Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.8
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pp.157-163
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2004
Scoliosis is a complex musculoskeletal dieses requiring 3-D treatment with surgical instrumentation. To investigate the effects of correction surgery, a finite element model of personalized model of the scoliotic spine that will allow the design of clinical test providing optimal estimation of the post-operation results was developed. Three dimensional skeletal parts, such as vertebrae, clavicle and scapular were modeled as rigid bodies with keeping their morphologies. Kinematical joints and spring elements were adapted to represent the inter-vertebral disc and ligaments respectively. With this model, two types of surgery procedure, distraction procedure with Harrington device and rod derotation procedure with pedicle screw and rod system had been carried out. The obtained simulation results were comparatively corresponding to the post operational outcomes and successfully demonstrated qualitative analysis of surgical effectiveness. From this analysis, it has been found that the preparing of appropriate rod curvature and its insertion was more important than just performing the excessive derotation for scoliosis correction.
Fractures of lumbo-sacral junction involving bilateral sacral wings are rare. Posterior lumbo-sacral fixation does not always provide with sufficient stability in such cases. Various augmentation techniques including divergent sacral ala screws, S2 pedicle screws and Galveston rods have been reported to improve lumbo-sacral stabilization. Galveston technique using iliac bones would be the best surgical approach especially in patients with bilateral comminuted sacral fractures. However, original Galveston surgery is technically demanding and bending rods into the appropriate alignment is time consuming. We present a patient with unstable lumbo-sacral junction fractures and comminuted U-shaped sacral fractures treated by lumbo-sacro-pelvic fixation using iliac screws and discuss about the advantages of the iliac screws over the rod system of Galveston technique.
We present a case of chondroblastoma in the thoracic vertebra. A 40-year-old patient with upper back pain and lower extremity weakness was admitted to our clinic. On neurological examination, the patient exhibited lower extremity spastic paraparesis. Magnetic resonance imaging revealed a mass infiltrating the 7th thoracic vertebra and its adjacent structures with concomitant compression of the epidural space. After right upper lung tuberculoma was resected through the transthoracic approach, T7 total corpectomy was done with anterior stabilization using a MESH cage and T7 rib bone graft. Two weeks after the first operation, remained part of vertebra was removed and posterior stabilization was performed using a pedicle screw fixation and cross linkage bar with the assistance of the navigation system. The final pathologic diagnosis of the vertebral lesion was benign chondroblastoma.
Background: Confirm the stability of intervertebral disc sustaining each fused lumbar spine cases, comparing vertical compression, A-P shear force and rotational moment on intervertebral disc of instrumented lumbar spine with simple vertical compression load and follower load using finite element analysis. Materials and Methods: We analyze the stability of intervertebral disc L4-5 supporting fused lumbar spine segments. After performing finite element modelling about L1-L5 lumbar vertebral column and L1-L4 each fusion level pedicle screw system for fused lumbar spine fine element model. Intervertebral discs with complex structure and mechanical properties was modeled using spring element that compensate stiffness and tube-to-tube contact element was employed to give follower load. Performing geometrical non-linear analysis. Results: The differences of intervertebral disc L4-5 behavior under the follower compression load in comparision with vertical compression load are as follows. Conclusion: As a result of finite element interpretation of instrumented lumbar spine, the stability of L4-5 sustaining fused lumbar segment, the long level fused lumbar spine observed hing stability under follower load. This research method can be the basis tool of effects prediction for instrumentation, a invention of a more precious finite element interpretation model which consider the role of muscle around the spine is loaded.
The lumbar spinal fusion is a treatment performed to restore the stability of the degenerated lumbar. In this study, the intervertebral discs between two or more segments are removed and a bone graft is inserted to harden the segments. The pedicle screw system is inserted to vertebral bodies to fix two or more segments so that they can be firmly fused. In this study, a total of 7 patient-specific lumbar finite element models were created and pedicle screw systems were installed. The connecting rods made of titanium and CFR-PEEK was inserted to the generated models. Finite element analysis was conducted for four representative spine behaviors and statistical analysis was performed to investigate the biomechanical effects by the material properties of connecting rods. The intradiscal pressure of adjacent segments and the range of motion of the joints of each segment were investigated. In the subjects who used CFR-PEEK instead of Ti for connecting rods, the intradiscal pressure of adjacent segments tend to decrease and the range of motion of each segment tend to increase. However, no statistically significant difference in tendency was observed under all loading conditions.
Chung Goo Bong;Kim Sungmin;Lee Soo Gang;Yi Byung-Ju;Kim Wheekuk;Oh Se Min;Kim Young Soo;So Byung Rok;Park Jong Il;Oh Seong Hoon
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.1
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pp.30-41
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2006
The goal of this work is to develop and test a robot-assisted surgery system for spinal fusion. The system is composed of a robot, a surgical planning system, and a navigation system. It plays the role of assisting surgeons for inserting a pedicle screw in the spinal fusion procedure. Compared to conventional methods for spinal fusion, the proposed surgical procedure ensures minimum invasion and better accuracy by using robot and image information. The robot plays the role of positioning and guiding needles, drills, and other surgical instruments or conducts automatic boring and screwing. Pre-operative CT images intra-operative fluoroscopic images are integrated to provide the surgeon with information for surgical planning. Some experiments employing the developed robotic surgery system are conducted. The experimental results confirm that the system is not only able to guide the surgical tools by accurately pointing and orienting the specified location, but also successfully compensate the movement of the patient due to respiration.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.144-148
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2005
The goal of this work is to develop and test a robot-assisted surgery system for spinal fusion. The system is composed of a robot, a surgical planning system, and a navigation system. It plays the role of assisting surgeons for inserting a pedicle screw in the spinal fusion procedure. Compared to conventional methods fer spinal fusion, the proposed surgical procedure ensures minimum invasion and better accuracy by using robot and image information. The robot plays the role of positioning and guiding needles, drills, and other surgical instruments or conducts automatic boring and screwing. Pre-operative CT images and intra-operative fluoroscopic images are integrated to provide the surgeon with information for surgical planning. Several experiments employing the developed robotic surgery system are conducted. The experimental results confirmed that the system is not only able to guide the surgical tools by accurately pointing and orienting the specified location, but also successfully compensate the movement of the patient due to his/her respiration.
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.
In order to investigate the Post-operative changes in scoliotic spine according to selection of fusion level a mathematical finite element model of King-Moe type II scoliotics spine system was developed. By utilizing this finite element scoliosis model surgical correction simulation procedures of pedicle fixation and derotation were simulated. In consequence of the calculation by changing the fusion Levels, postoperative changes like Cobb angle, apical vertebrae axial rotation (AVAR), thoracic kyphosis, and rib hump were Qualitatively analyzed. In the analysis of operative kinematics, the decrease or Cobb angle was most prominent in distraction than in deroation. Applying the rod derotation only was not effective in decrease of Cobb angle but just caused increase of At AR and rib hump. From the operative simulation, co-action or distraction and translation during rod insertion has major impact on Cobb angle decrease and maintenance of kyphosis. With rod rotation, Cobb angle decrease was obtained, but combined increase of AVAR and rib hump was simulation observed as well. The case of most extended instrumentation range with 60o rod rotation produced double decrease of Cobb angle, but the increase of rib hump and AYAR occurred corresponding1y. The optimum selection of fusion level was proved as one level less than inflection position of the thoracic spine curvature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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