RU2265892C1 - Method for modeling rotation loading applied to vertebral segments under experimental conditions - Google Patents
Method for modeling rotation loading applied to vertebral segments under experimental conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265892C1 RU2265892C1 RU2004111378/14A RU2004111378A RU2265892C1 RU 2265892 C1 RU2265892 C1 RU 2265892C1 RU 2004111378/14 A RU2004111378/14 A RU 2004111378/14A RU 2004111378 A RU2004111378 A RU 2004111378A RU 2265892 C1 RU2265892 C1 RU 2265892C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vertebral segments
- vertebral
- vertebrae
- segments
- anatomical
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 11
- 239000002639 bone cement Substances 0.000 claims description 8
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 10
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 8
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 6
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 6
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 210000004705 lumbosacral region Anatomy 0.000 description 3
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 3
- 208000020339 Spinal injury Diseases 0.000 description 2
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 1
- 206010027677 Fractures and dislocations Diseases 0.000 description 1
- 206010060860 Neurological symptom Diseases 0.000 description 1
- 206010061363 Skeletal injury Diseases 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000000834 fixative Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009894 physiological stress Effects 0.000 description 1
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 210000000278 spinal cord Anatomy 0.000 description 1
- 208000020431 spinal cord injury Diseases 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Surgical Instruments (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для экспериментального изучения механической прочности анатомических препаратов грудного и поясничного отделов позвоночника в условиях остеосинтеза различными металлоконструкциями после имитации повреждений и костнопластических операций, а так же без фиксации и имитации повреждений.The present invention relates to medicine, namely to traumatology and orthopedics, and can be used to experimentally study the mechanical strength of anatomical preparations of the thoracic and lumbar spine under conditions of osteosynthesis by various metal structures after simulating injuries and osteoplastic operations, as well as without fixing and simulating injuries.
Переломы позвоночника составляют от 3,2% до 17% от всех переломов костей (С.М.Журавлев и др., 1996; Н.Г.Фомичев и др., 1994; В.М.Синицин и др., 1997). Среди неосложненных повреждений позвоночника травмы на грудном отделе отмечаются у 29,2%-43,9% больных, на поясничном отделе - у 40,9%-46,0% пострадавших (А.И.Казьмин, А.В.Каплан 1983; М.Ф.Дуров и др., 1983). При позвоночно-спиномозговой травме 13,3%-39,2% повреждений локализуются в грудном отделе, 31,4%-48,5% - в поясничном отделе (Г.С.Юмашев, и др. 1979; В.П.Берснев и др. 1998.). В структуре первичной инвалидности от скелетных травм повреждения позвоночника составляют до 20,6% (К.И.Шапиро и др. 1991). При этом 29,8% случаев инвалидизации приходится на долю переломов и вывихов без неврологической симптоматики и 70,2% - на травмы позвоночника с повреждением спинного мозга и его образований (Н.В.Корнилов, В.Д.Усиков, 2000).Fractures of the spine range from 3.2% to 17% of all bone fractures (S.M. Zhuravlev et al., 1996; N.G. Fomichev et al., 1994; V.M.Sinitsin et al., 1997). Among uncomplicated spinal injuries, injuries in the thoracic region are noted in 29.2% -43.9% of patients, in the lumbar region - in 40.9% -46.0% of patients (A.I. Kazmin, A.V. Kaplan 1983; M.F. Durov et al., 1983). In case of spinal cord injury, 13.3% -39.2% of lesions are localized in the thoracic region, 31.4% -48.5% are located in the lumbar region (G.S. Yumashev et al. 1979; V.P. Bersnev et al. 1998.). In the structure of primary disability from skeletal injuries, spinal injuries account for up to 20.6% (K.I. Shapiro et al. 1991). At the same time, 29.8% of cases of disability are fractures and dislocations without neurological symptoms and 70.2% are injuries of the spine with damage to the spinal cord and its formations (N.V. Kornilov, V.D.Usikov, 2000).
В последнее десятилетие отмечается широкое внедрение в клиническую практику различных устройств для металлофиксации позвоночника. В отечественной и зарубежной литературе имеется значительное количество публикаций, отражающих опыт применения таких конструкций и результаты лечения больных. Тем не менее, для сравнительной оценки эффективности того или иного фиксатора необходимо знать, насколько стабилен остеосинтез, выполняемый с его помощью. Этот вопрос в специальной медицинской литературе отражен недостаточно. Отсутствие объективной информации о фиксационных характеристиках конструкций, применяемых для остеосинтеза позвоночника, во многом объясняется несовершенством способов экспериментального моделирования механических нагрузок, действующих на позвоночник человека. В связи с этим возникают затруднения при проведении экспериментально-технических исследований прочностных свойств позвоночных сегментов как в свободном их состоянии, так и в условиях металлоостеосинтеза при повреждениях. Известно, что основными видами физиологических нагрузок, воздействующих на позвоночник, являются вертикальное сдавление, разноплоскостные изгибы и скручивание (White A., Panjabi M. Clinical biomechanics of the spine. - Philadelphia. - 1990, - 534 р.). Эти же нагрузки воздействуют на травмированный позвоночник после металлоостеосинтеза.In the last decade, there has been a widespread introduction in clinical practice of various devices for spinal metal fixation. In domestic and foreign literature there is a significant number of publications reflecting the experience of using such structures and the results of treatment of patients. Nevertheless, for a comparative assessment of the effectiveness of a particular fixative, it is necessary to know how stable the osteosynthesis performed with its help is. This issue in the specialized medical literature is not sufficiently reflected. The lack of objective information about the fixation characteristics of the structures used for osteosynthesis of the spine is largely due to the imperfection of the methods of experimental modeling of mechanical loads acting on the human spine. In this regard, difficulties arise when conducting experimental and technical studies of the strength properties of vertebral segments both in their free state and in conditions of metal osteosynthesis in case of damage. It is known that the main types of physiological stresses affecting the spine are vertical compression, multi-plane bends and twisting (White A., Panjabi M. Clinical biomechanics of the spine. - Philadelphia. - 1990, - 534 p.). The same loads affect the injured spine after metal osteosynthesis.
В специальной литературе мы не нашли публикаций, посвященных изучению устойчивости позвоночника к ротационным нагрузкам, что на наш взгляд связано с отсутствием адекватного способа моделирования данных нагрузок на позвоночные сегменты в эксперименте.In the specialized literature, we did not find publications devoted to the study of the stability of the spine to rotational loads, which, in our opinion, is due to the lack of an adequate way to model these loads on the vertebral segments in the experiment.
Задачи изобретения:Objectives of the invention:
- Обеспечить возможность изолированного ротационного воздействия на отдельный позвоночный двигательный сегмент или на несколько сегментов, в зависимости от цели исследования.- To provide the possibility of isolated rotational effects on a single vertebral motor segment or on several segments, depending on the purpose of the study.
- Максимально приблизить в эксперименте механические условия, в которых находятся позвоночные сегменты при статической ротационной нагрузке, к условиям, существующим прижизненно.- As close as possible in the experiment, the mechanical conditions in which the vertebral segments are located under a static rotational load, to the conditions existing in vivo.
- Обеспечить возможность беспрепятственного возникновения в тестируемом блоке позвоночных сегментов при изолированной ротационной нагрузке не только торсионной деформации, но и вероятных деформаций изгиба, сдвига и ассиметричного сжатия.- To provide the possibility of unhindered occurrence in the test block of vertebral segments with an isolated rotational load of not only torsion deformation, but also possible bending, shear and asymmetric compression deformations.
- При величинах ротационных нагрузок, превышающих предел прочности тканей позвоночника, обеспечить возможность появления типичных смещений, переломовывихов и других существующих в реальных условиях повреждений позвоночных сегментов.- With values of rotational loads exceeding the tensile strength of the spinal tissues, ensure the possibility of the appearance of typical displacements, fractures, dislocations and other injuries of vertebral segments existing in real conditions.
Предлагаемый способ моделирования ротационных нагрузок на позвоночные сегменты в эксперименте заключается в том, что анатомический препарат позвоночных сегментов закрепляют в подвижных платформах, имеющих карданные узлы, за крайние позвонки с помощью костного цемента так, что центры вращения позвонков и центры карданных узлов подвижных платформ находятся на одной линии, соответствующей вертикальной оси позвоночного столба, а расстояние от центра карданного узла платформы до центра позвонка, закрепленного в ней, соответствует расстоянию между позвоночными сегментами. Создают нарастающий вращающий момент на стенде механических испытаний и передают его через платформы на исследуемый анатомический препарат позвоночных сегментов, имитируют подвижность смежных позвонков при ротационных нагрузках in vivo, обеспечивая возможность появления деформации изгиба, сдвига и ассиметричного сжатия, наблюдают локальное разрушение анатомического препарата.The proposed method for modeling rotational loads on vertebral segments in the experiment is that the anatomical preparation of the vertebral segments is fixed in mobile platforms having gimbal nodes to the extreme vertebrae using bone cement so that the centers of rotation of the vertebrae and the centers of the gimbal nodes of the mobile platforms are on the same the line corresponding to the vertical axis of the spinal column, and the distance from the center of the gimbal node of the platform to the center of the vertebra, fixed in it, corresponds to the distance between the vertebral segments. They create increasing torque at the mechanical test bench and transmit it through the platforms to the anatomical preparation of the vertebral segments under study, simulate the mobility of adjacent vertebrae under in vivo rotational loads, providing the possibility of bending, shear and asymmetric compression, and local destruction of the anatomical preparation.
Преимуществами предлагаемого способа моделирования ротационной нагрузки на позвоночные сегменты в эксперименте являются: возможность изолированного ротационного воздействия на отдельный позвоночный двигательный сегмент или на несколько сегментов, в зависимости от цели исследования; максимальное приближение механических условий, в которых находятся позвоночные сегменты во время исследований, к условиям, существующим прижизненно. Способ обеспечивает возможность беспрепятственного возникновения в тестируемом блоке позвоночных сегментов при изолированной ротационной нагрузке не только торсионной деформации, но и деформации изгиба, сдвига и ассиметричного сжатия. Деформации могут возникать за счет смещений позвонков относительно друг друга во фронтальной, сагитальной и горизонтальной плоскостях. При величинах ротационных нагрузок, превышающих предел прочности ткани позвоночных сегментов, предлагаемый способ обеспечивает возможность появления вывихов переломовывихов и других существующих в реальных условиях повреждений позвоночных сегментов.The advantages of the proposed method for modeling the rotational load on the vertebral segments in the experiment are: the possibility of an isolated rotational effect on a single vertebral motor segment or on several segments, depending on the purpose of the study; maximum approximation of the mechanical conditions in which the vertebral segments are located during the study, to the conditions existing in vivo. The method provides the possibility of unhindered occurrence in the test block of vertebral segments with an isolated rotational load of not only torsion deformation, but also bending, shear and asymmetric compression. Deformations can occur due to displacements of the vertebrae relative to each other in the frontal, sagittal and horizontal planes. With values of rotational loads exceeding the tensile strength of the tissue of the vertebral segments, the proposed method provides the possibility of dislocation of fractures and other injuries of vertebral segments existing in real conditions.
Применение предлагаемого способа для моделировании ротационных нагрузок на позвоночные сегменты позволит приблизить механические условия, в которых находятся анатомические препараты позвоночника в эксперименте к условиям, существующим in vivo.The application of the proposed method for modeling rotational loads on the vertebral segments will make it possible to approximate the mechanical conditions in which the anatomical preparations of the spine are in the experiment to the conditions existing in vivo.
При разработке способа моделирования ротационных нагрузок на позвоночные сегменты в эксперименте мы исходили из того, что в реальных прижизненных условиях ротационные усилия передается на любой позвоночный сегмент через смежные выше- и нижележащие позвонки, межпозвоночные диски и связочный аппарат. При возникновении под действием нагрузки любых деформаций позвоночного сегмента (скручивания, изгиба, сдвига, сжатия) соседние позвонки, передающие эту нагрузку, адекватно смещаются, меняя свое пространственное положение в соответствии с возникающими деформациями. При скручивании они поворачиваются, при изгибе - наклоняются в соответствующую сторону, совершая движения относительно внутреннего центра вращения, находящегося в задней части средней остеолигаментарной колонны в непосредственной близости от передней стенки позвоночного канала. В эксперименте ротационную нагрузку тестирующей машины на блок позвоночных сегментов передают подвижные платформы, которые должны иметь возможность менять свое пространственное положение в соответствии с любыми деформациями, возникающими в исследуемом препарате, и не препятствовать их появлению. При этом движения платформ под нагрузкой должны быть аналогичны физиологической подвижности смежных сегментов позвоночника in vivo в аналогичных биомеханических условиях. Последнее условие может быть достигнуто только при соответствующем взаиморасположении карданных узлов платформ и центров вращения смежных позвоночных сегментов вдоль продольной оси позвоночного столба, причем расстояние от центра карданного узла платформы до центра позвонка, закрепленного в ней, должно соответствует расстоянию между позвоночными сегментами (см. фиг.1, на которой показано соотношение центров вращения позвоночных сегментов и центров карданных узлов подвижных платформ при проведении ротационных нагрузочных тестов, А - во фронтальной плоскости, Б - в сагитальной плоскости).When developing a method for modeling rotational loads on vertebral segments in the experiment, we proceeded from the fact that in real life-time conditions, rotational efforts are transmitted to any vertebral segment via adjacent upper and lower vertebrae, intervertebral discs, and ligamentous apparatus. When any deformations of the vertebral segment (twisting, bending, shear, compression) occur under the load, the neighboring vertebrae that transmit this load are adequately displaced, changing their spatial position in accordance with the arising deformations. When twisting, they rotate, when bending, they tilt to the corresponding side, making movements relative to the inner center of rotation located in the rear of the middle osteo-ligamentous column in the immediate vicinity of the front wall of the spinal canal. In the experiment, the rotating load of the testing machine is transmitted to the block of vertebral segments by mobile platforms, which should be able to change their spatial position in accordance with any deformations that arise in the test drug, and not prevent their appearance. In this case, the movements of the platforms under load should be similar to the physiological mobility of adjacent segments of the spine in vivo in similar biomechanical conditions. The latter condition can only be achieved if the gimbal nodes of the platforms and the centers of rotation of adjacent vertebral segments are aligned along the longitudinal axis of the spinal column, and the distance from the center of the gimbal node of the platform to the center of the vertebra attached to it should correspond to the distance between the vertebral segments (see Fig. 1, which shows the ratio of the centers of rotation of the vertebral segments and the centers of the cardan nodes of the moving platforms during the rotation load tests, A - in the frontal plane, B - in the sagittal plane).
Разработанные нами для реализации предлагаемого способа платформы (фиг.2) передают ротационные усилия измеряющей машины на тестируемые позвоночные сегменты через карданный узел (1, фиг.2) и способны смещаться при появлении различных деформаций в исследуемом препарате, имитируя дислокации смежных позвонков, возникающие in vivo под действием ротационной нагрузки. На фиг.3 и 4 представлены варианты смещения подвижных платформ при возникновении различных деформаций исследуемого анатомического препарата при проведении ротационных нагрузочных тестов (на фиг.3 - вариант возникновения деформации изгиба, на фиг.4 - возникновение деформации сдвига под действием ротационной нагрузки на позвоночные сегменты.).The platforms developed by us for the implementation of the proposed method (Fig. 2) transmit the rotational efforts of the measuring machine to the test vertebral segments through the gimbal assembly (1, Fig. 2) and are able to shift when various deformations appear in the test drug, simulating dislocations of adjacent vertebrae that occur in vivo under the influence of rotational load. Figures 3 and 4 show options for the displacement of movable platforms in the event of various deformations of the studied anatomical preparation during rotational stress tests (Fig. 3 shows a variant of the occurrence of bending deformation, Fig. 4 shows the occurrence of shear deformation under the influence of a rotational load on the vertebral segments). )
Способ осуществляют следующим образом. Исследуемый анатомический препарат, состоящий из двух, трех или более сегментов, закрепляют в подвижных платформах за крайние позвонки с помощью костного цемента таким образом, что центры вращения позвонков находятся на одной линии с центрами карданных узлов подвижных платформ, соответственно вертикальной биомеханической оси исследуемого препарата (фиг.1). Для точной ориентации блока позвоночных сегментов по отношению к карданным узлам подвижных платформ через крайние замыкательные пластины в тела проксимального и дистального позвонков исследуемого блока вводят спицы-центраторы, расположение которых соответствует проекции вертикальной биомеханической оси позвоночника, проходящей в дорзальной части средней остеолигаментарной колонны (по Denis). В качестве спиц-центраторов используют отрезки спиц Киршнера длиной 15 мм. Наружный конец спицы выстоит над поверхностью замыкательной пластины на 4-5 мм. На замыкательную пластину наносят тонкий слой костного цемента, после чего выстоящий конец спицы-центратора вставляют в отверстия d-2,5 мм, находящиеся в центре опорной площадки каждой платформы непосредственно над карданным узлом. При этом анатомический препарат располагают на подвижной платформе, плотно прижимая крайнюю замыкательную пластину к поверхности опорной площадки. Окончательную фиксацию анатомического препарата на опорной площадке подвижной платформы производят с помощью костного цемента (2, фиг.2), который заливают в зазор между бортиком опорной площадки и боковыми поверхностями закрепляемого позвонка. После полимеризации цемента аналогичным образом закрепляют противоположный конец анатомического блока позвоночных сегментов на опорной площадке второй подвижной платформы. Таким образом, после закрепления анатомического препарата между платформами карданные узлы располагаются строго вдоль вертикальной биомеханической оси тестируемого блока позвоночных сегментов, а расстояние от центра карданного узла платформы до центра позвонка, закрепленного в ней, соответствует расстоянию между позвоночными сегментами.The method is as follows. The studied anatomical preparation, consisting of two, three or more segments, is fixed in mobile platforms for the extreme vertebrae using bone cement so that the centers of rotation of the vertebrae are in line with the centers of the gimbal nodes of the mobile platforms, respectively, of the vertical biomechanical axis of the studied drug (Fig. .1). For the exact orientation of the block of vertebral segments with respect to the gimbal nodes of the moving platforms, centralizer spokes are inserted through the extreme closure plates into the bodies of the proximal and distal vertebrae of the test block, the location of which corresponds to the projection of the vertical biomechanical axis of the spine passing in the dorsal part of the middle osteo-ligamentous column (according to Denis) . As spokes-centralizers use pieces of Kirschner spokes 15 mm long. The outer end of the spoke is 4-5 mm above the surface of the end plate. A thin layer of bone cement is applied to the end plate, after which the protruding end of the centralizer knitting needle is inserted into the d-2.5 mm holes located in the center of the supporting platform of each platform directly above the gimbal assembly. In this case, the anatomical preparation is placed on a movable platform, tightly pressing the extreme end plate to the surface of the supporting platform. The final fixation of the anatomical preparation on the supporting platform of the moving platform is done using bone cement (2, FIG. 2), which is poured into the gap between the side of the supporting platform and the lateral surfaces of the fixed vertebra. After cement polymerization, the opposite end of the anatomical block of the vertebral segments is similarly fixed on the supporting platform of the second movable platform. Thus, after the anatomical preparation is fixed between the platforms, the gimbal nodes are located strictly along the vertical biomechanical axis of the test block of the vertebral segments, and the distance from the center of the gimbal node of the platform to the center of the vertebra fixed in it corresponds to the distance between the vertebral segments.
Платформы с закрепленным в них блоком позвоночных сегментов устанавливают между рабочими валами стенда механических испытаний. После этого подают постепенно нарастающий вращающий момент, передающийся через рабочие валы и подвижные платформы на анатомический блок позвоночных сегментов в виде ротационной нагрузки, под действием которой происходит деформация исследуемого препарата. Подвижные платформы, передающие ротационную нагрузку тестирующей машины на исследуемый препарат позвоночных сегментов, не препятствуют возникновению различных сложных деформаций в анатомическом блоке (фиг.3, 4). Сами платформы меняют при этом свою пространственную ориентацию аналогично смежным позвонкам, передающим ротационную нагрузку на соседние сегменты in vivo. По мере нарастания деформации и дальнейшего увеличения ротационной нагрузки изменяются механические свойства нагружаемых позвоночных сегментов, их реакция на возрастающую нагрузку и характеристики воздействующего усилия. Любые деформации могут быть измерены и зафиксированы в соответствии с ротационной нагрузкой, вызвавшей их появление, вплоть до момента разрушения тестируемого анатомического препарата для последующего анализа.Platforms with a block of vertebral segments fixed in them are installed between the working shafts of the mechanical test bench. After that, a gradually increasing torque is transmitted, transmitted through the working shafts and mobile platforms to the anatomical block of the vertebral segments in the form of a rotational load, under the action of which the studied drug is deformed. Mobile platforms that transmit the rotational load of the testing machine to the test preparation of the vertebral segments do not prevent the occurrence of various complex deformations in the anatomical block (Figs. 3, 4). At the same time, the platforms themselves change their spatial orientation similarly to adjacent vertebrae that transmit a rotational load to neighboring segments in vivo. As the strain increases and the rotational load increases further, the mechanical properties of the loaded vertebral segments, their reaction to the increasing load, and the characteristics of the acting force change. Any deformations can be measured and recorded in accordance with the rotational load that caused their appearance, until the destruction of the test anatomical preparation for subsequent analysis.
Предлагаемый способ апробирован нами при проведении серии экспериментальных исследований жесткости и прочности остеосинтеза позвоночника транспедикулярной спинальной системой производства ООО МТФ «Синтез» (г. Санкт-Петербург). Исследования проводились в лаборатории кафедры сопротивления материалов Краснодарского технологического университета на стенде механических испытаний VEB Werkstoffprufmaschinen 211/19 (Leipzig, DDR). Для испытаний использовались анатомические препараты блоков позвоночных сегментов T12-L2, изъятые на секции у лиц 20-55 летнего возраста, доставленных в морг кафедры судебной медицины КГМА не позднее 48 часов после смерти. Заболевания, явившиеся причиной смерти в указанной группе, не оказывали влияния на структуру тканей позвоночника. Изъятие блоков позвоночных сегментов проводили в соответствии с требованиями подготовки тканей экспериментальных животных и человека для биомеханических исследований (Сикилинда В.Д., Акопов В.И., Хлопонин П.А. и др. Подготовка тканей экспериментальных животных и человека для биомеханических и морфологических исследований. - Методические рекомендации. - Ростов-на-Дону - Санкт-Петербург. - 2002. - 42 с.). Серия экспериментов включала 6 опытов, в которых исследовались неповрежденные позвоночные сегменты, а также имитировалось разрушение передней и средней опорных остеолигаментарных колон на уровне L1 и остеосинтез Th12-L2 транспедикулярной спинальной системой производства ООО МТФ «Синтез», г. Санкт-Петербург (аналогично схеме на фиг.4).The proposed method was tested by us in a series of experimental studies of stiffness and strength of the spinal osteosynthesis using a transpedicular spinal system manufactured by MTF Sintez LLC (St. Petersburg). The studies were carried out in the laboratory of the Department of Materials Resistance of the Krasnodar Technological University at the mechanical test bench VEB Werkstoffprufmaschinen 211/19 (Leipzig, DDR). For the tests, anatomical preparations of blocks of vertebral segments T 12 -L 2 were taken, taken to sections from people 20-55 years old, delivered to the morgue of the Department of Forensic Medicine of KSMA no later than 48 hours after death. Diseases that caused death in this group did not affect the structure of spinal tissues. The removal of blocks of vertebral segments was carried out in accordance with the requirements for the preparation of tissues of experimental animals and humans for biomechanical studies (Sikilinda V.D., Akopov V.I., Khloponin P.A. et al. Preparation of tissues of experimental animals and humans for biomechanical and morphological studies . - Methodological recommendations. - Rostov-on-Don - St. Petersburg. - 2002. - 42 p.). A series of experiments included 6 experiments in which intact vertebral segments were examined, and the destruction of the anterior and middle supporting osteo-ligamentous columns at the level of L 1 and the osteosynthesis of Th 12 -L 2 by the transpedicular spinal system manufactured by MTF Sintez LLC, St. Petersburg (simulated) were simulated. similar to the diagram in figure 4).
Пример использования: На анатомическом препарате трех позвоночных сегментов (T12-L2) с помощью долота было произведено разрушение краниальной части тела L1 до 70% его вертикального размера. Задняя остеолигаментарная колонна была полностью сохранена. Произведен остеосинтез позвоночных сегментов транспедикулярной спинальной системой «Синтез», состоящей из 4-х винтов диаметром 6 мм с длиной резьбовой части 50 мм. Винты введены через корни дуг в тела T12 и L2 и соединены двумя продольными штангами диаметром 6, 7 мм. Синтезированный блок позвоночных сегментов закреплен в подвижных платформах за крайние позвонки с помощью костного цемента таким образом, что центры вращения позвонков находились на одной линии с центрами карданных узлов подвижных платформ соответственно вертикальной биомеханической оси исследуемого препарата. Для точной ориентации блока позвоночных сегментов по отношению к карданным узлам подвижных платформ через крайние замыкательные пластины в тела проксимального и дистального позвонков исследуемого блока были введены спицы-центраторы, расположение которых соответствовало проекции вертикальной биомеханической оси позвоночника, проходящей в дорзальной части средней остеолигаментарной колонны (по Denis). В качестве спиц-центраторов использовали отрезки спиц Киршнера длиной 15 мм. Наружный конец спицы после введения в тело позвонка выстоял над поверхностью замыкательной пластины на 4-5 мм. На замыкательную пластину наносили тонкий слой костного цемента, после чего выстоящий конец спицы-центратора вставляли в отверстия d-2,5 мм, находящиеся в центре опорной площадки каждой платформы непосредственно над карданным узлом. При этом анатомический препарат располагали на подвижной платформе, плотно прижимая крайнюю замыкательную пластину к поверхности опорной площадки. Окончательную фиксацию анатомического препарата на опорной площадке подвижной платформы производили с помощью костного цемента, который заливали в зазор между бортиком опорной площадки и боковыми поверхностями закрепляемого позвонка. После полимеризации цемента аналогичным образом закрепляли противоположный конец анатомического блока позвоночных сегментов на опорной площадке второй подвижной платформы.Example of use: On the anatomical preparation of three vertebral segments (T 12 -L 2 ), the cranial part of the body L 1 was destroyed with a bit to 70% of its vertical size. The posterior osteo-ligamentous column was fully preserved. Osteosynthesis of the vertebral segments was performed using the Synthesis transpedicular spinal system consisting of 4 screws with a diameter of 6 mm and a threaded part length of 50 mm. The screws are inserted through the roots of the arcs into the bodies T 12 and L 2 and are connected by two longitudinal rods with a diameter of 6, 7 mm. The synthesized block of vertebral segments is fixed in mobile platforms to the extreme vertebrae using bone cement in such a way that the centers of rotation of the vertebrae are in line with the centers of the gimbal nodes of the mobile platforms, respectively, of the vertical biomechanical axis of the studied drug. For the exact orientation of the block of vertebral segments with respect to the gimbal nodes of the moving platforms, centralizing spokes were inserted through the extreme closure plates into the bodies of the proximal and distal vertebrae of the test block, the location of which corresponded to the projection of the vertical biomechanical axis of the spine passing in the dorsal part of the middle osteo-ligamentous column (according to Denis ) As centering spokes, segments of Kirchner spokes 15 mm long were used. The outer end of the spoke, after being inserted into the vertebral body, stood 4-5 mm above the surface of the locking plate. A thin layer of bone cement was applied to the end plate, after which the protruding end of the centralizer knitting needle was inserted into d-2.5 mm holes located in the center of the supporting platform of each platform directly above the gimbal assembly. In this case, the anatomical preparation was placed on a movable platform, tightly pressing the extreme closure plate to the surface of the supporting platform. The final fixation of the anatomical preparation on the supporting platform of the mobile platform was performed using bone cement, which was poured into the gap between the side of the supporting platform and the lateral surfaces of the fixed vertebra. After polymerization of cement, the opposite end of the anatomical block of the vertebral segments was fixed in a similar manner on the supporting platform of the second movable platform.
Платформы с закрепленным в них блоком позвоночных сегментов закрепили между рабочими валами стенда механических испытаний VEB Werkstoffprufmaschinen 211/19 (Leipzig, DDR). После этого стали подавать постепенно нарастающий вращающий момент, передающийся через платформы на анатомический блок позвоночных сегментов в виде ротационной нагрузки, под действием которой происходила деформация исследуемого препарата. Торсионная деформация регистрировалась сразу после начала нагрузки, а при усилии 24 Nм отмечено появление бокового изгиба тестируемых сегментов на 3 градуса. При нагрузке 38 Nм торсионная деформация составляла 12 градусов, а боковой изгиб увеличился до 9 градусов. Подвижные платформы, передающие ротационную нагрузку тестирующей машины, не препятствовали возникновению сложной деформации в анатомическом блоке. Они меняли свою пространственную ориентацию аналогично смежным позвонкам, передающим ротационную нагрузку на соседние сегменты in vivo, совершая адекватные прогрессирующей деформации наклонно-угловые перемещения. При нагрузке 39 Nм произошло локальное разрушение препарата в области корня одной (левой) дуги Т12 с дислокацией установленного в этот позвонок винта в дорзальном направлении. В дальнейшем увеличение торсионной деформации и деформации изгиба происходило без увеличения ротационной нагрузки.Platforms with a block of vertebral segments fixed in them were fixed between the working shafts of the VEB Werkstoffprufmaschinen 211/19 mechanical test bench (Leipzig, DDR). After that, gradually increasing torque was transmitted, transmitted through the platforms to the anatomical block of the vertebral segments in the form of a rotational load, under the influence of which the studied drug was deformed. Torsion deformation was recorded immediately after the start of the load, and with a force of 24 Nm, a lateral bend of the tested segments by 3 degrees was noted. At a load of 38 Nm, the torsion strain was 12 degrees, and the lateral bending increased to 9 degrees. Mobile platforms that transmit the rotational load of the testing machine did not prevent the occurrence of complex deformation in the anatomical block. They changed their spatial orientation similarly to adjacent vertebrae, transmitting a rotational load to neighboring segments in vivo, making oblique-angular movements adequate to progressive deformation. At a load of 39 Nm, a local destruction of the drug occurred in the root region of one (left) T 12 arc with the dislocation of the screw installed in this vertebra in the dorsal direction. Subsequently, an increase in torsion and bending deformation occurred without increasing the rotational load.
Использование предлагаемого способа моделирования ротационных нагрузок на позвоночные сегменты в эксперименте позволило измерить в корректных биомеханических условиях торсионную деформацию, а также выявить и измерить величину появляющейся при ротационной нагрузке деформации изгиба исследуемого анатомического блока позвоночных сегментов, которая имеет большое практическое значение. Полученные результаты могут быть положены в основу дальнейших исследований и позволят обосновать режим реабилитационных нагрузок в послеоперационном периоде у больных, перенесших аналогичную операцию транспедикулярного остеосинтеза на позвоночнике.Using the proposed method for modeling rotational loads on vertebral segments in the experiment, it was possible to measure torsional deformation under correct biomechanical conditions, as well as to identify and measure the magnitude of the bending strain that appears during rotational loading of the anatomical block of vertebral segments that is of great practical importance. The obtained results can be the basis for further studies and will allow to justify the regime of rehabilitation loads in the postoperative period in patients who underwent a similar operation of transpedicular osteosynthesis on the spine.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004111378/14A RU2265892C1 (en) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | Method for modeling rotation loading applied to vertebral segments under experimental conditions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004111378/14A RU2265892C1 (en) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | Method for modeling rotation loading applied to vertebral segments under experimental conditions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2265892C1 true RU2265892C1 (en) | 2005-12-10 |
Family
ID=35868757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004111378/14A RU2265892C1 (en) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | Method for modeling rotation loading applied to vertebral segments under experimental conditions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2265892C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208912U1 (en) * | 2021-05-12 | 2022-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна" Минздрава России) | A device for modeling isolated anterior stabilization of the vertebral segment at the level of C6-C7 after a three-column injury to measure and evaluate the primary stability of fixation of the lower cervical vertebral segments |
| CN115641765A (en) * | 2022-09-23 | 2023-01-24 | 瑟检测技术(常州)有限公司 | General type backbone solidification bucket and backbone angle governing system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU541190A1 (en) * | 1975-01-14 | 1976-12-30 | Войсковая часть 51105 | Human spine model |
| SU1015421A1 (en) * | 1979-05-16 | 1983-04-30 | Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии | Vertebra model |
| EP1068605A1 (en) * | 1998-03-30 | 2001-01-17 | Eurosurgical | Anatomical structure for training surgeons in orthopaedic surgery, in particular backbone surgery |
-
2004
- 2004-04-13 RU RU2004111378/14A patent/RU2265892C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU541190A1 (en) * | 1975-01-14 | 1976-12-30 | Войсковая часть 51105 | Human spine model |
| SU1015421A1 (en) * | 1979-05-16 | 1983-04-30 | Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии | Vertebra model |
| EP1068605A1 (en) * | 1998-03-30 | 2001-01-17 | Eurosurgical | Anatomical structure for training surgeons in orthopaedic surgery, in particular backbone surgery |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WHITE A., PANJABI M. Clinical biomechanics of the spine, Philadelphia, 1990,p.534. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208912U1 (en) * | 2021-05-12 | 2022-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна" Минздрава России) | A device for modeling isolated anterior stabilization of the vertebral segment at the level of C6-C7 after a three-column injury to measure and evaluate the primary stability of fixation of the lower cervical vertebral segments |
| CN115641765A (en) * | 2022-09-23 | 2023-01-24 | 瑟检测技术(常州)有限公司 | General type backbone solidification bucket and backbone angle governing system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Heuer et al. | Stepwise reduction of functional spinal structures increase vertebral translation and intradiscal pressure | |
| Wilson et al. | 1999 Young investigator research award runner-up: effect of augmentation on the mechanics of vertebral wedge fractures | |
| Les et al. | Estimation of material properties in the equine metacarpus with use of quantitative computed tomography | |
| Luo et al. | How are adjacent spinal levels affected by vertebral fracture and by vertebroplasty? A biomechanical study on cadaveric spines | |
| Wade et al. | Outcome in fracture healing: a review | |
| Osvalder et al. | Ultimate strength of the lumbar spine in flexion—an in vitro study | |
| Walker et al. | External fixation of the lumbar spine in a canine model | |
| Green et al. | A biomechanical study on flexible intramedullary nails used to treat pediatric femoral fractures | |
| Scheer et al. | Biomechanical analysis of cervicothoracic junction osteotomy in cadaveric model of ankylosing spondylitis: effect of rod material and diameter | |
| RU2265892C1 (en) | Method for modeling rotation loading applied to vertebral segments under experimental conditions | |
| Windhagen et al. | Quantitative assessment of in vivo bone regeneration consolidation in distraction osteogenesis | |
| RU2229168C1 (en) | Method for modeling vertical loads to vertebral column segments under experimental conditions | |
| Jacob et al. | Cyclic testing of standalone ALIF versus TLIF in lumbosacral spines of low bone mineral density: an ex vivo biomechanical study | |
| Windhagen et al. | A new device to quantify regenerate torsional stiffness in distraction osteogenesis | |
| Shen et al. | Use of the dual construct lowers rod strains in flexion-extension and lateral bending compared to two-rod and two-rod satellite constructs in a cadaveric spine corpectomy model | |
| Somasundaram et al. | Cervical spine degeneration specific segmental angular rotational and displacements: A quantitative study | |
| Lewis et al. | Low cost polymer intramedullary nails for fracture fixation: a biomechanical study in a porcine femur model | |
| Ruspi et al. | In vitro experimental studies and numerical modeling to investigate the biomechanical effects of surgical interventions on the spine | |
| Lebschy | Biomechanical modelling of a human thorax using the finite element method | |
| RU2236043C1 (en) | Method for modeling bending loads applied to vertebral column segments under experimental conditions | |
| RU2260855C1 (en) | Method for modeling shift loads applied to vertebral column segments under experimental conditions | |
| CN115575198A (en) | Preparation method of burst fracture model and preparation device of burst fracture model | |
| KR100705749B1 (en) | Method for selecting diameter of steel wire suitable for fixation and union of upper cervical spine | |
| Snyder | Development of ultrasound to measure in-vivo dynamic cervical spine intervertebral disc mechanics | |
| Ruspi | Development and application of methods for the biomechanical characterization of spine ligaments and intervertebral discs |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060414 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060414 |
|
| RZ4A | Other changes in the information about an invention |