Eine Methode zur Messung der intradiskalen Druckverteilung und des Footprints intervertebraler Implantate - Möglichkeiten und Limitationen

Fragestellung Sowohl die intradiskale Druckverteilung als auch die Größe des Footprints von intervertebralen Implantaten ist Gegenstand aktueller Forschung. Hierzu stellen wir eine Messmethode mittels Druckmessfolie vor und beschreiben ihre Limitationen im biomechanischen in-vitro Versuchsaufbau.

Methodik Verwendet wurde eine Druckmessfolie (Model 5033 I-Scan; Tekscan, Boston, MA, USA) in einem Roboter-basierten in-vitro Testaufbau mit einer axialen Verlaufslast von 350 N. Sechs Humanpräparate (L2 - L5) wurden in fünf Schritten getestet:

1. Intakt

2. Intakt + 350 N

3. Druckmessfolie + 350 N

4. Konventioneller Cage + 350 N

5. Expandierbarer Prototyp + 350 N

Die ersten beiden Schritte dienten der Messung des intakten Ausgangszustands. In Schritt 3 erfolgte eine horizontale Inzision der Bandscheibe L3-L4 nahe der Bodenplatte des LWK 3 und anschließend das Einschieben der Druckmessfolie. Der 4. und der 5. Schritt beinhalteten eine LLIF-Prozedur (lateral lumbar interbody fusion) mit einem konventionellen Cage und einem expandierbaren Prototyp. Aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit der Implantate wurden diese mit einer 0,5 mm dicken Gummiauflage versehen um den Sensor zu schützen. Es erfolgte - gemäß den Herstellerangaben - eine Zwei-Punkt-Kalibrierung (100/400 N) basierend auf Literaturwerten zu intradiskalen Drücken.

Ergebnisse und Schlussfolgerung Der mediane Bewegungsumfang für den 3. Schritt in EF (Extension/Flexion) betrug 98%, in AR (axialer Rotation) 146 % und in LF (Lateralflexion) 139 % im Verhältnis zum intakten Zustand in Schritt 2. Trotz kompletter horizontaler Durchtrennung der Bandscheibe zeigte diese einen sehr guten Ausgleich der Druckspitzen, welche durch die Bewegung des Präparats hervorgerufen wurden, sodass nur an den Endpunkten hohe Druckspitzen beobachtet werden konnten. In EF zeigten sich diese am ventralen bzw. dorsalen Rand, in AR und LF am dorsolateralen Rand der Bandscheibe gelegen.

Leider überstieg der durch die Implantate applizierte Druck in Schritt 4 & 5 das obere Kalibrierungslimit, sodass nur der Footprint der Implantate reliabel zu messen waren. Aufgrund der hohen Scherkräfte beim Einbringen der Implantate waren nur die Ergebnisse von 3 Sensoren in Schritt 4 und 2 Sensoren in Schritt 5 zu verwenden.

Zusammenfassend zeigte sich das Bewegungssegment durch die horizontale Inzision in EF weiterhin stabil während es in AR und LF destabilisiert war. Die Druckverteilung zeigte - in Übereinstimmung mit den klinischen Erfahrungswerten und den Literaturangaben - Druckspitzen am dorsolateralen Rand der Bandscheibe.

Wir empfehlen zwei verschiedene Sensor-Kalibrierungen für die Messung von intakter Bandscheibe und Footprint zu verwenden. Trotz hohem Materialverschleiß konnten die Druckmessfolien die Auflagefläche präzise auflösen und dynamisch während des biomechanischen Tests aufzeichnen.

Stichwörter intradiskale Druckverteilung, Implantat Footprint, biomechanischer Test, in vitro

Publication History

Article published online:
15 October 2020