Використання комп’ютерних технологій при розробці імплантату хребців для заднього спондилодезу у грудному відділі хребта

Abstract

Актуальність. Хірургія хребта потребує регулярного переосмислення підходів до вибору нових матеріалів, що використовуються при оперативних втручаннях. При вертебректоміях хребта використовуються переважно титанові імплантати як для заднього спондилодезу, так і для міжтілового. Для онкоконтролю використовуються не тільки лабораторні методи обстеження, але і КТ, МРТ. Тому імплантати окрім характеристик міцності та біосумісності повинні відповідати зазначеним вимогам при дослідженні МРТ та КТ. Спосіб вертебректомії «en blok» за Tomita дозволяє використання транспедикулярної фіксації та міжтілового спондилодезу із заднього доступу. Але, за даними літератури, міграція або пролабіювання титанового міжтілового імплантату у суміжні тіла хребців відбувається в 9,5 % випадків. Мета. Вирішення проблеми міграції міжтілового імплантату при вертебректомії грудного відділу із заднього доступу завдяки новим конструкційним рішенням. Матеріали та методи. Cтворена модель хребтового стовпа людини, в якій узяті до уваги всі сили, що м’язи викликають, і місця прикладання цих сил. Загальна кількість знімків хребтового стовпа одного пацієнта — 260, рознесених у 12 груп, кожна з яких має 35–40 знімків. Особлива увага приділялась місцям контакту між хребцями і переходу тіла хребця в його задню частину. Правильне взаємне розташування хребців забезпечувалося за вихідними кадрами томографії, які були розбиті на групи за приналежністю до конкретного хребця. Результати. Найкраще зчеплення імплантату з поверхнею сусідніх хребців забезпечується за допомогою рифлення. З’єднання вуглецевого циліндра і штанги здійснюється за допомогою титанового стрижня змінного профілю; така конструкція дозволила забезпечити мінімальне напруження і рівномірно розподілити його по всій конструкції. Для запобігання розкручуванню гайки запропоновано виготовляти різьбу з натягом, що у подальшому концентрує максимальне напруження в цьому місці, але є доступним, не перевищуючи 10 % від межі міцності для заданого матеріалу. Застосування такої конструкції дозволило максимально зменшити використання титану в цих операціях і частково замінити його на вуглець-вуглецевий композит (ВВК). Для використаних сплавів титану у розробленій конструкції допустимі навантаження в середньому σекв = 600 МПа, найбільше значення напруження становить 163 МПа. Максимальне робоче напруження дорівнює 20,318 МПа для металевих конструкцій та 1,1288 МПа для елементів із ВВК. Було створено три комплекти імплантатів із мінімальними, середніми та максимальними значеннями діаметра і відповідними «залежними» розмірами. Висновки. За результатами математичного моделювання, можливо і виправдано використання матеріалів на основі вуглецю, а саме ВВК. У нашій роботі показано зразок проектування імплантату зі вказаного матеріалу, а також конструкторське рішення, яке дозволяє вирішити проблему фіксації імплантату в хребті, що обумовлює спрощення проведення операції. Змодельована технологія отримання деталі з найскладнішою конструкцією в розробленій збірці — деталь «ендопротез».