Устройство позвоночника человека: СТРОЕНИЕ ПОЗВОНОЧНИКА ЧЕЛОВЕКА. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ПОЗВОНКОВ

Строение позвоночника человека его отделы и функции, профилактика заболеваний

ГлавнаяДиагностика

Некрасова Анастасия Николаевна

Врач-терапевт

✓ Статья проверена доктором

С болью в спине могут столкнуться люди не только пожилого возраста, но и подростки и даже грудные дети. Боль эта может быть вызвана многими причинами: как усталостью, так и всевозможными заболеваниями, которые могли развиться со временем или быть от рождения.

Строение позвоночника человека его отделы и функции

Для того чтобы лучше понимать, откуда берутся болевые ощущения и что они могут означать, а также знать, каким образом правильно от них избавляться, поможет информация, каково строение позвоночника его отделы и функции. В статье мы рассмотрим анатомию этого отдела, подробно расскажем, какие функции выполняет позвоночник и как сохранить его здоровье.

Содержание

• Общее описание строения позвоночника
• Отделы позвоночника
• Видео – Наглядное изображение строения позвоночника
• Функции позвоночника
• Подробное строение позвонков
• Что из себя представляют межпозвоночные диски?
• Фасеточные суставы
• Возможные болезни
• Здоровье позвоночника
• Подводим итоги
• Диагностика — клиники в Москве
  • Клиника восточной медицины «Саган Дали»
  • Клиника «Диамед Марьина Роща»
  • Медицинский центр иммунокоррекции им. Р.Н. Ходановой
• Диагностика — специалисты в Москве
  • Батомункуев Александр Сергеевич
  • Перелыгина Елена Викторовна
  • Тихонова Римма Григорьевна

Общее описание строения позвоночника

Позвоночный столб имеет S-образную форму, благодаря чему он обладает упругостью – поэтому человек способен принимать различные позы, нагибаться, поворачиваться и прочее. Если бы межпозвоночные диски не состояли из хрящевой ткани, которая способна быть гибкой, то человек бы постоянно был зафиксирован в одном положении.

Форма позвоночника и его строение  обеспечивают сохранение баланса и прямохождение. На позвоночном столбе «держится» весь организм человека, его конечности и голова.

Позвоночник имеет S-образную форму, и поэтому обладает амортизирующим свойством и упругостью

Позвоночник представляет собой цепь позвонков, шарнирно разделяемых межпозвоночными дисками. Количество позвонков варьируется от 32 до 34 –  все зависит от индивидуального развития.

Отделы позвоночника

Позвоночный столб разделяется на пять отделов:

Название	Описание	Изображение
Шейный отдел	Он состоит из семи позвонков. Является самыми подвижным, поскольку человек постоянно совершает всевозможные движения, повороты и наклоны шеи и головы. Сам этот отдел имеет форму буквы «С», и выпуклая стороны обращена вперед. Через поперечные отростки шейных позвонков проходят кровеносные сосуды, обеспечивающие кровоснабжение головного мозга и мозжечка. Если в шейном отделе возникают какие-либо повреждения, например, грыжи или переломы, естественно, кровообращение в этой области сильно нарушается, и клетки мозга из-за недостаточного поступления крови и иных питательных веществ могут отмирать, человек может терять пространственную ориентацию (поскольку в области головы находится вестибулярный аппарат), страдать от сильных головных болей, а в глазах у него часто появляются «мурашки». Верхние шейные позвонки, имеющие название Атлант и Аксис, несколько отличны по строению от всех других . Первый не имеет тела позвонка, а состоит из передней и задней дужек, которые соединены утолщениями, состоящими из костной ткани. Второй же отличается специальным костный отростком, который называется зубовидным. Благодаря нему весь шейный отдел может быть гибким, чтобы человек мог поворачивать головой.
Грудной отдел	Состоит из 12 позвонков, в которым прикрепляются ребра, образуя полную грудную клетку. Именно в этой области расположено большинство основных внутренних органов, и поэтому грудной отдел является практически неподвижным. Несмотря на это, повредить его можно, и это очень опасно: вместе с этим могут повредиться и иные системы организма. Тела позвонков имеют свойство увеличиваться, поскольку на них оказывается некоторая нагрузка – это связано с расположением органов и дыханием. Также позвонки в этом отделе отличаются тем, что они имеют специальные реберные полуямки (по две на каждый), в которые «входят» сами ребра. Внешне этот отдел также напоминает букву «С», но, в отличие от шейного, она выпуклая назад.
Поясничный отдел	Состоит из пяти позвонков. Несмотря на то что отдел довольно небольшой, он выполняет важнейшие функции во всей опорно-двигательной системе, а именно принимает практически всю нагрузку, которая оказывается на организм. И позвонки здесь наиболее крупные. Правда, случается и такое, когда происходит некая патология – люмбализация, при которой в поясничном отделе человека появляется шестой позвонок, не несущий никакой пользы, но и не мешающий нормальной жизни. Поясничный отдел имеет физиологический лордоз – это небольшой нормальный изгиб вперед. Если он превышает допустимую норму, значит, человек страдает каким-либо заболеванием. Именно поясничный отдел более всего отвечает за подвижность ног, при этом испытывая нагрузку с верхней половины туловища. Поэтому стоит быть крайне осторожным при выполнении каких-либо физических упражнений или подъеме тяжестей, потому что при неправильном выполнении этого пострадает именно поясничный отдел – в нем начинают «стираться» межпозвоночные диски, что приводит к грыжам, которые так часто возникают в этой области.
Крестцовый отдел	Состоит из пяти позвонков, которые срастаются и сформировываются в треугольную кость. Она выполняет функцию связи верхней части позвоночного столба с тазовой костью. Правда, срастаются они не сразу, а лишь к 25 годам – у грудных детей и подростков крестцовый отдел еще обладает некой подвижностью, а потому он уязвим перед травмами. Крестец обладает несколькими отверстиями, через которые проходят нервные ткани, благодаря чему нервной «чувствительностью» обладают мочевой пузырь, прямая кишка и нижние конечности.
Копчиковый отдел	Состоит из трех или пяти позвонков – в зависимости от индивидуальных особенностей. По сути он является рудиментарным, однако при этом он выполняет ряд важнейших функций. Например, у женщин он является подвижным, что помогает при вынашивании младенца и при родах. У всех людей он является связующим звеном для мышц и связок, которые участвуют в работе мочеполовой системы и кишечника. Также копчик регулирует правильное разгибание бедер и помогает правильно распределять нагрузку, особенно тогда, когда человек находится в сидячем положении: именно копчик позволяет не разрушаться позвоночнику, когда человек сидит, хотя при этом нагрузка на его позвоночник является огромной. Если бы копчиковый отдел не «перенимал» часть ее на себя, позвоночник бы легко травмировался.

Видео – Наглядное изображение строения позвоночника

Функции позвоночника

 У позвоночного столба есть несколько функций:

• Опорная функция. Позвоночный столб – опора для всех конечностей и головы, и именно на него оказывается наибольшее давление всего тела. Опорную функцию выполняют также диски и связки, однако позвоночник принимает на себя самый большой вес – около 2/3 от общего. Этот вес он перемещает на ноги и таз. Благодаря позвоночнику все объединяется в одно целое: и голова, и грудная клетка, и верхние и нижние конечности, а также плечевой пояс.
• Защитная функция. Позвоночник выполняет важнейшую функцию – он защищает спинной мозг от различных повреждений. Он является «управляющим центром», который обеспечивает правильную работу мышц и скелета. Спинной мозг находится под сильнейшей защитой: окружен тремя костными оболочками, укреплен связками и хрящевой тканью. Спинной мозг контролирует работы нервных волокон, которые от него отходят, поэтому можно сказать, что каждый позвонок отвечает за работу определенного участка организма. Система эта очень слаженна, и если какой-либо ее компонент будет нарушен, то последствия будут отзываться и в других областях человеческого тела.

Позвоночник выполняет массу жизненно важных функций, без которых человек просто не смог бы прожить

• Двигательная функция. Благодаря эластичным хрящевым межпозвоночным дискам, располагающимся между позвонками, человек имеет возможность двигаться и поворачиваться в любом направлении.
• Амортизационная функция. Позвоночник благодаря своей изогнутости гасит динамические нагрузки на тело при ходьбе, прыжках или поездке в транспорте. Благодаря такой амортизации позвоночный столб создает противоположное опоре давление, и человеческий организм не страдает. Мышцы играют также немаловажную роль: если они находятся в развитом состоянии (например, благодаря регулярных занятиям спортом или физкультурой), то позвоночник испытывает меньшее давление.

Цены на ортопедическую обувь

Подробное строение позвонков

Позвонки имеют сложное строение, при этом в разных частях позвоночника они могут отличаться.

 

Если вы хотите более подробно узнать, сколько костей в позвоночнике и каковы их функции, вы можете прочитать статью об этом на нашем портале.

 

Позвонок состоит из костной перекладины, сложенной из внутреннего губчатого вещества, и внешнего вещества, которое представляет собой пластинчатую костную ткань.

Каждое вещество имеет свою функцию. За прочность и хорошее сопротивление отвечает губчатое вещество, а компактное, внешнее, является упругим и позволяет позвоночнику выдерживать различные нагрузки. Внутри самого позвонка находится красный мозг, который отвечает за кроветворение. Костная ткань постоянно обновляется, благодаря чему не теряет прочности долгие годы. Если в организме налажен обмен веществ, то проблем с опорно-двигательной системой не возникает. А когда человек постоянно занимается умеренными физическими нагрузками, то обновление тканей происходит более ускоренно, чем при сидячем образе жизни – это тоже залог здоровья позвоночника.

Строение позвонка

Позвонок состоит из следующих элементов:

• тело позвонка;
• ножки, которые располагаются по обе стороны позвонка;
• два поперечных и четыре суставных отростка;
• остистый отросток;
• позвоночный канал, в котором располагается спинной мозг;
• дуги позвонка.

Тело позвонка находится спереди. Та часть, на которой расположены отростки, находится сзади. К ним прикреплены мышцы спины – благодаря им позвоночник может гнуться и не разрушаться. Для того чтобы позвонки были подвижными и не стирались друг об друга, между ними расположены межпозвоночные диски, которые состоят из хрящевой ткани.

Позвоночный канал, являющийся проводником для спинного мозга, складывается из позвоночных отверстий, которые создаются благодаря дугам позвонков, прикрепленных к ним сзади. Они необходимы для того, чтобы спинной мозг был максимально защищен. Он тянется от самого первого позвонка до середины поясничного отдела, а дальше от него отходят нервные корешки, которые также нуждаются в защите. Всего таких корешков – 31, и они распространяются по всему телу, что обеспечивает организму чувствительность во всех отделах.

Расположение дуги в позвонке

Дуга является основой для всех отростков. Остистые отростки отходят от дуги назад, и служат для ограничения амплитуды движений и защиты позвоночника. Поперечные отростки находятся по бокам дуги. Они имеют специальные отверстия, через которые проходят вены и артерии. Суставные отростки расположены по два сверху и снизу позвонковой дуги, и необходимы для правильного функционирования межпозвоночных дисков.

Строение позвонка организовано таким образом, чтобы вены и артерии, проходящие в области позвоночника, а главное – спинной мозг и все нервные окончания, отходящие от него, были максимально защищены. Для этого они и находятся в такой плотной костной оболочке, разрушить которую непросто. Природа сделала все, чтобы защитить жизненно важные части организма, и человеку остается лишь сохранять позвоночник в целости.

Цены на ортопедические корсеты и корректоры осанки

Что из себя представляют межпозвоночные диски?

Межпозвоночные диски состоят из трех основных частей:

• Фиброзное кольцо. Это костное образование, состоящее из множества слоев пластин, которые соединены при помощи коллагеновых волокон. Именно такое строение обеспечивает ему высочайшую прочность. Однако при нарушенном обмене веществ или недостаточной подвижности ткани могут истончаться, и, если на позвоночник оказывается сильное давление, фиброзное кольцо разрушается, что приводит к различным заболеваниям. Также оно обеспечивает связь с соседними позвонками и предотвращает их смещение.
• Пульпозное ядро. Оно располагается внутри фиброзного кольца, которое плотно его окружает. Ядро представляет собой образование, по структуре похожее на желе. Оно помогает позвоночнику выдерживать давление и снабжает его всеми необходимыми питательными веществами и жидкостью. Также пульпозное ядро создает дополнительную амортизацию благодаря своей функции поглощения и отдачи жидкости.
  При разрушении фиброзного кольца ядро может выпятиться – такой процесс в медицине называют межпозвоночной грыжей. Человек испытывает сильные боли, поскольку выпятившийся фрагмент давит на проходящие рядом нервные отростки. О симптомах и последствиях грыжи подробно рассказывается в других публикациях.
• Диск снизу и сверху покрывают замыкательные пластинки, которые создают дополнительную прочность и упругость.

Строение межпозвоночного диска

Если межпозвоночный диск каким-либо образом подвергается разрушению, то связки, расположенные рядом с позвоночником и входящие в позвоночный сегмент, стараются всячески компенсировать нарушение работы –  срабатывает защитная функция. Из-за этого развивается гипертрофия связок, которая может привести к сдавливанию нервных отростков и спинного мозга. Такое состояние называется стенозом позвоночного канала, и избавиться от него можно лишь оперативным методом лечения.

Фасеточные суставы

Между позвонками, кроме межпозвоночных дисков, располагаются и фасеточные суставы. Иначе их называют дугоотросчатыми. Соседние позвонки соединяются при помощи двух таких суставов – они пролегают с двух сторон дуги позвонка. Хрящ фасеточного сустава очень гладкий, благодаря чему трение позвонков значительно сокращается, и это нейтрализует возможность возникновения травм. Фасеточный сустав включает в свое строение менискоид – это отростки, заключенные в суставной капсуле. Менискоид является проводником кровеносных сосудов и нервных окончаний.

Расположение фасеточного сустава

Фасеточные суставы вырабатывают специальную жидкость, которая питает и сам сустав, и межпозвоночный диск, а также «смазывает» их. Она называется синовиальной.

Благодаря такой сложной системе позвонки могут свободно двигаться. Если фасеточные суставы подвергнутся разрушению, то позвонки сблизятся и подвергнутся истиранию. Поэтому важность этих суставных образования сложно переоценить.

Возможные болезни

Структура и строение позвоночника очень сложны, и если хоть что-то в нем перестанет правильно работать, то весь это отражается на здоровье всего организма. Существует масса различных болезней, способных возникнуть в позвоночнике.

Название	Изображение	Описание
Болезнь Бехтерева		Иначе это заболевание называют анкилозирующим спондилитом. Из-за попавшей в организм инфекции или активизации антигена у человека воспаляются межпозвоночные суставы, а с развитием заболевания весь позвоночник постепенно начинает покрываться кальциевыми наростами, которые со временем становятся твердой костной тканью. Человек становится словно «закованным» в костные оковы, из-за чего он не может принять любую позу – ему приходится постоянно быть в согнутом положении. Чаще всего такое заболевание возникает у мужчин, однако у женщин оно также встречается. Подробнее об этом заболевании вы сможете прочитать по ссылке, указанной в первом столбце.
Грыжа межпозвоночного диска различных отделов		Межпозвоночная грыжа может образоваться по различным причинам: например, из-за чрезмерного перенапряжения или же наоборот – из-за сидячего образа жизни при отсутствии умеренной физической нагрузки. Возникнуть она может в человека абсолютно любого возраста. Грыжа позвоночника – это выпятившееся из фиброзного кольца пульпозное ядро. Избавиться от нее можно и безоперационным методом – подробнее о лечении вы сможете прочитать по ссылке, указанной в первом столбце.
Рак позвоночника		Такое заболевание встречается не слишком часто, однако, к сожалению, оно относится к наиболее опасным. Рак позвоночника может проявляться в различных видах в зависимости от места его возникновения. Если вовремя его обнаружить и начать лечение, то избавиться от него можно будет без операции и с минимальными для здоровья потерями. Никто не застрахован от такого заболевания, однако если применять профилактические меры, то риск заболеть раком значительно уменьшается. О том, что можно сделать, чтобы вылечить такую болезнь или избежать ее, вы сможете прочитать в статье, ссылка на которую находится в первом столбце.
Остеохондроз		Остеохондроз является одной из самых распространенных заболеваний. Чаще всего он возникает у людей возрастом от 35 лет. Симптомы его наблюдаются у 9 из 10 человек. К счастью, от такого заболевания можно избавиться достаточно просто, и если сделать это максимально быстро, то неприятных последствий не будет. А чтобы его не возникло, достаточно избегать сидячего образа жизни и заниматься физкультурой как можно чаще – конечно, в умеренных дозах. Характерен остеохондроз дискомфортом в спине, нарушением осанки, слабости и некоторой потерей чувствительности.
Остеопороз		Хроническое заболевание костной ткани, которое характерно повышенной ломкостью костей. Следовательно, пациенты, страдающие остеопорозом, больше подвержены риску различных переломов и травм позвоночника. Появляется оно из-за недостатка кальция, ухудшения обмена веществ и сидячего образа жизни. У больного остеопорозом перелом может появиться даже от незначительного повреждения, например, падения или резкого поворота. Очень часто люди живут с остеопорозом и даже не подозревают, что у них есть такое заболевание, поскольку его симптомы довольно общие: быстрая утомляемость, периодические боли в спине и проблемы с ногтями и зубами. Лечением остеопороза могут стать специальные физические упражнения и прием витаминов и медикаментов.

Здоровье позвоночника

Читая о многочисленных заболеваниях, люди задаются вопросом: как сохранить свой позвоночник в здоровом состоянии? Для этого существуют определенные профилактические меры, которых советуют придерживаться людям любого возраста.

• Заботьтесь о своей осанке: для этого можно 5-10 минут в день ходить с книгой на голове, а вне дома просто контролировать положение спины. Вы можете поставить себе напоминание на смартфон для того, чтобы никогда не забывать о ровной спине.
• Занимайтесь физкультурой. Посещение зала пару раз в неделю или выполнение упражнений дома пойдут на пользу, если делать все правильно и умеренно.

Регулярные занятия физкультурой защитят вас от возникновения болезней позвоночника

• Следите за весом. Лишний вес создает сильную нагрузку на позвоночник, и, кроме этого, приносит массу других проблем. Лучше вовремя от него избавляться и контролировать питание.
• Следите за выводом токсинов. Для этого необходимо пить много воды, а также правильно питаться. Из-за накопления токсинов может замедлиться обмен веществ, что приведет к заболеваниям позвоночника.
• Избегайте ненужного поднятия тяжестей. Лучше не переносить тяжелые предметы, если вы для этого не подготовлены.

Цены на пояса для спины

Подводим итоги

Строение позвоночника является сложнейшим образованием. Природа создала опорно-двигательную систему так, чтобы все важные части организма были под защитой. Человеку остается сохранять здоровье позвоночника на протяжении всей жизни.

Если вы хотите более подробно узнать, строение позвоночника, а именно поясничного отдела, вы можете прочитать статью об этом на нашем портале.

Диагностика — клиники в

Выбирайте среди лучших клиник по отзывам и лучшей цене и записывайтесь на приём

Семейные

Клиника «Диамед Марьина Роща»

Москва , Шереметьевская ул. , 27, 1 этаж

Марьина Роща

8 (499) 112-20-64

• Консультация от 1600
• Ударно-волновая терапия от 1200
• Рефлексотерапия от 2200

9 1 Написать свой отзыв

Показать все клиники Москвы

Диагностика — специалисты в Москве

Выбирайте среди лучших специалистов по отзывам и лучшей цене и записывайтесь на приём

Показать всех специалистов Москвы

Рекомендуем статьи по теме

Травмы шеи — Первая помощь

• Повреждение шейного отдела позвоночника

  Достаточно серьезной травмой является повреждение шейного отдела позвоночника, которое может развиться, например, при дорожно-транспортном происшествии (при ударе сзади или наезде на препятствие может возникнуть так называемая «хлыстовая» травма, приводящая к повреждению шейных позвонков вследствие резкого разгибания или резкого сгибания шеи), падении с высоты, нырянии и т. д. При травме шейного отдела позвоночника с повреждением спинного мозга пострадавший может быть в сознании, но полностью или частично обездвижен. Вывихи и переломы шейных позвонков проявляются резкой болью в области шеи. Пострадавший может поддерживать голову руками, мышцы шеи будут напряжены.

• Экстренное извлечение

  При экстренном извлечении пострадавшего необходимо использовать фиксацию шеи рукой.

• Перемещение пострадавшего

  При перемещении пострадавшего необходимо фиксировать его голову и шею вручную предплечьями.

• Подручные средства для фиксации шейного отдела позвоночника

  В качестве подручных средств для фиксации шейного отдела позвоночника могут быть использованы элементы одежды (курка, свитер и т. п.), которые оборачивают вокруг шеи, предотвращая сдавление мягких тканей и органов шеи, но добиваясь того, чтобы края импровизированного воротника туго подпирали голову.

• Наличие в оснащении табельных устройств для фиксации шейного отделал позвоночника

  При наличии в оснащении табельных устройств для фиксации шейного отдела позвоночника (шейные воротники, шейные шины) необходимо использовать их в соответствии с их инструкциями по применению. Подобные устройства накладываются вдвоем, при этом один из участников оказания первой помощи фиксирует голову и шею пострадавшего своими руками, помощник располагает заднюю часть воротника на задней поверхности шеи пострадавшего. После этого загибает переднюю часть вперед и фиксирует (способ фиксации определяется конструкцией воротника).

Оказание первой помощи

При оказании первой помощи следует помнить, что смещение поврежденных шейных позвонков может привести к тяжелым последствиям, вплоть до остановки дыхания и кровообращения.

Необходимо исключить дополнительную травму и возможность повреждения спинного мозга при извлечении и перемещении пострадавшего. Для этого необходимо вручную поддерживать голову в положении, ограничивающем движение, дожидаясь прибытия скорой медицинской помощи.

Скачать видео

Поделиться:

Другие статьи

Извлечение и перемещение пострадавшего Кровотечения Травмы позвоночника Оптимальное положение тела пострадавшего

Эта статья полезна?

82,9% посетителей считают статью полезной

Да Нет

3D Robotic Spine «Twin» предлагает новый способ предварительного просмотра хирургических процедур

• ДОМ
• ОТДЕЛ НОВОСТЕЙ
• ИССЛЕДОВАТЬ
• 3D Robotic Spine «Twin» предлагает новый способ предварительного просмотра хирургических процедур

Этот новый подход может предоставить хирургам данные из первых рук для сравнения эффектов различных хирургических вмешательств для лечения заболеваний позвоночника до операции и потенциально снизить частоту осложнений и неудач при имплантации искусственного диска.

---

Дегенеративное заболевание диска поражает около 40 процентов людей в возрасте 40 лет, увеличиваясь примерно до 80 процентов среди людей в возрасте 80 лет и старше. Заболевание, представляющее собой повреждение одного или нескольких межпозвонковых дисков позвоночника, часто лечится хирургическим путем с помощью имплантатов шейных дисков.

Чтобы определить, является ли пациент кандидатом на имплантацию шейного диска, хирурги должны полагаться в первую очередь на результаты диагностических исследований без каких-либо данных биомеханических данных для оптимизации типа протеза. Иногда это может привести к осложнениям и отторжению имплантата.

Чтобы решить эти проблемы, Эрик Энгеберг из Атлантического университета Флориды, доктор философии, старший автор исследования, и исследователи из Колледжа инженерии и компьютерных наук , в сотрудничестве с Фрэнком Врионисом, доктором медицинских наук, старшим автором исследования и директором Института неврологии Маркуса, входящего в состав Baptist Health, создали новую роботизированную копию человеческого позвоночника, чтобы хирурги могли предварительно оценить результаты хирургических вмешательств до операции. операция.

Исследователи разработали напечатанную на 3D-принтере копию позвоночника, модифицированную для включения имплантата искусственного диска и снабженную массивом магнитно-мягких датчиков. Институт неврологии Маркуса имеет свой центр в кампусе региональной больницы Бока-Ратон и вспомогательные помещения в больнице Бетесда в Бойнтон-Бич и Дирфилд-Бич.

Роботизированная модель позвоночника для конкретного пациента была основана на компьютерной томографии позвоночника человека. Модифицированный искусственный диск был «имплантирован» в копию шейного отдела позвоночника, а мягкий магнит был встроен в копию позвонка. Роботизированная рука сгибала и разгибала копию шейного отдела позвоночника, в то время как межпозвонковые нагрузки контролировались с помощью массива мягких магнитных датчиков для классификации положения позвоночника с помощью четырех различных алгоритмов машинного обучения. Алгоритмы классифицировали амплитуду и места приложения внешних нагрузок. Затем исследователи сравнили возможности алгоритмов для классификации пяти различных положений роботизированной копии человеческого позвоночника (центральное, среднее сгибание, сгибание, среднее разгибание и разгибание).

Результаты исследования, опубликованные в журнале Датчики , показали, что система магнитно-мягких датчиков обладает высокой способностью классифицировать пять различных положений позвоночника со 100-процентной точностью, что может быть предиктором различных проблем с позвоночником, с которыми сталкиваются люди. Эти результаты показывают, что интеграция массива магнитомягких датчиков в искусственный диск, «имплантированный», роботизированная копия позвоночника, может генерировать физиологически значимые данные перед инвазивными операциями, которые можно использовать до операции для оценки пригодности конкретного вмешательства для конкретных пациентов.

«Метод гибких магнитных датчиков — это новый метод создания мягких и растяжимых магнитов путем смешивания силикона с магнитным порошком», — сказал Энгеберг, профессор кафедры океанографии и машиностроения Колледжа инженерии и компьютерных наук, член FAU. Центр сложных систем и наук о мозге в Научном колледже Чарльза Э. Шмидта, а также член Института мозга Стайлза-Николсона FAU. «Эти датчики недороги, высокочувствительны и легко интегрируются в роботизированные системы, поскольку с мягкой средой можно манипулировать разными формами и размерами».

В дополнение к предоперационной оценке пригодности конкретного вмешательства для конкретных пациентов, этот новый подход потенциально может помочь в послеоперационном уходе за людьми с имплантатами шейных дисков. В настоящее время послеоперационные инструкции для пациентов с имплантатами позвоночника носят качественный характер (делайте столько, сколько сможете, пока не начнется боль), что вызывает опасения как у пациента, так и у хирурга. Вопросы относительно того, сколько сгибаний, подъемов и физических упражнений допустимо после операции по установке шейного имплантата, можно изучить и сопоставить с биомеханическими данными, полученными с помощью сенсорной роботизированной копии, с индивидуально подобранным послеоперационным уходом, который может быть назначен для уменьшения осложнений.

«Этот новый подход обладает мощным потенциалом, позволяющим хирургам предварительно просматривать и сравнивать эффекты различных хирургических вмешательств в зависимости от конкретного пациента с использованием роботизированных близнецов позвоночника», — сказал Врионис. «Более того, новая система может помочь в определении того, какое устройство с ограничениями, полуограничениями или без ограничений лучше всего подойдет или даже устройство слияния. После операции копия позвоночника также может помочь нам оценить, достаточно ли движения на прооперированном уровне, и, возможно, помочь нам определить, нужно ли нам изменить программу реабилитации, чтобы предотвратить кальцификацию и последующую потерю предполагаемой подвижности».

Исследователи говорят, что в будущем этот датчик также потенциально может быть связан с компьютерной томографией для решения проблемы искривления позвоночника.

«Наш новый подход может предоставить хирургам данные из первых рук для сравнения эффектов различных хирургических вмешательств для лечения заболеваний позвоночника до операции и потенциально снизить частоту осложнений и неудач при имплантации искусственного диска», — сказал соавтор исследования. Чи-Тай Цай, доктор философии, профессор кафедры океанологии и машиностроения ФАУ.

Соавторы исследования: Маохуа Линь, доктор философии, научный сотрудник; и Моаед А. Абд, доктор философии. студентка и научный сотрудник кафедры океанологии и машиностроения FAU; и Алекс Тайнг, студентка бакалавриата Университета Вирджинии.

Исследователи разработали напечатанную на 3D-принтере копию позвоночника, модифицированную для включения имплантата искусственного диска и снабженную массивом магнитно-мягких датчиков.

 

-FAU-

Метки: технология | студенты | преподаватели и сотрудники | исследования | машиностроение

Категории

---

Machines, модель программного обеспечения, помогающая создавать более совершенные спинальные имплантаты

20 июля 2005 г.

Машины, модель программного обеспечения, помогающая создавать более совершенные спинальные имплантаты

WEST LAFAYETTE, Ind. Инженеры-механики и биомедицины из Университета Пердью разработали специализированные гидравлические машины и программное обеспечение, чтобы помочь промышленности создавать более качественные и долговечные имплантаты для людей, страдающих травмами позвоночника, заболеваниями и возрастным износом.

Компании, производящие ортопедические устройства, пытаются разработать имплантаты, которые будут вести себя как естественные диски и сухожилия в позвоночнике, сказал Бен Хиллберри, профессор машиностроения, который возглавляет исследования и работает в Школе биомедицинской инженерии Purdue Weldon.

Инженеры используют машины для тестирования имплантатов как для нижней части спины, или поясничного отдела позвоночника, так и для шейного отдела позвоночника, или области шеи. Имплантаты прикрепляются к позвоночникам трупов, а затем позвоночники тестируются на симуляторе позвоночника Purdue, гидравлической машине, которая воссоздает естественные движения позвоночника и показывает, как имплантаты выдерживают повседневную деятельность.

Данные экспериментов также используются для проверки сложной компьютерной модели, которую компании будут использовать для тестирования имплантатов. Программное обеспечение представляет собой «модель конечных элементов», приложение, широко используемое в промышленности, которое содержит ряд геометрических фигур, таких как прямоугольники и треугольники, каждая из которых предоставляет конкретные данные, описывающие прочность детали и другие характеристики.

«Создание имплантатов для позвоночника сопряжено с интересными проблемами, отличными от тех, с которыми сталкиваются при создании имплантатов для других частей тела, таких как бедра и колени», — сказал Эрик Науман, доцент кафедры машиностроения.

Некоторые имплантаты из титана и других материалов используются для лечения таких состояний, как артрит, в случаях, когда часть позвоночника была удалена. Имплантаты в виде брекетов, называемые «мостами на ножке», помогают сохранить стабильность позвоночника после удаления пораженной части. Другие имплантаты включают искусственные диски для замены дисков, поврежденных в результате износа или болезней в нижней части спины и шейном отделе.

Одна из машин, разработанных инженерами Purdue, используется специально для тестирования имплантатов для шейного отдела позвоночника.

«В шейном отделе позвоночника происходит гораздо больше движений, чем в поясничном отделе, поэтому с помощью этого аппарата мы в первую очередь проверяем, насколько хорошо имплантаты будут выдерживать износ в течение примерно 10 лет», — сказал Шрикант Гаякар, выпускник. студент машиностроительного факультета. «Мы воспроизводим диапазон движений, наблюдаемых в человеческой шее».

Аппарат тестирует шарообразные имплантаты, например те, которые вставляются во время операций по замене поврежденных частей шейного отдела позвоночника.

«Для того, чтобы имплантаты были одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, необходимо показать, что они могут выдержать 10 миллионов циклов или 10 миллионов движений, что соответствует примерно 10 годам жизни», — сказал Хиллберри. «Наша цель — выполнить 10 миллионов циклов за четыре месяца».

Исследователи Purdue испытывают машины, чтобы соответствовать стандартам, установленным Американским обществом испытаний и материалов.

Машины для шейного отдела позвоночника сконструированы таким образом, что многие машины могут быть объединены в серию, что позволяет компаниям тестировать различные имплантаты в одинаковых условиях и в одинаковых условиях.

В то время как изнашивание является основной проблемой в шейном отделе позвоночника, повреждения в результате травм и болезней представляют собой самые большие проблемы в нижней части спины.

Симулятор позвоночника воссоздает напряжения и диапазон движений, с которыми сталкивается человеческий позвоночник, включая скручивание и изгибание в различных направлениях, сказал Джереми Уэйд, аспирант машиностроения, участвующий в исследованиях с использованием этого тренажера. Симулятор был вдохновлен хирургом-ортопедом Джоном Горупом, который практикует в Лафайете, штат Индиана, и был разработан Бет Галле, которая в 2004 году окончила Университет Пердью со степенью магистра машиностроения9. 0013

«Немногие машины могут воспроизводить движения человеческого позвоночника Я знаю только одну из представленных на рынке», — сказал Уэйд.

Исследователи также используют симулятор позвоночника для тестирования имплантатов, которые заменяют больные «фасеточные суставы». Фасеточные суставы часто повреждаются артритом, и обычно их лечат путем введения в них соединений, облегчающих боль. В отличие от других пораженных артритом суставов, таких как тазобедренные, коленные и плечевые, фасеточные суставы до недавнего времени не удалялись и не заменялись искусственными имплантатами.

«Артрит позвоночника ужасен», — сказал Науман. «Это один из худших видов дегенерации скелета, который вы можете получить».

Текущие методы лечения некоторых заболеваний позвоночника включают сращивание нескольких позвонков.

«Проблема со сросшимися позвонками заключается в том, что из-за того, что вы сращиваете части вместе, и вещи не двигаются так, как раньше, окружающие позвонки в конечном итоге повреждаются, и вы как бы настраиваете себя на новые медицинские осложнения и процедуры в будущем, — сказал Науман. «Чего сейчас не существует, так это действительно хорошего способа восстановить естественное движение позвоночника, облегчить боль и предотвратить повреждение окружающих частей позвоночника».0013

«По сути, медицинское сообщество пытается создать новые устройства, которые дублируют естественные движения позвоночника вместо того, чтобы обездвиживать поврежденный участок».

Хиллберри и Кимберли Кампана, докторант биомедицинской инженерии, работают с Archus Orthopedics Inc., компанией в Редмонде, штат Вашингтон, над разработкой инструментов математического моделирования, которые позволят ускорить разработку имплантатов следующего поколения.

«Конструкции будущего могут в конечном итоге использоваться в сочетании с полной заменой диска, что позволит восстановить функцию на любом уровне позвоночника, так же, как в настоящее время достигается полная замена тазобедренного и коленного суставов», — сказал Хорхе Очоа, вице-президент по исследованиям и разработкам. и главный технический директор Archus Orthopedics.

С этой целью компания недавно получила разрешение на имплантацию своей системы тотальной фасеточной артропластики в Европе и этим летом начнет одобренные FDA клинические испытания устройства в Соединенных Штатах.

Система предназначена для того, чтобы позволить врачам хирургически манипулировать поясничным отделом позвоночника, чтобы уменьшить давление на нервы путем удаления любой ткани, которая может сдавливать их, и устранения других источников боли, включая суставные фасеточные суставы, без необходимости сращивания позвоночника для восстановления стабильности. — сказал Очоа.

«Применение трехмерных вычислительных моделей, таких как модель, разрабатываемая в Purdue, позволит таким компаниям, как Archus, снизить стоимость разработки имплантатов и увеличить скорость реализации нового продукта», — сказал Очоа.

В настоящее время врачи используют дисковые протезы, но их трудно вставить в позвоночник.

«Эти имплантаты сложно вставить, потому что основные артерии расположены вдоль позвоночника», — сказал Хиллберри. «Если имплантат не предназначен для точного размещения в позвоночнике конкретного человека, позвоночник может фактически вытолкнуть его во время операции, в результате чего искусственная часть перережет крупный кровеносный сосуд, проходящий вдоль позвоночника».0013

«Если это произойдет, пациент может умереть на операционном столе. Одно из преимуществ этой модели заключается в том, что она может сказать вам, будет ли имплант извлечен до того, как он будет введен пациенту.»

Трехмерная модель также обещает помочь компаниям сократить расходы.

«Компания, разрабатывающая имплантат, может протестировать его на этой модели, — сказал Кампана. «Это довольно быстро и недорого в использовании, поэтому компании могут получить представление о том, как будет работать их имплантат, и они могут вносить небольшие модификации, не заказывая 10 трупов, что является дорогостоящим».0013

«Компании могут использовать эту модель в качестве виртуальной тестовой машины».

Использование тестов с трупными позвоночниками имеет большое ограничение: позвоночникам не хватает стабильности мышц, которые существуют в реальных позвоночниках, которые содержат сложную сеть позвонков, связок и мышц. Исследователи Purdue в настоящее время добавляют мышцы к модели моделирования позвоночника, чтобы сделать ее более реалистичной.

«Это чрезвычайно сложно, потому что вы пытаетесь смоделировать взаимодействие всех связок, мышц, хрящей и костей в позвоночнике», — сказал Науман.

Эта модель также станет новым инструментом для исследователей, изучающих остеопороз.

«Единственным ограничением симулятора позвоночника является то, что его нельзя использовать для тестирования позвоночника, пораженного остеопорозом, потому что он слишком хрупкий», — сказал Науман. «Таким образом, Ким сможет смоделировать то, что происходит в позвоночнике при остеопорозе.

«С помощью этой модели мы можем изучить эффективность имплантатов, используемых для лечения людей с остеопорозом, а также мы можем протестировать эффекты некоторых лекарственных препаратов, которые должны увеличивать костную ткань позвоночника».

Эту модель также можно использовать для разработки более эффективных способов выпрямления позвоночника у людей со сколиозом или искривлением позвоночника.

Хиллберри начал исследования по созданию искусственных коленей в 1970-х годах, а в 1992 году приступил к разработке вычислительной модели позвоночника. Модель углубляется в «кинематику», или точные движения позвоночника.

Предыдущая работа по разработке вычислительной модели финансировалась через Фонд исследований и технологий Индианы 21-го века, созданный штатом Индиана для продвижения исследований в области высоких технологий и помощи в коммерциализации инноваций.

Инженеры работают над текущими исследованиями в Центре исследований паралича Школы ветеринарной медицины Пердью.

Писатель: Эмиль Венере, (765) 494-4709, [email protected]

Источники: Бен Хиллберри, (765) 494-5721, (765) 714-6297 (сотовый), [email protected]

Эрик Науман, (765) 494-8602, [email protected]

Хорхе Очоа, (425) 869-2100, доб. 246, [email protected]

Ким Кампана, [email protected]

Джереми Уэйд, [email protected]

Шрикант Гаякар, sgayaka@purdue.