Numerical investigation of a new type of artificial lumbar disc

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.

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.