Η διενέργεια εμβιομηχανικών μελετών σε μοντέλο με τη βοήθεια ηλεκτρονικών υπολογιστών βρίσκεται σήμερα σε προχωρημένο στάδιο εξέλιξης. Σε αυτή την εξέλιξη κεντρική θέση κατέχουν λογισμικά δύο κατηγοριών. Στην πρώτη κατηγορία κατατάσσονται τα λογισμικά εμβιομηχανικής προσομοίωσης του ανθρωπίνου σώματος και στη δεύτερη κατηγορία τα λογισμικά ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων. Σε αυτή τη Μεταπτυχιακή Εργασία έγινε μία προσπάθεια διερεύνηση της συνεργασίας των δύο αυτών κατηγοριών λογισμικού με την κινηματική μελέτη ενός οσφυϊκού σπονδύλου και την ανάλυση φορτίσεών του με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Για αυτό το λόγο επιλέχτηκαν δύο λογισμικά εμπορικά διαθέσιμα. Το λογισμικό εμβιομηχανικής προσομοίωσης Anybody modeling system και το λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων Ansys multiphysics. Στο Πρώτο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση του λογισμικού Anybody. Πιο συγκεκριμένα. αναφέρονται τα στοιχεία εκείνα που υλοποιούν ένα μοντέλο του ανθρώπινου σώματος (τμήματα, αρθρώσεις, μύες, σύνδεσμοι) καθώς και οι μελέτες που μπορούν να εκτελεστούν δηλαδή η κινηματική και η δυναμική. Κύρια θέση κατέχει η αντιστροφή δυναμική μελέτη που χαρακτηρίζεται από την εξαγωγή συμπερασμάτων για τις δυνάμεις και τις ροπές που αναπτύσσονται σε ένα σώμα αφού έχει περιγραφεί εκ των προτέρων η κίνησή του. Στο Δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια λεπτομερής περιγραφή της ανατομίας της σπονδυλικής στήλης στην οποία αναφέρονται τα επιμέρους κοινά στοιχεία που έχουν οι σπόνδυλοι καθώς κου οι διαφορές στις διαφορετικές μοίρες της σπονδυλικής στήλης. Μετά την ανατομική περιγραφή παρατίθεται η εμβιομηχανική θεώρηση της κατασκευής της οσφυϊκής μοίρας της σπονδυλικής στήλης, αναλύοντας τα επιμέρους δομικά στοιχεία από μηχανική άποψη και η λειτουργικότητά τους. Στο Τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται η κατασκευή ενός μοντέλου της σπονδυλικής στήλης στο λογισμικό Anybody το οποίο υποβάλλεται σε κινήσεις κάμψης, έκτασης, πλάγιας κάμψης και στροφής και επιχειρείται ο σχολιασμός των ευρημάτων. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο τα δεδομένα τα οποία παράγει η αντίστροφή μελέτη και συγκεκριμένα οι φορτίσεις που δέχεται ο Ο5 σπόνδυλος κατά τις κινήσεις στις οποίες υποβάλλεται η οσφυϊκή μοίρα χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου για την ανάλυση του Ο5 σπόνδυλο με το λογισμικό μηχανικής ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων ANSYS. Συνοψίζοντας, η συνεργασία των δύο λογισμικών αποδείχθηκε εφικτή και πρόσφορη. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αναπτύχθηκε η βασική τεχνογνωσία ως προς την χρήση του λογισμικού Anybody Modeling System και την συστηματοποίηση της διασύνδεσης του με το λογισμικό Ansys με αποτέλεσμά να αποτελεί την βάση για περαιτέρω εργασίες. / The conduction of biomechanical studies on models with the aid of computers is currently at an advanced stage. In this essay, the central position is hold by two software categories. In the first category are classified various software of biomechanical simulation of the human body and in the second category are classified the software for the finite element analysis. In this Master Thesis was made an attempt to explore the cooperation of these two kinds of software. For this reason, two commercially available softwares were selected. The biomechanical simulation was performed using the Anybody Modeling System software and the finite element analysis was performed using the Ansys Multiphysics software. In the first chapter the use of the Anybody software was presented. More specifically, those elements that implement a model of the human body (segments, joints, muscles, ligaments) as well as studies that can be performed i.e. the kinematics and dynamics studies were discussed in details. The inverse dynamics study has been characterized as the main feature of the software allowing to explore the resulting forces and torques developed in a body during the in advance described movement. The second chapter includes a detailed description of the anatomy of the spine. After the anatomical description the biomechanical approach is presented, analyzing each individual component from engineering point of view as well as their functionality. The third chapter describes the construction of a model of the spine in the Anybody software that is subjected to flexion, extension, lateral bending and rotation along with the results. Finally, in the fourth chapter the data that produces the inverse study namely the loads applied to the L5 vertebra during each movement performed by the lumbar spine are used as input data for the mechanical analysis of L5 vertebra with the finite element analysis software ANSYS. As a conclusion, the collaboration of these two software programmes proved to be feasible and appropriate. In this master thesis the basic knowledge in the use of software Anybody Modeling System has been developed and an interface with the software Ansys has been built thus forming the basis for further work.

Σκοπός: Η προσέγγιση και η αντιμετώπιση των κακώσεων της Αυχενικής Μοίρας της Σπονδυλικής Στήλης (ΑΜΣΣ) εξακολουθεί και σήμερα να παρουσιάζει διαφορές μεταξύ των διαφόρων κέντρων. Κατά καιρούς μάλιστα έχουν προταθεί πλείστοι τρόποι αντιμετώπισης: από συντηρητική με κρανιακή έλξη μέχρι πολύ επιθετική χειρουργική αντιμετώπιση με συνδυασμένες πρόσθιες και οπίσθιες προσπελάσεις. Στόχος της διατριβής ήταν η παρουσίαση της χειρουργικής εμπειρίας της Ορθοπαιδικής Κλινικής του Πανεπιστημίου Πατρών στην αντιμετώπιση των ασθενών αυτών και η ανάλυση των επιπλοκών των διαφόρων μεθόδων σταθεροποίησης. Έγινε προσπάθεια να απαντηθούν τα ακόλουθα ερωτήματα: 1) Ποια πρέπει να είναι σήμερα η διαγνωστική προσέγγιση των ασθενών με κάκωση στην ΑΜΣΣ; 2) Ποιοι ασθενείς χρειάζονται σταθεροποίηση; 3) Τι είδους σταθεροποίηση και ποιες είναι οι επιπλοκές αυτής; Ακολούθως, ποιος πρέπει να είναι ο σύγχρονος αλγόριθμος προσέγγισης των ασθενών με κακώσεις στην ΑΜΣΣ; 4) Ποιες είναι οι μακροχρόνιες επιπτώσεις της σταθεροποίησης; Μεθοδολογία: Εκατόν-δώδεκα ασθενείς με ασταθείς κακώσεις στην ΑΜΣΣ υποβλήθηκαν στην Κλινική μας σε πρόσθια, οπίσθια σταθεροποίηση ή και στις δύο. Ένας ασθενής θεωρούνταν ότι είχε ασταθή κάκωση της ΑΜΣΣ εάν είχε 5 ή παραπάνω βαθμούς με βάση τα κριτήρια αστάθειας των White & Panjabi. Τουλάχιστον ένας χρόνος παρακολούθησης (follow-up) ήταν αναγκαίος για να ενταχθεί ένας ασθενής στη μελέτη, με αποτέλεσμα να επιλεγούν τελικά 97 ασθενείς. Εβδομηντατέσσερις ασθενείς υποβλήθηκαν σε αριστερή προσθιοπλάγια προσπέλαση [Ομάδα Α]. Σε 65 ασθενείς έγινε πρόσθια αποσυμπίεση και τοποθέτηση φλοιοσπογγώδους λαγονίου αυτομοσχεύματος και σταθεροποίηση με πλάκα και βίδες, είτε με πλάκα της AO/ASIF ή με πλάκα CSLP. Στους υπόλοιπους 9 ασθενείς, η αποκατάσταση της σπονδυλικής στήλης περιελάμβανε τη χρήση κλωβού πλέγματος τιτανίου στο οποίο τοποθετούνταν σπογγώδη αυτομοσχεύματα από την περιοχή της σωματεκτομής. Εικοσιτρείς ασθενείς υποβλήθηκαν σε οπίσθια σταθεροποίηση είτε με πλάκες πλαγίων ογκωμάτων (πλάκες Roy-Camille) (19 ασθενείς), ή με πολυαξονικές βίδες (4 ασθενείς) [Ομάδα Β]. Αποτελέσματα – Συμπεράσματα: 1) Εφόσον η κλινική εικόνα ενός ασθενούς με κάκωση στην ΑΜΣΣ επιβάλλει τη διενέργεια αξονικής τομογραφίας, η διερεύνηση μπορεί να γίνει με ασφάλεια με τη χρήση ενός σύγχρονου πολυτομικού αξονικού τομογράφου (MDCT) και μόνο, παραλείποντας τις απλές ακτινογραφίες. 2) Τα κριτήρια αστάθειας των White και Panjabi υπαγορεύουν μια ασταθή κάκωση στην ΑΜΣΣ, η οποία θα πρέπει να αντιμετωπίζεται κατά προτίμηση με χειρουργικό τρόπο. 3) Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων δεν ανέδειξε στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των 2 ομάδων σταθεροποίησης όσον αφορά τις κλινικά σημαντικές επιπλοκές (p=0.26). Ομοίως, οι κλινικά μη σημαντικές επιπλοκές, καθώς και το ποσοστό επανεγχειρήσεων δε διέφεραν στατιστικά μεταξύ των δύο ομάδων (p=0.245 και p=0.475 αντίστοιχα). Ωστόσο, η πρόσθια σταθεροποίηση παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα, μπορεί να αντιμετωπίσει το σύνολο σχεδόν των κακώσεων της ΑΜΣΣ συμπεριλαμβανομένου των εξαρθρημάτων, και μόνο κατ’ εξαίρεση απαιτείται συμπληρωματική σταθεροποίηση. Επιπλέον, η εξέλιξη της μεθόδου βοήθησε στην εξάλειψη επιπλοκών που παρατηρούνταν με τα παλαιότερης τεχνολογίας υλικά. Ως εκ τούτου, οι τρέχουσες ενδείξεις για οπίσθια σταθεροποίηση είναι τα μη ανατασσόμενα εξαρθρήματα, οι κακώσεις πολλαπλών επιπέδων και οι ασθενείς με τραχειοστομία. 4) Η οστεοποίηση των παρακειμένων διαστημάτων στις κακώσεις της ΑΜΣΣ φαίνεται ότι έχει διαφορετική αιτιολογία από αυτή της αυχενικής σπονδύλωσης, μπορεί να εμφανιστεί πολύ πρώιμα στην μετεγχειρητική περίοδο και, ακόμα και όταν είναι εμφανής ακτινολογικά, σπανίως προκαλεί συμπτώματα. / Aim: The diagnostic approach and management of patients with cervical spine injuries differs among various centers. Conservative management with skeletal traction to aggressive surgical treatment with combined anterior and prosterior stabilization are within the possible alternatives. We aimed at presenting the experience from the surgical treatment of these patients gathered in the Department of Orthopaedic Surgery in the University Hospital of Patras. We further analyzed the complications associated with each approach and we tried to answer the following questions: 1) Which is the current diagnostic approach of patients with cervical spine injuries? 2) Which patients should be stabilized? 3) What type the stabilization should be and which are its complications? Moreover, which is the appropriate algorithm in the treatment of these patients? 4) Which are the long-term consequences of the stabilization? Materials & Methods: One hundred and twelve patients with unstable cervical spine injuries underwent anterior, posterior stabilization or both. A patient was considered to have an unstable injury if he had ≥ 5 points in the White and Panjabi checklist. At least one year of follow-up was necessary for a patient to be included in the study, which yielded a total of 97 patients. Seventy-four patients underwent a left-sided anterolateral approach [Group A]. Sixty-five of them had anterior decompression and iliac bone grafting. The remaining 9 patients underwent corpectomy and cervical spine reconstruction with titanium mesh cage, filled with morselized autograft from the corpectomy site. All these patients were instrumented using an anterior cervical plate. Twenty-three patients underwent posterior stabilization, either with lateral mass plates of Roy-Camille (19 patients), or polyaxial screws and rods (4 patients) [Group B], along with concomitant iliac bone autografting. Results – Conclusions: 1) If there is a need for computed tomography (CT) in a patient with cervical spine injury, the diagnostic work-up can be done with safety using only a modern multi-detector CT, obviating the need for plain radiographs. 2) The White and Panjabi criteria imply an unstable injury which should be preferentially stabilized by surgical means. 3) Statistical analysis of the clinically significant complications did not reveal significant difference between the posterior procedures and the anterior ones (p=0.26). Likewise, insignificant complications, as well as reoperation rates did not differ significantly among the two groups (p=0.245 and p=0.475 respectively). However, anterior stabilization for cervical spine injuries presents several advantages, can deal with almost all types of injuries and it only exceptionally requires supplemental stabilization. It should be also stressed that the advances in technology and metallurgy have eliminated the complications observed with older implants. Current indications for posterior stabilization are the irreducible dislocations, multilevel injuries and patients with tracheostomy. 4) Adjacent-level ossification in cervical spine injuries appears to be of different etiology than in cervical spondylosis, it may appear very early in the postoperative period and, even when it is evident radiographically, it very rarely (if ever) produces any symptoms.