Surgical treatment of double-level spondylolysis of the L4 and L5 vertebrae using custom-made implant

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Spondylolysis is a frequent cause of pain in the lumbar spine in adolescents and young adults, especially those who practice sports. Spondylolysis most commonly occurs at the L5 vertebrae, and less commonly at the L4 vertebrae. Multilevel spondylolysis is extremely rare. The low frequency of occurrence and, as a consequence, difficulties in diagnosing multilevel spondylolysis are the reason for the lack of a unified approach to the treatment of this pathology. In most cases, conservative measures are sufficient, but if they are ineffective, surgical intervention is indicated. Options of surgical treatment are mainly characterised by the focus on restoring the integrity of the arch and, if possible, preserving motion in the vertebral-motor segment. This article describes the experience of using custom-made implants for surgical treatment of double-level spondylolysis and a brief review of the literature.

CLINICAL CASE DESCRIPTION: A clinical case of a 16-year-old patient with bilateral spondylolysis of the L4 and L5 vertebrae is presented. The anamnesis, clinical manifestations, and diagnostic features, including radiological methods of examination, are described. The peculiarities of preoperative planning and modelling of individual implants, surgery and immediate results are presented. A brief literature review describes the main options for surgical treatment of multilevel spondylolysis and demonstrates the validity of the use of individual implants in the surgical treatment of this pathology.

CONCLUSION: Surgical treatment of double-level bilateral spondylolysis with indirect restoration of the integrity of the vertebral arch with preservation of movements in the vertebral-motor segments can be successfully performed using custom-made implants manufactured using additive technologies. A number of advantages of such implants, such as the ability to design the position and shape of implants considering the individual anatomy of patients, as well as the prevention of contact between the elements of the metal structure during movement, make it possible to improve the results of surgical treatment of double-level spondylolysis.

About the authors

Alexander A. Kuleshov

Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: cito-spine@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9526-8274
SPIN-code: 7052-0220

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 10 Priorova str., 127299 Moscow

Anton G. Nazarenko

Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: cito@cito-priorov.ru
ORCID iD: 0000-0003-1314-2887
SPIN-code: 1402-5186

MD, Dr. Sci. (Medicine), professor of RAS

Russian Federation, 10 Priorova str., 127299 Moscow

Marchel S. Vetrile

Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Author for correspondence.
Email: vetrilams@cito-priorov.ru
ORCID iD: 0000-0001-6689-5220
SPIN-code: 9690-5117

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 10 Priorova str., 127299 Moscow

Vladislav A. Sharov

Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: sharov.vlad397@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0801-0639
SPIN-code: 8062-9216

MD

Russian Federation, 10 Priorova str., 127299 Moscow

Vitaly R. Zakharin

Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: zakhvit@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1553-2782
SPIN-code: 2931-0703

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 10 Priorova str., 127299 Moscow

References

  1. Wall J, Cook DL, Meehan WP 3rd, Wilson F. Adolescent athlete low back pain diagnoses, characteristics, and management: A retrospective chart review. J Sci Med Sport. 2024;27(9):618–623. doi: 10.1016/j.jsams.2024.05.004
  2. Peng B, Li D, Pang X. Surgical Management of 3-Level Lumbar Spondylolyses. Medicine (Baltimore). 2015;94(27):e1127. doi: 10.1097/MD.0000000000001127
  3. Iesato N, Iba K, Yoshimoto M, et al. Prevalence of Multiple-Level Spondylolysis and the Bone Union Rates among Growth-Stage Children with Lower Back Pain. Spine Surg Relat Res. 2021;5(4):292–297. doi: 10.22603/ssrr.2020-0165
  4. Raudenbush BL, Chambers RC, Silverstein MP, Goodwin RC. Indirect pars repair for pediatric isthmic spondylolysis: a case series. J Spine Surg. 2017;3(3):387–391. doi: 10.21037/jss.2017.08.08
  5. Fredrickson BE, Baker D, McHolick WJ, et al. The natural history of spondylolysis and spondylolisthesis. J Bone Joint Surg Am. 1984;66(5):699–707.
  6. Sakai T, Sairyo K, Takao S, et al. Incidence of lumbar spondylolysis in the general population in Japan based on multidetector computed tomography scans from two thousand subjects. Spine. 2009;34(21):2346–50. doi: 10.1097/BRS.0b013e3181b4abbe
  7. Khominets VV, Nadulich KA, Nagorny EB, et al. Surgical treatment of military with multilevel spondylosis of lumbar vertebra (clinical observation). Marine medicine. 2020;6(2):63–73. (In Russ). doi: 10.22328/2413-5747-2020-6-2-63-73
  8. Skryabin EG. Isolated and Multilevel Spondylolysis (Literature Review). Traumatology and Orthopedics of Russia. 2019;25(2):157–165. (In Russ). doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-2-157-165
  9. Ravichandran G. Multiple lumbar spondylolyses. Spine. 1980;5(6):552–7. doi: 10.1097/00007632-198011000-00011
  10. Hersh DS, Kim YH, Razi A. Multi-level spondylolysis: a case report and review of the literature. Bull NYU Hosp Jt Dis. 2011;69(4):339–43.
  11. Kuleshov AA, Vetrile MS, Shkarubo AN, et al. Additive technologies in surgical treatment of spinal deformities. N.N. Priorov Journal of Traumatology and Orthopedics. 2018;(3–4):19–29. doi: 10.17116/vto201803-04119
  12. Vetrile MS, Kuleshov AA, Makarov SN, et al. Surgical treatment of L5 spondylolysis in an athlete using custom-made implant. N.N. Priorov Journal of Traumatology and Orthopedics. 2024;31(3):395–405. doi: https://doi.org/10.17816/vto634755
  13. Fujii K, Katoh S, Sairyo K, Ikata T, Yasui N. Union of defects in the pars interarticularis of the lumbar spine in children and adolescents. The radiological outcome after conservative treatment. J Bone Joint Surg Br. 2004;86(2):225–31. doi: 10.1302/0301-620x.86b2.14339
  14. Yurube T, Kakutani K, Okamoto K, et al. Lumbar spondylolysis: A report of four cases from two generations of a family. J Orthop Surg (Hong Kong). 2017;25(2):2309499017713917. doi: 10.1177/2309499017713917
  15. Urrutia J, Zamora T, Cuellar J. Does the Prevalence of Spondylolysis and Spina Bifida Occulta Observed in Pediatric Patients Remain Stable in Adults? Clin Spine Surg. 2017;30(8):E1117–E1121. doi: 10.1097/BSD.0000000000000209
  16. Mironov SP, Burmakova GM, Orletsky AK, Tsykunov MB, Andreev SV. Lumbosacral pain in athletes and ballet dancers: spondylolysis and spondylolisthesis. N.N. Priorov Journal of Traumatology and Orthopedics. 2019;(2):5–13. doi: 10.17116/vto20190215
  17. Warner WC, Mendonça RGM. Adolescent spondylolysis: management and return to play. Instr Course Lect. 2017;66:409–413.
  18. Skryabin EG, Kolunin ET. Spinal traumas and disorders prevention in athletic training process. Theory and Practice of Physical Culture. 2018;(7):33–35. (In Russ). EDN: XTUZJR
  19. Lawrence KJ, Elser T, Stromberg R. Lumbar spondylolysis in the adolescent athlete. Phys Ther Sport. 2016;20:56–60. doi: 10.1016/j.ptsp.2016.04.003
  20. Randall RM, Silverstein M, Goodwin R. Review of pediatric spondylolysis and spondylolysthesis. Sports Med Arthrosc Rev. 2016;24(4):184–187. doi: 10.1097/JSA.0000000000000127
  21. Choi JH, Ochoa JK, Lubinus A, et al. Management of lumbar spondylolysis in the adolescent athlete: a review of over 200 cases. Spine J. 2022;22(10):1628–1633. doi: 10.1016/j.spinee.2022.04.011
  22. Takeuchi M, Tezuka F, Chikawa T, et al. Consecutive double-level lumbar spondylolysis successfully treatedwith the double “smiley face” rod method. J Med Invest. 2020;67(1.2):202–206. doi: 10.2152/jmi.67.202
  23. Zhang C, Ye C, Lai Yu, et al. Two-level lumbar spondylolysis and spondylolysthesis: a retrospective study. J Orthop Surg Res. 2018;13(1):55. doi: 10.1186/s13018-018-0723-3
  24. Sharifi G, Jahanbakhshi A, Daneshpajouh B, Rahimizadeh A. Bilateral three-level lumbar spondylolysis repaired by hook-screw technique. Global Spine J. 2012;2(1):51–6. doi: 10.1055/s-0032-1307255
  25. Nicol RO, Scott JH. Lytic spondylolysis. Repair by wiring. Spine (Phila Pa 1976). 1986;11(10):1027–30. doi: 10.1097/00007632-198612000-00011
  26. Buck JE. Direct repair of the defect in spondylolisthesis. Preliminary report. J Bone Joint Surg Br. 1970;52(3):432–7.
  27. Morscher E, Gerber B, Fasel J. Surgical treatment of spondylolisthesis by bone grafting and direct stabilization of spondylolysis by means of a hook screw. Arch Orthop Trauma Surg (1978). 1984;103(3):175–8. doi: 10.1007/BF00435550
  28. Nadulich KA, Teremshonok AV, Nagorny EB. Treatment of patients with spondylolisis by bone autoplasty and osteosynthesis of vertebral body arch. Khirurgiya Pozvonochnika. 2011;(1):016–019. (In Russ.) doi: 10.14531/ss2011.1.16-19
  29. Tokuhashi Y, Matsuzaki H. Repair of defects in spondylolysis by segmental pedicular screw hook fixation. A preliminary report. Spine (Phila Pa 1976). 1996;21(17):2041–5. doi: 10.1097/00007632-199609010-00023
  30. Li DM, Peng BG. Surgical treatment of four segment lumbar spondylolysis: A case report. World J Clin Cases. 2021;9(17):4408–4414. doi: 10.12998/wjcc.v9.i17.4408
  31. Arai T, Sairyo K, Shibuya I, Kato K, Dezawa A. Multilevel direct repair surgery for three-level lumbar spondylolysis. Case Rep Orthop. 2013;2013:472968. doi: 10.1155/2013/472968
  32. Gillet P, Petit M. Direct repair of spondylolysis without spondylolisthesis, using a rod-screw construct and bone grafting of the pars defect. Spine (Phila Pa 1976). 1999;24(12):1252–6. doi: 10.1097/00007632-199906150-00014
  33. Yamashita K, Higashino K, Sakai T, et al. The reduction and direct repair of isthmic spondylolisthesis using the smiley face rod method in adolescent athlete: Technical note. J Med Invest. 2017;64(1.2):168–172. doi: 10.2152/jmi.64.168
  34. Patent RUS № 2796889 С1/ 05/29/23 IPC А61В 17/70 Kuleshov AA, Vetrile MS, Zakharin VR, et al. Method of surgical fixation of a zone of bilateral spondylolysis of L5 vertebra using a fixing device with transpedicular polyaxial screws. Available from: https://patents.google.com/patent/RU2796889C1/ru (In Russ). EDN: IVKFIL

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Postural and functional radiography of the spine: a — lateral projection, b — straight projection, c — flexion, d —extension. The arrows indicate the zones of spondylolysis.

Download (171KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. CT of the lumbar spine: a — sagittal slice on the right, b — sagittal slice on the left, c — axial slice at the level of the L4 vertebral arch, d — axial slice at the level of the L5 vertebral arch.

Download (142KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. MRI of the lumbar spine, sagittal slice.

Download (63KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The project of an individual implant.

Download (201KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The full-size 3D model of the lumbosacral segment and custom-made implant.

Download (137KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Fluoroscopic intraoperative control.

Download (202KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. a, b — postural radiography of the spine, the position of the structure is correct, fixation of the spondylolysis zone is stable, sagittal balance is not disturb, c —3D reconstructed CT scan of the lumbar spine, d — axial slice at the level of the L4 vertebra, e — at the level of the L5 vertebra.

Download (252KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Functional radiograph of the lumbar spine: a — extension position, b — flexion position.

Download (142KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».