Fragestellung und Ziel: Die Transplantation von autologer Spongiosa aus dem Beckenkamm wird routinemäßig zur Rekonstruktion von Kieferspalten eingesetzt. Das Alter der Patienten liegt zwischen 7 und 12 Jahren. Im Erwachsenenalter findet sie häufig zur Augmentation vor Implantation oder bei knöchernen Defekten Verwendung. Da es bisher keine 3D-basierten quantitativen Daten zur Spongiosastruktur des kindlichen Beckenkamms gibt, haben wir mittels µCT und anschließendem Bone Assessment sowie histologisch kindlichen mit adultem Beckenkammknochen verglichen. Es wurde weiterhin untersucht, ob und wie sich Beckenkammspongiosa während Kindheit und Adoleszenz altersdingt verändert und ob während dieser Entwicklungsphase Unterschiede zwischen den Geschlechtern bestehen.
Material und Methode: Bei 25 Kindern/Jugendlichen im Alter von 7-18 Jahren (Gruppe A) und bei 9 Erwachsenen im Alter von 49-67 Jahren (Gruppe B) wurden iliakale Spongiosaproben (Zugang 1 cm dorsal der Spina iliaca anterior superior) entnommen. Die Knochenproben wurden in 4% gepufferter Formalinlösung gelagert und im µCT (vivaCT 40 Scanco Medical AG, Brüttisellen, Schweiz) erfasst. Aus den Daten wurden digital beurteilbare Trepane (probenabhängig 2,6 x 2,6 x 2,1 mm/ 1,7 x 1,7 x 2,1 mm) als Volume of Interest (VOI) im festgelegt. Mittels der proprietären Software konnte deren dreidimensionale Struktur quantifiziert und zu Visualisierungszwecken 3D-Darstellungen berechnet werden. Zur Prüfung von Arealen mit ungewöhnlicher Trabekelarchitektur wurden ausgewählte Knochenproben als Trenn-Dünnschliffe (Dicke ca. 50 µm) präpariert, deren Schnittebene mittels einer eigens entwickelten Methode aus der µCT-Ebene arbiträr übernommen wurde. Die Präparate wurden mit einem Mikroskop (Olympus VanoxT, Olympus GmbH, Hamburg, Deutschland) an ungefärbten Schnitten, unter polarisiertem Licht und gefärbt mit Giemsa untersucht. Statistik: Gruppenunterschiede wurden mit dem Mann-Whitney-U-Test beziehungsweise dem t-Test für Geschlechterunterschiede untersucht. Die Korrelationsanalyse erfolgte nach Spearman. Alle Tests waren zweiseitig und erfolgten auf dem 5% Signifikanzniveau.
Ergebnisse: Volumen des segmentierten Knochens (BV/TV), Trabekeldicke (Tb.Th), Knochenmarkraumdurchmesser (Tb.Sp), Structure Model Index (SMI), Oberfläche des segmentierten Knochens (BS/BV), Dichte des Knochengewebes (Mean of TV), Dichte des segmentierten Knochenvolumens (Mean of BV) unterschieden sich zwischen beiden Gruppen signifikant (p < 0,05). Die separate Untersuchung der Gruppe A (7-18 Jahre) ergab für die Oberfläche des segmentierten Knochens (BS/BV) eine signifikante Abnahme mit steigendem Alter (rsp=-0,453; p=0,026), alle anderen Messwerte zeigten keine Alterskorrelation. Es gab keine Unterschiede zwischen den Geschlechtern. 64 % der jungen Proben zeigten in den µCT-Aufnahmen Areale sehr kleinmusteriger Spongiosa. An diese Bereiche grenzte im histologischen Schnitt hyaliner Blasenknorpel. Wir deuten diese Areale als Zonen perichondraler Ossifikation.
Schlussfolgerung: Es bestehen signifikante quantitative Strukturunterschiede zwischen adulten und kindlichen Beckenkammtransplantaten. Das gewonnene mineralisierte Knochenvolumen vermindert sich im Alter.
Purpose: Bone grafts from the iliac crest are routinely used for jaw reconstructions in cleft patients. These patients are usually between the ages of 7 and 12 years. In adults iliac crest bone grafts are often used for the augmentation of alveolar ridge defects prior to dental implantation. To date there is no 3D-based quantative data of iliac crest cancellous bone microarchitecture in children. We compared paediatric bone specimens with adult iliac crest bone using µCT and histology. The architecture of the paediatric specimens was also assessed for age-related changes and sexual dimorphism.
Methods: A total of 25 paediatric (7 – 18 years) and 9 adult (49-67 years) iliac crest bone grafts were included in this study. The samples were stored in 4% buffered formalin and micro-computed tomography scanned (vivaCT40, Scanco Medical AG, Brüttisellen, Switzerland). From these data, digitally assessable trepans (size dependent 2.6 x 2.6 x 2.1 mm / 1.7 x 1.7 x 2.1 mm) were defined as volumes of interest (VOI). The microstructure was quantified and, for visualization purposes, 3D-images were calculated. Then, to verify of areas with unusual trabecular architecture, a method was developed to transcribe µCT slice planes into EXACT cut thin-ground technology prepped histological sections. These sections (unstained and Giemsa-stained) were light-microscopically assessed (VanoxT, Olympus GmbH, Hamburg, Germany) under common and polarized light. Statistics: Group differences were assessed using the Mann-Whitney-U-Test or t-test for sexual dimorphism respectively. For correlation analysis Spearman rank was used. All tests were conducted as two-tailed with a significance level of 5%.
Results: The 3D outcomes for trabecular bone microarchitecture bone volume fraction (BV/TV), trabecular thickness (Tb.Th), trabecular separation (Tb.Sp), structure model index (SMI), specific-bone surface (BS/BV), density of bone tissue (Mean of TV) and density of segmented bone volume (Mean of BV) differed significantly between groups (p < 0.05). The separate assessment for age-related changes between 7 and 18 year olds showed a significant decrease with rising age (rsp= -0.453; p=0.026) for bone specific surface (BS/BV). All other measurements did not correlate significantly with age. There were no sex differences found in paediatric individuals. 64 % of the paediatric specimens contained areas of finely woven trabeculae. Hyaline cartilage was histologically identified immediately adjacent to these areas and we hypothesise these areas are zones of perichondral ossification.
Conclusion: The obtained mineralized tissue volume in adult iliac crest bone grafts is reduced due to significant quantitative structure differences between children and adults.
