Porovnání rozsahu pohybu reálné krční páteře psa s počítačovou simulací ? validace počítačového modelu.

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F62157124%3A16170%2F17%3A43876034" target="_blank" >RIV/62157124:16170/17:43876034 - isvavai.cz</a>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/68407700:21220/17:00314760 RIV/00064173:_____/17:N0000098

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Porovnání rozsahu pohybu reálné krční páteře psa s počítačovou simulací ? validace počítačového modelu.

Popis výsledku v původním jazyce

Úvod Ve vývoji nových nebo modifikaci stávajících chirurgických metod léčby páteře je nedílnou součástí experimentů ex vivo posouzení mechanických kinematikých i dynamických vlastností vytvořených konstrukcí. Cílem této studie bylo vytvořit vhodně validovaný počítačový model krční páteře psa za účelem získání nástroje bazálního výzkumu pro chirurgické aplikace v oblasti krční páteře. Pes je v tomto případě výhodným modelem z důvodu existence obdobných onemocnění krční páteře u některých plemen psů a lidí. Získaný model lze také využít ve výzkumu a klinické práci v oblasti veterinární medicíny. Materiál a metodika Pro vytvoření 3D modelu páteře bylo provedeno skenování krční páteře dobrmana na multidetektorovém počítačovém tomografu LightSpeed 16 (GE, Milwauke, USA). Data byla přenesena do programu Mimics 12 (Materialise HQ, Belgie), kde byly ze série CT snímků pomocí prahování segmentovány jednotlivé obratle. Geometrie obratlů byla exportována do programu Rhinoceros (McNeel North America, USA) k modelování a následně byla specializovaným programem Abaqus (Dassault Systemes, Francie) sledována odezva modelovaného systému fyziologické páteře na vnější zatížení metodou konečných prvků (MKP). Všechny výpočtové MKP simulace byly uvažovány jako nelineární kontaktní statické úlohy. V MKP analýzách byly sledovány velikosti úhlů mezi jednotlivými segmenty páteře v závislosti na provedené ventroflexi/dorziflexi. K validaci počítačových dat byly použity latero-laterální rentgenogramy krční páteře psů velkých plemen bez klinicky zjevných známek onemocnění krční páteře. Rentgenogramy byly zhotoveny v rozsahu pohybu krční páteře ve třech polohách: neutrální, maximální ventroflexe a maximální dorziflexe. Na rentgenogramech byly změřeny úhly sklonu jednotlivých obratlů ve sledovaných polohách páteře a prorovnány s hodnotami získanými v MKP analýzách počítačového modelu. Výsledky Z výsledků je patrné, že model fyziologické páteře testovaný metodou konečných prvků má velmi podobné mechanické chování jako fyziologická páteř psa. Největší zjištěný rozdíl mezi výslednými hodnotami byl pro dorziflexi segmentu C6-C7, respektive pro ventroflexi segmentu C4-C5. Závěr Porovnáním hybnosti krční páteře ve směru ventroflexe/dorziflexe na rentgenogramech reálných modelů se simulovaným počítačovým modelem metodou konečných prvků bylo zjištěno dosažení velmi dobré shody výsledků s minimální odchylkou. Lze tak pro další experimentální práce, jako prvotní pilíř základního výzkumu, využít takto validovaný počítačový model s předpokladem, že výsledky analýz metodou konečných prvků budou zatíženy pouze zanedbatelnou chybou. Počítačový model je z druhé strany pouze zjednodušeným systémem a v porovnání s reálnou situací nemůže plně zhodnotit dynamiku působení sil v čase, jejich proměnlivost a také individuální ovlivnění ze strany podpůrných tkání skeletu. Z výše uvedeného je patrné, že je potřeba zachovat určitou zdrženlivost při interpretaci získaných výsledků.

Název v anglickém jazyce

Comparison between the Range of Movement Canine Real Cervical Spine and Numerical Simulation ? Computer Model Validation

Popis výsledku anglicky

PURPOSE OF THE STUDY In developing new or modifying the existing surgical treatment methods of spine conditions an integral part of ex vivo experiments is the assessment of mechanical, kinematic and dynamic properties of created constructions. The aim of the study is to create an appropriately validated numerical model of canine cervical spine in order to obtain a tool for basic research to be applied in cervical spine surgeries. For this purpose, canine is a suitable model due to the occurrence of similar cervical spine conditions in some breeds of dogs and in humans. The obtained model can also be used in research and in clinical veterinary practice. MATERIAL AND METHODS In order to create a 3D spine model, the LightSpeed 16 (GE, Milwaukee, USA) multidetector computed tomography was used to scan the cervical spine of Doberman Pinscher. The data were transmitted to Mimics 12 software (Materialise HQ, Belgium), in which the individual vertebrae were segmented on CT scans by thresholding. The vertebral geometry was exported to Rhinoceros software (McNeel North America, USA) for modelling, and subsequently the specialised software Abaqus (Dassault Systemes, France) was used to analyse the response of the physiological spine model to external load by the finite element method (FEM). All the FEM based numerical simulations were considered as nonlinear contact statistic tasks. In FEM analyses, angles between individual spinal segments were monitored in dependence on ventroflexion/ /dorziflexion. The data were validated using the latero-lateral radiographs of cervical spine of large breed dogs with no evident clinical signs of cervical spine conditions. The radiographs within the cervical spine range of motion were taken at three different positions: in neutral position, in maximal ventroflexion and in maximal dorziflexion. On X-rays, ertebral inclination angles in monitored spine positions were measured and compared with the results obtain0ed from FEM analyses of the numerical model. RESULTS It is obvious from the results that the physiological spine model tested by the finite element method shows a very similar mechanical behaviour as the physiological canine spine. The biggest difference identified between the resulting values was reported in C6-C7 segment in dorsiflexion (?? = 5.95%), or in C4-C5 segment in ventroflexion (?? = -3.09%). CONCLUSIONS The comparisons between the mobility of cervical spine in ventroflexion/dorsiflexion on radiographs of the real models and the simulated numerical model by finite element method showed a high degree of results conformity with a minimal difference. Therefore, for future experiments the validated numerical model can be used as a tool of basic research on condition that the results of analyses carried out by finite element method will be affected only by an insignificant error. The computer model, on the other hand, is merely a simplified system and in comparison with the real situation cannot fully evaluate the dynamics of the action of forces in time, their variability, and also the individual effects of supportive skeletal tissues. Based on what has been said above, it is obvious that there is a need to exercise restraint in interpreting the obtained results.

Druh

J_imp - Článek v periodiku v databázi Web of Science

CEP obor

—

OECD FORD obor

40301 - Veterinary science

Projekt

—

Návaznosti

S - Specificky vyzkum na vysokych skolach

Rok uplatnění

2017

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Název periodika

Acta Chirurgiae Orthopaedicae et Traumatologiae Cechoslovaca

ISSN

0001-5415

e-ISSN

—

Svazek periodika

84

Číslo periodika v rámci svazku

2

Stát vydavatele periodika

CZ - Česká republika

Počet stran výsledku

5

Strana od-do

133-137

Kód UT WoS článku

000400881500009

EID výsledku v databázi Scopus

—