Дослідження напружено-деформованого стану моделі хребта за різноманітних методик хірургічного лікування вибухових переломів грудопоперекового відділу (Частина перша)

Abstract

There are different views on the treatment of burst fractures of the lower thoracic and lumbar spine. Some specialists pre­fer conservative methods of treatment, others use a spinal fu­sion of 360° (anterior and posterior). However, questions of the extent of fixation, its strength, the possibility of correc­tion of deformation from the posterior approach, the feasibil­ity of performing laminectomy, etc. are discussed. Objective: to create a finite element biomechanical model of an burst frac­ture of the ThXIIvertebra body in the ThIX–LVvertebra block and analyze the stress-strain state in different fixation types. Methods: three computational models of the ThIX–LVvertebra block were created with the destruction of 50 % of the body volume of the ThXIIvertebra and fixation: 1) ThIXand LV; 2) ThIX, ThXIIand LI; 3) ThX, ThXIand LI, LII, as well as variants of the model with destruction of vertebral pedicles. Results: with the verti­cal load, the posterior spinal column is the most stressed, and the maximum stresses (45.9–46.6 MPa) in the fixing structures are located in the rods. In the case of fixation by 6 screws, the stresses in the rods are reduced by approximately 20 % (to 37.7–38.1 MPa). With the use of 8 screws, the total stress level compared to the fixation of 4 and 6 screws significantly decreased, in particular in the block of vertebrae LI–LValmost twice. Damage to the posterior support complex in the form of vertebral arches fracture led to a significant increase in ten­sion (by 17 %) in the injured vertebral body only in a model with 4 screws. Conclusions: the use of any transpedicular fixa­tion leads to a decrease in stress in the damaged vertebra. With an increase in the number of screws in the fixing structure, the level of stresses decreases, but the pattern of their distribu­tion in the spine does not change.

Существуют различные взгляды на лечение взрывных переломов нижнегрудного и поясничного отделов позвоночника. Одни специалисты предпочитают консервативные методы лечения, другие используют спондилодез на 360° (передний и задний). Однако дискутируются вопросы протяженности фиксации, ее прочности, возможности коррекции деформации из заднего доступа, целесообразности выполнения ламинэктомии и др. Цель: построить конечно-элементную биомеханическую модель взрывного перелома тела ТhXII позвонка в блоке позвонков ThIX–LV и проанализировать напряженно-деформированное состояние при разных видах фиксации. Методы: созданы три расчетные модели блока позвонков ThIX–LV с разрушением 50 % объема тела позвонка ТhXII и фиксацией: 1) ThIX и LV; 2) ThIX, ТhXII и LI; 3) ThХ, ThХI и LI, LII, а также варианты модели с разрушением дуг позвонков. Результаты: при вертикальной нагрузке наиболее напряженным оказывается задний опорный комплекс позвоночника, а максимальные напряжения (45,9–46,6 МПа) в фиксирующих конструкциях расположены в стержнях. В случае фиксации 6 винтами напряжения в стержнях снижаются примерно на 20 % (до 37,7–38,1 МПа). При использовании 8 винтов общий уровень напряжений по сравнению с фиксацией 4 и 6 винтами значительно снизился, в частности в блоке позвонков LI–LV почти в два раза. Повреждение заднего опорного комплекса в виде перелома дуг позвонков привело к значительному увеличению напряжения (на 17 %) в поврежденном теле позвонка лишь в модели с 4 винтами. Выводы: использование любой транспедикулярной конструкции приводит к снижению напряжения в поврежденном позвонке. С увеличением количества винтов в фиксирующей конструкции уровень напряжений снижается, но характер их распределения в позвоночнике не меняется.

Існують різні думки щодо лікування вибухових переломів нижньогрудного і поперекового відділів хребта. Одні фахівці віддають перевагу консервативним методам лікування, інші використовують спондилодез на 360° (передній і задній). Проте дискутуються питання протяжності фіксації, її міцності, можливості корекції деформації зі заднього доступу, доцільності виконання ламінектомії тощо. Мета: побудувати кінцево-елементну біомеханічну модель вибухового перелому тіла ТhXII хребця в блоці хребців ThIX–LV і проаналізувати напружено-деформований стан за різних видів фіксації. Методи: створені три розрахункові моделі блоку хребців ThIX–LV із руйнуванням 50 % обсягу тіла хребця ТhXII і фіксацією: 1) ThIX і LV; 2) ThIX, ТhXII і LI; 3) ThХ, ThХI і LI, LII, а також варіанти моделі з руйнуванням дуг хребців. Результати: за умов вертикального навантаження найбільш напруженим виявився задній опорний комплекс хребта, а максимальні напруження (45,9–46,6 МПа) у фіксованих конструкціях розташовані в стрижнях. У разі фіксації 6 гвинтами напруження в стрижнях знижуються приблизно на 20 % (до 37,7–38,1 МПа). За умов використання 8 гвинтів загальний рівень напружень порівняно з фіксацією 4 і 6 гвинтами значно знизився, зокрема в блоці хребців LI–LV майже у двічі. Ушкодження заднього опорного комплексу у вигляді перелому дуг хребців призвело до значного збільшення напруження (на 17 %) в ушкодженому тілі хребця лише в моделі з 4 гвинтами.Висновки: використання будь-якої транспедикулярної конструкції приводить до зниження напруження в ушкодженому хребці. Зі збільшенням кількості гвинтів у фіксувальній конструкції рівень напружень знижується, але характер їх розподілу в хребті не змінюється.