Конечно-элементное моделирование анатомо-конституциональных типов позвоночно-тазового комплекса (Roussouly) в аспекте изучения их биомеханических особенностей

Введение. Сагиттальные морфотипы позвоночника Roussouly отличаются специфичностью биомеханики позвоночно-тазового комплекса (ПТК), для изучения которой в последнее время все чаще используется метод конечно-элементного (КЭ) моделирования. Цель работы — построение трехмерных реалистичных моделей, имитирующих анатомо-конституциональные типы ПТК с последующей оценкой деформативно-прочностных свойств построенных моделей при компрессионной нагрузке. Материалы и методы. Добровольцам, согласившимся принять участие в исследовании (n = 169), выполнены профильные спондилограммы с захватом костей черепа, таза и верхней трети бедренных костей в положении стоя. После интерпретации рентгенограмм (Surgimap 2.3.2.1.) отобраны лица (n = 5) со средними сагиттальными параметрами для каждого из пяти морфотипов Roussouly (I, II, III, IIIA, IV), которым проведена компьютерная томография (КТ) ПТК. Данные КТ использованы в дальнейшем для моделирования (SolidWorks) пяти параметрических конечно-элементных моделей нормальных морфотипов ПТК и изучения их деформативно-прочностных свойств. Результаты. При компрессионной нагрузке наибольшие эквивалентные напряжения по Мизесу локализовались следующим образом: модель I типа — тела и межпозвонковые диски (МПД) ThX–LI (2,961 Мпа), задние опорные структуры LIV–SI (2,515 Мпа); модель II типа — тела позвонков и МПД грудного и поясничного отделов, преимущественно на уровнях ThXII–LI (3,082 МПа) и LIV–LV (3,120 МПа); модель III типа — передние отделы тел и МПД ThXI–LII, задние трети тел, ножки и фасеточные суставы LI–SI (1,720 МПа); модель IIIA типа — тела и МПД ThIX–LII позвонков (1,811 МПа), задние опорные структуры LI–SI (1,650 МПа); модель IV типа — остистые отростки и суставные отделы дуг LI–SI позвонков (3.232 МПа). Обсуждение. Профильная конфигурация ПТК оказывает ключевое влияние на сегментарное распределение гравитационной силы, а, следовательно, определяет специфичность сагиттальной биомеханики позвоночника, его устойчивость к динамическим нагрузкам и склонность к различной дегенеративной патологии. Заключение. Наиболее биомеханически сбалансированными были типы III и IIIA, при гиполордотичной форме (типы I и II) перегружались преимущественно передние структуры позвонков, в том числе МПД, а в случае гиперлордоза (тип IV) — задние опорные структуры.