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Wie beeinflusst das Gewindedesign von Pedikelschrauben deren Ausreißfestigkeit?
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Veröffentlicht: | 23. Oktober 2017 |
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Fragestellung: Ziel der experimentellen Studie ist eine vergleichende Gegenüberstellung zweier verschiedener Pedikelschrauben-Typen bezüglich deren Verankerung im Knochen. Dabei wird der Einfluss bestimmter Schraubendesignparameter (Gewindeform, Gewindesteigung, Flank Overlap Area (FOA)) auf die Ausreißfestigkeit im künstlichen und humanen Knochen untersucht.
Methodik: Zur Ermittlung der Ausreißfestigkeit wurden axiale Auszugstests nach ASTM F543 an handelsüblichen Pedikelschrauben mit Doppelgewinde und Sägezahnform (Typ 1) und neuartigen Pedikelschrauben mit Einfachgewinde und V-Form (Typ 2) durchgeführt. Der Normversuch nach ASTM F543 beinhaltete als Vorversuch je zehn Auszugsversuche von 7,5mm-Pedikelschrauben vom Typ 1 und Typ 2 aus festen Polyurethan-Schaumblöcken (Grad 15). Für den Humanversuch wurden je fünf Thorakal- und Lumbalwirbel von drei Körperspendern mit unterschiedlicher Knochendichte (BMD) verwendet. Die humanen Wirbel wurden jeweils mit einer 6,5mm-Pedikelschraube vom Typ 1 und Typ 2 transpedikulär instrumentiert. Für beide Versuche wurde ein Testaufbau entwickelt, welcher den koaxilen Auszug der Pedikelschrauben mittels einer Zugprüfmaschine aus dem Prüfkörper erlaubte. Die Auszugsgeschwindigkeit betrug 5mm/min. Es wurde die Kraft-Weg-Kurve mit der Ausreißfestigkeit als Scheitelwert aufgezeichnet. Anschließend wurden die aufgetretenen Bruchmuster dokumentiert und visuell ausgewertet.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im Normversuch erzielte die Schraube vom Typ 2 eine Ausreißfestigkeit von 864,2 ± 43,3 N. Die Schraube vom Typ 1 wies hingegen mit einem Wert von 781,0 ± 27,1 N eine um 9,2 % geringere Ausreißfestigkeit auf. Die getesteten Humanwirbel zeigten einen BMD-Wert von 1,02 ± 0, 17 g/cm² in einem Bereich von 0,776 bis 1,113 g/cm². In der Gruppe der Thorakalwirbel wurde eine mittlere Ausreißfestigkeit von 513,2 ± 270,2 N für Typ 1 und 625,4 ± 196,7 N für Typ 2 ermittelt. Der gleiche Trend zeigte sich auch bei den Lumbalwirbeln, es konnten Ausreißfestigkeiten von 822,3 ± 165,9 N (Typ 1) bzw. 950,9 ± 171,6 N (Typ 2) festgestellt werden. Für die neuen Pedikelschrauben vom Typ 2 ergibt sich somit im Vergleich zum herkömmlichen Typ 1 eine Steigerung der Ausreißfestigkeit von etwa 13,5 %.
In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass eine Pedikelschraube mit V- und Einfachgewinde (Typ 2) sowohl im Kunst- als auch Humanknochen eine tendenziell bessere Verankerung gegenüber einer Schraube mit Sägezahn- und Doppelgewinde (Typ 1) erreichen kann. Zwischen der im Eingriff befindlichen Gewindefläche (FOA) und der erzielten Schraubenausreißfestigkeit konnte kein direkter Zusammenhang beobachtet werden. Jedoch konnte der lineare Zusammenhang zwischen der Knochendichte und der Ausreißfestigkeit von Pedikelschrauben bestätigt werden, welcher zusätzlich direkt durch den Einfluss des Gewindedesigns überlagert wird.