Numerical investigation of a new type of artificial lumbar disc

• Autorzy: Borkowski P. , Kędzior K. , Krzesiński G. , Skalski K. R. , Wymysłowski P. , Zagrajek T.

Warianty tytułu

PL

Komputerowo wspomagane projektowanie nowego typu protezy krążka międzykręgowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The replacement of a damaged lumbar disc by an artificial organ is still not satisfactorily solved problem of surgery. In the study, the finite element method together with CAD programs and experimental validation was used in investigations of a new type of artificial disc for lumbar spine. The present 3D parametrical FE models take into account nonhomogenous properties of tissues, contact with friction between the parts of the analysed systems, large strains and large displacements. The stress analyses were performed for the prostheses being in clinical use and for some new designs. The conclusions concern most important determinants of the mechanical quality of the intervertebral disc prosthesis.

PL

Zastąpienie lędźwiowego krążka miedzykręgowego przez protezę jest wciąż nie w pełni rozwiązanym problemem chirurgii. W pracy zastosowano metodę elementów skończonych, techniki CAD oraz metody weryfikacji eksperymentalnej do poszukiwania konstrukcji nowego typu sztucznego krążka dla odcinka lędźwiowego kręgosłupa. Prezentowane modele metody elementów skończonych uwzględniają niejednorodne właściwości tkanek, występowanie dużych deformacji oraz oddziaływania między poszczególnymi częściami analizowanej struktury. Analizy przeprowadzono dla protez stosowanych obecnie w praktyce klinicznej oraz dla kilku nowych propozycji konstrukcji. Wnioski dotyczą najważniejszych czynników o charakterze mechanicznym, które wpływają na jakość sztucznych krążków międzykręgowych.

Słowa kluczowe

EN

spine biomechanics; implants; FEM; disc prosthesis

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 42 nr 2
• Strony: 253--268
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Borkowski P.

• Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology

autor

Kędzior K.

• Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology

autor

Krzesiński G.

• Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology

autor

Skalski K. R.

• Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology

autor

Wymysłowski P.

• Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology

autor

Zagrajek T.

• Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• 1. Bertagnoli R., Kumar S., 2002, Indications for full prosthetic disc arthoplasty: a correlation of clinical outcome against a variety of indications, European Spine Journal, 11, Suppl. 2, 131-136
• 2. Będziński R., 1997, Biomechanika inżynierska. Zagadnienia wybrane, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej
• 3. Dietrich M., Kędzior K., Krzesiński G., Zagrajek T., 1999a, Selected problems of orthopaedic implants design – numerical approach, Proceedings of Tenth World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms, Oulu, Finland, 5, 1799-1804
• 4. Dietrich M., Kędzior K., Krzesiński G., Zagrajek T., Zielińska B., 2002, Parametric finite element models of human bones, Acta of Bioengineering and Biomechanics, 4, 135-136
• 5. Dietrich M., Kędzior K., Skalski K., 1999b, Design and manufacturing of the human bone endoprostheses using computer-aided system, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 37, 3, 481-503
• 6. Dietrich M., Kędzior K., Skalski K., Zagrajek T., Krzesiński G., Skoworodko J., Borkowski P., Wymysłowski P., 2003, On concurrent engineering and design of an intervertebral disc of lumbar spine, 18-th Conference on Computer-aided Production Engineering CAPE 2003, Professional Engineering Publishing Limited, UK, 209-219
• 7. Dietrich M., Kędzior K., Zagrajek T., 1991, A biomechanical model of human spine system, Journal of Engineering in Medicine, 205, 19-26
• 8. Kędzior K., Krzesiński G., Zagrajek T., 1996, Numerical simulation of the scoliosis as caused by mechanical response of the spinal segment to external load, Lecture Notes of the Intern. Centre of Biocybernetics Seminars, 33, 158-164
• 9. Krzesiński G., 2003, Numerical methods in analysis and design of implants, Lecture Notes of the Intern. Centre of Biocybern.: Biomechanics. Customized endoprostheses, 48-58
• 10. Lemaire J.P., Skalli W., Lavaste F., Templier A., Mendes F., Diop A., Sauty V., Lalouz E., 1997, Intervertebral disc prosthesis, results and prospectus for the year 2000, Clin. Orthop., 337, 64-76
• 11. Pezowicz C., 2003, Analysis of phenomena occuring in the intervertebral disc under different load conditions, Acta of Bioengineering and Biomechanics, 5, Suppl. 1, 379-384
• 12. Skalli W., 1999, Spine biomechanics. From basic research to clinical applications, Acta of Bioengineering and Biomechanics, 1, Suppl. 1, 379-384
• 13. Szpalski M., Gunzburg R., Mayer M., 2002, Spine arthoplasty: a historical review, European Spine Journal, 1, Suppl. 2, 65-84
• 14. White A.A., Panjabi M.M., 1990, Clinical Biomechanics of the Spine, J.B. Lippincott Company
• 15. Whyne C.M., Hu S., Lotz C., 2001, Parametric finite element analysis of vertebral bodies affected by tumors, Journal of Biomechanics, 34, 1317-1324