يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

التحليل الميكانيكي الحيوي للأجزاء المجاورة بعد جراحة دمج العمود الفقري باستخدام نموذج العناصر المحدودة البارامترية الهندسية الخاصة بالمريض

1.2K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/66247

⸱

يناير 19, 2024

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Spine Surgery, China-Japan Friendship Hospital, 2College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology

في هذه المقالة

ملخص

هنا ، استخدمنا نموذج العناصر المحدودة الخاصة بالمريض لتحليل التغييرات الميكانيكية في الأجزاء المجاورة بعد جراحة دمج العمود الفقري. أظهرت النتائج أن جراحة الاندماج قللت من الحركة الكلية للعمود الفقري القطني ولكنها زادت من الحمل والضغط في الأجزاء المجاورة ، وخاصة الجزء القريب.

الملخص

تهدف هذه الدراسة إلى إجراء تحليل ميكانيكي للأجزاء المجاورة بعد جراحة اندماج العمود الفقري باستخدام نموذج العناصر المحدودة الخاصة بالمريض هندسيا لتوضيح آلية تنكس الجزء المجاور (ASD) ، وبالتالي تقديم أدلة نظرية للوقاية المبكرة من الأمراض. تم استخراج أربعة عشر معلمة تستند إلى هندسة العمود الفقري الخاصة بالمريض من فحص التصوير المقطعي المحوسب قبل الجراحة (CT) للمريض ، وتم تحديد المواضع النسبية لكل جزء من العمود الفقري باستخدام طريقة مطابقة الصورة. تم إنشاء نموذج خاص بالمريض للعمود الفقري قبل الجراحة من خلال الطريقة المذكورة أعلاه. تم إنشاء نموذج ما بعد الجراحة بعد جراحة الاندماج بين الأجسام القطنية الخلفية L4-L5 (PLIF) باستخدام نفس الطريقة باستثناء إزالة الصفيحة والقرص الفقري ، وتم إدخال قفص و 4 براغي عنيق و 2 قضيب توصيل. تم تحديد نطاق الحركة (ROM) وتغيرات الإجهاد من خلال مقارنة قيم كل بنية تشريحية بين نماذج ما قبل الجراحة وبعدها. انخفض ROM الكلي للعمود الفقري القطني بعد الاندماج ، بينما زاد ROM ، والإجهاد في مفاصل الوجه ، والإجهاد في القرص الفقري للأجزاء المجاورة. أظهر تحليل لتوزيع الإجهاد في الحلقة الليفية والنواة اللبية والمفاصل الجانبية أيضا أنه لم يرتفع الضغط الأقصى في هذه الأنسجة فحسب ، بل تم أيضا توسيع مناطق الإجهاد المعتدل إلى العالي. أثناء الالتواء ، زاد الضغط في مفاصل الوجه والتليف الحلقي للجزء المجاور القريب (L3-L4) إلى حد أكبر من ذلك الموجود في الجزء المجاور البعيد (L5-S1). في حين أن جراحة الاندماج تسبب تقييدا شاملا للحركة في العمود الفقري القطني ، فإنها تتسبب أيضا في المزيد من مشاركة الحمل من قبل الأجزاء المجاورة للتعويض عن الجزء المنصهر ، وبالتالي زيادة خطر الإصابة باضطراب طيف التوحد. الجزء المجاور القريب أكثر عرضة للتنكس من الجزء المجاور البعيد بعد اندماج العمود الفقري بسبب الزيادة الكبيرة في الإجهاد.

المقدمة

جراحة دمج العمود الفقري هي الإجراء الجراحي الأكثر استخداما لعلاج الأمراض التنكسية في العمود الفقريالقطني 1. يمكن تحقيق نتيجة ممتازة في الفترة القصيرة بعد الجراحة لأكثر من 90٪ من المرضى2. ومع ذلك ، كشفت نتائج دراسة متابعة طويلة الأمد أن بعض المرضى أصيبوا بتنكس في الأجزاء المجاورة للجزءالمنصهر 3. يعمل الاندماج بين الأجسام القطنية على تسريع التغيرات التنكسية في الأجزاء المجاورة ، والتي تعرف باسم تنكس الجزء المجاور (ASD). وفقا للأدبيات ، يتراوح معدل الإصابة باضطراب طيف التوحد الذي تم تشخيصه بناء على فحوصات التصوير الطبي من 36٪ إلى 84٪ بعد خمس سنوات من جراحة الاندماج4 ، مما قد يؤدي إلى أعراض مثل الألم المشع أو العرج المتقطع وربما حتى الحاجة إلى جراحة المراجعة. لا تزال آلية اضطراب طيف التوحد غير معروفة ، لكن معظم الباحثين يعتقدون أن العوامل الميكانيكية الحيوية تلعب دورا مهما. عزا البعض ASD إلى زيادة نطاق الحركة (ROM) للأجزاء المجاورةبعد الجراحة 5،6 ، وقد عزاه البعض ذلك إلى زيادة الضغط داخل القرص في الأجزاء المجاورة7،8،9 ، وأعزاه البعض الآخر ذلك إلى زيادة الضغط في مفاصل الوجه للأجزاء المجاورة10.

من بين الطرق المختلفة المستخدمة لدراسة الميكانيكا الحيوية للعمود الفقري ، تستخدم نمذجة العناصر المحدودة (FE) على نطاق واسع لأنها غير جراحية وغير مكلفة وقابلة للتكرار. أنشأ بعض الباحثين11،12،13 نموذجا ثلاثي الأبعاد FE للعمود الفقري القطني بأكمله (L1-L5) مع البيانات المستخرجة من التصوير المقطعي المحوسب قبل الجراحة (CT) ، مما جعل من الممكن استكشاف جوانب مختلفة من الميكانيكا الحيوية للعمود الفقري ، بدءا من استجابة العمود الفقري لظروف التحميل المختلفة14،15 إلى تأثيرات الأمراض المختلفة16 وتأثيرات طرق وتقنيات العلاج ذات الصلة17. على الرغم من أن طريقة النمذجة المذكورة أعلاه يمكن أن توفر مخرجات فيما يتعلق بالهندسة الخاصة بالمريض للعمود الفقري مع واجهة معقدة وثروة من المعلومات التي لا يمكن تحقيقها من التجارب في الجسم الحي ، إلا أن استخدامها السريري ظل محدودا بسبب طبيعة العملية التي تستغرق وقتا طويلا ، مما يجعل الطريقة متاحة فقط للنماذج القائمة على موضوع واحد أو عدد قليلمن الأشخاص 14. لمعالجة هذه المشكلة ، أنشأ Nikkhoo et al.18 نموذجا قطنيا عجزيا مبسطا L1-S1 يتم فيه التحكم في هندسة العمود الفقري بواسطة معلمات مستخرجة من بيانات صورة المرضى قبل الجراحة ، مما يسمح بإنشاء النماذج الخاصة بالمريض أو تحديثها تلقائيا وفقا لمعلمات الإدخال. وقد ثبت أن نموذج FE القائم على طريقة النمذجة هذه يتمتع بصلاحية جيدة. ومع ذلك ، كانت هناك اختلافات كبيرة في الضغط داخل القرص ، ومتوسط الضغوط في مفاصل الوجه ، ومتوسط الضغوط في الحلقة الليفية مقارنة بالنموذج السابق المعاد بناؤه القائم على التصوير المقطعي المحوسب. تم تطبيق نموذج عمودي مبسط آخر في دراسة أجراها Ghezelbash et al.19 ، لكن هذا النموذج اختلف اختلافا كبيرا عن الهندسة الحقيقية للعمود الفقري القطني بسبب الشكل الأسطواني للفقرات ونقص البنية فيما يتعلق بالعناصر الخلفية.

لذلك ، في هذه الدراسة ، قمنا بتطوير نموذج FE الخاص بالمريض بشكل هندسي لتحقيق عملية نمذجة وتحليل أكثر كفاءة مع صلاحية جيدة. بعد ذلك ، أجرينا تحليلا ميكانيكيا للأجزاء المجاورة بعد جراحة الاندماج لتوضيح الآلية وتقديم أدلة نظرية للوقاية المبكرة من اضطراب طيف التوحد.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

تم تنفيذ البروتوكول وفقا لإعلان هلسنكي ، وتمت الموافقة على البروتوكول من قبل مجلس المراجعة المؤسسية لمستشفى الصداقة الصيني الياباني.

1. النمذجة البارامترية لهندسة العمود الفقري القطني

  1. استخراج البيانات الأولية (تنسيق DICOM 3.0 بحجم بكسل 0.33 مم وتباعد طبقات 1 مم) للنمذجة من مجموعة بيانات الأشعة المقطعية لذكر بالغ سليم ليس لديه تاريخ من الصدمة أو التشوه أو الورم في العمود الفقري (الارتفاع 180 سم ، الوزن 68 كجم).
  2. حدد 14 معلمة مميزة لتحقيق توليد محيط العمود الفقري ، مع الأخذ في الاعتبار السمات المورفولوجية للعمود الفقري القطني الأكثر إثارة للقلق في الممارسة السريرية وأحدث الأدبيات18،20.
    1. قم بقياس جميع هذه المعلمات ال 14 مباشرة على صور التصوير المقطعي المحوسب باستخدام برنامج معالجة الصور ثلاثي الأبعاد ، كما هو موضح في الشكل 1 أ.
    2. في نافذة العرض المحوري ، استخدم أداة Ellipse Tool لقياس معلمات الصفيحة الطرفية للفقرات بدقة.
    3. لكل جزء من العمود الفقري وفقرة ، في البداية ، قم بفحص صور التصوير المقطعي المحوسب في الاتجاه المحوري من أعلى إلى أسفل. حدد الصورة التي تعرض المساحة الأكثر اكتمالا وأكبر من حدود العمود الفقري لقياس البيانات اللاحقة.
    4. استخدم أداة القطع الناقص داخل وحدة القياس لتتوافق مع الصفيحة النهائية السفلية للفقرة ، كما هو موضح في الشكل 1 أ.
    5. بعد إجراء قياسات متعددة ، احسب متوسط القيمة للتأكد من أن التباين بين منطقة القطع الناقص ومنطقة العمود الفقري يظل في حدود 10٪.
    6. قم بقياس طول المحاور الطويلة والقصيرة للقطع الناقص المجهز ، مع الإشارة إليها كمعلمات A1 و A2.
    7. بالإضافة إلى ذلك ، قم بقياس المقطع العرضي في أضيق جزء من القسم الأوسط واللوحة الطرفية العلوية ، وقم بتعيينها كمعلمات B1 و B2 و C1 و C2.
    8. في نافذة العرض الإكليلي ، استخدم أداة قياس المسافة لتحديد ارتفاع العمود الفقري ، ممثلة بالمعلمة H.
  3. استخدم أداة قياس الزاوية لتحديد زوايا الميل الخلفية للوجهين العلوي والسفلي في العرض السهمي ، والتي تم تحديدها كمعلمات α و β.
    1. في نافذة التصوير المقطعي المحوسب المحوري ، استخدم أداة قياس المسافة لقياس المسافة الرأسية من القسم الأوسط من الفقرة إلى الصفيحة كمعلمة التحكم في طول العنق L1.
    2. بطريقة مماثلة ، استخدم أداة قياس الزاوية وأداة قياس المسافة لقياس المعلمات L2 و γ و L3 و θ في نافذة العرض المحوري CT ، على التوالي ، كمعلمات تحكم للعملية العرضية والعملية الشائكة.
    3. للتحكم في تباين المراقب بين المراقبين والمراقبين الداخليين ، دع طبيبين حاصلين على أكثر من 5 سنوات من التدريب في جراحة العمود الفقري يقيسان كل معلمة 3 مرات لتأكيد موثوقية البيانات.
  4. قم بتطبيق برنامج النمذجة لبناء النموذج باستخدام وظيفة الإطلاق الصلب وفقا لمخطط تصميم النموذج المبسط في الشكل 1 أ لجميع أجزاء العمود الفقري باستثناء العجز.
    1. قم بإنشاء ثلاث مستويات مرجعية واضبط المسافة بين المستويين العلوي والسفلي لتتناسب مع ارتفاع العمود الفقري. في كل مستوى ، ارسم ثلاثة أشكال بيضاوية متحدة المركز ، مع محاذاة أبعادها مع قياسات بيانات التصوير المقطعي المحوسب.
    2. استخدم هذه الأشكال البيضاوية المرسومة كملامح للقيود لوظيفة الإطلاق الصلب ، مما يؤدي إلى إنشاء نموذج فقري مبسط.
  5. لإعادة إنشاء ملامسة سطح القوس عند مفصل الوجه ، استخدم الأسطح الأسطوانية لتقليد أسطح الوجه.
    1. تأكد من أن الوجه العلوي يأخذ شكل سطح قوس أسطواني مقعر 1/4 بينما يأخذ الوجه السفلي شكل سطح قوس أسطواني محدب 1/4. للتخفيف من تركيز الإجهاد أثناء محاذاة الوجه ، قم بتقريب حواف الوجهين العلوي والسفلي بشكل مناسب.
  6. قم بإنشاء كيان مقذوف بين الوجه والفقرة لمحاكاة السنيق. نظرا لأن شكل العملية العرضية أو العملية الشائكة يؤثر بشكل ضئيل على إضافات عناصر الرباط اللاحقة ، استخدم متوازيا منتظما لتكرار المحيط الهندسي لهذه العمليات.
    1. قم بتدوير بعض الزوايا للحصول على تمثيل راقي. قم بتعديل قيم معلمات الميزات ال 14 في برنامج النمذجة لإنشاء هندسة العمود الفقري الخاصة بالمريض.
  7. قم بقياس المعلمتين C1 و C2 فقط من الصفيحة الطرفية العلوية للعجز في نافذة المقطع العرضي للتصوير المقطعي المحوسب ومعلمة زاوية ميل الوجه العلوي α في النافذة السهمية بطريقة قياس مماثلة كما هو موضح في الخطوة 1.1 ، مع الأخذ في الاعتبار أن حساب نموذج FE يركز بشكل أساسي على إجهاد الوجه واللوحة الطرفية العلوية.
    1. قم بإنشاء هيكل مخروطي بقمة عريضة وقاع ضيق كنموذج مبسط للعجز ، مع هيكل يشبه العمود يمتد من كلا الجانبين لتقليد الأجنحة العجزية وتوفير نقاط ربط الأربطة في برنامج النمذجة. استخدم المعلمات الثلاث المذكورة أعلاه للتحكم في هندسة S1. انظر الشكل 1 ب للنموذج المقدس المبسط.
  8. قم بتطبيق طريقة مطابقة الصور لتحديد المواضع النسبية لكل جزء من العمود الفقري.
    1. قم باستيراد جميع النماذج الفقرية والعجزية إلى واجهة التجميع لبرنامج النمذجة ، حيث يتم تحميل عرض سهمي متوسط لصورة التصوير المقطعي المحوسب كخلفية مرجعية.
    2. قم بتدوير كل جزء فقري وحرك وقياسه لمطابقته مع الجزء المقابل من الصورة المرجعية (الشكل 1 ب).
  9. استخرج ملامح الصفيحة الطرفية الفقرية المجاورة لإطلاقها بقوة.
    1. حدد الصفائح الطرفية الفقرية المجاورة وأدخلها في الرسم للحصول على القرص الفقري.
    2. استخدم الأمر Convert Entity Reference لاستخراج خطوط الصفيحة النهائية للفقرات كخطوط بيضاوية الشكل في الرسم وإجراء تحرير الرسم لإنشاء نموذج مصفوفة قرص مبسط.
    3. قم بإنشاء النواة اللبية بطريقة مماثلة لمصفوفة القرص ، بالإضافة إلى تقليل رسم القطع الناقص إلى 40٪ من المساحة الأصلية وتحريكه للخلف قليلا في الرسم.
    4. بالإضافة إلى ذلك ، قم بتكبير نموذج النواة اللبية بنسبة 10٪ لتسهيل تجزئة اللوحة النهائية عند التشابك. انظر الشكل 1 ب للاطلاع على نموذج القرص المبسط النهائي.

2. بناء نموذج الاندماج بين الأجسام القطنية الخلفي (PLIF) بهندسة خاصة بالمريض

  1. أعد تحميل النموذج المبسط في برنامج النمذجة. حدد مقطع القرص الفقري L4-L5 للاندماج.
  2. قم بإزالة الصفيحة والعملية الشائكة للفقرة L4 يدويا بناء على النموذج البارامتري الفردي للعمود الفقري القطني. قم بإزالة القرص الفقري L4-L5.
  3. ضع قفصا في المساحة الفقرية لدمج العظام ، واملأ الفراغ الفقري المتبقي حول قفص الاندماج ببنية العظام.
  4. قم بتطبيق طريقة الاندماج الفقري القطني الخلفي (PLIF) عن طريق إدخال مسامير العنق في العنق بشكل ثنائي.
    1. وفقا للأدبيات21 ، استخدم مسامير بقطر 5.5 مم وطول 45 مم ، وقضبان تثبيت بقطر 6 مم وطول 60 مم ، وقفص كسب غير مكسب بطول 22 مم وعرض 8 مم.
    2. اضبط موضع مسامير العنق بحيث تكون نقطة الدخول في منتصف العنق تقريبا.
    3. استخدم أسلوب التشغيل المنطقي في برنامج النمذجة، باستخدام أمر التجميع ضمن خيارات الميزات.
    4. اضبط نوع العملية على الطرح ، باستخدام الفقرات L4 و L5 ككيانات أساسية ومسامير عنيق ككيانات مطروحة لإنجاز نمذجة مسارات لولبية العنق L4 و L5.
    5. استخدم نفس الإجراء ، وقم بتعيين نوع العملية لإضافته ، لتوحيد نماذج المسمار وقضيب التثبيت في كل موحد. انظر الشكل 1 ب للحصول على نموذج PLIF الخاص بالمريض.

3. إنشاء نماذج FE البارامترية ، الخاصة بالمريض ، قبل الجراحة ، وبعد الجراحة

  1. جيل شبكة
    1. استخدم برنامج الشبكة22 لربط نماذج ما قبل الجراحة وما بعد الجراحة بعد المعالجة الهندسية. قم باستيراد نموذج stp واستخدم وحدة 2D Meshing Auto Mesh لتعيين أحجام الشبكات السطحية وأنواع العناصر. قم بإنشاء الشبكة السطحية للنماذج.
    2. استخدم الوحدة النمطية 3D Meshing Solid Map لتعيين أنواع عناصر شبكة الكيان وإنشاء الشبكة الصلبة تلقائيا. استخدم عناصر رباعية الأضلاع بحجم 1 مم لربط السطح لمسامير العنق وقضبان التثبيت وقم تلقائيا بإنشاء شبكة صلبة بمزيج من عناصر C3D4 و C3D8R.
    3. بالنسبة لجهاز الاندماج الفقري ، استخدم عناصر مثلثة بحجم 1 مم لربط السطح واستخدم عناصر C3D4 رباعية السطوح للشبكة الصلبة.
    4. نظرا للشكل غير المنتظم لنموذج القرص الفقري المتبقي للجزء L4-L5 ، استخدم عناصر مثلثة بحجم 1.5 مم لربط السطح على الوجوه الطرفية. قم بإنشاء الشبكة الصلبة من خلال البثق ، باستخدام مزيج من عناصر C3D8R و C3D4.
    5. قم بربط الأجزاء المتبقية من نموذج ما بعد PLIF بنفس طريقة نموذج ما قبل الجراحة ، مما يؤدي إلى إنشاء 617,231 خلية و 151,078 عقدة في نموذج ما بعد PLIF.
  2. خصائص المواد وإعدادات التفاعل
    1. قم باستيراد نماذج ما قبل الجراحة وبعدها المتشابكة إلى برنامج FE للمعالجة المسبقة.
      1. في لوحة Material Manager ، قم بتعيين السلوك المادي لمسامير عنيق وقضبان التثبيت وأجهزة الانصهار بين الفقرات كمواد مرنة خطية متناحية.
      2. في علامة التبويب "البيانات " ، حدد معامل الشباب ونسبة بواسون للمواد.
      3. بالنسبة للبراغي والقضبان ، استخدم سبائك التيتانيوم ، وبالنسبة لجهاز الانصهار ، استخدم polyetheretherketone. راجع الجدول 2 للاطلاع على معلمات خاصية المواد المحددة لهاتين المادتين.
      4. نظرا لأن شبكة القرص الفقري المتبقي في L4-L5 ليست سداسية السطوح ولا يمكن تعريفها على أنها مادة شديدة المرونة ، ارجع إلى الأدبياتذات الصلة 23 وقم بتعيينها كمادة مرنة خطية متناحية. حدد معامل الشباب الخاص به على أنه 4 ميجا باسكال ونسبة بواسون على أنها 0.45.
    2. انتقل إلى وحدة التفاعل ، وافتح مدير القيود ، وانقر فوق الزر "إنشاء " لفتح نافذة إنشاء قيد .
      1. قم بتعيين النوع على أنه ربط. في نافذة عرض النموذج ، حدد الوجوه العلوية والسفلية للفقرات، بالإضافة إلى العقد المربوطة لجهاز الانصهار.
      2. بعد التأكيد، افتح نافذة تحرير القيد ، وقم بتعيين أسلوب الانحراف إلى التحليل الافتراضي، وحدد عدم استبعاد سمك عنصر shell.
      3. اضبط إعدادات التفاعل وفقا للظروف الميكانيكية الحيوية بعد الاندماج الفقري المثالي. تجاهل الانزلاق المحتمل بين العظم والبراغي أو القفص.
      4. اضبط علاقات التلامس بين البراغي والعظام الإسفنجية وبين القفص والأسطح النهائية للأجسام الفقرية العلوية والسفلية كمربط.
      5. اضبط خاصية تفاعل التلامس بين أسطح التلامس المشتركة كاحتكاك منزلق تتحكم فيه وظيفة العقوبة ، مع معامل احتكاك 0.01 في الاتجاه العرضي والاتصال الصعب في الاتجاه الطبيعي حيث يسمح بالفصل بعد الاتصال.
    3. قم بتعيين الشروط الحدودية وفقا لقواعد الحركة القطنية العجزية البشرية ، حيث يمكن أن تتحرك جميع الأجزاء الفقرية ، بينما يوفر العجز بشكل أساسي الدعم والتثبيت.
      1. قم بالوصول إلى وحدة التحميل النمطية في برنامج FE ، وافتح مدير شروط الحدود ، وانقر فوق الزر إنشاء لفتح نافذة إنشاء شرط الحدود .
      2. قم بتعيين الفئة على أنها ميكانيكية واختر النوع المطبق على خطوة التحليل المحددة على أنه التماثل / المضاد للتناظر / الثبات الكامل.
      3. انقر فوق Continue (متابعة)، وفي واجهة عرض النموذج، حدد العقد السطحية للعجز.
      4. عند الانتهاء، في نافذة تحرير شرط الحدود التي تظهر، اختر الخيار ثابت بالكامل (U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0).
    4. انظر الجدول 1 والجدول 224،25،26 للاطلاع على جميع إعدادات خصائص المواد. استخدم نفس الخاصية المادية وعلاقة التفاعل وإعدادات الحالة الحدودية للأنسجة والهياكل الأخرى في نماذج ما قبل الجراحة وبعدها.
  3. التحقق من صحة نموذج FE الفردي
    1. قم بإنشاء نقطة تحميل خلف مركز الصفيحة الطرفية العلوية للفقرة L3 قبل تطبيق أي أحمال. قم بإقران جميع العقد الموجودة على لوحة النهاية العلوية L3 بنقطة التحميل هذه من خلال علاقات القيد.
    2. قم بتطبيق اتجاهات مختلفة للحظات الانحناء النقية البالغة 3.5 نيوتن متر عند نقطة تحميل النموذج لمحاكاة حركات العمود الفقري القطني أثناء الانثناء والتمدد والانحناء الجانبي. قم بقياس ROM لكل جزء ومقارنته بالبيانات التجريبية التي أبلغ عنها Guan et al.27.
    3. قم بتطبيق حمولة رأسية 150 نيوتن عند نقطة التحميل وفرض أحمال اتجاهية مختلفة تبلغ 2.5 نيوتن متر و 5 نيوتن متر و 7.5 نيوتن متر لمحاكاة حركة العمود الفقري القطني في اتجاهات مختلفة. قم بقياس ROM لكل جزء ومقارنته بالبيانات التجريبية التي أبلغ عنها Panjabi et al.28.
    4. استخدم طريقة المحور اللحظي للدوران لقياس وحساب ROM لكل جزء قطني.
      1. في وحدة المعالجة اللاحقة لبرنامج FE ، قم بإصلاح العرض ، والتقط صورا قبل وبعد الإزاحة للنموذج في نفس العرض ، واستيرادها إلى برنامج معالجة الصور.
      2. تحديد المركز اللحظي وحركة العمود الفقري لكل جزء وفقا للطرق الموضحة في الأدبيات.
      3. لكل جزء ، خذ القياسات ثلاث مرات واستخدم المتوسط لتقليل الأخطاء من مستويات القياس المختلفة.
    5. قم بتطبيق حمولة رأسية 500 نيوتن وعزم 7.5 نيوتن متر عند نقطة التحميل لمحاكاة حركات الانثناء والتمديد والانحناء الجانبي.
    6. في المعالجة اللاحقة ، استخرج الحد الأقصى للضغط الداخلي عند النواة اللبية في الأقراص الفقرية لكل جزء وقارن البيانات بالنتائج التي أبلغ عنها Dreischarf و Wike14،29.

4. تحميل نموذج FE

  1. قم بتطبيق نفس العمليات وقيم الحمل على نماذج ما قبل الجراحة وما بعدها PLIF لتسهيل تحليل التغييرات الميكانيكية بعد جراحة PLIF.
  2. قم بتطبيق حمولة رأسية هابطة 400 نيوتن عند نقطة التحميل فوق الفقرة L3 وحمل لحظة 7.5 نيوتن متر في كل اتجاه عند نقطة التحميل لمحاكاة الانثناء الأمامي للإنسان ، والتمديد الخلفي ، والانحناء الجانبي ، وحركة الالتواء.
    ملاحظة: يجب محاكاة الحركة فقط في الاتجاه الأحادي أثناء الانحناء الجانبي والالتواء لأن النموذج القطني العجزي البارامتري متماثل حول المستوى السهمي.
  3. انظر الشكل 1 ب للحصول على نموذج نهائي خاص بالمريض بعد PLIF FE.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

نتائج المحاكاة للنموذج الخاص بالمريض مقارنة بنتائج الأدبيات السابقة
ROM للقرص الفقري
وفقا لظروف التحميل التجريبية ل Guan et al.27 ، تم تطبيق حمل لحظة الانحناء النقي البالغ 3.5 نيوتن متر في اتجاهات مختلفة عند نقطة تحميل النموذج لمحاكاة حركة العمود الفقري القطني في الانثناء والتمدد والانحناء الجانبي ، وتم قياس ROM لكل جزء ومقارنته بنتائج دراسة Guan. تظهر نتائج المقارنة في الشكل 2A-C. بالمقارنة مع...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

في هذه الدراسة ، تم إنشاء نموذج FE هندسي خاص بالمريض لتحليل الخصائص الميكانيكية الحيوية للعمود الفقري القطني بعد جراحة PLIF. أظهرت النتائج أن الضغط في مفاصل الوجه والقرص في الجزء المنصهر انخفض بشكل ملحوظ بعد جراحة PLIF ، مما يشير إلى أن PLIF يمكن أن يعزز بشكل فعال استقرار الجزء غير المضغوط ويؤخر تفاقم الآفة. انخفضت الحركة الإجمالية للعمود الفقري القطني بعد جراحة PLIF ، في حين أن ROM ، وإجهاد مفصل الوجه ، ومناطق الإجهاد المركز في مفاصل الوجه ، والإجهاد في الأقراص الفقرية المجاورة زادت بدر...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح متنافسة أو مصالح أخرى قد ينظر إليها على أنها تؤثر على النتائج و / أو المناقشة الواردة في هذه الورقة.

شكر وتقدير

لم يتلق هذا البحث أي منح محددة من وكالات التمويل في القطاعات العامة أو التجارية أو غير الهادفة للربح.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
AbaqusDassaulthttps://www.3ds.com/products/simulia/abaqusتحليل العناصر المحدودة
AutoCADAutodeskhttps://www.autodesk.com/products/autocad/برنامج تصميم هندسي بمساعدة الكمبيوتر يستخدم لقياس ROM لأجزاء فقرية مختلفة.
مجموعة بيانات الأشعة المقطعية الصداقة الصيني اليابانيلرجل بالغ يتمتع بصحة جيدة ليس لديه تاريخ من الصدمات أو التشوه أو الورم في العمود الفقري (الارتفاع 180 سم ، الوزن 68 كجم). تم تخزين البيانات الأولية بتنسيق Dicom 3.0 بحجم بكسل 0.33 مم وتباعد طبقات 1 مم.
هايبر ميش: 2019Altairhttps://altair.com/hypermesh/  توليد شبكة
يحاكي البحث 21.0تجسيدhttps://www.materialise.com/en/healthcare/mimics-innovation-suite/mimicsبناء النموذج
مجموعة بيانات مستشفى

المراجع

  1. Guigui, P., Ferrero, E. Surgical treatment of degenerative spondylolisthesis. Orthop Traumatol Surg Res. 103 (1), S11-S20 (2017).
  2. de Kunder, S. L., et al. Transforaminal lumbar interbody fusion (TLIF) versus posterior lumbar interbody fusion (PLIF) in lumbar spondylolisthesis: a systematic review and meta-analysis. Spine J. 17 (11), 1712-1721 (2017).
  3. Li, D., et al. Topping-off surgery vs posterior lumbar interbody fusion for degenerative lumbar disease: a comparative study of clinical efficacy and adjacent segment degeneration. J Orthop Surg Res. 14 (1), 197(2019).
  4. Hashimoto, K., et al. Adjacent segment degeneration after fusion spinal surgery-a systematic review. Int Orthop. 43 (4), 987-993 (2019).
  5. Spivak, J. M., et al. Segmental motion of cervical arthroplasty leads to decreased adjacent-level degeneration: Analysis of the 7-year postoperative results of a multicenter randomized controlled trial. Int J Spine Surg. 16 (1), 186-193 (2022).
  6. Liang, W., et al. Biomechanical analysis of the reasonable cervical range of motion to prevent non-fusion segmental degeneration after single-level ACDF. Front Bioeng Biotechnol. 10, 918032(2022).
  7. Wang, B., et al. Biomechanical evaluation of anterior and posterior lumbar surgical approaches on the adjacent segment: a finite element analysis. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 23 (14), 1109-1116 (2020).
  8. Hua, W., et al. Biomechanical evaluation of adjacent segment degeneration after one- or two-level anterior cervical discectomy and fusion versus cervical disc arthroplasty: A finite element analysis. Comput Methods Programs Biomed. 189, 105352(2020).
  9. Jiang, S., Li, W. Biomechanical study of proximal adjacent segment degeneration after posterior lumbar interbody fusion and fixation: a finite element analysis. J Orthop Surg Res. 14 (1), 135(2019).
  10. Kim, J. Y., et al. Paraspinal muscle, facet joint, and disc problems: risk factors for adjacent segment degeneration after lumbar fusion. Spine J. 16 (7), 867-875 (2016).
  11. Shirazi-Adl, A., Ahmed, A. M., Shrivastava, S. C. A finite element study of a lumbar motion segment subjected to pure sagittal plane moments. J Biomech. 19 (4), 331-350 (1986).
  12. Shirazi-Adl, S. A., Shrivastava, S. C., Ahmed, A. M. Stress analysis of the lumbar disc-body unit in compression. A three-dimensional nonlinear finite element study. Spine (Phila Pa). 9 (2), 120-134 (1984).
  13. Brekelmans, W. A., Poort, H. W., Slooff, T. J. A new method to analyse the mechanical behaviour of skeletal parts). Acta Orthop Scand. 43 (5), 301-317 (1972).
  14. Dreischarf, M., et al. Comparison of eight published static finite element models of the intact lumbar spine: predictive power of models improves when combined together. J Biomech. 47 (8), 1757-1766 (2014).
  15. Schmidt, H., et al. Response analysis of the lumbar spine during regular daily activities--a finite element analysis. J Biomech. 43 (10), 1849-1856 (2010).
  16. Tischer, T., et al. Detailed pathological changes of human lumbar facet joints L1-L5 in elderly individuals. Eur Spine J. 15 (3), 308-315 (2006).
  17. Zhang, L., et al. Biomechanical changes of adjacent and fixed segments through cortical bone trajectory screw fixation versus traditional trajectory screw fixation in the lumbar spine: A finite element analysis. World Neurosurg. 151, e447-e456 (2021).
  18. Nikkhoo, M., et al. Development of a novel geometrically-parametric patient-specific finite element model to investigate the effects of the lumbar lordosis angle on fusion surgery. J Biomech. 102, 109722(2020).
  19. Ghezelbash, F., et al. Subject-specific biomechanics of trunk: musculoskeletal scaling, internal loads and intradiscal pressure estimation. Biomech Model Mechanobiol. 15 (6), 1699-1712 (2016).
  20. Rayudu, N. M., et al. Patient-specific finite element modeling of the whole lumbar spine using clinical routine multi-detector computed tomography (MDCT) data-A pilot study. Biomedicines. 10 (7), 1567(2022).
  21. Ambati, D. V., et al. Bilateral pedicle screw fixation provides superior biomechanical stability in transforaminal lumbar interbody fusion: a finite element study. Spine J. 15 (8), 1812-1822 (2015).
  22. Mahran, M., ELsabbagh, A., Negm, H. A comparison between different finite elements for elastic and aero-elastic analyses. J Adv Res. 8 (6), 635-648 (2017).
  23. Kurutz, M., Oroszváry, L. Finite element analysis of weightbath hydrotraction treatment of degenerated lumbar spine segments in elastic phase. J Biomech. 43 (3), 433-441 (2010).
  24. Schmidt, H., et al. Application of a calibration method provides more realistic results for a finite element model of a lumbar spinal segment. Clin Biomech. 22 (4), Bristol, Avon. 377-384 (2007).
  25. Lu, Y. M., Hutton, W. C., Gharpuray, V. M. Can variations in intervertebral disc height affect the mechanical function of the disc. Spine (Phila Pa). 21 (19), 2208-2216 (1996).
  26. Weinhoffer, S. L., et al. Intradiscal pressure measurements above an instrumented fusion. A cadaveric study. Spine (Phila Pa). 20 (5), 526-531 (1995).
  27. Guan, Y., et al. Moment-rotation responses of the human lumbosacral spinal column). J Biomech. 40 (9), 1975-1980 (2007).
  28. Panjabi, M. M., et al. Mechanical behavior of the human lumbar and lumbosacral spine as shown by three-dimensional load-displacement curves. J Bone Joint Surg Am. 76 (3), 413-424 (1994).
  29. Wilke, H., et al. Intradiscal pressure together with anthropometric data--a data set for the validation of models. Clin Biomech. 16, Bristol, Avon. Suppl 1 S111-S126 (2001).
  30. Perez-Orribo, L., et al. Biomechanics of a posterior lumbar motion stabilizing device: In vitro comparison to intact and fused conditions. Spine (Phila Pa). 41 (2), E55-E63 (2016).
  31. Schmoelz, W., et al. Biomechanical evaluation of a posterior non-fusion instrumentation of the lumbar spine. Eur Spine J. 21 (5), 939-945 (2012).
  32. Shono, Y., et al. Stability of posterior spinal instrumentation and its effects on adjacent motion segments in the lumbosacral spine. Spine (Phila Pa). 23 (14), 1550-1558 (1998).
  33. Ha, K. Y., et al. Effect of immobilization and configuration on lumbar adjacent-segment biomechanics. J Spinal Disord. 6 (2), 99-105 (1993).
  34. Matsukawa, K., et al. Incidence and risk factors of adjacent cranial facet joint violation following pedicle screw insertion using cortical bone trajectory technique. Spine (Phila Pa). 41 (14), E851-E856 (2016).
  35. Hilibrand, A. S., Robbins, M. Adjacent segment degeneration and adjacent segment disease: the consequences of spinal fusion. Spine J. 4, 6 Suppl 190S-194S (2004).
  36. Hwang, D. W., et al. Radiographic progression of degenerative lumbar scoliosis after short segment decompression and fusion. Asian Spine J. 3 (2), 58-65 (2009).
  37. Chen, W. J., et al. Surgical treatment of adjacent instability after lumbar spine fusion. Spine (Phila Pa). 26 (22), E519-E524 (2001).
  38. Cunningham, B. W., et al. The effect of spinal destabilization and instrumentation on lumbar intradiscal pressure: an in vitro biomechanical analysis. Spine (Phila Pa). 22 (22), 2655-2663 (1997).
  39. Bashkuev, M., Reitmaier, S., Schmidt, H. Effect of disc degeneration on the mechanical behavior of the human lumbar spine: a probabilistic finite element study. Spine J. 18 (10), 1910-1920 (2018).
  40. Nikkhoo, M., et al. Anatomical parameters alter the biomechanical responses of adjacent segments following lumbar fusion surgery: Personalized poroelastic finite element modelling investigations. Front Bioeng Biotechnol. 11, 1110752(2023).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

استكشف المزيد من المقالات

تنكس القطاع المجاورنموذج خاص بالمريضالعمود الفقري القطنيمدى الحركةتوزيع الإجهادإجهاد المفصل الوجيهيإجهاد القرص بين الفقرات

تم نشر هذه المقالة

الفيديو قريباً

تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.