Экспериментальные исследования прочностных характеристик межтеловых кейджей из углерод-углеродного композитного материала
Authors: Korzh M.O. , Kutsenko V.O. , Popov A.I. , Karpinsky M.Yu. , Karpinska O.D. , Subbota I.A. 
Published: April 2020

Актуальность. При хирургии позвоночника для межтелового спондилодеза используют преимущественно титановые имплантаты, которые бывают цельными или состоят из нескольких частей. Для онкоконтроля используют не только лабораторные методы обследования, но и компьютерную томографию (КТ) и магнитно-резистентную томографию (МРТ). На КТ в послеоперационном периоде с использованием металлоконструкции определяется эффект увеличения жесткости излучения или размытое изображение, а на МРТ — артефакт магнитной восприимчивости. Одним из перспективных материалов, который соответствует требованиям биосовместимости, прочностным свойствам и не имеет противопоказаний для лучевой диагностики, является углерод-углеродный композит. Цель: изучить в эксперименте прочностные характеристики межтеловых кейджей различных конструкций из углерод-углеродного композитного материала. Материалы и методы. Проведено экспериментальное исследование прочностных свойств межпозвонковых имплантатов для замещения удаленных позвонков. Все имплантаты были изготовлены из углерод-углеродного композитного материала. Было исследовано четыре типа фиксаторов позвонков по три образца: резьбовое соединение винта со стаканом, штифт с опорой на шайбы, штифт с опорой на шплинт, штифт с закреплением костным цементом. Результаты. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что конструкции с резьбовым соединением выдерживают нагрузки 956,7 ± 165,0 Н. Основной поломкой являются срезание резьбы и проседание винта. Образцы с 1 шайбой расширения выдерживают наибольшую нагрузку разрушения — 5000,0 ± 150,0 Н, с 2 шайбами расширения образцы были разрушены нагрузкой 4250,0 ± 88,9 Н, с 3 шайбами — при нагрузке 3083,3 ± 160,7 Н, то есть каждая дополнительная шайба расширения в конструкции статистически значимо уменьшает величину разрушающей нагрузки. Образцы со шплинтом выдерживают разрушительную сжимающую нагрузку в среднем 2833,3 ± 208,2 Н, которая приводила к разрушению стакана шплинтом, что вызвало проседание штифта. Испытания образцов без шплинта показали, что они способны выдержать статистически значимо большую разрушающую нагрузку в 5100,0 ± 100,0 Н. Больше всего сжимающие нагрузки выдерживают цельные конструкции, не имеющие мелких конструктивных элементов — резьбы или шплинта. Испытания образцов с цементом показали, что при раздвижении на 5 и 7 мм не произошли никакие разрушительные изменения при максимально возможной для экспериментальной установки нагрузке в 6000 Н. Выводы. Худшими оказались конструкции с резьбовым соединением, конструкции из шплинтов выдерживали втрое большую нагрузку до разрушения. И хотя резьбовые конструкции считаются довольно прочными, особенности материала (углерод), не соответствуют требованиям, которые предъявляют резьбовым соединениям. Углеродные материалы довольно хрупкие, поэтому и конструкции из шплинта также оказались несовершенными. Конструкции с шайбами расширения показали себя довольно неплохо, но увеличение высоты расширения имплантата приводило к уменьшению прочности конструкции, и как следствие, к уменьшению способности выдерживать нагрузки. Цельные конструкции оказались самыми выносливыми, а дополнительная прочность за счет цемента превратила их в монолитные сверхпрочные изделия.