Skip to main content

Versteifungseinfluss eines transsakralen Fusionssystems

Eine probabilistische Finite-Elemente-Analyse und Sensitivitätsstudie

Stiffening effect of a transsacral fusion system for the lumbosacral junction

A probabilistic finite element analysis and sensitivity study

Zusammenfassung

Das neuartige transsakrale Fusionssystem AxiALIF erlaubt die Stabilisierung des lumbosakralen Übergangs. Das System besteht aus einer Schraube, die 2 unterschiedliche Durchmesser hat. Durch zusätzliche Facettenschrauben oder Fixateure kann eine 360°-Fusion erreicht werden. Die Einflüsse verschiedener Parameter wie Länge, Durchmesserkombination und Material der transsakralen Schraube, Art der zusätzlichen Fixierung sowie Steifigkeit des Knochens sind nicht bekannt.

In einer probabilistischen Finite-Elemente-Studie wurden die Eingabeparameter zufällig variiert. Berechnet wurden die Rotationswinkel und die Axialkräfte in den verschiedenen Implantaten für 4 verschiedene Lastfälle. In einer anschließenden Sensitivitätsanalyse wurden die Einflüsse der einzelnen Eingabeparameter auf die Ergebnisvariation berechnet. Durch die transsakrale Schraube wird die Beweglichkeit im behandelten Segment deutlich reduziert, außer bei der axialen Rotation. Eine zusätzliche Fixierung hat einen großen Einfluss auf die Variation der Rotation. Die anderen Parameter erklären üblicherweise weniger als 10% der Ergebnisstreuung.

Das lumbosakrale Fusionssystem erlaubt eine gute Stabilisierung des Segments, besonders in Verbindung mit einer zusätzlichen Fixierung.

Abstract

The novel transsacral fusion system AxiALIF allows stabilization of the lumbosacral junction. The system consists of a screw with two different diameters. With additional facet screws or internal fixation devices 360° fusion can be achieved. The effects of different parameters such as length, diameter combination and material of the transsacral screw, type of additional fixation and stiffness of the bone are unknown.

In a probabilistic finite element analysis, the input parameters were randomly varied. The rotational angles and the axial forces in the various implants were calculated for four different load scenarios. In a subsequent sensitivity study the influences of single input parameters on the variance of the results were calculated. A transsacral screw significantly reduces the motion in the treated segment, except for axial rotation. An additional fixation has a strong effect on the variance of rotation angles. The other parameters usually explain less than 10% of the variance.

The novel lumbosacral fusion system allows good stabilization of the segment, especially when additional fixation via facet screws or fixators is performed.

This is a preview of subscription content, access via your institution.

Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5
Abb. 6

Literatur

  1. Aryan HE, Newman CB, Gold JJ et al (2008) Percutaneous axial lumbar interbody fusion (AxiaLIF) of the L5-S1 segment: initial clinical and radiographic experience. Minim Invasive Neurosurg 51:225–230

    PubMed  Article  CAS  Google Scholar 

  2. Devine JG, Gloystein D, Singh N (2009) A novel alternative for removal of the AxiaLif (TranS1) in the setting of pseudarthrosis of L5-S1. Spine J 9:910–915

    PubMed  Article  Google Scholar 

  3. Eberlein R, Holzapfel GA, Schulze-Bauer CAJ (2000) An anisotropic model for annulus tissue and enhanced finite element analysis of intact lumbar disc bodies. Comp Meth Biomech Biomed Eng 4:209–229

    Article  Google Scholar 

  4. Erkan S, Wu C, Mehbod AA et al (2009) Biomechanical evaluation of a new AxiaLIF technique for two-level lumbar fusion. Eur Spine J 18:807–814

    PubMed  Article  Google Scholar 

  5. Marotta N, Cosar M, Pimenta L et al (2006) A novel minimally invasive presacral approach and instrumentation technique for anterior L5-S1 intervertebral discectomy and fusion: technical description and case presentations. Neurosurg Focus 20:E9

    PubMed  Article  Google Scholar 

  6. Nolte LP, Panjabi MM, Oxland TR (1990) Biomechanical properties of lumbar spinal ligaments. In: Heimke G, Soltesz U, Lee AJC (eds) Clinical implant materials, Advances in Biomaterials. Elsevier, Heidelberg, pp 663–668

  7. Rohlmann A, Bauer L, Zander T et al (2006) Determination of trunk muscle forces for flexion and extension by using a validated finite element model of the lumbar spine and measured in vivo data. J Biomech 39:981–989

    PubMed  Article  Google Scholar 

  8. Rohlmann A, Zander T, Bergmann G (2005) Effect of total disc replacement with ProDisc on the biomechanical behavior of the lumbar spine. Spine 30:738–743

    PubMed  Article  Google Scholar 

  9. Rohlmann A, Zander T, Bergmann G (2006) Spinal loads after osteoporotic vertebral fractures treated by vertebroplasty or kyphoplasty. Eur Spine J 15:1255–1264

    PubMed  Article  Google Scholar 

  10. Rohlmann A, Zander T, Rao M et al (2009) Realistic loading conditions for upper body bending. J Biomech 42:884–890

    PubMed  Article  CAS  Google Scholar 

  11. Rohlmann A, Zander T, Schmidt H et al (2006) Analysis of the influence of disc degeneration on the mechanical behaviour of a lumbar motion segment using the finite element method. J Biomech 39:2484–2490

    PubMed  Article  Google Scholar 

  12. Sharma M, Langrana NA, Rodriguez J (1995) Role of ligaments and facets in lumbar spinal stability. Spine 20:887–900

    PubMed  Article  CAS  Google Scholar 

  13. Shen FH, Samartzis D, Khanna AJ et al (2007) Minimally invasive techniques for lumbar interbody fusions. Orthop Clin North Am 38:373–386

    PubMed  Article  Google Scholar 

  14. Shirazi-Adl A, Ahmed AM, Shrivastava SC (1986) Mechanical response of a lumbar motion segment in axial torque alone and combined with compression. Spine 11:914–927

    PubMed  Article  CAS  Google Scholar 

  15. Stippler M, Turka M, Gerszten PC (2008) Outcomes after percutaneous TranS1 AxiaLIF L5-S1 interbody fusion for intractable lower back pain. Internet J Neurosurg 5(1)

  16. Ueno K, Liu YK (1987) A three-dimensional nonlinear finite element model of lumbar intervertebral joint in torsion. J Biomech Eng 109:200–209

    PubMed  Article  CAS  Google Scholar 

  17. Zander T, Rohlmann A, Bergmann G (2009) Influence of different artificial disc kinematics on spine biomechanics. Clin Biomech 24:135–142

    Article  Google Scholar 

  18. Zander T, Rohlmann A, Bock B et al (2007) Biomechanische Konsequenzen von verschiedenen Positionierungen bewegungserhaltender Bandscheibenimplantate. Eine Finite-Elemente-Studie an der Lendenwirbelsäule. Orthopade 36:205–211

    PubMed  Article  CAS  Google Scholar 

  19. Zander T, Rohlmann A, Calisse J et al (2001) Estimation of muscle forces in the lumbar spine during upper-body inclination. Clin Biomech 16:S73–S80

    Article  Google Scholar 

Download references

Interessenkonflikt

Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Ro 581) unterstützt. Es bestehen keine Interessenkonflikte.

Author information

Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to A. Rohlmann.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Boustani, H., Rohlmann, A., Abouezzeddine, O. et al. Versteifungseinfluss eines transsakralen Fusionssystems. Orthopäde 40, 162–168 (2011). https://doi.org/10.1007/s00132-010-1716-z

Download citation

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00132-010-1716-z

Schlüsselwörter

  • AxiALIF
  • Finite-Elemente-Analyse
  • Probabilistikstudie
  • Sensitivitätsstudie
  • Lumbosakrale Wirbelsäule

Keywords

  • AxiALIF
  • Finite element analysis
  • Probabilistic study
  • Sensitivity study
  • Lumbosacral spine