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Titelaufnahme

Titel
Biomechanical testing of circumferential instrumentation after multilevel cervical corpectomy
VerfasserHartmann, Sebastian
Begutachter / BegutachterinSeiz-Rosenhagen, Marcel ; Eisner, Wilhelm
GutachterThomé, Claudius ; Schmölz, Werner
Erschienen2016
HochschulschriftInnsbruck, Med. Univ., Diss., 2016
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Datum der AbgabeJuni 2016
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Korporektomie / Halswirbelsäule / additive dorsale Instrumentation / Biomechanik
Schlagwörter (EN)corpectomy / cervical / dorsal / instrumentation / biomechanics
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-4279 Persistent Identifier (URN)
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Biomechanical testing of circumferential instrumentation after multilevel cervical corpectomy [6.02 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Hintergrund

Die anteriore zervikale Korporektomie stellt eine häufig verwendete Operationsstrategie zur Dekompression des Myelons dar. Etablierte Standards zur additiven dorsalen Instrumentation in Abhängigkeit der Anzahl an resezierten Halswirbelkörper bleiben jedoch noch ausständig.

Diese biomechanische Studie evaluiert den „Range of Motion” (ROM) von anterioren und zirkumferentiell (360) versorgten Korporektomiekonstrukten nach 1-, 2- und 3- Wirbelkörperresektionen anhand humanen Frischpräparaten.

Methoden

Zwölf humane Halswirbelsäulenpräparate (C2T1) wurden in einen Wirbelsäulensimulator mit reinen Momenten von 1,5 Nm in Seitwärtsbeugung, Flexion/Extension und axialer Rotation, gefolgt von zwei zyklischen Belastungstests, evaluiert. Nach jeder Belastungstestung wurde eine Gruppe mit alleiniger anteriorer Stabilisierung (group_1; n=6) und eine Gruppe mit zirkumferentieller Instrumentation (group_2; n=6) erneut auf Flexibilität untersucht.

Die folgenden Instrumentationen wurden getestet: (a) intakte Wirbelsäule, (b) 1-, (c) 2- und (d) 3-Level Korporektomie mit und ohne dorsaler Instrumentation, (e.1) zyklische Belastungstestung der group_1; (e.2) zyklische Belastungstestung der group_2.

Resultate

Das mittlere Alter betrug 78 13 Jahre mit einer durchschnittlichen Knochendichte (Bone Mineral Density, BMD) von 187 mg/cm3 ( 66 mg/cm3) ohne signifikanten Unterschied in BMD zwischen group_1 und group_2.

Die 360 Instrumentation zeigt in der Flexibilitätstestung eine signifikante Bewegungsabnahme im Vergleich zum intakten Zustand bzw. zur alleinigen anterioren Stabilisierung unabhängig von der Anzahl der resezierten Wirbelkörper und der Bewegungsrichtung (P < 0.05). Vergleicht man den intakten Zustand mit der additiven dorsalen Instrumentation nach der 3-Level- Korporektomie, so zeigt sich eine signifikante Reduktion des ROM auf 12% (10) in Seitwärtsbeugung, 9% ( 12) in Flexion/ Extension und 22% ( 18) in axialer Rotation.

Die anteriore Stabilisierung zeigt im Vergleich zum intakten Zustand nur in Flexion/Extension eine signifikante Reduktion des Bewegungsumfangs von 57% ( 35) für die 1-, 60% ( 27) für die 2- und 62% ( 35) für die 3- Level- Korporektomie. Bei Seitwärtsbeugung sowie axialer Rotation repräsentiert die 3- Level- Korporektomie mit alleiniger anteriorer Instrumentation das gleiche Stabilisationspotenzial als der uninstrumentierte Zustand.

Zusammenfassend zeigt sich eine signifikante Bewegungszunahme ausgehend von einer 1- Level- zur 3- Level Korporektomie in den einzelnen Bewegungsrichtungen mit Ausnahme der zirkumferentiellen Stabilisation für Flexion/Extension.

Zusammenfassung

Eine 3- Level- Korporektomie mit alleiniger anteriorer Stabilisierung zeigt ein erhöhtes Instabilitätspotential, welches klinisch zu einer höheren Komplikationsrate führen kann. Eine zirkumferentielle Stabilisierung bedeutet für den Patienten einen weiteren dorsalen Eingriff, erscheint jedoch aus biomechanischer Sicht bereits bei 2- Level- Korporektomien in ausgewählten Fällen (Osteoporose, rheumatoiden Arthritis, etc.) als sinnvoll.

Zusammenfassung (Englisch)

Summary of Background Data

Cervical multilevel corpectomy is a widely used procedure, but there is a lack of recommendations on when to perform supplementary dorsal fixation. This ex vivo study evaluates the range of motion (ROM) required to characterize stability and assess the need for additional dorsal fixation after cervical single-level, two-level, or multilevel corpectomies (CEs) to elucidate biomechanical differences between anterior-only instrumentation and additional dorsal instrumentation.

Methods

Twelve cadaveric human cervical spines (C2T1) were loaded into a spine tester with pure moments of 1.5 Nm in lateral bending (LB), flexion/extension (FE), and axial rotation (AR) followed by two cyclic loading periods. After each cyclic loading session, flexibility tests were performed for the anterior-only instrumentation group (group_1, six specimens) and for the group with circumferential instrumentation (group_2, six specimens). The following states were tested: (a) intact, (b) 1-level, (c) 2-level and (d) 3-level corpectomies with and without dorsal fixation; (e.1) cyclic loading in group_1; (e.2) cyclic loading in group_2.

Results

The mean age of the donors for the specimens was 78 13 years, with a bone mineral density (BMD) of 187 mg/cm3 ( 66 mg/cm3). In the flexibility tests, all 360 instrumentations showed a significant decrease in ROM in comparison with the intact state and the anterior-only instrumentations, regardless of the number of resected levels and the direction of movement (all P < 0.05). In comparison with the intact state, supplementary dorsal instrumentation after 3- level CE decreased the ROM to 12% ( 10), 9% ( 12), and 22% ( 18) in LB, FE, and AR, respectively.

By contrast, the anterior-only construct outperformed the intact state only in FE, with significant ROM reductions of 57% ( 35), 60% ( 27), and 62% ( 35) for 1-level, 2-level, and 3-level CEs, respectively. In LB and AR, the 3-level CE with anterior-only instrumentation had the same stabilization potential as the intact state (94% ( 36) and 106% ( 52) of the intact state, respectively; P > 0.05). In conclusion, there is a statistical increase in ROM between the 1-level and 3-level corpectomies for anterior-only and 360 instrumentation, with the exception of circumferential instrumentation in FE (P < 0.05). Two specimens (one in each group) showed screw/plate displacement and cage dislocation before the two cyclic loading periods; in one specimen (group_1), this occurred after the first cyclic loading period.

Conclusion

A three-level corpectomy with an anterior-only construct shows increased instability, which may lead to a high failure rate (screw pull-out/toggling, graft or plate displacement). Supplementary dorsal instrumentation stabilizes the corpectomies, but requires a second approach. From the biomechanical point of view, a two-level corpectomy with dorsal instrumentation already appears to be useful for decreasing the complication rate in selected patients.