3D modeling and biomechanical study of the lumbar spine in children with congenital scoliosis after surgical treatment
Authors: Бегун П.И. , Сафронова А.А. , Виссарионов С.В. , Тихоненкова О.В. 
Published: July 2024

В отечественных и зарубежных публикациях отсутствуют биомеханические исследования коррекции структур опорно-двигательного аппарата у пациентов раннего детского возраста. Помимо частоты врожденных деформаций отделов позвоночника, актуальность работы обусловлена прогрессирующим характером течения заболевания, выраженностью и ригидностью деформаций, а также формированием компенсаторных дуг искривления. Наиболее частыми осложнениями, связанными с металлоконструкциями, является их дестабилизация, в связи с усталостными переломами эндофиксатора, резорбцией костной ткани вокруг винтов, разрушением кортикальной ткани корней дуг. Построение компьютерных трехмерных моделей основывается на данных компьютерной томографии пациентов с врожденной деформацией поясничного отдела позвоночника. Компьютерные геометрические модели включают в себя тела четырех позвонков. Модели строятся в компьютерных программах Mimics Medical и 3-matic Medical, затем экспортируются в пакет прикладных программ SolidWorks. В нем осуществляется сборка всех отдельных элементов и добавление: связочного аппарата, межпозвонковых дисков и металлоконструкции. Костные структуры схематизированы двумя однородными изотропными слоями: кортикальным и спонгиозным. Разработана модель для исследования напряженно-деформированного состояния в системе поясничный отдел позвоночника – эндофиксатор при различных двигательных режимах и разных резорбцией костной ткани вокруг винтов. Проведены биомеханические исследования состояние поясничного отдела позвоночника у пациента трехлетнего возраста после операции с установленным эндофиксатором.

There are no biomechanical studies of the musculoskeletal system structures correction in patients of early childhood in domestic and foreign publications. Alongside the frequency of congenital deformities of the spine, the relevance of the work is due to the progressive nature of the course of the disease, the severity, and rigidity of deformities, as well as the formation of compensatory curvature arcs. The most frequent complications associated with metal structures are their destabilization due to endofixator fatigue fractures, bone resorption around screws, destruction of the cortical tissue of the arch roots. The construction of three-dimensional computer models is based on computed tomography data of patients with a congenital deformity of the lumbar spine. Computer geometric models include the bodies of four vertebrae. Models are built in the computer programs Mimics Medical and 3-Matic Medical, then exported to the SolidWorks software package. It assembles all the individual elements and adds ligamentous apparatus, intervertebral discs, and metal structures. Bone structures are schematized by two homogeneous isotropic layers: cortical and spongy. A method for studying the stress-strain state in the lumbar spine-endofixator system has been developed for different motor modes and different bone resorption around the screws. Biomechanical studies of the state of the lumbar spine in a three-year-old patient after surgery with an installed endofixator were carried out.. Keywords:spine, congenital scoliosis, transpedicular fixation, stress, deformity, 3d modeling.