RU194059U1

RU194059U1 - Model of the subaxial cervical spine

Info

Publication number: RU194059U1
Application number: RU2019114052U
Authority: RU
Inventors: Ольга Алексеевна Борисова; Варвара Алексеевна Рыльская
Original assignee: Ольга Алексеевна Борисова
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2019-11-26

Abstract

Полезная модель относится к медицине. Модель субаксиальной части шейного отдела позвоночного столба состоит из идентичных анатомически точных деревянных позвонков. Пространство между телами позвонков выполнено силиконовым полимером. Каждый позвонок изготовлен на основе анатомически точной компьютерной трехмерной модели субаксиального шейного позвонка из твердой породы дерева. Полезная модель обеспечивает возможность изучения прочностных и фиксирующих свойств позвоночных фиксаторов при различных вариантах повреждений, а также возможность проведения статических и динамических исследований. 5 ил.The utility model relates to medicine. The subaxial model of the cervical spine consists of identical anatomically accurate wooden vertebrae. The space between the vertebral bodies is made of silicone polymer. Each vertebra is made on the basis of an anatomically accurate three-dimensional computer model of a subaxial cervical vertebra from solid wood. The utility model provides the opportunity to study the strength and fixing properties of vertebral retainers with various types of damage, as well as the possibility of static and dynamic studies. 5 ill.

Description

Полезная модель относится к области медицины и биотехнологий, а именно к способу изготовления и применению модели шейного отдела позвоночного столба.The utility model relates to the field of medicine and biotechnology, and in particular to a method for manufacturing and using a model of the cervical spine.

Наиболее близкими к предлагаемому устройству являются модели шейного отдела позвоночника различных производителей (3B Scientific, Maximed), выполненных из пластмассового материала.Closest to the proposed device are models of the cervical spine of various manufacturers (3B Scientific, Maximed), made of plastic material.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

1. необходимость использования для производства материала модели дорогостоящего специального оборудования;1. the need to use for the production of material models of expensive special equipment;

2. модель статичная, так как промежутки между телами позвонков выполнены твердым материалом;2. The model is static, since the gaps between the vertebral bodies are made of solid material;

3. не дает возможность достоверно оценить прочностные характеристики фиксационных устройств, так как пластмассовый материал по своим свойствам не подобен костной ткани шейного позвонка.3. It does not make it possible to reliably evaluate the strength characteristics of fixation devices, since the plastic material is not similar to the bone tissue of the cervical vertebra in its properties.

Поэтому поставлены следующие задачи - создание анатомически точной модели субаксиальной части шейного отдела позвоночного столба для изучения прочностных и фиксирующих свойств позвоночных фиксаторов при различных вариантах повреждений.Therefore, the following tasks were posed - the creation of an anatomically accurate model of the subaxial part of the cervical spine to study the strength and fixing properties of vertebral retainers for various types of injuries.

Изготовление модели субаксиальной части шейного отдела позвоночного столба включает в себя создание трехмерной модели субаксиального шейного позвонка в программе Blender 2.78c, изготовление модели на фрезеровочном станке и соединение элементов в единую модель.Making a model of the subaxial part of the cervical spine includes creating a three-dimensional model of the subaxial cervical vertebra in the Blender 2.78c program, making the model on a milling machine, and combining the elements into a single model.

При изготовлении трехмерной модели пятого шейного позвонка был применен метод компьютерного полигонального моделирования, в процессе которого использованы основные функции и инструменты Blender 2.78c (фиг. 1-4).In the manufacture of a three-dimensional model of the fifth cervical vertebra, the method of computer polygonal modeling was used, during which the main functions and tools of Blender 2.78c were used (Fig. 1-4).

При выборе материала для изготовления модели учтены основные принципы биомеханики костной ткани:When choosing a material for the manufacture of the model, the basic principles of bone tissue biomechanics are taken into account:

1) Костная структура является одновременно жесткой и эластичной, поэтому требует применения материалов с жесткими и эластичными свойствами.1) The bone structure is both rigid and elastic, therefore it requires the use of materials with rigid and elastic properties.

2) Оптимальная модель по своим свойствам должна быть подобна живой ткани, то есть обладать эластичностью, иметь близкую к ней диаграмму напряжение - деформация и присущую тканям величину гистерезиса на диаграмме нагрузка - разгрузка.2) The optimal model in its properties should be similar to living tissue, that is, have elasticity, have a stress – strain diagram close to it, and the hysteresis inherent in the tissues in the load – unload diagram.

3) В биологических системах (ткани организма и растения) между величиной напряжения и деформацией при приложении нагрузки к живым тканям нет прямой зависимости, соответствующей закону Гука. Существует гистерезисная зависимость между напряжением и деформацией в условиях нагрузки и разгрузки, которая выражается в эластичном поведении и возврате деформации (более 2%) в исходное состояние. Деформация возврата в биологических материалах на порядок превышает деформацию возврата в "неживых" металлических или иных твердых материалах [5].3) In biological systems (body tissues and plants), there is no direct relationship between the stress and strain when a load is applied to living tissues, corresponding to Hooke's law. There is a hysteretic relationship between stress and strain under load and unload conditions, which is expressed in the elastic behavior and the return of the strain (more than 2%) to its original state. The return deformation in biological materials is an order of magnitude higher than the return deformation in "non-living" metal or other solid materials [5].

Материалом для изготовления модели была выбрана древесина, так как ее биомеханические характеристики наиболее сопоставимы с костной тканью [3]. Для изготовления моделей позвонков использованы твердые породы дерева, плотностные характеристики которых в определенной мере близки к таковым костной ткани, а их отличия не влияют существенно на результаты исследования [1]. Согласно данным справочной литературы, удельная прочность сдавливания древесины дуба поперек волокна составляет Е = 84,1×106Нм-2, в то время как удельная прочность сдавливания тела третьего шейного позвонка составляет Е = 70,0×105Нм-2 [2, 4].The material for the manufacture of the model was chosen wood, as its biomechanical characteristics are most comparable with bone tissue [3]. For the production of vertebral models, solid wood species were used, the density characteristics of which are to a certain extent close to those of bone tissue, and their differences do not significantly affect the results of the study [1]. According to the reference literature, the specific compressive strength of oak wood across the fiber is E = 84.1 × 106 Nm-2, while the specific compressive strength of the body of the third cervical vertebra is E = 70.0 × 105 Nm-2 [2, 4].

Вытачивание образца произведено из твердой породы дерева (бук) на трехкоординатном станке с числовым программным управлением.The sample was machined from hardwood (beech) on a three-coordinate numerically controlled machine.

Пространство между телами позвонков выполнено силиконом, послужившим аналогом межпозвонкового диска и придающим позвоночному сегменту упруго-эластические свойства (фиг.5). В результате чего модель стала динамичной. Модель обеспечивает подвижность в каждом двигательном сегменте в пределах, близких к естественным, и позволять проводить статические и динамические исследования.The space between the vertebral bodies is made of silicone, which served as an analogue of the intervertebral disc and gives the spinal segment elastic properties (Fig. 5). As a result, the model has become dynamic. The model provides mobility in each motor segment within the limits close to natural, and allows carrying out static and dynamic studies.

В результате, созданная анатомически точная модель субаксиальной части шейного отдела позвоночного столба является полезным, недорогим инструментом в серийных исследованиях, связанных с изучением прочностных и фиксационных свойств оригинальных и стандартных вертебральных фиксаторов, где необходимо большое количество расходного однотипного материала. Полезная модель может быть использована при проведении серийных испытаний под действием внешних нагрузок, а также при обучении технике различных вариантов фиксации шейного отдела позвоночника.As a result, the created anatomically accurate model of the subaxial part of the cervical spine is a useful, inexpensive tool in serial studies related to the study of strength and fixation properties of original and standard vertebral fixators, where a large amount of consumable material of the same type is needed. The utility model can be used when conducting serial tests under the influence of external loads, as well as when learning the technique of various options for fixing the cervical spine.

Помимо этого, модель субаксиальной части шейного отдела позвоночного столба, изготовленная на основе трехмерного моделирования, позволяет обосновать и внедрить в клиническую практику инновационные методы фиксации вертебральных сегментов при различных вариантах их повреждений.In addition, the model of the subaxial part of the cervical spine, made on the basis of three-dimensional modeling, makes it possible to substantiate and introduce into clinical practice innovative methods for fixing vertebral segments with various types of damage.

Список литературы:List of references:

1. Барыш А.Е., Михайлов С.Р. Физическая модель для экспериментального биомеханического исследования шейного отдела позвоночника // Ортопедия. - 2006. - №1 - С. 55-61.1. Barysh A.E., Mikhailov S.R. Physical model for experimental biomechanical research of the cervical spine // Orthopedics. - 2006. - No. 1 - S. 55-61.

2. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: Справочник. - К.: Наук. думка, 1990. - 224 с.2. Berezovsky V. A., Kolotilov N. N. Biophysical characteristics of human tissues: a Handbook. - K .: Science. Dumka, 1990 .-- 224 p.

3. Уголев Б.Н, Боровиков А.М. Справочник по древесине: Справочник/Под ред. Б.Н. Уголева. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. С 12.3. Ugolev B.N., Borovikov A.M. Wood Handbook: Handbook / Ed. B.N. Ugoleva. - M .: Forest. industry, 1989. With 12.

4. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1972. - 544 с.4. Feodosiev V.I. Strength of materials. - M .: Nauka, 1972.- 544 p.

5. Хлусов И.А. Основы биомеханики биосовместимых материалов и биологических тканей: учебное пособие/ Хлусов И.А., Пичугин В.Ф., Рябцева М.А. - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2007. С 47-49.5. Khlusov I.A. Fundamentals of biomechanics of biocompatible materials and biological tissues: a training manual / Khlusov I.A., Pichugin V.F., Ryabtseva M.A. - Tomsk: Publishing House of the Tomsk Polytechnic University, 2007. With 47-49.

Claims

The model of the subaxial part of the cervical spine consists of identical anatomically accurate wooden vertebrae, the space between the bodies of which is made of silicone polymer, and each vertebra is made on the basis of an anatomically accurate three-dimensional computer model of the subaxial cervical vertebra of solid wood.