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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Biomechanische Analyse interspinöser Implantate

Meeting Abstract

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  • presenting/speaker Stefan Lehner - TU München, Lehrstuhl für Ergonomie, Fachgebiet für Sportgeräte und -materialien, Garching, Germany
  • Sven Hermann - Orthopädische Klinik und Poliklinik der Universität Rostock, Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie, Rostock, Germany
  • Daniel Klüß - Orthopädische Klinik und Poliklinik der Universität Rostock, Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie, Rostock, Germany
  • Rainer Bader - Orthopädische Klinik und Poliklinik der Universität Rostock, Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie, Rostock, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocWI56-1467

DOI: 10.3205/12dkou333, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou3336

Veröffentlicht: 2. Oktober 2012

© 2012 Lehner et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Nach der intervertebralen Fusion von Wirbelsegmenten können postoperativ unerwünschte Effekte wie Überbeanspruchung und Degeneration der Nachbarsegmente auftreten. Daher wird in bestimmten Fällen versucht, diese mit dynamischen Implantatsystemen - z.B. mit interspinösen Systemen - mobil zu halten und deren Degeneration zu verhindern. Jedoch ist über die biomechanischen Effekte auf die Wirbelsegmente im Patienten bislang wenig bekannt. Daher soll mit Hilfe eines muskuloskelettalen Computermodells das interspinöse Implantatsystem hinsichtlich veränderter Kinematik und Belastungen im betroffenen Wirbelsegment und -facettengelenk evaluiert werden.

Methodik: Ein komplexes Mehrkörpersystem (MKS) der Lendenwirbelsäule wurde mit dem Programm SIMPACK (SIMPACK AG, Gilching) mit generischen Modellen der Wirbelsegmente L1 bis L5 und dem Os sacrum sowie dem Beckenknochen erstellt. Modelle der passiven Weichteilstrukturen wurden mit validierten, viskoelastischen Kraftelementen realisiert. Die Wirbelgelenke wurden mit jeweils 6 Freiheitsgraden modelliert. Die Berechnung der resultierenden Kräfte und Momente erfolgte in Abhängigkeit der Querschnittsflächen und der Höhen der Zwischenwirbelscheiben. Die resultierenden Kräfte in den Bandstrukturen wurden mit einem Kraftmodell in Abhängigkeit von den Querschnittsflächen ermittelt. Die Muskulatur wurde mit einem konstanten Muskeltonus modelliert.

Die resultierenden Bewegungen und Belastungen wurde für den Gang in der Ebene unter Einleitung realistischer Kräfte und Momente (aus der Orthoload Datenbank) analysiert. Neben der Untersuchung des Ausgangssituation im nativen Gelenk (Abstand der Dornfortsätze von 7,25 mm) wurde nach dem virtuellen Einsetzen eines interspinösen Implantats im Segment L3-L4 drei verschiedene Implantathöhen (modelliert als Feder-Dämpferelement zwischen den beiden Dornfortsätzen mit einer Höhe von 8 mm, 9 mm und 10 mm) simuliert und die resultierenden Belastungen evaluiert .

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Während das resultierende Moment in der sagittalen Ebene (Flexion-Extensionsbewegung) im Segment L3-L4 für den Gang in der Ebene im gesunden Gelenk einen Wert um +5 Nm zeigt, wechselt nach Einbringen des Implantats das Vorzeichen des Moments, mit Werten zwischen -8 Nm für 8 mm und -15 Nm für 10 mm Implantathöhe.

Die max. Kompressionskraft in der Zwischenwirbelscheibe in axialer Richtung steigt nach Einbringen des des interspinösen Implantats von 618 N (nativ) bis auf 945 N (10 mm) an. Auch die Kontaktkraft in den Facettengelenken zeigt eine Anstieg von 100 N bei einer Implantathöhe von 10 mm.

Das Einbringen eines interspinösen Implantats kann die Biomechanik im Wirbelgelenk verändern. Bei Einsetzen eines interspinösen Implantats verändert sich die Richtung des wirkenden Rotationsmoment in der sagittalen Ebene, erhöht sich die Kompressionskraft in der Zwischenwirbelscheibe und die Kontaktkraft in den Facettengelenken des betroffenen Wirbelsegments.