Stabilität von Pedikelschrauben versus ventral eingebrachter Schrauben nach Kyphoplastie-Augmentation

Zusammenfassung

Studienziel: Ziel unserer Studie ist der Vergleich der Ausrisskraft sowohl bei transpedikulär als auch ventral eingebrachten Schrauben nach Kyphoplastie-Augmentation in osteoporotischen Wirbelsäulenpräparaten. Dabei soll die Stabilität der Schrauben nach Implantation in weichen sowie ausgehärteten Knochenzement geprüft werden. Methode: Bei 10 formalin-fixierten Wirbelsäulenpräparaten unterschiedlicher Leichen wurden Schrauben in insgesamt 40 Wirbel eingebracht. Sowohl transpedikulär als auch ventral wurden jeweils 10 Schrauben in weichen als auch ausgehärteten Kyphoplastie-Zement implantiert. Anschließend erfolgte die Bestimmung der axialen Ausrisskraft an der Universalprüfmaschine. Ergebnisse: Die durchschnittliche Ausrisskraft betrug nach Implantation von Pedikelschrauben in weichen Zement 452 N (60-1 125 N) und 367 N (112-840 N) in ausgehärteten Zement. Bei ventralen Schrauben konnte eine Ausrisskraft von 364 N (65-875 N) nach Einbringen in weichen und 271 N (35-625 N) in ausgehärteten Zement festgestellt werden. Schlussfolgerung: Nach unseren Erfahrungen können Schrauben transpedikulär und ventral in weichen und ausgehärteten Kyphoplastie-Zement sicher verankert werden. Dabei zeigte sich bei Implantation von Pedikelschrauben sowohl in weichen als auch in ausgehärteten Zement eine größere Stabilität im Vergleich zu ventral in den Wirbelkörper eingebrachten Schrauben. Ein signifikanter Unterschied konnte nicht festgestellt werden.

Abstract

Aim: Aim of the study was to compare stability of pedicle screws and ventral implanted screws after insertion in soft or cured kyphoplasty cement. Methods: Pedicle screws were inserted in a total of 40 thoracolumbar vertebrae of 10 different formalin-fixed human specimens: Each 10 pedicle screws were implanted in soft (group 1) and cured cement (group 2), each 10 ventral screws were placed in soft (group 3) and cured (group 4) cement. Pedicle screws were then evaluated for biomechanical axial pullout resistance. Results: Mean pullout force was 452 N (range 60-1 125 N) in group 1, 367 N (range 112-840 N) in group 2, 364 N (range 65-875 N) in group 3 and 271 N (range 35-625 N) in group 4. Conclusion: Implantation of pedicle screws and ventral implanted screws in soft and cured kyphoplasty cement is a sufficient method. We achieved more stability with pedicle screws compaired with ventral implanted screws in soft and cured cement. No significant difference was seen.

Schlüsselwörter

Pedikelschrauben - ventrale Wirbelkörperschrauben - Kyphoplastie - Ausrisskraft - Zementaugmentation

Key words

pedicle screw - anterior vertebral body screws - kyphoplasty - pullout strength - cement augmentation

Literatur

• 1 Ashman R B, Herring J A, Johnston C E. Texas Scottish Rite Hospital (TSRH) instrumentation system. In: Bridwell KH, DeWald RL (eds). The Textbook of Spinal Surgery, vol. 1. JB Lippincott, Philadelphia 1991; 219-247
• 2 Dunn H K. Anterior stabilization of thoracolumbar injuries.  Clin Orthop. 1984;  189 116-124
• 3 Hall J E. Dwyer instrumentation in anterior fusion of the spine.  J Bone Joint Surg [Am]. 1981;  63 1188-1190
• 4 Kaneda K, Fujiya N, Satoh S. Results with Zielke instrumentation for idiopathic thoracolumbar and lumbar scoliosis.  Clin Orthop. 1986;  205 195-203
• 5 Kostuik J P, Carl A, Ferron S. Anterior Zielke instrumentation for spinal deformity in adults.  J Bone Joint Surg [Am]. 1989;  71 898-912
• 6 Eysel P. Die ventrale Instrumentation der Rumpfwirbelsäule. Enke Verlag, Stuttgart 1998
• 7 Moore D C, Maitra R S, Farjo L A, Graziano G P, Goldstein S A. Restoration of pedicle screw fixation with an in situ setting calcium phosphate cement.  Spine. 1997;  22 1696-1705
• 8 Vaccaro A R, Garfin S R. Internal fixation (pedicle screw fixation) for fusions of the lumbar spine.  Spine. 1995;  15 (Suppl 24) 157-165
• 9 Moe J H, Purcell G A, Bradford D S. Zielke instrumentation (VDS) for the correction of spinal curvature: analysis of results in 66 patients.  Clin Orthop. 1983;  180 133-153
• 10 Sarzier J S, Evans A J, Cahill D W. Increased pedicle screw pullout strength with vertebroplasty augmentation in osteoporotic spines.  J Neurosurg Spine. 2002;  96 309-312
• 11 Gangi A, Kastler B A, Dietemann J L. Percutaneous vertebroplasty guided by a combination of CT and fluoroscopy.  Am J Neuroradiol. 1994;  15 83-86
• 12 Jensen M E, Evans A J, Mathis J M. et al . Percutaneous polymethylmethacrylate vertebroplasty in the treatment of osteoporotic vertebral body compression fractures: technical aspects.  Am J Neuroradiol. 1997;  18 1897-1904
• 13 Garfin S, Hansen A, Reiley M. New Technologies in Spine.  Spine. 2001;  14 1511-1515
• 14 Krödel A, Krüger A, Lohscheidt A K, Pfahler M, Refior H J. Anterior debridement, fusion and extrafocal stabilization in the treatment of osteomyelitis of the spine.  J Spinal Disord. 1999;  12 17-26
• 15 World Health Organisation Technical report. Assessment of fracture risk and its application to screening for postmenopausal osteoporosis. 1994; series 843
• 16 James C, Goh H, Ang J, Bose K. Effect of preservation medium on the mechanical properties of cat bones.  Acta Orthop Scand. 1989;  60 465-467
• 17 Pfeifer B A, Krag M H, Johnson C. Repair of failed transpedicular screw fixation: A biomechanical study comparing polymethylmethacrylate, milled bone, and matchstick bone reconstruction.  Spine. 1994;  19 350-353
• 18 Yerby S A, Toh E, McLain R F. Revision of failed pedicle screws using hydroxyapatite cement. A biomechanical analysis.  Spine. 1998;  23 1657-1661
• 19 Zindrick M R, Wiltse L L, Widell E H. A biomechanical study of intrapeduncular screw fixation in the lumbosacral spine.  Clin Orthop. 1986;  203 99-112
• 20 Kinnard P, Ghibely A, Gordon D. Roy-Camille plates in unstable spinal conditions. A preliminary report.  Spine. 1996;  11 131-135
• 21 Soshi S, Shiba R, Kondo H, Murota K. An experimental study on transpedicular screw fixation in relation to osteoporosis of the lumbar spine.  Spine. 1991;  16 1335-1341
• 22 Steffee A D, Biscup R S, Sitkowski D J. Segmental spine plates with pedicle screw fixation. A new internal fixation device for disorders of the lumbar and thoracolumbar spine.  Clin Orthop. 1986;  203 45-53
• 23 Wittenberg R H, Lee K S, Shea M. et al . Effect of screw diameter, insertion technique, and bone cement augmentation of pedicular screw fixation strength.  Clin Orthop. 1993;  296 278-287
• 24 Renner S, Lim T, Kim W, Katolik L, An H, Andersson G. Augmentation of pedicle screw fixation strength using an injectable calcium phosphate cement as a function of injection timing and method.  Spine. 2004;  29 212-216
• 25 Molloy S, Mathis J M, Belkoff S M. The effect of vertebral body percentage fill on mechanical behavior during percutaneous vertebroplasty.  Spine. 2003;  28 1549-1554
• 26 Tomita S, Molloy S, Jasper L, Abe M, Belkoff S. Biomechanical comparison of kyphoplasty with different bone cements.  Spine. 2004;  29 1203-1207
• 27 Kenny S M, Buggy M. Bone cements and fillers: a review.  J Mater Sci Mater Med. 1993;  14 923-938
• 28 Cohen J E, Lylyk P, Ceratto R, Kaplan L, Umanskyt F, Gomori J M. Percutaneous vertebroplasty: technique and results in 192 procedures.  Neurol Res. 2004;  26 41-49