Eroglu, Osman Nuri;Husemoglu, Bugra;Basci, Onur;Ozkan, Mustafa;Havitcioglu, Hasan;Hapa, Onur
Clinics in Shoulder and Elbow
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제24권3호
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pp.141-146
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2021
Background: The purpose of the present study was to determine how long superior screws alone or in combination with posterior placement of metaglene screws protruding and penetrating into the scapular spine in reverse total shoulder arthroplasty affect the strength of the scapular spine in a fresh cadaveric scapular model. Methods: Seven fresh cadaver scapulas were allocated to the control group (short posterior and superior screws) and seven scapulars to the study group (spine base fixation with a four long screws, three with both long superior and long posterior screws). Results: The failure load was lower in the spine fixation group (long screw, 869 N vs. short screw, 1,123 N); however, this difference did not reach statistical significance (p>0.05). All outside-in long superior or superior plus posterior screws failed due to scapular spine base fracture; failures in the short screw group were due to acromion fracture. An additional posterior outside-in screw failed to significantly decrease the failure load of the acromion spine. Conclusions: The present study highlights the significance of preventing a cortical breach or an outside-in configuration when a superior or posterior screw is inserted into the scapular spine base.
Endoscopic spine surgery is an advanced surgical technique for spinal surgery since it minimizes skin incision, muscle damage, and blood loss compared to open surgery. It requires, however, accurate positioning of an endoscope to avoid spinal nerves and to locate the endoscope near the target disk. Before the insertion of the endoscope, a guide needle is inserted to guide it. Also, the result of the surgery highly depends on the surgeons' experience and the patients' CT or MRI images. Thus, for the training, a number of haptic simulators for spinal needle insertion have been developed. But, still, it is difficult to be used in the medical field practically because previous studies require manual segmentation of vertebrae from CT images, and interaction force between the needle and soft tissue has not been considered carefully. This paper proposes AI-based automatic vertebrae CT-image segmentation and haptic rendering method using the proposed need-tissue interaction model. For the segmentation, U-net structure was implemented and the accuracy was 93% in pixel and 88% in IoU. The needle-tissue interaction model including puncture force and friction force was implemented for haptic rendering in the proposed spinal needle insertion simulator.
Recently, we have proposed a hypothesis that spinal structures have a stress sensor driving feedback mechanism, In the human spine, spinal structure could react to modify muscular action in such a way so as to equalize stress at the disc, therefore reduce the risk of injury, In this analysis, abdominal muscle and abdominal pressure, which were not included in the previous study, were added to identify those effects in spine stability during upright stance posture for the case where the intervertebral disc plays the role of mechanoreceptor, The musculoskeletal FE model was consisted with detailed whole lumbar spine, pelvis, sacrum, coccyx and simplified trunk model. Muscle architecture with 46 local muscles containing paraspinal muscle and 6 rectus abdominal muscles were assigned according to the acting directions. The magnitude of 4kPa was considered for abdominal pressure. Minimization of the nucleus pressure deviation and annulus fiber average tension stress deviation was chosen for cost function. Developed model provide nice coincidence with in-vivo measurement (nucleus pressure). Analysis was conducted according to existence of co-activation of abdominal muscle and abdominal pressure. Antagonistic activity of abdominal muscle produced stability of spinal column with relatively small amount of total muscle force. In contrast to the abdominal muscle, effect of abdominal pressure was not clear that was partly depending on the assumption of constant abdominal pressure.
Many recent studies suggest that the posterior dynamic stabilization(PDS) can be a more physiologically-relevant alternative to the rigid fixation for the patients suffering from low back pain. However, its biomechanical effects or clinically proven efficacies still remain unknown. In this study, we evaluated kinematic behaviors of the lower lumbar spine with the PDS system and then compared to those of the rigid fixation system using finite element (FE) analysis. A validated FE model of intact lumbar spine(L2-L5) was developed. The implanted model was then constructed after modification from the intact to simulate two kinds of pedicle screw systems (PDS and the rigid fixation). Hybrid protocol was used to flex, extend, laterally bend and axially rotate the FE model. Results showed that the PDS systems are more flexible than rigid fixation systems, yet not flexible enough to preserve motion. PDS system allowed $16.2{\sim}42.2%$ more intersegmental rotation than the rigid fixation at the implanted level. One the other hand, at the adjacent level it allowed more range of motion ($2.0%{\sim}8.3%$) than the rigid fixation. The center of rotation of the PDS model remained closer to that of the intact spine. These results suggest that the PDS system could be able to prevent excessive motion at the adjacent levels and restore the spinal kinematics.
Jung, Jong-myung;Jahng, Anthony L.;Hyun, Seung-Jae;Kim, Ki-Jeong;Jahng, Tae-Ahn
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제64권2호
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pp.229-237
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2021
Objective : Expansion in the spinal canal area (SCA) after laminoplasty is one of the critical factors to relieve the preoperative symptoms. No previous study has compared the increases in SCA achieved by open-door laminoplasty (ODL) and double door laminoplasty (DDL) according to the preoperative lamina angle (LA). This study was designed to clarify the relationship between the laminoplasty opening angle (OA)/laminoplasty opening size (OS) and increases in the SCA following ODL and DDL according to the preoperative LA using a simulation model. Methods : The simulation model was constructed and validated by comparing the clinical data of 64 patients who had undergone C3-C6 laminoplasty (43 patients with ODL and 21 patients with DDL). SCA expansion was predicted with a verified simulation model at various preoperative LAs (from 28° to 32°) with different OAs (40° to 44°) and OSs (10 mm to 14 mm) recruited from patient data. Results : The constructed simulation model was validated by comparing clinical data and revealed a very high degree of correlation (r=0.935, p<0.001). In this validated model, at the same OA, the increase in SCA was higher following ODL than following DDL in the usual LA (p<0.05). At the same OS, the increase in SCA was slightly larger following DDL than following ODL, but the difference was not significant (p>0.05). The difference was significant when the preoperative LA was narrower or much wider. Conclusion : Based on clinical data, a simulation model was constructed and verified that could predict increases in the SCA following ODL and DDL. When applying this model, prediction in SCA increase using the OS parameter was more practical and compatible with clinical data. Both laminoplasties achieved enough SCA, and there was no significant difference between them in the usual range.
Sohn, Seil;Kim, Jinhee;Chung, Chun Kee;Lee, Na Rae;Sohn, Moon Jun;Kim, Sung Hwan
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제60권2호
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pp.195-204
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2017
Objective : This 2009-2011 nation-wide study of adult Koreans was aimed to provide characteristics, medical utilization states, and survival rates for newly diagnosed patients with primary nonmalignant and malignant spine tumors. Methods : Data for patients with primary spine tumors were selected from the Korean Health Insurance Review and Assessment Service database. The data included their age, sex, health insurance type, co-morbidities, medical cost, and hospital stay duration. Hospital stay duration and medical costs per person occurring in one calendar year were used. In addition, survival rates of patients with primary malignant spine tumors were evaluated. Results : The incidence rate of a primary spine tumor increased with age, and the year of diagnosis ($p{\leq}0.0001$). Average annual medical costs ranged from 1627 USD (pelvis & sacrum & coccyx tumors) to 6601 USD (spinal cord tumor) for primary nonmalignant spine tumor and from 12137 USD (spinal meningomas) to 20825 USD (pelvis & sacrum & coccyx tumors) for a primary malignant spine tumor. Overall survival rates for those with a primary malignant spine tumor were 87.0%, 75.3%, and 70.6% at 3, 12, and 24 months, respectively. The Cox regression model results showed that male sex, medicare insurance were significantly positive factors affecting survival after a diagnosis of primary malignant spine tumor. Conclusion : Our study provides a detailed view of the characteristics, medical utilization states, and survival rates of patients newly diagnosed with primary spine tumors in Korea.
Core spine muscle are related are associated with trunk stability and play a main role for the prevention of low back pain. In this study, it was investigated the effect of spine stabilization exercise device on core spinal muscles using a musculoskeletal model The forward direction of the tilt mainly induced the activation of long and superficial back muscles and the backward affected the front muscles. It was shown that spine stabilization exercise device can induce significant core muscle exercise effect.
Jeong, Chiyoung;Park, Jae Won;Kwak, Jungwon;Song, Si Yeol;Cho, Byungchul
한국의학물리학회지:의학물리
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제30권4호
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pp.94-103
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2019
Purpose: To evaluate the clinical feasibility of knowledge-based planning (KBP) for volumetric-modulated arc radiotherapy (VMAT) in spine stereotactic body radiotherapy (SBRT). Methods: Forty-eight VMAT plans for spine SBRT was studied. Two planning target volumes (PTVs) were defined for simultaneous integrated boost: PTV for boost (PTV-B: 27 Gy/3fractions) and PTV elective (PTV-E: 24 Gy/3fractions). The expert VMAT plans were manually generated by experienced planners. Twenty-six plans were used to train the KBP model using Varian RapidPlan. With the trained KBP model each KBP plan was automatically generated by an individual with little experience and compared with the expert plan (closed-loop validation). Twenty-two plans that had not been used for KBP model training were also compared with the KBP results (open-loop validation). Results: Although the minimal dose of PTV-B and PTV-E was lower and the maximal dose was higher than those of the expert plan, the difference was no larger than 0.7 Gy. In the closed-loop validation, D1.2cc, D0.35cc, and Dmean of the spinal cord was decreased by 0.9 Gy, 0.6 Gy, and 0.9 Gy, respectively, in the KBP plans (P<0.05). In the open-loop validation, only Dmean of the spinal cord was significantly decreased, by 0.5 Gy (P<0.05). Conclusions: The dose coverage and uniformity for PTV was slightly worse in the KBP for spine SBRT while the dose to the spinal cord was reduced, but the differences were small. Thus, inexperienced planners could easily generate a clinically feasible plan for spine SBRT by using KBP.
Since the advent of pedicle screw fixation system, posterior spinal fusion has markedly increased This intemal fixation system has been reported to enhance the fusion rates, thereby becoming very popular procedure in posterior spinal arthrodesis. Although some previous studies have shown the complications of spinal instruments removal, i.e. loss of correction and spinal collapse in scoliosis or long spine fusion patients, there has been no study describing the benefit or complications in lumbar spinal fusion surgery of one or two level. In order to clarify the effect of removal of instruments on mechanical motion profile, we simulated a finite element model of instrumented posterolateral fused lumbar spine model, and investigated the change of mechanical motion profiles after the removal of instrumentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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