Un modèle mathématique validé expérimentalement de la compression vertébrale axiale pour visualiser la fracture vertébrale par compression

Résumé

Ici, nous fournissons un modèle prédictif des FCV pour soutenir l’intervention chirurgicale. Les modèles de fractures biomécaniques de vertèbres cadavériques humaines et porcines sous charge de compression ont été utilisés pour vérifier un modèle FEA, fournissant une ressource pour mieux visualiser les fractures vertébrales et soutenant l’utilisation d’échantillons porcins dans la recherche sur la colonne vertébrale.

Résumé

Le modèle d’analyse par éléments finis (FEA) établi dans cette étude prédit le comportement mécanique d’un corps vertébral sous charge de compression pure. Quatre épines cadavériques humaines et quatre épines cadavériques porcines ont été utilisées dans la région de T9-T12 (humain) et T12-T14 (porcin) pour obtenir des données de défaillance biomécanique sous compression axiale pure. En mettant en œuvre les données de ces expériences d’écrasement axial et en les combinant avec des reconstructions tridimensionnelles (3D) de vertèbres dérivées de la tomodensitométrie (TDM), ce nouveau modèle prédit mathématiquement le comportement de la colonne vertébrale dans les fractures vertébrales par compression (VCF). Le développement d’un modèle mathématique précis a le potentiel d’aider à l’intervention chirurgicale des VCF pendant la vertébroplastie, la cyphoplastie et potentiellement des techniques supplémentaires en représentant avec précision le comportement biomécanique. Il peut être adapté aux cas d’ostéoporose, de fusion et de biomécanique implantaire afin d’améliorer la précision chirurgicale. Comprendre le schéma de fracture vertébrale est essentiel dans la planification chirurgicale préalable et la compréhension des risques antérieurs et futurs. La méthode présentée peut servir de ressource supplémentaire pour l’étude et le traitement de la FCV et soutient davantage l’utilisation de spécimens porcins dans la recherche sur la colonne vertébrale.

Introduction

Les fractures vertébrales par compression (VCF) sont des défaillances biomécaniques du corps vertébral antérieur en réponse à une charge de compression axiale ^1,2. Aux États-Unis, 1 à 1,5 million de patients souffrent de FCV chaque année, avec des facteurs de risque notables tels que l’ostéoporose, l’âge avancé et le sexe féminin ^3,4,5. Les patients atteints de VCF peuvent ressentir de la douleur, une invalidité, une altération de la fonction pulmonaire ou respiratoire, une fracture v....

Protocole

Toutes les expériences ont été réalisées conformément aux directives pertinentes en matière d’éthique de la recherche humaine et de soins aux animaux de la faculté de médecine de l’Université de l’Illinois.

1. Préparation de l’échantillon

REMARQUE : Les VCF sont décrites en détail pour la région thoraco-lombaire, car la plupart des fractures par compression cunéiforme se produisent dans la région médio-thoracique¹⁹. Pour cette raison, des vertèbres thoraciques T9-T12 d’humains et T12-14 de porcins ont été utilisées pour ces expériences (tableau 1).

....

Résultats

À partir des 12 vertèbres porcines, les courbes de charge-déplacement obtenues pour tous les spécimens sont illustrées à la figure 1, où toutes les courbes de données expérimentales ont montré des modèles similaires. Les résultats montrent une rigidité et une résistance vertébrales moyennes de 9,54 ±1,1 kN/mm (plage de 6,73-13,63 kN/mm) et de 10,2 ± 0,86 kN (plage de 8,1 à 13 kN). L’analyse vidéo des essais de compression expérimentaux a mis en évidence un modèle de défaillance commun à tout.......

Discussion

Bien que l’analyse par éléments finis dérivée de la tomodensitométrie soit un outil bien établi pour modéliser le comportement biomécanique, peu d’études appliquent la modélisation mathématique en conjonction avec la validation physique dans le contexte des VCF. Cette étude démontre un modèle mathématique prédictif précis de la VCF thoraco-lombaire, soutenu par la compression expérimentale d’épines cadavériques porcines et humaines. Le modèle intègre la résistance, la rigidité, le modèle.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
3-MATIC	Materialise	; v15.0
Abaqus/CAE	Simulia	n/a
Balance analytique	Sigma Aldrich	OH30122634
Épines porcines cadavériques  ;			Boucherie locale, Chicago, IL
CT machine	Siemens	SOMATOM Définition AS
Epredia  ; Scie à os à bout rond Shandon, lame : 8 po. x 2,5 pouces (20,3 po, 6,4 cm), standard, 11,5 po. (29,2 cm)	Fischer Scientific	40018
Fisherbrand  ; Pince à épiler fine de précision à pointe moyenne	Fischer Scientific	12-000-157
Integra Miltex  ; Scalpels standard stériles	Fischer Scientific	12-460-451
Machine de découpe laser/imprimante 3D	Fusion3	F400HFR
Mimics Software  ;	Materialise	v2.0
NDI Optotrak Certus	NextGen Ergonomie	Certus Products
Orthopedic Bone Saw	OrthopedicDrills	OTS-1
SPSS Statistics  ;	Sous-matelas	IBM v27
avec barrière contre l’humidité imperméable, 58,4 x 61 cm, 410 mL, Bleu, 200/cs	VWR INTERNATIONAL INC  ;	Référence 56616-032

absorbants