Dissertação
{en=Computational Analysis of Bone Remodeling during an Anterior Cervical Fusion} {} EVALUATED
{pt=A fusão inter-somática é uma técnica de referência na estabilização da coluna após remoção de um disco intervertebral. No entanto, existem ainda algumas questões sobre qual o melhor enxerto e até que ponto a instrumentação utilizada é benéfica para a fusão. O objectivo deste trabalho é estudar a influência da instrumentação associada à cirurgia no processo de remodelação óssea e, consequentemente, na fusão. Foi desenvolvido um modelo de elementos finitos da coluna cervical. O processo de modelação consistiu em diferentes etapas: sobre-amostragem e segmentação das imagens de CT, criação do modelo sólido e geração da malha de elementos finitos. O osso foi modelado como um material poroso caracterizado em cada ponto pela sua densidade relativa. A lei de remodelação óssea foi obtida assumindo que o osso se adapta para atingir a estrutura mais rígida para as cargas a que está sujeito. Este critério de rigidez foi combinado com o custo metabólico de manutenção de osso que é definido por um parâmetro k e que depende de diversos factores biológicos. Foram testadas diferentes situações cirúrgicas, que permitiram confirmar que os dispositivos cirúrgicos reduzem o crescimento ósseo nos enxertos, sendo as placas estabilizadoras os elementos mais interferentes. Os espaçadores intervertebrais podem ser benéficos, no entanto o material constituinte tem um papel fundamental na fusão pelo que deve ser escolhido cuidadosamente. Os espaçadores intervertebrais parecem não ser muito relevantes quando utilizados juntamente com uma placa estabilizadora, uma vez que os valores de massa óssea assim como a distribuição de densidades não variam significativamente., en=The anterior cervical fusion is an established surgical procedure for spine stabilization after the removal of an intervertebral disc. However, it is not clear yet which bone graft represents the best choice and whether surgical devices can be efficient and beneficial for fusion. The aim of this project is to study the influence that spine instrumentation has on bone remodeling and, consequently, on fusion process. A finite element model of the cervical spine was developed. Having CT images as input, the modeling process comprised different stages: resampling of images, segmentation of resampled images, surface mesh adjustments, establishment of a solid model and volume finite element mesh generation. Bone was modeled as a porous material characterized by the relative density at each point of the domain. The bone remodeling law was derived assuming that bone self-adapts in order to achieve the stiffest structure for the supported loads. This stiffness criterion was combined with a biological driven criteria related with the metabolic cost of bone formation, which is defined by a term k and depends on various biological factors. Different surgical scenarios were tested. These studies were able to confirm that spinal devices reduce bone growth within bone grafts, being plates system the most interfering elements. Interbody cages can be beneficial; however its constituent material plays a major role in fusion and, therefore, it should be carefully chosen. Cages seem not to be much relevant when used together with a plate system since bone mass and density distribution do not vary significantly.}
novembro 3, 2009, 15:0
Orientação
CO-ORIENTADOR
João Orlando Marques Gameiro Folgado
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Auxiliar
