The artificial discs have recently used to preserve the motion of the treated segment in lumbar spine surgery. However, there have been lack of biomechanical information of the artificial discs to explain current clinical controversies such as long-term results of implant wear and excessive facet contact forces. In this study, we investigated the biomechanical effects of three artificial implants on the lumbar spinal segments by finite element analysis. The finite element model of intact lumbar spine(L1-S) was developed and the three implants were inserted in L4-L5 segment of the spine model. 5 Nm of flexion and extension moments were applied on the superior plate of L1 with 400 N of compressive load. Excessive motions and high facet contact forces at the surgical level were generated in the all three implanted models. In the flexion, the peak von-Mises stresses in the semi-constrained type implant was higher than those in the un-constrained type implant which would cause wear on the polyethylene core. The results of the study would provide a biomechanical guideline for selecting optimal surgical approach or evaluating the current design of the implants, or developing a new implant.
The goal of total disc replacement is to restore pain-free mobility to a diseased functional spinal unit, by replacing the degenerated disc with a mobile bearing prosthesis. SB Charite III is named commercial product as the Artificial Intervertebral Disc (AID). SB Charite III consists of sliding core and endplate made by Ultra-high Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) and cobalt chrome alloy, respectively. To evaluate the effect of von-Mises stress in AID, and three-dimensional finite element model of AID analysis was preformed for four different loading types of sliding core. Consequently, endplate was compared with a compressive preload at 400N and flexion moment at $3{\sim}9Nm4. Therefore, this research has obtained result that von-Mises stress of sliding core in AID disc by radius curvature.
Objective : The clinical outcomes according to the radiological results after cervical total disc replacement (TDR) are not well established. Here, the authors reviewed the clinical results according to the asymmetry in radiographs. Methods : This retrospective analysis included patients after TDR ($Mobi-C^{(R)}$ disc) with at least 12 months follow up, and the clinical and radiological data were obtained preoperatively and postoperatively for 12 months. Clinical outcome measures numerical rating scale (NRS) score for neck pain, visual analog scale (VAS) for arm pain, and the Oswestry disability index (ODI) value. The asymmetries of TDRs were evaluated on the anterior-posterior (AP) and the lateral radiographs, and the radiographic adjacent segment degenerations were evaluated for 12 months. Results : A total of 24 patients (one level cervical TDR; 10 male and 14 female; aged $41.50{\pm}8.35years$) were included in this study. The clinical results including NRS for neck pain, VAS for arm pain, and ODIs were similar between the normal and asymmetrized TDRs in AP and lateral radiographs. The radiographic adjacent segment degenerations were significantly increased in deviated TDRs (AP >10 mm asymmetry and lateral>10 mm asymmetry). Conclusion : Asymmetrical location of TDR is not related to the clinical outcomes, but related to the risk of radiographic adjacent disc segment degeneration.
Objective : The purpose of this study is to evaluate the efficacy and safety of 3-level hybrid surgery (HS), which combines fusion and cervical disc replacement (CDR), compared to 3-level fusionin patient with cervical spondylosis involving 3 levels. Methods : Patients in the anterior cervical discectomy and fusion (ACDF) group (n=30) underwent 3-level fusion and the HS group (n=19) underwent combined surgery with fusion and CDR. Clinical outcomes were evaluated using the visual analogue scale for the arm, the neck disability index (NDI), Odom criteria and postoperative complications. The cervical range of motion (ROM), fusion rate and adjacent segments degeneration were assessed with radiographs. Results : Significant improvements in arm pain relief and functional outcome were observed in ACDF and HS group. The NDI in the HS group showed better improvement 6 months after surgery than that of the ACDF group. The ACDF group had a lower fusion rate, higher incidence of device related complications and radiological changes in adjacent segments compared with the HS group. The better recovery of cervical ROM was observed in HS group. However, that of the ACDF group was significantly decreased and did not recover. Conclusion : The HS group was better than the ACDF group in terms of NDI, cervical ROM, fusion rate, incidence of postoperative complications and adjacent segment degeneration.
Objective : In the present study, we evaluated the effect, safety and radiological outcomes of cervical hybrid surgery (cervical disc prosthesis replacement at one level, and interbody fusion at the other level) on the multilevel cervical degenerative disc disease (DDD). Methods : Fifty-one patients (mean age 46.7 years) with symptomatic multilevel cervical spondylosis were treated using hybrid surgery (HS). Clinical [neck disability index (NDI) and Visual Analogue Scale (VAS) score] and radiologic outcomes [range of motion (ROM) for cervical spine, adjacent segment and arthroplasty level] were evaluated at routine postoperative intervals of 1, 6, 12, 24 months. Review of other similar studies that examined the HS in multilevel cervical DDD was performed. Results : Out of 51 patients, 41 patients received 2 level hybrid surgery and 10 patients received 3 level hybrid surgery. The NDI and VAS score were significantly decreased during the follow up periods (p<0.05). The cervical ROM was recovered at 6 and 12 month postoperatively and the mean ROM of inferior adjacent segment was significantly larger than that of superior adjacent segments after surgery. The ROM of the arthoplasty level was preserved well during the follow up periods. No surgical and device related complications were observed. Conclusion : Hybrid surgery is a safe and effective alternative to fusion for the management of multilevel cervical spondylosis.
The various total replacement artificial discs have developed because spinal fusion has shown a lesser mobility of an operated segment and an accelerated degeneration at adjacent discs. But almost artificial discs have not yet been reached on the substitute surgery of fusion because many problems such as those clinical success rates were not more than them of fusion have not solved. In this paper, vertically inserted assemble-screw fixture in vertebrae was proposed to improve the fixed capability of artificial disc. And also, to evaluate the design suitability of newly designed screw-type, including fixtures of commercial discs such as wedge and plate type, the 1/4 finite element model with a vertebra and various implanted fixtures were generated, and next, 3 bending motions such as flexion, bending and twisting under the moment of 10Nm and compression under the force of 1000N were considered, respectively and finally, FE analyses were performed. Results of three fixture types were compared, such as Range of Motion and maximal stress, and so on. For ROM, the screw type was average 58% less than the wedge type and was average 42% less than the plate type under all loading conditions. For average stress ratio at closer nodes between vertebra and each fixture, the wedge type was the lowest as minimum 0.02 in twisting, screw types were the highest as maximum 0.28 in compression. As the results of using cement material, it was predicted that the instability problem of the wedge type was better solved. The screw type which could be increased by implanting depth according to the number of assembling mid screws, showed that the decreased tendency of ROMs and maximal cancellous bone stresses. In further study, controlling the number of assembling screws that was suitable for a patient's bone quality, development of surgical tools and keeping on design supplementations, which will be able to develop the competitive artificial disc.
Kim, Ki-Tack;Lee, Sang-Hun;Suk, Kyung-Soo;Lee, Jung-Hee;Jeong, Bi-O
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제47권6호
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pp.446-453
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2010
Objective : The purpose of this study was to analyze the biomechanical effects of three different constrained types of an artificial disc on the implanted and adjacent segments in the lumbar spine using a finite element model (FEM). Methods : The created intact model was validated by comparing the flexion-extension response without pre-load with the corresponding results obtained from the published experimental studies. The validated intact lumbar model was tested after implantation of three artificial discs at L4-5. Each implanted model was subjected to a combination of 400 N follower load and 5 Nm of flexion/extension moments. ABAQUS$^{TM}$ version 6.5 (ABAQUS Inc., Providence, RI, USA) and FEMAP version 8.20 (Electronic Data Systems Corp., Plano, TX, USA) were used for meshing and analysis of geometry of the intact and implanted models. Results : Under the flexion load, the intersegmental rotation angles of all the implanted models were similar to that of the intact model, but under the extension load, the values were greater than that of the intact model. The facet contact loads of three implanted models were greater than the loads observed with the intact model. Conclusion : Under the flexion load, three types of the implanted model at the L4-5 level showed the intersegmental rotation angle similar to the one measured with the intact model. Under the extension load, all of the artificial disc implanted models demonstrated an increased extension rotational angle at the operated level (L4-5), resulting in an increase under the facet contact load when compared with the adjacent segments. The increased facet load may lead to facet degeneration.
Direct anterior approach for lesions located anterior to the thecal sac is definitely superior to lateral or posterior approach in many respects. However, various anatomical obstacles and technical difficulties often hinder direct anterior approach. Thanks to ripe experience of retroperitoneal approach to the lumbar spine for anterior lumbar interbody fusion and total disc replacement, the authors could perform lumbar corpectomy and reconstruction by using midline retroperitoneal approach recently. During this approach, we repaired anterior longitudinal ligament also to reduce the risk of graft extrusion and to prevent erosion of vascular wall due to direct contact between metallic hardware, which was used for reconstruction of vertebral body, and major vessels.
본 연구에서는 유한요소 해석 방법을 이용하여 경추 유한요소 모델을 개발하고, 척추 인공디스크 수술 후 경추 분절의 생체역학적 특성을 평가하였다. 반구속 및 비구속 개념의 인공디스크가 삽입된 경추 유한요소 모델의 제 7 경추체를 완전히 고정시키고 추적 경로 방향의 50 N의 압축력을 가한 상태에서 1 Nm의 굴곡과 신전, 측면 굴곡, 비틀림 모멘트를 가하였다. 모든 방향의 하중 조건에서 인공디스크가 삽입된 경추 모델들의 회전량이 정상 경추 모델의 회전량에 비하여 크게 나타났다. 또한 인공디스크를 삽입한 운동 분절에서 정상에 비하여 후관절의 접촉력과 여섯 가지 주요 인대에 걸리는 응력이 높게 나타났다. 본 연구의 결과는 척추 인공디스크 수술 시 수술 방법의 선택뿐만 아니라 새로운 경추 수술용 임플란트 개발을 위한 인체정보 콘텐츠를 구축하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
배경: 심장이식이 최근 증가하면서 거부반응과 감염외의 외과적합병증도 증가하고 있다. 이 논문에서는 한 외과의에 실시된 심장이식후에 발생한 외과적합병증을 보고하고자 한다. 대상 및 방법: 1994년 4월부터 2003년 9월까지 실시된 37명의 심장이식환자를 대상으로 하였으며 심장이식의 적응은 확장성 심근증, 허혈성심근증, 판막심근증, 가족력심근증 등이었다. 결과: 총 15명의 이식환자에서 20예의 합병증이 발생하였으며 실시된 외과적 수술의 종류는 출혈로 인한 재개흉(5), 심낭액저류배액술(4), 인공박동기거치술(1), 아스페르질루스증에 의한 우하엽절제술(1), 요석제거술(1), 담낭제거술(1), 직장주위절개술(1), 부비동배액술(1), 고관절치환술(1), 치주비대에 의한 치주절개술(1), 뇨도절개술(1), 추간판 탈출증수술(1), 자궁근종으로 인한 자궁적출술(1)이 있었다. 합병증의 위치는 흉곽내가 10예, 흉곽외가 10예였다. 결론: 심장이식 수술후에는 흉곽 뿐만 아니라 다른 부위장기에 많은 합병증을 가져올 수 있기 때문에 장기생존율을 높이기 위해서는 다학제간의 적극적인 치료가 매우 중요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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