Mechanical stability of the proximal tibia with different bone formations after plate removal in medial opening-wedge high tibial osteotomy: A finite element analysis

Abstract

No clear agreement exists on the degree of bone formation required to remove a metal plate without correction loss after medial opening-wedge high tibial osteotomy (MOWHTO). We aimed to investigate the mechanical stability of the proximal tibia with different bone formations after plate removal in MOWHTO using finite element models and determine the extent of bone formation when the plate can be removed without correction loss. The mechanical stability of proximal tibial models with different extents of bone formation after plate removal was analyzed using finite element analysis. Bone stress and strain and micromotion were evaluated to investigate fracture risk and bone stability, respectively, in various types of tibial models. Peak von Mises stress was lower than yield strength when bone formation reached zone 3.5 (70%) or more in 5- and 10-mm osteotomy gap models, and zone 4 (80%) or more in a 15-mm gap model. Maximal principal strains were lower than 6,130 microstrain when bone formation reaches zone 3.5 (70%) or more in models with osteotomy gaps of 5, 10, and 15 mm. This indicates that plate removal without correction loss after MOWHTO may be possible when bone formation reaches zone 3.5 (>70%) or more during 5- and 10-mm osteotomy gap corrections, and zone 4 (>80%) or more.

개방형 근위 경골 절골술 후 교정 손실 없이 금속판을 제거하는 데 필요한 골 형성 정도에 대한 명백한 합의는 없다. 본 연구의 목적은 내측 개방형 근위 경골 절골술 후 금속판을 제거한 서로 다른 골 형성을 가진 근위 경골 모형의 기계적 안정성을 유한 요소 모델을 이용하여 분석하고, 교정 손실 없이 금속판 제거가 가능한 골 형성 정도를 결정하고자 하였다. 유한 요소 분석을 이용해 금속판 제거 후 골 형성 정도가 다른 근위 경골 모형들의 기계적 안정성을 분석하였다. 다양한 유형의 골형성을 가진 근위 경골 모형에서 뼈의 응력과 변형률, 미세움직임을 평가하여 골절 위험성과 골 안정성을 조사하였다. 5mm 및 10mm 내측 개방형 근위 경골 절골 모형에서는 골 형성이 구역 3.5 (70%) 이상에 도달했을 때, 15mm 내측 개방형 근위 경골 절골 모형에서는 골 형성이 구역 4 (80%) 이상에 도달했을 때 최대 응력은 항복 강도보다 낮았다. 5, 10, 15mm 내측 개방형 근위 경골 절골 모형에서 골 형성이 구역 3.5 (70%) 이상에 도달했을 때 최대 변형률은 6,130 마이크로-변형률보다 낮았다. 이는 5mm 및 10mm 내측 개방형 교정 절골술에서는 골 형성이 구역 3.5 (>70%) 이상에 도달 하였을 때, 15mm 내측 개방형 교정 절골술에서는 골 형성이 구역 4 (>80%) 이상에 도달할 경우 내측 개방형 근위 경골 절골술 후 교정 손실 없이 금속판 제거가 가능할 수 있음을 나타낸다.