Einfluss von Implantaten zum Ersatz eines Wirbelkörpers auf das mechanische Verhalten der Lendenwirbelsäule

Zusammenfassung

Es wurde ein detailliertes Computermodell der Lendenwirbelsäule erstellt. In das Rechenmodell wurden ein bisegmentales Wirbel-Fixateur-interne-System sowie nacheinander 2 unterschiedliche Implantate zum Ersatz eines Wirbelkörpers eingebaut. Belastet wurde das Modell mit Momenten in den 3 anatomischen Hauptebenen, sowie mit Kräften wie beim Stehen.

Durch einen Wirbelkörperersatz wird die Beweglichkeit im betreffenden Bereich drastisch reduziert. In den benachbarten Segmenten hat ein Implantat bei den gewählten Belastungen nur einen minimalen Einfluss auf die Beweglichkeit und Spannungen. Eine Vorlast, wie sie beispielsweise durch die zusätzliche Distraktion eines passgenau eingebrachten ventralen Implantats aufgebracht wird, hat einen starken Einfluss auf die Spannungen in den implantatnahen Endplatten. Unterschiedliche Größen der Kontaktflächen zwischen Implantat und Wirbelkörper haben nur einen lokalen Effekt auf die Spannungsverteilung.

Abstract

A three-dimensional, nonlinear finite element model of the lumbar spine was created. A bisegmental internal spinal fixation device and successively two kinds of vertebral body replacements were integrated into the computer model. The model was loaded with pure moments in the three anatomical main planes as well as with forces that are expected during standing.

A vertebral body replacement drastically reduces the mobility in the implant region. An implant has only a minor influence on the mobility and stresses in the adjacent regions for the loading cases chosen. A preload, for example, caused by additional distraction from the precisely fitted ventral implant, exerts a very strong effect on the stresses in the end plates that are in contact with the implant. Different sizes of the contact area between implant and vertebral body have only a local effect on stress distribution.