CC BY
33
parameters based on Indian population. International Journal of Orthopaedics Sciences 2017; 3 (3): 1118-23.
2. Pereira GC. Calculating the Position of the Joint Line of the Knee Using Anatomical Landmarks. Orthopedics 2016; 39 (6): 381-6.
3. Yau WP. Intraobserver errors in obtaining visually selected anatomic landmarks during registration process in nonimage-based navigation-assisted total knee arthroplasty: a cadaveric experiment. The Journal of Arthroplasty 2005; 20 (5): 591-601.
4. Babazadeh MM, Swan Dowsey JD, Stoney JD, et al. Joint line position correlates with function after primary total knee replacement. The Bone & Joint Journal 2011; 93B (9): 1223-31.
5. Kumar N, Mukhopadhaya J, Yadav C, et al. Joint line restoration in total knee arthroplasty. J Orthop Allied Sci 2017; (5): 10-4.
6. Servien E, Viskontas D, Giuffri BM, et al. Reliability of bony landmarks for restoration of the joint line in revision knee
arthroplasty. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2008; (16): 263-9.
7. Luyck T, Beckers L, Colyn W, et al. The adductor ratio: A new tool for joint line reconstruction in revision TKA. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2014; (22): 3028-33.
8. Romero J, Seifert B, Reinhardt O, et al. A Useful Radiologic Method for Preoperative Joint-line Determination in Revision Total Knee Arthroplasty. Clin Orthop Relat Res 2010; 468: 1279-83.
9. Girkalo MV, Derevyanov AV, Kozadaev MN, Kauts OA. The restoration of knee joint line in revisionary arthroplastics with the use of metaphyseal sleeves. In: Abstr. of XI All-Russian Congress of Traumatologists and Orthopedists. Spb., 2017; (13): 940-6. Russian (Гиркало М. В., Деревянов А. В., Козадаев М. Н., Кауц О. А. Восстановление линии коленного сустава при ревизионном эндопротезировании с применением метафизар-ных втулок. В кн.: Сборник материалов XI Всероссийского съезда травматологов-ортопедов. СПб., 2017; (13): 940-6).
УДК 617-089.844:616-001.6:611.711 (5-6) Оригинальная статья
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЦИРКУЛЯРНОГО СПОНДИЛОСИНТЕЗА ПЕРЕХОДНОГО ГРУДОПОЯСНИЧНОГО ОТДЕЛА ПОЗВОНОЧНИКА
С. В. Лихачев — НИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России, старший научный сотрудник отдела инновационных проектов в нейрохирургии и вертебрологии, кандидат медицинских наук; В. В. Зарецков — НИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России, ведущий научный сотрудник отдела инновационных проектов в нейрохирургии и вертебрологии; ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России, профессор кафедры травматологии и ортопедии, доктор медицинских наук; В. Б. Арсениевич — НИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России, заведующий травматолого-ортопеди-ческим отделением №3, кандидат медицинских наук; А. Е. Шульга — НИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России, научный сотрудник отдела инновационных проектов в нейрохирургии и вертебрологии, кандидат медицинских наук; И. Н. Щаницын — НИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России, старший научный сотрудник отдела инновационных проектов в нейрохирургии и вертебрологии, кандидат медицинских наук; К. К. Скрипаченко — ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского» Ми-нобрнауки России, аспирант кафедры математической теории упругости и биомеханики.
BIOMECHANICAL ASPECTS OF CIRCULAR SPONDYLOSYNTHESIS OF TRANSITIONAL THORACOLUMBAR SPINE
S. V. Likhachev — Scientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery of Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Neurosurgical and Vertebrological Innovations, Senior Research Assistant, Candidate of Medical Sciences; V. V. Zaretskov — Scientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery of Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Neurosurgical and Vertebrological Innovations, Leading Research Assistant; Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Traumatology and Orthopedics, Professor, Doctor of Medical Sciences; V. B. Arsenievich — Scientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery of Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Head of the Third Traumatology and Orthopedics Department, Candidate of Medical Sciences; A. E. Shul'ga — Scientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery of Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Neurosurgical and Vertebrological Innovations, Research Assistant, Candidate of Medical Sciences; I. N. Shchanitsyn — Scientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery of Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Neurosurgical and Vertebrological Innovations, Senior Research Assistant, Candidate of Medical Sciences; K.K. Skripachenko — Saratov State National Research University n.a. N. G. Chernyshevsky, Department of Mathematic Theory of Elasticity and Biomechanics, Post-Graduate Student.
Дата поступления — 24.08.2018 г. Дата принятия в печать — 06.09.2018 г.
Лихачев С. В., Зарецков В. В., Арсениевич В. Б., Шульга А. Е., Щаницын И. Н., Скрипаченко К. К. Биомеханические аспекты циркулярного спондилосинтеза переходного грудопоясничного отдела позвоночника. Саратовский научно-медицинский журнал 2018; 14 (3): 560-566.
Цель: представить возможности биомеханического моделирования при индивидуальном подборе оптимального метода хирургической реконструкции повреждения переходного грудопоясничного отдела позвоночника. Материал и методы. На основе данных компьютерной томографии поврежденного грудопоясничного отдела позвоночника построена твердотельная трехмерная модель исследуемого сегмента позвоночника при помощи программы Mimics 13. Модели системы фиксации и кейджа создавались в системе автоматизированного проектирования SolidWorks. Численное моделирование осуществлялось в системе ANSYS в среде Workbench. При анализе результатов расчетов для каждой модели сравнивались поля полных перемещений, их максимальные значения, а также эквивалентные напряжения в системах фиксации и позвонках. Результаты. Анализ эквивалентных напряжений и полей перемещений, возникающих в моделях при приложении семи типовых нагрузок, выявил наиболее стабильный вариант спондилосинтеза, которым является циркулярная фиксация позвоночника. Заключение. Трехмерное компьютерное биомеханическое моделирование на основе индивидуальных данных больного (рост, вес, рентгенанатомические особенности) и известных параметров металлоконструкций может быть применено на практике как часть алгоритма выбора оптимального варианта циркулярного спондилосинтеза переходного грудопоясничного отдела позвоночника.
Ключевые слова: переходный грудопоясничный отдел позвоночника, циркулярная фиксация, биомеханическое моделирование позвоночника.
Likhachev SV, Zaretskov VV, Arsenievich VB, Shul'ga AE, Shchanitsyn IN, Skripachenko KK. Biomechanics! aspects of circular spondylosyndesis of transitional thoracolumbar spine. Saratov Journal of Medical Scientific Research 2018; 14 (3): 560-566.
Aim: to present the potential of biomechanical modeling in individual choice of optimal surgical correction method for transitional thoracolumbar spine injury. Material and Methods. We built solid-base 3-dimensional model of the investigated spine segment in Mimics13 on the basis of CT data of injured thoracolumbar spine. Cage and anchorage models were created in CAE system SolidWorks. Numeric modeling was performed in ANSYS in Workbench medium. We analyzed full movement fields, their maximum values for each model as well as equivalent stress in vertebra and anchorage systems. Results. The analysis of equivalent stress and full movement fields emerging in the models under seven basic types of load revealed the most stable spondylosynthesis model which is circular spine spondylosyndesis. Conclusion. Three-dimensional computer biomechanical modeling on the basis of individual patient parameters (height, weight, X-ray features) and known parameters of metal constructions can be practically applied as a part of choice algorithm of optimal circular spondylosynthesis variant for thoracolumbar transitional spine.
Key words: transitional thoracolumbar spine, circular anchorage, biomechanical modeling of the spine.
Введение. Продолжающийся около тридцати лет современный этап развития хирургии повреждений позвоночного столба предполагает устранение или профилактику формирования деформаций позвоночника, декомпрессию содержимого позвоночного канала и надежную металлофиксацию на весь срок консолидации перелома или образования арти-фициального костного блока [1-3]. Чаще прочих при высокоэнергетической травме повреждаются Th11, Th12, L1 и L2 позвонки, что послужило причиной выделения их в особое анатомо-функциональное образование — переходный грудопоясничный отдел. Оперативное лечение травматических повреждений переходного грудопоясничного отдела предполагает предварительное изучение вопросов анатомии и биомеханики данной зоны, а также всего спектра актуальных методик спондилосинтеза [4-6]. Несмотря на десятилетия прогресса методик лечения повреждений позвоночно-двигательных сегментов (ПДС) Th11-L2, составляющих переходный грудопояснич-ный отдел позвоночника, анализ данных литературы свидетельствует о том, что в этом вопросе на сегодняшний день еще существует много пробелов [7, 8].
В настоящее время наиболее распространенными техниками реконструкции при травмах, локализованных в переходной грудопоясничной зоне, являются короткосегментарный транспедикулярный спондилосинтез [9] и вентральные вмешательства [10], сочетающие резекцию тела поврежденного позвонка, корпородез контейнерным имплантатом и стабилизацию ПДС винтовой конструкцией. Двух-этапные вмешательства, предполагающие выполнение вентрального спондилодеза после транспе-дикулярной фиксации, также широко используются в клинической практике [11, 12].
Переходный грудопоясничный отдел, имеющий свои биомеханические особенности (переход ригидного грудного отдела в мобильный поясничный) испытывает повышенные нагрузки. Этим объясняется высокая частота встречаемости повреждений данной локализации [13, 14], а также нередкие эпизоды разрушений металлоконструкции в позднем послеоперационном периоде [15]. С развитием хирургической техники в литературе начали появляться сообщения о применении циркулярной фиксации при травмах, локализованных в ПДС Th11-L2 [16, 17]. При этом циркулярную фиксацию ряд авторов понимает как сочетание дорзального инструментиро-вания позвоночника и корпородеза контейнерными имплантатами типа MESH [18]. Более корректной следует считать трактовку, подразумевающую уста-
Ответственный автор — Лихачев Сергей Вячеславович Тел.: +7 (904) 2417001 E-mail: Likha4@mail.ru
новку вентрального устройства, обладающего дополнительными антимиграционными и фиксирующими, а не только опорными возможностями [19].
Таким образом, вопрос выбора методики хирургической реконструкции при повреждениях грудопоясничного переходного отдела позвоночника в современных условиях наиболее актуален. В доступной литературе подобные исследования, посвященные сравнению циркулярной фиксации с другими способами спондилосинтеза, выполнены, как правило, in vitro на трупном материале, а результаты их противоречивы [20, 21]. Оптимальным для изучения биомеханики позвоночника, на наш взгляд, является компьютерное биомеханическое моделирование [22-24]. Отсутствие в доступных источниках работ, посвященных биомеханическому моделированию циркулярной фиксации при повреждениях грудопоясничного перехода, послужило предпосылкой к выполнению данного исследования.
Цель: представить возможности биомеханического моделирования при индивидуальном подборе оптимального метода хирургической реконструкции повреждения переходного грудопоясничного отдела позвоночника.
Материал и методы. В качестве исходного материала для биомеханического моделирования использованы данные (DICOM файлы), полученные при спиральной компьютерной томографии (СКТ) грудопоясничного перехода больной М. Травма позвоночника получена при падении с высоты 3 метров. Пострадавшая доставлена в стационар по месту жительства, где по поводу компрессионно-оскольчатого перелома Th12 позвонка был выполнен бисегмен-тарный транспедикулярный спондилосинтез, артро-дез дугоотростчатых суставов Th11-Th12, Th12-L1, задний спондилодез аутокостью. На контрольной рентгенографии через 1 месяц после вмешательства выявлена отрицательная динамика в виде потери коррекции и нарастания сегментарной кифотической деформации на 12° (рис. 1). Отрицательная рентгенологическая динамика сопровождалась рецидивом болевого синдрома до 6 баллов по визульно-анало-говой шкале (ВАШ). Больная направлена в НИИТОН СГМУ для выполнения ревизионного вмешательства. На момент госпитализации рост больной составлял 165 см, вес 58 кг.
В ходе предоперационного планирования рассмотрены ПДС Th11-Th12-L1, включающие поврежденный Th12 позвонок (тип перелома A3 по классификации AOSpine).
Рассматриваемая совокупность ПДС состояла из Th11, Th12, L1 позвонков, двух межпозвонковых дисков и продольных связок. В данной работе не моделировались дугоотростчатые (фасеточные) суставы, межпоперечная, желтые и межостистые связки, так
2/1 ж-- СарНИИТр||
01.12.2:017
09:51
193956/51
Рис. 1. Рентгенограмма в боковой проекции больной М. через 1 месяц после транспедикулярной фиксации. Сегментарная кифотическая деформация составляет 260
как рассматривались ПДС после дорзального релиза, включающего парциальную фасетэктомию, фла-вэктомию и резекцию межостистых связок на уровне вмешательства, а также стабилизирующего хирургического лечения, при котором указанные элементы не будут функционировать.
При планировании реконструктивного вмешательства рассмотрены следующие возможные варианты:
1. Удаление транспедикулярной системы, то-ракофренотомия справа, дискэктомия Th11-Th12, Th12-L1, вентральный спондилосинтез стержневой конструкцией типа Antares, корпородез MESH.
2. При сохранении ранее имплантированной транспедикулярной системы выполнение торакоф-ренотомии справа, дискэктомии Th11-Th12, Th12-L1, вентральный спондилосинтез пластинчатой конструкцией типа Vantage, корпородез MESH.
Твердотельная трехмерная модель исследуемого сегмента позвоночника строилась на основе данных компьютерной томограммы при помощи программы Mimics 13. Модели системы фиксации и кейджа создавались в системе автоматизированного проектирования SolidWorks.
На рис. 2 последовательно показаны трехмерные модели исследуемого сегмента:
а) исходная ситуация: ПДС Th11-Th12-L1 с выполненной траспедикулярной фиксацией;
б) ПДС Th11-Th12-L1 с вентральным спондило-синтезом стержневой конструкцией Antares, корпо-родез MESH при удаленной транспедикулярной системе;
в) ПДС Th11-Th12-L1, вентральный спондилосинтез пластинчатой конструкцией Vantage, корпородез MESH (при сохранении ранее имплантированной транспедикулярной системы).
Flie: W.lnc Data: 2b.01.2fll7 16:43:£7 Operator: Иагйеявз ' шдвонасадка: 0üa8-ie-O Object: 6. П
Cofwprtt :
Экслбэмция: 11 : 6 Lens : lex Scale : xi
насш)М1носгь:е l«v*l : в i4i*n' : l.ee * яйв » оттемох 0
Рис. 2. Трехмерные модели позвоночника
Биомеханическое моделирование сегмента позвоночника осуществлялось при действии семи видов нагрузок [25]. Нижняя замыкательная пластина нижнего позвонка жестко фиксировалась. С математической точки зрения решалась трехмерная статическая задача теории упругости. Материалы системы фиксации, костных тканей позвонков, тканей дисков и фасеточных суставов брались из литературы [26].
Численное моделирование осуществлялось в системе ANSYS в среде Workbench. Создавалась те-траэдрическая нерегулярная сетка. Выполнялся анализ сеточной сходимости, по результатам которого подбирался размер ребра конечного элемента, мало влияющий на результаты расчетов. После нескольких расчетов с различными сетками выбран размер ребра элемента, равный 2 мм. Число конечных элементов для каждой рассматриваемой модели не превышало 1 000000 (рис. 3).
При анализе результатов расчетов для каждой модели сравнивались поля полных перемещений, их максимальные значения, а также эквивалентные напряжения в системах фиксации и позвонках. В первую очередь оценивалась стабильность фиксации для каждого из рассмотренных вариантов фиксации и нагрузок.
При анализе результатов в таблицы сведены рассчитанные характеристики для следующих вариантов нагружения: 1) следящая нагрузка 300 Н; 2) следящая нагрузка 300 Н и изгибающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий наклон влево; 3) следящая нагрузка 300 Н и изгибающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий наклон вправо; 4) следящая нагрузка 300 Н и скручивающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий вращение по часовой стрелке; 5) следящая нагрузка 300 Н и скручивающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий вращение против часовой стрелки; 6) следящая нагрузка 300 Н и изгибающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий наклон вперед; 7) следящая нагрузка 300 Н и изгибающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий наклон назад. Номер типа нагружения соответствует номеру столбца в табл. 1-3.
В табл. 1 приведены максимальные эквивалентные напряжения, возникающие в системе фиксации.
Здесь и далее — варианты нагружения: 1) следящая нагрузка 300 Н; 2) следящая нагрузка 300 Н и изгибающий момент величиной 7,5 Нм, моделирую-
Рис. 3. Вычислительная сетка исследуемого сегмента позвоночника для трех моделей
щий наклон влево; 3) следящая нагрузка 300 Н и изгибающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий наклон вправо; 4) следящая нагрузка 300 Н и скручивающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий вращение по часовой стрелке; 5) следящая нагрузка 300 Н и скручивающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий вращение против часовой стрелки; 6) следящая нагрузка 300 Н и изгибающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий наклон вперед; 7) следящая нагрузка 300 Н и изгибающий момент величиной 7,5 Нм, моделирующий наклон назад.
Для всех типов нагружения напряжения в третьем варианте лечения, при котором использован вентральный спондилосинтез пластинчатой конструкцией Vantage, корпородез MESH (при сохранении ранее имплантированной транспедикулярной системы), оказались существенно меньше, чем в двух других. При этом предел текучести материалов достигнут не был, а значит, разрушения конструкции при данных нагрузках не произойдут.
В табл. 2 приведены максимальные эквивалентные напряжения, возникающие в позвонках.
В случае анализа напряжений, возникающих в позвонках, наблюдается аналогичная картина: для третьего варианта лечения напряжения оказываются существенно ниже двух других. Следует, однако, отметить, что предел прочности костной ткани ни при одном типовом нагружении в моделях достигнут не был.
В табл. 3 приведены максимальные перемещения, возникающие в позвонках.
Перемещения в случае второго и третьего типов фиксации оказались на порядок меньше, чем в первом случае. При этом указанные два варианта для всех типовых нагружений дают близкие по значениям величины перемещений.
Таким образом, анализируя напряжения и перемещения в моделях, возникающие при приложении 7 типовых нагрузок, можно сделать вывод о том, что с точки зрения биомеханики наиболее стабильным
Таблица 1
Максимальные эквивалентные напряжения в системе фиксации
Варианты хирургических вмешательств, выполненных Варианты нагружения
при травме переходного грудопоясничного отдела позвоночника 1 2 3 4 5 6 7
Th11-Th12-L1 с установленной траспедикулярной фиксацией 50 330 270 280 340 345 317
Th11-Th12-L1 с вентральным спондилосинтезом конструкцией Antares, корпородез MESH 40 126 162 108 91 125 115
Th11-Th12-L1, вентральный спондилосинтез конструкцией Vantage, корпородез MESH (при сохранении ранее имплантированной транспедикулярной системы) 39 100 91 77 66 98 105
Таблица 2
Максимальные эквивалентные напряжения в позвонках
Варианты хирургических вмешательств, выполненных Варианты нагружения
при травме переходного грудопоясничного отдела позвоночника 1 2 3 4 5 6 7
Th11-Th12-L1 с установленной траспедикулярной фиксацией 14 87 98 67 105 65 58
Th11-Th12-L1 с вентральным спондилосинтезом конструкцией Antares, корпородез MESH 7 47 60 40 37 55 35
Th11-Th12-L1, вентральный спондилосинтез конструкцией Vantage, корпородез MESH (при сохранении ранее имплантированной транспедикулярной системы) 6 12 13 15 16 14 15
Таблица 3
Максимальные перемещения в позвонках
Варианты нагружений
Варианты хирургических вмешательств, выполненных при травме переходного грудопоясничного отдела позвоночника 1 2 3 4 5 6 7
Th11-Th12-L1 с установленной траспедикулярной фиксацией 0.1 0.3 0.5 0.4 0.8 0.6 0.9
Th11-Th12-L1 с вентральным спондилосинтезом конструкцией Antares, корпородез MESH 0.01 0.02 0.01 0.04 0.03 0.04 0.02
Th11-Th12-L1, вентральный спондилосинтез конструкцией Vantage, корпородез MESH (при сохранении ранее имплантированной транспедикулярной системы) 0.03 0.04 0.03 0.05 0.04 0.05 0.03
является третий (циркулярный) вариант спондило-синтеза.
Результаты. Учитывая данные анамнеза, рентгенографии, СКТ, интенсивность болевого синдрома, а также принимая во внимание результаты биомеханического моделирования, больной М. выполнено вмешательство в объеме правосторонней торакоф-ренотомии, дискэктомии Th11-Th12, Th12-L1, частичной резекции тела Th12 позвонка, корпородез MESH, заполненного аутокостью резецированного тела позвонка, дополнительная коррекция и фиксация в сегментах Th11-Th12-L1 металлоконструкцией Vantage (второй смоделированный вариант оперативного вмешательства). Отсутствие необходимости в удалении транспедикулярной системы и повышенная стабильность такого спондилосинтеза рассматривалась нами как один из аргументов в пользу выбора данной методики. Примечательно, что вентральная мобилизация за счет диск- и корпорэктомии позволила осуществить достаточную коррекцию посттравматической кифотической деформации пластинчатой конструкцией Vantage (рис. 4). Интраоперационная кровопотеря составила 170 мл.
Послеоперационный период протекал без осложнений. Больная активизирована (вертикальная нагрузка) на 2-е сутки после вмешательства. К моменту выписки из стационара на 11-е сутки после операции интенсивность болевого синдрома составила 3 балла по ВАШ, что вдвое ниже данного показателя при поступлении. Контрольный осмотр и рентгенография через 2 и 6 месяцев после операции не выявили потери достигнутой коррекции. Болевой синдром купирован полностью.
Обсуждение. В ходе планирования ревизионного вмешательства при последствиях травмы позвоночника приоритет, как правило, отдается наименее травматичному методу, позволяющему достичь достаточной коррекции и стабильности поврежденных ПДС. В контексте проводимого исследования поле перемещений и напряжений инструментированного грудопоясничного перехода должно приближаться к нормальному [27]. Это должно обеспечить снижение риска нестабильности металлоконструкции и потери достигнутой коррекции до формирования костного блока.
В данном клиническом наблюдении при выборе способа металлофиксации переходного грудопоясничного отдела позвоночника на первое место, по всей видимости, целесообразно было поставить необходимость обеспечения максимально возможной стабильности комплекса «металлофиксатор — кость». Большинство авторов определяют нестабильность как патологический ответ на приложенную нагрузку, характеризующуюся движениями в пДс сверх нормальных границ [23]. Нормальной сегмен-
тарной подвижностью считают смещение позвонков не более 3 мм [27]. Учитывая характер выполненного (частично нестабильная ТПФ + искусственное ослабление задней опорной колонны в ходе релиза) и планируемого (дискэктомия, корпорэктомия) вмешательств, эти цифры можно считать приемлемыми в качестве порогового показателя надежности метал-лофиксации.
Поле напряжений, возникающее в ПДС при адекватном спондилосинтезе, должно быть максимально приближено к таковому для модели интактной совокупности ПДС [28]. В данной работе интактный сегмент не моделировался. При анализе результатов полей эквивалентных напряжений и их максимальных значений наиболее удачной с точки зрения биомеханики конструкцией мы считали систему, показывающую наименьшие эквивалентные напряжения в позвонках и в металлоконструкциях.
История использования методик математического моделирования в костной хирургии, и в изучении биомеханики оперированного позвоночника в частности, насчитывает около сорока лет [29]. Соотнесения результатов экспериментов in vitro и данных, полученных при использовании метода конечных элементов, подтверждают легитимность последних [30]. Использование современных интраскопических методов обследования больного и вычислительных мощностей компьютерной техники позволяет получить дополнительный инструмент выбора оптимальной методики металлофиксации и прогнозирования ее последствий.
Применение вентральной конструкции в сочетании с транспедикулярной системой в аспекте напряженного состояния тел позвонков более предпочтительно, так как напряжения в кости оказываются существенно ниже известных опубликованных предельных значений.
Заключение. Трехмерное компьютерное биомеханическое моделирование на основе индивидуальных данных больного (рост, вес, рентгенанатомические особенности) и известных параметров металлоконструкций применено на практике как часть алгоритма выбора оптимального варианта спондилосинтеза гру-допоясничного переходного отдела позвоночника — циркулярная фиксация. Для каждого из вариантов металлофиксации решена статическая задача теории упругости о нагружении ПДС компрессионной нагрузкой, соответствующей физиологической для пациента. Рассматривая биомеханическое моделирование как некоторый аргумент в пользу циркулярной фиксации переходного грудопоясничного отдела, окончательный выбор в пользу того или иного метода спондилосинтеза следует делать на основании конкретной клинической ситуации.
3/1 СарН-ИИТО
09.02.2018
10:31
193956/10
зз7;
It
' Mj^k я
I
5/50
09.02.2018 09:53
СарНИИТО
193956/9
213 Spine 2.0 Coronal
СарНИИТО
193956/9 240"
'J
: 1
r t
- (k?
2,16, Spine 2.0 Sagittal
В Г
Рис. 4. Рентгенограммы в прямой и боковой проекциях (А-Б) и СКТ (В-Г) больной М. на третьи сутки после циркулярной фиксации. Сегментарная посттравматическая кифотическая деформация полностью устранена
Поскольку ни один из вариантов, исходя из рассмотренных в работе биомеханических критериев успешности хирургического лечения, не имеет кардинальных недостатков, результаты исследования следует считать предварительными.
Конфликт интересов. Работа выполнена в рамках государственного задания НИИТОН ФГБОУ ВО «Саратовский государственный медицинский университет им. В. И. Разумовского» Минздрава России «Разработка технологии хирургической реконструкции при нестабильных повреждениях грудопояс-
ничного отдела позвоночника на основе биомеханического моделирования». Регистрационный номер АААА-А18-118020290179-0.
Авторский вклад: концепция и дизайн исследования — С. В. Лихачев, В. В. Зарецков, В. Б. Арсе-ниевич; получение и обработка данных — В. Б. Ар-сениевич, С. В. Лихачев; анализ и интерпретация результатов — С. В. Лихачев, К. К. Скрипаченко, И. Н. Щаницын; написание статьи — С. В. Лихачев, А. Е. Шульга; утверждение рукописи для публикации — С. В. Лихачев, В. В. Зарецков.
References (Литература)
1. Bradford DS, McBride GG. Surgical management of thoracolumbar spine fractures with incomplete neurologic deficits. Clin Orthop Relat Res 1987; (218): 201-6.
2. Hashimoto T, Kaneda K, Abumi K. Relationship between Traumatic Spinal Canal Stenosis and Neurologic Deficits in Thoracolumbar Burst Fractures. Spine (Phila Pa 1976) 1988; (13): 1268-72.
3. Zaretskov VV, Arsenievich VB, Likhachev SV, et al. A clinical case study of long-term injury of the thoracic and lumbar spine. Ortopediya, travmatologiya i vosstanovitel'naya hirurgiya detskogo vozrasta 2016; 4 (2): 61-6. Russian (Зарецков В. В., Арсениевич В. Б., Лихачев С. В. и др. Застарелое повреждение переходного грудопоясничного отдела позвоночника. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста 2016; 42): 61-6).
4. Jacobs C, Pl^er MM, Scheidt S, et al. Three-dimensional thoracoscopic vertebral body replacement at the thoracolumbar junction. Oper Orthop Traumatol 2018; 30 (5): 388-9.
5. Norkin IA, Zaretskov VV, Levchenko KK, et al. Perspectives for vertebrology teaching development in higher medical schools. Saratov Journal of Medical Scientific Research 2015; 11 (2): 210-2. Russian (Норкин И. А., Зарецков В. В., Левченко К. К. и др. Перспективы совершенствования преподавания вопросов вертебрологии в высшей медицинской школе. Саратовский научно-медицинский журнал 2015; 11 (2): 210-2.).
6. Zaletina Av, Vissarionov SV, Baindurashvili AG, et al. Structure of spinal injuries in children in regions of the Russian Federation. Spine surgery 2017; 14 (4): 52-60. Russian (Зале-тина А. В. Виссарионов С. В. Баиндурашвили А. Г. и др. Структура повреждений позвоночника у детей в регионах Российской Федерации. Хирургия позвоночника 2017; 14 (4): 52-60).
7. Reinhold M, Knop C, Beisse R, et al. Operative treatment of 733 patients with acute thoracolumbar spinal injuries: comprehensive results from the second, prospective, internet-based multicenter study of the Spine Study Group of the German Association of Trauma Surgery. Eur Spine J 2010; (19): 1657-76.
8. Fadeev EM, Haydarov VM, Vissarionov SV, et al. Rate and structure of complications in spine surgery. Ortopediya, travmatologiya i vosstanovitel'naya hirurgiya detskogo vozrasta 017; 5 (2): 75-83. Russian (Фадеев Е. М., Хайдаров В. М., Виссарионов С. В. и др. Частота и структура осложнений при операциях на позвоночнике. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста 2017; 5 (2): 75-83).
9. Waqar M, Van-Popta D, Barone DG, et al. Short versus long-segment posterior fixation in the treatment of thoracolumbar junction fractures: a comparison of outcomes. Br J Neurosurg 2017; (31): 54-7.
10. Arsenievich VB, Zaretskov VV, Shul'ga AE, et al. Outcomes of polysegmental ventral system application for thoracolumbar junction injuries. Spine surgery 2007; (3): 16-9. Russian (Арсениевич В. Б., Зарецков В. В., Шульга А. Е. и др. Результаты применения полисегментарных вентральных систем при повреждениях переходного грудопоясничного отдела позвоночника. Хирургия позвоночника 2007; (3): 16-9).
11. Spiegl UJA, Jarvers J-S, Heyde C-E, et al. Zeitverzgerte Indikationsstellung zur additiv ventralen Versorgung thorakolumbaler Berstungsfrakturen. Unfallchirurg 2016; (119): 664-72.
12. Bogomolova NV, Shul'ga AE, Zaretskov VV, et al. Peculiarities of Reparative Osteogenesis of Injured Thoracic and Lumbar Vertebral Bodies at Different Terms after Trauma. Vestnik travmatologii i ortopedii imeni N. N. Priorova 2016; (4): 44-9. Russian (Богомолова Н. В., Шульга А. Е., Зарецков В. В. и др. Особенности репаративного остеогенеза поврежденных тел грудных и поясничных позвонков в различные сроки после травмы. Вестник травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова 2016; (4): 44-9).
13. Li B, Sun C, Zhao C, Yao X, et al. Epidemiological profile of thoracolumbar fracture (TLF) over a period of 10 years in Tianjin, China. J Spinal Cord Med 2018: 1-6 DOI: 10.1080/10790268.2018.1455018.
14. Ovechkina AV, Baindurashvili AG, Zaletina AV, et al. Rehabilitation of children at the inpatient stage after surgical treatment of unstable fractures of the thoracolumbar and lumbar spine. Ortopediв, travmatologiв i vosstanovitesnaв Ыш^в detskogo vozrasta 2017; 5 (4): 53-9. Russian (Овечкина А. В., Баиндурашвили А. Г., Залетина А. В. и др. Реабилитация детей на стационарном этапе после хирургического лечения нестабильных переломов грудопоясничного и поясничного
отделов позвоночника. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста 2017; 5 (4): 53-9).
15. Shul'ga Ae, Zaretskov VV, Ostrovskii VV, et al. Towards the causes of secondary post-traumatic deformations of thoracic and lumbar spine. Saratov Journal of Medical Scientific Research 2015; 11 (4): 570-5. Russian (Шульга А. Е., Зарецков В. В., Островский В. В. и др. К вопросу о причинах развития вторичных посттравматических деформаций грудного и поясничного отделов позвоночника. Саратовский научно-медицинский журнал 2015; 11 (4): 570-5).
16. Kwon WK, Park WB, Lee GY, et al. Decompression with "Lateral pediculectomy" and circumferential reconstruction for unstable Thoracolumbar Burst Fractures: Surgical Techniques and Results in 18 Patients. World Neurosurg 2018. DOI: 10.1016/j.wneu.2018.07.137.
17. Ould-Slimane M, Damade C, Lonjon G, et al. Instrumented Circumferential Fusion in Two Stages for Instable Lumbar Fracture: Long-Term Results of a Series of 74 Patients on Sagittal Balance and Functional Outcomes. World Neurosurg 2017; (103): 303-9.
18. Jo DJ, Kim KT, Kim SM, et al. Single-Stage Posterior Subtotal Corpectomy and Circumferential Reconstruction for the Treatment of Unstable Thoracolumbar Burst Fractures. J Korean Neurosurg Soc 2016; (59): 122-5.
19. Armagagnian G, Peltier E, Graillon T, et al. Arthrodиse circonffirentielle par voie mini-invasive dans la prise en charge des li^sions rachidiennes thoracolombaires cyphosantes: note technique. Neurochirurgie 2015; (61): 260-5.
20. Sait A, Prabhav NR, Sekharappa V, et al. Biomechanical comparison of short-segment posterior fixation including the fractured level and circumferential fixation for unstable burst fractures of the lumbar spine in a calf spine model. J Neurosurg Spine 2016; (25): 602-9.
21. Panchal RR, Matheis EA, Gudipally M, et al. Is lateral stabilization enough in thoracolumbar burst fracture reconstruction? A biomechanical investigation. Spine J 2015; (15): 2247-53.
22. Wu C-C, Jin H-M, Yan Y-Z, et al. Biomechanical Role of the Thoracolumbar Ligaments of the Posterior Ligamentous Complex: A Finite Element Study. World Neurosurg 2018; (112): 125-33.
23. Dol AV, Dol ES, Ivanov DV. Biomechanical modelling of surgical reconstructive treatment of spinal spondylolisthesis at L4-L5 level. Russian Journal of Biomechanics 2018; 22 (1): 31-44. Russian (Доль А. В., Доль Е. С., Иванов Д. В. Биомеханическое моделирование вариантов хирургического реконструктивного лечения спондилолистеза позвоночника на уровне L4-L5. Российский журнал биомеханики 2018; 22 (1): 31-44).
24. Kudyashev AL, Hominets VV, Teremshonok AV, et al. Biomechanical background for the formation of proximal transition kyphosis after the transpedicular fixation of the lumbar spine. Russian Journal of Biomechanics 2017; 21 (3): 313-23. Russian (Кудяшев А. Л., Хоминец В. В., Теремшонок А. В. и др. Биомеханические предпосылки формирования проксимального переходного кифоза после транспедикулярной фиксации поясничного отдела позвоночника. Российский журнал биомеханики 2017; 21 (3): 313-23).
25. Lee CH, Hsu CC, Huang PY. Biomechanical study of different fixation techniques for the treatment of sacroiliac joint injuries using finite element analyses and biomechanical tests. Comput Biol Med 2017; (87): 250-7.
26. Lima LVPC, Charles YP, Rouch P, Skalli W. Limiting interpedicular screw displacement increases shear forces in screws: A finite element study. Orthop Traumatol Surg Res 2017; (103): 721-6.
27. Dreischarf M, Schmidt H, Putzier M, Zander T. Biomechanics of the L5-S1 motion segment after total disc replacement: Influence of iatrogenic distraction, implant positioning and preoperative disc height on the range of motion and loading of facet joints. J Biomech 2015; (48): 3283-91.
28. Wu W, Chen C, Ning J, et al. A Novel Anterior Transpedicular Screw Artificial Vertebral Body System for Lower Cervical Spine Fixation: A Finite Element Study. J Biomech Eng 2017; (139): 61-3.
29. Weinstein AM, Klawitter JJ, Cook SD. Finite element analysis as an aid to implant design. Biomater Med Devices Artif Organs 1979; (7): 169-75.
30. Shirado O. Thoracolumbar burst fractures; an experimental study on cadaveric spines and finite element method. Nihon Seikeigeka Gakkai Zasshi 1993; (67): 644-54.
