Алексей Владимирович Пелеганчук – кандидат медицинских наук, научный сотрудник, заведующий отделением
Новосибирск
Aleksey V. Peleganchuk – Candidate of Medical Sciences, Researcher, Head of Department
Novosibirsk
Эминжон Неъматович Тургунов – аспирант
Новосибирск
Eminjon N. Turgunov – Postgraduate Student
Novosibirsk
Евгений Андреевич Мушкачев – младший научный сотрудник
Новосибирск
Evgeny A. Mushkachev – Junior Researcher
Novosibirsk
Наталья Виталиевна Федорова – кандидат технических наук, научный сотрудник
Новосибирск
Natalya V. Fedorova – Candidate of Technical Sciences, Researcher
Novosibirsk
Максим Николаевич Данилов – младший научный сотрудник
Новосибирск
Maxim N. Danilov – Junior Researcher
Novosibirsk
Андрей Александрович Корыткин – кандидат медицинских наук, директор
Новосибирск
Andrey A. Korytkin – Candidate of Medical Sciences, Director
Novosibirsk
Виталий Викторович Павлов – доктор медицинских наук, руководитель отделения
Новосибирск
Vitaly V. Pavlov – Doctor of Medical Sciences, Head of Department
Novosibirsk
Введение. Успех лечения пациентов с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями позвоночника, а также с сопутствующим поражением тазобедренного сустава зависит от понимания биомеханики движений в позвоночно-тазовом сегменте. При тщательном анализе биомеханических процессов, происходящих в системе позвоночник-таз при переходе из положения стоя в положение сидя, становится ясно, что ацетабулярная ось вращения таза в пространстве не является единственной.
Цель. Отработать и апробировать виртуальную модель таза для изучения кинематики движения позвоночно-тазового комплекса с описанием возникновения седалищной оси вращения при изменении исходного положения стоя на положение сидя.
Материалы и методы. Задача решалась с помощью метода конечных элементов. Кости моделировались абсолютно жесткими телами. Основные связки и мышцы моделировались с помощью конечно-элементных пружин: упругих фрагментов с заданными реологическими характеристиками. Исследование контактного взаимодействия реализовывалось для пар «головка бедренной кости – вертлужная впадина» и «седалищные бугры – поверхность стула».
Результаты. Выявлена новая ось вращения – седалищная ось, которая соответствовала точкам начального контакта седалищных бугров с поверхностью стула. Ось вертлужной впадины повернулась на 7,1° относительно седалищной оси и в конечный момент времени сместилась в горизонтальном направлении относительно ацетабулярной оси на 8,83 мм. Величина зазора между поверхностями головки бедренной кости и вертлужной впадины составила порядка 8 мм.
Обсуждение. В исследовании показано, что таз вращается в зависимости от положения вокруг двух осей: ацетабулярной и седалищной, отсюда следует, что ацетабулярная ось совершает колебательные движения взад и вперед при анте- и ретроверсии, то есть является нестатичной. Недостатки модели: 1) мышцы и связки моделировались с помощью КЭ-пружин, конец и начало которых задавались двумя точками, а мышцы и связки в реальном теле прикреплены вдоль всей поверхности костей; 2) не моделируются мягкие ткани в реальном объёме. Преимуществом исследования является учёт контактного взаимодействия таза со стулом и описание его поворота относительно седалищной оси, в то время как в других исследованиях рассматривается поворот таза только относительно ацетабулярной оси.
Заключение. В результате контактного взаимодействия тазовой кости с поверхностью стула при переходе скелета из положения стоя в положение сидя возникает новая ось вращения – седалищная ось. В дальнейшем целесообразно проведение клинического исследования.
Introduction The success of the treatment of patients with degenerative diseases of the spine and concomitant damage to the hip joint depends on the understanding of the biomechanics of movements in the spinal-pelvic segment. After a thorough analysis of the biomechanical processes occurring in the spine-pelvis system during the transition from a standing to a sitting position, it becomes clear that the acetabular axis of rotation of the pelvis in space is not the only one.
The purpose of the study was to develop and test a virtual model of the pelvis to study the kinematics of the movement of the spinal-pelvic complex with a description of the emergence of the iscial axis of rotation by changing the position from standing to sitting.
Materials and methods The problem was solved using the finite element method. The bones were modeled as absolutely rigid bodies. The main ligaments and muscles were modeled using finite element springs: elastic fragments with specified rheological characteristics. The study of contact interaction was carried out for pairs: "femoral head – acetabulum" and "ischial tuberosities - chair surface".
Results A new axis of rotation was revealed, the ischial axis, which corresponded to the points of initial contact of the ischial tuberosities with the surface of the chair. The axis of the acetabulum rotated by 7.1° relative to the ischial axis and at the final moment shifted in the horizontal direction relative to the acetabular axis by 8.83 mm. The gap between the surfaces of the femoral head and the acetabulum was about 8 mm.
Discussion The study shows that the pelvis rotates depending on the position around two axes: acetabular and ischial ones, hence it follows that the acetabular axis oscillates back and forth during ante- and retroversion, that is, it is non-static. Shortcomings of the model: 1) muscles and ligaments were modeled using FE springs, the end and beginning of which were set by two points, and the muscles and ligaments in the real body are attached along the entire surface of the bones; 2) soft tissues were not modeled in real volume. The merit of the study is the contact interaction of the pelvis with the chair and its rotation relative to the ischial axis, while other studies consider the rotation of the pelvis only relative to the acetabular axis.
Conclusion A new axis of rotation arises due to the contact interaction of the pelvic bone with the surface of the chair when the skeleton moves from a standing position to a sitting position, the ischial axis. The gap between the surfaces of the femoral head and the acetabulum was about 8 mm. It is advisable to conduct a clinical study.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.