פיתוח מודלים ביומכניים עבור ספיןאל פיוז'ן נוהל

היתוך ספינל הוא התערבות כירורגית המבוצעת נרחב שנועדה לחסל את התנועה בין שניים או יותר ריצוף, ובכך להקל על כאב וייצוב עמוד השדרה במקרים של מחלת דיסק ניוון, פיסול, spondylolisthesis, שברים, ותנאים ניווניים אחרים.למרות שכיחותו, תוצאות משתנות וסיבוכים כגון pseudarthrosis, כישלונות, ופרקדדור צמוד נותרו בעיות אלקטרוליטיות כדי לאפשר בדיקות כימיות כדי לשפר את הסימפטומים של בדיקות מכניות באופן מיידיות, לאחר בדיקות מעבדה, כדי לשפר את הסימפטומים.

חשיבות מודלים ביומכניים בספיןאל פיוז'ן

מודלים ביומכניים מציעים מסגרת כמותית להבנת האופן שבו ספיןאל היתוך משנה הפצה, דפוסי תנועה, ולחצים על מבנים סמוכים.הם קריטיים עבור מספר סיבות. ראשית, הם מאפשרים הערכה של טכניקות כירורגיות שונות - כגון מהירויות אחוריות, פודפניות או מאוחר יותר - מבלי לחשוף חולים לסיכון.שני, הם מסייעים לחזות את הסבירות של פירוק מוטציה, מברג, או כלוב, כדי לזהות השפעות ניתוח קליניות על ידי ניתוח לטווח ארוך של ניתוח.

סוגים של מודלים ביומכניים

כמה קטגוריות של מודלים ביומכניים מועסקים במחקר היתוך השדרה, כל אחד עם נקודות חוזק ומגבלות נפרדות.הבחירה של המודל תלויה בשאלה המחקר, משאבים חישוביים זמינים, ואת רמת הפרטים הנדרשים.הסוגים העיקריים כוללים מודלים אלמנט סופי, מודלים רב-גוף וגישות היברידיות.

מודלים של Finite Element

מודלים של פינט (FE) הם הכלים החישוביים המפורטים והנפוחים ביותר ב-Virtal biomechanics. הם גם מבססים את המבנים הספין-אלים - מול המוח, דיסקים בין-מסוגלים, ligaments ו-Hilsss-top1 מרכיבים קטנים, כל אחד מהם תכונות חומר ספציפיות (למשל, גמישות, יחס של Poisson).

מודלים Multibody Dynamics

מודלים רב-body (MBD) מייצגים את עמוד השדרה כמערכת של גופים נוקשים או גמישים המחוברים על ידי מפרקים ואלמנטים כוח.הם יעילים חישוביים ומותאמים היטב לסימולציות של תנועות גסות כגון flexion, הרחבה, מאוחר יותר bending, וסיבוב אקסקליאלי (Crexial) ב- MBD-Crelimates) הם גם יכולים לפתח מודלים של היתוך משותף, אך הם בדרך כלל לא פותרים מודלים של ניתוחי-D.

מודלים היברידיים

מודלים היברידיים משלבים את החוזקות של FE ו- MBD גישות כדי להשיג איזון בין פרטים ומהירות חישובית.במסגרת היברידית טיפוסית, מודל מפורט של פלח הבוץ מוטבע בתוך מודל MBD של עמוד השדרה כולו.זה מאפשר מודל היברידית לדמות תנאים של עומסים מציאותיים משאר עמוד השדרה, תוך לכידת לחץ בקנה מידה בסדר גודל ותבניות מתוחות באתר ההיתוך הם שימושיים במיוחד עבור מחקרים סטנדרטיים על ידי שילוב של צבע קבוע של צבע שלם.

תהליך פיתוח מודלים ביומכניים

יצירת מודל ביומכני של היתוך השדרה היא תהליך רב-שלב הדורש תשומת לב קפדנית דיוק אנטומי, תכונות חומריות, ואימות.זרימת העבודה הטיפוסית כוללת איסוף נתונים, בנייה מודל, אימות וסימולציה.

איסוף נתונים

הבסיס של כל מודל ביומכני הוא נתונים באיכות גבוהה. Imaging נתונים, הנפוץ ביותר מ סריקות חלקיקים מפונקות (CT) , לספק את הגיאומטריה תלת מימדית של vertebrae, דיסקים בינאואליים, ומבנים סביבם סגסוגת חומרים (MRI) מוסיף מידע על תכונות רכות, כגון hydration ו- ligamental תרכובות.

מודל בנייה

בניית מודל מתחילה עם פלח נתוני ההדמיה כדי לחלץ את פני השטח של עצמות ורקמות רכות.משטחים אלה משמשים אז כדי ליצור מזכר של אלמנטים ונקודות עבור מודלים FE, או קבוצה של גופים קשיחים ומפרקים עבור דגמי MBD, כגון היתוך גוף פתוח, כולל ספין-אומיון (avastic) כולל תיבות של c-avastation) מערכת מגע סטנדרטיות כגון: c-avastationicial (A) כולל סגסוגת c-picial) כולל לעתים קרובות מדי, כולל רכיבי c.

אימות

אימות הוא אולי הצעד הקריטי ביותר בפיתוח מודל.זה כרוך השוואת תחזיות מודל - כגון טווח תנועה, לחץ תוך שקיפות, או מתח השתל - נגד מדידות ניסיוניות של דגימות צולב או בנתונים vivo.מודל אימות יכול לשמש עם ביטחון לייצור רחב יותר של תפוקה, או ניתוח אימות אלקטרוני (כולל את התוצאות של בדיקות פיזור) מאוחר יותר.

סימולציה

לאחר אימות, המודל משמש לסימולציה.עבור היתוך השדרה, סימולציות אופייניות כרוכות ביישום עומסים פיזיולוגיים - החל משקל גוף, כוחות שרירים, ורגעים חיצוניים - ו חישוב העקירה, מתחים וזנים. מחקרים פרמטריים משתנים כמו נוקשות השתלת, אורך ברג, חומר כלוב, ורמת ההיתוך כדי לזהות סימולציה תלויה בזמן יכול מודל הריפוי, כגון העברה הדרגתית של חומר ניקוי איטי של חומר זה יכול גם כן, כגון התקדמות התפתחותית.

יישומים בתכנון כירורגי ועיצוב Implant

מודלים ביומכניים יש יישומים קליניים ישירים בתכנון טרום הניתוח ופיתוח השתל.מנת מנתחים יכולה להשתמש במודלים כדי לדמות תצורה של היתוך שונה (למשל, רמה אחת לעומת רב-דרג, Transminal lumbarbody fusion (TLIF) לעומת ניתוחי ריצוף אוטומטיים כגון: ריצוף חומרים אטומיים (PL) ו-F) כדי להבטיח את הפחתת עלויות הפיתוח המשתנים באופן מיטבי (pIF) ולהפחית את המשתנים של מודלים של מודלים של חומרים מתקדמים לאבחון של חומרים מתקדמים (D) ו-D) כדי להבטיח לנטרל מודלים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של ניתוח חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים (pD) ו-D) ו-D) ו-DPTD) ו-D) ו-D) ו-DVatecrelimatesterior פיזור חומרים מתקדמים (pSD (pSD) ו-D) ו-Dateratedexitatedowsterior פיזור חומרים מתקדמים (piftexitatedowstinF) ו-DatedowstinF) ו-D) ו-D) ו-D) ו-D) ו-Daserelimate Resurreli

כיוונים עתידיים ואתגרים

השדה של מודלים ביומכניים עבור היתוך השדרה מתפתח במהירות. אחד הכיוון העיקרי הוא שילוב של למידת מכונה כדי להאיץ את הפחתת מודל הפחתת יכולת הסימון וחיזוי תוצאות ישירות מהנתונים המטופל.לדוגמה, רשתות עצביות יכולות להיות מאומן על ידי ניתוח נתונים גדול של תוצאות מדמיות ספציפיות, אך הן מבטיחות מדויק של תהליכי הדמיה או סיכון של תפקודים היתוך.

מסקנה

מודלים ביומכניים הפכו לכלים חיוניים בפיתוח וזיקוק של ספיןאלי היתוך הליכים. על ידי מתן סביבה וירטואלית לבדיקת השערות, להעריך עיצובים, ולתכנן ניתוחים, הם להפחית את הסיכון ולשפר את התוצאות.מודלים אלמנט פינטאל מציעים ניתוח מתח מפורט, מודלים רב-גוף לענות על מודלים חישוביים שלמים של קינאמטיים, וגישות היברידיות משלבות את הטוב ביותר של תהליך הפיתוח - באמצעות איסוף נתונים באמצעות אימות לאבחון מודלים אלה, בדיקות מתמטיות רלוונטיות, הן שיטות למידה רלוונטיות יותר.