Zur Beurteilung von bewegungserhaltenden Wirbelsäulenimplantaten stellen In-vitro-Tests Informationen zu biomechanischen Eigenschaften der spinalen Bewegungssegmente bereit. Aufgrund des aufrechten Gangs des Menschen bei der Fortbewegung sind Tierstudien nicht geeignet. Stattdessen werden Wirbelsäulensimulatoren, in denen Kadaverpräparate befestigt sind (spine simulators with cadavers = SSCs) und Finite-Elemente-Modelle (finite element models = FEMs) als alternative und komplementäre In-vitro-Testmethoden verwendet, um die Biomechanik der menschlichen Wirbelsäule zu beurteilen. Eine der Hauptfunktionen des spinalen Bewegungssegments sowie der bewegungserhaltenden Implantate ist das Bewegungsausmaß (range of motion = ROM). In dieser Arbeit werden die segmentalen ROM-Daten, welche durch die beiden In-vitro- Testmethoden SSC und FEM generiert wurden, verglichen. Es soll herausgefunden werden, ob beide Testmethoden die gleichen Ergebnisse für gleiche Bewegungssegmente, gleiche Bewegungsrichtungen und gleiche totale Bandscheibenprothesen vom Ball-und-Kugel-Typ (ball- and-socket total disc replacement = bsTDR) liefern. Dazu werden auf Grund der Studienlage exemplarisch die lumbalen ROM-Daten aus 21 SSC- Studien und 16 FEM-Studien extrahiert, wodurch ermöglicht wird, 39 SSC- und 31 FEM- Metaanalysen (meta-analyses = MAs) zu erstellen. Zusätzlich werden 20 Vergleichsanalysen zu SSCs und FEMs durchgeführt. Im Vergleich zum zunächst untersuchten intakten lumbalen spinalen Bewegungssegment wird nach Implantation von bsTDRs bei SSCs die ROM in nur 59 Prozent (n=23/39) der MAs wiederhergestellt. In FEMs wird die ROM dagegen in 90 Prozent der MAs wiederhergestellt (n=28/31). In den 20 Analysen zum direkten Vergleich von SSCs und FEMs besteht ein signifikanter Unterschied der ROM in zehn Prozent (n=2/20). Mit der Analysetechnik dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz geschaffen, um die beiden abhängigen In-vitro-Testmethoden SSC und FEM vergleichen zu können. Aus den erhaltenen lumbalen segmentalen ROM-Daten für mehrere Bewegungssegmente, Bewegungsrichtungen und bsTDRs vor und nach dem Einsetzen der Implantate ist zu schlussfolgern, dass SSC- und FEM-Daten nicht uneingeschränkt alternativ und komplementär verwendet werden können. Die Ursachenfindung für die unterschiedlichen Ergebnisse ist nicht Bestandteil dieser Arbeit. Weitere Vergleiche zwischen SSC- und FEM-Daten sollten erfolgen, gegebenenfalls mit anderen Kriterien und Endpunkten, um die Komplexität der Wirbelsäule über Daten so gut als möglich abzubilden, insbesondere zur Überprüfung von bewegungserhaltenden Implantaten.
In vitro tests provide information on the biomechanical properties of the spinal motion segments for the assessment of spinal implants that maintain motion. Animal studies are unsuitable for this because of the upright gait of humans when moving. Instead, spine simulators in which cadavers are fixed (spine simulators with cadavers = SSCs) and finite element models (FEMs) are used as alternative and complementary in vitro test methods to assess the biomechanics of the human spine. One of the main functions of the spinal motion segment and the motion-retaining implants is the range of motion (ROM). In this thesis, the segmental ROM data generated by the two in vitro test methods SSC and FEM are compared. The target is to find out whether both test methods provide the same results for the same motion segments, the same directions of motion and the same total disc prostheses of the ball-and-socket total disc replacement (bsTDR) type. For this purpose, based on the study situation, the lumbar ROM data are extracted from 21 SSC studies and 16 FEM studies, which makes it possible to create 39 SSC and 31 FEM meta- analyses (meta-analyses = MAs). In addition, 20 comparative analyses of SSCs and FEMs are carried out. Compared to the initially examined intact lumbar spinal motion segment, after implantation of bsTDRs in SSCs, the ROM is restored in only 59 percent (n = 23/39) of the MAs. In FEMs, on the other hand, the ROM is restored in 90 percent of the MAs (n = 28/31). In the 20 analyses for the direct comparison of the ROM of SSCs and FEMs, there is a significant difference in ten percent (n = 2/20). With the analysis technique of this thesis, a new approach is created to compare the two dependent in vitro test methods SSC and FEM. From the lumbar segmental ROM data obtained for several motion segments, motion directions and bsTDRs before and after the insertion of the implants, it can be concluded that SSC and FEM data cannot be used alternatively and complementarily without restrictions. Finding the cause for the different results is not part of this work. Further comparisons between SSC and FEM data should be made, possibly with other criteria and endpoints, in order to map the complexity of the spine as well as possible using data, especially for checking motion-retaining implants.
