Ein Transplantat, welches diesen Kriterien entspricht, ist der als „goldener Standard“ bezeichnete autologe trikortikale Beckenkammspan [7,14,30]. Die klinische Erfolgsrate im Sinne einer soliden Fusion, wird bei der Verwendung des autologen trikortikalen Beckenkammspanes mit ca. 80-90% beschrieben [14,18,30,33,76,95]. In der Regel stellt sich dabei eine solide knöcherne Durchbauung nach 6 Monaten ein. Ein weiterer Vorteil des autologen Materials liegt in seinem osteokonduktiven und osteoinduktivem Potential. Dieses ist durch die sich im Transplantat befindlichen Osteozyten, Osteoblasten, sowie mesenchymalen Zellen begründet, welche die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Fusion entscheidend erhöhen können [13,89]. Zusätzlich besteht bei der Wahl des autologen Knochenmaterials kein Risiko einer Osteolyse aufgrund einer immunologischen Reaktion, wie sie bei Fremdmaterial auftreten kann [1,37,73].

Andererseits kann nicht bei jeder ventralen interkorporellen Spondylodese mittels autologem Knochenspan eine vollständige knöcherne Durchbauung erzielt werden. Die Pseudarthroserate schwankt zwischen 4,4% und 20%. So berichtet DePALMA [30] über eine Pseudarthroserate von 7% unabhängig vom operierten zervikalen Bewegungssegment. ROBINSON [86] und BOHLMANN [14] haben unabhängig voneinander eine Pseudarthroserate von 12% in ihrem Patientengut beschrieben. Die höchsten Raten an Pseudarthrosen wurden durch RILEY [84] und WHITE [107] mit jeweils 14% und 20% beschrieben. Ursächlich wird dabei zum Teil auf aseptische Nekrosen des Beckenkammspan-Transplantats hingewiesen [94,117]. Bei der Verwendung der modifizierten Operationstechnik nach Robinson (hier werden Grund und Deckplatte der angrenzenden Wirbelkörper angefräst) beschrieben EMERY [33], BRODKE [18] und ZDEBLICK [115] Pseudarthroseraten von 4-6%.

Weitere Probleme bei der Verwendung des autologen Materials liegen in der begrenzten Verfügbarkeit bei zum Beispiel multisegmentalen Fusionsoperationen und der potentiell langen Einheilungszeit von bis zu 6 Monaten [44,117]. Darüber hinaus ist die operative Entnahme des Beckenkammspanes mit einer nicht unerheblichen Entnahmemorbidität vergesellschaftet. Als mögliche Folgen der Entnahme des autologen Knochenmaterials wurden Frühkomplikationen wie Schmerzen an der Entnahmestelle [41,47,91,92] Wundhämatome [91,92], Infektionen [93] und Wundheilungsstörungen [92] beschrieben. Langzeitkomplikationen wie überschießende Narbenbildung [9,47] sowie Dysästhesien im Narbenbereich [9], Gefäß- und Nervenverletzungen [47,93], Muskelhernien sowie Muskelverletzungen [24] traten auf. Weiterhin wurden Beckenfrakturen [35,82] beschrieben die in einigen Fällen sogar zur Ausbildung von Pseudarthrosen [111] geführt haben. Eine ebenfalls vorhandene, wenn aber auch geringere Entnahmemorbidität, ist für die Gewinnung autologer Spongiosa zu verzeichnen [41,47]. Weitere Komplikationen bei der Verwendung von autologen Beckenkammspan-Transplantaten können durch das mechanisches Versagen aufgrund von Sinterung, Frakturierung oder Wanderung des Transplantates entstehen. Die daraus resultierende Höhenreduktion des Zwischenwirbelraumes kann zu kyphotischer Fehlstellung und Instabilität im operierten Segment führen [6,70,104,109]. Die initial durch die Operation behobenen Schmerzen, Radikulopathien und Myelopathien können somit erneut auftreten [6,70,94].

Die recht hohe Komplikationsrate bei der Verwendung des trikortikalen Beckenkammspan-Transplantats führte zur Entwicklung von metallischen Implantaten, sogenannte „Cages“, als intervertebrale Abstandhalter. 1979 beschrieb WAGNER [105] erstmals die Verwendung eines schraubenartigen, intervertebralen Cage. Dieser wurde in die Halswirbelsäule von Pferden implantiert. Die Tiere litten an dem so genannten „Wobbler“ Syndrom, eine Form der spondylarthrotischen Myelopathie. Dieses Implantat, der sogenannte „Bagby-Korb“, den Wagners Co-Autor Bagby entwickelt hatte, wurde mit autologer Spongiosa gefüllt und formschlüssig in den Intervertebralraum implantiert. 1983 begann BAGBY seine Zusammenarbeit mit KUSSLICH und einer Gruppe von Bio-Ingenieuren. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wurde ein humanes Implantat entwickelt, welches 1988 vorgestellt wurde [8]. Initial wurde der sogenannte „Bagby and Kusslich“ (BAK) Cage klinisch mit großem Erfolg eingesetzt [60]. Seither wurden eine Vielzahl von intervertebralen Implantaten mit unterschiedlichem Design entwickelt.

Nach WEINER [106] können Cages in verschiedene Design-Gruppen eingeteilt werden. Unterschieden wird zwischen schraubenartigen Cages (horizontaler Zylinder), Cages im Box-Design und Cages im Zylinder-Design (vertikale Ringe). Bei all diesen Konstruktionsprinzipien ändert sich vor allem die Größe der maximalen Pore, welche mit Spongiosa ausgefüllt werden kann, sowie die Kontaktfläche zwischen Cage und Wirbelkörper. Weiterhin werden diese Implantate je nach Hersteller aus unterschiedlichen Materialien wie zum Beispiel Stahl, Titan oder Karbon hergestellt. Alle diese Implantate haben die Gemeinsamkeit, dass sie von ventral in das Bandscheibenfach eingebracht. Durch die formschlüssige Verankerung dieser Implantate im Intervertebralraum, kann die Notwendigkeit einer zusätzlichen Sicherung mittels einer Osteosyntheseplatte entfallen [106].

Cages wurden mit dem Ziel entwickelt, bestehende segmentale mechanische Deformitäten zu korrigieren und die Stabilität im operativ versorgten Segment zu erhalten, bis eine solide knöcherne Durchbauung eingetreten ist. Dadurch soll die Entnahme und Verwendung von Knochenspänen überflüssig gemacht werden. Cages sollen als Platzhalter im operierten Segment fungieren, indem sie eine Distraktion des Zwischenwirbelraumes bewirken und dadurch die vordere Säule des Bewegungssegmentes stabilisieren.

Diese Postulate konnten bereits in biomechanischen in vitro Untersuchungen bestätigt werden. Zahlreiche Studien konnten in diesem Zusammenhang eine höhere Primärstabilität des Bewegungssegmentes nach Implantation von Cages verschiedener Designs im Vergleich zum Beckenkammspan-Transplantat nachweisen [15,45,50,69,78,103]. Auch designspezifische Unterschiede zwischen den Cages konnten biomechanisch in vitro evaluiert werden. So wiesen WILKE [108] und KANDZIORA [52,53] deutliche designspezifische Unterschiede zwischen Box- und Zylinder-Design Cages nach.

Ob die Verwendung metallischer Cages in vivo Vorteile zum Beckenkammspan-Transplantat hat, wird derzeit kontrovers diskutiert. Einige Autoren sehen den Beckenkammspan als überlegenes Transplantat, andere wiederum sehen Vorteile in der Verwendung von intervertebralen Cages [3,13,37,81,88,98,117].

Objektiv untersucht wurde der Einfluss des Cagedesigns auf das Fusionsergebnis in vivo bisher nur in einer tierexperimentellen Studie. In dieser Untersuchung wurden durch SANDHU [88] Cages im Schraubendesign im Vergleich zum Beckenkammspan-Transplantat evaluiert. Die Ergebnisse der Untersuchung wiesen eine Überlegenheit der Cages im Vergleich zum autologen Knochenspan-Transplantat auf. Fraglich ist, ob die aus der Studie von SANDHU [88] gewonnenen Ergebnisse auch auf das in vivo Einheilungsverhalten von Box- und Zylinder- Design Cages übertragbar sind.

Das primäre Ziel einer Spondylodese ist das Erreichen einer soliden knöchernen Fusion im Heilungsverlauf. Generell wird akzeptiert, dass eine solide monosegmentale knöcherne Fusion an der Halswirbelsäule nicht vor dem Ablauf von 6 Monaten postoperativ erwartet werden kann [38,99,100].

Sollte eine solide knöcherne Fusion ein Jahr nach der durchgeführten zervikalen Spondylodeseoperation noch nicht nachgewiesen werden können, wird dieser Zustand per definitionem als Pseudarthrose bezeichnet [102]. Bei radiologischen Untersuchungen können sich diese Pseudarthrosen atrophisch oder hypertrophisch darstellen. Eine atrophische Pseudarthrose ist durch das Fehlen einer knöchernen Reaktion und Vorliegen von Resorptionszonen im ehemaligen Bandscheibenraum charakterisiert. Eine hypertrophe Pseudarthrose, welche bei optimalen biologischen Konditionen, aber inadäquat durchgeführter Stabilisierung entstehen kann, ist durch eine knöcherne Sklerosezone (hypertropher ventraler Kallus) charakterisiert [43].

Der Nachweis der Pseudarthrose im Intervertebralraum stellt sich derzeit schwierig dar. Es existiert keine bildgebende Methode, welche mit absoluter Sicherheit das Vorhandensein einer soliden knöchernen Fusion nachweisen kann [65]. So wird häufig die chirurgische Exploration als sicherste Methode zum Nachweis der Durchbauung des Bewegungssegmentes bezeichnet [30,36,62,65].

Das anfertigen konventioneller Röntgenaufnahmen ist die preiswerteste und am häufigsten angewandte Methode, um den Heilungsverlauf, den aktuellen Status der Fusion oder das Vorliegen einer Pseudarthrose nachzuweisen. Sie ermöglichen die Betrachtung der Knochenstruktur, welche den Intervertebralspalt überbrückt. Um den Status der Konsolidierung des Bewegungssegmentes zu beschreiben, wird das Augenmerk auf die den ehemaligen Bandscheibenraum überbrückende Knochenstruktur gerichtet [1,20,33,42,91]. Wie sicher sich der Fusionsstatus der Bewegungssegmente der Wirbelsäule anhand konventioneller Röntgenbilder beurteilen lässt, wird derzeit noch kontrovers diskutiert. So wird die Genauigkeit der konventionellen Röntgendiagnostik mit 59-82% angegeben [11,19,32,56,101,102].

Um den Status der Fusion zu beschreiben, wird in den meisten Studien ein deskriptives Score-System verwendet. Es existieren derzeit verschiedene Score-Systeme, welche die ventrale Überbrückung des Bandscheiben-raumes als Fusion werten oder die Durchbauung im Bereich des Cages bewerten [75]. Andere Scores bewerten Lysezonen außerhalb der Cages als Zeichen für eine Pseudarthrose [16]. Genau aus diesem Grund werden meist modifizierte Scores in den verschiedenen Studien verwendet, da keines dieser Scoresysteme derzeit als allgemeingültig und validiert akzeptiert wird.

Die Standardaufnahmen der Wirbelsäule in zwei Ebenen erlauben nur die Beurteilung morphologischer Veränderungen. Sie gestatten keine Beurteilung der Funktion und der segmentalen Beweglichkeit. Hinweise auf das Vorliegen einer Pseudarthrose im Bewegungssegment können funktionsradiologische Untersuchungen vermitteln [28,29]. Radiologische Funktionsaufnahmen in Flexion/Extension werden aufgrund der Annahme angewandt, dass beim Vorliegen einer Pseudarthrose eine residuale segmentale Beweglichkeit messbar sein sollte. Eine allgemeingültige akkurate Beschreibung der Technik, wie diese dynamischen Untersuchungen durchzuführen und auszuwerten sind, lässt sich aus der Literatur noch nicht ableiten [75]. Weiterhin herrscht Uneinigkeit, ab welchem Ausmaß der segmentalen residualen Beweglichkeit von einer Pseudarthrose gesprochen werden muss. So werden in der Literatur Werte von 2-3 Grad Restbeweglichkeit angegeben, bei denen anhand radiologischer Funktionsaufnahmen noch von einer Fusion gesprochen werden kann [75]. Funktionsaufnahmen der Halswirbelsäule werden klinisch in drei verschiedenen Techniken angefertigt:

1. seitliche Funktionsaufnahmen in aktiver, d.h. vom Patienten selbst, bis zum maximalen Bewegungslimit geführter Flexions- und Extensionseinstellung der HWS [20,29 ]

2. seitliche Funktionsaufnahmen in passiver, d.h. durch einen Untersucher gehaltenen Einstellung der HWS in Flexion und Extension [28]

3. passiv, durch den Untersucher geführte Bewegungen der HWS unter Bildwandlerkontrolle, bei der die Funktion der HWS in den verschiedenen Bewegungsrichtungen dynamisch beurteilt werden kann [28].

Für die Beurteilung segmentaler Winkelgrade anhand von Röntgenaufnahmen finden sich in der Literatur verschiedene Auswertungsmethoden. So existieren Methoden nach PENNING [79], nach BUETTI-BÄUMERL [20] und nach ARLEN [4,5].

Die computertomographische Untersuchung der Wirbelsäule hat in den letzen Jahren klinisch immer mehr an Bedeutung gewonnen. Diese eignet sich vor allem bei dem Verdacht auf eine krankhafte Veränderung des Knochens durch fortschreitende knöcherne Degeneration oder bei dem Verdacht auf Frakturen der Wirbelkörper, Wirbelbögen oder der Wirbelgelenke. Die modernen Geräte erlauben zusätzlich zur Darstellung der axialen Schichten eine mathematische dreidimensionale Rekonstruktion des jeweiligen Wirbelsäulenabschnittes.

Zur Evaluation, ob eine Fusion im Bewegungssegment vorliegt oder nicht, wird die CT-Untersuchung heute routinemäßig eingesetzt. Die modernen multiplanaren Rekonstruktions-CT Untersuchungstechniken ermöglichen den bestmöglichen Nachweis über den Status der Fusion. Außerdem besteht mit Hilfe der Computertomographie die Möglichkeit, die segmentüberbrückende Knochenstruktur ohne den Summationseffekt, welcher im konventionellen Röntgenbild auftritt, darzustellen.

Als Kriterium für eine erfolgreiche Fusion wird eine durchgehende Knochenstruktur zwischen Grund- und Deckplatte in der sagitalen oder frontalen Ebene der zweidimensionalen Rekonstruktion, welche aus den axialen Schichten errechnet wird, angegeben. Von einer Pseudarthrose wird nach diesen Kriterien dann gesprochen, wenn keine knöcherne Überbrückung des ehemaligen Bandscheibenraumes nachgewiesen werden kann [60,90,114]. Diese These stützen Studien, welche eine positive Korelation zwischen dem im CT bestimmten Fusionsstatus und der in der chirurgischen Exploration nachgewiesenen Durchbauung aufzeigten [61,63]. Ein Problem stellte hierbei die Artefaktbildung bei der Verwendung von metallischen Implantaten dar, welches die Bildqualität zum Teil stark vermindert und somit die diagnostische Aussagekraft verringert [22].

Genauso wie für die Einschätzung der Fusion anhand konventioneller Röntgenbilder kein einheitliches Score-System existiert, findet sich derzeit in der Literatur ebenfalls noch kein einheitlicher Score für die Auswertung der Fusion anhand von CT-Bildern.

Zur Messung der Knochendichte im axialen Skelett wird in den meisten Studien das etablierte Verfahren der quantitativen Computertomographie (qCT) verwendet. Anders als Projektionsverfahren wie DXA bietet qCT durch das der Dichtebestimmung zugrundeliegende Topogramm die einzigartige Möglichkeit, die Dichte trabekulären und kortikalen Knochens separat und volumetrisch in mg/cm³ Calciumhydroxil-Apatit (CaAH) zu bestimmen. Das qCT wurde Ende der 70er Jahre erstmals für die Osteodensitometrie an der Wirbelsäule eingesetzt [10,40]. Die Validität der Messungen im qCT konnte durch mehreren Studien überprüft werden. Hier wurden ähnliche Ergebnisse wie bei histomorphometrischen oder DXA-Untersuchungen erreicht [68,87]. So ist es nicht verwunderlich, dass in einigen Studien zur Spondylodese die qCT-Untersuchung zur Bestimmung der trabekulären Knochendichte verwendet wird.