Koyun omurgası korpektomi modellerinde in-vitro cerrahi rekonstrüksiyon ile bilgisayar analizli rekonstrüksiyon modellerinin karşılaştırılması

Abstract

Purpose: The reconstruction of corpectomy defect is essential to restore biomechanical stability of the vertebral column. This study aims to compare the reconstruction methods made by bone cement and chest tube together with bone cement in terms of stability against axial compressive loading; to make the same experiments by using finite element analysis. Materials and Methods: There were 10 sheep lumbar 4-6 vertebral unit in each three group. Group 1 served as control and L5 corpectomy defect was reconstructed with bone cement only in group 2 and with chest tube (silastic tube) and bone cement in group 3. Axial compressive loads were applied to specimens and failure points were recorded. The same measurements were made by using finite element analysis of L4-6 spinal unit by static analysis. Results: In vitro failure points were meanly 8490 N for group 1, 3762 N for group 2 and 5788 N for group 3. There were statistical differences between each group (p<0.05). In finite element analysis, the average tension was 200 MPa in group 1, 93.3 MPa in group 2 and 25.2 MPa in group 3. Conclusion: Finite element analysis showed the exact effects of axial compressive loadings in two different corpectomy + reconstruction methods. We conclude that finite element analysis can be used instead of the human cadaver studies and provide many different test options by using the same model.

Özet

Amaç: Omurga cerrahisinde korpektomi sonrası oluşan boşluğun rekonstrüksiyonu omurganın biyomekanik stabilitesi için gereklidir. Bu çalışmada korpektomi defektinin kemik çimentosu ve kemik çimentosu + göğüs tüpü ile rekonstrüksiyonunun laboratuar ortamında biyomekanik olarak karşılaştırılması ve aynı deneylerin bilgisayar ortamında sonlu elemanlar analizi ile tekrar edilerek doğruluğunun saptanması amaçlanmıştır. Gereç ve Yöntem: Lomber 4-6 üçlü omurga kompleksi içeren 10ʼar adet 30 örnek 3 gruba eşit olarak dağıtıldı. Grup 1 kontrol grubu olarak belirlendi. Grup 2ʼde L5 korpektomi sonrası defekt kemik çimentosu ile rekonstrükte edildi. Grup 3ʼde ise defekt kemik çimentosu + göğüs tüpü ile rekonstrükte edildi. Her 3 gruptaki örneklere aksiyel yük uygulandı ve kırılma noktaları tespit edildi. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak 3ʼlü omurga modeli elde edildi ve bu bilgisayar modeli üzerinde aynı deneyler tekrarlandı. Bulgular: Laboratuar ortamında kırılma kuvvetleri grup 1 için ortalama 8490 N, grup 2 için ortalama 3762 N ve grup 3 için ortalama 5788 N olarak tespit edildi (p<0.05). Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak oluşturulan modellerde yapılan testlerde ise grup 1 için ortalama gerilme 200 Mpa, grup 2 için ortalama 93.3 MPa ve grup 3 için ortalama 25.2 MPa olarak saptandı. Sonuç: Sonlu elemanlar yöntemi ile elde edilen modellerde yapılan testlerle laboratuar ortamında yapılan testler arasında anlamlı benzerlik saptandı. Böylece, bilgisayar modeli üzerinde uygulanabilecek testlerin insan kadavrası biyomekanik omurga çalışmaları yerine kullanılabileceği kanısına varıldı.