計算モデルは、患者の脊椎ネジが緩むリスクを予測します

目的：椎弓根のゆるみは、腰椎固定の頻繁な合併症であり、最も一般的には骨の質が低い患者です。不十分なインプラントの安定性のためにリスクが高い患者を決定すると、臨床医はそれに応じて治療を適応させることができます。この研究の目的は、ネジ緩みのリスクの定量的かつ信頼できる評価のための計算モデルを開発することでした。 方法：診断されたネジのゆるみを伴う患者の椎骨のコホートは、安定した融合を伴う対照群に並置されました。2つのコホートからのイメージングデータを使用して、腰椎計測された椎体の患者固有の生体力学的モデルを生成しました。単一レベルの有限要素モデル軸方向または尾側の方向にネジをロードすることが生成されました。さらに、個別化されたジョイントロードを組み込んだマルチレベルモデルが作成されました。 結果：シミュレーション結果は、ネジの引き出し強度とインプラント緩みの症状との間に関連がないことを示しています（p = 0.8）。複数の計装された椎骨を組み込んだ患者モデルの場合、骨にCT値と応力はゆるいネジと非looseネジの間で有意に異なっていました（それぞれCT値と応力についてはP = 0.017およびP = 0.029）。ただし、非常に高い区別（p = 0.001）および予測可能性（R2pseudo = 0.358、AUC = 0.85）は、局所的な骨強度と予測される応力（負荷係数）の関係を考慮すると達成されました。25％を超える荷重係数を持つ骨に囲まれたネジは緩んでいる可能性がありましたが、ネジの緩みの可能性は0に近く、負荷係数は15％未満でした。 結論：インプラント固定障害のリスク評価のために生体力学ベースのスコアを使用することは、脊椎療法手術後のネジの緩みに対処するパラダイムシフトを表す可能性があります。

PURPOSE: Pedicle screw loosening is a frequent complication in lumbar spine fixation, most commonly among patients with poor bone quality. Determining patients at high risk for insufficient implant stability would allow clinicians to adapt the treatment accordingly. The aim of this study was to develop a computational model for quantitative and reliable assessment of the risk of screw loosening. METHODS: A cohort of patient vertebrae with diagnosed screw loosening was juxtaposed to a control group with stable fusion. Imaging data from the two cohorts were used to generate patient-specific biomechanical models of lumbar instrumented vertebral bodies. Single-level finite element models loading the screw in axial or caudo-cranial direction were generated. Further, multi-level models incorporating individualized joint loading were created. RESULTS: The simulation results indicate that there is no association between screw pull-out strength and the manifestation of implant loosening (p = 0.8). For patient models incorporating multiple instrumented vertebrae, CT-values and stress in the bone were significantly different between loose screws and non-loose screws (p = 0.017 and p = 0.029, for CT-values and stress, respectively). However, very high distinction (p = 0.001) and predictability (R2Pseudo = 0.358, AUC = 0.85) were achieved when considering the relationship between local bone strength and the predicted stress (loading factor). Screws surrounded by bone with a loading factor higher than 25% were likely to be loose, while the chances of screw loosening were close to 0 with a loading factor below 15%. CONCLUSION: The use of a biomechanics-based score for risk assessment of implant fixation failure might represent a paradigm shift in addressing screw loosening after spondylodesis surgery.