PROSPECTS FOR THE APPLICATION OF FINITE ELEMENT ANALYSIS IN THE STUDY OF PREDICTORS OF REHABILITATION POTENTIAL IN PATIENTS WITH CERVICAL DISCOGENIC RADICULOPATHY
Authors: Яковлев Евгений Васильевич , Живолупов Сергей Анатольевич , Бутко Дмитрий Юрьевич , Конева Елизавета Сергеевна , Василенко Владимир Станиславович , Гневышев Евгений Николаевич , Давыдов Алексей Трофимович 
Published: September 2024

Введение. Использование методов конечно-элементного анализа в неврологической практике позволит выявить информативные признаки реабилитационного потенциала для выбора дальнейшей тактики восстановительного лечения пациентов с шейной дискогенной радикулопатией. Цель — изучить возможности конечно-элементного анализа для определения предикторов реабилитационного потенциала у пациентов с шейной дискогенной радикулопатией при ротационных нагрузках. Материалы и методы. На основании данных магнитно-резонансной томографии пациента 38 лет (мужчина) генерировалась модель позвоночно-двигательного сегмента C5–C7, включавшая: соответствующие позвонки, межпозвонковый диск, продольные связки, комбинированные дугоотростчатые суставы и спинной мозг. Средствами компьютерного моделирования и методом конечных элементов осуществлялся анализ напряженно-деформированного состояния шейного отдела позвоночника у пациента с шейной дискогенной радикулопатией при ротационной нагрузке. Полученные данные сравнивались с ранее проведенными экспериментальными исследованиями с применением средств компьютерной симуляции и клиническими особенностями течения шейной дискогенной радикулопатии. Результаты. Исследованы взаимоотношения костно-хрящевых структур позвоночника со спинномозговыми корешками и веществом спинного мозга,получены эпюры напряжений по Мизесу. При повороте антропоморфмной модели в левую сторону выявлены диско-радикулярные конфликты на уровне межпозвонкового диска С6–С7 с наружной заднебоковой поверхностью межпозвонкового диска. При ротации модели вправо выявлен диско-радикулярный конфликт корешков спинного мозга в фораминальных зонах на уровне дисков С5–С6 и С6–С7 с наружной заднебоковой поверхностью межпозвонкового диска. На основании полученных данных о напряжениях по Мизесу в шейном позвоночно-двигательном сегменте прогнозировался дальнейший «каскад» дегенеративно-дистрофических процессов при ротационных нагрузках. Качественный анализ, включавший сопоставление клинических данных, коррелировал с данными компьютерного воспроизведения. Выводы. Применение конечно-элементного анализа в моделировании шейного отдела позвоночника у пациентов с дискогенной радикулопатией позволяет изучать физические особенности (предельные значения напряжения по Мизесу) течения осложненных форм шейной дорсопатии (радикулопатия), что создает предпосылки в изучении информативных прогностических признаков восстановления у данной категории пациентов.

Introduction. The use of finite element analysis methods in neurological practice will reveal informative signs of rehabilitation potential for choosing further tactics of restorative treatment of patients with cervical discogenic radiculopathy. Purpose — to study the possibilities of finite element analysis to determine predictors of rehabilitation potential in patients with cervical discogenic radiculopathy under rotational loads. Materials and methods. Based on the magnetic resonance imaging data of a 38-year-old patient (male), a model of the C5–C7 spinal motor segment was generated, including: the corresponding vertebrae, intervertebral disc, longitudinal ligaments, combined arched joints and spinal cord. By means of computer modeling and the finite element method, the stressstrain state of the cervical spine was analyzed in a patient with cervical discogenic radiculopathy under rotational load. The obtained data were compared with previously conducted experimental studies using computer simulation tools and clinical features of the course of cervical discogenic radiculopathy. Results. The relationship of bone-cartilaginous structures of the spine with spinal roots and spinal cord matter has been studied, stress diagrams by Mises have been obtained. When the anthropomorphic model was rotated to the left, disco-radicular conflicts were revealed at the level of the intervertebral disc C6–C7 with the outer posterolateral surface of the intervertebral disc. When rotating the model to the right, a disco-radicular conflict of spinal cord roots in foraminal zones at the level of discs C5– C6 and C6–C7 with the outer posterolateral surface of the intervertebral disc. Based on the obtained data on Mises stresses in the cervical vertebral-motor segment, a further “cascade” of degenerative-dystrophic processes under rotational loads was predicted. The qualitative analysis, which included a comparison of clinical data, corresponded with computer reproduction data. Conclusion. The use of finite element analysis in modeling the cervical spine in patients with discogenic radiuclopathy allows us to study the physical features (Mises stress limits) of the course of complicated forms of cervical dorsopathy (radiculopathy), which creates prerequisites for the study of informative prognostic signs of recovery in this category of patients.