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German Congress of Orthopaedics and Traumatology (DKOU 2019)

22. - 25.10.2019, Berlin

Die Knochen-Implantat-Interface-Stabilität: Berechnung aus klinischen qCT-Scans und biomechanische Validierung am distalen Femur

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Johanna Ueberberg - Uniklinik Münster, Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
  • Dirk Wähnert - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
  • Andre Frank - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
  • Marcus Müller - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
  • Michael J. Raschke - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
  • Dominic Gehweiler - AO Research Institut, Davos, Switzerland

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2019). Berlin, 22.-25.10.2019. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2019. DocAB35-664

doi: 10.3205/19dkou238, urn:nbn:de:0183-19dkou2381

Published: October 22, 2019

© 2019 Ueberberg et al.
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Text

Fragestellung: Die stabile Versorgung osteoporotischer Frakturen zählt immer noch zu den nicht gelösten Herausforderungen in der Orthopädie und Unfallchirurgie. Trotz spezialisierter Implantate sowie neuer Operationsmethoden ist eine suffiziente Implantatverankerung im osteoporotischen Knochen schwierig, dabei hat die globale Knochendichte einen entscheidenden Einfluss. Mit der Implantataugmentation steht ein Verfahren zur Verfügung, um die Implantatverankerung lokal zu verbessern. Ein weiteres Verfahren ist die Verwendung multidirektionaler winkelstabiler Schrauben. Diese erlauben dem Chirurgen eine flexibel angulierte Positionierung der winkelstabilen Schrauben. Diese Angulation erlaubt dem Chirurgen die Fixierung von Fragmenten durch die Verwendung längerer Schrauben in Regionen höherer Knochendichte.

Diese Studie hat die Hypothese, dass eine virtuelle Planung der Schraubenpositionierung in Abhängigkeit von der lokalen Knochendichte (vBMD) eine verbesserte Implantatverankerung ermöglicht.

Methodik: Zwanzig gefrorene humane Femora ohne Pathologika werden für diese Studie verwendet. Ein hochauflösendes standardisiertes CT mit einem BMD Referenzphantom wird nach Inseration von 3 Referenzschrauben durchgeführt. Anschließend wird jedes Femur distal mit drei 4,5 mm Kortikalisschrauben instrumentiert (1 medial, 2lateral). Anschließend wird eine erneute Computertomographie durchgeführt. Die beiden erhaltenen CTs werden mittels der Markerschrauben fusioniert, um aus dem ersten CT die Knochendichte auf die Schraubenoberfläche zu simulieren. Für jede Schraube wird ein Score für die Knochendichte auf der Implantatoberfläche errechnet. Es folgt ein einfacher pull-out Test der Schrauben auf einer Materialprüfmaschine (Zwick/Roell Z05). Der Schraubenauszug erfolgt unter Elimination von Biegebelastungen mit einer Geschwindigkeit von 1mm/s. Korreliert werden die Ausrisskraft und BMD-Scroe jeder einzelnen Schraube.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Es zeigt sich ein statistisch signifikanter linearer Zusammenhang zwischen der Ausrisskraft der Schraube und dem BMD-Score. Ebenfalls kann umgekehrt die theoretisch benötigte Kraft errechnet werden um eine Schraube auszureißen.

Somit kann mittels klinischer QCT-Scans die Knochen-Implantatstabilität vorhergesagt werden.

Weitere Studien sind notwendig, um die erhaltenen Ergebnisse im Rahmen zyklischer Belastungen in "worst case“ Schraubenpositionierungen vs. optimaler Schraubenlage zu validieren.