Análise biomecânica de variáveis relacionadas à resistência ao arrancamento dos parafusos do sistema de fixação vertebral / Biomechanical analysis of the variables related to the pullout strength of screws in the vertebral fixation system

OBJETIVO: Observar a influência do diâmetro do orifício-piloto nos diferentes modos de preparo: sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca, com o propósito de avaliar o nível de resistência ao arrancamento de parafusos com diâmetro diverso. MÉTODOS: Parafusos de 5, 6 e 7mm foram inseridos nos corpos de prova de osso bovino. O orifício-piloto foi confeccionado por meio de sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca. O diâmetro da perfuração foi menor, igual e maior do que o diâmetro interno do parafuso. Após a inserção dos implantes, nos três diferentes diâmetros para cada modo de preparo do orifício-piloto, foram realizados os ensaios mecânicos de arrancamento. Os ensaios mecânicos realizados em máquina universal de ensaio Emic®, software Tesc 3.13, célula de carga de 2.000N, velocidade de aplicação de força de 2mm/min, pré-carga de 5N e tempo de acomodação de 10 segundos. A propriedade avaliada nos ensaios mecânicos foi a força máxima de arrancamento. RESULTADOS: No grupo de parafusos de 5 e 6mm foi observado aumento na resistência ao arrancamento quando o diâmetro do orifício-piloto era menor que o diâmetro interno do parafuso em todos os modos de preparo (sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca). Não foi observada diferença estatística no grupo de parafusos de 7mm para todos os diâmetros de perfuração e modo de preparo do orifício-piloto. CONCLUSÃO: O diâmetro do orifício-piloto influencia a resistência ao arrancamento dos parafusos de sistema de fixação vertebral. A realização de orifício-piloto de diâmetro maior que o diâmetro interno do parafuso reduz a resistência ao arrancamento do implante, independente do modo de preparo do orifício-piloto.

OBJECTIVE: To observe the relevance of the pilot hole in the different manners of preparation: dull-tipped probe, cutting-tip probe, and burr, for the purpose of evaluating the level of pullout strength of screws with different diameters. METHODS: Screws of 5, 6, and 7 mm were inserted in the bovine bone test samples. The pilot hole was made with the dull-tipped probe, the cutting-tip probe, and burr. The perforation diameter was smaller, equal, and larger than the inner diameter of the screw. Mechanical pullout assays were performed in the three diameters for each manner of preparation of the pilot hole after inserting the implant. The mechanical assays were performed in an Emic®, Software Tesc 3.13 universal machine with load cell of 2000 N, load application speed of 2 mm/min, pre-load of 5 N, and accommodation time of 10 seconds. The property evaluated in the mechanical assays was the maximum pullout strength. RESULTS: In the group with 5 mm and 6 mm screws, and increase was observed in the pullout strength when the pilot hole diameter was smaller than the inner diameter of the screw in all manners of preparation (dull-tipped probe, cutting-tip probe, and burr). No statistical difference was seen in the seven millimeter screw group for all perforation diameters and manners of preparing the pilot hole. CONCLUSION: The pilot hole diameter has an influence upon the pullout strength of the screws in the vertebral fixation system. The making of a pilot hole with diameter larger than the inner diameter of the screw reduces the pullout strength of the implant, irrespective of the manner of preparation of the pilot hole.

Análisis biomecánico de variables relacionadas con la resistencia al arrancamiento de tornillos del sistema de fijación vertebral / Biomechanical resistance to pull out of a vertebralscrew fixation system

Objetivo: observar la influencia del diámetro del orificio piloto en los diferentes modos de preparación (punzón de punta roma, punzón de punta cortante y broca). Materiales y métodos: tornillos de seis, cinco y siete milímetros fueron colocados en los cuerpos de prueba de hueso bovino. El orificio piloto fue realizado por medio de punzón de punta roma, punzón de punta cortante y broca. El diámetro de perforación fue menor, igual y mayor que el diámetro interno del tornillo. Después de colocar los implantes, en los tres diferentes diámetros para cada modo de preparación del orificio piloto, fueron realizados los ensayos mecánicos de arrancamiento. Los ensayos mecánicos fueron realizados en una máquina universal de ensayo Emic®, Software Tesc 3.13, con una célula de carga de 2000 N, una velocidad de aplicación de fuerza de 2 mm/min, una precarga de 5 N y un tiempo de acomodación de 10 segundos. La propiedad evaluada en los ensayos mecánicos fue la fuerza máxima de arrancamiento. Resultados: en el grupo de tornillos de cinco y seis milímetros se observó un aumento en la resistencia al arrancamiento cuando el diámetro del orificio era menor que el diámetro interno del tornillo en todos los modos de preparación (punzón de punta roma, punzón de punta cortante y broca). No se observaron diferencias estadísticas en el grupo de tornillos de siete milímetros con ninguno de los diámetros de perforación y modos de preparación del orificio piloto. Conclusiones: el diámetro del orificio piloto influye en la resistencia al arrancamiento de los tornillos del sistema de fijación vertebral. La realización de un orificio piloto de un diámetro mayor que el diámetro interno del tornillo reduce la resistencia al arrancamiento del implante, independiente del modo de preparación del orificio piloto.

Estudo da influência do diâmetro do orifício piloto na resistência ao arrancamento do parafuso pedicular / The influence of pilot hole diameter on screw oullout resistance

A influência do diâmetro do orifício piloto em relação ao diâmetro interno do parafuso na resistência ao arrancamento do parafuso pedicular foi o objetivo do estudo. Foram utilizados parafusos de 5, 6 e 7 mm do sistema USS de fixação vertebral, os quais foram inseridos nos corpos de prova de madeira, poliuretana e osso. O orifício piloto para a inserção do parafuso foi realizado com brocas de diâmetro inferior, igual e superior ao diâmetro interno do parafuso. Ensaios mecânicos de arrancamento foram realizados em máquina universal de teste. Nos corpos de prova de madeira, poliuretana e osso a realização do orifício piloto com brocas de diâmetro maior que o diâmetro interno do parafuso produziu diminuição da força máxima de arrancamento dos implantes nos ensaios de arrancamento, tendo sido observada diferença estatística. O diâmetro da perfuração do orifício piloto em relação ao diâmetro interno do parafuso exerce influência na resistência ao arrancamento do implante, tendo sido observado aumento da resistência ao arrancamento com a utilização de brocas de diâmetro menor que o diâmetro interno e redução da resistência ao arrancamento com a utilização de brocas com diâmetro maior que o diâmetro interno do parafuso.

The influence of the diameter of the pilot hole compared to the inner diameter of the screw on the pull-out resistance of a pedicular screw was studied. 5-, 6-, and 7-mm USS system screws for vertebral fixation were inserted into wood, polyurethane and bone test bodies. The pilot hole for screw insertion was drilled with burrs of smaller, equal or wider diameter than the inner diameter of the screw. Mechanical pull-out assays were performed using a universal testing machine. In the wood, polyurethane and bone test bodies, a pilot hole drilled with burrs of a wider diameter than the inner diameter of the screw produced reduced maximum pull-out strength on the implants, with statistical significance. The drilling diameter of the pilot hole compared to the inner diameter of the screw influences implant pull-out strength, with an increased pull-out resistance being observed with the use of smaller diameter burrs as compared to the inner diameter, and a reduction of pull-out resistance being observed with the use of burrs of a wider diameter than the inner diameter of the screw.

Estudo da influência do torque de inserção na resistência ao arrancamento dos parafusos pediculares / The influence of insertion torque on pedicular screws' pullout resistance

Foram realizados ensaios mecânicos para avaliação do torque de inserção na resistência ao arrancamento dos parafusos pediculares. Foram utilizadas no estudo 30 vértebras de suínos da raça Landrace, nas quais parafusos de 5mm foram inseridos nos pedículos vertebrais. O orifício piloto foi realizado com brocas de 2,5mm, 3,8mm e 4,5mm. Foram realizados ensaios mecânicos de arrancamento dos implantes em máquina universal de testes. Foi observado aumento do torque de inserção dos parafusos com a perfuração do orifício piloto com diâmetro menor que o diâmetro interno do parafuso, e redução com o orifício piloto maior que o diâmetro interno do parafuso. Foi observada diferença estatística entre os valores do torque de inserção. A resistência ao arrancamento dos implantes aumentou com a perfuração do orifício piloto com valores menores que o diâmetro interno do parafuso e diminuiu com a perfuração com diâmetro maior que o diâmetro interno do parafuso. Foi observada diferença estatística dos valores da resistência ao arrancamento dos implantes apenas com a perfuração do orifício piloto com diâmetro maior que o diâmetro interno do parafuso.

Mechanical assays were performed in order to evaluate the effect of the insertion torque on the pullout resistance of pedicular screws. Thirty vertebrae of Landrace pigs were used in the study, with 5-mm screws being inserted into the vertebral pedicles. The pilot hole was drilled with 1.5, 3.8 and 4.5 mm burrs. Mechanical assays of implant pullout resistance were performed with a universal testing machine. An increase in the insertion torque of the screws was observed when a pilot hole with a smaller diameter than the inner diameter of the screw was drilled, and a reduction was observed when the diameter of the pilot hole was larger than the inner diameter of the screw. A statistically significant difference in the insertion torque values was observed. The pullout resistance of the implants increased when the pilot hole had a smaller diameter than the inner diameter of the screw and decreased when the pilot hole had a larger diameter than the inner diameter of the screw. A statistically significant difference in implant pullout resistance was observed only when the diameter of the pilot hole was larger than the inner diameter of the screw.

Influência do diâmetro do orifício piloto na resistência ao arrancamento dos parafusos do corpo vertebral / The influence of pilot hole diameter on screw pullout resistance

Foram realizados ensaios mecânicos com o objetivo de avaliar a influência do diâmetro do orifício piloto em relação ao diâmetro interno do parafuso na resistência ao arrancamento dos parafusos do sistema de fixação vertebral aplicados no corpo da vértebra. O estudo foi realizado em duas etapas. Na primeira etapa foram utilizados corpos de prova de poliuretana para a colocação de parafusos de 5mm e, 6mm , e na segunda etapa os parafusos foram inseridos na face lateral dos corpos das vértebras lombares de suínos. O orifício piloto foi realizado com brocas de diâmetro menor, igual ou maior que o diâmetro interno do parafuso. Foram realizados ensaios mecânicos de arrancamento em máquina universal de teste para a avaliação da força máxima de arrancamento dos implantes. Foi observado que o diâmetro do orifício piloto em relação ao diâmetro interno do parafuso influencia na resistência ao arrancamento dos implantes.

Mechanical assays were performed in order to assess the influence of pilot hole diameter versus screw's inner diameter on screw pullout resistance in the vertebral fixation systems applied to the vertebral body. The study was conducted in two stages. In the first, polyurethane test bodies were used for placing 5 and 6 mm screws, and, in the second stage, the screws were inserted into the lateral surface of the lumbar vertebral bodies of pigs. The pilot hole was built with drills with smaller, similar or larger diameter than screws' inner diameter. Mechanical pullout assays were performed using a universal test machine for the assessment of maximum pullout screw resistance. The diameter of the pilot hole versus screw's inner diameter was shown to influence screw pullout resistance.

Estudo da influência do modo de preparação do orifício piloto e do macheamento na ancoragem dos parafusos pediculares / Study of the influence of the type of pilot hole preparation and tapping on pedicular screws fixation

Foram realizados ensaios mecânicos com parafusos do sistema de fixação vertebral USIS para o estudo da influência do tipo de preparo do orifício piloto com sonda ou brocas e o macheamento do trajeto do orifício piloto, na resistência ao arrancamento dos implantes. Os parafusos foram inseridos em corpos de prova de madeira, poliuretana e osso bovino. O preparo do orifício piloto foi realizado com sondas e brocas de 3,5mm. Foram formados três grupos experimentais: I-perfuração com sonda, II-perfuração com broca e III-perfuração com broca e macheamento. Após a sua inserção nos corpos de prova foram realizados ensaios de arrancamento em máquina universal de teste. Foi observado aumento da resistência ao arrancamento dos implantes com a realização do orifício piloto com sondas e a diferença estatística foi significativa em relação ao preparo com broca e broca associada ao macheamento. Não foi observada diferença na resistência ao arrancamento dos parafusos com o macheamento do trajeto do orifício piloto.

Mechanical assays were performed with screws of the USIS vertebral fixation system for the study of the influence of type of pilot hole preparation with probe or burr and tapping of the pilot hole pathway on pedicular screw pullout. The screws were inserted into wood, polyurethane and bovine bone test bodies. The pilot hole was prepared with probes and burrs of 3.5 mm. Three experimental groups were formed: I -drilling with a probe, II - drilling with a burr, and III - drilling with burr and tapping. After screw insertion into the test bodies, pullout assays were performed with a universal test machine. Increased screw pullout resistance was observed when the pilot hole was drilled with a probe, with a statistically significant difference compared to preparation with a burr and with a burr in combination with tapping. No difference in screw pullout resistance was observed with tapping of the pilot hole pathway.