На главную страницу журнала Хирургия позвоночника ISSN 2313-1497 (Online версия),
ISSN 1810-8997 (печатная версия)
DOI: http://dx.doi.org/10.14531/ss1810-8997
ENGLISH
Архив номеров
   
 


Российский индекс научного цитирования (РИНЦ)
Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА «КИБЕРЛЕНИНКА»
Архив научных журналов Central and Eastern European Online Library Архив научных журналов
CrossRef DOI


Российская Ассоциация Хирургов-вертебрологов


МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ТЕЛОЗАМЕЩАЮЩИХ СИСТЕМ ДЛЯ СУБАКСИАЛЬНОГО ЦЕРВИКОСПОНДИЛОДЕЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Нехлопочин А.С., Нехлопочин С.Н., Карпинский М.Ю., Швец А.И., Карпинская Е.Д., Яресько А.В.
заказать статью

Цель исследования. Анализ особенностей напряженно-деформированного состояния шейного отдела позвоночника при замещении тел позвонков искусственными имплантатами разных конструкций.
Материал и методы. Математическое моделирование произведено путем построения трех конечно-элементных моделей шейного отдела позвоночника. Модели имитировали шейный отдел позвоночника человека на участке от позвонка С3 до С7. Позвонок С5 был замещен тремя различными конструкциями: сетчатым кейджем, сетчатым кейджем в сочетании с вентральной пластиной и телескопическим телозамещающим имплантатом с фиксацией к телам. Напряженно-деформированное состояние моделей изучали при четырех вариантах нагружения: сжатие, изгиб при наклоне вперед, изгиб при наклоне назад и ротационное воздействие.
Результаты. Получены величины напряжения в следующих структурах: верх тел позвонков, низ тел позвонков, корень дуги, пластина дуги, суставные массы, зубцы конструкции, винты конструкции (при их наличии) при различных вариантах нагружения.
Заключение. Дополнительное крепление к телам позволяет снизить уровень максимальных напряжений в костной ткани позвонков, контактирующих с имплантатом. Телескопический кейдж демонстрирует наиболее низкий уровень напряжений в элементах модели при нагрузках на сжатие и при наклоне головы вперед. При наклоне головы назад и ротации показатели напряжений имеют незначительные отличия на разных участках.

Для цитирования: Нехлопочин А.С., Нехлопочин С.Н., Карпинский М.Ю., Швец А.И., Карпинская Е.Д., Яресько А.В. Математический анализ и оптимизация конструктивных характеристик стабилизирующих телозамещающих систем для субаксиального цервикоспондилодеза с применением метода конечных элементов // Хирургия позвоночника. 2017. Т. 14. № 1. С. 37–45.
DOI: http://dx.doi.org/10.14531/ss2017.1.37-45.

Исследование не имело спонсорской поддержки. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила в редакцию 19.09.2016
Рецензирование пройдено 03.10.2016
Подписана в печать 06.10.2016

Литература
  1. Алямовский А.А. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. М., 2004. [Alyamovsky AA. SolidWorks/COSMOSWorks. Engineering Finite Element Analysis. Moscow: Designing, 2004. 432 p. In Russian].
  2. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: Справочник. Киев, 1990. [Berezovsky VA, Kolotilov NN. Biophysical Characteristics of Human Tissue: Handbook. Kiev, 1990. In Russian].
  3. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М., 1975. [Zenkevich O. Finite Element Method in Technics. Moscow: Mir, 1975. In Russian].
  4. Нехлопочин А.С. Телозамещающие эндопротезы для переднего спондилодеза: Обзор литературы // Хирургия позвоночника. 2015. Т. 12. № 2. С. 20–24. [Nekhlopochin AS. Vertebral body replacement systems for anterior fusion: literature review. Hir Pozvonoc. 2015;12(2):20–24. In Russian]. DOI:10.14531/ss2015.2.20-24.
  5. Нехлопочин А.С., Швец А.И., Нехлопочин С.Н. Телозамещающий телескопический эндопротез для субаксиального цервикоспондилодеза // Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2016. Т. 80. № 1. С. 19–26. [Nekhlopochin AS, Shvets AI, Nekhlopochin SN. A telescopic vertebral endoprosthesis for subaxial cervical fusion. Voprosy nejrokhirurgii imeni N.N. Burdenko. 2016;80(1):19–26. In Russian]. DOI:10.17116/neiro201680119-26.
  6. Радченко В.А., Шимон В.М., Ткачук Н.А., Шманько А.П. Конечно-элементные модели для определения жесткости и прочности имплантатов из гидроксилапатитной керамики // Ортопедия, травматология и протезирование. 2002. № 3. С. 60–64. [Radchenko VA, Shimon VM, Tkachuk NA, Shman’ko AP. Finite element models to assess the stiffness and strength of ceramic hydroxylapatite implants. Orthopaedics, Traumatology and Prosthetics. 2002;(3):60–64. In Russian].
  7. Філіпенко В.А., Мітелева З.М., Зиман З.З., Мезенцев В.О., Яресько О.В. Метод кінцевих елементів у клінічній біомеханіці та прогнозування результатів пластики кісткових порожнини за допомогою різновидів кальцій-фосфатних керамік // Ортопедия, травматология и протезирование. 2006. № 2. С. 34–41. [Filipenko VA, Miteleva ZM, Ziman ZZ, Mezentsev VO, Yaresko OV. Finite element method in clinical biomechanics and forecasting results of bone cavity plasty with calcium-phosphate ceramics. Orthopaedics, Traumatology and Prosthetics. 2006;(2):34–41. In Ukrainian].
  8. Bozkus H, Ames CP, Chamberlain RH, Nottmeier EW, Sonntag VK, Papadopoulos SM, Crawford NR. Biomechanical analysis of rigid stabilization techniques for three-column injury in the lower cervical spine. Spine. 2005;30:915–922. DOI: 10.1097/01.brs.0000158949.37281.d7.
  9. Gilbertson LG, Goel VK, Kong WZ, Clausen JD. Finite element methods in spine biomechanics research. Crit Rev Biomed Eng. 1995;23:411–473. DOI: 10.1615/CritRevBiomedEng.v23.i5-6.20.
  10. Goel VK, Gilbertson LG. Applications of the finite element method to thoracolumbar spinal research – past, present, and future. Spine. 1995;20:1719–1727.
  11. Graham RS, Oberlander EK, Stewart JE, Griffiths DJ. Validation and use of a finite element model of C-2 for determination of stress and fracture patterns of anterior odontoid loads. J Neurosurg. 2000;93(1 Suppl):117–125.
  12. Hart R, Gillard J, Prem S, Shea M, Kitchel S. Comparison of stiffness and failure load of two cervical spine fixation techniques in an in vitro human model. J Spinal Disord Tech. 2005;18 Suppl:S115–S118. DOI: 10.1097/01.bsd.0000132288.65702.6e.
  13. Kandziora F, Pflugmacher R, Schefer J, Born C, Duda G, Haas NP, Mittlmeier T. Biomechanical comparison of cervical spine interbody fusion cages. Spine. 2001;26:1850–1857. DOI: 10.1097/00007632-200109010-00007.
  14. Kim SB, Bak KH, Cheong JH, Kim JM, Kim CH, Oh SH. Biomechanical testing of anterior cervical spine implants: evaluation of changes in strength characteristics and metal fatigue resulting from minimal bending and cyclic loading. J Korean Neurosurg Soc. 2005;37:217–222.
  15. Kumaresan S, Yoganandan N, Pintar FA. Finite element analysis of anterior cervical spine interbody fusion. Biomed Mater Eng. 1997;7:221–230.
  16. Maiman DJ, Kumaresan S, Yoganandan N, Pintar FA. Biomechanical effect of anterior cervical spine fusion on adjacent segments. Biomed Mater Eng. 1999;9:27–38.
  17. Natarajan RN, Chen BH, An HS, Andersson GB. Anterior cervical fusion: a finite element model study on motion segment stability including the effect of osteoporosis. Spine. 2000;25:955–961.
  18. Ng HW, Teo EC. Nonlinear finite-element analysis of the lower cervical spine (C4-C6) under axial loading. J Spinal Disord. 2001;14:201–210. DOI: 10.1097/00002517-200106000-00003.
  19. Panjabi MM. Cervical Spine Models for Biomechanical Research. Spine. 1998;23:2699–2700. DOI: 10.1097/00007632-199812150-00008.
  20. Pitzen TR, Matthis D, Barbier DD, Steudel WI. Initial stability of cervical spine fixation: predictive value of a finite element model. Technical note. J Neurosurg. 2002;97(1 Suppl):128–134. DOI: 10.3171/spi.2002.97.1.0128.
  21. Rapoff AJ, O’Brien TJ, Ghanayem AJ, Heisey DM, Zdeblick TA. Anterior cervical graft and plate load sharing. J Spinal Disord. 1999;12:45–49. DOI: 10.1097/00002517-199902000-00007.
  22. Teo EC, Yang K, Fuss FK, Lee KK, Qiu TX, Ng HW. Effects of cervical cages on load distribution of cancellous core: a finite element analysis. J Spinal Disord Tech. 2004;17:226–231. DOI: 10.1097/00024720-200406000-00010.
  23. Yoganandan N, Kumaresan SC, Voo L, Pintar FA, Larson SJ. Finite element modeling of the C4-C6 cervical spine unit. Med Eng Phys. 1996;18:569–574. DOI: 10.1016/1350-4533(96)00013-6.
  24. Yoganandan N, Kumaresan S, Voo L, Pintar FA. Finite element applications in human cervical spine modeling. Spine. 1996;21:1824–1834.
  25. Yoganandan N, Myklebust JB, Ray G, Sances A Jr. Mathematical and finite element analysis of spine injuries. Crit Rev Biomed Eng. 1987;15:29–93.
Ключевые слова: передний спондилодез, конечно-элементная модель, телескопический телозамещающий имплантат

Нехлопочин А.С.
ассистент кафедры неврологии и нейрохирургии, заведующий отделением нейрохирургии
Луганский государственный медицинский университет
Луганская областная клиническая больница, Луганск, Украина
AlexeyNS@gmail.com


Нехлопочин С.Н.
канд. мед. наук
ассистент кафедры неврологии и нейрохирургии,
Луганская областная клиническая больница, Луганск, Украина
nsna56@mail.ru


Карпинский М.Ю.
научный сотрудник лаборатории биомеханики
Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко, Харьков, Украина
korab.karpinsky9@gmail.com


Швец А.И.
д-р мед. наук, проф. кафедры госпитальной хирургии, травматологиии и ортопедии,
Луганский государственный медицинский университет, Луганск, Украина
shvalex42@gmail.com


Карпинская Е.Д.
младший научный сотрудник лаборатории биомеханики,
Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко, Харьков, Украина
helen.karpinska@gmail.com


Яресько А.В.
младший научный сотрудник лаборатории биомеханики
Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко, Харьков, Украина
avyresko@gmail.com

ЖУРНАЛ ПРИЗВАН ОБЪЕДИНИТЬ ДОКТОРОВ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ ПРОБЛЕМОЙ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПОЗВОНОЧНИКА.

THE JOURNAL DESTINED TO UNITE DOCTORS INVOLVED WITH SPINAL PATHOLOGY PROBLEMS