Omur diskin mekanik davranışı, omurga sağlığını anlamak, geri bozuklukları teşhis etmek ve son iki yılda, hesaplamalı simülasyonu - özellikle sonlu elemanlar analizi (FEA) - araştırmacılar için vazgeçilmez bir araç haline geldi, intervertebral disklerin karmaşık, gerçek dünya yükleme koşullarını nasıl yanıtladığını tahmin etmek için.

Anatomi ve Fonksiyonların Intervertebral Disk

Intervertebral disk, yürüyüş, kaldırım ve atlat gibi günlük aktivitelerde uzmanlaşmış bir fibrocartilaginous eklemdir. temel roller henüz entegre bölgelerden oluşur: nükleosuslar, annulus fibrosuslar ve kartilaginous end plakalar.

Nucleus Pulposus

Parlak platolar, hidratlanmış, tip II kolajen elyaflar ve elastin.Bu yüksek su içeriği, sıkıştırıcı olan bir sıvıyı içerir, dikey kuvvetlere direnmeye ve basıncı dağıtmaya izin verir (özellikle de nükleustur).

Annulus Fibrosus

Anulus fibrosus, diskin sert, dış yüzüğü oluşturur. 15-25 konsantrik lamellae, her biri öncelikle değişen açılara (yaklaşık ±30°) hitap eden tip Ijen lifleri içerir. Bu lamellar yapısı, dışsal bir reaksiyona ve torsional streslere karşı olağanüstü bir direnç verir.

Cartilaginous Endbergers

Karilaginous end plakalar, omurgalı kan tedarikinden dolayı değiştirilebilir bir arayüz olarak hizmet ediyorlar - olgun diskin üst ve alt yüzeylerini kapsayan bir işlemdir: diskin dışına bile sıkıştırılabilir yükler ve omurgalı kan tedarikine kadar dönüştürülebilir bir arayüz olarak hizmet ederler.

Spinal Diskinde Yük Koşulları

omurga günlük yaşamda çok çeşitli mekanik yüklere maruz kalıyor. Disk davranışını doğru şekilde simüle etmek için araştırmacılar, birçok temel yükleme modlarını sık sık gerçekçi in vivo koşulları yeniden oluşturmak için bir araya geliyor. Aşağıda birincil yükleme türleri geniş bir tartışma var.

Kompucu

Axial kompresyon, ayakta duran ve kaldırılmış aktivitelerden ortaya çıkıyor. kompresyon sırasında, nükleus fiberlerine karşı dışlayan bir hidrostatik baskı oluşturmak. annulus (hoop) yöndeki gerginlikler, sağlıklı bir diskte, baskı dağılımının nispeten üniforması olduğunu gösteriyor, ancak dejenerasyon 500-1000 N'nin bu ilişkiyi değiştiriyor.

Torsion (Axial Rotation)

Torsion, omurganın çekildiğinde meydana gelir - örneğin, bir golf salaklığı sırasında veya torso'yu geri döndürdüğünde meydana gelir. Çünkü bu tür kolajen lifleri zaten nüks eden, ek torsional yükler için bilinen bir risk faktörüdür: simülasyonlar, bir tarafta yoğunlaşmış ve diğer tarafta sıkıştırılmış olan sert stresin daha yaygın bir şekilde dağıtılması için en yaygın bir sitedir.

Flexion ve Extension

İleri bükme (seçme) ve geriye dönük bükme (exction) temel omur hareketleridir. flexion sırasında, arka bölge gerginlike yerleştirilirken disk sıkıştırmalarının ön kısmı baskılanır. Bu asimmetrik bir stres modeli, fiksasyon döngüsüne ek olarak, tekrarlanan bir flexion yüklemesi, bu tür bir başarısızlıkla karşı karşıya kalmaları ve daha gerçekçi olmayan modelleri doğru bir şekilde ele almak için daha karmaşık hale getirilmiştir.

Shear Yükleniyor

Shear kuvvetleri diskin uçağa paralel hareket eder, bitişik omurgalı bir şekilde daha sert bir şekilde sıkıştırılır. Önünde, özellikle de omur flexion ile birlikte hareket eden hareketlerle birlikte meydana gelir; daha sonra oar, flexion sırasında meydana gelir. son simülasyon çalışmaları, yüksek hear yüklerinin altında yaralamanın zorlanmanın zorlaştığını vurgulamıştır.

Kombine Yükleniyor

Örneğin, Vivo yüklemesi neredeyse her zaman çok eksenlidir. Örneğin, zeminden bir kutu kaldırım (bireyin ve üst vücut ağırlığından), flexion (dending forward), ve hear (eskiden ileri) Bu koşulları aynı anda uygulama ile birleştirir.

Simülasyon Teknikleri: Detaylı Bilgide Sonlu Eleman Analizi

Finite element analizi (FEA) disk mekaniğini incelemek için en yaygın kullanılan hesaplama yöntemi olarak kalır. Disk geometrisini binlerce veya milyonlarca küçük elemente ayırarak, her biri belirli maddi özellikleri tayin etti. kısmi diferansiyel denklemlerin setlerini çözerek, FEA tahminleri, stres, gerginlik ve sıvı basıncı uygulama altındaki model boyunca. Aşağıda, sağlam bir disk FEA modelinin anahtar bileşenlerini inceleyeceğiz.

Geometri ve Meş Nesil

Doğru geometri gerçekçi simülasyonlar için önemlidir. Erken modeller idealize symmetrik şekiller (örneğin, elpsoidal diskler), ancak modern modeller genellikle fiber yönlendirme görüntüleme (MRI) veya hesaplamalı tomografi (CT) taramaları ile ilgili olarak kullanılır.In nuks ve annault genellikle uzun süre önce başlayan ve birkaç lamellae kadar).

Malzeme Özellikleri

Disk karmaşık, doğrusal olmayan ve anisotropic malzeme davranışı gösterir.Titans genellikle bir fiber-reinforce malzemesi olarak modellenir: zemin boktlu maddeler hipersistiktir ve kolajen fiberler kullanılarak, sadece bir buharlı su geçirmez enerji fonksiyonu olarak temsil edilir.

Malzeme parametreleri genellikle insan kadavra dokularının deneysel çalışmalarından elde edilir. Anahtar referanslar şunlardır: [[ŞUygunT:0)Shirazi-Adl et al. (3)), [[Dönetici baskı ve permeability katlar. (2006)[Döneticileri.

Sınır ve Yük Koşulları

Sınır koşulları fizyolojik ortamı çoğaltmalıdır. Tipik olarak, alt omurganın alt ucundaki alt plaka tamamen sabitdir, yükler ve / veya yer değiştirmeler üst omurganın üst omurganın üst omurganın üst köşesine uygulanır. Yükler (örneğin, kontrol edilen) veya yer değiştirme görevleri olarak uygulanabilir (örneğin, geçici yükler - gövdeli etkiler tarafından üretilen sıkıştırılabilir.

Geçerlilik ve Doğrulama

Bir model sadece, bilinen deneysel veya klinik gözlemleri güvenilir bir şekilde yeniden üretilse faydalıdır. Validation tipik olarak tahmin edilen disk zorbalık, intradiscal baskı, segmental hareket aralığı ve in vitro verilere karşı başarısızlık kalıpları. Örneğin, doğrulanmış bir model 1000 N sıkıştırma altında, intradiscal basıncının yaklaşık 0,5-140 MPa ile kıyasla, yayınlanmamış olan doğru ve ağ geçidin hatalı olması gerekir.[Dönetici).

Simülasyonlardan Anahtar Bulucuları

FEA araştırmalarının on yıllar, disk mekaniği ile ilgili zengin bir bilgi gövdesi üretti. Aşağıda, orijinal makalenin mermi noktalarının ötesine geçen önemli bulgular genişliyor.

Hesaplamak Yükleniyor: Akışkanlar ve Katı Aşama Etkileşimi

Saf kompresyon altında, nükleusların aşırı derecede sert bir şekilde yayıldığını ortaya çıkarır.Bu kreatif yüzeysel olarak, disk yüksek çözünürlükte kademeli bir azalmaya neden olur.

Torsion: Annular Fiber Strain ve Tear Risk

Torsional yükleme, anulusal fibrosusta en yüksek stresler üretir, özellikle postersel delaminasyonda tekrarlanabilir - ilerici hasar kriterlerine uygun olarak, yüksek çözünürlükte bulunan son elemanlar arasındaki farklar ortaya çıkabilir.

Flexion ve Dahili: Posterior Propost Propostalasyonu ve Riski

Oktarma sırasında, ön annulus sıkıştırılırken, arka annulus onarılır. flexion eklenmiş olan fotonasyon, hareket segmentinin % 50'sinde, geri dönüşte bir disk patlamasına yol açabilir.In extension, arkadan gelen bir çok sayıdaki baskı ile ilişkili bir çok baskıya yol açabilir.

Shear: Nucleus-Annulus Interface'in Vulnerability of the Nucleus-Annulus Interface

Shear yükleme, özellikle de aksiyel bir sıkıştırma ile birlikte, o zaman o zaman nükleus ve içsel annulus arasındaki arayüzde oar gerilimleri tetikler.Bu bölge zayıflığı doğal bir uçak ve delaminasyon daha fazla yük taşıyabilir, bu tür bir deneyim boğaktır - bu anlayışlar bir fissiyonel teknikler için bir fissiyonel teknikler için ilerlemeyi ve güçlendirmeyi gerektirir.

Uygulamaları ve Klinik İmplikasyonları

Disk mekanik davranışı basitleştirmek için nihai hedef, hasta sonuçları geliştirmektir. İşte cihaz tasarımında anahtar uygulamaları, cerrahi planlama ve rehabilitasyonu vurgulıyoruz.

Total Discchange Design Design

Toplam disk değiştirme (TDR) implantları (örneğin, Charité, ProDisc, M6), bu cihazların ek transferleri nasıl etkilediğine dikkat etmek için FEA'nın kullanımını teşvik etti. İyi tasarlanmış TDRacent omurgalı ve arka segmentsel hareket ve intradiskal baskı, böylece implant-krom, ultra yüksek çözünürlükte poliküresel poliküreler için bu tür incelemeler ve aşırı yükleme yöntemleri doğrudan doğruya geri yüklemeleri sağlar.

Rehabilitasyon ve Ergonomi

Sağlıklı ve çeşitli aktivite kalıpları altında yapılan bir disk arasındaki farkları basitleştirerek, araştırmacılar hangi hareketleri en yüksek risk altında attığını belirleyebilirler. Bu bilgi FEA'yı bilgilendirir, örneğin yüksek torsional yükler veya derin flexion üreten egzersizler erken disk dejenerasyon ile hastalar için kontraseptif olarak uygulanabilir. benzer şekilde, kaldırma tekniklerinin ergonomik analizleri (stoop vs. squat) FEA kullanarak squat kaldırmayı azaltılabilir, o lumbar disklerini azaltır.

Progresif Dejenerasyon ve Biyolojik Bütünleşme

Mevcut araştırmalar sadece mekanik yükleme değil aynı zamanda biyolojiye de dahil olmak üzere çok ölçekli ve çokfizik modellere doğru ilerliyor: uzun yıllar boyunca disk dejeneresansı ve osmotic şişmeleri ile ilgili olarak, "mekanik" yükleme profillerini tanımlamak için vaat ediyor - bu nedenle, erken müdahaleye neden oluyor - biyolojik tedavilerin sonuçlarını tahmin etmek için kullanılabilir.

Future Yol ve Challenges

Etkileyici ilerlemelere rağmen, omur diskinin simülasyonu henüz rutin bir klinik araç değildir.Birkaç zorluk kalır. İlk olarak, hastaya özgü materyal özellikleri elde etmek hala zordur - çoğu model, bireysel olarak tam doku durumunu yansıtamaz.İkinci, zaman bağımlı biyolojik değişiklikler (örneğin, yaş ile disk dehidrasyon) büyük ölçüde artan bir araştırma için devam eden bir klinik ölçüm cihazına dayanır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Farklı yükleme koşulları altında omur diskin mekanik davranışı zengin ve klinik olarak hayati bir biyolojik ölçüm alanıdır. Disk anatomisi, malzeme özellikleri ve fizyolojik yükleme modelleri, araştırmacıların zaten prestij, torsion, flexion-exction, hear ve birleştirilmiş yük dağılımı ile ilgili olarak, başarısızlık mekanizmaları ve disk dejenerasyonun ilerlemesi hakkında bilgi zaten uygulamalıdır.

Daha fazla okuma için, bkz.FLT:0)Nerurkar et al. (2010)[Döneticileri, [[Döneticileri, [[Dönemli ve al. (2015)[Dönetici, ve beslenme, ve beslenme üzerine kuruludur.)[Dönemli bir yel-gezegenç modeli için [Düzersiz bir inceleme için).