Methodenartikel

Een experimenteel gevalideerd wiskundig model van axiale spinale compressie om wervelcompressiefractuur te visualiseren

DOI:

10.3791/65474

⸱

12 augustus 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Orthopaedic Surgery, University of Illinois College of Medicine at Chicago, 2Chicago Medical School, Rosalind Franklin University of Medicine and Science, 3Department of Neurosurgery, University of Illinois College of Medicine at Chicago, 4Department of Orthopaedic Surgery, Orthopaedic and Spine Institute, Northshore University HealthSystem

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier bieden we een voorspellend model van VCF's ter ondersteuning van chirurgische ingrepen. Biomechanische breukpatronen van menselijke en varkenskadaverwervels onder compressiebelasting werden gebruikt om een FEA-model te verifiëren, wat een hulpmiddel bood voor het beter visualiseren van wervelfracturen en het ondersteunen van het gebruik van varkensmonsters in wervelkolomonderzoek.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het eindige-elementenanalyse (FEA)-model dat in deze studie is vastgesteld, voorspelt het mechanische gedrag van een wervellichaam onder pure compressiebelasting. Vier menselijke en vier varkenskadaverstekels werden gebruikt in de regio van T9-T12 (mens) en T12-T14 (varken) om biomechanische faalgegevens af te leiden onder pure axiale compressie. Door de gegevens van deze axiale verbrijzelingsexperimenten te implementeren en deze te combineren met computertomografie (CT)-afgeleide driedimensionale (3D) reconstructies van wervels, voorspelt dit nieuwe model wiskundig het gedrag van de wervelkolom bij wervelcompressiefracturen (VCF's). De ontwikkeling van een nauwkeurig wiskundig model heeft het potentieel om chirurgische ingreep van VCF's tijdens vertebroplastiek, kyphoplastie en mogelijk aanvullende technieken te ondersteunen door biomechanisch gedrag nauwkeurig weer te geven. Het kan worden aangepast voor gevallen van osteoporose, fusie en implantaatbiomechanica om de chirurgische nauwkeurigheid te verbeteren. Inzicht in het wervelfractuurpatroon is essentieel bij chirurgische pre-planning en het begrijpen van eerdere en toekomstige risico's. De gepresenteerde methode kan dienen als een extra hulpmiddel voor het bestuderen en behandelen van VCF en ondersteunt verder het gebruik van varkensspecimens in wervelkolomonderzoek.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Vertebrale compressiefracturen (VCF's) zijn biomechanische defecten van het voorste wervellichaam als reactie op axiale drukbelasting 1,2. Er zijn elk jaar 1-1,5 miljoen patiënten in de VS die VCF's ervaren, met opmerkelijke risicofactoren zoals osteoporose, hoge leeftijd en vrouwelijk geslacht 3,4,5. Patiënten met VCF's kunnen pijn, invaliditeit, veranderde long- of ademhalingsfunctie, secundaire wervelfractuur en verhoogd sterfterisico ervaren 6,7. Klinische behandeling die de voorkeur geniet, omvat fysiotherapie, revalidatie en pijnbestrijding1. Chirurgische ingreep voor VCF-behandeling omvat vertebroplastiek en kyphoplastiek, het Osseo-Fix Spinal Fracture Reduction System, interne versteviging en anterieure en posterieure decompressie en stabilisatie 2,8,9. Klinische diagnose van VCF kan magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), CT, positronemissietomografie (PET) en computertomografie met enkelvoudige fotonemissie (SPECT)10 omvatten, maar aanvullende visualisatie en simulatie van wervelfracturen kunnen de beperkingen van deze beeldvormingsmodaliteiten omzeilen. Dit artikel heeft tot doel een eindige-elementenmethode van VCF te schetsen, gevalideerd door fysische compressie-experimenten, die een nauwkeurige modellering en visualisatie van breukbiomechanica mogelijk maakt.

Eindige-elementenanalyse (FEA) is een veelgebruikte technische methode om de reactie van een object op fysieke omstandigheden te simuleren en wiskundig te voorspellen11. Hoewel talrijke studies van VCF gebruik maken van FEA 12,13,14, omvatten veel van deze studies CT-afgeleide modellering van levende patiënten en zouden ze baat hebben bij een zij-aan-zij validatie van de reactie van de wervel bij daadwerkelijke fysieke compressiefractuur. Deze studie schetst niet alleen het FEA-proces, maar ook het protocol voor de fysische simulatie van axiale compressiefracturen.

FEA is gebruikt bij chirurgische pre-planning in verschillende klinische omgevingen, waaronder colorectale reparatie, orale en maxillofaciale procedures en orthopedische reconstructie 15,16,17. FEA biedt een virtuele 3D-recreatie van een plaats of orgaan, wat het anatomisch begrip van de chirurgische behoeften van een patiënt kan vergemakkelijken. Een eindige-elementenmodel kan de grootte, vorm, oriëntatie en het gedrag van een fysiek object nabootsen als reactie op belastingen of externe druk, wat nuttig is bij het optimaliseren van chirurgische technieken.

Deze studie heeft tot doel dit aanvullende model te beschrijven om de visualisatie van VCF te helpen optimaliseren, wat de behandeling door vertebroplastiek en ballonkyphoplastie kan verbeteren. De beschreven methode kan nuttig zijn bij het standaardiseren van het onderzoek dat wordt uitgevoerd in biomechanische breukexperimenten en biedt voordelen ten opzichte van traditionele protocollen met betrekking tot kosten, tijd en monsterselectie. Deze methode biedt ook ondersteuning voor eerder geconstrueerde wiskundige modellen van compressiefracturen die gebruik maakten van medische beeldvorming en eindige-elementenanalyse 12,13,14,18. Aanvullende visualisatie van de VCF-morfologie kan een hulpmiddel zijn om de behandeling te optimaliseren. Deze studie stelt een wiskundig model voor dat VCF voorspelt onder axiale compressiebelasting, ondersteund door fysische experimentele tests, in menselijke en varkenspreparaten.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met de relevante richtlijnen voor menselijke onderzoeksethiek en dierenverzorging aan het University of Illinois College of Medicine.

1. Voorbereiding van het monster

OPMERKING: VCF's worden uitgebreid beschreven voor het thoracolumbale gebied, aangezien de meeste wigcompressiefracturen optreden in het midden van de thoracale regio19. Om deze reden werden voor deze experimenten thoracale wervels T9-T12 van mensen en T12-14 van varkens gebruikt (Tabel 1).

  1. Verkrijg vier kadavers menselijke stekels.
  2. Verkrijg vier in de handel verkrijgbare kadaverstekels van varkens.
  3. Identificeer wervels T9-12 en T12-14 voor respectievelijk de stekels van mensen en varkens. Zorg ervoor dat er in totaal zestien menselijke wervels en twaalf varkenswervels zijn.
  4. Gebruik een botzaag met ronde punt en een dissectiescalpel om de geïdentificeerde wervels te ontleden en zacht weefsel, spierligamenten en tussenwervelschijven te verwijderen.
  5. Voer CT-scans uit voor elke ruggenwervel met de specificaties vermeld in tabel 2.
  6. Verwijder met behulp van dissectiegereedschap achterste elementen van de wervels (processus spinosus, processus transversaal, facetgewrichten, lamina en steeltjes), volgens de kromming tussen de steel en het wervellichaam, zodat alleen het lichaam overblijft (aanvullende figuur 1).
  7. Polijst de superieure en inferieure oppervlakken van elk wervellichaam om een vlak oppervlak voor compressie te garanderen. Verwijder weke delen en achtergebleven weefsel op de wervels bovenste en onderste oppervlakken met een standaard scalpel en tang.
  8. Verkrijg 15 en 12 corticale kernen uit de bovenste en onderste facetten van de wervels voor respectievelijk menselijke en varkensmonsters. Verkrijg corticale kernen met behulp van een oscillerende botzaag om een monster van 1 cm x 1 cm corticaal bot te verwijderen en gebruik een standaard scalpel om het resterende poreuze bot te verwijderen.
  9. Voer een dichtheidstest uit op monsters door elke corticale kern in een in volume gemeten pijp te wegen om de schaalverdeling te bepalen (aanvullende afbeelding 2).
  10. Ter voorbereiding op compressie-experimenten kunt u de CT-beelden gebruiken om een 3D-geprinte plastic polymeergeleider van het onderste profiel van het wervellichaam te maken (aanvullende afbeelding 3).
  11. Maak met behulp van een lasersnijmachine vier gaten om sagittale en coronale vlakken door het massamiddelpunt te definiëren.

2. Het maken van een 3D-modelnet op basis van radiografische beeldvorming (aanvullende figuur 4)

  1. Open de MIMICS-software (beeldverwerkingssoftware).
  2. Importeer de CT-beelden die eerder in stap 1.5 zijn verkregen. Klik op Bestand > wizard Nieuw project > DICOM-bestand importeren.
  3. Maak een nieuwe drempel door Nieuw te selecteren onder het tabblad Maskers en pas de standaardinstellingen toe die zijn geselecteerd voor Bot (CT).
  4. Wijzig de naam van het nieuwe masker op de juiste manier (bijv. Human Spine 1, T9).
  5. Klik op Control + Selecteer het nieuwe masker, selecteer 3D berekenen > optimale kwaliteit > Bereken. Het 3D-model verschijnt in het kwadrant rechtsonder.
  6. Selecteer Bestand > Exporteren > 3-matic > Selecteer 3D-object, dat het benoemde bestand bevat.
  7. Selecteer Repareren > Vloeiend > 3D-object selecteren > Toepassen op Vloeiendfactor 0,5.
  8. Selecteer Wizard Fix > Fix > volg het advies op. Blijf op Advies volgen klikken totdat de prompt # gedetecteerd groen wordt weergegeven. Met deze stap worden randen, schelpen en overlappende driehoeken geoptimaliseerd.
  9. Selecteer Ontwerpen > Analytische primitieve > Referentievlak maken.
  10. Selecteer punten en pas de punten 1-3 van het datumvlak toe. De gemiddelde schedel- en caudale oppervlakken definieerden het transversale vlak evenwijdig aan de bovenste en onderste eindplaten. Het sagittale vlak wordt gedefinieerd als loodrecht op het transversale vlak, dat door het massamiddelpunt loopt van de anterieure naar achterste richting van de wervels volgens de processus spinosus.
  11. Wijzig in de linkerwerkbalk het oppervlaktenet van Vloeiend gearceerd in Gevuld met driehoekige randen.
  12. Selecteer Remesh > Uniform Remesh > stel de lengte van de driehoekige rand in op 1,0 mm > Toepassen.
  13. Selecteer Opnieuw mesh > Volumemesh maken > Pas toe.
  14. Redden*. INP-bestand.

3. Materiaaleigenschappen toekennen aan de volumemazen (aanvullende figuur 5)

  1. Exporteer het bestand terug naar de beeldverwerkingssoftware.
  2. Converteer CT-grijswaardenwaarden naar echte dichtheidswaarden met behulp van mineraalkalibratie zoals eerder geschetst, met behulp van dichtheidswaarden verkregen in stap 1.920,21.
    OPMERKING: De resulterende waarden voor de Young-modulus (E), de vloeirek (εy) en de Poisson-coëfficiënt (ν) worden hieronder weergegeven. De Young-modulus wordt berekend als een functie van de schijnbare dichtheid en de veronderstelde verhouding ρapp/ρas gelijk aan 0,6.
    figure-protocol-1
  3. Selecteer onder FEA de optie Materiaaltoewijzing.
  4. Wijs waarden toe voor Young's modulus, opbrengstrek en Poisson-coëfficiënt zoals hierboven bepaald. De minimale grijswaardenwaarde beperkt de dichtheid tot 0,01 g/cm3 om onbereikbare negatieve dichtheidswaarden te voorkomen.
  5. Klik op Exporteren > Abaqus > Selecteer Bestand> Voeg > selectievakjes toe voor Enkelvoudig Uitvoerbestand en Maak-> Selecteer OK.
  6. Open Abaqus CAE > met de rechtermuisknop > Eigenschappen > Map Start te klikken.
  7. Klik met de rechtermuisknop > Nieuw > Rich Text Format > Hernoem en converteer van .txt naar .m
  8. Open het nieuwe bestand in MATLAB > in Editor, wijs het gedrag na de opbrengst toe als perfect plastisch, zoals beschreven door de volgende vergelijking, met beperking (σ):
    figure-protocol-2
  9. Klik op Uitvoeren om de functie uit te voeren.

4. Eindige-elementenanalyse

  1. Selecteer module > stap > maak > dynamische, expliciete > ga verder > OK.
  2. Selecteer Module > Load > Boundary Condition Manager > stap: Initiële > verplaatsing/rotatie > doorgaan.
  3. Selecteer de ondergrens van het net en selecteer Gereed.
  4. Selecteer Module > mesh > Selecteer deel > Wijs elementtype toe > Klaar > 3D-klemtoon > selecteer Ja voor het verwijderen van elementen.
  5. Selecteer Module > Load > Boundary Condition Manager > Maak > Stap 1 > zorg ervoor dat de categorie Mechanisch > Doorgaan is.
  6. Selecteer de bovengrens van het net en selecteer Gereed.
  7. Selecteer module > interactie > referentiepunt > wijs toe aan mesh.
  8. Selecteer Constraint Manager > > stijve body maken > Tie en selecteer de bovenste grens van mesh > Referentiepunt toewijzen > Gereed. Zoek de gecontroleerde puntlocatie met behulp van de volgerbelastingstechniek, waarbij de volgerbelasting raakt aan de kromming van de wervelkolom, waarbij ervoor wordt gezorgd dat het gecontroleerde punt zich op 10% van de breedte van het wervellichaam langs het sagittale vlak bevindt vanaf het massamiddelpunt van de projectie vanaf de bovenplaat (aanvullende figuur 6)22.
  9. Selecteer Module > Belasting > Boundary Condition Manager > belasting maken > toewijzen op het referentiepunt.
  10. Selecteer in Randvoorwaarde bewerken de optie Amplitude maken > Doorgaan > wijs een verplaatsingssnelheid van 3 mm/min toe.
  11. Selecteer Module > Eigenschap > Materiaalbeheer > > Mechanische > Elasticiteit > Elastisch maken > invoergegevens toewijzen (Tabel 3).
  12. Selecteer mechanische > plasticiteit > plasticiteit.
  13. Selecteer Module > Stap > Field Output Requests Manager > Gemaakt > Fout/Breuk > selecteer Drukschade en Status/Veld/Gebruiker/Tijd > STATUS.
  14. Selecteer Module > Taak> Taakbeheer > Resultaten > Visualisatie > SCHADE > Framekiezer > verhoog de belasting met behulp van de stapschuifregelaar.
  15. Documenteer het eerder gedefinieerde storingspunt.

5. Experimenteel testen

  1. Configureer de bovenste laadplaat naar de MTS-connector, zodat een vrije rotatie tot 5° mogelijk is.
  2. Plaats het wervellichaam op de onderste compressieplaat.
  3. Volg het silhouet van het wervellichaam om ervoor te zorgen dat het belastingscentrum is uitgelijnd met 10% van de breedte van het wervellichaam vanaf het massamiddelpunt in de sagittale richting.
  4. Plaats het onderste profiel van het wervellichaam op de omtrek, georiënteerd door het 3D-geprinte polymeerstuk beschreven in de stappen 1.10 en 1.11.
  5. Richt apparatuur voor het volgen van gegevens om bewegingsveranderingen vast te leggen en bevestig de digitale markering op de laadplaat.
  6. Verkrijg pre-compressiefoto's van de wervellichamen in alle weergaven. Richt het video-opnameapparaat.
  7. Gebruik de materiaaltestsystemen (MTS) machine om een axiale belasting uit te oefenen met een quasistatische verplaatsingssnelheid van 3 mm/min, waarbij falen is ingesteld op 1/3 van de wervelhoogte. De MTS-machine voert automatisch de belasting (N) uit voor elk experiment.
  8. Gebruik de coördinaten van drie gedigitaliseerde objecten op de schaal om de verplaatsing vanaf de middelste markering te berekenen.
  9. Gebruik de coördinaten van vier gedigitaliseerde punten van het sagittale en coronale vlak om het bovenoppervlak te berekenen (aanvullende figuur 7).
  10. Verkrijg post-compressiefoto's van de wervellichamen in alle weergaven.

6. Gegevensanalyse

  1. De MTS verzamelt de belastings- en uitbreidingswaarden om de last-verplaatsingscurve te berekenen. Van zowel FEA als experimentele compressie, gebruik stijfheids- en krachtwaarden om statistische analyses uit te voeren.
    OPMERKING: Stijfheid is de helling in zijn lineaire baan en sterkte is het hoogste punt van elastische respons. Ten slotte wordt het faalpatroon gedefinieerd door elke breuk langs de compressiebelasting van eindige elementen met een plastische spanning die niet nul is, te identificeren.
  2. Voer alle statistische analyses uit met behulp van de juiste software voor gegevensanalyse.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Van de 12 varkenswervels zijn de belasting-verplaatsingscurven die voor alle exemplaren zijn verkregen, weergegeven in figuur 1, waar alle experimentele gegevenscurven vergelijkbare patronen vertoonden. De resultaten tonen een gemiddelde wervelstijfheid en -sterkte van 9,54 ±1,1 kN/mm (bereik 6,73-13,63 kN/mm) en 10,2 ± 0,86 kN (bereik 8,1-13 kN). Video-analyse van de experimentele compressietests toonde een gemeenschappelijk faalpatroon aan bij alle samples...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hoewel CT-afgeleide FEA een gerenommeerd hulpmiddel is voor het modelleren van biomechanisch gedrag, passen maar weinig studies wiskundige modellering toe in combinatie met fysieke validatie in de context van VCF's. Deze studie demonstreert een nauwkeurig voorspellend wiskundig model van thoracolumbale VCF, ondersteund door experimentele compressie van varkens- en menselijke kadaverstekels. Het model omvat sterkte, stijfheid, breukpatroon, belastingsmechanica en materiaaleigenschappen om...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen en er zijn geen belangenconflicten.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het onderzoek in deze publicatie werd ondersteund door de Cocomo Foundation.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
3-MATICMaterialise v15.0 
Abaqus/CAESimulian/a
Analytical BalanceSigma AldrichOH30122634
Cadaveric porcine spines Locale slagerij, Chicago, IL
CT machineSiemensSOMATOM Definition AS
Epredia Shandon Round Tip Bone Saw, Blade: 8 in. x 2.5 in. (20.3 in. 6.4 cm), standard, 11.5 in. (29.2 cm)Fischer Scientific40018
Fisherbrand Fine Precision Medium Tipped Tweezers/ForcepsFischer Scientific12-000-157
Integra Miltex Sterile Standard ScalpelsFischer Scientific12-460-451
Laser cutter machine/3D printerFusion3F400HFR
Mimics Software Materialisev2.0
NDI Optotrak CertusNextGen ErgonomicsCertus Products
Orthopedic Bone SawOrthopedicDrillsOTS-1
SPSS Statistics IBMv27
Absorbent Underpads with Waterproof Moisture Barrier, 58.4 x 61 cm, 410 mL, Blue, 200/csVWR INTERNATIONAL INC 56616-032

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wong, C. C., McGirt, M. J. Vertebral compression fractures: A review of current management and multimodal therapy. J Multidiscip Healthc. 6, 205-214 (2013).
  2. Alexandru, D., So, W. Evaluation and management of vertebral compression fractures. Perm J. 16 (4), 46(2012).
  3. Donnally, C. J., DiPompeo, C. M., Varacallo, M. Vertebral Compression Fractures. , StatPearls Publishing. Treasure Island, FL. (2023).
  4. Waterloo, S., et al. Prevalence of vertebral fractures in women and men in the population-based Tromsø Study. BMC Musculoskelet Disord. 13, 3(2012).
  5. Ji, M., Yu, Q. Primary osteoporosis in postmenopausal women. Chronic Dis Transl Med. 1 (1), 9-13 (2015).
  6. Ong, K. L., Beall, D. P., Frohbergh, M., Lau, E., Hirsch, J. A. Were VCF patients at higher risk of mortality following the 2009 publication of the vertebroplasty "sham" trials. Osteoporos Int. 29 (2), 375(2018).
  7. Yamauchi, K., et al. A risk factor associated with subsequent new vertebral compression fracture after conservative therapy for patients with vertebral compression fracture: a retrospective observational study. Arch Osteoporos. 15 (1), 9(2020).
  8. Chaudhary, S. B., Savage, J. W. Is cement augmentation a viable treatment option for an osteoporotic compression fracture. Clin Spine Surg. 31 (5), 185-187 (2018).
  9. Ender, S. A., Wetterau, E., Ender, M., Kühn, J. P., Merk, H. R., Kayser, R. Percutaneous stabilization system Osseofix® for treatment of osteoporotic vertebral compression fractures - Clinical and radiological results after 12 months. PLoS One. 8 (6), e0065119(2013).
  10. Mauch, J. T., Carr, C. M., Cloft, H., Diehn, F. E. Review of the imaging features of benign osteoporotic and malignant vertebral compression fractures. Am J Neuroradiol. 39 (9), 1584-1592 (2018).
  11. Szabó, B., Babuška, I. Finite Element Analysis: Method, Verification and Validation. , Second Edition, John Wiley & Sons Inc. (2021).
  12. Nakashima, D., et al. Finite element analysis of compression fractures at the thoracolumbar junction using models constructed from medical images. Exp Ther Med. 15 (4), 3225-3230 (2018).
  13. Zhao, W. T., Qin, D. P., Zhang, X. G., Wang, Z. P., Tong, Z. Biomechanical effects of different vertebral heights after augmentation of osteoporotic vertebral compression fracture: A three-dimensional finite element analysis. J Orthop Surg Res. 13 (1), 32(2018).
  14. Takano, H., Yonezawa, I., Todo, M., Hazli Mazlan, M., Sato, T., Kaneko, K. Biomechanical study of vertebral compression fracture using finite element analysis. J Appl Math Phys. 05 (04), 953-965 (2017).
  15. Guachi, R., Bini, F., Bici, M., Campana, F., Marinozzi, F. Finite element model set-up of colorectal tissue for analyzing surgical scenarios. Lecture Notes in Computational Vision and Biomechanics. 27, Springer. Cham. (2018).
  16. Lisiak-Myszke, M., Marciniak, D., Bieliński, M., Sobczak, H., Garbacewicz, Ł, Drogoszewska, B. Application of finite element analysis in oral and maxillofacial surgery-A literature review. Materials (Basel). 13 (14), 3063(2020).
  17. Chen, W. P., Tai, C. L., Shih, C. H., Hsieh, P. H., Leou, M. C., Lee, M. S. Selection of fixation devices in proximal femur rotational osteotomy: Clinical complications and finite element analysis. Clin Biomech. 19 (3), 255-262 (2004).
  18. Zuo, X. H., et al. Finite element analysis of wedge and biconcave deformity in four different height restoration after augmentation of osteoporotic vertebral compression fractures. J Orthop Surg Res. 16 (1), 138(2021).
  19. Wood, K. B., Li, W., Lebl, D. S., Ploumis, A. Management of thoracolumbar spine fractures. Spine J. 14 (1), 145-164 (2014).
  20. Silva, M. J., Keaveny, T. M., Hayes, W. C. Computed tomography-based finite element analysis predicts failure loads and fracture patterns for vertebral sections. J Orthop Res. 16 (3), 300-308 (1998).
  21. Giambini, H., Qin, X., Dragomir-Daescu, D., An, K. N., Nassr, A. Specimen-specific vertebral fracture modeling: a feasibility study using the extended finite element method. Med Biol Eng Comput. 54 (4), 583-593 (2016).
  22. Rohlmann, A., Neller, S., Claes, L., Bergmann, G., Wilke, H. J. Influence of a follower load on intradiscal pressure and intersegmental rotation of the lumbar spine. Spine (Phila Pa 1976). 26 (24), E557-E561 (2001).
  23. Guitteny, S., Lee, C. F., Amirouche, F. Experimentally validated finite element analysis of thoracic spine compression fractures in a porcine model. Bioengineering. 11 (1), 96(2024).
  24. Busscher, I., Ploegmakers, J. J. W., Verkerke, G. J., Veldhuizen, A. G. Comparative anatomical dimensions of the complete human and porcine spine. Eur Spine J. 19 (7), 1104(2010).
  25. Sheng, S. R., Wang, X. Y., Xu, H. Z., Zhu, G. Q., Zhou, Y. F. Anatomy of large animal spines and its comparison to the human spine: a systematic review. Eur Spine J. 19 (1), 46-56 (2010).
  26. Abbasi, H., Abbasi, A. Using porcine cadavers as an alternative to human cadavers for teaching minimally invasive spinal fusion: Proof of concept and anatomical comparison. Cureus. 11 (11), e6158(2019).
  27. Wilke, H. J., Geppert, J., Kienle, A. Biomechanical in vitro evaluation of the complete porcine spine in comparison with data of the human spine. Eur Spine J. 20 (11), 1859(2011).
  28. Busscher, I., Van Der Veen, A. J., Van Dieen, J. H., Kingma, I., Verkerke, G. J., Veldhuizen, A. G. In Vitro biomechanical characteristics of the spine: A comparison between human and porcine spinal segments. Spine (Phila Pa 1976). 35 (2), E35-E42 (2010).
  29. Nordberg, R. C., et al. Biochemical and biomechanical characterization of the cervical, thoracic, and lumbar facet joint cartilage in the Yucatan minipig. J Biomech. 142, 111238(2022).
  30. Hsieh, M. K., et al. Biomechanical evaluation of position and bicortical fixation of anterior lateral vertebral screws in a porcine model. Sci Rep. 13 (1), 454(2023).
  31. Shiba, K., Taneichi, H., Namikawa, T., Inami, S., Takeuchi, D., Nohara, Y. Osseointegration improves bone-implant interface of pedicle screws in the growing spine: a biomechanical and histological study using an in vivo immature porcine model. Eur Spine J. 26 (11), 2754-2762 (2017).
  32. Dai, H., et al. Biomechanical comparison between unilateral and bilateral percutaneous vertebroplasty for osteoporotic vertebral compression fractures: A finite element analysis. Front Bioeng Biotechnol. 10, 978917(2022).
  33. Ottardi, C., La Barbera, L., Pietrogrande, L., Villa, T. Vertebroplasty and kyphoplasty for the treatment of thoracic fractures in osteoporotic patients: A finite element comparative analysis. J Appl Biomater Funct Mater. 14 (2), e197-e204 (2016).
  34. Che, M., et al. Finite element analysis of a new type of spinal protection device for the prevention and treatment of osteoporotic vertebral compression fractures. Orthop Surg. 14 (3), 577-586 (2022).
  35. Imai, K. Analysis of vertebral bone strength, fracture pattern, and fracture location: A validation study using a computed tomography-based nonlinear finite element analysis. Aging Dis. 6 (3), 180(2015).
  36. McCall, T., Cole, C., Dailey, A. Vertebroplasty and kyphoplasty: A comparative review of efficacy and adverse events. Curr Rev Musculoskelet Med. 1 (1), 17-23 (2008).
  37. Presbítero, G., Gutiérrez, D., Lemus-Martínez, W. R., Vilchez, J. F., García, P., Arizmendi-Morquecho, A. Assessment of quality in osteoporotic human trabecular bone and its relationship to mechanical properties. Appl Sci. 11 (12), 5479(2021).
  38. Tamimi, I., et al. Composition and characteristics of trabecular bone in osteoporosis and osteoarthritis. Bone. 140, 115558(2020).
  39. Dall'Ara, E., et al. A nonlinear finite element model validation study based on a novel experimental technique for inducing anterior wedge-shape fractures in human vertebral bodies in vitro. J Biomech. 43 (12), 2374-2380 (2010).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Vertebral Compression FractureAxial Spinal CompressionFinite Element AnalysisBiomechanical FailureComputed TomographyThree Dimensional ReconstructionVertebroplastyKyphoplastyPorcine Spine ModelOsteoporosis Biomechanics
Video binnenkort beschikbaar

Gerelateerde artikelen