Ключові слова
грудопоперековий перехід
корпоректомія
бікортикальна транспедикулярна стабілізація
поперечна стяжка
латерофлексія
Як цитувати
Анотація
Резюме. Зона грудопоперекового переходу через анатомо-фізіологічні особливості найбільш схильна до травматичних ушкоджень, відповідно, стабілізація цього відділу хребта потребує високої надійності.
Мета. Вивчити напружено-деформований стан моделі грудопоперекового відділу хребта після резекції хребців Тh12-L1 із різними варіантами транспедикулярної фіксації при латерофлексії.
Матеріали і методи. Розроблено математичну скінченно-елементну модель фрагмента грудопоперекового відділу хребта людини (Тh9-L5). Змодельований результат декомпресивно-стабілізувального хірургічного втручання з тотальним видаленням хребців Тh12-L1, установкою міжтілової опори та фіксацією транспедикулярною системою із використанням 4 пар гвинтів. Латерофлексію моделювали шляхом застосування навантаження 350 Н.
Результати. При оцінці моделі без поперечних стяжок із використанням монокортикальних гвинтів виявлено, що максимальні значення навантаження в тілах хребців Th10, Th11, L2 та L3 становили відповідно 3,4; 2,0; 3,5 та 8,6 МПа, навантаження на транспедикулярних гвинтах, установлених у зазначені хребці, – 48,4; 48,3; 23,3 і 43,5 МПа, при використанні бікортикальних гвинтів без поперечних стяжок у тілах хребців – відповідно 3,1; 2,5; 3,8; 9,6 МПа та 49,9; 51,9; 25,8; 44,8 МПа, при застосуванні комбінації коротких гвинтів та поперечних стяжок у тілах хребців – 3,2; 2,0; 2,6; 7,5 МПа і 47,6; 47,5; 22,6; 41,2 МПа, при використанні поперечних стяжок та бікортикальних гвинтів – 3,0; 2,2; 2,7; 8,8 МПа та 48,3; 49,6; 24,3; 42,5 МПа.
Висновки. При бічному нахилі монокортикальні транспедикулярні гвинти зумовлюють нижчі показники критичного навантаження порівняно з довгими гвинтами в усіх контрольних точках моделі. Поперечні стяжки сприяють зниженню величини напруження. Щодо латерофлексії – використання монокортикальних транспедикулярних гвинтів у поєднанні з поперечними стяжками є найбільш біомеханічно ефективним.
Посилання
Platt H. Fractures and Dislocations of the Spine. British medical journal. 1938;2(4065):1155-1158. DOI: 10.1136/bmj.2.4065.1155, PMID: 20781938.
Xu GJ, Li ZJ, Ma JX, Zhang T, Fu X, Ma XL. Anterior versus posterior approach or treatment of thoracolumbar burst fractures: a meta-analysis. Eur Spine J. 2013;22(10):2176-2183. DOI: 10.1007/s00586-013-2987-y, PMID: 24013718.
Davis AG. Fractures of the spine. The Journal of Bone & Joint Surgery. 1929;11(1):133-156.
Kelly RP, Whitesides TE, Jr. Treatment of lumbodorsal fracture-dislocations. Ann Surg. 1968;167(5):705-717. DOI: 10.1097/00000658-196805000-00009, PMID: 5646292.
Hodgson AR, Stock FE. Anterior spinal fusion a preliminary communication on the radical treatment of Pott's disease and Pott's paraplegia. The British journal of surgery. 1956;44(185):266-275. DOI: 10.1002/bjs.18004418508, PMID: 13383153.
King D. Internal fixation for lumbosacral fusion. J Bone Joint Surg Am. 1948;30a(3):560-565. PMID: 18109577.
Boucher HH. A method of spinal fusion. J Bone Joint Surg Br. 1959;41-b(2):248-259. DOI: 10.1302/0301-620x.41b2.248, PMID: 13641310.
Roy-Camille R, Saillant G, Mazel C. Internal fixation of the lumbar spine with pedicle screw plating. Clin Orthop Relat Res. 1986(203):7-17. PMID: 3955999.
Liu J, Yang S, Lu J, Fu D, Liu X, Shang D. Biomechanical effects of USS fixation ith different screw insertion depths on the vertebrae stiffness and screw stress for the treatment of the L1 fracture. J Back Musculoskelet Rehabil. 2018;31(2):285-297. DOI: 10.3233/bmr-169692, PMID: 29332029.
Shibasaki Y, Tsutsui S, Yamamoto E, Murakami K, Yoshida M, Yamada H. A bicortical pedicle screw in the caudad trajectory is the best option for the fixation of an osteoporotic vertebra: An in-vitro experimental study using synthetic lumbar osteoporotic bone models. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2020;72:150-154. DOI: 10.1016/j.clinbiomech.2019.12.013, PMID: 3187753.
Cornaz F, Widmer J, Snedeker JG, Spirig JM, Farshad M. Cross-links in posterior pedicle screw-rod instrumentation of the spine: a systematic review on mechanical, biomechanical, numerical and clinical studies. Eur Spine J. 2021;30(1):34-49. DOI: 10.1007/s00586-020-06597-z, PMID: 33009949.
Nekhlopochyn OS, Verbov VV, Karpinsky MY, Yaresko OV. Biomechanical evaluation of the pedicle screw insertion depth and role of cross-link in thoracolumbar junction fracture surgery: a finite element study under compressive loads. Ukrainian Neurosurgical Journal. 2021;27(3):25-32. DOI: 10.25305/unj.230621.
Nekhlopochin A, Nekhlopochin S, Karpinsky M, Shvets A, Karpinskaya E, Yaresko A. Mathematical Analysis and Optimization of Design Characteristics of Stabilizing Vertebral Body Replacing Systems for Subaxial Cervical Fusion Using the Finite Element Method. Hirurgiâ pozvonočnika. 2017;14(1):37-45. DOI: 10.14531/ss2017.1.37-45.
Cowin SC. Bone Mechanics Handbook. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press; 2001.
Boccaccio A, Pappalettere C. Mechanobiology of Fracture Healing: Basic Principles and Applications in Orthodontics and Orthopaedics. In: Klika V, editor. Theoretical Biomechanics 2011.
Niinomi M. Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. J Mech Behav Biomed Mater. 2008;1(1):30-42. 8/31/2022: DOI:10.1016/j.jmbbm.2007.07.001, PMID: 19627769.
Obraztsov IF, Adamovich IS, Barer IS. Problemy prochnosti v biomekhanike. Moscow: Vysshaya shkola; 1988. [in Russian].
Zenkevich OK. Metod konechnykh elementov v tekhnike. Moscow: Mir; 1975. [in Russian].
Alyamovskiy AA. SolidWorks/COSMOSWorks. Inzhenernyy analiz metodom konechnykh elementov. Moscow: DMK Press; 2004. [in Russian].
Ghanayem AJ, Zdeblick TA. Anterior instrumentation in the management of thoracolumbar burst fractures. Clin Orthop Relat Res. 1997(335):89-100. PMID: 9020209.
Hoffmann C, Spiegl UJ, Paetzold R, Devitt B, Hauck S, Weiss T, et al. Long- term results after thoracoscopic anterior spondylodesis with or without posterior stabilization of unstable incomplete burst fractures of the thoracolumbar junction: a prospective cohort study. Journal of orthopaedic surgery and research.2020;15(1):412. DOI: 10.1186/s13018-020-01807-2, PMID: 32933516.
Vicenty JC, Saavedra FM, Vigo JA, Pastrana EA. Circumferential Stabilization of the Thoracolumbar Junction Via Posterior-Only Approach for the Management of Burst Fractures. Puerto Rico health sciences journal. 2018;37(4):224-229. PMID: 30548059.
Mina A, Mohammed RAK. Biomechanical Evaluation of Segmental Pedicle Screw Fixation in Thoracolumbar Fracture: A Finite Element Study. Orthopedics and Rheumatology Open Access Journal. 2018;12(3). DOI: 10.19080/oroaj.2018.12.555838.
Kuklo TR, Dmitriev AE, Cardoso MJ, Lehman RA, Jr., Erickson M, Gill NW. Biomechanical contribution of transverse connectors to segmental stability following long segment instrumentation with thoracic pedicle screws. Spine (Phila Pa 1976). 2008;33(15):E482-487. DOI: 10.1097/BRS.0b013e31817c64d5, PMID: 18594445.
Wang T, Cai Z, Zhao Y, Wang W, Zheng G, Wang Z, et al. The Influence of Cross-Links on Long-Segment Instrumentation Following Spinal Osteotomy: A Finite Element Analysis. World Neurosurg. 2019;123:e294-e302. DOI: 10.1016/j.wneu.2018.11.154, PMID: 30496922.
Lynn G, Mukherjee DP, Kruse RN, Sadasivan KK, Albright JA. Mechanical stability of thoracolumbar pedicle screw fixation. The effect of crosslinks. Spine (Phila Pa 1976). 1997;22(14):1568-1572; discussion 1573. 31.08.2022: 10.1097/00007632-199707150-00007, PMID: 9253090.
Xu C, Hou Q, Chu Y, Huang X, Yang W, Ma J, et al. How to improve the afety of bicortical pedicle screw insertion in the thoracolumbar vertebrae: analysis base on three-dimensional CT reconstruction of patients in the prone position. BMC Musculoskelet Disord. 2020;21(1):444. DOI: 10.1186/s12891-020-03473-1, PMID: 32635944.
Chen C-S, Chen W-J, Cheng C-K, Jao S-HE, Chueh S-C, Wang C-C. Failure analysis of broken pedicle screws on spinal instrumentation. Medical Engineering ysics. 2005;27(6):487-496. DOI: 10.1016/j.medengphy.2004.12.007.
Galbusera F, Volkheimer D, Reitmaier S, Berger-Roscher N, Kienle A, Wilke HJ. Pedicle screw loosening: a clinically relevant complication? Eur Spine J. 2015;24(5):1005-1016. DOI: 10.1007/s00586-015-3768-6, PMID: 25616349.
Matsuzaki H, Tokuhashi Y, Matsumoto F, Hoshino M, Kiuchi T, Toriyama S. Problems and solutions of pedicle screw plate fixation of lumbar spine. Spine (Phila Pa 1976). 1990;15(11):1159-1165. DOI: 10.1097/00007632-199011010-00014, PMID: 2267611.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.