Biomehanička analiza stabilnosti mješovitoga sustava transpedikularnih vijaka i sublaminarnih kukica računalnim modelom konačnih elemenata [Biomechanical stability analysis of transpedicular screws combined with sublaminar hook-rod system using finite element model]

Đurić, Krešimir Saša (2018) Biomehanička analiza stabilnosti mješovitoga sustava transpedikularnih vijaka i sublaminarnih kukica računalnim modelom konačnih elemenata [Biomechanical stability analysis of transpedicular screws combined with sublaminar hook-rod system using finite element model]. PhD thesis, Sveučilište u Zagrebu.

PDF Download (5MB)

Abstract

Introduction: Posterior and anterior spinal column reconstruction is the method of choice for stabilization in the treatment of thoracolumbar spine fractures AO A3, B2, B3 and C. This approach is invasive. Our hypothesis is that by augmentation of the posterior stabilization systems with another posterior hook-rod system new stabilization system can be developed whose stiffness approximately equals the stiffness of the combined anterior and posterior stabilization constructs. Materials and methods: To test our hypothesis, biomechanical analysis was performed. The angles of rotation in each group, as well as the strains on each part of the 3 stabilization constructs, were analyzed separately. Results: Comparison of the stiffness showed that the combined anterior and posterior stabilization construct was the stiffest, except in the case of lateral bending, where combined posterior stabilization showed to be stiffer. Strain analysis showed that the posterior stabilization construct was significantly unloaded when augmentated with the hook-rod system. A significant concentration of strain was calculated in the cranially placed hooks. Conclusion: Stiffness analysis showed a comparable stiffness between the tested and proposed stabilization construct Strain analysis showed a luxation tendency in the cranial posted hooks which would most likely lead to a construct failure.

Abstract in Croatian

Uvod: Stražnja segmentalna stabilizacija transpedikularnim vijcima i šipkama danas predstavlja standard u stabilizaciji kralježnice. Dosadašnja iskustva pokazala su da je sustav stražnje segmentalne stabilizacije nedovoljan prilikom stabilizacije nestabilne kralježnice (AO A3, B2, B3 i C), a naročito one koja je izgubila mogućnost podnošenja aksijalnih opterećenja. Kako bi se sustav stražnje stabilizacije rasteretio, potrebno ga je poboljšati. Poboljšanje se postiže rekonstrukcijom prednje nosive kolumne ili dodavanjem segmenata u konstrukciju. Prema dosadašnjim saznanjima kombinirana prednja i kratka stražnja stabilizacija predstavljaju najkrući oblik fokalne stabilizacije kralježnice. Takav je pristup povezan sa značajnim komorbiditetima, a često i neizvediv u politraumatiziranog bolesnika. Ovaj rad bavi se analizom biomehaničkih osobina sustava koji nastaje stražnjom pojačanjem stražnjeg segmentalnog sustava, sustavom kukica i šipki. Takav pristup liječenju trebao bi biti manje invazivan, ukoliko se biomehanički potvrdi njegova učinkovitost. Hipoteza: Kombinirani stražnji stabilizacijski sustav transpedikularnih vijaka, sublaminarnih kukica i šipki, postiže u virtualnom modelu korporektomije i spondilektomije prvog lumbalnog kralješka opseg pokreta i stabilnost približan sustavu kombinirane prednje i stražnje stabilizacije. Materijali, metode i plan istraživanja: Za provjeru naše hipoteze napravljena je biomehanička analiza koristeći inženjersku numeričku metodu konačnih elemenata na modelu korporektomije i spondilektomije LI. Model korporektomije LI oponaša biomehaničke karakteristike frakture AO A3, a spondilektomije AO B2, B3 i C. U svakoj su skupini zasebno analizirani i uspoređeni opseg pokreta i naprezanja na pojedinim elemenatima triju stabilizacijskih sustava: transpedikularnog, prednjeg kombiniranog i stražnjeg kombiniranog. Za potrebe ove studije izrađen je model torakolumbalne kralježnice koji uključuje kralješke od LII do ThXI, intervertebralne diskove i ligamente. Dobiveni model je diskretiziran konačnim elementima te je napravljena verifikacija i validacija usporedbom s eksperimentalnim rezultatima.1 Dobiveni model dalje je modificiran na dva načina, uklanjanjem tijela kralješka LI i uklanjanjem kralješka LI. Tako je nastao model korporektomije i spondilektomije. Dobiveni su modeli dalje modificirani umetanjem modeliranih stabilizacijskih konstrukcija kako bi se dobili računalni modeli: kombinirane prednje i stražnje stabilizacije, stražnje stabilizacije i kombinirane stražnje stabilizacije. Definirani su rubni uvjeti, a dobiveni modeli su opterećivani kako bi se dobio pokret fleksije, ekstenzije, lateralnog savijanja i torzije. Primijenjeni momenti iznose 1,356 Nm, 2,712 Nm, 4,068 Nm. U specifičnim točkama određeni su kutevi zakreta zajedno s maksimalnim naprezanjima u svakom ciklusu opterećenja prilikom pojedinog pokreta. U svrhu usporedbe biomehaničkih svojstava triju sustava stabilizacije, proračunata je krutost sustava iz odnosa momenta i kuta zakreta. Rezultati proračuna su prikazani tablično i dijagramski, te su analizirani. Rezultati: Analiza krutosti pojedinog sustava stabilizacije za slučaj korporektomije i spondilektomije, pokazala je da među njima nema značajne razlike. Uspoređujući krutosti triju stabilizacijskih sustava s modelom torakolumbalnog prijelaza, pokazalo se da je sustav stražnje stabilizacije najmanje krut, model torakolumbalnog prijelaza nešto krući, model kombinirane stražnje stabilizacije također nešto manje krut od modela kombinirane prednje i stražnje stabilizacije, osim za pokret lateralnog savijanja, kada se sustav kombinirane stražnje stabilizacije pokazao krućim. Analiza proračunatih maksimalnih ekvivalentnih von Missesovih naprezanja pokazala je da prednje pojačanje stražnjeg sustava stabilizacije značajno rasterećuje vijke sustava prilikom izvođenja testiranih pokreta. Stražnje pojačanje stražnjeg sustava stabilizacije, također značajno rasterećuje vijke stražnjeg sustava instrumentacije i to poglavito gornje vijke sustava prilikom fleksije i ekstenzije. Prilikom lateralnog savijanja i torzije, rasterećenje se javlja na tri vijka podjednakao no, na gornjem ipsilateralnom vijku ne dolazi do rasterećenja. Analiza naprezanja u kukicama, pokazala je koncentraciju naprezanja u gornjim kukicama, što je najizraženije prilikom pokreta lateralnog savijanja i torzije na kontralateralnoj gornjoj kukici. Zaključak: Analiza krutosti triju sustava stabilizacije pokazala je da je predloženi sustav podjednako krut sa sustavom kombinirane prednje i stražnje stabilizacije, osim u slučaju lateralnog savijanja kada je krući. Analiza naprezanja pokazala je da postoji tendencija iščašenja gornjih kukica, odnosno sloma sustava što je najizraženije prilikom pokreta lateralnog savijanja i torzije.

Actions (login required)

View Item

Downloads