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Simulation der Zementinjektion an Knochenschrauben

Knochenschraube

Operative Stabilisationen im Bereich der Wirbelsäule werden gegenwärtig größtenteils mit Pedikelschrauben-Stab-Systemen realisiert. Dabei werden die Schrauben in benachbarte Wirbelkörper eingebracht und mit Stäben verbunden, um die Stabilität wiederherzustellen. Dieser Eingriff kann aufgrund von Frakturen, Infektionen, Skoliose und weiteren Krankheiten notwendig werden. Häufig von Instabilitäten der Wirbelsäule betroffen sind Osteoporose-Patienten, deren Zahl aufgrund des demografischen Wandels immer weiter steigt. Bei diesen tritt jedoch das Problem auf, dass die Schrauben aufgrund des durch die Krankheit strukturgeschwächten Knochens nicht stabil verankert werden können. Deshalb werden die Pedikelschrauben in solchen Fällen zunehmend mit Knochenzement im Wirbel fixiert. Anfangs war es noch nötig, den Zement vor der Schraube in den Knochen einzubringen, doch mittlerweile gibt es spezielle fenestrierte Schrauben, mit denen der Zement nach der Platzierung der Schraube eingespritzt werden kann. So kann der gesamte Injektionsvorgang mit Röntgenstrahlung überwacht werden und das Risiko des unkontrollierten Austritts des Zements in den Spinalkanal sinkt, da der Vorgang unmittelbar gestoppt werden kann. Der Ablauf der Zementinjektion kann auch mithilfe der numerischen Strömungssimulation abgebildet werden. Dabei wird ein festgelegtes Simulationsgebiet diskretisiert und die Strömung darin mit definierten Randbedingungen und Simulationsparametern berechnet. So können unterschiedliche Materialparameter des Zements (z.B. Viskosität) und der Schraube (z.B. Lage und Anzahl der Fenestrierungen) getestet und die Zementaugmentation der Pedikelschrauben weiter verbessert werden.

Sven Münsterjohann

  • Tätigkeit: Wiss. Mitarbeiter