چكيده
در مطالعه انجام شده راهها و روشهاي كاهش درد در ستون فقرات و كمر بوسيله كاهش فشار به عصب و نخاع در جابجايي‌ها و آسيب ديده‌گيهاي مهره مورد بررسي قرار گرفته است. براي رسيدن به اين مقصود البته تحقيقاتي درمورد آسيب ديده‌گيها و بيماريهاي ستون فقرات، باري و همان‌هاي وارد شونده به مهره‌ها، انواع تثبيت كننده‌هاي ستون فقرات انجام شده و در ادامه اصول جايگذاري كيج‌ها، انواع مختلف آن و مزيت‌هاي هر يك به تفصيل مورد ارزيابي قرار گرفته است.
در گام بعدي به مفاهيم فتق ديسك (Degenerative) ، فيوژن ستون فقرات و اثرات پيوندهاي استخواني (bonegraft) در استحكام استخوان پرداخته شده و تأثيرات آلياژهاي سازنده ايمپلنتها در چگونگي عملكرد آنها مورد بررسي قرار گرفته است.
از اهداف ديگر اين تحقيق مي‌توان به روشهاي بهينه سازي كيج‌ها از طريق ايجاد مدل المان محدود براي تعيين رفتار بيومكانيكي ناحيه كمري ستون فقرات اشاره كرد كه در اين خصوص ابتدا تحليل بر تنشهاي وارد بر كيج LT (كيج مخروطي) در حالتهاي مختلف standing ، extention ، lateral bending و flextion صورت گرفت و در نهايت در گامي ديگر، مقايسه‌اي نيز بين تنشهاي وارد بر سطوح تكيه‌گاهي روكيج LT و Jaguar انجام پذيرفت كه نتايج بدست آمده از حالتهاي مختلف Standing ، extention ، lateral bending و flextion بر روي سطح تكيه‌گاهي (inferior) كيج LT حاكي از آن بود كه بيشترين تنش Vonmrses به ترتيب مربوط به حالت lateral bending ، externion ، به flextion و كمترين تنش نيز مربوط به حالت standing مي‌باشد. بنابراين افرادي كه از اين نوع كيج استفاده مي‌كنند بايد از حركات جانبي بيش از 5 درجه و حركات extention (خم شدن به پشت) بيش از 3 درجه كه تنشي بين از حالت flextion ايجاد مي‌كند خودداري كند.
همچنين مقايسه‌اي كه بين كيج LT و كيج Jaguar انجام گرفت نشان داد كه كيج Jaguar در حالت Standing يعني بدون همان كمترين تنش را دارا مي‌باشد. اما زمانيكه حالت flextion را در ستون فقرات داريم كيج مكعب مستطيل (Jaguar cage) بيشترين نقاط ضعف را بدليل بالابودن تنش در نقاط خاص مانند گوشه‌ها و نقاط تمركز تنش از خود نشان مي‌دهد. بنابراين پيشنهاد مي‌گردد كه كيج Jaguar با توجه به قابليت بالاي stress shielding براي افراد سالخورده يا افرادي كه به دلايل خاص از اورتزهاي kinght tylor و ديگر تثبيت كننده‌ها استفاده مي‌كنند و كيج LT نيز براي ورزشكاران و افراد جوانتر كه نياز به تحرك بيشتري مخصوصاً در حالت flextion دارند استفاده گردد.
مقدمه
ستون فقرات محور تنه و اسكلت انسان را تشكيل مي‌دهد و با توجه به بيماريهاي مختلف اين بخش از بدن و گستردگي آن تعيين راهها و روشهاي كاهش درد در ستون فقرات و كمر يكي از اهداف محققان، مهندسان و جامعه پزشكي مي‌باشد. يكي از اشكالات بسيار شايع در اين خصوص مشكلات بوجود آمده در ديسك بين مهره‌اي و بيماريهاي فتق ديسك مي‌باشد.
فتق ديسك در ستون فقرات عارضه ايست كه بصورت گسترده در جوامع مختلف وجود دارد. راههاي مختلفي براي درمان آن پيشنهاد و اجرا شده است كه اين روش‌ها روز به روز كامل‌تر شده و پيشرفت خودشان را در درمان اين بيماري نشان مي‌دهند. براي درمان ضايعات فتق ديسك وسايل و تجهيزات خاصي ابداع و ساخته شده است كه يكي از اين وسايل كيج (Cage) مي‌باشد. كيج وسيله‌ايست كه براي درمان فتق ديسك در ستون فقرات در نواحي مختلف آن بكار مي‌رود. به طور كلي كيج‌ها وسايلي هستند كه جوش خوردن استخوان را در ستون فقرات بويژه در بيماريهاي تخريب و فتق ديسك (Degenerative) تسريع مي‌بخشد.
كيج‌ها انواع مختلفي دارند كه هر روز شاهد پيشرفت در نوع طراحي، جنس و نوع جاگذاري آن هستيم.
مروري بر آناتومي
ستون فقرات محور تنه و اسكلت آدمي را تشكيل مي‌دهد. اندامهاي فوقاني و تحتاني بترتيب توسط كمربند شانه‌اي و كمربند لگني بر ستون فقرات تكيه كرده و به آت متصل مي‌شوند. ستون فقرات از استخوان مجزايي بنام مهره كه در يك ستون روي هم چيده شده‌اند، تشكيل شده است. هر مهره داراي يك بدنة استوانه‌اي است كه در تحمل وزن سهيم است و يك قوس استخواني (Spinous process, lamina) كه نخاع را حمايت مي‌كند و به صورت پوششي براي آن است. قوس استخواني توسط دو استوانه كوچك (pedicle) به بدنه متصل شده است. كانال دايره‌اي بين بدنه، قوس و pedicle ها نخاع را احاطه مي‌كند و كانال ستون فقرات نام دارد. بين بدنة كيج‌ها را با عمل‌هاي جراحي در بين مهره‌ها قرار مي‌دهند كه در اين جراحي ضمن نصب كيج عمل فيوژن (fusion) نيز انجام مي‌پذيرد. در عمل فيوژن يا همجوشي معمولاً از استخوان خود شخصي براي پيوند استخوان استفاده مي‌شود.
با توجه به اينكه امكان بيرون آوردن كيج از بدن بيمار وجود دارد بنابراين بايد مراحل در طراحي و ساخت آن با دقت فراوان انجام پذيرد. تاكنون مطالعات چندي به منظور بررسي اثر عوامل مختلف بر ميزان تنشهاي وارده به كيج‌هاي ستون فقرات انجام گرفته كه برخي از آنها روي بدن انسان در بعضي روي نمونه‌هاي اجساد و برخي ديگر روي موشهاي مصنوعي انجام شده‌اند، با توجه به مشكلاتي كه گريبان‌گير شيوه‌هاي تجربي است مدلسازي المان محدود نيز به عنوان يكي از روشهاي مطالعه مورد توجه قرار گرفته است.
در اين بررسي قصد بر آن است كه ضمن ارائه تاريخچه‌اي از بوجود آمدن و ابداع كيج‌ها و Spacer هاي ستون فقرات به بيان چگونگي نيوژن ستون فقران و روشهاي جراحي آن پرداخته شود. در اين خصوص مقايسه‌اي بين و كيج LT در كيج مخروطي وكيج Jaguar مستطيلي با استفاده از روشهاي FEM و نرم‌افزار Ansys انجام گرفته كه نتايج آن در فصل آخر بيان شده است.
آناتومي ستون فقرات
ستون مهره (Spine) يكي از پيچيده‌ترين قسمتهاي اسكلت بدن مي‌باشد. اين ستون، اسكلت محوري بدن را تشكيل داده و از طريق آن وزن تنه، سر و گردن و اندامها به مفاصل لگن و اندامهاي تحتاني منتقل مي‌شوند. ستون مهره از قاعدة جمجمه شروع و تا ناحية لگن ادامه دارد. تعدادمهره‌ها در ستون فقرات 33 عدد مي‌باشد ولي بعلت جوش خوردن مهره‌هاي خاجي و دنبالچه، در يك فرد بالغ ستون فقرات از 26 قطعه تشكيل مي‌شود. ستون فقرات از نيم رخ داراي چهار انحنا است كه شامل دو انحناء اوليه و دو انحناء ثانويه مي‌باشد. انحناهاي مختلف ستون فقرات باعث توزيع مناسب نيرو گرديده و از اعمال فشار نامناسب بر ستون مهره و لگن جلوگيري مي‌كند. در بعضي از افراد ممكن است به دلايل پاتولوژيك و يا تكامل غير طبيعي مهره‌ها، قوسهاي غيرطبيعي در ستون فقرات ايجاد شود، كه در اين صورت بايد با عمل جراحي و با استفاده از ايمپلانتهاي مهره‌اي اين قوسها را تصحيح نمود.
تقسيم‌بندي منطقه‌اي ستون مهره‌ها:
1- مهره‌هاي گردني (Cervical Vertebral) به تعداد 7 مهر
2- مهره‌هاي سينه‌اي (Thoracic Vertebral) به تعداد 12 مهره
3- مهره‌هاي كمري (Lumbar Vertebral) به تعداد 5 مهره
4- مهره‌هاي ساكروم يا خاجي (Sacral Vertebral) به تعداد 5 عدد كه بهم جوش خورده و در بالغين يك عدد است.
5- مهره دنبالچه (Coccyx) : يك عدد بوده كه از جوش خوردن چهار مهره ابتدايي و تكامل نيافته ايجاد مي‌شود.
ساختمان مهره‌هاي ستون فقرات
هر مهره از دو بخش اصلي تشكيل مي‌شود:
1- تنه مهره
2- قوس مهره
- تنة مهره به شكل استوانه‌اي است كه داراي شش سطح مي‌باشد. سطح فوقاني و تحتاني هر مهره از طريق ديسك بين مهره‌اي با مهره‌هاي مجاور مفصل مي‌شود (مفصل كاذب غضروفي). در ضخامت جسم مهره‌ها بافت اسفنجي وجود دارد. هندسه تنه مهره‌ها در تحمل وزن اهميت دارد.
- قوس مهره‌اي، از زوائدي تشكيل مي‌شود كه نقش اصلي آنها محافظت از نخاع و حركت در ستون مهره مي‌باشد.
ويژگيهاي قوس مهره‌اي:
هر قوس مهره در ايام جنيني از دو نيم قوس راست و چپ تشكيل شده كه هر نيم قوس شامل 1- لامينا (Lamian) 2- پديكول مي‌باشد.
از بهم رسيدن لاميناهاي راست و چپ در عقب، زائدة خلفي بنام زائده خاري ايجاد مي‌شود.
از محل تلاقي زائده لامينا و زائده پديكول سه زائده خارج مي‌شوند كه عبارتند از:
1- زائده عرضي كه در جهت عرضي امتداد داشته و اين زائده زوج مي‌باشد.
2- زائده مفصلي فوقاني دو زائده است كه به سمت بالا امتداد دارد.
جهت روية مفصلي آن به عقب است. در زمان حيات رويه مفصلي با غضروف پوشيده شده است.
3- زائدة مفصلي تحتاني: 2 زائده است و رو به پايين امتداد دارد. جهت روية مفصلي آن به جلو است.
- بريدگي مهره تحتاني در بالاي هر پديكول اين بريدگي كم عمق وجود دارد.
سوراخ بين مهره‌اي بريدگي‌هاي فوِ در هر طرف وقتي كه مهره‌ها به واسطة ديسكهاي بين مهره‌اي روي هم قرار مي‌گيرند تشكيل سوراخ بين مهره‌اي را مي‌دهند از اين سوراخها طناب نخاعي عبور مي‌كند.
انحناي ستون فقرات
ستون مهره‌ها شامل 4 انحناء است:
1- انحناي ناحية گردني
اين انحناء داراي تحدب قدامي است كه تا دومين مهرة سينه‌اي ادامه دارد.
2- انحناي ناحية سينه‌اي
اين انحناء داراي تقعر قدامي است.
3- انحناي ناحية كمري
اين انحناء داراي تحدب قدامي است كه از دوازدهمين مهرة سينه‌اي شروع مي‌شود اين انحناي ثانوي در اواخر سال اول كه بچه از حالت نشستن وارد حالت ايستادن و راه رفتن مي‌شود، در مهره‌هاي كمري پديد مي‌آيد انحناي كمري در وضعيت قائم تشديد مي‌شود و تنه مهره‌ها را به جدار قدامي شكم نزديك مي‌كند.
4- انحناي خاجي
اين انحناء داراي تقعر قدامي است و براي جا دادن احشاي لگني مي‌باشد.
خصوصيات مهره‌هاي كمري
1- فاقد رويه مفصلي براي دنده‌ها هستند.
2- فاقد سوراخ عرضي هستند.
3- تنه مهره درشت‌تر از ساير مهره‌ها است. ارتفاع تنه پنجمين مهرة كمري (5 L ) در طرف جلو بيشتر از طرف عقب است. تنه چهارمين مهره كمري با بلندترين نقطه ستيغ خاصره همسطح است.
4- سوراخ مهره سه گوش است. از سوراخ مهره‌هاي سينه‌اي بزرگتر و از سوراخ مهره‌هاي گردني كوچكتر است.
5- زائدة خاري افقي، چهارگوش و ضخيم است.
6- روائد عرضي باريك و طويل است. زائدة فرعي برجستگي است كه در قسمت خلفي ريشة آنها ديده مي‌شود. زائده‌هاي عرضي مهرة پنجم كمري حجيم است و به آن رباط خاصره‌اي كمري اتصال مي‌يابد.
منابع و مراجع
1- دكتر سيد محمد رجايي، چاپ اول 1381، بيومكانيك عمومي، انتشارات دانشگاه علم و صنعت ايران.
2- حميدرضا جاهد مطلق - محمدرضا نوبان - چاپ سوم 1381 - Ansys - انتشارات دانشگاه علم و صنعت ايران.
3- مهندس محمد زارعي نژاد - چاپ اول 1381 - Ansys به زبان ساده - انتشارات ارس رايانه.
4- دكتر محمد حسين فتحي - چاپ اول 1381 - خواص و كاربرد پزشكي لپو مواد فلزي - انتشارات اركان.
5- دكتر غلامحسين مجذوبي - مهندس فرزاد فريبا - چاپ اول 1376 - روش اجزا محدود در مهندسي - انتشارات دانشگاه بوعلي سينا.
6- دكتر سيد فخرالدين مصباح اردكاني - چاپ اول 1381 - كالبدشناسي عمومي - انتشارات دانشگاه علوم پزشكي شيراز.
7- دكتر مريم ايرانزاد اصل - چاپ اول 1380 - كمردرد پيشگيري و درمان - انتشارات سالمي.
21- Harrington P.R. Treatment of scolosis J Bone Joint surg 1962.
52- Floman Y. Argenson, C.thoracolumbar Spine fractures. Spine 1993.
51- Cren shaw AH. Compellsoperative orthopaedics rolume five 1993.
68- Rohlman A, Bergmann G, Eraichen T - 0 Comparison of intradiscal pressure and spinal fixtator loads for different body posctions and exercises. Ergonomics 2001.
60- Graichen f, Bergmann G, Rohlman A. Patient monitoring ystem for load Mesuremtn worth spinal fixation derices, Medeny phys.
63- Rohlman A. Bergman G, Graichen foloadson aninteral spinal fixation devites during wolking J B iomechanics 1997.
65- Rohlman A, Arntzu, Erai chent , Bergmann Eoloads on an internal spinal fixarias devices during sitting.JBiomechanics 2001.
66- Rohlman A, Bergmann E, Graichen F. Loadson an rnternal spinal fixation devices during physical therapy, pysicolth erapy 2002.