Dissertação

{en_GB=Biomechanical Analysis of Lumbar Disc Degeneration Before and After Spinal Fusion } {} APPROVED

{pt=O avanço da idade e degeneração levam frequentemente à lombalgia, que é o distúrbio musculoesquelético mais prevalente a nível mundial. Alterações nas estruturas ligamentares e discos intervertebrais (DIV) encontram-se entre as fontes de instabilidade. Técnicas de fusão estão no centro das opções de tratamento, para remover o DIV afetado e aliviar a lombalgia. O objetivo deste trabalho foi triplo: (i) compreender a relação entre degeneração ligamentar e lombalgia, determinando o papel de cada ligamento no movimento, (ii) avaliar o impacto da redução de altura do DIV nas alterações degenerativas, e (iii) determinar a fixação posterior mais vantajosa na fusão intersomática, particularmente a respeito da degeneração do disco adjacente (DDA). Para tal, foram utilizados dois modelos de elementos finitos L3-L5 com alturas de DIV diferentes. Graus distintos de degeneração foram testados, e o procedimento de fusão intersomática lombar oblíqua (OLIF) foi simulado com diferentes tipos de fixação. Os ligamentos capsular facetário e longitudinal anterior foram identificados como os mais influentes na estabilidade da coluna, sendo essa influência aumentada com a degeneração e redução de altura do disco. Após fusão, a presença dos ligamentos tornou-se irrelevante. O procedimento OLIF apresentou uma maior contribuição para DDA do que a degeneração do DIV, sendo a fixação bilateral a melhor opção para obter estabilidade e diminuir o risco de DDA. Entre modelos com fixação unilateral, a fixação direita mostrou-se a mais adequada para reduzir o stress no DIV. A prática clínica beneficiará destes resultados e da sua extensão a um conjunto mais amplo de pacientes., en=Advancing age and degeneration frequently lead to low back pain (LBP), which is the most prevalent musculoskeletal disorder worldwide. Changes in the ligamentous structures and intervertebral discs (IVD) are typically amongst the sources of instability. Spinal fusion techniques are therefore at the core of treatment options to remove the affected IVD and relieve LBP. The aim of this work was three-fold: (i) to understand how ligament degeneration links with LBP by determining the role of each ligament per movement, (ii) to evaluate the impact of IVD height reduction in degenerative changes, and (iii) to assess the more advantageous type of posterior fixation in interbody fusion to support clinical practice, particularly regarding adjacent disc degeneration (ADD). For that, two L3-L5 finite element models with different IVD heights were used. Different degrees of ligament and IVD degeneration were tested, and the Oblique Lumbar Interbody Fusion (OLIF) procedure was simulated with different fixation constructs. Facet capsular ligament and anterior longitudinal ligament were identified as the most influential ligaments for spinal stability, being this influence enhanced with degeneration and IVD height reduction. After spinal fusion, these ligaments became obsolete. The OLIF procedure contributed more to ADD than IVD degeneration of the pre-instrumented level, with bilateral fixation being the best option to achieve stability and lessen ADD risk. Between models with unilateral constructs, right unilateral fixation was the most suited to reduce IVD stress. Clinical practice will benefit from the outcomes of this study and from its future extension to a wider patient database.}
{pt=Coluna Lombar, Ligamentos, Degeneração, Fusão Intersomática, Biomecânica, Modelação de Elementos Finitos, en=Lumbar Spine, Ligaments, Degeneration, Interbody Fusion, Biomechanics, Finite Element Modelling}

Orientação

ORIENTADOR

Paulo Rui Alves Fernandes

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

André Paulo Galvão de Castro

IDMEC - Instituto Superior Técnico

Doutor