Aus dem Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie
der Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin

Dissertation

Vergleichende radiologische Untersuchungen zum Einheilungsverhalten intervertebraler Cages mit unterschiedlichem Design im Fusionsmodell der Schafshalswirbelsäule.

Zur Erlangung des akademischen Grades
Dr. medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité –
Universitätsmedizin Berlin

von
Matti Scholz
aus Berlin

Gutachter:
1. Priv.-Doz. Dr. med. F. Kandziora
2. Prof. Dr.med. M. Starker
3. Priv. -Doz. Dr. med. H. M. Mayrer

Datum der Promotion: 02.09.2005

Inhaltsverzeichnis

• 1  Einleitung
  • 1.1  Operationsindikationen an der HWS
  • 1.2  Die operative Therapie der Instabilität
  • 1.3 Implantate zur ventralen interkorporellen Spondylodese
    • 1.3.1  Autologes Knochenmaterial
    • 1.3.2 Cages
  • 1.4  Radiologische Untersuchungen zur Einschätzung der Fusion
    • 1.4.1  Konventionelle Radiologische Untersuchungen
    • 1.4.2 Radiologische Funktionsuntersuchungen
    • 1.4.3 CT Untersuchungen
  • 1.5  Die Wirbelsäule des Schafes als Model für die humane HWS
  • 1.6  Ziel der Untersuchung
• 2  Material und Methode
  • 2.1  Versuchstiere
  • 2.2 Versuchsplan
  • 2.3 Implantate
    • 2.3.1  Implantatdesign
  • 2.4  Operation
    • 2.4.1  Anästhesie und Operationsvorbereitung
    • 2.4.2  Operationstechniken
      • 2.4.2.1 Entnahme des Beckenkammspanes/Spongiosa
      • 2.4.2.2 Vorbereitung von Span und Spongiosa
      • 2.4.2.3 Spondylodese mit den verschiedenen Implantaten
      • 2.4.2.4 Postoperative Nachbehandlung
      • 2.4.2.5 Tötung und Präparation
  • 2.5  Radiologische Untersuchungen
    • 2.5.1  Untersuchungstermine
    • 2.5.2 Röntgen
      • 2.5.2.1 Ablauf
      • 2.5.2.2 Standardisierung
      • 2.5.2.3 Messparameter
      • 2.5.2.4 Radiologischer Score
    • 2.5.3  Funktionsröntgenuntersuchung
      • 2.5.3.1 Ablauf
      • 2.5.3.2 Messparameter
      • 2.5.3.3 qCT Diagnostik
      • 2.5.3.4 Bestimmung der Knochendichte
      • 2.5.3.5 Bestimmung des Kallusvolumens
      • 2.5.3.6 CT - Score
  • 2.6 Statistische Untersuchungen
• 3  Ergebnisse
  • 3.1  Komplikationen
  • 3.2 Radiologische Verlaufsbetrachtung
    • 3.2.1  Reproduzierbarkeit der radiologischen Ergebnisse
    • 3.2.2  Bandscheibenraumhöhe
    • 3.2.3  Intervertebralwinkel
    • 3.2.4  Lordosewinkel
    • 3.2.5  Translation
  • 3.3  Radiologische Evaluation der Fusion
    • 3.3.1  Radiologischer Score
    • 3.3.2  Funktionsröntgenuntersuchungen
    • 3.3.3 CT – Untersuchung
      • 3.3.3.1 Knochendichte
      • 3.3.3.2 Kallusvolumen
      • 3.3.3.3 Knochengehalt
    • 3.3.4  CT – Score
• 4  Disskussion
• 5  Schlussfolgerung
• 6  Zusammenfassung
• Literaturverzeichnis
• Verzeichnis der Abkürzungen
• Begriffsdefinition
• Danksagung
• Erklärung an Eides Statt

Tabellen

• Tabelle 1: Gruppeneinteilung
• Tabelle 2: Designparameter der Implantate
• Tabelle 3: Übersicht über die Abmaße der verwendeten Implantate  (EIKF = Endplatten Implantat Kontaktfläche; o=oben; u=unten)
• Tabelle 4: Untersuchungstermine im Beobachtungszeitraum
• Tabelle 5: Röntgenscore semiqualitativ
• Tabelle 6: Radiologischer Score für die Durchbauung. Auswertung anhand der seitlichen Röntgenbilder nach 12 Wochen Standzeit.
• Tabelle 7: Radiologischer Score für die Durchbauung. Auswertung anhand der sagitalen zweidimensionalen CT-Rekonstruktionen nach 12 Wochen Standzeit.

Bilder

• Abbildung 1: a.) Beckenkammspan b.) Cage im Box-Design c.) Cage im Zylinder-Design
• Abbildung 2: a.) Hautschnitt b.) Darstellung des Musculus sternocleidomastoideus
• Abbildung 3: a.) Präparation unterhalb des M. sternocleidomastoideus b.) Darstellung der prävertebralen Muskulatur
• Abbildung 4: a.) Markieren des Bandscheibenraumes mit einem Kirschnerdraht b.) Inzision der prävertebralen Muskulatur mit dem elektrischen Messer
• Abbildung 5: a.) Darstellen des Bandscheibenraumes C3/C4  b.) Anfräsen von Grund und Deckplatte der Wirbelkörper
• Abbildung 6: a.) Darstellung des gefräßten Zwischenwirbelraumes b.) Zylindrischer Cage in situ
• Abbildung 7: a.) Schaf in der Lagerungshilfe für die seitliche Aufnahme b.) Schaf in der Lagerungshilfe für die p.a. Aufnahme
• Abbildung 8: Wirbelkörper C3/C4 im seitlichen Röntgenbild mit Darstellung der fixen Hilfspunkte.
• Abbildung 9: a.) Darstellung der Messung für die Bandscheibenraumhöhe b.) Darstellung der Messung für den Intervertebralwinkel und Lordosewinkel
• Abbildung 10: Darstellung der Messung für die Translation a.) Translation nach ventral b.) Translation nach dorsal
• Abbildung 11: Beispiele für die Bestimmung des Fusionsscores anhand von Röntgenbildern a.) Fusionsscore B b.) Fusionsscore C
• Abbildung 12: Funktionsröntgenaufnahmen (nativ) a.)Flexion b.) Neutralstellung ohne Zug zum Vergleich c.) Extension
• Abbildung 13: Messmethode nach Buetti-Bäumerl (schwarz: Verlauf der Hinterkante C3 in Neutralstellung; weiß: Hinterkante in Funktions-stellung) a.) Neutralstellung b.) Extension c.) Flexion
• Abbildung 14: CT–Untersuchung: a.) axiale Schichten mit dem Knochen-dichtephantom b.) 2D Rekonstruktion c.) 3D Rekonstruktion (Gruppe I)
• Abbildung 15: CT - Schichten zur Bestimmung der Knochendichte im Wirbelkörper C3 (von oben nach unten: Schicht durch Deckplatte, Mittelteil, Grundplatte)
• Abbildung 16: Screenshot aus dem Programm Sienet Magic View: Messung der Hounsfield Units in den ersten drei Kammern des Knochendichtephantoms sowie im Bereich der Deckplatte des Wirbelkörpers C3
• Abbildung 17: Beispiel für eine Eichkurve. X Achse = Hounsfield Units , Y Achse = Knochendichtewerte
• Abbildung 18: Beispiele für den CT-Score: Bild b = Score C, Bild c = Score D
• Abbildung 19: Ergebnis im seitlichen Röntgenbild nach 12 Wochen Standzeit. a.) Knochenspan b.) Cage im Box-Design c.) Cage im Zylinder-Design
• Abbildung 20: Abbildung 21: vordere Bandscheibenraumhöhe (n=8). * p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan ** p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan und Zylinder-Design Cage.
• Abbildung 22: mittlere Bandscheibenraumhöhe (n=8). * p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan ** p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan und Zylinder-Design Cage.
• Abbildung 23: hintere Bandscheibenraumhöhe (n=8). * p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan ** p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan und Zylinder-Design Cage.
• Abbildung 24: Durchschnittliche Höhe des Bandscheibenraumes der drei Gruppen im Beobachtungszeitraum. * p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan ** p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan und Zylinder-Design Cage.
• Abbildung 25: Radiologische Analyse: Durchschnittlicher Intervertebralwinkel im Untersuchungszeitraum. * p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan; **p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan und Zylinder-Cage.
• Abbildung 26: Radiologische Analyse: Durchschnittlicher Lordosewinkel der drei Gruppen im Untersuchungszeitraum. * p<0.05 im Vergleich zum Knochenspan.
• Abbildung 27: Radiologische Analyse: Durchschnittliche Translation im Untersuchungszeitraum.
• Abbildung 28: berechnete Differenzen zwischen Extension und Flexion für den Intervertebral- und Lordosewinkel der drei Gruppen im Vergleich mit dem nativen Segment vor und nach Diskektomie. a p<0,05 im Vergleich zum nativen Segment nach Diskektomie, b p<0,05 im Vergleich zur BKS-Kontrollgruppe, x: Werte wurden in Vorversuchen der Arbeitsgruppe bestimmt [52].
• Abbildung 29: HWS Funktionsdiagnostik in der Messmethode nach Buetti-Bäumerl. Angabe in Grad für die jeweiligen Gruppe a p<0,05 im Vergleich zum nativen Segment nach Diskektomie, b p<0,05 im Vergleich zur BKS-Kontrollgruppe, x: Werte wurden in Vorversuchen der Arbeitsgruppe bestimmt [52].
• Abbildung 30: Beispiele für axiale computertomographische Schnitte durch den Bandscheibenraum nach 12 Wochen Standzeit.  a.) Knochenspan b.) Box-Cage + Spongiosa c.) Zylinder-Cage + Spongiosa
• Abbildung 31: Darstellung der errechneten Knochendichte für die unterschiedlichen Regionen im Bewegungssegment. a p<0,05 im Vergleich zum nativen Bewegungssegment, Werte für das native Segment wurden in Vorversuchen der Arbeitsgruppe bestimmt [52].
• Abbildung 32: Dargestellt ist das Volumen des Knochenkallus (BCV), welches mittels qCT Untersuchung und Auswertung am Bildanalysesystem bestimmt wurde. a p<0,05 im Vergleich zur BKS-Kontrollgruppe und Box-Cage Gruppe.
• Abbildung 33: Dargestellt ist der Mineralsalzgehalt des Kallus welcher aus dem Kallusvolumen und der Knochendichte im Kallus bestimmt wurde.  a p<0,05 im Vergleich zur BKS-Kontrollgruppe und Box-Cage Gruppe.