Deformační a napěťová analýza vybraného páteřního fixátoru

Abstract

Degenerativní a traumatologická poranění páteře jsou velmi častá. V těchto případech je často nutné stabilizovat poškozenou část páteře pomocí implantátu. Spinální implantáty se dělí na tuhé a poddajné, v lékařské praxi nazývané dynamické. V této práci byl řešen problém fyziologické páteře a páteře po zavedení implantátu pomocí výpočtového modelu (metody konečných prvků). Výpočtový model se skládá ze 4 bederních obratlů L2 – L4, meziobratlových plotének, chrupavek, vazů a implantátu. Na model byla aplikována síla 200N a 400N, dále síla 200N v kombinaci s příslušnými ohybovými momenty podle pohybů páteře. Byly analyzovány celkové deformace, kontaktní tlaky na chrupavkách, přetvoření spongiózní kostní tkáně a napětí na implantátu. Deformace modelu fyziologického a s implantátem jsou srovnatelné, ale u implantovaného modelu došlo k markantnímu přetvoření kostní tkáně v okolí zavedených šroubů.

The degenerative and traumatic injuries of a spine are very frequent. In those cases it is necessary to stabilize the corresponding spine segment using a spine implant. The spinal implants are rigid or flexible, the latter known as dynamic ones in medical practice. In this thesis, the problems of the physiological spinal segment and the segment with implant were solved using the computational modelling (finite element method). Computational model consists of 4 lumbar vertebrae L2 – L5, intervertebral discs, joints and spinal implants. The spinal segment was loaded by the force 400N and 200N, than by force 200N together with bending moments 2,5Nm and 5Nm depending of the motion. The displacement of the whole system, contact pressure of cartilages, equivalent strain in cancellous bone and equivalent stress in the implant were analyzed. The deformation of the physiological model and the model with the implant are comparable, but the bone tissue of the model with the implant is dramatically more loaded in vicinity of the screws.