Instrumentierter Wirbel-Fixateur interne

Univ.-Prof. biol. hum. Hendrik Schmidt

Instabile Wirbelsäulen werden häufig mit sog. Wirbel-Fixateur interne stabilisiert. Ist beispielsweise ein Wirbelkörper gebrochen, dann werden in die benachbarten Wirbelkörper Schrauben eingedreht. An diese Schrauben werden Längsträger befestigt.
Die eingesetzten Implantate übernehmen dann einen Teil der Wirbelsäulenbelastung. In einer zweiten Operation wird ein Implantat und/oder ein Knochenspan aus dem Beckenkamm in den Bereich des frakturierten Wirbelkörpers eingebracht. Der Knochenspan fusioniert normalerweise innerhalb eines Jahres mit den benachbarten Wirbelkörpern und bildet eine stabile Einheit.

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Instrumentierter Wirbel-Fixateur

Wirbel-Fixateur interne, Original und instrumentiert, Schnittmodell
Wirbelsäulenmodell mit instrumentiertem Wirbel-Fixateur interne

Über die Belastung der Wirbelsäulenimplantate wusste man bisher nur wenig. Um sie zu messen, wurde ein handelübliches Implantat modifiziert. In den Längsträger wurde eine Messhülse integriert. In dieser befinden sich sechs Dehnungssensoren, ein 8-Kanal Telemetriesender und die Sekundärspule für die induktive Energieversorgung. 

Beide Messfixateure senden ihre Belastungsdaten als hochfrequente Pulsfolgen aus dem Körper heraus. Während der Messungen versorgt eine flache Energiespule auf dem Rücken des Patienten beide Implantate mit der notwendigen Energie. Die in der Spule integrierte Empfangsantenne führt die Signale zur Weiterverarbeitung dem Empfänger des Telemetriesystems zu.

Messungen

Messung mit Wirbel-Fixateur interne

Eine Videokamera erfasst die Bewegungen des Patienten und speichert die Bilder gemeinsam mit den Messdaten der Implantate auf eine Videokassette. Gleichzeitig werden die Signale in einen PC eingelesen, in Kräfte und Momente umgerechnet und in Echtzeit auf dem Computer-Monitor dargestellt.

Die weltweit ersten implantierbaren Messfixateure für die Wirbelsäule wurden 1994 eingesetzt. Insgesamt wurden zehn Patienten mit 20 derartigen Messimplantaten versorgt. Der Einsatz weiterer Messimplantate ist nicht vorgesehen. Die Belastung der Fixateure wurde bei vielen Positionen und Aktivitäten des täglichen Lebens gemessen, u.a. im Liegen, Sitzen und Stehen sowie beim Gehen und während der Krankengymnastik.

Patienten

Patienten mit instrumentierten Wirbel-Fixateur interne während einer Belastungsmessung

Publikationen

2003
ISSLS prize winner: A novel approach to determine trunk muscle forces during flexion and extension: a comparison of data from an in vitro experiment and in vivo measurements.

Wilke H.J., Rohlmann A., Neller S., Graichen F., Claes L., Bergmann G.:
Spine: 28(23) 2585-93, 2003, 2.45 Impact Factor
Show abstract

2002
Loads on an internal spinal fixation device during physical therapy.

Rohlmann A., Graichen F., Bergmann G.:
Phys Ther: 82(1) 44-52, 2002
Show abstract

Spinal load bearing during sitting in an office chair with a tilting back
Rohlmann A., Wilke H.J., Graichen F., Bergmann G.:
Biomed Tech: 47(4) 91-6, 2002
Show abstract

2001
Is it possible to simulate physiologic loading conditions by applying pure moments? A comparison of in vivo and in vitro load components in an internal fixator.

Wilke H.J., Rohlmann A., Neller S., Schultheiss M., Bergmann G., Graichen F., Claes L.E.:
Spine: 26(6) 636-42, 2001, 2.45 Impact Factor
Show abstract

Loads on an internal spinal fixation device during sitting.
Rohlmann A., Arntz U., Graichen F., Bergmann G.:
J Biomech: 34(8) 989-93, 2001, 2.75 Impact Factor
Show abstract

Comparison of intradiscal pressures and spinal fixator loads for different body positions and exercises.
Rohlmann A., Claes L.E., Bergmann G., Graichen F., Neef P., Wilke H.J.:
Ergonomics: 44(8) 781-94, 2001
Show abstract

2000
Changes in the loads on an internal spinal fixator after iliac-crest autograft.

Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F., Weber U.:
J Bone Joint Surg Br: 82(3) 445-9, 2000
Show abstract

Influence of load carrying on loads in internal spinal fixators.
Rohlmann A., Graichen F., Bergmann G.:
J Biomech: 33(9) 1099-104, 2000, 2.75 Impact Factor
Show abstract

2000 Volvo Award winner in biomechanical studies: Monitoring in vivo implant loads with a telemeterized internal spinal fixation device.
Rohlmann A., Graichen F., Weber U., Bergmann G.:
Spine: 25(23) 2981-6, 2000, 2.45 Impact Factor
Show abstract

1999
Loads on internal spinal fixators measured in different body positions.

Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F.:
Eur Spine J: 8(5) 354-9, 1999
Show abstract

Braces do not reduce loads on internal spinal fixation devices.
Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F., Neff G.:
Clin Biomech: 14(2) 97-102, 1999
Show abstract

Loading on internal spinal fixation devices
Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F., Weber U.:
Orthopade: 28(5) 451-7, 1999
Show abstract

1998
Placing a bone graft more posteriorly may reduce the risk of pedicle screw breakage: analysis of an unexpected case of pedicle screw breakage.

Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F., Mayer H.M.:
J Biomech: 31(8) 763-7, 1998, 2.75 Impact Factor
Show abstract

Influence of muscle forces on loads in internal spinal fixation devices.
Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F., Mayer H.M.:
Spine: 23(5) 537-42, 1998, 2.45 Impact Factor
Show abstract

1997
Loads on an internal spinal fixation device during walking.

Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F.:
J Biomech: 30(1) 41-7, 1997, 2.75 Impact Factor
Show abstract

Comparison of loads on internal spinal fixation devices measured in vitro and in vivo.
Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F., Weber U.:
Med Eng Phys: 19(6) 539-46, 1997
Show abstract

1995
Telemeterized load measurement using instrumented spinal internal fixators in a patient with degenerative instability.

Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F., Mayer H.M.:
Spine: 20(24) 2683-9, 1995, 2.45 Impact Factor
Show abstract

In vivo measurement of implant loads in a patient with a fractured vertebral body.
Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F., Weber U.:
Eur Spine J: 4(6) 347-53, 1995
Show abstract

In-vitro measurement of loading using an instrumented vertebral internal fixator
Rohlmann A., Eick O., Bergmann G., Graichen F.:
Z Orthop Grenzgeb: 133(2) 136-40, 1995
Show abstract

1994
A spinal fixation device for in vivo load measurement.

Rohlmann A., Bergmann G., Graichen F.:
J Biomech: 27(7) 961-7, 1994, 2.75 Impact Factor
Show abstract

1993
Stress measurements with an instrumented internal spinal fixator

Rohlmann A., Eick O., Bergmann G., Graichen F.:
Biomed Tech: 38(10) 255-9, 1993
Show abstract

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