Оценка напряжённого состояния позвоночных столбов собак на основе данных компьютерной томографии

Актуальной задачей биомеханики выступает изучение влияния внешних нагрузок на опорно-двигательный аппарат человека, одним из основных элементов которого является позвоночный столб. В этом случае проведение исследований предполагает рассмотрение позвоночника в качестве комплексной системы, состоящей из позвонков и сочленяющих их межпозвоночных дисков. На данный момент существует множество работ, посвящённых определению причин возникновения различных отклонений в тканевых волокнах между позвонками, что приводит развитию дископатии. Наиболее подверженными к подобным изменениям оказываются собаки в силу их генетической предрасположенности. Таким образом, в данной работе проводились исследования шейного отдела позвоночников трёх животных: йоркширский терьер, русский тойтерьер и метис. В ходе работы выполнялось численное моделирование образцов по данным компьютерной томографии. Вычислительные эксперименты осуществлялись методом конечных элементов и позволяли определять напряжённое состояние с учётом распределения механических свойств материала. Испытания соответствовали продольному сжатию образцов. На основе полученных результатов определялось поле сжимающих напряжений, проводилась оценка достоверности значений согласно ошибке энергии, а также расчёт интенсивности напряжений по Мизесу и жёсткости полученной конструкции. Анализ результатов показал, что наибольшие значения напряжений достигаются между позвонками крайних областей шейного отдела. В среднем образец породы Йоркширский терьер предрасположен к возникновению больших нагрузок по сравнению с результатами других собак экспериментальной группы. Наибольшая жёсткость соответствовала метису: в два раза больше относительно среднего значения для карликовых пород. Распределение ошибки энергии по напряжениям показало, что области с наибольшими значениями соответствуют конечным элементам на границе разделения различных фаз среды. Таким образом, полученные в рамках работы результаты позволяют устанавливать характер распределения напряжённого состояния в межпозвоночных дисках, а также выявлять прочностные показатели позвоночных столбов с учётом механических свойств различных биологических тканей.