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Fragestellung: Biomechanische ex vivo Testungen der Wirbelsäule gelten als etablierte und anerkannte Möglichkeit zur Untersuchung verschiedener Operationsverfahren. Für bestimmte Fragestellungen ist es erforderlich eine gezielte Fraktur in einem mehrsegmentalen Präparat zu erzeugen.

Methodik: Frisch gefrorene fünfsegmentale Kalbswirbelsäulen des thorakolumbalen Übergangs wurden aufgetaut, präpariert und in eine servohydraulische Materialprüfmaschine eingespannt. Das craniale und caudale Ende des Präparats wurde dazu in PMMA eingebettet und mit einer speziellen Haltevorrichtung versehen. Am mittleren Wirbel wurde eine definierte Sollbruchstelle erzeugt welche sich auf den cranialen Anteil des Wirbelkörpers und die angrenzenden Bandscheibe beschränkt. Nachdem die Bewegungssegmente ober- und unterhalb der Sollbruchstelle mit Platten versteift wurden, wurde die Prüfmaschine im positionsgesteuerten Modus nach unten bewegt bzw. rotiert. Der zurückgelegte Weg bzw. Winkel ist abhängig vom gewünschten Frakturmuster. Die erreichte Maximalkraft und das entsprechende Drehmoment wurden aufgezeichnet. Nach der Frakturierung erfolgte die Bewertung mittels Computertomographie.

Ergebnisse: Craniale Bertungsfrakturen (Magerl A 3.1) konnten mit dem oben genannten Versuchsaufbau und einem zurückgelegten Weg von 10 mm bei einer Geschwindigkeit von 300 mm/s erreicht werden. Für komplette Berstungsfrakturen (Magerl A 3.3) wurde die Vorrichtung 20 mm bewegt. Zur Erzeugung von kombinierten Kompressions-/Rotationsfrakturen mit Subluxationen der Facettengelenke sowie einer cranialen Berstung (Magerl C1 mit A3) wurden 10 mm axiale Kompression sowie 45° Rotation (bei v=900°/s) zurückgelegt. Die gemessenen Maximalkräfte bzw. -momente beliefen sich auf durchschnittlich 7 kN bzw. 80 Nm. Alle Versuchsergebnisse wurden radiologisch begutachtet und nach einer Testung von zehn Präparaten pro Gruppe als reproduzierbar eingeordnet.

Abbildung 1 [Abb. 1]

Schlussfolgerungen: Um bei vergleichenden ex vivo Testungen chirurgischer Interventionen die klinische Situation besser berücksichtigen zu können ist es erforderlich definierte Frakturtypen zu erzeugen. Cotterill et al beschrieb 1987 eine Methode zur Erzeugung von Berstungsbrüchen. Diese beruht auf einer fallenden Masse, die in einer entsprechenden Apparatur eine Berstungsfraktur erzeugt. Ein Großteil der in der Literatur beschriebenen Experimente bezieht sich auf diese Methode. Mit einer servohydraulischen Materialprüfmaschine welche für Kräfte bis 15 kN und Momente bis 100 Nm ausgelegt ist, kann das Prinzip von Cotterill derart verfeinert werden dass gezielte Berstungs- und Rotationsfrakturen erzeugt werden können.

Die Verwendung des positionsgesteuerten Modus verspricht außerdem, dass eine an die Resistenz des Knochens adaptierte Krafteinleitung möglicherweise eine Anwendung des Modells im osteoporotischen humanen Knochen ermöglicht. Dies werden weiterführende Arbeiten des zurzeit auf Kalbswirbelsäulen limitierten Modells zeigen.