پیش بینی استحکام استخوان دیستال فمور پس از کورتاژ تومور و سیمان گذاری با استفاده از روش اجزای محدود (fea) بر مبنای برش نگاری کمی کامپیوتری

پیش زمینه: ناحیه دیستال ران شایع ترین مکان بروز تومور سلول غول آسا است. روش درمان جراحی شامل کورتاژ تومور و سیمان گذاری است. در حالیکه شکستگی یکی از معضلات پس از جراحی است، معیار یا داده بیومکانیکی دقیقی برای مشخص کردن بیمارانی که در معرض خطر بالای شکستگی قرار دارند وجود ندارد.مواد و روش ها: با توجه به ارتباط تنگاتنگ بین کاهش در استحکام استخوان و خطر شکستگی آن، در این تحقیق با استفاده از روش اجزای محدود بر مبنای تصاویر برش نگاری کمی کامپیوتری، و با در نظر گرفتن مکانیک سطح مشترک سیمان و استخوان، علاوه بر لحاظ خواص ناهمگن و رفتار استخوان پس از رسیدن به تنش تسلیم، به بررسی استحکام استخوان  پس از جراحی پرداخته میشود. صحت و دقت مدل های اجزای محدود در پیش بینی استحکام استخوان با مقایسه نتایج آنها با داده های آزمایشگاهی روی 14 نمونه انسانی و روی یک گروه داده مستقل به کمک آزمون های آماری ارزیابی می شود. یافته ها: ازمون t زوجی  تفاوت معناداری بین بار شکست محاسبه شده از تحلیل اجزای محدود و ثبت شده در آزمایشگاه را نشان نداده است. همچنین شیب بدست آمده در رابطه خطی بین دو بار شکست،  محاسبه شده توسط روش اجزای محدود و ثبت شده در آزمون مکانیکی  آزمایشگاهی، از تحلیل رگرسیون خطی تفاوت معناداری را از 1 نشان نداده است.نتیجه گیری: نتایج حاصل، توانایی روش اجزای محدود بر مبنای تصاویر برش نگاری کمی را در پیش بینی استحکام استخوان دیستال ران پس از جراحی تومور سلول غول آسا نشان میدهد. این مدل ها همچنین میتوانند برای بررسی بیشتر جنبه های نامشخص مسائل سیمان استخوان مورد استفاده قرار بگیرند.

Prediction of mechanical strength of distal femur following GCT surgery using quantitative computed tomography based finite element method

Background: Distal femur is the most frequently affected site by giant cell tumor (GCT). Surgery including tumor curettage and defect reconstruction with bone cement is a widelyused treatment. While postoperative fracture is a common complication, no criteria and/or biomechanical data are available to identify patients at high risk of fracture.Methods and materials: Since there is a strong correlation between bone strength and its fracture risk, in this study, bone strength following GCT surgery was predicted using quantitative computed tomography (QCT)based finite element method (FEM). Mechanical properties of bonecement interface, along with nonlinear and nonhomogeneous, as well as postyield properties of bone were taken into account in the FE models. The accuracy and precision of FE models in predicting bone strength were evaluated using statistical tests by comparing the FE results with the results obtained using invitro mechanical tests on 14 cadaveric specimens and an independent data set.Results: According to paired ttest analysis, no significant difference was observed between the bone strengths predicted by FEM   and those calculated by invitro tests  . In addition, based on the results of regression analysis, there was a linear relationship between  and with a slope not different from 1.Discussion: The obtained results show the capability of QCTbased FEM in predicting bone strength in distal femur following GCT surgery, and thus they can be employed to investigate various features of the bonecement construct with the hope of shedding light on the obscure aspects of the problem.