Биомеханическое моделирование при хирургическом лечении пациента с истинным спондилолистезом поясничного позвонка

Цель исследования. Оценка клинической апробации индивидуальной конечно-элементной биомеханической модели позвоночнотазового комплекса пациента с последующим моделированием оптимального варианта хирургического лечения.

Материал и методы. Проведено биомеханическое моделирование изменений сагиттального профиля пациента с дегенеративнодистрофическим заболеванием пояснично-крестцового отдела позвоночника, двусторонним спондилолизом, нестабильным спондилолистезом L 4 позвонка II ст. Разработанная биомеханическая модель позволила оценить характеристики возникшего вследствие развития заболевания напряженно-деформированного состояния в позвоночно-двигательных сегментах. После этого в построенной биомеханической модели позвоночно-тазового комплекса пациента смоделировали корригирующую операцию, при которой сагиттальные позвоночно-тазовые взаимоотношения сохранили гармоничный профиль. Изучили характеристики напряженнодеформированного состояния позвоночно-двигательных сегментов после коррекции и сравнили полученные данные с аналогичными параметрами биомеханической модели до операции.

Результаты. Использование методов биомеханики и компьютерного моделирования позволило рассчитать напряженно-деформированное состояние пояснично-крестцового отдела позвоночника под действием статической нагрузки для двух вариантов фиксации и установки межпозвонкового кейджа на уровне L4–L5: 4 транспедикулярных винта (позвонки L4–L5) и 6 транспедикулярных винтов (позвонки L3–L4–L5). Результаты моделирования показали, что ни в металлоконструкции, ни в элементах пояснично-крестцового отдела позвоночника не возникает критических напряжений и деформации, способных привести к разрушению и нестабильности имплантата.

Заключение. Разработанная индивидуальная биомеханическая конечно-элементная твердотельная модель позвоночника и таза позволила с биомеханических позиций обосновать предпосылки к формированию и дальнейшему прогрессированию дегенеративных изменений в позвоночно-двигательных сегментах при нарушениях сагиттального профиля вследствие спондилолистеза L4 позвонка II ст. Модель, построенная на результатах лучевого обследования, позволила биомеханически обосновать оптимальный вариант корригирующей операции на позвоночнике, позволяющий минимизировать напряжения и деформации за счет выбора рациональной величины коррекции сагиттальных позвоночно-тазовых параметров и компоновки транспедикулярной системы.

1. Vialle R, Ilharreborde B, Dauzac C, Lenoir T, Rillardon L, Guigui P. Is there a sagittal imbalance of the spine in isthmic spondylolisthesis? A correlation study. Eur Spine J. 2007;16:1641–1649. DOI: 10.1007/s00586-007-0348-4.

2. Дюбуссе Ж. Основные принципы вертебральной хирургии // Хирургия позвоночника. 2016. № 4. С. 95–103. [Dubousset J. Basic principles of spine surgery. Hir. Pozvonoc. 2016;13(4):95–103. In Russian]. DOI: https://doi.org/10.14531/ss2016.4.95-103.

3. Крутько А.В. Сагиттальный баланс. Гармония в формулах. Новосибирск, 2016. [Krutko AV. Sagittal Balance. Harmony in Formulas. Novosibirsk, 2016. In Russian].

4. Le Huec JC, Faundez A, Dominguez D, Hoffmeyer P, Aunoble S. Evidence showing the relationship between sagittal balance and clinical outcomes in surgical treatment of degenerative spinal diseases: a literature review. Int Orthop. 2015;39:87–95. DOI: 10.1007/s00264-014-2516-6.

5. Дюбуссе Ж. Позвоночник трехмерен, но не следует путать 3D-выстраивание и 3D-баланс // Хирургия позвоночника. 2016. № 2. С. 77–85. [Dubousset J. The spine is three-dimensional entity, though 3d alignment and 3d balance should not be confused. Hir. Pozvonoc. 2016;13(2):77–85. In Russian]. DOI: https://doi.org/10.14531/ss2016.2.77-85.

6. Жук Д. М., Никулина А.А. Разработка системы эффективного анализа сагиттального позвоночно-тазового баланса // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015 № 6. С. 346–360. [Zhuk DM, Nikulina AA. Developing a system for efficient analysis of lumbosacral sagittal balance. Science and Education of the Bauman MSTU. Electronic journal. 2015;(6):346–360. In Russian]. DOI: http://dx.doi.org/10.7463/0615.0783321.

7. Kaneko K, Aota Y, Sekiya T, Yamada K, Saito T. Validation study of arm positions for evaluation of global spinal balance in EOS imaging. Eur J Orthop Surg. Traumatol. 2016;7:725–733. DOI: 10.1007/s00590-016-1813-8.

8. Dreischarf M, Zander T, Shirazi-Adl A, Puttlitz CM, Adam CJ, Chen CS, Goel VK, Kiapour A, Kim YH, Labus KM, Little JP, Park WM, Wang YH, Wilke HJ, Rohlmann A, Schmidt H. Comparison of eight published static finite element models of the intact lumbar spine: predictive power of models improves when combined together. J Biomech. 2014;47:1757–1766. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2014.04.002.

9. Wang J, Zhong ZC, Cheng CK, Chen CS, Yu CH, Chang TK, Wei SH. Finite element analysis of the spondylolysis in lumbar spine. Biomed Mater Eng. 2006;16:301–308.

10. Wilke HJ, Wenger K, Claes L. Testing criteria for spinal implants: recommendations for the standardization of in vitro stability testing of spinal implants. Eur Spine J. 1998;7:148–154. DOI: 10.1007/s005860050045.

11. Ben-Hatira F, Saidane K, Mrabet A. A finite element modeling of the human lumbar unit including the spinal cord. J Biomedical Science and Engineering. 2012;5:146–152. DOI: 10.4236/jbise.2012.53019