верхних и нижних ко­нечностей, создан компьютерный программный модуль для расчета остаточной прочности длинных трубчатых костей после выполнения секторальной резекции. Этот модуль был использован для ретроспективного расче­та прочности у 59 пациентов (60 вмешательств) в воз­расте до 18 лет, которым выполнялась секторальная ре­зекция по поводу доброкачественных новообразований и опухолеподобных поражений длинных трубчатых ко­стей верхних и нижних конечностей. Результаты расче­тов приведены в таблице.

На основании проведенных расчетов сделаны сле­дующие выводы:

1. Разгрузочный режим показан, если остаточная прочность сегмента составляет не менее 75%

2. Внешняя иммобилизация показана при остаточ­ной прочности сегмента в пределах от 75 до 50%

3. Превентивный остеосинтез показан при остаточ­ной прочности сегмента менее 50%.

На основе разработанного программного модуля с учетом полученных данных создана компьютерная про­грамма, работающая в среде любого браузера (демон­страционная версия программы доступна в интернете по адресу http://shpilevskijbones.freehphosting.ru/), по­зволяющая на этапе предоперационного планирования оценить остаточную прочность кости после выполнения резекции и определить адекватный метод компенсации.

На Петербургской технической ярмарке в 2013 г. разработка получила диплом II степени и серебряную медаль в номинации «Лучший инновационный проект в области медицины».

Свидетельство о регистрации компьютерной про­граммы № 502 (заявка С20130027 от 20.03.2013).