Verifica dimensionale e a fatica delle specifiche di progetto di un dispositivo per fissazione spinale canina

Degenerative lumbosacral stenosis (DLSS) is a disease that affects dogs and is characterized by compression of the spinal cord and degeneration of the intervertebral disc. The current gold standard is to tie steel pins dorsally to the PMMA (polymethyl methacrylate), but in the recent years a new research trend has focused on the use of spinal fixation devices as the ones designed for humans. The aim of this Master Thesis is to verify the size, and the static and fatigue behaviours of a rigid posterior pedicle screw-rod fixation (PSRF) system for use in dogs in order to identify the endurance limit. Three CTs of representative canine spines were examined in order to find the screw size for each canine breed. In the computational analysis four configurations following the ASTM F1717 standard - in which the spinal implant construct is tested in a vertebrectomy model- were considered. During static loading tests, none of the setups reached breakage, and at the maximum load the percentage of yielded elements on the screw varied from 5.02\% to 51.64\%. The values of stiffness, between 12.67 and 26.74 N/mm, are consistent with those found in the literature. In the fatigue analysis with the application of a physiological load all the configurations were safe. Searching for the load values that lead the device to reach the fatigue resistance limit, values ranging from 15.65 and 46.28 N were found. The parameter that most affected the fatigue behaviour is the screw diameter, since the lowest margin of safety (1.58±0.01) was measured in the smaller screw. In summary, this study showed that the use of spinal fixation devices designed for humans, but properly sized for dogs could be a valid alternative in the canine spine surgery field.

La stenosi lombosacrale degenerativa (DLSS) è una patologia che colpisce i cani caratterizzata da compressione del midollo spinale e degenerazione del disco intervertebrale. Attualmente il gold standard consiste nell'applicazione di pin in acciaio legati dorsalmente al polimetilmetacrilato (PMMA); tuttavia negli ultimi anni si è sviluppato un nuovo filone di ricerca incentrato sull'utilizzo di dispositivi di fissazione spinale di derivazione umana. Lo scopo di questa Tesi Magistrale è esaminare il dimensionamento, il comportamento statico e a fatica di un sistema di fissazione posteriore rigida costituito da barre e viti peduncolari (PSRF) al fine di individuare il carico limite. Sono state analizzate tre CT di colonne rappresentative grazie alle quali è stato possibile ricavare le dimensioni delle viti per ciascuna taglia canina. Nelle simulazioni numeriche sono state studiate quattro configurazioni che riproducono la norma ASTM F1717, in cui il costrutto spinale viene testato in condizione di vertebrectomia. Nessuno dei modelli sottoposti a sollecitazione statica è andato incontro a rottura; la quota di elementi snervati a livello della vite a carico ultimo è racchiusa tra il 5.02\% e il 51.64\%. I valori di rigidezza, compresi tra 12.67 e 26.74 N/mm, sono risultati consistenti dal confronto con la letteratura. Nell'analisi a fatica con applicazione di una carico fisiologico tutti i set-up sono risultati sicuri. Andando a ricercare i valori di carico che portano il dispositivo a raggiungere il limite di resistenza a fatica si sono trovati valori che variano da 15.65 e 46.28 N. Il parametro che ha influito maggiormente sul comportamento a carico ciclico è il diametro della vite, avendo rilevato il minor margine di sicurezza (1.58±0.01) nella vite più piccola. In sintesi, questo studio dimostra come l'utilizzo di dispositivi di fissazione spinale di derivazione umana opportunamente dimensionati possa essere una valida alternativa nell'ambito della chirurgia spinale canina.