Florian Metzner (Leipzig), Dr. Stefan Schleifenbaum (Leipzig), Prof. Dr. Christoph-Eckhard Heyde (Leipzig), PD Dr. med. habil Nicolas von der Höh (Leipzig)
Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften)
Einleitung
Die komplexe Architektur der Spongiosa stellt aufgrund der Heterogenität eine große Herausforderung für die Entwicklung von individuellen Knochenreplikaten dar.
Ziele
Ziel der Studie ist die Entwicklung und Integration einer parametrisierbaren Gitterstruktur als individuelle Abstraktion der Spongiosa in lumbalen Wirbeln.
Materialien & Methoden
In 43 Wirbel von sechs Spendern (86.8±7.8 Jahre) wurden randomisiert auf einer Seite eine Pedikelschraube in klassischer Trajektorie instrumentiert und die maximale Auszugskaft Fmax bestimmt. Auf der Gegenseite wurde eine zylindrische Spongiosaprobe (Ø6x12mm) entnommen und im Druckversuch geprüft. Aus CT-Daten erfolgte die Bestimmung der Hounsfield-Einheiten (HU). Parallel wurde eine hexagonale Gitterstruktur modelliert, die durch das Verhältnis aus Stablänge L und Stabdicke t definiert ist. Die Charakterisierung des Gitters erfolgt durch 3D-Druck (Formlabs) und Druckversuche mit zylindrischen Proben. Zuletzt werden zwei Wirbel auf Basis ihrer HU rekonstruiert, je fünf Exemplare gefertigt, mit Pedikelschrauben instrumentiert und die Auszugskräfte ermittelt.
Ergebnisse
Es wurden signifikante Zusammenhänge sowohl zwischen der Druckfestigkeit vertebraler Spongiosa und den HU, als auch zwischen der Druckfestigkeit des Gitters und dem Verhältnis t/L nachgewiesen. Die Replikate weisen höhere Fmax als die entsprechenden Wirbel auf. Die Werte liegen jedoch innerhalb der Spannweite aller Humanversuche.
Zusammenfassung
Die Integration des Gitters in beliebige Konturen ermöglicht die Erzeugung individueller Knochenmodelle. Derartige Modelle ermöglichen nicht nur individuelle Testungen, sondern auch die reproduzierbare Erzeugung und Veränderung spezifischer Charakteristika (z.B. Osteoporose) und damit die Möglichkeit zur Simulation von Versorgungsstrategien und deren gezielte biomechansiche Testung.
Abb. 1: Druckversuche mit Humanproben (links) und Gitterproben (rechts)
Abb. 2: Ergebnisse der Auszugsversuche