Fúziós gerincműtét végeselemes vizsgálata
A gerinccel kapcsolatos patológiák az egész társadalmat érintő problémát jelentenek, tekintettel a gyógyításra szánt erőforrások korlátaira és az elöregedő társadalomra. Az átlagéletkor és az ülést igénylő tevékenységekkel töltött idő növekedése miatt a krónikus derékfájdalom, a végtagokba kisugárzó fájdalom gyakorisága növekvő tendenciát mutat. A konzervatív kezelések elégtelensége esetén felmerülhet a stabilizációs gerincműtét igénye. A stabilizációs gerincműtétek célja, hogy a rögzített gerincszakaszon csontos kapcsolat alakuljon ki a csigolyák közt. A műtétek kivitelezésére több implantátum fejlesztő cég kínál megoldást, amelyeknek biomechanikai alapja, megoldási módja is különböző. Jelenleg nem áll rendelkezésre olyan módszer, amely segítségével a műtéti tervezés részeként a különböző implantátum rendszereket egyénre szabottan össze lehetne hasonlítani. Ezért az adott beteg esetén nem mindig egyértelmű az egyes implantátum rendszerek előnyeinek és hátrányainak meghatározása.
A transzforaminális lumbális intervertebrális fúzió (TLIF) elvégzésére használt implantátum rendszerek vizsgálata során felmerül a kérdés, hogy az operált gerincszakasz merevségét biztosító implantátum rendszer milyen mértékben befolyásolja a csontos kapcsolat kialakulását. A kutatás célja a csigolyákba behelyezett csavarokat összekötő különböző anyagi és geometriai jellemzőjű, merevségű rudak összehasonlítása végeselemes módszer (ABAQUS FEA) segítségével.
Dolgozatomban első lépésként az L4-es és az L5-ös csigolyák közötti egyszintű transzforaminális intervertebrális fúzió végeselemes modelljét készítettem el egy egészséges, fiatal férfiről készült kvantitatív komputertomográfiás (QCT) felvételek alapján. Más szóval a QCT vizsgálatból származó 2D rétegfelvételek felhasználásával kialakítottam egy egyén-specifikus, lumbális gerincszegmentum 3D geometriáját. Ezután az implantátumok CAD geometriáját felhasználva (TLT, Sanatmetal) virtuálisan létrehoztam egy L4-5 TLIF műtét összeállítását és az ennek megfelelő végeselem modellt. A vizsgálatok során a hátsó stabilitást biztosító rudak geometriáját és anyagi tulajdonságait változtattam. A jobb összehasonlíthatóság érdekében a különböző rendszerekben az összekötő elemek és a poliaxiális csavarok feje eltér egymástól, míg a transzpedikuláris csavarok, a zárócsavarok és az összekötőelemek helyzete mindhárom esetben megegyezik. A vizsgálat az Országos Gerincgyógyászati Központ és az In Silico Biomechanics Laboratory nagyteljesítményű számítógépével beteg-specifikusan történt a végeselemes hálóhoz rendelt anyagmodell esetében.
Az eredmények alapján az egyes rendszerek rigiditása és a fúzió tervezett helyén észlelt feszültségek közt az eltérések szignifikánsak. A továbbiakban ezen információk alapján a kezelést végző orvos könnyebben ki tudja választani az optimális fúziós rendszert, aminek eredménye a megfelelő terhelések következtében a jobb csontosodás, illetve az álízület kialakulásának kisebb esélye. A végeselem modell segítségével nyert új információk numerikus eredményeken alapuló predikciót, az egyénre szabott kezelési stratégia, terápia kialakítását segítik.
szerző
-
Pokorni Ágoston Jakab
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Kiss Rita
egyetemi tanár, Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék