Mechanická studie interakce páteřního segmentu s poddajným fixátorem

Abstract

Tato dizertační práce je zaměřena na srovnávací deformačně napěťovou analýzu páteřního segmentu s poddajným fixátorem a fyziologického páteřního segmentu. V jejím úvodu je provedena rešeršní studie z dostupných literárních zdrojů zahrnující současný stav vědeckých prací v řešené oblasti, anatomii jednotlivých komponent páteře, jejich materiálové vlastnosti, způsob a velikost zatížení a analýzu řešení MKP modelů obdobných problémů. Pro vytvoření modelu geometrie páteřního segmentu jsou použity CT řezy páteřního segmentu 38 leté ženy, ze kterých je v modelovacím programu SolidWorks vytvořen model geometrie dvou bederních obratlů L4-L5 a poddajného fixátoru. Následně je s využitím výpočtového systému ANSYS Workbench sestaven celkový výpočtový model páteřního pohybového segmentu s poddajným fixátorem zahrnující modely materiálu, zatížení a vazeb. Na základě výpočtového řešení MKP modelů pro různé druhy zatěžování je provedena deformačně napěťová analýza. Pro porovnání výsledků je provedena detailní srovnávací analýza s fyziologickým páteřním segmentem, segmentem s degenerovaným diskem a segmentem s aplikovaným "tuhým" fixátorem. V rámci deformačně napěťové analýzy páteřního segmentu s poddajným fixátorem je provedena analýza velikosti intenzity přetvoření kostní tkáně v okolí šroubu v závislosti na předpětí tkalonu poddajného fixátoru.This doctoral thesis is focused on comparative stress strain analysis of a spinal segment with a malleable fixation device and a physiologic spinal segment. In its opening a research study from available sources is carried out. It covers the contemporary state of scientific studies in the given area, anatomy of individual components of the spine, material properties, ways and magnitudes of loadings and also the most common FE model used in similar problems solved. To create a model of geometry of a spinal segment CT scans of a spinal segment of a 38-year-old woman are used. Then they are subsequently used in the modeling software SolidWorks to create the model of geometry of two lumbar vertebras L4 - L5 and a malleable fixation device. Using the computational system ANSYS Workbench, the complete computational model of the spinal motional segment with a malleable fixation device is compiled, covering models of material, loading and bonds. On the basis of the computational solution of FEM models for different ways of loading, a stress-strain analysis is performed. To compare obtained results a detailed comparative analysis with the physiological spinal segment, the segment with the degenerated disc and the segment with applied "rigid" fixation device is carried out. Within the stress strain analysis of the spinal segment with malleable fixation device, an analysis of the magnitude of the strain intensity of spongious bone tissue around the implanted transpedicular screw, depending on the cord pretension of the malleable fixation device, is performed.