Biomechanik der Wirbelsäule

Rückenschmerz ist die erstgenannte Volkskrankheit Deutschlands. Die Lebenszeitprävalenz von akuten Rückenschmerzen liegt bei etwa 70%. Die Prävalenz chronischer Rückenschmerzen wird mit 8 bis 21% angegeben. Das Julius Wolff Institut forscht, um Schmerzursachen vorzubeugen und die Schmerzbehandlung weiter zu optimieren.

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Instrumentierter Wirbel-Fixateur interne

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.

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.

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