Sheep are commonly used as animal model for in vivo testing of new spinal implants as well as surgical procedures. Therefore, extensive knowledge of the precise morphometry and biomechanics features of sheep spine is crucial for experimental design and interpretation of results obtained in these trials. Little is known about the sheep spine. Therefore, the current study, which comprises of two parts, aimed to gain more knowledge concerning the
morphometry of sheep thoracolumbar spine.
The first part aimed to document the morphometry of the sheep thoracolumbar vertebrae and to assess the feasibility of using sheep lumbar vertebrae as a model for human spine researches based on morphometric comparison. For this reason, computed tomographic
(CT) scanning was carried out in five clinically healthy female Merino sheep (2 years, 62 ±
5.3 kg) under general anaesthesia. CT images were reformatted with 1-mm slice thickness from T2 through L6. The CT images were reformatted in transverse and sagittal planes using
multiplaner reconstruction algorithm. Subsequently, CT images were transferred to a workstation and reviewed with dedicated software for measuring the dimensions of the vertebral bodies, spinal canal, intervertebral disc, and pedicles. Based on the generated morphometric data of the sheep lumbar vertebrae, four spinal indices and Pavlov’s ratio were calculated as well as the volume of the vertebral bodies. The spinal indices were concavity index, endplate index, spinal canal index and pedicle index. For measuring vertebral body volume, the transverse CT data were reformatted in 5-mm slice thickness and imported in dedicated software. Thereafter, the four spinal indices and the volume were compared to human published data. The parameter was defined comparable if the ratio sheep/human of each individual vertebra showed variation less than 20%.
The second part of the current work aimed to provide quantitative morphometric data of the thoracolumbar dural sac and describe the anatomical relationship between the dural sac and its surrounding osseous structures of the spine. To achieve these aims, computed assisted
myelography was carried out in five adult female blackhead sheep (2.0 ± 0.4 years, 80.6 ±
28.7 kg) under general anaesthesia. Transverse images were acquired with 2-mm slice thickness from T1 to L6. Sagittal and transverse diameters and cross-sectional area of the
dural sac and the spinal canal were measured on CT images. To determine the anatomical relationship between the dural sac and osseous structures of spinal canal, the pedicle-dural sac distance and available space for dural sac were calculated.
The morphometric data showed that the sheep thoracolumbar vertebral bodies and the spinal canal were wider than they were deep, most obviously in the lumbar vertebrae. The intervertebral discs were as much as 57.4% thicker in the lumbar than in the thoracic spine.
The pedicles were higher and longer than they were wide over the entire thoracolumbar spine. Compared to humans, sheep lumbar vertebral body volumes were 48.6% smaller. The comparison of absolute values between both species revealed that sheep had smaller, longer and narrower vertebral bodies, thinner intervertebral discs, narrower spinal canal and narrower, higher pedicles. The comparison of the spinal indices showed a good comparability to human in terms of the vertebral endplate and spinal canal.
The results of the second parts showed that the dural sac area covered 45.9% and 49.0% of the thoracic and lumbar vertebral canal area, respectively, and it is significantly (positive) correlated with the transverse diameter as well as area of the vertebral canal. The pedicledural sac distance in the lumbar vertebrae was up to 15.8% larger than in the thoracic ones.
The clinical relevance of the current study, the sheep lumbar spine has good comparability to that of humans in terms of the vertebral endplate regions and spinal canal, suggesting that a sheep spinal model would be appropriate for studying artificial intervertebral discs, implantation of intervertebral fusion, etc. With regard to sheep pedicles, can be used as a model for spinal implant conditioned by adaptation of implant size to sheep pedicel dimensions. The lumbar vertebral canal shows more space for the dural sac, which seems to be safer for testing fixation spinal implants. / Schafe werden häufig als Tiermodell für In-vivo-Versuche verwendet, um neue
Wirbelsäulenimplantate sowie chirurgische Prozeduren zu testen. Daher ist die umfassende Kenntnis der präzisen Morphometrie und der biomechanischen Merkmale der Schafwirbelsäule entscheidend für das experimentelle Design und die Interpretation der Ergebnisse in den Studien. Es sind wenige Daten über die Schafwirbelsäule bekannt. Auf Grund dessen zielt die aktuelle Studie darauf ab, mehr Wissen über die Morphometrie der
thorakolumbalen Wirbelsäule von Schafen zu gewinnen.
Der erste Teil dieser Studie soll die Morphometrie der Brust- und Lendenwirbelsäule dokumentieren. Das Ziel besteht darin, die Verwendung von Schaflendenwirbeln als Modell für die menschliche Wirbelsäule im morphometrischen Vergleich beurteilen zu können. Aus diesem Grund wurden Computertomographische Untersuchungen (CT) von fünf klinisch gesunden weiblichen Merino-Schafen (2 Jahre, 62 kg ± 5,3 kg) unter Allgemeinanästhesie durchgeführt. Die CT-Bilder wurden mit einer Schichtdicken von 1 mm aus T2 bis L6 gewonnen. Anschließend wurden die CT-Bilder in der transversalen und sagittalen Ebene multiplanar reformatiert. Danach wurden Messungen und Bewertungen mit einer geeigneten Software an den Wirbelkörpern, Wirbelkanälen, Bandscheiben und Pedikeln durchgeführt.
Basierend auf den erzeugten morphometrischen Daten der Schaflendenwirbel wurden vier Wirbelsäulen-Indizes und Pavlov’s-ratio sowie das Volumen der Wirbelkörper berechnet. Die Wirbelsäulen-Indizes stellten den Konkavitäts-, Endplatten-, Spinalkanal- und Pedikel-Index dar. Für die Messung des Volumens von Wirbelkörpern wurden die transversalen CT-Daten in 5 mm Schichtdicke formatiert und in geeignete Software eingefügt. Danach wurden die vier Indizes-Wirbelsäulen und das Volumen der Lendenwirbelkörper mit den veröffentlichten Daten von menschlichen Wirbeln verglichen. Sie wurden als „vergleichbar“ definiert, wenn das Verhältnis Schaf-Mensch jedes einzelnen Wirbels Variationen von weniger als 20 % aufwies.
Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit hat zum Ziel, quantitative morphometrische Daten des thorakolumbalen Duralsacks zu ermitteln. Weiterhin sollen die anatomischen
Beziehungen zwischen dem Duralsack und seinen umliegenden knöchernen Strukturen der Wirbelsäule beschrieben werden. Dazu wurden CT-Myelographien an fünf erwachsenen weiblichen Schwarzkopfschafen (2 Jahre ± 0,4 Jahre, 80,6 kg ± 28,7 kg) unter Allgemeinanästhesie durchgeführt. Transversale CT-Bilder wurden mit 2 mm Schichtdicke von T1 bis L6 gemessen. Sagittal- und Transversal-Durchmesser sowie die Querschnittsfläche von Duralsack und Wirbelkanal wurden auf CT-Bildern gemessen. Um die anatomische Beziehung zwischen dem Duralsack und den knöchernen Strukturen des Wirbelkanals zu ermitteln, wurden der Pedikel-Duralsack-Abstand und das Platzangebot für den Duralsack berechnet.
Die Wirbelkörper und der Wirbelkanal der ovinen thorakolumbalen Wirbelsäule sind breiter als tief, vor allem im Bereich der Lendenwirbel. Die Bandscheiben sind in der
Lendenwirbelsäule 57,4 % dicker als in der Brustwirbelsäule. Die Pedikel der Brust- und Lendenwirbelsäule waren höher und länger als breit. Im Vergleich zum Menschen ist das Volumen von Schaflendenwirbelkörpern 48,6 % kleiner. Der Vergleich der absoluten Werte zwischen den beiden Spezies ergab, dass Schafe kleinere, längere und schmalere Wirbelkörper, dünnere Bandscheiben, einen schmaleren Spinalkanal und schmalere, höhere Pedikel besitzen. Der Vergleich der Wirbelsäulen-Indizes zeigte eine gute Vergleichbarkeit mit menschlichen Wirbelendplatten und Wirbelkanälen.
Im zweiten Teil der Studie konnte festgestellt werden, dass die Duralsackfläche 45,9 % des Brustwirbelkanals und 49,0 % des Lendenwirbelkanals einnimmt. Die Duralsackfläche korreliert deutlich positiv mit dem Querdurchmesser und der Fläche des Wirbelkanals. Der Pedikel-Duralsack-Abstand in der Lendenwirbelsäule war bis zu 15,8 % größer als in der Brustwirbelsäule.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:13003 |
| Date | 08 July 2014 |
| Creators | Mageed, Mahmoud |
| Contributors | Brehm, Walter, Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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