Биомедицинский анализ латеральной клетки слияния поясничного тела (LLIF) для поясничных позвонков
А.А. Зулкефли, М.Хзли Мазлан
, Х.Такано, Н.С.Мд Саллех, М.Х.Ялил
Abstract: Цель: Разработать межтрубные клетки (МТК), имплантированные между поясничными позвонками, путем оценки прочности модели кости и спинномозговой клетки. Материалы и методы: В настоящем исследовании для разработки трехмерной модели позвоночника поясничных позвонков четвертого и пятого поясничных позвонков (L4 - L5) с различными конструкциями МТК, включая соты и прямолинейные узоры с 50%, 70% и 100% плотностью заполнения был применен анализ методом конечных элементов с использованием программного обеспечения Mechanical Finder (MF). Клетка была изготовлена из простого полиэфирного кетона (ППЭК) и сконструирована с использованием программного обеспечения Solidworks. МТК была вставлена между L4-L5, идентифицирована по компьютерной томографии с использованием MF. Модель анализировали в MF для оценки прочности МТК, результаты сравнивали со значениями механических свойств, полученными путем применения сжимающей нагрузки для моделирования движений позвоночника. Результаты: Показано, что наилучшей конструкцией МТК была ячеистая структура с 70% -ной плотностью заполнения, потому что ячеистая структура создавала самое низкое эквивалентное и максимальное основное напряжение. Обсуждение: Полученные данные показывают, что, когда предел текучести и предел прочности при растяжении материала выше, чем эквивалентное и максимальное главное напряжение, риск разрушения каркаса ниже. Это связано с тем, что он продемонстрировал самую высокую конструктивную способность по сравнению с другими конструкциями клетки. Следовательно, крайне важно учитывать, что клетки на основе ППЭК с более высокой плотностью заполнения демонстрируют относительно меньшую выработку напряжения, чем клетки с меньшей плотностью заполнения. Выводы: Выбор механически совместимой конструкции межтрубной клетки имеет решающее значение для достижения биомеханического успеха в хирургии позвоночника.
Keywords: дегенеративное заболевание межпозвоночных дисков; конечно-элементный анализ; соты; латеральный поясничный межтеловой спондилодез; ПЭЭК
| References: (click to open/close) | [1] Battié, M. C., Joshi, A. B., Gibbons, L. E., 2019. Degenerative Disc Disease: What is in a Name? Spine 44, 1523–1529.
[2] Gupta, V. K., Attry, S., Vashisth, N., Gupta, E., Marwah, K., Bhargav, S., Bhargav, S., 2016. Lumbar Degenerative Disc Disease: Clinical Presentation and Treatment Approaches. IOSR Journal of Dental and Medical Sciences 15, 12-23.
[3] Rossdeutsch, A., Copley, P., Khan, S., 2017. Degenerative spinal disc disease and its treatment. Orthopaedics and Trauma 31, 378–387.
[4] Nizam, N. A. H. M., Mazlan, M. H., Salleh, N. S. M., Abdullah, A. H., Jalil, M. H., Takano, H. and Nordin, N. D. D., 2021. Design and analysis of interbody fusion cage materials based on finite element analysis, 1st National Biomedical Engineering Conference, Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York City, 7–12.
[5] Pawar, A. Y., Hughes, A. P., Sama, A. A., Girardi, F. P., Lebl, D. R., and Cammisa, F. P., 2015. A Comparative Study of LLIF and PLIF in Degenerative Lumbar Spondylolisthesis. Asian Spine Journal 9, 668–674.
[6] Stephan, N., Jennifer, S., Alexexander, P. H., 2017. Lateral Lumbar Interbody Fusion—Outcomes and Complications. Current Reviews of Musculoskeletal Medicine 10, 539–549.
[7] Pawar, A. Y., Hughes, A. P., Girardi, F. P., Sama, A. A., Lebl, D. R., Cammisa, F. P., 2015. Lateral Lumbar Interbody Fusion. Asian Spine Journal 9, 978–983.
[8] Kirnaz, S., Navarro-Ramirez, R., Gu, J., Wipplinger, C., Hussain, I., Adjei, J., Kim, E., Schmidt, F. A., Wong, T., Hernandez, R. N., 2020. Indirect Decompression Failure After Lateral Lumbar Interbody Fusion—Reported Failures and Predictive Factors: Systematic Review. Global Spine Journal 10, 8S-16S.
[9] Mobbs, R. J., Phan, K., Malham, G., Seex, K., Rao, P. J., 2015. Lumbar Interbody Fusion: techniques, indications and comparison of interbody fusion options including PLIF, TLIF, MI-TLIF, OLIF/ATP, LLIF and ALIF. Spine Surgery 1, 2–18.
[10] Peck, J. H., Kavlock, K. D., Showalter, B. L., Ferrell, B. M., Peck, D. G., Dmitriev, A. E., 2018. Mechanical performance of lumbar intervertebral body fusion devices: An analysis of data submitted to the Food and Drug Administration. Journal of Biomechanics 78, 87–93.
[11] N. Agarwal, M. D. White, X. Zhang, N. Alan, A. Ozpinar, D. J. Salvetti, Z. J. Tempel, D. O. Okonkwo, A. S. Kanter, D. K. Hamilton, 2020. Impact of endplate-implant area mismatch on rates and grades of subsidence following stand-alone lateral lumbar interbody fusion: an analysis of 623 levels. Journal of Neurosurgery Spine 33, 12–16.
[12] Campbell, P. G., Cavanaugh, D . A., Nunley, P., Utter, P. A., Kerr, E., Wadhwa, R., Stone, M., 2020. PEEK versus titanium cages in lateral lumbar interbody fusion: A comparative analysis of subsidence. Neurosurgery Focus 49, 1-9.
[13] Liao, J. C., Niu, C. C., Chen, W. J., Chen, L. H., 2008. Polyetheretherketone (PEEK) cage filled with cancellous allograft in anterior cervical discectomy and fusion. International Orthopaedics 32, 643–648.
[14] Mazlan, M. H., Todo, M., Takano, H., Yonezawa, I., Abdullah, A. H., Jalil, M. H., Salleh, N. S. M., 2022. Biomechanical evaluation of osteoporotic spine models treated with Balloon Kyphoplasty (BKP) procedure. Series on Biomechanics, 36, 63-77.
[15] Mazlan, M. H., Todo, M., Yonezawa, I. Takano, H., 2017. Biomechanical alteration of stress and strain distribution associated with vertebral fracture. Journal of Mechanical Engineering 2, 123-133.
[16] Tanveer, M. Q., Mishra, G., Mishra, S., Sharma, R., 2022. Effect of infill pattern and infill density on mechanical behaviour of FDM 3D printed Parts- a current review. Materials Today Proceedings 62, 100-108.
[17] Mishra, P. K., Senthil, P., Adarsh, S., Anoop, M. S., 2021. An investigation to study the combined effect of different infill pattern and infill density on the impact strength of 3D printed polylactic acid parts. Composites Communications 24, 100605.
[18] Zhang, Z., Sun, Y., Sun, X., Li, Y., Liao, Z., Liu, W., 2016. Recent Advances in Finite Element Applications in Artificial Lumbar Disc Replacement. Journal of Biomedical Science and Engineering 9, 1–8.
[19] Takano, H., Yonezawa, I., Todo, M., Mazlan, M. H., Sato, T., Kaneko, K., 2017. Biomechanical Study of Vertebral Compression Fracture Using Finite Element Analysis. Journal of Applied Mathematics and Physics 5, 953-965.
[20] Jalil, M. H., Mazlan, M. H., Todo, M., 2017. Biomechanical Comparison of Polymeric Spinal Cages Using CT Based Finite Element Method. International Journal of Bioscience, Biochemistry and Bioinformatics 7, 110–117.
[21] Mazlan, M. H., Todo, M., Ahmad, I. L., Takano, H., Yonezawa, I., Abdullah, A. H., Jalil, M. H., Nordin, N. D. D., 2020. Biomechanical evaluation of two different types of interbody cages in posterior lumbar interbody fusion. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research 8, 221–226.
[22] Rho, J. Y., Kuhn-Spearing, L., Zioupos, P., 1998. Mechanical properties and the hierarchical structure of bone. Medical Engineering and Physics 20, 92-102.
[23] Salleh, N. S. M., Mazlan, M. H., Abdullah, A. H., Jalil, M. H., Takano, H., Nordin, N. D. D., 2021. Design and analysis of infill density effects on interbody fusion cage construct based on finite element analysis. 1st National Biomedical Engineering Conference, Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York City, 25–29.
[24] Fernandez-Vicente, M., Calle, W., Ferrandiz, S., Conejero, A., 2016. Effect of Infill Parameters on Tensile Mechanical Behavior in Desktop 3D Printing. 3D Printing and Additive Manufacturing 3, 183-192.
|
|
| Date published: 2024-04-23
(Price of one pdf file: 39.00 BGN/20.00 EUR)
