Artykuł metodologiczny

Eksperymentalnie potwierdzony model matematyczny osiowej kompresji kręgosłupa w celu wizualizacji złamania kompresyjnego kręgów

DOI:

10.3791/65474

⸱

12 sierpnia 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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Tutaj udostępniamy predykcyjny model VCF do wspierania interwencji chirurgicznej. Biomechaniczne wzorce pęknięć kręgów zwłok ludzkich i świń pod obciążeniem ściskającym wykorzystano do weryfikacji modelu MES, dostarczając zasobów do lepszej wizualizacji złamań kręgów i wspierając wykorzystanie próbek świń w badaniach kręgosłupa.

Streszczenie

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

Model analizy metodą elementów skończonych (MES) ustalony w tym badaniu przewiduje mechaniczne zachowanie trzonu kręgu pod czystym obciążeniem ściskającym. Cztery ludzkie i cztery świńskie kolce zwłok wykorzystano w regionie od T9-T12 (człowiek) i T12-T14 (świnia) do uzyskania danych o uszkodzeniach biomechanicznych przy czystej kompresji osiowej. Wdrażając dane z tych eksperymentów z osiowym zgniataniem i łącząc je z trójwymiarowymi (3D) rekonstrukcjami kręgów pochodzącymi z tomografii komputerowej (CT), ten nowy model matematycznie przewiduje zachowanie kręgosłupa w złamaniach kompresyjnych kręgów (VCF). Opracowanie dokładnego modelu matematycznego może potencjalnie wspomóc interwencję chirurgiczną VCF podczas wertebroplastyki, kyfoplastyki i potencjalnie dodatkowych technik poprzez dokładne odwzorowanie zachowania biomechanicznego. Można go dostosować do przypadków osteoporozy, fuzji i biomechaniki implantów, aby poprawić dokładność chirurgiczną. Zrozumienie wzorca złamań kręgów jest niezbędne w wstępnym planowaniu chirurgicznym i zrozumieniu wcześniejszych i przyszłych zagrożeń. Przedstawiona metoda może służyć jako dodatkowe źródło do badania i leczenia VCF oraz dodatkowo wspiera wykorzystanie próbek świń w badaniach kręgosłupa.

Wprowadzenie

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

Złamania kompresyjne kręgów (VCF) to biomechaniczne uszkodzenia trzonu przedniego kręgu w odpowiedzi na osiowe obciążenie ściskające1,2. Każdego roku w Stanach Zjednoczonych 1-1,5 miliona pacjentów doświadcza VCF, a istotnymi czynnikami ryzyka są osteoporoza, zaawansowany wiek i płeć żeńska3,4,5. Pacjenci z VCF mogą odczuwać ból, niepełnosprawność, zaburzenia czynności płuc lub układu oddechowego, wtórne złamania kręgów i zwiększone ryzyko śmiertelności6,7. Preferowane postępowanie kliniczne obejmuje fizjoterapię, rehabilitację i leczenie bólu1. Interwencja chirurgiczna w leczeniu VCF obejmuje wertebroplastykę i kyfoplastykę, system redukcji złamań kręgosłupa Osseo-Fix, usztywnienie wewnętrzne oraz dekompresję i stabilizację przedniego i tylnego odcinka kręgosłupa2,8,9. Rozpoznanie kliniczne VCF może obejmować obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI), tomografię komputerową, pozytonową tomografię emisyjną (PET) i tomografię komputerową emisji pojedynczych fotonów (SPECT)10 - jednak dodatkowa wizualizacja i symulacja złamania kręgów może obejść ograniczenia tych metod obrazowania. Niniejszy artykuł ma na celu nakreślenie metody elementów skończonych VCF, potwierdzonej eksperymentami z kompresją fizyczną, która pozwala na dokładne modelowanie i wizualizację biomechaniki pękania.

Analiza metodą elementów skończonych (MES) jest powszechnie stosowaną metodą inżynierską do symulacji i matematycznego przewidywania reakcji obiektu na warunki fizyczne11. Podczas gdy liczne badania VCF wykorzystują FEA12,13,14, wiele z tych badań obejmuje modelowanie pochodzące z tomografii komputerowej od żywych pacjentów i skorzystałoby na równoległej walidacji odpowiedzi kręgu w rzeczywistym fizycznym złamaniu kompresyjnym. W pracy przedstawiono nie tylko proces MES, ale także protokół fizycznej symulacji osiowego złamania kompresyjnego.

MES był używany do wstępnego planowania chirurgicznego w różnych warunkach klinicznych, w tym do naprawy jelita grubego, zabiegów ustnych i szczękowo-twarzowych oraz rekonstrukcji ortopedycznej15,16,17. MES zapewnia wirtualną rekonstrukcję 3D miejsca lub narządu, co może ułatwić anatomiczne zrozumienie unikalnych potrzeb chirurgicznych pacjenta. Model elementów skończonych może odtworzyć rozmiar, kształt, orientację i zachowanie obiektu fizycznego w odpowiedzi na obciążenia lub naciski zewnętrzne, co jest przydatne w optymalizacji technik chirurgicznych.

To badanie ma na celu opisanie tego dodatkowego modelu, który pomoże zoptymalizować wizualizację VCF, która może wspomóc leczenie za pomocą wertebroplastyki i kyfoplastyki balonowej. Opisana metoda może być korzystna w standaryzacji badań przeprowadzanych w eksperymentach ze złamaniami biomechanicznymi i oferuje przewagę nad tradycyjnymi protokołami związanymi z kosztami, czasem i doborem próby. Metoda ta zapewnia również wsparcie dla wcześniej skonstruowanych modeli matematycznych złamań kompresyjnych, które wykorzystywały obrazowanie medyczne i analizę elementów skończonych12,13,14,18. Dodatkowa wizualizacja morfologii VCF może dostarczyć narzędzia do optymalizacji leczenia. W niniejszym badaniu zaproponowano model matematyczny, który przewiduje VCF pod wpływem osiowego obciążenia ściskającego, poparty fizycznymi testami eksperymentalnymi, na próbkach ludzkich i wieprzowych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z odpowiednimi wytycznymi dotyczącymi etyki badań na ludziach i opieki nad zwierzętami na University of Illinois College of Medicine.

1. Przygotowanie próbki

UWAGA: VCFy są obszernie opisane dla odcinka piersiowo-lędźwiowego, ponieważ większość złamań kompresyjnych klina występuje w środkowej części klatki piersiowej19. Z tego powodu do tych doświadczeń wykorzystano kręgi piersiowe T9-T12 od ludzi i T12-14 od świń (Tabela 1).

  1. Zdobądź cztery trupie ludzkie kolce.
  2. Zdobądź cztery dostępne na rynku kolce trupa świni
    3. .
  3. Zidentyfikuj kręgi T9-12 i T12-14 odpowiednio dla kręgosłupa ludzkiego i świńskiego. Upewnij się, że jest w sumie szesnaście kręgów ludzkich i dwanaście kręgów świni
    4. .
  4. Za pomocą piły do kości z okrągłą końcówką i skalpela preparacyjnego wypreparuj zidentyfikowane kręgi i usuń tkanki miękkie, więzadła mięśniowe i krążki międzykręgowe.
  5. Wykonaj tomografię komputerową dla każdego kręgu kręgowego zgodnie ze specyfikacjami wymienionymi w tabeli 2.
  6. Za pomocą narzędzi preparacyjnych usuń tylne elementy kręgów (wyrostek kolczysty, wyrostek poprzeczny, stawy międzywyrostkowe, blaszkę i szypułki), podążając za krzywizną między szypułką a trzonem kręgu, tak aby pozostało tylko ciało (rysunek uzupełniający 1).
  7. Wypoleruj górną i dolną powierzchnię każdego trzonu kręgu, aby zapewnić płaską powierzchnię do kompresji. Usuń resztki tkanek miękkich i pozostałą tkankę na górnej i dolnej powierzchni kręgów za pomocą standardowego skalpela i kleszczy.
  8. Uzyskaj 15 i 12 rdzeni korowych z górnej i dolnej części kręgów odpowiednio dla próbek ludzkich i wieprzowych. Uzyskaj rdzenie korowe za pomocą oscylacyjnej piły do kości, aby usunąć próbkę kości korowej o wymiarach 1 cm x 1 cm i użyj standardowego skalpela, aby usunąć pozostałą kość gąbczastą.
  9. Wykonaj test gęstości na próbkach, ważąc każdy rdzeń korowy w rurze o zmierzonej objętości w celu określenia skalowania (rysunek uzupełniający 2).
  10. Przygotowując się do eksperymentów z kompresją, wykorzystaj obrazy CT do stworzenia wydrukowanego w 3D przewodnika z tworzywa sztucznego z polimeru dolnego profilu trzonu kręgu (rysunek uzupełniający 3).
  11. Za pomocą wycinarki laserowej utwórz cztery otwory, aby zdefiniować płaszczyzny strzałkowe i koronalne przez środek masy.

2. Tworzenie siatki modelu 3D na podstawie obrazowania radiograficznego (Rysunek uzupełniający 4)

  1. Otwórz oprogramowanie MIMICS (oprogramowanie do przetwarzania obrazu).
  2. Zaimportuj obrazy tomografii komputerowej uzyskane wcześniej w kroku 1.5. Kliknij pozycję Plik> Kreator nowego projektu > Importuj plik DICOM.
  3. Utwórz nowy próg, wybierając opcję Nowy na karcie Maski i zastosuj ustawienia domyślne wybrane dla opcji Kość (CT).
  4. Zmień nazwę nowej maski odpowiednio (np. Ludzki kręgosłup 1, T9).
  5. Kliknij Control + Wybierz nową maskę, wybierz opcję Oblicz 3D > Optymalna jakość > Oblicz. Model 3D pojawi się w prawym dolnym kwadrancie.
  6. Wybierz opcję Plik > Eksportuj > 3-matic > Wybierz obiekt 3D, który zawiera nazwany plik.
  7. Wybierz opcję Napraw > Wygładź > Wybierz obiekt 3D > Zastosuj przy współczynniku gładkości 0,5.
  8. Wybierz opcję Napraw > Kreator naprawy > postępuj zgodnie z poradami. Kontynuuj klikanie Postępuj zgodnie z poradami, aż monit # wykryty pojawi się na zielono. Ten krok optymalizuje krawędzie, skorupy i nakładające się trójkąty.
  9. Wybierz opcję Projektuj> Utwórz analityczny prymityw, > Utwórz płaszczyznę odniesienia.
  10. Wybierz punkty i zastosuj do punktów 1-3 płaszczyzny odniesienia. Przeciętne powierzchnie czaszki i ogona wyznaczały płaszczyznę poprzeczną równoległą do górnej i dolnej płyty końcowej. Płaszczyzna strzałkowa jest definiowana jako prostopadła do płaszczyzny poprzecznej, przechodząca przez środek masy od przedniej do tylnej strony kręgów zgodnie z wyrostkiem kolczystym.
  11. Na pasku narzędzi po lewej stronie zmień siatkę powierzchni z Gładkiej cieniowanej na Wypełnioną krawędziami trójkąta.
  12. Wybierz opcję Zmień siatkę > Jednolita siatka > ustaw Długość krawędzi trójkąta na 1,0 mm > Zastosuj.
  13. Wybierz opcję Remesh > Create Volume Mesh > Apply (Utwórz siatkę woluminów).
  14. zapisać*. Plik INN.

3. Przypisywanie właściwości materiału do siatki objętościowej (Rysunek uzupełniający 5)

  1. Wyeksportuj plik z powrotem do oprogramowania do przetwarzania obrazu.
  2. Przekonwertuj wartości skali szarości CT na rzeczywiste wartości gęstości za pomocą kalibracji minerałów, jak opisano wcześniej, używając wartości gęstości uzyskanych w kroku 1.920,21.
    UWAGA: Uzyskane wartości modułu Younga (E), odmiany plonu (εy) i współczynnika Poissona (ν) przedstawiono poniżej. Moduł Younga oblicza się jako funkcję gęstości pozornej i przyjętego stosunku ρapp/ρpopiołu równego 0,6,6,
    figure-protocol-1
  3. W obszarze MES wybierz opcję Przypisanie materiału.
  4. Przypisz wartości modułu Younga, plonu, odkształcenia i współczynnika Poissona, jak określono powyżej. Minimalna wartość skali szarości ogranicza gęstość do 0,01 g/cm3, aby uniknąć niemożliwych do uzyskania ujemnych wartości gęstości.
  5. Kliknij przycisk Eksportuj > Abaqus > Wybierz plik> Dodaj > Pola wyboru dla pojedynczego pliku wyjściowego i Utwórz zespół > wybierz przycisk OK.
  6. Otwórz Abaqus CAE > kliknij prawym przyciskiem myszy > Właściwości > folderze Start.
  7. Kliknij prawym przyciskiem myszy > Nowy format tekstu sformatowanego > > Zmień nazwę i konwertuj z .txt na .m
  8. Otwórz nowy plik w MATLAB > w Edytorze przypisz zachowanie po plonowaniu jako idealnie plastyczne, zgodnie z opisem poniższego równania, z ograniczeniem (σ):
    figure-protocol-2
  9. Kliknij przycisk Uruchom, aby wykonać tę funkcję.

4. Analiza metodą elementów skończonych

  1. Wybierz Moduł > kroku > utwórz > dynamiczne, jawne > kontynuuj > OK.
  2. Wybierz Moduł> Obciążenie > Menedżera warunków brzegowych > krok: Przemieszczenie/obrót początkowy > > kontynuować.
  3. Wybierz dolną obwiednię siatki i wybierz Gotowe.
  4. Wybierz opcję Moduł > Siatka > Wybierz Część > Przypisz typ elementu > Gotowe > Naprężenie 3D > Wybierz Tak, aby usunąć element.
  5. Wybierz opcję Module > Load > Boundary Condition Manager > Create > Step-1 > upewnij się, że kategoria to Mechanical > Continue.
  6. Wybierz górną obwiednię siatki i wybierz Gotowe.
  7. Wybierz moduł > interakcji > punkt odniesienia > przypisać do siatki.
  8. Wybierz Menedżer wiązań > Utwórz > bryły sztywnej > Ściąg i wybierz górną obwiednię siatki > Przypisz punkt odniesienia > Gotowe. Znajdź lokalizację kontrolowanego punktu za pomocą techniki obciążenia popychacza, gdzie obciążenie popychacza jest styczne do krzywizny kręgosłupa, upewniając się, że kontrolowany punkt znajduje się na 10% szerokości trzonu kręgu wzdłuż płaszczyzny strzałkowej od środka rzutu masy od górnej płyty (Rysunek uzupełniający 6)22.
  9. Wybierz opcję Moduł > Obciążenie > Menedżera warunków brzegowych > Utwórz > przypisz obciążenie w punkcie odniesienia.
  10. W obszarze Edytuj warunek brzegowy wybierz opcję Utwórz amplitudę > Kontynuuj > przypisać współczynnik przemieszczenia 3 mm/min.
  11. Wybierz Moduł > Właściwości > Menedżera materiałów > Utwórz > Sprężystość mechaniczną > > Sprężystą > przypisz dane wejściowe (Tabela 3).
  12. Wybierz opcję Mechanical > Plasticity (Plastyczność mechaniczna > tworzywa sztucznego.
  13. Wybierz Moduł > Krok > Menedżer żądań wyjściowych pól > Utworzono > awarii/pęknięcia > wybierz Uszkodzenie kompresyjne i Stan/Pole/Użytkownik/Czas > STATUS.
  14. Wybierz Moduł > Job > Job Manager > Results > Visualization > DAMAGE > Frame Selector > zwiększyć obciążenie za pomocą suwaka krokowego.
  15. Udokumentuj wcześniej zdefiniowany punkt awarii.

5. Testy eksperymentalne

  1. Skonfiguruj górną płytę załadowczą do złącza MTS, umożliwiając swobodny obrót do 5°.
  2. Umieść trzon kręgu na dolnej płytce kompresyjnej.
  3. Obrysuj sylwetkę trzonu kręgu, aby upewnić się, że środek obciążenia jest wyrównany z 10% szerokości trzonu kręgu od środka masy w kierunku strzałkowym.
  4. Umieść dolny profil trzonu kręgu na obrysie, zorientowany przez wydrukowany w 3D kawałek polimeru opisany w krokach 1.10 i 1.11.
  5. Zorientuj sprzęt do śledzenia danych, aby uchwycić zmiany ruchu i zamocuj cyfrowy znacznik na płycie ładunkowej.
  6. Uzyskaj zdjęcia trzonów kręgów przed kompresją we wszystkich widokach. Zorientuj urządzenie do przechwytywania wideo.
  7. Za pomocą maszyny do badań materiałowych (MTS) należy przyłożyć obciążenie osiowe o quasistatycznym współczynniku przemieszczenia 3 mm/min, gdzie uszkodzenie jest ustawione na 1/3 wysokości kręgu. Maszyna MTS automatycznie wyprowadza obciążenie (N) dla każdego eksperymentu.
  8. Użyj współrzędnych trzech zdigitalizowanych obiektów na skali, aby obliczyć przemieszczenie od środkowego znacznika.
  9. Użyj współrzędnych czterech zdigitalizowanych punktów płaszczyzny strzałkowej i czołowej, aby obliczyć górną powierzchnię (rysunek uzupełniający 7).
  10. Uzyskaj zdjęcia trzonów kręgów po kompresji we wszystkich widokach.

6. Analiza danych

  1. MTS zbiera wartości obciążenia i wydłużenia w celu obliczenia krzywej obciążenia-przemieszczenia. Zarówno w przypadku MES, jak i kompresji eksperymentalnej, wykorzystaj wartości sztywności i wytrzymałości do przeprowadzenia analizy statystycznej.
    UWAGA: Sztywność to nachylenie trajektorii liniowej, a wytrzymałość to najwyższy punkt reakcji sprężystej. Na koniec wzorzec zniszczenia jest definiowany poprzez identyfikację wszelkich pęknięć wzdłuż obciążenia ściskającego od elementów skończonych o niezerowym odkształceniu plastycznym.
  2. Wykonuj wszystkie analizy statystyczne za pomocą odpowiedniego oprogramowania do analizy danych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Z 12 kręgów świńskich, krzywe obciążenia-przemieszczenia uzyskane dla wszystkich próbek są przedstawione w Rysunek 1, gdzie wszystkie krzywe danych eksperymentalnych wykazały podobne wzorce. Wyniki wskazują na średnią sztywność i wytrzymałość kręgów 9,54 ±1,1 kN/mm (zakres 6,73-13,63 kN/mm) oraz 10,2 ± 0,86 kN (zakres 8,1-13 kN). Analiza wideo eksperymentalnych testów ściskania wykazała wspólny wzorzec uszkodzeń we wszystkich próbkach. Schemat uszkodzeń składał się z trzech linii pęknięć. Pi...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Podczas gdy MES wywodzący się z CT jest dobrze ugruntowanym narzędziem do modelowania zachowań biomechanicznych, niewiele badań stosuje modelowanie matematyczne w połączeniu z walidacją fizyczną w kontekście VCF. Badanie to demonstruje dokładny predykcyjny model matematyczny VCF klatki piersiowej lędźwiowej, wsparty eksperymentalnym uciskiem kolców zwłok świń i ludzi. Model uwzględnia wytrzymałość, sztywność, wzór pękania, mechanikę obciążenia i właściwości materiału, aby matematycznie przewidzieć reakcję kręgów na obcią...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia i nie ma konfliktu interesów.

Podziękowania

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

Badania opisane w tej publikacji były wspierane przez Fundację Cocomo.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Materializacja3-MATIC  wersja 15.0 
Abaqus/CAESimulian/a
Analytical BalanceSigma AldrichOH30122634
Kolce świń ze zwłok Lokalny sklep mięsny, Chicago, IL
CT maszynaSiemensSOMATOM Definicja AS
Epredia  Piła do kości Shandon z okrągłą końcówką, ostrze: 8 cali. x 2,5 cala (20,3 cala 6,4 cm), standardowy, 11,5 cala (29,2 cm)Fischer Scientific40018
Marka rybaka  Pęseta ze średnią końcówką PrecyzyjnaFischer Scientific12-000-157
Integra Miltex  Sterylne standardowe skalpeleFischer Scientific12-460-451
Wycinarka laserowa/drukarka 3DFusion3F400HFR
Oprogramowanie naśladujące Materialisev2.0
NDI Optotrak CertusNextGen ErgonomiaProdukty Certus
Ortopedyczna piła do kościWiertła ortopedyczneOTS-1
SPSS Statystyki IBMv27
Podkłady chłonne z wodoodporną barierą dla wilgoci, 58.4 x 61 cm, 410 mL, Niebieski, 200/csVWR INTERNATIONAL INC 56616-032

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Vertebral Compression FractureAxial Spinal CompressionFinite Element AnalysisBiomechanical FailureComputed TomographyThree Dimensional ReconstructionVertebroplastyKyphoplastyPorcine Spine ModelOsteoporosis Biomechanics
Film wkrótce dostępny

Powiązane artykuły