Cz En

Muskuloskeletární systém a jeho náhrady

Vývoj totální náhrady meziobratlového disku

Popis projektu:



Výsledky výpočtové MKP analýzy NMD rozložení napětí von Mises [MPa] v řezu silikonovým jádrem při flexi 14°, extenzi 5°, laterálním ohybu 6°, axiální rotaci 3°.

Závislost ohybového momentu [Nm] na úhlu natočení [°] při flexi a extenzi

prototyp NMD

Mechanické zkoušky na testovacím stroji MTS 858. 2 Mini bionix

Bolesti páteře a v okolí páteře nemají pouze jednotnou příčinu, vyvolat ji mohou všechny tkáně na páteři a v okolí. Pokud není současně postižená i nervová tkáň, nejsou tyto obtíže tak nebezpečné a dají se dobře léčit konservativně. Současné postižení nervové tkáně je daleko závažnější. Operační léčba je indikována všude tam, kde degenerativní změny vedly ke stenóze páteřního kanálu a meziobratlových otvorů a kde došlo k útlaku míchy či míšních kořenů. Současná páteřní chirurgie řeší většinou tyto problémy fúzí obratlů (odstranění poškozeného disku, obnovením prostoru mezi obratli a dosažením srůstu původně pohyblivých částí). To má za následek změnu rozložení zatížení v páteři, což ovlivňuje okolní segmenty operovaného disku. Ty pak mají větší předpoklady k dalším degenerativním změnám. Alternativním řešením je celková náhrada meziobratlového disku (NMD), která zachovává fyziologickou pohyblivost páteře. V současné době v páteřní chirurgii existuje pouze pár implantátů, které však mají stále řadu nedostatků

  • nemají pružné jádro
  • neomezený pohyb při pohybech
  • fixní centrum rotace.

Cílem tohoto projektu je vyřešení tohoto problému nově navrženou celkovou pohyblivou náhradou meziobratlového disku, která by zajišťovala přirozenou možnost pohybu, vymezovala vzdálenost mezi sousedními obratli a zároveň byla pružná s pohyblivým centrem rotace. Pro vytvořený konstrukční návrh náhrady, včetně stanovení materiálů a experimentálnímu ověření jejich vhodnosti použití, byl vytvořen MKP model, byly provedeny výpočetní analýzy mechanických vlastností a pohyblivosti, byl vyroben prototyp náhrady a v současné době probíhají mechanické zkoušky na testovacím stroji  MTS 858. 2 Mini bionix, který je vybaven speciálním páteřním fixátorem s 8 stupni volnosti (3 posuvy, 5 rotací).

Ing. Petr Tichý Ph.D.

Řešitelé:

ELLA CS, FN Na Bulovce

 

Spolupráce:

Literatura:

  • Horák Z., Koukalová J., Tichý P.: Determinace materiálových parametrů silikonu MED 4550 pro MKP simulace. Experimental Stress Analysis 2005 - 43rd International Conference. Brno: VUT, Fakulta strojní, 2005, s. 33-34.
  • Horák Z., Koukalová J., Tichý P.: Material Parameters of Silicone for FEM Simulation. 22nd Danubia-Adria Symposium on Experimental Methods in Solid Mechanics. Parma: University of Parma, 2005, vol. 1, s. 92-93.
  • Koukalová J., Horák Z., Tichý P.: Artificial Disc Replacement - Computer Simulation. ICCB 2005. Lisboa: Instituto Suparior Téchnico Av. Rovisco Pais, 2005, vol. 2, s. 817-823.
  • Koukalová J., Horák Z., Tichý P.: Artificial Disc Replacement - Development. The 3rd European Medical and Biological Engineering Conference EMBEC´05 [CD-ROM]. Praha: Společnost biomedicínského inženýrství a lékařské informatiky ČLS JEP, 2005, vol. 11.
  • Horák Z., Konvičková S., Koukalová J., Petržela M.: Total Intervertebral Disc Replacement - Shape and Function Optimization. Biomechanics of Man 2004 [CD-ROM]. Pilsen: University of West Bohemia, 2004, s. 487-492.
  • Horák Z., Koukalová J., Petržela M., Horák P.: Analysis of FEM Model a New Type of Intervertebral Disc Replacement. Summer Workshop of Applied Mechanics - Book of Abstracts [CD-ROM]. Prague: CTU, Department of Mechanics, 2004, s. 141-148.
  • Horák, Z., Koukalová, J., Michalec, J., Petržela, M., Vtípil, J.: Development of the Total Intervertebral Disc Replacement. International Congress on Computational Bioengineering. Proceedings. Zaragoza: University of Zaragoza, 2003, s. 379-381.
  • Horák, Z., Koukalová, J., Michalec, J., Petržela, M., Vtípil, J.: New Type of Intervertebral Disc Replacement. APHYS-2003 Book of Abstracts 1st International Meeting on Applied Physics. Badajoz: Formatex, 2003, s. 403.
  • Horák Z., Koukalová J., Michalec J., Petržela M., Vtípil J.: Stress Analysis of FEM Model of Intervertebral Disc Replacement. FEM Workshop 2003 - The Finite Element Method in Biomedical Engineering, Biomechanics and Related Fields [CD-ROM]. Ulm: KFO - Wissenschaft Universitatslinikum Ulm, 2003, s. 113-118.
  • Horák Z., Koukalová J., Michalec J., Petržela M., Vtípil J.: Total Intervertebral Disc Replacement. BIOmaterialen. 2003, vol. 4, no. 3, s. 224.

Patent

Horák Z., Šindelářová J., Tichý P. Náhrada meziobratlového disku Patent Úřad průmyslového vlastnictví, 299082. 2008-03-10.