Использование компьютерных технологий при разработке имплантата позвонков для заднего спондилодеза в грудном отделе позвоночника Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

I

Орипнальы дозддження

Original Researches

УДК 616.711.6-001.35-089.166 DOI: 10.22141/1608-1706.3.20.2019.172090

КоржМ.О.1, Куценко В.О.1, Тимченко 1.Б.1, Попов А.1.1, Гаращенко Я.М.2, Белий £.Г.2 1ДУ «1нститутпатологихребта та суглобв ¡м. проф. М.1. Ситенка НАМН Укра'1'ни», м. Харк1в, Укра'1'на 2Нац1ональний технчний ун1верситет «ХП1», м. Харк1в, Укра!на

Використання комп'ютерних технолопй

при розробц iмплантату хребщв для заднього спондилодезу у грудному

вшдш хребта

Резюме. Актуальнсть. Х1рурпя хребта потребуе регулярного переосмислення п1дход1в до вибору нових матерюлт, що використовуються при оперативних втручаннях. При вертебректом1ях хребта використо-вуються переважно титановi ¡мплантати як для заднього спондилодезу, так i для м'жт'лового. Для онкокон-тролю використовуються не тльки лабораторн методи обстеження, але i КТ, МРТ. Тому ¡мплантати окр'м характеристик мцностi та б'юсум'юност повинн в'1дпов'1дати зазначеним вимогам при дослiдженнi МРТ та КТ. Спосб вертебректомИ «en blok» за Tomita дозволяе використання транспедикулярноi фiксацi¡ та м'жт'1лового спондилодезу ¡з заднього доступу. Але, за даними лтератури, мiграцiя або пролабювання титанового м'жт'1лового ¡мплантату у сум'жн тла хреб^в в'1дбуваеться в 9,5 % випадюв. Мета. Вирiшення проблеми мiграцi¡ м'жт'лового ¡мплантату при вертебректомП грудного вiддiлу ¡з заднього доступу завдя-ки новим конструк^йним ршенням. Матер'юли та методи. Створена модель хребтового стовпа люди-ни, в яюй узят до уваги ва сили, що м'язи викликають, i м'юця прикладання цих сил. Загальна кльксть знмюв хребтового стовпа одного патента — 260, рознесених у 12 груп, кожна з яких мае 35-40 зн'мюв. Особлива увага придлялась м'юцям контакту м'жхребцями i переходу т'1ла хребця в його задню частину. Правильне взаемне розташування хреб^в забезпечувалося за вих/'дними кадрами томографИ як були розбит на групи за приналежн/'стю до конкретного хребця. Результати. Найкраще зчеплення 'мплантату з поверхнею суаднх хреб^в забезпечуеться за допомогою рифлення. З'еднання вуглецевого цилiндра i штанги здiйснюеться за допомогою титанового стрижня змнного профiлю; така конструк^я дозволила забезпечити мiнiмальне напруження i рiвномiрно розподлити його по вай конструкцИ. Для запобгання розкручуванню гайки запропоновано виготовляти р'зьбу з натягом, що у подальшому концентруе макси-мальне напруження в цьому мiсцi, але е доступним, не перевищуючи 10 % вд межi мцностi для заданого матер'юлу. Застосування тако1 конструкцИ дозволило максимально зменшити використання титану в цих опера^ях i частково замнити його на вуглець-вуглецевий композит (ВВК). Для використаних сплав'т титану у розробленй конструкцИдопустим'1 навантаження в середньому аекв = 600 МПа, найбльше значення напруження становить 163 МПа. Максимальне робоче напруження дор'тнюе 20,318 МПа для металевих конструк^й та 1,1288 МПа для елемент'т ¡з ВВК. Було створено три комплекти iмплантатiв ¡з м'н'мальними, середнми та максимальними значеннями дiаметра i в'1дпов'1дними «залежними» розм'рами. Виснов-ки. За результатами математичного моделювання, можливо i виправдано використання матерiалiв на основ'1 вуглецю, а саме ВВК. У наш'1й робот показано зразок проектування ¡мплантату з вказаного матер'юлу, а також конструкторське рiшення, яке дозволяе вирiшити проблему фiксацi¡ ¡мплантату в хребл, що обумовлюе спрощення проведення операцИ. Змодельована технолог'я отримання деталi з найскладн/'шою конструкц/'ею в розробленй збiрцi — деталь «ендопротез». Ключовi слова: хребет; спондилодез; ¡мплантат; вертебректом'я

© «Травма» / «Травма» / «Trauma» («Travma»), 2019

© Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2019

Для кореспонденци: Куценко Володимир Олександрович, доктор медичних наук, завщувач вщдшу захворювань та пошкоджень хребта, ДУ «1нститут патологи хребта та суглоб1в iM. проф. М.1. Ситенка НАМН УкраТни», вул. Пушкшська, 80, м. Харш, 61024, УкраТна; e-mail: ipps-noo@ukr.net

For correspondence: Volodymyr Kutsenko, MD, PhD, Professor, Head of the Department of vertebral diseases and injures, State Institution "Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine', Pushkinskaya st., 80, Kharkiv, 61024, Ukraine; e-mail: ipps-noo@ukr.net

Вступ

XipypriH хребта потребуе регулярного переосмис-лення пiдходiв до вибору нових матерiалiв, що вико-ристовуються при оперативних втручаннях. Розвиток нових технологш дае можливiсть вирiшити це завдан-ня. Найпроблемнiший контингент пащентав у дiагнос-тицi та лшувальному планi — хворi з новоутвореннями хребта. Особливо необхщний контроль у динамщь При вертебректомiях хребта використовуються переважно титановi iмплантати як для заднього, так i для мiжтiло-вого спондилодезу.

Для онкоконтролю використовуються не ттьки ла-бораторнi методи обстеження, але i КТ, МРТ. На КТ у шсляоперацшному перiодi з використанням метало-конструкци визначаеться ефект збтьшення жорсткостi випромiнювання або розмите зображення, а на МРТ — артефакт магштно! сприйнятност [1]. Цi зображення не дозволяють визначити стан мюця (дiлянки) оперативного втручання (можливий рецидив пухлини). Але, якщо транспедикулярна конструкцiя фiксуе хребцi, розташованi вище та нижче вiд зони ураження, то мiж-тiловий iмплантат встановлюеться на мiсце ураженого хребця, i при дослiдженнi визначити, що навкруги iмп-лантату та в хребцевому канат, дуже складно, а iнодi i неможливо. Тому iмплантати о^м характеристик мiцностi та бiосумiсностi повинш вiдповiдати вищеза-значеним вимогам при дослщженш МРТ та КТ.

Спошб вертебректоми «en blok» за Tomita дозволяе використання транспедикулярно! фшсаци та мiжтi-лового спондилодезу iз заднього доступу [2]. Але, за даними лггератури, м^ращя або пролабiювання титанового мiжтiлового iмплантату (особливо телеско-пiчного) у сумiжнi тiла хребщв вiдбуваеться в 9,5 %

випадыв [3, 4]. Тому метою нашо! роботи було вирь шення проблеми м^раци мiжтiлового iмплантату при вертебректоми грудного вщдшу iз заднього доступу, що е актуальною.

Матерiали та методи

У процеш створення виробу необхщно постiйно моделювати та змшювати конструкцiю, неможливо створити чистовий варiант готово! деталi вiдразу. Розу-мшчи складну геометричну будову кютково! системи людини, це дуже складне завдання для найпотужнь шого комп'ютера — врахувати всi фактори одночасно неможливо. Через це виникае необхщнють первинного моделювання конструкцiй, що пiдлягають ретельному вивченню пiд впливом навантажень та напружено-де-формованого стану.

Щоб зрозумiти, як розподтяються навантаження в органiзмi людини, була створена модель хребтового стовпа людини, м'язи в цш моделi не показаш, однак урахованi всi сили, якi вони викликають, i мюця при-кладання цих сил. Шсля дослiдження з використанням математичних моделей були враховаш всi особливостi навантажень i створено приблизний iмплантат з ушма його елементами крiплення.

Для створення 3D-моделей хребцiв необхiднi вихщ-нi данi, що дозволяють створити щ моделi. Як вихiднi даш отримано томограми декiлькох пацiентiв. Набiр знiмкiв показаний на рис. 1. Загальна кiлькiсть знiмкiв хребтового стовпа одного пащента — 260, рознесених у 12 груп, кожна з яких мала 35—40 зшмюв (час створення контуру 1 зшмка — 3 хвилини). Невщповщнють за кшькютю виникла внаслiдок велико! юлькосп загаль-них знiмкiв для сушжних хребцiв. Експорт моделi у

Тфрафгап» OA t№f

ГЖ1

1 * [SO*) - O&.ii 1 2015 J 3:42:52 - S[""i 1.0 0701

N.A. 44 766 13 05.1951 F MDC LUX Kharkov

Splrie^SplrieRoutlne (Adult) Spine 1.0 B70s

V /

■ X: 708 Y: 318 Val: 41 I Wl: 286 WW: 2619 [Г] T: 1.0mm L: -854.1mm

Stann.^a »tlrjc , (Э70 Met le'o

H4mA l30kV

06.0I.20IS 13:42:52

Рисунок 1. Дан томографП

Рисунок 2. Вщтворення дйсних розм1р1в хребця за допомогою масштабування моделi

формат STL виконувався з шагом нарощування об'ему на 1 мм, що вщповщае шагу томографй'.

На рис. 2 показано створення STL-модель Цю модель, на жаль, проблематично використовувати для розрахунтв або роботи у середовищi PowerShape, тому вщбуваеться il перетворення у твердоттьну.

Особлива увага придiлялась мiсцям контакту мiж хребцями i переходу тла хребця у його задню частину. Отримана коректна триангуляцшна модель дозволила у подальшому створити iз STL-файла твердоттьну модель у додатку FreeCAD та сформувати правильну роз-

рахункову сiтку в системi Ansys Mechanical. У програмi FreeCAD зконвертована твердотльна модель збериа-лась у формат STEP (рис. 3).

Правильне взаемне розташування хребцiв забезпе-чувалося за вихiдними кадрами томографи, яы були розбитi на групи за приналежнютю до конкретного хребця. Такий пiдхiд дозволив вiдiйти вiд можливого склеювання контактних поверхонь.

Мiжхребцевi диски створювались шляхом почерго-вого вiднiмання об'емiв хребцiв iз первинно створених дискiв правильно! форми (рис. 4), i таким чином було

Рисунок 3. Конвертац!я STL-файла у твердоттьну модель

................Detcam PowerSHAPf 2013 R2 (&4-bit) - [грудной отдел и диски} - ® Щ

Ф*Дл Прл« j ЕЦа 06>«> ®cpu«i Инс1руи**М м»«рскч Модели 0»*О Cnjiii.i _ ff х

. и> \ 2 I 1

r„st™. о :с™м - ф a fit Ш -'Ki.i -mi) » j я* I"- 0,01 S.. ......ч,

ss e m a

Рисунок 4. Створення моделей м'1жхребцевих дискв

сформовано цтком реалiстичнi поверхнi контакту дисков iз сумiжними хребцями. Тому за результатами ана-лiзiв було усунуто всi потенцiйно «непотрiбнi» для роз-рахунку дрiбнi i тонкостшш елементи, що «заважають».

Створена модель транспедикулярних гвинтiв разом iз хребтом подана на рис. 5. Реалютичнють моделi за-безпечуеться вiрогiдною орieнтацieю гвинтiв, викона-ною вiдповiдно до медичних рекомендацш для прове-дення подiбних операцiй.

При орieнтуваннi гвинтав враховано так! необхiднi умови:

— вщсутшсть розривiв тстково1 тканини;

— нахил гвинта вiдносно головки гвинта (що не пе-ревищуе 15°);

— програмування po3MipiB з урахуванням масштаб-ностi хребцiв.

Результати та обговорення

Пiсля первинного моделювання е можливють ана-лiзувати отриманi модел^ а також удосконалювати форму i конструкцiйнi рiшення майбутнього виробу. Цей етап роботи необхщний для детальшшого моде-

Рисунок 5. Створення моделей транспедикулярних гвинт1в

Рисунок 6. Анал!з на визначення матер!алу для видалення I нарощування

лювання окремих елеменпв, удосконалення форми, перевiрки на iнтерференцii при зборцi виробу, перевГр-ки виробу на вГдсутнють концентраторiв напруження, удосконалення геометрii.

При створенш оптимально! конструкцii iмплантату виходили з таких умов:

— забезпечення максимально! площини контакту з хребцями;

— забезпечення цшсносл контактуючо! кютково! тканини;

— стiйкiсть i мiцнiсть уше! конструкци;

— оптимальний розподiл навантажень;

— можливють виготовлення;

— можливють операцшного впровадження в тiло людини;

— зручнють у користуваннi i кршленш у процесi оперативного втручання.

Найкраще зчеплення iмплантату з поверхнею су-сiднiх хребщв забезпечуеться за допомогою рифлення.

З'еднання вуглецевого цилшдра i штанги здшснюеться титановим стрижнем змiнного профiлю (до вигину — цилшдричного, пiсля вигину — полионального), така конструкцiя дозволила забезпечити мшмальне напруження i рiвномiрно розподiлити його по всiй конструк-цГ! (рис. 6).

На рис. 7 зображено один з аналiзiв рацюнальнос-тГ конструкци Гмплантату, а також аналiз переважно! локалiзацГi контакту з основною конструкцГею. Ана-лГз виконуеться за допомогою програми SolidThinking. Конструкторське рГшення було взято з аналоги при-родних процешв, коли дерево росте на схиль ЗгГдно з рис. 7, дерево росте не перпендикулярно вверх до сон-ця, а по дотичнш до бугра, намагаючись максимально повно зачепитися коршням у землю, Г описуе вигин для вертикального розташування його стовбура.

ПодГбний вигин для стрижшв зроблено за тим же принципом, як росте дерево, для забезпечення умов кращого зчеплення в ГмплантатГ Г зменшення напру-

Рисунок 8. Реалстичне подання хребтового Рисунок 7. Траектория, за якою росте дерево стовпа / конструкци

Орипнальы дослiдження / Original Researches Орипнальы досл1дження / Original Researches

Рисунок 9. Елемент кр!плення моста й ендопротеза

ження, що його руйнуе. Конструкщя, взята з природ-но1 аналогй', показала найкращiй рiвномiрний розпо-дiл внутрiшнього напруження. У програмi PowerShape виконано реалiстичну вiзуалiзацiю модел^ подану на рис. 8. Така можливють дозволяе попередньо оцiнити вiзуально послiдовнiсть впровадження в тiло людини дано'1 титаново'1 конструкцй', а також вуглецевого iмп-лантату.

У процесi операци балка (титановий стрижень за-вдовжки 100 мм, що з'еднуе гвинти i крiплення iмп-лантату в одну конструкцш) згинаеться у певних мю-

цях хiрургом, для кошювання вигинiв у спинi людини, завдяки використанню бiльш м'якого сплаву титану порiвняно зi сплавом для гвинпв. Також при констру-юваннi враховувалися фактори технологiчностi, тобто можливостi виготовлення переходника. Перехiдник (рис. 9) бажано виготовити з бтьш мiцного сплаву по-рiвняно з гвинтами. Для запоб^ання розкручуванню гайки запропоновано виготовляти рiзьбу з натягом, що у подальшому концентруе максимальне напруження в цьому мющ, але е доступним, не перевищуючи 10 % вщ межi мiцностi для заданого матерiалу.

Рисунок 10. Мехашзм крплення моста й ендопротеза у збор!

Орипнальы дослiдження / Ог1д1па! РезеагсИез |

Застосування дано! конструкцГ! дозволило максимально зменшити використання титану в цих опера-цГях Г частково замшити його на вуглець-вуглецевий композит (ВВК). Повна замша титану на ВВК немож-лива, оскГльки деяю необхщш конструкцГйнГ елементи (рГзьба тощо) виконати в цьому матерГалГ неможливо. Тому намагалися, по можливосп, максимально зменшити використання титану Г замшити його на ВВК (рис. 10).

Така конструкцГя дозволяе корегувати введення Гмплантату по трьох координатах Г встановити Гмп-лантат швидко та надГйно Гз заднього доступу. Шсля моделювання й удосконалення конструкцГ! та окре-мих и елементГв необхГдно перевГрити взаемодГю всГх

елементГв мГж собою одночасно, для цього Г необхГд-ний контрольний аналГз. На рис. 11 подано результати остаточних перевГрочних розрахункГв.

Для використаних сплавГв титану у розробленш конструкцГ! допустимГ навантаження в середньому аекв = 600 МПа згГдно з рис. 11, найбГльше значення напруження становить 163 МПа. Таю значення напру-ження завищеш у зв'язку зГ значно меншим натягом у рГзьбГ (на практицГ достатнього натягу для забезпечен-ня нерозкручування). Максимальне робоче напруження становить 20,318 МПа для металевих конструкцш та 1,1288 МПа для елементГв Гз ВВК.

Зважаючи на особливост будови спини людини, зазвичай рекомендуеться створювати комплекти Гмп-

А

Б

В

Рисунок 11. Перев!рочн! розрахунки розподлу навантаження по всй конструкцИ

лантатiв. Для кожно! групи хребщв е xapaKTepHi кути !х нахилу, яю необхiдно враховувати при створенш iмплантату, оскiльки неурахування даних кулв ство-рюе умови для викривлення хребта. З огляду на це було створено три комплекти iмплантатiв з мМмальними, сеpеднiми та максимальними значеннями дiаметpа i вiдповiдними «залежними» pозмipами. Цi комплекти створювались за вiдомими статистичними даними (похибка даних не бтьше 5 %, а для бтьшосп параме-тpiв — не бiльше нiж 3 %).

Висновки

За результатами математичного моделювання, мож-ливо й виправдано використання матеpiалiв на основi вуглецю, а саме ВВК. У нашш pоботi показано зразок проектування iмплантату зi вказаного матеpiалу, а та-кож конструкторське piшення, що дозволяе виршити питання фшсаци iмплантату у хребп, що обумовлюе спрощення проведення операци. Змодельована техно-логiя отримання деталi iз найскладнiшою конструкць ею в pозpобленiй збipцi — деталь «ендопротез».

Конфлiкт iHTepeciB. Автори заявляють про вщ-сутнiсть конфлiкту штерешв при пiдготовцi дано! статтi.

Список лператури

1. Stradiotti P. et al. Metal-related artifacts in instrumented spine. Technigues for reducing artifacts in CT and MR: State of the art // Eur. Spine J. 2009; 18 suppl. 1:102-8.

2. Tomita К. Total en bloc spondylectomy /K. Tomita, N. Ka-wagara. R Baba//Spine. 1997; 22(3): 324-333.

3. Lau D. et al. Radiological outcomes of static vs expandable titanium cages after corpectomy: a retrospective cohort analysis of subsidence//Neurosurgery. 2013; 72(4): 529-39; discussion 528-9.

4. Sasani Metal. Single-stage posterior corpectomy and expandable cage placement for treatment of thoracic or lumbar burst fractures // Spine (Phila Pa, 1976). 2009; 34(1): E33-40.

Отримано 17.04.2019 ■

КоржН.А.1, Куценко В.А.1, Тимченко И.Б.1, Попов А.И.1, Гаращенко Я.М.2, Белый Е.Г.2

1ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины»,

г. Харьков, Украина

2Национальный технический университет «ХПИ», г. Харьков, Украина

Использование компьютерных технологий при разработке имплантата позвонков для заднего спондилодеза в грудном отделе позвоночника

Резюме. Актуальность. Хирургия позвоночника требует регулярного переосмысления подходов к выбору новых материалов, используемых при оперативных вмешательствах. При вертебрэктомиях позвоночника используются преимущественно титановые имплантаты как для заднего, так и для межтелового спондилодеза. Для онкоконтроля используются не только лабораторные методы обследования, но и КТ, МРТ. Поэтому имплантаты кроме характеристик прочности и биосовместимости должны соответствовать указанным требованиям при исследовании МРТ и КТ. Способ вертебр-эктомии «en blok» по Tomita позволяет использование транс-педикулярной фиксации и межтелового спондилодеза из заднего доступа. Однако, по данным литературы, миграция или пролабирование титанового межтелового имплантата в смежные тела позвонков происходит в 9,5 % случаев. Цель. Решение проблемы миграции межтелового имплантата при вертебрэктомии грудного отдела из заднего доступа за счет новых конструкционных решений. Материалы и методы. Создана модель позвоночного столба человека, учитывающая все силы, которые мышцы вызывают, и места приложения этих сил. Общее количество снимков позвоночного столба одного пациента — 260, разнесенных в 12 групп, каждая из которых в среднем имеет 35—40 снимков. Особое внимание уделялось местам контакта между позвонками и перехода тела позвонка в его заднюю часть. Правильное взаимное расположение позвонков обеспечивалось по исходным кадрам томографии, которые были разбиты на группы по принадлежности к конкретному позвонку. Результаты. Наилучшее сцепление имплантата с поверхностью соседних позвонков обеспечивается за счет рифления. Соединение

углеродного цилиндра и штанги осуществляется с помощью титанового стержня переменного профиля; такая конструкция позволила обеспечить минимальное напряжение и равномерно распределить его по всей конструкции. Для предотвращения раскручивания гайки предложено изготавливать резьбу с натяжением, что в дальнейшем концентрирует максимальное напряжение в этом месте, но доступно, не превышая 10 % от предела прочности для заданного материала. Применение данной конструкции позволило минимизировать использование титана в этих операциях и частично заменить его на углерод-углеродный композит (УУК). Для использованных сплавов титана в разработанной конструкции допустимые нагрузки в среднем оекв = 600 МПа, наибольшее значение напряжения составляет 163 МПа. Максимальное рабочее напряжение 20,318 МПа для металлических конструкций и 1,1288 МПа для элементов с УУК. Создано три комплекта имплантатов с минимальными, средними и максимальными значениями диаметра и соответствующими «зависимыми» размерами. Выводы. Исходя из результатов математического моделирования, возможно и оправданно использование материалов на основе углерода, а именно УУК. В нашей работе показан образец проектирования имплантата из указанного материала, а также конструкторское решение, позволяющее решить проблему фиксации имплантата в позвоночнике, что обусловливает упрощение проведения операции. Смоделированная технология получения детали с наисложнейшей конструкцией в разработанной сборке — деталь «эндопротез».

Ключевые слова: позвоночник; спондилодез; имплантат; вертебрэктомия

OpurmaAbHi AOOAÎA^eHHq / Original Researches |

M.O. Korzh1, V.O. Kutsenko1, I.B. Timchenko1, A.I. Popov1, Y.M. Garaschenko2, Ye.G. Bely2

1State Institution "Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the National Academy of Medical Sciences

of Ukraine", Kharkiv, Ukraine

2National Technical University "KharkivPolytechnicalInstitution", Kharkiv, Ukraine

Use of computer techniques in the development of vertebral implants for posterior spinal fusion of the thoracic spine

Abstract. Background. Surgery of the spine requires a regular reinterpretation of approaches to the selection of new materials used in surgical interventions. In case of vertebrectomy, mainly titanium implants are used, both for posterior spine fusion and for interbody fusion. Oncological control is performed not only by laboratory methods, but also by CT, MRI. Therefore, implants, in addition to the durability and biocompatibility characteristics, must meet the above requirements in MRI and CT study. The method of vertebrectomy "en blok" by Tomita allows the use of transpedicular fixation and interbody spinal alignment with posterior access. But according to the literature data, migration or prolongation of the titanium intercostal implant in adjacent vertebral bodies occurs in 9.5 % of cases. The purpose was to solve the problem of migration of an intercostal implant in thoracic vertebrectomy with posterior access using new structural solutions. Materials and methods. A model of the human pectoral pillar was created, which takes into account all the forces that they cause and places of application of these forces. The total number of photos of the spine of the 1st patient is 260, divided into 12 groups, each of which has an average of 35—40 photos. Particular attention was paid to the places of contact between the vertebrae and the transition of the vertebral body to its posterior part. Correct mutual arrangement of the vertebrae was provided by the imaging tomography, which were divided into groups according to the specific vertebrae. Results. The best adhesion of the implant to the surface of

the adjacent vertebrae is provided by riveting. The connection of the carbon cylinder and rod was carried out with the help of a titanium rod of variable shape, such construction allowed provide the minimum stresses and evenly distribute them throughout the structure. In order to prevent the unscrewing of the nut, it is proposed to make a thread with a tension, which in the future concentrates the maximum stresses in this place, but is available not exceeding 10 % of the strength of the specified material. Application of such construction allowed minimize the use of titanium in these operations and partially replace it with CCC (carbon-carbon composite). For titanium alloys, used in the developed constructions, permissible load is at average 600 MPa, the highest voltage value is 163 MPa. The maximum operating voltages are 20.318 MPa for metal structures and 1.1288 MPa for HVC elements. Three kits of implants with minimum, average and maximum diameters and relative "dependent" sizes were created. Conclusions. The results of mathematical modeling demonstrated that it is possible and grounded to use carbon-based materials, namely CCC. This article presents a sample of the implant construction made from the specified material, as well as a design solution that allows solving the problem of fixing the implant in the spine, that makes it easier to perform the operation. Simulated technology for obtaining a component with the most complex design in the developed assembly — the chapter "Endoprosthesis". Keywords: spine; spinal fusion; implant; vertebrectomy