Published July 15, 2022
| Version v1
Publication
Open
Kinematic and biomechanical responses of the spine to distraction surgery in children with early onset scoliosis: A 3-D finite element analysis
Creators
- 1. Beijing Institute of Big Data Research
Description
Periodical and consecutive distraction is an effective treatment for severe early onset scoliosis (EOS), which enables the spinal coronal and sagittal plane deformity correction. However, the rate of rod fractures and postoperative complications was still high mainly related to the distraction process. Previous studies have primarily investigated the maximum safe distraction force without a rod broken, neglecting the spinal re-imbalance and distraction energy consumption, which is equally vital to evaluate the operative value. This study aimed to reveal the kinematic and biomechanical responses occurring after spinal distraction surgery, which were affected by traditional bilateral fixation. The spinal models (C6-S1) before four distractions were reconstructed based on CT images and the growing rods were applied with the upward displacement load of 0-25 mm at an interval of 5 mm. Relationships between the distraction distance, the distraction force and the thoracic and lumbar Cobb angle were revealed, and the spinal displacement and rotation in three-dimensional directions were measured. The spinal overall imbalance would also happen during the distraction process even under the safe force, which was characterized by unexpected cervical lordosis and lateral displacement. Additionally, the law of diminishing return has been confirmed by comparing the distraction energy consumption in different distraction distances, which suggests that more attention paid to the spinal kinematic and biomechanical changes is better than to the distraction force. Notably, the selection of fixed segments significantly impacts the distraction force at the same distraction distance. Accordingly, some results could provide a better understanding of spinal distraction surgery.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد الإلهاء الدوري والمتتالي علاجًا فعالًا للجنف شديد الظهور المبكر (EOS)، مما يتيح تصحيح تشوه المستوى التاجي الشوكي والسهمي. ومع ذلك، كان معدل كسور القضيب ومضاعفات ما بعد الجراحة لا يزال مرتفعاً ويرتبط بشكل رئيسي بعملية التشتيت. حققت الدراسات السابقة في المقام الأول في الحد الأقصى لقوة التشتيت الآمنة دون كسر القضيب، متجاهلة إعادة توازن العمود الفقري واستهلاك طاقة التشتيت، وهو أمر حيوي بنفس القدر لتقييم القيمة التشغيلية. هدفت هذه الدراسة إلى الكشف عن الاستجابات الحركية والميكانيكية الحيوية التي تحدث بعد جراحة إلهاء العمود الفقري، والتي تأثرت بالتثبيت الثنائي التقليدي. تم إعادة بناء النماذج الشوكية (C6 - S1) قبل أربعة انحرافات بناءً على صور الأشعة المقطعية وتم تطبيق قضبان النمو مع حمل الإزاحة لأعلى من 0-25 مم عند فاصل زمني قدره 5 مم. تم الكشف عن العلاقات بين مسافة التشتيت وقوة التشتيت وزاوية كوب الصدرية والقطنية، وتم قياس إزاحة العمود الفقري ودورانه في اتجاهات ثلاثية الأبعاد. سيحدث الخلل العام في العمود الفقري أيضًا أثناء عملية التشتيت حتى في ظل القوة الآمنة، والتي تميزت بقع عنق الرحم غير المتوقع والإزاحة الجانبية. بالإضافة إلى ذلك، تم تأكيد قانون تناقص العائد من خلال مقارنة استهلاك طاقة التشتيت في مسافات التشتيت المختلفة، مما يشير إلى أن المزيد من الاهتمام بالتغيرات الحركية والميكانيكية الحيوية للعمود الفقري أفضل من قوة التشتيت. ومن الجدير بالذكر أن اختيار الأجزاء الثابتة يؤثر بشكل كبير على قوة التشتيت عند نفس مسافة التشتيت. وفقًا لذلك، يمكن أن توفر بعض النتائج فهمًا أفضل لجراحة تشتيت العمود الفقري.Translated Description (French)
La distraction périodique et consécutive est un traitement efficace de la scoliose sévère à début précoce (EOS), qui permet la correction de la déformation du plan coronaire rachidien et du plan sagittal. Cependant, le taux de fractures de la tige et de complications postopératoires était encore élevé, principalement en raison du processus de distraction. Des études antérieures ont principalement étudié la force de distraction maximale sans qu'une tige ne soit cassée, négligeant le rééquilibrage de la colonne vertébrale et la consommation d'énergie de distraction, tout aussi vitale pour évaluer la valeur opérationnelle. Cette étude visait à révéler les réponses cinématiques et biomécaniques survenant après la chirurgie de distraction rachidienne, qui étaient affectées par la fixation bilatérale traditionnelle. Les modèles spinaux (C6-S1) avant quatre distractions ont été reconstruits sur la base d'images CT et les tiges en croissance ont été appliquées avec la charge de déplacement vers le haut de 0-25 mm à un intervalle de 5 mm. Les relations entre la distance de distraction, la force de distraction et l'angle de Cobb thoracique et lombaire ont été révélées, et le déplacement et la rotation de la colonne vertébrale dans les directions tridimensionnelles ont été mesurés. Le déséquilibre général de la colonne vertébrale se produirait également pendant le processus de distraction, même sous la force de sécurité, qui se caractérisait par une lordose cervicale inattendue et un déplacement latéral. De plus, la loi du rendement décroissant a été confirmée en comparant la consommation d'énergie de distraction à différentes distances de distraction, ce qui suggère qu'une plus grande attention portée aux changements cinématiques et biomécaniques de la colonne vertébrale est préférable à la force de distraction. Notamment, la sélection de segments fixes a un impact significatif sur la force de distraction à la même distance de distraction. En conséquence, certains résultats pourraient fournir une meilleure compréhension de la chirurgie de distraction vertébrale.Translated Description (Spanish)
La distracción periódica y consecutiva es un tratamiento eficaz para la escoliosis severa de inicio temprano (EOS), que permite la corrección de la deformidad del plano coronal y sagital espinal. Sin embargo, la tasa de fracturas de bastones y complicaciones postoperatorias seguía siendo alta, principalmente relacionada con el proceso de distracción. Estudios previos han investigado principalmente la fuerza de distracción máxima segura sin una varilla rota, descuidando el reequilibrio espinal y el consumo de energía de distracción, que es igualmente vital para evaluar el valor operativo. Este estudio tuvo como objetivo revelar las respuestas cinemáticas y biomecánicas que se producen después de la cirugía de distracción espinal, que se vieron afectadas por la fijación bilateral tradicional. Los modelos espinales (C6-S1) antes de cuatro distracciones se reconstruyeron en base a imágenes de TC y las varillas en crecimiento se aplicaron con la carga de desplazamiento ascendente de 0-25 mm a un intervalo de 5 mm. Se revelaron las relaciones entre la distancia de distracción, la fuerza de distracción y el ángulo de Cobb torácico y lumbar, y se midió el desplazamiento espinal y la rotación en direcciones tridimensionales. El desequilibrio general de la columna vertebral también ocurriría durante el proceso de distracción incluso bajo la fuerza segura, que se caracterizó por una lordosis cervical inesperada y un desplazamiento lateral. Además, la ley del retorno decreciente se ha confirmado comparando el consumo de energía de distracción en diferentes distancias de distracción, lo que sugiere que es mejor prestar más atención a los cambios cinemáticos y biomecánicos de la columna vertebral que a la fuerza de distracción. En particular, la selección de segmentos fijos afecta significativamente la fuerza de distracción a la misma distancia de distracción. En consecuencia, algunos resultados podrían proporcionar una mejor comprensión de la cirugía de distracción espinal.Files
pdf.pdf
Files
(4.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:952285700df7f54d17b283fabcb19b33
|
4.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الاستجابات الحركية والميكانيكية الحيوية للعمود الفقري لجراحة الإلهاء لدى الأطفال الذين يعانون من الجنف المبكر: تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد
- Translated title (French)
- Réponses cinématiques et biomécaniques de la colonne vertébrale à la chirurgie de distraction chez les enfants atteints de scoliose précoce : une analyse tridimensionnelle par éléments finis
- Translated title (Spanish)
- Respuestas cinemáticas y biomecánicas de la columna vertebral a la cirugía de distracción en niños con escoliosis de inicio temprano: un análisis 3D de elementos finitos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4285490504
- DOI
- 10.3389/fbioe.2022.933341
References
- https://openalex.org/W1780137846
- https://openalex.org/W1964371139
- https://openalex.org/W1966433358
- https://openalex.org/W1970037973
- https://openalex.org/W1971715844
- https://openalex.org/W1980883268
- https://openalex.org/W1996213402
- https://openalex.org/W1998454990
- https://openalex.org/W2015343863
- https://openalex.org/W2028695401
- https://openalex.org/W2032578989
- https://openalex.org/W2040466465
- https://openalex.org/W2046540127
- https://openalex.org/W2049521446
- https://openalex.org/W2054771910
- https://openalex.org/W2066710832
- https://openalex.org/W2068140347
- https://openalex.org/W2074329810
- https://openalex.org/W2075290475
- https://openalex.org/W2084658459
- https://openalex.org/W2087247805
- https://openalex.org/W2087650866
- https://openalex.org/W2088724091
- https://openalex.org/W2090561677
- https://openalex.org/W2095712753
- https://openalex.org/W2099359603
- https://openalex.org/W2140039955
- https://openalex.org/W2167617599
- https://openalex.org/W2330556244
- https://openalex.org/W2416999457
- https://openalex.org/W2484123183
- https://openalex.org/W249220514
- https://openalex.org/W2508760652
- https://openalex.org/W2562643580
- https://openalex.org/W2567333118
- https://openalex.org/W2605507540
- https://openalex.org/W2701639432
- https://openalex.org/W2884131654
- https://openalex.org/W2885223916
- https://openalex.org/W2886377957
- https://openalex.org/W2922444260
- https://openalex.org/W2972686369
- https://openalex.org/W2984307633
- https://openalex.org/W3167681556
- https://openalex.org/W3205163273
- https://openalex.org/W4210288603
- https://openalex.org/W4212885693