Verwendung der Dynamic locking screw in der thoraco-lumbal spine plate zur Prävention einer verzögerten knöchernen Heilung an der Wirbelsäule

Status:

abgeschlossen 05/2013

Zielsetzung:

In einer biomechanischen Kadaverstudie mit zehn Kadaverwirbelsäulen sollen die folgenden Evaluationen erzielt werden:

1. Vertikales Micromovement an der Kadaverwirbelsäule über zwei Segmente
2. Primärstabilität der Dynamic locking screw (DLS, deutsch: dynamische Verriegelungsschraube) im Wirbelkörper
3. Torsionsstabilität der DLS an der Kadaverwirbelsäule
4. Flexibilität des DSL/Plattenkonstrukts an der Kadaverwirbelsäule

Aktivitäten/Methoden:

In dieser Studie wird die Verwendung der Dynamic locking screw (DLS) 5,5 mm in der thoraco-lumbar spine plate (TLSP, deutsch: thorakolumbale Wirbelsäulenplatte) getestet. Zu diesem Zweck werden die zehn Kadaverwirbelsäulen zuerst am Wirbelsäulenmessstand mit dem Wirbelsäulentester mit sechs Feinheitsgraden gemessen. Dabei wird durch einen Schritt-Motor eine Vorlast aufgebracht und die Belastung durch einen Rückkopplungsmechanismus gesteuert. Durch eine Messung mit einem optischen 3D-Messsystem wird eine exakte dreidimensionale Bewegungsanalyse ermöglicht. Das Ziel dieser zweiten Messung ist die Erlangung von Informationen über die dreidimensionale Auslenkung von Bewegungen, um die vertikale Bewegung und die Rigidität der verschiedenen Wirbelsäulen untereinander vergleichen zu können.

Bei allen zehn Kadaverwirbelsäulen werden die Bewegungssegmente Th10-L2 (untere Brust- und Lendenwirbelsäule) präpariert. Zum Ausschluss pathologischer Veränderungen, wie zum Beispiel Knochenzysten, Tumoren und Frakturen wird ein CT (Computertomographie) durchgeführt. Die Knochendichte der einzelnen Wirbelsäulenpräparate wird durch eine quantitative Computertomographie (qCT) bestimmt. Danach werden die Wirbelsäulen anhand ihrer Knochendichte in zwei Gruppen mit jeweils fünf Exemplaren unterteilt und die gesamte oberflächliche Muskulatur entfernt. Die ansetzenden Bänder und Gelenkkapseln werden dabei geschont. Zur Fixierung werden die Präparate bis zu 50 % in PMMA-Zement (PMMA: Polymethylmethacrylat) eingebettet. Dabei wird die gleichmäßige horizontale Ausrichtung des mittleren Wirbelkörpers Th12 mit einer Kreuzwaage kontrolliert. Durch Anbringung der Schrauben für die Fixierung des 3D-Bewegungs-Analyse-Systems seitlich an die Wirbelkörper Th11 und L1 können orthogonale Koordinatensysteme definiert werden, die eine Digitalisierung des Bewegungs-Analyse-Systems ermöglichen.

Ergebnisse:

Zu Ziel 1: Bei Verwendung des dynamischen Schrauben-Platten-Systems wurde das Bewegungsausmaß in den überbrückten zwei Segmenten (versteifter Bereich) zwischen LWK2 und LWK4 für Bewegungen in allen drei Hauptbewegungsrichtungen größer. Das zusätzliche kontrollierte Bewegungsausmaß bewegte sich in den für die Knochenheilung geeigneten Größenordnungen und ergab eine deutliche Reduktion in der Steifigkeit im Vergleich zu herkömmlichen winkelstabilen ventralen Wirbelsäuleninstrumentationen.

Zu Ziel 2: Der Vergleich mit der intakten Wirbelsäule zeigte, dass die Fixierung durch die Verwendung des dynamischen Schrauben-Platten-Systems mit Ausnahme der Rotation physiologischer gestaltet werden konnte. Dies führt zu einer Reduktion der auftretenden Kräfte in den "gesunden" Anschlusssegmenten.  

Zu Ziel 3: Die Versagenslast des dynamischen Schrauben-Platten-Systems lag bei allen getesteten Versuchsreihen über 1000 N und damit weit über den physiologisch auftretenden Kräften an der Wirbelsäule.

Zu Ziel 4: In den zyklischen Versuchsreihen konnte ein vermindertes Ausbruchs- oder Ausschneideverhalten der dynamischen Schrauben im Vergleich zu den winkelstabilen Schrauben nachgewiesen werden, was sich noch im verstärkten Maße im osteoporotischen Knochen zeigte.

Zusätzliche Ergebnisse: Die 3D optische Oberflächenanalyse mit dem Messsystem PONTOS der Firma GOM ermöglichte es erstmalig, eine CAD-Daten-gematchte Analyse der Kraftvektoren unter Bewegung der Wirbelsäule darzustellen. Darüber hinaus konnten Mikrobewegungen der Implantate und der Wirbelkörper erfasst werden und somit einer Feinanalyse der Relativbewegungen erfolgen.

Stand: