MECHANICZNY MODEL ODCINKA SZYJNEGO KRĘGOSŁUPA W

MODELOWANIE INśYNIERSKIE
Gliwice 2010
MECHANICZNY MODEL ODCINKA SZYJNEGO KRĘGOSŁUPA W OCENIE
ZMIAN SPOWODOWANYCH CHOROBĄ ZWYRODNIENIOWĄ
TOMASZ WALCZAK, BOGDAN MARUSZEWSKI, ROMAN JANKOWSKI,
MARTA CHUDZICKA
Instytut Mechaniki Stosowanej, Politechnika Poznańska
Klinika Neurochirurgii i Neurotraumatologii, Uniwersytet Medyczny w Poznaniu
Instytut Politechniczny , Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Pile
e-mail: [email protected], [email protected], [email protected],
[email protected]
Streszczenie. Choroba zwyrodnieniowa kręgosłupa dotyczy kaŜdego człowieka juŜ po
18 roku Ŝycia. Często spowodowana jest nieprawidłową konformacją kręgosłupa co
prowadzi do nieprawidłowego rozkładu obciąŜeń i w efekcie dolegliwości bólowych,
deformacji kręgów czy nawet paraliŜu.
W pracy autorzy skoncentrowali się na odcinku szyjnym kręgosłupa oraz badaniu
podstawowych parametrów mechanicznych elementów szkieletu poddanych
nieprawidłowym obciąŜeniom na skutek choroby zwyrodnieniowej. Obiektem badań są
odpowiednio sparametryzowane kręgosłupy szyjne pacjentów dotkniętych chorobą
zwyrodnieniową po przebytej operacji usuwania dysku międzykręgowego. Badany
będzie wpływ zmiany konformacji na zmiany obciąŜeń i w efekcie rozkładu napręŜeń i
przemieszczeń w trzonach kręgowych kręgów szyjnych u pacjentów po przebytej
operacji. Do badań zostaną wykorzystane dane pochodzące ze zdjęć RTG i tomografii
komputerowej pacjentów przed i po operacji. Dane te będą podstawą do tworzenia
zindywidualizowanego osobniczo modelu mechanicznego kręgosłupa szyjnego
uwzględniającego masę pacjenta geometrię kręgów i konformację kręgosłupa. Model
posłuŜy do wyznaczania pola napręŜeń i przemieszczeń w poszczególnych trzonach i
zbadanie jaki wpływ na ich rozkład ma zmiana geometrii odcinka szyjnego po operacji.
Do wyznaczenia badanych parametrów mechanicznych zostanie zastosowana metoda
rozwiązań podstawowych. Jest to współczesna metoda słuŜąca do rozwiązywania
zagadnień brzegowych równań róŜniczkowych. Jest niezwykle prosta do
zaimplementowania i bardzo szybka co pozwala na skuteczne stosowanie jej w sytuacji
kiedy do przerobienia jest większa ilość danych. Pozwoli ona na efektywne
wyznaczenie potrzebnych parametrów dla róŜnych pacjentów z róŜnym początkowym
ułoŜeniem odcinka szyjnego. Dane uzyskane z prowadzonych symulacji
komputerowych mogą być przydatne podczas długiego procesu leczenia osób
cierpiących na chorobę zwyrodnieniową kręgosłupa.
MODELOWANIE INśYNIERSKIE
Gliwice 2010
MECHANICAL MODEL OF THE CERVICAL SEGMENT OF THE SPINE
IN THE ASSESSMENT OF THE CHANGES CAUSED BY THE
DEGENERATIVE DISEASE
TOMASZ WALCZAK, BOGDAN MARUSZEWSKI, ROMAN JANKOWSKI,
MARTA CHUDZICKA-ADAMCZAK
Institute of Applied Mechanics , Poznan University of Technology
Clinic of Neurosurgery and Neurotraumatology, Poznan University of Medical Sciences
Institute of Polytechnics, National Higher Professional Education Institution in Pila,
e-mail: [email protected], [email protected], [email protected],
[email protected]
Summary. The degenerative disease of the spine may concern every adult
person. It is very frequently caused by abnormal conformation of the spine what
can lead to the improper stress pattern what triggers off the pains, the
deformations of the vertebrae and even to the paralysis.
In the paper, the authors were concentrated on the cervical segment of spine as
well as the analysis of the basic mechanical parameters of the skeleton elements
exposed to the improper loads as the result of the degenerative disease. The
parametered cervical segments of the spines suffering the degenerative disease
after the surgery of the intervertebral removal are the object of the analysis. There
was examined the influence of the change of the conformation on the change of
the loads and in the result of the stress patters and the transfers in the cervical
vertebrae cores in cases of the patients after surgery. The data from the X-Ray
photographies and the computer tomography were used for the analysis. The
obtained data was the basis for the creation of the distinctive, individual
mechanical model of the cervical segment of the spine in which the mass of a
patient, the geometry of the vertebrae and the spine conformation are taken into
account. The model serves to determine the stress field and the transfers in the
certain cores as well as to examine the influence of the geometry of the spine’s
cervical segment after surgery on these transfers. The Method of Fundamental
Solutions was applied to determine the examine mechanical parameters. It is the
contemporary method used to solve the boundary problems of the differential
equations. This kind of method is unusually easy to implement and really quick
what allows to apply it effectively even in cases of higher number of data. It
allows to determine efficiently the needed parameters for different patients with
distinct initial set of the cervical segment. The data obtained in the computer
simulations may be useful while the curing process of the people suffering the
degenerative disease of the spine.