Поведение сегмента грудного отдела позвоночника при оскольчатом переломе позвонка до и после хирургического лечения. Биомеханический эксперимент
Автор: Донник А.М., Коссович Л.Ю., Оленко Е.С.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 1 (95) т.26, 2022 года.
Бесплатный доступ
Работа посвящена исследованию биомеханического поведения сегмента грудного отдела позвоночника с компрессионным оскольчатым переломом тела позвонка Th11, а также с различными вариантами фиксации поврежденного позвоночно-двигательного сегмента (ПДС). Рассмотрены следующие варианты фиксации: короткосегментарная транспедикулярная система (ТПС); короткосегментарная ТПС, дополненная промежуточным винтом, введенным в поврежденный позвонок; короткосегментарная ТПС, дополненная промежуточными винтами, введенными в поврежденный позвонок. Модели сегментов позвоночника с повреждением тела позвонка построены на основе данных компьютерной томографии пациента в ПО Mimics Materialise, 3-Matic Materialise и SolidWorks. Модели фиксирующих элементов, а также их внедрение в модель сегмента позвоночника выполнены в SolidWorks. Материалы, назначенные моделям, считались линейными, упругими, изотропными. Граничные условия и нагружение моделей выполнены в КЭП ANSYS 19.2. Нагружение моделей соответствовало положению человека стоя, сгибанию, разгибанию, боковым наклонам и осевому вращению. Численное решение задачи теории упругости проведено в КЭП ANSYS. Расчитаны поле полных перемещений в моделях, эквивалентные напряжения по Мизесу в фиксирующих конструкциях и позвонках. Измерен диапазон движения в позвоночно-двигательном сегменте, включающем поврежденный позвонок. Выявлено перераспределение эквивалентных напряжений по Мизесу, снижающее нагрузку на поврежденный позвонок, а также снижение подвижности поврежденного позвонка при установке ТПС, дополненной промежуточным винтом, независимо от стороны его установки.
Биомеханическое моделирование, промежуточные винты, биомеханический эксперимент, компрессионный перелом, диапазон движения
Короткий адрес: https://sciup.org/146282478
IDR: 146282478 | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2022.1.02
Список литературы Поведение сегмента грудного отдела позвоночника при оскольчатом переломе позвонка до и после хирургического лечения. Биомеханический эксперимент
- Донник А.М., Иванов Д.В., Коссович Л.Ю., Левченко К.К., Киреев С.И., Морозов К.М., Островский Н.В., Зарецков В.В., Лихачев С.В. Создание трехмерных твердотельных моделей позвоночника с транспедикулярной фиксацией c использованием специализированного программного обеспечения // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. - 2019. - Т. 19, вып. 4. - С. 424-438. DOI: 10.18500/1816-9791-2019-19-4-424-438
- Карлов А.В., Шахов В.П. Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики. - Томск: STT, 2001. - 477 с.
- Лихачев С.В., Зарецков В.В., Арсениевич В.Б., Островский В.В., Шульга А.Е., Зарецков А.В. Результаты применения промежуточных транспедикулярных винтов при повреждениях переходного грудопоясничного отдела позвоночника // Гений ортопедии. - 2020. - Т. 26, № 4. - С. 548-554. DOI: 10.18019/1028-4427-2020-26-4-548-554
- 316LS/316LVM Surgical Stainless Steel Bar - ASTM F138 [Электронный ресурс] - URL: www.upmet.com/products/stainless-steel/316lslvm (дата обращения: 14.01.2022).
- Bruno A.G., Burkhart K., Allaire D., Anderson D.E., Bouxsein M.L. Spinal loading patterns from biomechanical modelingexplain the high incidence of vertebral fractures in thethoracolumbar region // Journal of Bone and Mineral Research. - 2017. - Vol. 32, no. 6. - P. 1282-1290.
- Cho P.G., Ji G.Y., Park S.H., Sgin D.A. Biomechanical analysis of biodegradable cervical plates developed for anterior cervical discectomy and fusion // Asian Spine Journal. - 2018. - Vol. 12, no. 6. - P. 1092-1099. DOI: 10.31616/asj.2018.12.6.1092
- Dreischarf M., Rohlmann A., Bergmann G., Zander T. Optimised loads for the simulation of axial rotation in the lumbar spine // J. Biomech. - 2011. - Vol. 44, no. 12. - P.2323-2327.
- Goel V., Kim K., Young E., Lim T.H., Weinstein J.N. An analytical investigation of the mechanics of spinal instrumentation // Spine. - 1998. - Vol. 13, no. 9. - P. 1003-1011. DOI: 10.1097/00007632-19880900000007.102
- Goldstein S.A. The mechanical properties of trabecular bone: dependence on anatomic location and function // J. Biomech. - 1987. - Vol. 20, no.11. - Р. 1055-1061.
- Havaldar R., Pilli S.C., Putti B.B. Insights into the effects of tensile and compressive loadings on human femur bone // Adv. Biomed. Res. - 2014. - No. 3. - Р. 101.
- Kiapour A., Ambati D., Hoy R.W., Goel V. Effect of graded facetectomy on biomechanics of Dynesis dynamic stabilization system // Spine. - 2012. - Vol. 37, no. 10. - P. E581-E589. DOI: 10.1097/BRS.0b013e3182463775.104
- Kim Y.H., Khuyagbaatar B., Kim K. Recent advances in finite element modeling of the human cervical s pine // Journal of Mechanical Science and Technology. - 2018. - Vol. 32. - P. 1-10.
- Lee S.H., Im Y.J., Kim K.T., Kim Y.H., Park W.M., Kim K. Comparison of cervical spine biomechanics after xed- and mobile orearticial discreplacement: finite element analysis // Spine. - 2011. - Vol. 36, no. 9. -P. 700708. DOI: 10.1097/BRS.0b013e3181f5cb87
- Li J., Zhang L.-C., Li J., Zhang H., Zhao J.-X., Zhang W. A Hybrid uniplanar pedicle screw system with a new intermediate screw for minimally invasive spinal fixation: a finite element analysis // BioMed Research International. - 2020. - Vol. 2020. - Article no. 5497030. - 9 p. DOI: 10.1155/2020/5497030
- Misch C.E., Qu Z., Bidez M.W. Mechanical properties of trabecular bone in the human mandible: implications for dental implant treatment planning and surgical placement // J. Oral Maxillofac. Surg. - 1999. - Vol. 57, no. 6. - Р. 700-706.
- Rohlmann A., Zander T., Rao M., Bergmann G. Realistic loading conditions for upper body bending // J. Biomech. - 2009. - Vol. 42, no. 7. - P. 884-890.
- Rohlmann A., Zander T., Rao M., Bergmann G. Applying a follower load delivers realistic results for simulating standing // J. Biomech. - 2009. - Vol. 42, no. 10. - P. 1520-1526.
- Nolte L.P., Panjabi M.M., Oxland T.R. Biomechanical properties of lumbar spinal ligaments. In: Heimke G. (ed.). Clinical implant materials, advance in biomaterials. - 1990. - Vol. 9. - P. 663668.103.
- Su Y.-S., Ren D., Wang P.-C. Comparison of biomechanical properties of single- and two-segment fusion for Denis type B spinal fractures // Orthopaedic Surgery. - 2013. - Vol. 5 - P. 266-273.
- Ti6Al4V ELI Titanium Alloy [Электронный ресурс] - URL: www.arcam.com/wp-content/uploads/Arcam-Ti6Al4V-ELI-Titanium-Alloy.pdf (дата обращения: 14.01.2022).
- Xu M., Yang J., Lieberman I.H., Haddas R. Lumbar spine finite element model for healthy subjects: development and validation // Computer Methods in Biomedical Engineering. - 2017. - Vol. 20, no. 1. -P. 1-15.
- Zahari S.N., Latif M.J.A., Rahim N.R.A., Kadir M.R.A., Kamarul T. The effects of physiological biomechanical loading on intradiscal pressure and annulus stress in lumbar spine: a finite element analysis // Journal of Healthcare Engineering. - 2017. - Vol. 2017. - P. 1-8.
- Zhao Y., Li Q., Mo Z., Sun Y., Fan Y. Finite element analysis of cervical arthroplasty combined with fusion against 2-level fusion // J. Spinal Disord. Tech. - 2013. - Vol. 26, no. 6. - P. 347-350.
