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Fragestellung: Die Vorhersage von Frakturwahrscheinlichkeiten durch nicht-invasive diagnostische Maßnahmen weist eine hohe klinische Bedeutung für die Versorgung und Prophylaxe von osteoporotischen Frakturen auf.

Ziel dieser Studie war die Untersuchung einer möglichen Korrelation zwischen der aus der quantitativen Computertomographie (QCT) berechneten Knochendichte (BMD) und den biomechanischen Materialeigenschaften der humanen Lendenwirbelsäule.

Methodik: Aus fünf humanen Lendenwirbelsäulen (mittleres Alter: 58,4 ± 4,45 Jahre) wurden 45 zylindrische Spongiosaproben (7,2 mm Durchmesser) axial aus den gefrorenen Wirbelkörpern gewonnen und mittels hochaufgelöster QCT an ihrer ursprünglichen Position im Wirbelkörper untersucht.

Für die Kompressionsuntersuchung erfolgte eine Einbettung der Proben in PMMA um Endartefakte zu vermeiden. Die Proben wurden in einer spindelgetriebenen Materialprüfmaschine in 37°C warmer phosphatgepufferter Salzlösung unter axialer Last destruktiv auf ihre individuelle Kompressionsfestigkeit getestet. Im linear-elastischen Bereich der Spannungs-Dehnungs-Kurve erfolgte jeweils die Bestimmung des Elastizitätsmoduls (E-Modul). Die Streckgrenze (Yield Point) wurde an der Dehngrenze (0,1% plastische Dehnung) ermittelt. In der QCT-Auswertung wurde die Knochendichte exakt an der zuvor bestimmten Bruchstelle ermittelt. Die Verwendung eines Kalibrierungsphantoms aus Kalziumhydroxylapatit (CaHA) ermöglichte die Konversion von Hounsfield-Einheiten in BMD [mgCaHA/ml]. Die Regressionsanalysen berücksichtigten Kombinationen aus folgenden Modellen: linear, quadratisch, kubisch und logarithmisch.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Zwischen Streckgrenze und BMD konnte eine starke Korrelation gezeigt werden. Die beste Beschreibung aus den vorgegebenen Modellen war durch ein logarithmisch-quadratisches Modell mit einem Bestimmtheitsmaß (R²) von 0,82 gegeben (s. Abbildung 1 [Abb. 1]): Streckgrenze = 0.000130286*(BMD)² + 0.08165552*log(BMD).

Zwischen E-Modul und BMD wurde auch durch ein logarithmisch-quadratisches Modell eine starke Korrelation nachgewiesen (R² = 0,76).

Die Versuchsergebnisse zeigen, dass Knochendichtewerte basierend auf QCT-Messungen eine Vorhersagekraft für die Materialeigenschaften der Wirbelkörperspongiosa haben. Um das individuelle Risiko für eine Wirbelkörperfraktur eines Patienten abschätzen zu können sind jedoch weitere Untersuchungen zur Gesamtstabilität der Wirbelsäule durch den Halteapparat und den Einfluss individueller Faktoren nötig. QCT-Messungen der Wirbelkörperspongiosa scheinen aber für die Entwicklung eines klinischen Tools zur Risikoabschätzung einzelner Knochenelemente geeignet zu sein.