Расчетно-экспериментальные исследования прочностных свойств и долговечности имплантатов из никелида титана и костных тканей позвонков при замещении межпозвоночного диска сегмента шейного отдела позвоночника | Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2024. № 92. DOI: 10.17223/19988621/92/14

Расчетно-экспериментальные исследования прочностных свойств и долговечности имплантатов из никелида титана и костных тканей позвонков при замещении межпозвоночного диска сегмента шейного отдела позвоночника

Представлены результаты компьютерного исследования долговечности никелидтитановых имплантатов и костных тканей позвонков при замещении межпозвоночного диска шейного сегмента позвоночника. Получены экспериментальные кривые нагружения имплантатов одноосным сжатием. Оценка долговечности при наклоне сегмента вперед проводилась на основе расчетов напряженного состояния сегмента с протезами, выражений, аппроксимирующих экспериментальные данные по циклическому нагружению имплантатов и костных тканей. Результаты исследования показывают возможность длительной эксплуатации имплантатов и отсутствие разрушения костных тканей позвонков с модулем упругости выше 44 МПа в течение жизни человека.

Скачать электронную версию публикации

Загружен, раз: 4

Ключевые слова

расчетно-экспериментальные исследования, имплантаты из пористого никелида титана, сегмент шейного отдела позвоночника, напряженнодеформированное состояние, костная ткань, долговечность

Авторы

ФИО	Организация	Дополнительно	E-mail
Чайковская Татьяна Витальевна	Томский государственный университет	доктор физико-математических наук, профессор кафедры прочности и проектирования физико-технического факультета	kolmakova@ftf.tsu.ru
Марченко Екатерина Сергеевна	Томский государственный университет	доктор физико-математических наук, доцент, заведу-ющая лабораторией медицинских материалов и имплантатов с памятью формы СФТИ, заведующая кафедрой прочности и проектирования физико-технического факультета	89138641814@mail.ru
Ветрова Анна Викторовна	Томский государственный университет	аспирант физико-технического факультета, инженер-исследователь лаборатории медицинских материалов и имплантатов с памятью формы СФТИ	aniuta-vetrova@mail.ru

Всего: 3

Ссылки

Formica M., Divano S., Cavagnaro L. et al. Lumbar total disc arthroplasty: outdated surgery or here to stay procedure? A systematic review of current literature // Journal of Orthopaedics and Traumatology. 2017. № 18. P. 197-215.

Verkhozina T.K., Ippolitova E.G., Tsyslyak E.S, Sklyarenko O.V., Koshkareva Z.V. Changes in bone density in patients with osteochondrosis of the cervical spine // Acta Biomedica Scientifica 2019. V. 4 (6). P. 26-31.

Kaiser J., Allaire B., Fein P.M., Lu D., Jarraya M., Guermazi A., Demissie S., Samelson E.J., Bouxsein M.L., Morgan E.F. Correspondence between bone mineral density and intervertebral disc degeneration across age and sex // Arch Osteoporos. 2018. V. 13 (1). Art. 123. 10.1007/s11657-018-0538-1. PMID: 30421154; PMCID: PMC6291246.

Kushchayev S.V., Glushko T., Jarraya M. et al. ABCs of the degenerative spine // Insights Imaging. 2018. № 9. P. 253-274.

Holewijn R.M., de Kleuver M., van der Veen A.J. et al. A novel spinal implant for fusionless scoliosis correction: a biomechanical analysis of the motion preserving properties of a posterior periapical concave distraction device // Global Spine Journal. 2017. № 7. Art. 400-9.

Gunther V.E., Khodorenko V.N. Development of biocompatible superelastic materials and shape memory implants based on titanium nickelide for the creation of highly effective medical technologies // Issues of Reconstructive and Plastic Surgery. 2022. V. 25 (2). P. 45-56.

Seaman S., Kerezoudis P., Bydon M. et al. Titanium vs. polyetheretherketone (PEEK) inter body fusion: meta-analysis and review of the literature // Journal of Clinical Neuroscience. 2017. № 44. Art. 23-9.

Warburton A., Girdler S.J., Mikhail Ch.M., Ahn A., Cho S.K. Biomaterials in spinal implants: a review // Neurospine. 2020. V. 17 (1). P. 101-110.

Panzer M.B. Numerical modeling of the human cervical spine in frontal impact: dissertation for the degree of master of applied science in mechanical engineering. Waterloo, Ontario, Canada, 2006. 248 p.

Ивченко О.А., Гюнтер В.Э., Дамбаев Г.Ц. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы: в 14 т. Томск: Изд-во МИЦ, 2012. Т. 10.

Ланшаков В.А., Гюнтер В.Э., Плоткин Г.Л. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы: в 14 т. Томск: Изд-во МИЦ, 2012. Т. 2.

Topolnitsky E., Chekalkin T.L., Marchenko E.S., Yasenchuk Y.F. et al.Combination of solid and porous nitinol implants in surgical treatment of extensive post-excision thoracic defects in cancer patients // International conference on shape memory and superelastic technologies (SMST 2022). 2022. P. 79-80.

Сысолятин П.Г., Гюнтер В.Э., Миргазизов М.З. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы: в 14 т. Томск: Изд-во МИЦ, 2012. Т. 4.

Gunther V.E., Yasenchuk Yu.F., Gyunter S.V., Marchenko E.S., Iuzhakov M.M. Biocompatibility of porous shs-tini // Materials Science Forum. 2019. V. 970. P. 320-327.

Wang W., Kong C., Pan F. et al. Effects of dynamic and rigid implantation on biomechanical characteristics of different sagittal alignment lumbar after single- or double-level spinal fixations: a finite-element modeling study // European Journal of Medical Research. 2023. № 28. Art. 583.

Biswas J.K., Rana M., Malas A., Roy S., Chatterjee S., Choudhury S. Effect of single and multilevel artificial inter-vertebral disc replacement in lumbar spine: A finite element study // The International Journal of Artificial Organs. 2022. V. 45 (2). P. 193-199.

Zhang W., Zhao J., Li L., Yu C., Zhao Y., Si H. Modelling tri-cortical pedicle screw fixation in thoracic vertebrae under osteoporotic condition: A finite element analysis based on computed tomography // Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2020. V. 187. Art. 105035.

Rohlmann A. et al.Comparison of the effects of bilateral posterior dynamic // European Spine Journal. 2007. V. 16 (8). P. 1223-1231.

Kolmakova T.V. Study of the influence of degenerative intervertebral disc changes on the deformation behavior of the cervical spine segment in flexion // AIP Conference Proceedings. 2016. V. 1783. Art. 020095.

Hernandez C.J., Beaupre G.S., Keller T.S., Carter D.R. The influence of bone volume fraction and ash fraction on bone strength and modulus // Bone. 2001. V. 29 (1). P. 74-78.

Ng H.W., Teo E.C., Lee V.S. Statistical factorial analysis on the material property sensitivity of the mechanical responses of the C4-C6 under compression, anterior and posterior shear // Journal of Biomechanics. 2004. V. 37. P. 771-777.

Hueston S., Makola М., Mabe I., Goswami T. Cervical spine anthropometric and finite element biomechanical analysis // Human Musculoskeletal Biomechanics. Wright State University, 2012. P. 107-158.

Rapillard L., Charlebois M., Zysset P.K.Compressive fatigue behavior of human vertebral trabecular bone // Journal of Biomechanics. 2006. V. 39. P. 2133-2139. 10.1016/ j.jbiomech.2005.04.033.

Yuan B., Zhu M., Chung C.Y. Biomedical porous shape memory alloys for hard tissue replacement materials // Materials. 2018. V. 11. Art. 1716. P. 1-53.

Cobian D.G., Sterling A.C., Anderson P.A., Heiderscheit B.C. Task specific frequencies of neck motion measured in healthy young adults over a 5 day period // Spine. 2009. V. 34 (6). P. E202-E207.