Mechanische Untersuchungen von lumbalen interkorporellen Fusionsimplantaten

Zusammenfassung

Bei der interkorporellen Fusion von Wirbelsäulensegmenten werden als Platzhalter neben autogenem und allogenem Knochen zunehmend sog. Cages aus Metall oder Kunststoff eingesetzt. Ziel dieser Studie war die mechanische Testung von Cages zur anterioren lumbalen interkorporellen Fusion aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff (CFRP). In Anlehnung an ASTM-Normen wurden mittels spezieller Prüfvorrichtungen die mechanischen Implantateigenschaften unter 4 verschiedenen Lastbedingungen ermittelt. Die Implantate (UNION Cages, Medtronic Sofamor Danek) zeigten seitens des Grundkörpers eine hinreichende Kompressions-, Scher- und Torsionsfestigkeit. Die axiale Bruchlast der Führungsleisten ist jedoch niedriger als physiologische Druckbelastungen in Lumbalsegmenten. Deswegen müssen intraoperativ in adäquater Technik parallele Ausfräsungen (Rinnen) entsprechend der Führungsleisten-Geometrie in die Wirbelkörper-Endplatten eingebracht werden. Die Druckkräfte werden dann vom Grundkörper aufgenommen, und die Führungsleisten sind vor schädlichen Belastungen geschützt. Unter Verwendung einer zusätzlichen ventralen bzw. dorsalen Stabilisierung ist ein In-vivo-Versagen der Führungsleisten infolge physiologischer Scher- und Torsionsbelastungen nicht zu erwarten. Aufgrund spezifischer Komplikationen autogener und allogener Knochenspäne sind Cages aus Metall oder faserverstärkten Kunststoffen eine wichtige Implantat-Alternative bei interkorporellen Fusionseingriffen.

Abstract

In addition to autogenous or allogeneic bone grafts, fusion cages composed of metal or plastic are being used increasingly as spacers for interbody fusion of spinal segments.

The goal of this study was the mechanical testing of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) fusion cages used for anterior lumbar interbody fusion. With a special testing device according to American Society for Testing and Materials (ASTM) standards, the mechanical properties of the implants were determined under four different loading conditions.

The implants (UNION cages, Medtronic Sofamor Danek) provide sufficient axial compression, shear, and torsional strength of the implant body. Ultimate axial compression load of the fins is less than the physiological compression loads at the lumbar spine. Therefore by means of an appropriate surgical technique parallel grooves have to be reamed into the endplates of the vertebral bodies according to the fin geometry. Thereby axial compression forces affect the implants body and the fins are protected from damaging loading. Using a supplementary anterior or posterior instrumentation, in vivo failure of the fins as a result of physiological shear and torsional spinal loads is unlikely.

Due to specific complications related to autogenous or allogeneic bone grafts, fusion cages made of metal or carbon fiber reinforced plastic are an important alternative implant in interbody fusion.