Dokument: Das Festigkeitsverhalten transpedikulärer Fixationssysteme für die lumbale Wirbelsäule im zyklisch-dynamischen Dauerversuch

Titel:	Das Festigkeitsverhalten transpedikulärer Fixationssysteme für die lumbale Wirbelsäule im zyklisch-dynamischen Dauerversuch
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2797
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20040418-000797-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Herzig, Matthias F. [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,88 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Hille, Ekkehard [Gutachter] Prof. Dr. Ostermeyer, Joerg [Gutachter]
Stichwörter:	Lendenwirbelsäule, Fixateur interne, MOSS, USIS, zyklisch-dynamisch, Dauerversuch, Biomechanik, Pedikelschraubenauszugskraft, BMD, Implantatsicherheitlumbar spine, internal fixation device, biomechanical, MOSS, USIS, cyclic-dynamic, long-term test, pedicle screw, pulloutforce, BMD
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Das Festigkeitsverhalten transpedikulärer Fixationssysteme für die lumbale Wirbelsäule im zyklisch-dynamischen Dauerversuch: Mittels eigens konstruierter Testeinrichtung zur Durchführung statischer und dynamischer mehrachsiger Belastungen an Wirbelsäulenmodellen wurde der stabilisierende Einfluß zweier Fixateur interne Systeme auf intakte bisegmentale menschliche Lendenwirbelsäulenpräparate (Lendenwirbelkörper 2 bis 4) untersucht. Je 5 Präparate wurden mit dem Universalen Spinalen Instrumentationssystem (USIS) n. ZIELKE und der Modularen Segmentalen Spinalen Instrumentation (MOSS) n. HARMS stabilisiert. An 22 Wirbelsäulenpräparaten wurde per DPA (Duale Photonenabsoptiometrie) der Knochenmineralsalzgehalt (BMD=bone mineral density) bestimmt und die Pedikelisthmushöhe und -breite gemessen. An 21 Präparaten wurden axiale Schraubenauszugskräfte an den Pedikeln des 3. Lendenwirbelkörpers ermittelt. Der BMD-Wert aller Präparate betrug im Mittel 1,053g/cm², Minimum 0,687g/cm², Maximum 1,318g/cm². Die Auszugskraft betrug im Mittel 1591N, Minimum 200N, Maximum 2350N. Die Korrelation zwischen Schraubenauszugskraft und BMD war mit r=0,58 signifikant (p<0,001). Zwischen Pedikelmaß und Schraubenauszugskraft ergab sich keine signifikante Korrelation. Unter Einleitung statischer Momente aufsteigend bis zu 12Nm in der Sagittal- und Horizontalebene bei permanenter axialer Kompression von -196N wurde durch beide Implantattypen eine vergleichbare, signifikante Steigerung der Nativsteifigkeit nur in der Sagittalebene (Flexion/Extension), nicht jedoch in der Horizontalebene (Rotation) erzielt. Im dynamischen Wechselschwingversuch erfolgte die zyklisch wiederkehrende Belastung der Präparatimplantateinheiten (PIE) durch Flexions-, Extensions-, Rechts- und Linksrotationsmomente von 8Nm bis zu einer Lastwechselzahl von n=80000. Auch hier zeigte sich zwischen den mit USIS oder MOSS instrumentierten PIE-Gruppen hinsichtlich des Stabilitätsverhaltens kein relevanter Unterschied. Implantatbrüche wurden nicht gesehen. Jedoch zeigten 7 der 10 getesteten PIE implantattypunabhängig einen Stabilitätsverlust, der eindeutig durch die Auslockerung der Pedikelschrauben an LWK 4 infolge einer craniocaudalen Auswalzung der Pedikelspongiosa verursacht wurde. Der Auslockerungsprozess wurde durch das Anschlagen der Pedikelschraubenschäfte an die innere Pedikelkortikalis gestoppt. Trotz der Auslockerung war die Reststeifigkeit dieser 7 PIE größer als die mittlere Nativsteifigkeit aller getesteten Präparate. Die 3 stabilen PIE wiesen überdurchschnittliche BMD- und Schrauben-auszugskraftwerte auf. Hieraus ergibt sich die besondere Bedeutung der Pedikelmorphologie für die Stabilität der PIE. Pedikeldimensionierung, Relation von kortikalem zu spongiösem Knochen innerhalb des Pedikelrohres und Festigkeit des Knochenmaterials beeinflussen die Festigkeit der Pedikelschraubenverankerung (metal-bone-interface) und damit das Stabilitätsverhalten der PIE im Wechselschwingversuch. Als Konsequenz aus den vorgestellten Ergebnissen muß die Optimierung der Pedikelschraubenverankerung angestrebt werden. Dies kann durch die individuelle, anatomieadaptierte und etagengereche Wahl des Pedikelschraubendurchmessers sowie konstruktive Änderungen wie z.B. eine konusförmige Schraubenschaftgestaltung oder Hydroxylapatitbeschichtung erreicht werden. Literaturangaben zufolge kann der geringen horizontalen Rotationssteifigkeit der PIE durch den Einsatz von Querverstrebungen begegnet werden. Bei alleinigem dorsalen Einsatz der hier untersuchten Implantate in der Klinik sollte in der frühen postoperativen Phase einer möglichen Pedikelauslockerung durch konsequente Limitierung des Belastungs- u. Bewegungsumfangs begegnet werden, z.B. durch Einsatz einer entsprechenden Orthese. Strength and stiffness behaviour of transpedicular instrumentation systems for the lumbar spine in cyclic dynamic long-term testing: A custom made test stand for multi-axial loading was used to examine the stabilizing effect of 2 internal fixation devices on intact human lumbar spine specimens (level 2 to 4). Each group, consisting of 5 specimens, was either stabilized by the Universal Spinal Instrumentation System (USIS) designed by ZIELKE or by the Modular Segmental Spinal Instrumentation System (MOSS) designed by HARMS. 22 spine specimens were measured for BMD (bone mineral density) using the DPA method (dual photon absorptiometry). In addition, dimensions of the pedicle were measured at the isthmus (height and width). Axial pull out tests for pedicle screws implanted into the third lumbar vertebra of 21 specimens were performed and pull out forces were assessed. The resultant data of the above procedures was: average BMD 1,053 g/cm², minimum 0,687g/cm², maximum 1,318 g/cm², average pull out force 1591 N, minimum 200 N, maximum 2350 N. The correlation between pull out force and BMD was significant (r=0,58;p<0,001). No correlation was found between pedicle size and pedicle screw pull out force. The non-instrumented and the instrumented specimens were placed under static moments in the sagittal and horizontal plane up to 12 Nm simultaneously combined with a permanent axial compression load of –196 N. Both groups of instrumented spine specimens showed equal increase in stiffness measured in the sagittal plane (flexion/extension) but not in the horizontal plane (rotation) compared with non instrumented spine specimens. In the cyclic dynamic long-term test the ISUs (instrumented spine units) were loaded by repetitive flexion, extension and rotation moments up to 80.000 times. No difference in stiffness was found between either group. Breakage of neither screws nor rods was observed. However, 7 out of 10 ISUs showed loss of stiffness independent from the implanted type of fixation device due to pedicle screw loosening in the sagittal plane. The process of loosening was stopped when pedicle screws reached the inner surface of the cortical pedicle bone. Despite this, all 7 ISUs still showed higher stiffness than the average stiffness of all non-instrumented spine specimens. It was observed that the 3 ISUs which performed stabile in the cyclic dynamic long-term test offered above-average values of BMD and pull out force. Thus, pedicle morphology was found to be especially relevant to the stiffness of ISUs. Pedicle dimension, distribution of cortical and spongious bone inside the pedicle and strength of the bone substance, in general, have a great impact on the stiffness of pedicle screw anchorage (metal-bone interface) and therefore, on strength behaviour under cyclic loading. As a result of the presented data, pedicle screw anchorage should be improved using pedicle screw diameters according to vertebral level and individual anatomical dimensions, and/or constructive ameliorations like conical shaped screw shafts or hydroxylapatite coating. In addition to our findings previous reports conclude low rotational stiffness of the ISU can be improved by use of transverse rods. To prevent early postoperative implant failure after performing a single posterior lumbar internal fixation procedure, patients should use a suitable orthosis in order to limit the range of motion.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	18.04.2004
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	15.03.2004
Datum der Promotion:	15.03.2004