For stability analysis of the lumbar spine, the hypothesis presented is that the disc has stress sensors driving feedback mechanism, which could react to the imposed loads by adjusting the contraction of the muscles. Fusion in the motion segment of the lumbar spinal column is believed to alter the stability of the spinal column. To identify this effect finite element (FE) models combined with optimization technique was applied and quantify the role of each muscle and reaction forces in the spinal column with respect to the fusion level. The musculoskeletal FE model was consisted with detailed whole lumbar spine, pelvis, sacrum, coccyx and simplified trunk model. Vertebral body and pelvis were modeled as a rigid body and the rib cage was constructed with rigid truss element for the computational efficiency. Spinal fusion model was applied to L3-L4, L4-L5, L5-S1 (single level) and L3-L5 (two levels) segments. Muscle architecture with 46 local muscles was used as acting directions. Minimization of the nucleus pressure deviation and annulus fiber average axial stress deviation was selected for cost function. As a result, spinal fusion produced reaction changes at each motion segment as well as contribution of each muscle. Longissimus thoracis and psoas major muscle showed dramatic changes for the cases of L5-S1 and L3-L5 level fusion. Muscle force change at each muscle also generated relatively high nucleus pressure not only at the adjacent level but at another level, which can explain disc degeneration pattern observed in clinical study.
Recently, we have proposed a hypothesis that spinal structures have a stress sensor driving feedback mechanism, In the human spine, spinal structure could react to modify muscular action in such a way so as to equalize stress at the disc, therefore reduce the risk of injury, In this analysis, abdominal muscle and abdominal pressure, which were not included in the previous study, were added to identify those effects in spine stability during upright stance posture for the case where the intervertebral disc plays the role of mechanoreceptor, The musculoskeletal FE model was consisted with detailed whole lumbar spine, pelvis, sacrum, coccyx and simplified trunk model. Muscle architecture with 46 local muscles containing paraspinal muscle and 6 rectus abdominal muscles were assigned according to the acting directions. The magnitude of 4kPa was considered for abdominal pressure. Minimization of the nucleus pressure deviation and annulus fiber average tension stress deviation was chosen for cost function. Developed model provide nice coincidence with in-vivo measurement (nucleus pressure). Analysis was conducted according to existence of co-activation of abdominal muscle and abdominal pressure. Antagonistic activity of abdominal muscle produced stability of spinal column with relatively small amount of total muscle force. In contrast to the abdominal muscle, effect of abdominal pressure was not clear that was partly depending on the assumption of constant abdominal pressure.
요추부 척추에 기구를 시술한 유한요소 복합체 모델을 이용하여 제 4-5 요추간판에 대한 해석을 수행한 결과, 근육의 작용을 케이블과 케이블 가이드로써 단순화 모사한 follower 하중에서 수직하중인 경우보다 높은 압축력을 나타내어 더욱 안정함을 보였고 불안정성의 원인이 되는 전단력과 굽힘모멘트의 발생은 미미하였다. 장분절 고정에 의한 인접 분절에 전단력이 증가됨을 실험적으로 보였는데, 이는 장분절 고정이 퇴행성 변화 촉진에 기여할 것으로 추정된다.
The butterfly vertebra is a rare congenital anomaly of the spine, which arises from an asymmetric fusion defect in the embryonic vertebral column. This report delineates an integrative Korean medicine treatment administered to two patients who presented with low back pain associated with asymptomatic butterfly vertebrae. The patients received comprehensive treatment comprising acupuncture, Chuna therapy, pharmacopuncture, herbal medicine, and cupping therapy. The efficacy of the treatments was assessed utilizing diverse parameters, including a numerical rating scale, range of motion of the lumbar spine, Oswestry Disability Index, EuroQoL 5-Dimension 5-Level, and patient global impression of change. After the treatment, a notable improvement was noted in the evaluated indicators. These positive outcomes suggest that integrative Korean medicine treatment is suitable for patients experiencing low back pain associated with asymptomatic butterfly vertebrae.
Two unusual cases of traumatic spondyloptosis of the cervical spine at the C7-T1 level are reported. One patient was treated with a single-stage combined anterior-posterior and anterior operation to achieve realignment of the cervical spondyloptosis, decompression of the spinal cord and keep of a three-column stabilization of the spine. The other patient was treated with conservative management that consisted of a rigid neck collar and pain control for two months. The patients were managed successfully and both had good neurological outcomes. We present here a summary of the clinical presentations, the surgical technique and results, and a review of the relevant literature.
Charcot spinal arthropathy is a rare, progressive type of vertebral joint degeneration that occurs in the setting of any preexisting condition characterized by decreased afferent innervation to the extent that normal protective joint sensation in the vertebral column is impaired. The authors report on a case of Charcot arthropathy of the lower lumbar spine mimicking a spinal tumor following cervical cord injury.
Ekici, Mehmet Ali;Ozbek, Zuhtu;Gokoglu, Abdulkerim;Menku, Ahmet
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제51권6호
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pp.383-387
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2012
Spinal epidural abscess, if especially caused by Brucellosis is a very rare disease which is usually a consequence of spondylodiscitis. The spinal column can be affected at any joint; however, the lumbar spine is the most common region, especially at the level of the L4-5 and L5-S1. The frequency of spinal involvement usually seen at the lumbar, thoracic and cervical spine respectively. As an occupational disease in farmers, veterinaries, butchers, laboratory staff and shepherds, brucellosis can also occur by direct contact to animals and infected materials or ingestion of raw cheese, milk or unpasteurized milk products. In this study, we presented two cases with cervical spinal epidural abscess caused by brucella melitensis, which was successfully treated by surgical approach. Initial treatment was combined with antibiotic therapy after the surgery for 3 months.
Objective: The authors reviewed clinical and radiological outcomes in patients with three column injury of the cervical spine who had undergone posterior cervical fixation using Nitinol shape memory alloy loop in the anterior-posterior combined approach. Materials: Nine patients were surgically treated with anterior cervical fusion using an iliac bone graft and dynamic plate-screw system, and the posterior cervical fixation using Nitinol shape memory loop ($Davydov^{TM}$) at the same time. A retrospective review was performed. Clinical outcomes were assessed using the Frankel grading method. We reviewed the radiological parameters such as bony fusion rate, height of iliac bone graft strut, graft subsidence, cervical lordotic angle, and instrument related complication. Results: Single-level fusion was performed in five patients, and two-level fusion in four. Solid bone fusion was presented in all cases after surgery. The mean height of graft strut was significantly decreased from $20.46{\pm}9.97mm$ at immediate postoperative state to $18.87{\pm}8.60mm$ at the final follow-up period (p<0.05). The mean cervical lordotic angle decreased from $13.83{\pm}11.84^{\circ}$ to $11.37{\pm}6.03^{\circ}$ at the immediate postoperative state but then, increased to $24.39{\pm}9.83^{\circ}$ at the final follow-up period (p<0.05). There were no instrument related complications. Conclusion: We suggest that the posterior cervical fixation using Nitinol shape memory alloy loop may be a simple and useful method, and be one of treatment options in anterior-posterior combined approach for the patients with the three column injury of the cervical spine.
Shin, Hong Kyung;Kim, Moinay;Oh, Sun Kyu;Choi, Il;Seo, Dong Kwang;Park, Jin Hoon;Roh, Sung Woo;Jeon, Sang Ryong
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제64권6호
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pp.922-932
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2021
Objective : It is challenging to make solid fusion by posterior screw fixation and laminectomy with posterolateral fusion (PLF) in thoracic and thoracolumbar (TL) diseases. In this study, we report our experience and follow-up results with a new surgical technique entitled posterior thoracic cage interbody fusion (PTCIF) for thoracic and TL spine in comparison with conventional PLF. Methods : After institutional review board approval, a total of 57 patients who underwent PTCIF (n=30) and conventional PLF (n=27) for decompression and fusion in thoracic and TL spine between 2004 and 2019 were analyzed. Clinical outcomes and radiological parameters, including bone fusion, regional Cobb angle, and proximal junctional Cobb angle, were evaluated. Results : In PTCIF and conventional PLF, the mean age was 61.2 and 58.2 years (p=0.46), and the numbers of levels fused were 2.8 and 3.1 (p=0.46), respectively. Every patient showed functional improvement except one case of PTCIF. Postoperative hematoma as a perioperative complication occurred in one and three cases, respectively. The mean difference in the regional Cobb angle immediately after surgery compared with that of the last follow-up was 1.4° in PTCIF and 7.6° in conventional PLF (p=0.003), respectively. The mean durations of postoperative follow-up were 35.6 months in PTCIF and 37.3 months in conventional PLF (p=0.86). Conclusion : PTCIF is an effective fusion method in decompression and fixation surgery with good clinical outcomes for various spinal diseases in the thoracic and TL spine. It provides more stable bone fusion than conventional PLF by anterior column support.
Yoo, Kyun Min;Lee, Seok Won;Youn, Jae Ryoun;Yoon, Do Heum;Cho, Yon Eun;Yu, Jae-Pil;Park, Hyung Sang
Fibers and Polymers
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제4권2호
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pp.89-96
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2003
A vertebral cage is a hollow medical device which is used in spine forgery. By implanting the cage into the spine column, it is possible to restore disc and relieve pressure on the nerve roots. Most cages have been made of titanium alloys but they detract the biocompatibility. Currently PEEK (polyether ether ketone) if applied to various implants because it has good properties like heat resistance, chemical resistance, strength, and especially biocompatibility. A new shape of vertebral cage is designed and injection molding of PEEK is considered for production. Before injection molding of the cage, it is needed to evaluate process conditions and properties of the final product. Variables affecting the shrinkage of the cage are considered, e.g., injection time, packing pressure, mold temperature, and melt temperature. By using the numerical simula-tion program, MOLDFLOW, several cases are studied. Data files obtained by MOLDFLOW analysis are used for stress anal-ysis with ABAQUS, and shrinkage and residual stress fields are predicted. With these results, optimum process conditions are determined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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