Entwicklung und Validierung eines Impaktierungsverfahrens als Vergleichsstudie zwischen nativ belassenen und thermodesinfizierten Knochenchips zur Verbesserung der Stabilität und Integration von Endoprothesen in der umliegenden Knochenmatrix

Abstract

Die Rekonstruktion knöcherner Defekte bei Revisionseingriffen von Endoprothesen mit dem femoralen Impaktierungsverfahren bietet die Möglichkeit, eine langfristige knöcherne Integration mit guten klinischen Ergebnissen zu gewährleisten. Allogener, nativer kryokonservierter Knochen kommt häufig für dieses Verfahren zur Anwendung.Diese Studie untersucht die Auswirkungen der Thermodesinfektion auf das Impaktionsverhalten von Knochenchips verschiedener Geometrie mit anschließender Einzementierung im Vergleich zu nativ belassenen Knochen.Aus zuvor thermodesinfizierten bzw. nativ belassenen porcinen Femurköpfen wurden Knochenchips verschiedener Größe hergestellt. Gemäß erarbeiteter Befüllungsmethoden wurden Partikel unterschiedlicher Größe innerhalb eines Zylindermodells mit standardisierter Krafteinwirkung impaktiert. Die optimale Dichteverteilung wurde durch computertomographische Messungen des Feststoff-, Luft-, Wasser- und Fettanteils untersucht. Die für die jeweilige Behandlung beste Partikelkombination wurde daraufhin genutzt, um die im CT dargestellte Zementverteilung und Knochenkontaktfläche zu analysieren. Als statistische Methoden kamen Varianzanalysen mit Bonferroni-Korrektur sowie der LSD Post-Hoc-Test zur Anwendung. Der alpha-Fehler wurde mit 5% angegeben.Impaktierter nativer Knochen zeigt weniger Lufteinschlüsse, resultierend in einer insgesamt besseren Feststoffdichteverteilung. Im Vergleich weist die ausgewählte Methode zur Impaktierung des prozessierten Knochens mit tendenziell größeren Partikeln jedoch segmental vergleichbare Werte auf. In der zweiten Versuchsreihe stellen sich das Zementvolumen, die -penetrationsflächen sowie die Zement-Transplantat-Kontaktfläche für das native Spongiosa-Kompakta-Gemisch als insgesamt signifikant größer dar; auch die Zementverteilung ist nach distal signifikant weiterreichend.Thermodesinfektion scheint somit das Deformationsverhalten der Chips zu beeinflussen. Veränderte Kohäsionseigenschaften nach der Thermodesinfektion sind im Vergleich zum nativen Knochen zu vermuten und könnten eine abweichende Zementverteilung erklären. Thermodesinfizierter Knochen ist geeignet, eine adäquate Impaktionsdichte vergleichbar der des nativen Materials zu erreichen. Weitere Untersuchungen zur Optimierung des Kohäsionsverhaltens mit Auswirkung auf die Zementpenetration erscheinen sinnvoll. The reconstruction of bony defects during endoprosthesis revision surgery using impaction bone grafting offers the possibility of longstanding osseous integration with good clinical results. Native allogeneic, cryopreserved bone is often used for the procedure.This study investigates the influence of thermodisinfection on the impaction behavior of bone chips of different geometry with subsequent cementation compared to native bone.Bone chips of various sizes were made from previously thermodisinfected or untreated porcine femoral heads. According to the developed loading methods, particles of different sizes were impacted in a cylinder model with standardized force application. The optimal density distribution was investigated by computer tomographic measurements of the solid, air, water and fat content. The best particle combination for the respective treatment was subsequently used to analyze the cement distribution and bone contact area shown in the CT. The statistical methods used were variance analysis with Bonferroni correction and the LSD post-hoc-test. The error probability was set at alpha = 5%.Impacted native bone shows less inclusion of air resulting in an overall better distribution of density. However, the selected method for processed bone impaction with tendentially larger particles shows segmentally comparable results. In the second test series, the cement volume, the penetration area and the cement graft contact area for the native cancellous bone and compacta mixture are significantly higher; in the distal shaft area, the cement distribution is also significantly wider.Thermodisinfection thus seems to influence the deformation behaviour of the chips. Changed cohesion properties after thermodisinfection are to be assumed in comparison to native bone and could explain a different cement distribution. Thermodisinfected bone is suitable for achieving an adequate impaction density comparable to that of native material. Further investigations to optimize the cohesion behaviour with an effect on the cement penetration seem to be useful.