Investigation of the mechanical regulation of lumbar inter-corporeal spinal fusion
Final Report Abstract
Die Degeneration der Bandscheibe zählt zu einer der häufigsten Ursachen von spezifischen Rückenschmerzen. Durch multiple Ursachen bedingt, kann es im Zuge der Degeneration zu Segmentinstabilitäten kommen. Die derzeit effektivste operative Therapie zur Behebung einer Instabilität ist die ventrale interkorporale Fusion, bei der mittels autogener Spongiosa augmentierte Cages die dauerhafte knöcherne Fusion eines oder mehrerer Wirbelsegmente erreicht werden soll. Eine der häufigsten Komplikationen der Fusion ist die Bildung einer Pseudarthrose, die mechanische (z.B. Instabilitäten, Überbeanspruchung, stress shielding) und biologische Ursachen (z.B. verminderte Vaskularisation) haben kann. Dies kann zu frühzeitigem Implantatversagen, Stabilitätsverlust oder Fehlstellungen des Implantats und Schmerzen führen, was für den Patienten zum Teil mit erheblichen Gesundheitsrisiken und der Notwendigkeit von Re-Operationen verbunden ist. Über die Abläufe der Knochenbildung während der interkorporalen Fusion ist bisher nur wenig bekannt. Das Hauptziel des beantragten Forschungsvorhabens lag darin, den Fusionsverlauf an der Lendenwirbelsäule näher zu beleuchten. Hierzu wurden parametrische Finite-Elemente-Modelle lumbaler Bewegungssegmente des Menschen und des Schafes entwickelt, in welchen Mechanik und Biologie des Fusionsprozesses interagieren. Diese Modelle wurden an zunächst validiert. Die Validierung am Menschen konnte aufgrund geringer Datenaquise und schlechter Bildqualität der uns zur Verfügung stehenden Röntgenbilder jedoch nur unzureichend durchgeführt werden. Die Modellergebnisse bleiben somit spekulativ. Die Modellvalidierung am Schaf hingegen zeigte sich vielversprechender und kann die operativen Eingriffe am Tier gut wiedergeben und Einzeleffekt erklären. Die Erkenntnisse aus dem Schafsmodell geben unter anderem Aufschluss über die Gründe, warum bei manchen Tieren der knöcherne Durchbauungsprozess sehr lange dauert bzw. der Fusionsprozess ganz und gar aussetzt. In Zukunft sollen mit diesen Modellen Cage-Designs für die Lendenwirbelsäule optimiert werden, die den Zeitraum bis zur vollständigen knöchernen Fusion gegenüber bisher eingesetzten Implantaten deutlich verkürzen und die Verankerungsfestigkeit im Knochen erhöhen. Dadurch soll das Risiko von Pseudarthrosen gesenkt und die mit Revisionsoperationen verbundenen Krankheitskosten reduziert werden.
Publications
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Bashkuev M, Reitmaier S, Schmidt H
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Andrea Calvo-Echenique, Maxim Bashkuev, Sandra Reitmaier, Amaya Pérez-del Palomar, Hendrik Schmidt
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Damm P, Reitmaier S, Hahn S, Waldheim V, Firouzabadi A, Schmidt H
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Ghezelbash F
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Bashkuev M, Checa S, Postigo S, Duda G, Schmidt H
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