Análisis biomecánico de segmentos adyacentes después de la cirugía de fusión espinal utilizando un modelo de elementos finitos geométricamente paramétrico específico del paciente

Resumen

Aquí, utilizamos un modelo de elementos finitos específico del paciente para analizar los cambios mecánicos en los segmentos adyacentes después de la cirugía de fusión espinal. Los resultados mostraron que la cirugía de fusión redujo el movimiento general de la columna lumbar, pero aumentó la carga y el estrés en los segmentos adyacentes, especialmente el segmento proximal.

Resumen

Este estudio tuvo como objetivo realizar un análisis mecánico de los segmentos adyacentes después de la cirugía de fusión espinal utilizando un modelo de elementos finitos geométricamente paramétrico específico del paciente para dilucidar el mecanismo de la degeneración del segmento adyacente (TEA), proporcionando así evidencia teórica para la prevención temprana de la enfermedad. Se extrajeron catorce parámetros basados en la geometría de la columna vertebral específica del paciente de la tomografía computarizada (TC) preoperatoria del paciente, y se determinaron las posiciones relativas de cada segmento de la columna vertebral utilizando el método de coincidencia de imágenes. A través del método anterior, se estableció un modelo preoperatorio de la columna vertebral específico para el paciente. El modelo postoperatorio después de la cirugía de fusión intersomática lumbar posterior (PLIF) L4-L5 se construyó utilizando el mismo método, excepto que se extirparon la lámina y el disco intervertebral, y se insertaron una jaula, 4 tornillos pediculares y 2 bielas. El rango de movimiento (ROM) y los cambios de estrés se determinaron comparando los valores de cada estructura anatómica entre los modelos preoperatorio y postoperatorio. El ROM general de la columna lumbar disminuyó después de la fusión, mientras que el ROM, el estrés en las articulaciones facetarias y el estrés en el disco intervertebral de los segmentos adyacentes aumentaron. Un análisis de la distribución del estrés en el anillo fibroso, el núcleo pulposo y las articulaciones facetarias también mostró que no solo se elevó el estrés máximo en estos tejidos, sino que también se expandieron las áreas de estrés moderado a alto. Durante la torsión, la tensión en las articulaciones facetarias y el anillo fibroso del segmento adyacente proximal (L3-L4) aumentó en mayor medida que en el segmento adyacente distal (L5-S1). Si bien la cirugía de fusión causa una restricción general del movimiento en la columna lumbar, también hace que los segmentos adyacentes compartan más la carga para compensar el segmento fusionado, lo que aumenta el riesgo de TEA. El segmento adyacente proximal es más propenso a la degeneración que el segmento adyacente distal después de la fusión espinal debido al aumento significativo del estrés.

Introducción

La cirugía de fusión intervertebral espinal es el procedimiento quirúrgico más utilizado para el tratamiento de las enfermedades degenerativas de la columna lumbar¹. Un excelente resultado a corto plazo después de la cirugía puede lograrse en más del 90% de los pacientes². Sin embargo, los resultados de un estudio de seguimiento a largo plazo revelaron que algunos pacientes desarrollaron degeneración de segmentos adyacentes al segmento fusionado³. La fusión intersomática lumbar acelera los cambios degenerativos en los segmentos adyacentes, lo que se conoce como de....

Protocolo

El protocolo se llevó a cabo de acuerdo con la Declaración de Helsinki, y el protocolo fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional del Hospital de la Amistad China-Japón.

1. Modelado paramétrico de la geometría de la columna lumbar

1. Extraiga los datos iniciales (formato DICOM 3.0 con un tamaño de píxel de 0,33 mm y un espaciado de capas de 1 mm) para modelar a partir de un conjunto de datos de tomografía computarizada de un varón adulto sano sin antecedentes de traumatismo, deformidad o tumor de la columna vertebral (altura 180 cm, peso 68 kg).
2. Seleccionar 14 pa....

Resultados

Resultados de simulación del modelo específico del paciente en comparación con los resultados de la literatura previa
ROM del disco intervertebral
De acuerdo con las condiciones de carga experimental de Guan et ^al.27, se aplicó una carga de momento de flexión pura de 3,5 N∙m en diferentes direcciones en el punto de carga del modelo para simular el movimiento de la columna lumbar en flexión, extensión y flexión lateral, y se midió el ROM de cada segmento y s.......

Discusión

En este estudio, se estableció un modelo de FE geométricamente paramétrico específico del paciente para analizar las características biomecánicas de la columna lumbar después de la cirugía de PLIF. Los resultados mostraron que la tensión en las articulaciones facetarias y el disco del segmento fusionado disminuyó significativamente después de la cirugía de PLIF, lo que indica que PLIF podría fortalecer eficazmente la estabilidad del segmento descomprimido y retrasar un mayor agravamiento.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Abaqus	Dassault https://www.3ds.com/products/simulia/abaqus		Análisis de elementos finitos
AutoCAD	Autodesk	https://www.autodesk.com/products/autocad/	Un software de diseño asistido por ordenador de ingeniería utilizado para medir el ROM de diferentes segmentos vertebrales
Conjunto de datos de tomografía computarizada	China Japan Friendship Hospital		Conjunto de datos de un varón adulto sano sin antecedentes de traumatismo, deformidad o tumor de la columna vertebral (altura 180 cm, peso 68 kg). Los datos brutos se almacenaron en formato Dicom 3.0 con un tamaño de píxel de 0,33 mm y un espaciado de capas de 1 mm.
Hypermesh 2019	Altair	https://altair.com/hypermesh/	Generación de mallas
Mimics Research 21.0	Materialise	https://www.materialise.com/en/healthcare/mimics-innovation-suite/mimics	Construcción de modelos