Details

Цель работы заключается в сравнительной оценке критических нагрузок, при которых в межпозвонковом диске L4–L5 достигается расчетный порог повреждения коллагеновых волокон фиброзного кольца. Рассматриваются три состояния диска: здоровое, умеренно дегенеративное и выраженно дегенеративное. Основным показателем повреждаемости принято относительное удлинение волокон Fiber Stretch λ. В работе рассмотрены анатомо-биомеханические особенности сегмента L4–L5, механизмы дегенерации диска и подходы к его конечно-элементному моделированию. Обоснован выбор материальных моделей для основных тканей сегмента. Значения главных напряжений использовались как дополнительные расчетные индикаторы напряженно-деформированного состояния. Расчетная часть включает анализ сегмента L4–L5 при флексии, экстензии, латерофлексии, осевой компрессии и осевой дистракции. Для каждого режима определялись значения Fiber Stretch, нагрузки достижения порога микроповреждений и условия предельного растяжения коллагеновых волокон. Для выполнения серии расчетов применялась автоматизация подготовки и обработки моделей. Это позволило последовательно изменять параметры материалов для состояний Healthy, Moderate и Severe, запускать расчеты в разных режимах нагружения и сопоставлять полученные результаты при одинаковых условиях моделирования.

The aim of the work is to compare the critical loads at which the calculated damage threshold of collagen fibers in the annulus fibrosus of the L4–L5 intervertebral disc is reached. Three disc conditions are considered: healthy, moderately degenerative, and severely degenerative. The main damage indicator is the relative fiber elongation, Fiber Stretch λ. The study examines the anatomical and biomechanical features of the L4–L5 segment, the mechanisms of disc degeneration, and approaches to finite element modeling. The choice of material models for the main tissues of the segment is also justified. The principal stress values are used as additional calculated indicators of the stress-strain state. The computational part includes the analysis of the L4–L5 segment under flexion, extension, lateral flexion, axial compression, and axial distraction. For each loading mode, Fiber Stretch values, loads corresponding to the microdamage threshold, and conditions for reaching the ultimate elongation of collagen fibers were determined. A set of calculations was performed using automated model preparation and data processing. This made it possible to sequentially change material parameters for the Healthy, Moderate, and Severe conditions, run simulations under different loading modes, and compare the obtained results under the same modeling conditions.