Причини незадовільних анатомічних результатів відновлення міжтілової опори. Моделювання операцій ендопротезування, розробка способу вентрального відновлення опорності, схем хірургічних операцій з урахуванням індивідуальних особливостей пацієнта.
Аннотация к работе
Незважаючи на засоби з профілактики міграції імплантатів з міжтілового ложа, використання нових пластичних матеріалів для заміщення пострезікційних дефектів хребців, збільшення площі контакту поверхонь трансплантатів (імплантатів) із замикальними пластинами тіл блокованих хребців, операції на передніх відділах хребта супроводжуються у 6,25-37,8% випадках різними ускладненнями (Faciszewsky T. et al., 1995; Корнілов Б.М., 1996). Провести моделювання напружено-деформованого стану біомеханічної системи “хребець - ендопротез - хребець” методом кінцевих елементів. Вперше запропонована принципово нова система автоматизованого дослідження напружено-деформованого стану елементів системи „хребець - ендопротез” для моделювання операцій ендопротезування, яка дає змогу оптимально підібрати параметри ендопротезів та схем хірургічних операцій з урахуванням індивідуальних особливостей пацієнтів. Ця компютерна система для моделювання операцій ендопротезування хребта і дослідження напружено-деформованого стану елементів біомеханічної системи “ендопротез-хребець” дає змогу оптимально підібрати параметри ендопротезів та схем хірургічних операцій з урахуванням індивідуальних особливостей пацієнтів. Проведені дослідження з моделювання напружено-деформованого стану біомеханічної системи “хребець-ендопротез-хребець” методом кінцевих елементів на базі Реґіонарного центру компютерних методів проектування і дослідження машинобудівних конструкцій “ВЕКТОР” Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” за консультативною допомогою зав. кафедри теорії та систем автоматизованого проектування механізмів і машин д.техн.наук Ткачука М.А.Зокрема існує на сьогодні невирішеність багатьох питань використання різних замісних матеріалів для відновлення опорності передніх відділів хребта, в тому числі урахування індивідуальних особливостей конкретного пацієнта та клінічного випадку. Отримані результати числового моделювання напружено-деформованого стану тіла хребця з варіюванням моделі і властивостей матеріалу трабекулярної кістки. Отриманий принципово важливий результат, який стосується суттєвого впливу анізотропії властивостей трабекулярної кістки на рівень напружень у корковій тканині (зниження напруг - до 10% порівняно з напруженнями, отриманими на ізотропній моделі трабекулярної тканини). В результаті проведеного багатоваріантного дослідження впливу властивостей трабекулярної кістки на напружено-деформований стан тіла хребця виявлено, що із збільшенням модуля пружності трабекулярної кістки спостерігається близька до лінійної залежність осьових переміщень точок верхньої пластини хребця. В результаті проведених математичних та біомеханічних досліджень НДС ендопротеза встановлено, що :з ростом внутрішнього діаметра (зменшення товщини стінки) зростають вертикальні переміщення та напруження; з ростом ширини перемички між кільцями переміщення і напруження зменшуються ; номінальні значення конструктивних параметрів титанових ендопротезів та можливі діапазони їх варіювання забезпечують достатню міцність і жорсткість конструкції.
Вывод
1. Проблема хірургічного лікування ушкоджень та захворювань хребта залишається актуальною, а окремі його складові потребують подальшого глибокого вивчення. Зокрема існує на сьогодні невирішеність багатьох питань використання різних замісних матеріалів для відновлення опорності передніх відділів хребта, в тому числі урахування індивідуальних особливостей конкретного пацієнта та клінічного випадку.
2. Основною причиною більшості незадовільних анатомічних результатів відновлення міжтілової опори є невідповідність механічних характеристик використаних імплантатів механічним характеристикам тіл хребців конкретного пацієнта.
3. Отримані результати числового моделювання напружено-деформованого стану тіла хребця з варіюванням моделі і властивостей матеріалу трабекулярної кістки. Отриманий принципово важливий результат, який стосується суттєвого впливу анізотропії властивостей трабекулярної кістки на рівень напружень у корковій тканині (зниження напруг - до 10% порівняно з напруженнями, отриманими на ізотропній моделі трабекулярної тканини).
4. В результаті проведеного багатоваріантного дослідження впливу властивостей трабекулярної кістки на напружено-деформований стан тіла хребця виявлено, що із збільшенням модуля пружності трабекулярної кістки спостерігається близька до лінійної залежність осьових переміщень точок верхньої пластини хребця. При цьому збільшення модуля пружності з 22 до 112 МПА (у 5 раз) веде до зменшення переміщень з 0,44 мм до 0,09 мм (на 20%). Із збільшенням модуля пружності трабекулярної тканини напруження в самій трабекулярній кістці сильно зростає приблизно за лінійною залежністю (з 0,39 МПА до 0,43 МПА). При цьому на 20 % знижується напруження в кірковій кістці. Враховуючи анізотропію матеріалу трабекулярної кістки, переміщення практично не змінюються у порівнянні з ізотропним випадком при Е=67МПА. У трабекулярній тканині спостерігається деяке зменшення напруження (близько 6%), а в кірковій кістці відбувається більш суттєве зниження напрження (близько 10%).
5. В результаті проведених математичних та біомеханічних досліджень НДС ендопротеза встановлено, що :з ростом внутрішнього діаметра (зменшення товщини стінки) зростають вертикальні переміщення та напруження; з ростом ширини перемички між кільцями переміщення і напруження зменшуються ; номінальні значення конструктивних параметрів титанових ендопротезів та можливі діапазони їх варіювання забезпечують достатню міцність і жорсткість конструкції.
6. Багатоваріантні дослідження напружено-деформованого стану титанових ендопротезів дозволяють зробити висновки щодо суттєвого запасу міцності та жорсткості. Це дозволяє рекомендувати даний ендопротез у ролі базової конструкції подчас розробки операцій ендопротезування.
7. Розроблений нами ендопротез хребта дозволяє відновити опорність його передніх відділів, а його конструктивні особливості дають можливість враховувати індивідуальні механічні характеристики тіл конкретного пацієнта.
8. Передній міжтіловий опорний спондилодез із застосуванням запропонованого ендопротеза хребта показаний при реконструкції його передніх відділів з метою заміщення післярезекційних дефектів та відновлення міжтілової опори. В умовах клініки дозволив у всіх випадках його використання отримати формування міжтілового зрощення при мінімальній (до 4 градусів) втраті досягненої під час оперативного втручання корекції кіфотичної деформації, що дозволяє віднести його до лікувально-профілактичних заходів.
Список литературы
1.Шманько А.П., Радченко В.А., Шимон В.М., Ткачук Н.А. Конечно-элементные модели для определения жесткости и прочности имплантатов из гидроксилапатитной керамики // Ортопедия, травматология и протезирование. - 2002. №3.-С.60-64.
Особистий внесок полягає у проведенні частини експериментальних досліджень.
2. Шманько А.П., Радченко В.А., Веретельник Ю.В., Ткачук Н.А. Моделирование поведения биомеханических систем “позвонок-эндопротез” на основе метода конечных элементов // Ортопедия, травматология и протезирование. - 2005. №1.-С.24-31.
Особистий внесок полягає у проведенні аналізу отриманих числових даних.
3. Шманько А., Радченко В. Повреждения грудопоясничного отдела позвоночника: особенности клиники, диагностики и хирургического лечения.// Doctor.-2005.№4(30).-С.47-50.
Особистий внесок полягає в узагальненні літературних даних, проведенні клінічних досліджень.
4. Shmanko A.P., Veretelnik Y.V., Radchenko V.A. The stressedly-deformed state automated analysis system of the implants used in spine reconstruction-restoration operations. Proceedings of the International Conference AITTH"2005.- Vol.2.-Minsk: United Institut of Informatics Problems of the National Academy of Sciences of Belarus, 2005.-P.68-71.
Особистий внесок полягає в аналізі отриманих результатів.
5. Деклараційний патент України 11580 А 61 F 2/44 / М.Є.Поліщук, О.А.Лєвшин, М.М.Костицький, В.І.Шпильов, О.П.Шманько, М.О.Корж, В.О.Радченко. Ендопротез хребта.-Заявл. 22.06.2004.-Опубл. 16.01.2006. Промислова власність .-2006.- №1.
Особистий внесок полягає у розробці конструкції ендопротеза, його клінічній апробації.
6. Шманько А.П., Радченко В.А., Левшин А.А., Исакова Н.В., Беренов К.В. Особенности нарушения функции позвоночно-двигательного сегмента при деформациях грудопоясничного отдела позвоночника // Наук.-практ. конф. з міжнародною участю, присвячена 25-річчю кафедри травматології і вертебрології Харківської медичної академії післядипломної освіти: Зб.наук.праць - 2003.-С.87-88.
Особистий внесок полягає у проведенні клініко-рентгенологічних досліджень.
7. Alexander Shmanko, Vladimir Radchenko. Individual Modeling of the Operation of Spine Endoprothesis on the Base of Specialized Subsistem of Geometric and Final Element Modeling. Proceedings in interdisciplinary congress on spine care ""World Spine III"".- Rio de Janeiro -2005.-P.67.
Особистий внесок полягає у створенні системи індивідуального проектування ендопротезів хребта.