Doświadczalne badania modelowe zjawisk w strukturach odcinka kręgosłupa człowieka podczas procedur chirurgicznego nastawiania z wykorzystaniem ligamentotaksji

Anna Dąbrowska-Tkaczyk , Krzysztof Mianowski , Piotr Cieślik , Krzysztof Kwiatkowski

Abstract

Abstract: The development of surgical methods for correction of the spine after accidents is strongly associated with appropriately directed research in biomechanics, biomedical engineering and orthopedic engineering. Foundations of this research are the results of preoperative medical visualization of body structures, as well as the intraoperative results. The development of computer modeling and numerical calculations has opened new perspectives for computer simulation of phenomena, while the development of new technologies for producing 3D material models based on the results of medical visualization have opened new perspectives for experimental research. The aim of the work is experimental simulation, on the test stand, of the surgical relocation procedures on the thoraco-lumbar spine segment using their physical model with implant system and specialized instrumentation. The material model of anatomical structures of the spine segment with one vertebral body after compressive fracture, was made with using 3D rapid prototyping methods based on the results of the computer tomography CT and/or magnetic resonance imaging MRI. The stand is equipped with a support part composed of a rigid base with a guide, on which two sliding brackets are mounted. Between brackets, the test model of the spine with implant system is fastened. The movable gripping links, connected to the model of the spine consists planar mechanism, allowing the movement of vertebrae and ligaments compatible with physical constraints such as the actual spine in its operational position. The stand allows of the reconstruction of the natural pose spine during the initial phase of the experiment and movements reproduced in a model tissue structures in a similar way to the actual situation during the various stages of surgery, such as lordotization, kyphosis correction, distraction, stabilization and others. Experimental investigations are intended to the measuring and registration of basic parameters and characteristics of a model movements performed by the surgeon during the simulation of the surgery using the original surgical instrumentation. Kinematics and dynamics of manipulation movement of surgeon are coordinated with movements of implants and model structures. For the measure of an areas of displacements, calculation areas of strains and to determine the corresponding stresses in the model structure of the spine during experiments, computerized optical methods were applied.
Author Anna Dąbrowska-Tkaczyk IMP
Anna Dąbrowska-Tkaczyk,,
- The Institute of Mechanics and Printing
, Krzysztof Mianowski ITLMS
Krzysztof Mianowski,,
- The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics
, Piotr Cieślik - Wojskowy Instytut Medyczny (WIM)
Piotr Cieślik,,
-
, Krzysztof Kwiatkowski - Wojskowy Instytut Medyczny (WIM)
Krzysztof Kwiatkowski,,
-
Pages1-2
Publication size in sheets0.3
Book Dąbrowska-Tkaczyk Anna, Mianowski Krzysztof, Cieślik Piotr, Kwiatkowski Krzysztof (eds.): 55 Sympozjon Modelowanie w Mechanice, 2016, Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
Abstract in PolishStreszczenie. Rozwój metod operacyjnego nastawiania kręgosłupa jest mocno powiązany z odpowiednio ukierunkowanymi badaniami naukowymi w dziedzinie biomechaniki, inżynierii biomedycznej oraz inżynierii ortopedycznej. Podstawą prowadzonych badań są wyniki przedoperacyjnej wizualizacji medycznej struktur organizmu, a także wyniki badań śródoperacyjnych. Rozwój metod modelowania i obliczeń numerycznych otworzył nowe możliwości symulacji komputerowej zjawisk, natomiast rozwój nowych technologii wytwarzania modeli materialnych na podstawie wyników wizualizacji medycznej otworzył nowe możliwości prowadzenia badań eksperymentalnych. Celem pracy jest eksperymentalna symulacja procedury operacyjnej nastawiania odcinka kręgosłupa na stanowisku badawczym z zastosowaniem modelu materialnego z systemem implantów oraz specjalistycznego instrumentarium. Obiektem badań jest model materialny anatomicznych struktur kręgosłupa po złamaniu kompresyjnym wykonany metodami szybkiego wytwarzania prototypów na podstawie wyników tomografii komputerowej CT i rezonansu magnetycznego MRI. Stanowisko jest wyposażone w część podporową złożoną ze sztywnej podstawy z prowadnicą, na której osadzone są dwa przesuwne uchwyty, pomiędzy którymi jest zamocowany model badanego odcinka kręgosłupa wraz z systemem implantów. Ruchome elementy uchwytów połączone z modelem tworzą mechanizm płaski, pozwalający na ruchy kręgów zgodne z więzami fizycznymi tak jak w rzeczywistym kręgosłupie w pozycji operacyjnej. Elementy konstrukcyjne stanowiska pozwalają na odtworzenie naturalnego ułożenia odcinka kręgosłupa w fazie wstępnej eksperymentu i realizację przemieszczeń odtworzonych w modelu struktur tkankowych w sposób podobny do rzeczywistej sytuacji w trakcie realizacji kolejnych etapów zabiegu operacyjnego takich jak: np. lordotyzacja, zniesienie kifozy dystrakcja, stabilizacja i inne. Badania na stanowisku mają na celu pomiar i rejestrację parametrów i charakterystyk ruchów manipulacyjnych wykonywanych przez lekarza operatora podczas symulacji zabiegu operacyjnego przy użyciu oryginalnego instrumentarium. Kinematyka i dynamika ruchów względnych elementów i struktur modelu są skoordynowane z ruchami manipulacyjnymi lekarza operatora. Do pomiaru pól przemieszczeń i pól odkształceń oraz wyznaczenia odpowiednich naprężeń w układzie struktur modelu odcinka kręgosłupa w trakcie realizacji eksperymentów modelowych zastosowano skomputeryzowane metody optyczne.
Languageen angielski
Score (nominal)0
Citation count*0
Cite
Share Share

Get link to the record
msginfo.png


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back