La chirurgia di fusione spinale intervertebrale è la procedura chirurgica più comunemente utilizzata per il trattamento delle malattie degenerative della colonna lombare1. Un risultato eccellente nel breve periodo successivo all'intervento chirurgico può essere raggiunto per oltre il 90% dei pazienti2. Tuttavia, i risultati di uno studio di follow-up a lungo termine hanno rivelato che alcuni pazienti hanno sviluppato la degenerazione dei segmenti adiacenti al segmento3 fuso. La fusione intersomatica lombare accelera i cambiamenti degenerativi nei segmenti adiacenti, nota come degenerazione del segmento adiacente (ASD). Secondo la letteratura, l'incidenza dell'ASD diagnosticato sulla base di esami di imaging medico varia dal 36% all'84% cinque anni dopo l'intervento chirurgico di fusione4, il che potrebbe portare a sintomi come dolore irradiato o claudicatio intermittente e forse anche alla necessità di un intervento chirurgico di revisione. Il meccanismo dell'ASD rimane sconosciuto, ma la maggior parte dei ricercatori ritiene che i fattori biomeccanici svolgano un ruolo importante. Alcuni hanno attribuito l'ASD all'aumento del range di movimento (ROM) dei segmenti adiacenti dopo l'intervento chirurgico 5,6, alcuni lo hanno attribuito all'aumento della pressione intradiscale nei segmenti adiacenti 7,8,9 e altri ancora lo hanno attribuito a un aumento dello stress nelle faccette articolari dei segmenti adiacenti10.
Tra i vari metodi utilizzati per studiare la biomeccanica spinale, la modellazione agli elementi finiti (FE) è ampiamente utilizzata perché non invasiva, economica e riproducibile. Alcuni ricercatori 11,12,13 hanno stabilito un modello FE 3D dell'intera colonna lombare (L1-L5) con dati estratti da scansioni preoperatorie di tomografia computerizzata (TC), che ha permesso di esplorare vari aspetti della biomeccanica spinale, che vanno dalla risposta della colonna vertebrale a diverse condizioni di carico 14,15 agli effetti di diverse patologie16 e agli effetti delle relative modalità e tecniche di trattamento17. Sebbene il metodo di modellazione di cui sopra possa fornire risultati relativi alla geometria specifica del paziente della colonna vertebrale con un'interfaccia complessa e una ricchezza di informazioni altrimenti irraggiungibili dagli esperimenti in vivo, il suo uso clinico è rimasto limitato a causa della natura dispendiosa in termini di tempo del processo, rendendo il metodo disponibile solo per modelli basati su uno o pochi soggetti14. Per affrontare questo problema, Nikkhoo et al.18 hanno stabilito un modello lombosacrale L1-S1 semplificato in cui la geometria della colonna vertebrale è controllata da parametri estratti dai dati delle immagini preoperatorie dei pazienti, consentendo di generare o aggiornare automaticamente modelli specifici per il paziente in base ai parametri di input. Il modello FE basato su questo metodo di modellazione ha dimostrato di avere una buona validità. Tuttavia, c'erano differenze significative nella pressione intradiscale, nelle sollecitazioni medie nelle faccette articolari e nelle sollecitazioni medie nell'anulus fibroso rispetto al precedente modello ricostruito basato su TC. Un altro modello spinale semplificato è stato applicato in uno studio di Ghezelbash et al.19, ma questo modello differiva notevolmente dalla geometria reale della colonna lombare a causa della forma cilindrica delle vertebre e della mancanza di struttura per quanto riguarda gli elementi posteriori.
Pertanto, in questo studio, abbiamo sviluppato un modello FE paziente-specifico geometricamente parametrico per ottenere un processo di modellazione e analisi più efficiente con una buona validità. Quindi, abbiamo eseguito un'analisi meccanica dei segmenti adiacenti dopo un intervento chirurgico di fusione per chiarire il meccanismo e fornire prove teoriche per la prevenzione precoce dell'ASD.