Details

Настоящая работа посвящена анализу биомеханических параметров напряженно-деформированного состояния поясничного отдела позвоночного столба, реконструированного с применением различных имплантатов и системы транспедикулярной фиксации, в сценариях физической активности позвоночника. Рассматриваемые имплантаты представляют собой индивидуальные аддитивно-производимые изделия из метаматериалов. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Разработка конечно-элементной модели реконструированного поясничного отдела позвоночника, включающей различные имплантаты. 2. Проведение расчета напряженно-деформированного состояния системы для каждого из рассматриваемых сценариев. 3. Определение критериев оценки результатов реконструкции позвоночника. 4. Проведение сравнительного анализа и оценки на основе определенных критериев параметров напряженно-деформированного состояния поясничного отдела позвоночника, реконструированного с применением различных имплантатов. В рамках данной работы были рассмотрены 10 вариантов конструкций индивидуального имплантата для реконструкции поясничного отдела позвоночника, различающихся материалом и способом дополнительного крепления. Для каждого из вариантов с помощью метода конечных элементов был произведен расчет напряженно-деформированного состояния системы в шести сценариях физиологического нагружения. Для оценки результатов реконструкции позвоночника были сформулированы критерии, на основе которых был проведен сравнительный анализ всех результатов расчетов. Было выявлено, что имплантаты из всех изученных метаматериалов оказывают эквивалентное воздействие на позвоночник. Также было установлено, что выбор типа крепления имплантата должен осуществляться на основе особенностей каждого отдельного пациента.

The present work is devoted to the analysis of biomechanical parameters of the stress-strain state of the lumbar spine, reconstructed using various implants and a transpedicular fixation system, under scenarios of spinal physical activity. The implants under consideration are individual additively manufactured products made of metamaterials. The research set the following goals: 1. Development of a finite element model of the reconstructed lumbar spine, including various implants. 2. Calculation of the stress-strain state of the system for each of the scenarios under consideration. 3. Determination of criteria for evaluating the results of spinal reconstruction. 4. Conducting a comparative analysis and evaluation, based on the defined criteria, of the stress-strain state parameters of the lumbar spine reconstructed using various implants. Within the framework of this work, 10 design variants of an individual implant for lumbar spine reconstruction were considered, differing in material and method of additional fixation. For each of the variants, the stress-strain state of the system was calculated in six physiological loading scenarios using the finite element method. To evaluate the results of the spinal reconstruction, criteria were formulated, based on which a comparative analysis of all calculation results was performed. It was revealed that implants made of all the studied metamaterials have an equivalent effect on the spine. It was also established that the choice of the implant fixation type should be made based on the characteristics of each individual patient.