БІОМЕДИЧНА ВІЗУАЛІЗАЦІЯ ТА СТРУКТУРНА ОЦІНКА КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ ПРИ ОСТЕОІНТЕГРАЦІЇ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.69(1).2025.332029Ключові слова:
остеоінтеграція, комп’ютерна томографія, 3D-моделюванняє, механічні навантаження, кісткова тканинаАнотація
У даній роботі представлено підходи до оцінки змін кісткової тканини до та після остеоінтегративного протезування із застосуванням сучасних інформаційно-вимірювальних технологій. Особлива увага приділена комплексному аналізу стану кісткових структур на різних етапах остеоінтеграції, що дозволяє глибше зрозуміти процеси ремоделювання тканин під впливом імплантації. Одним із ключових інструментів дослідження є використання даних комп'ютерної томографії високої роздільної здатності. На основі отриманих томографічних зрізів проводиться побудова тривимірних (3D) моделей кісткових структур із залученням спеціалізованого програмного забезпечення. Ці моделі забезпечують можливість детальної візуалізації анатомічних особливостей, просторового розташування імпланта та навколишніх тканин, а також дають змогу аналізувати морфологічні зміни, що виникають у результаті процесів остеоінтеграції. Крім морфологічної оцінки, у рамках роботи здійснюються механічні випробування кісткової тканини. Застосовуються методи навантаження для визначення фізико-механічних характеристик, таких як міцність, жорсткість і пружні властивості кістки в ділянці контакту з імплантатом. Це дозволяє не лише виявити структурні зміни, але й оцінити їхній вплив на функціональну спроможність опорно-рухового апарату після протезування. Отримані результати об'єднуються у єдиний масив даних для проведення комплексного аналізу. Такий підхід дозволяє об'єктивно оцінити ефективність процесу остеоінтеграції, виявити потенційні зони ризику порушення стабільності імпланта, а також сформувати рекомендації щодо індивідуалізації планування протезування для кожного пацієнта. Важливою особливістю застосованої методики є можливість раннього виявлення патологічних змін або незадовільної інтеграції імпланта шляхом моніторингу динаміки морфометричних і механічних параметрів у післяопераційний період. Це відкриває перспективи для підвищення загальної успішності остеоінтегративного протезування та зменшення кількості ускладнень, пов’язаних із нестабільністю або відторгненням імплантів. Таким чином, розроблений підхід демонструє високу інформативність і практичну значущість, забезпечуючи багаторівневу оцінку стану кісткової тканини, що є надзвичайно важливою для забезпечення довгострокової стабільності та функціональності протезів у клінічній практиці.
Посилання
A. Wnuk‑Scardaccione and J. Bilski, “Breaking Barriers—The Promise and Challenges of Limb Osseointegration Surgery,” Medicina, vol. 61, no. 3, p. 542, Mar. 2025. DOI: 10.3390/medicina61030542
C. E. Roffman, J. Buchanan, and G. T. Allison, “Predictors of non‑use of prostheses by people with lower limb amputation after discharge from rehabilitation: development and validation of clinical prediction rules,” J. Physiother., vol. 60, no. 4, pp. 224–231, Dec. 2014. DOI: 10.1016/j.jphys.2014.09.003.
T. J. Reif, D. Jacobs, A. T. Fragomen, and S. R. Rozbruch, “Osseointegration amputation reconstruction,” Curr. Phys. Med. Rehabil. Rep., vol. 10, no. 2, pp. 61–70, Mar. 2022. DOI: 10.1007/s40141-022-00344-9
N. Kang, Y. Al‑Ajam, P. Keen, A. Woollard, H. Steinitz, J. Farrant and G. Chow, “Radiological evaluation before and after treatment with an osseointegrated bone‑anchor following major limb amputation—a guide for radiologists,” Skeletal Radiology, vol. 53, no. 6, pp. 1033–1043, Jun. 2024. DOI: 10.1007/s00256‑023‑04524‑z
Y. Li and L. Felländer‑Tsai, “The bone anchored prostheses for amputees – Historical development, current status, and future aspects,” Biomaterials, vol. 273, art. no. 120836, Jun. 2021. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2021.120836
J. S. Hebert, M. Rehani, and R. Stiegelmar, “Osseointegration for lower-limb amputation: A systematic review of clinical outcomes,” JBJS Reviews, vol. 5, no. 10, p. e10, 2017, DOI: 10.2106/JBJS.RVW.17.00037.
Y. Li and R. Brånemark, “Osseointegrated prostheses for rehabilitation following amputation: the pioneering Swedish model,” Unfallchirurg, vol. 120, no. 4, pp. 285–292, Apr. 2017, DOI: 10.1007/s00113-017-0331-4.
Y. Li, M. Ortiz‑Catalan, R. Brånemark, “Osseointegrated Amputation Prostheses and Implanted Electrodes,” in Bionic Limb Reconstruction, Springer International Publishing, Jan. 2021, pp. 45–55, 2021. DOI: 10.1007/978‑3‑030‑60746‑3_6
R. Brånemark, Ö. Berlin, K. Hagberg, P. Bergh, B. Gunterberg and B. Rydevik, “A novel osseointegrated percutaneous prosthetic system for the treatment of patients with transfemoral amputation: a prospective study of 51 patients,” Bone Joint J., vol. 96‑B, no. 1, pp. 106–113, Jan. 2014. DOI: 10.1302/0301‑620X.96B1.31905
M. Al Muderis, W. Lu, and J. J. Li, “Osseointegrated Prosthetic Limb for the treatment of lower limb amputations: Experience and outcomes,” Unfallchirurg, vol. 120, no. 4, pp. 306–311, Apr. 2017. doi: 10.1007/s00113-016-0296-8.
D. L. Robinson, L. Safai, V. J. Harandi, M. Graf, L. E. Cofré Lizama, P. Lee, M. P. Galea, F. Khan, K. M. Tse and D. C. Ackland, “Load response of an osseointegrated implant used in the treatment of unilateral transfemoral amputation: an early implant loosening case study,” Clin. Biomech. (Bristol, Avon), vol. 73, pp. 201–212, Mar. 2020, DOI: 10.1016/j.clinbiomech.2020.01.017.
D. Toderita, T. McGuire, A. M. Benton, C. Handford, A. Ramasamy, P. Hindle, A. M. J. Bull and L. McMenemy, “A one‑year follow‑up case series on gait analysis and patient‑reported outcomes for persons with unilateral and bilateral transfemoral amputations undergoing direct skeletal fixation,” J. Neuroeng. Rehabil., vol. 21, art. no. 208, Nov. 2024. DOI: 10.1186/s12984-024-01509-4.
F. Cozzolino, D. Apicella, G. Wang, A. Apicella and R. Sorrentino, “Implant‑to‑bone force transmission: a pilot study for in vivo strain gauge measurement technique,” J. Mech. Behav. Biomed. Mater., vol. 90, pp. 173–181, Feb. 2019. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2018.10.014.
G. Galteri, M. Palanca, D. Alesi, S. Zaffagnini, K. Morellato, E. Gruppioni and L. Cristofolini, “Reliable in vitro method for the evaluation of the primary stability and load transfer of transfemoral prostheses for osseointegrated implantation,” Front. Bioeng. Biotechnol., Sec. Biomechanics, vol. 12, art. no. 1360208, Mar. 2024. DOI: 10.3389/fbioe.2024.1360208.
H. F. El’Sheikh, B. J. MacDonald, and M. S. J. Hashmi, “Finite element simulation of the hip joint during stumbling: A comparison between static and dynamic loading,” Journal of Materials Processing Technology, vol. 143–144, pp. 249–255, Dec. 2003. DOI: 10.1016/S0924-0136(03)00352-2.
W. C. C. Lee, L. A. Frossard, K. Hagberg, E. Haggstrom, D. L. Gow, S. Gray, and R. Brånemark, “Magnitude and variability of loading on the osseointegrated implant of transfemoral amputees during walking,” Medical Engineering & Physics, vol. 30, no. 7, pp. 825–833, 2008. DOI: 10.1016/j.medengphy.2007.09.003.
L. Frossard, S. Laux, M. Geada, P. P. Heym, and K. Lechler, “Load applied on osseointegrated implant by transfemoral bone‑anchored prostheses fitted with state‑of‑the‑art prosthetic components,” Clinical Biomechanics, vol. 89, p. 105457, Oct. 2021. DOI: 10.1016/j.clinbiomech.2021.105457.
L. Frossard, R. Tranberg, E. Häggström, M. J. Pearcy, and R. Brånemark, “Load on osseointegrated fixation of a transfemoral amputee during a fall: Loading, descent, impact and recovery analysis,” Prosthetics and Orthotics International, vol. 34, no. 1, pp. 85–97, 2010. DOI: 10.3109/03093640903585024.
L. Frossard, “Load on osseointegrated fixation of a transfemoral amputee during a fall: Determination of the time and duration of descent,” Prosthetics and Orthotics International, vol. 34, no. 4, pp. 472–487, 2010. DOI: 10.3109/03093646.2010.520057
Serdyuk О.V, Stelmakh N.V., “Review and analysis of methods of reconstruction and mathematical description of CT images,” Scientific notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Technical Sciences, vol. 35 (74), № 3, pp. 215-221, 2024. DOI: 10.32782/2663-5941/2024.3.1/31
D. Melton, L. Prasso, A. Abernethy, J. S. Hoellwarth and T. Strickland, “Consensus statement on prehabilitation and rehabilitation of osseointegration patients,” OTA Int., vol. 8, no. 1 Suppl, art. e371, Mar. 2025. DOI: 10.1097/OI9.0000000000000371
##submission.downloads##
Опубліковано
Версії
- 2025-06-28 (2)
- 2025-06-28 (1)
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Олександра Сердюк , Наталія Стельмах
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
