Vergleichende biomechanische Kompressionsversuche mit einem neuen Wirbelkörperersatzimplantat

Zusammenfassung

Die Autoren stellen ein neues Wirbelkörperersatzimplantat aus Titan (Synex^™) vor. Das Implantat soll bei Verletzungen der thorakolumbalen Wirbelsäule mit Zerstörung der vorderen Säule, bei posttraumatischen Fehlstellungen sowie Tumoren eingesetzt werden, wobei es durch ein dorsales oder ventrales stabilisierendes Implantat zu ergänzen ist. Nach der Platzierung von Synex^™ in der Wirbelsäulenläsion wird es distrahiert und soll so einen festen Sitz mit axialer Belastbarkeit ohne die Gefahr sekundärer Dislokation oder Korrekturverlustes gewährleisten.

Fragestellung. Wir führten vergleichende Kompressionsversuche mit Synex^™: und MOSS^™ (“Harms-Korb”) an humanen Wirbelkörperpräparaten von L1 durch, um die Höhe der übertragenen Kompressionskräfte an der Grenzfläche zwischen Implantat und Wirbelkörperdeckplatte zu ermitteln und ein zu rasches Einsinken des Implantates in vivo auszuschließen.

Methodik. Von 12 humanen Wirbelkörperpräparaten (L1) wurde zunächst mittels DEQCT die Knochendichte (BMD) bestimmt und die Präparate auf 2 gleiche Gruppen verteilt. In einer Universalprüfmaschine wurden die Deckplatten der in Hartgips eingebetteten Präparate mit einer konstanten Geschwindigkeit von 5 mm/min mit Synex^™ oder MOSS^™ komprimiert. Über das Implantatende wurde die Kompressionskraft F und zurückgelegte Strecke s gemessen und ein kontinuierliches Kraft-Weg-Diagramm aufgezeichnet.

Ergebnisse. In der Gruppe S (Synex^™) war die durchschnittliche Maximalkraft (F_max) tendenziell höher mit 3396 N gegenüber 2719 N (nicht signifikant). Die Strecke s_max bis zum Erreichen von Fmax war mit Synex^™ halb so lang und signifikant (p<0,001) kürzer mit 2,9 mm gegenüber 5,8 mm. Die Kompressionskraft F war nach s=1 mm, 1,5 mm und 2 mm doppelt so groß in Gruppe S, der Unterschied war signifikant (p<0,05). Dabei konnte eine signifikante (p<0,001) Korrelation (R=0,89) zwischen F_max und BMD nachgewiesen werden.

Schlussfolgerungen. Synex^™ ist nach den Kompressionsversuchen mindestens ebenso wie MOSS^™ zur ventralen Abstützung an der thorakolumbalen Wirbelsäule geeignet. Eine mögliche Konsequenz der signifikant höheren durchschnittlichen Kompressionskraft im Bereich zwischen 1 und 2 mm wäre ein geringeres Einsinken des Implantates mit geringerem Korrekturverlust.

Abstract

The authors present a new titanium implant for replacement of the vertebral body (Synex^™). Possible indications would be fractures or dislocations with destruction of the anterior column, posttraumatic kyphosis as well as tumors in the throracolumbar spine. The construction has to be completed by a stabilizing implant. For best fit and contact to adjacent end-plates Synex^™ is distractable in situ. The possibility of secondary dislocation or loss of correction should thereby be minimised.

Objectives. We performed comparative compression tests with Synex^™ and MOSS^™ (“Harms mesh cage”) on human cadaveric specimens of intact vertebrae (L1). The aim of the study was to measure the compressive strength of the vertebral body end-plate in uniaxial loading via both implants to exclude a caving of Synex^™ in vivo.

Methods. 12 human cadaveric specimens of intact vertebrae (L1) were divided in 2 similar groups (matched pairs) according to bone mineral density (BMD), determined using DE-QCT. The specimens were loaded with axial compression force at a constant speed of 5 mm/min to failure and the displacement was recorded with a continuous load-displacement curve.

Results. The mean ultimate compression force (Fmax) showed a tendency towards a higher result testing Synex^™ with 3396 N versus 2719 N (non significant). The displacement until F_max was 2.9 mm in group S (Synex^™), which was half as long as in group M (5.8 mm). The difference was significant (p<0.001). The compression force was twice as high and significantly (p<0.05) higher with Synex^™ at a displacement of 1 mm, 1.5 mm and 2 mm. A significant (p<0.001) correlation (R=0.89) between F_max and BMD was found.

Conclusions. Synex^™ was found to be at least comparable to MOSS^™ for suspensory replacement of the vertebral body at the thoracolumbar spine. A possible consequence of the significantly higher mean compression forces between 1 and 2 mm displacement might be a decreased segmental deformation or loss of correction.