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Fragestellung: Dynamische Stabilisierungsmethoden gewinnen in der Wirbelsäulenchirurgie immer mehr an Bedeutung, da man bei steifen Implantaten eine beschleunigte Degeneration in den Nachbarsegmenten erwartet. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass einige der so genannten flexiblen Implantate nach der Implantation trotzdem zu einem sehr steifen Wirbelsäulensegment führen. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode Steifigkeitsparameter für einen flexiblen Fixateur zu berechnen, um einen vernünftigen Kompromiss für ein stabiles Wirbelsäulensegment aber mit ausreichender Flexibilität nach Implantation zu gewährleisten. Mit den berechneten Daten wurde dann ein Implantat gebaut und in einem In-vitro-Experiment überprüft.

Methodik: Für die Finite-Elemente-Simulation wurde ein intaktes humanes L4-5-Bewegungssegment benutzt. Der Fixateur wurde als Biegebalken simuliert der anatomiegerecht an den Pedikeln fixiert wurde. Gesucht wurde dann die axiale Steifigkeit und Biegesteifigkeit, welche den Bewegungsumfang in den drei Hauptbewegungsebenen um 30% reduzierte. Im anschließenden In-vitro-Experiment wurde der aus Federelementen bestehende Fixateur an sechs lumbalen L2-3-Segmenten mit einem mittleren Alter von 52 Jahren getestet. Sowohl bei den Berechnungen wie auch den In-vitro-Tests wurden die Präparate mit reinen Momenten von 7,5 Nm in Flexion, Extension, Seitneigung und axialer Rotation belastet.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Mit dem Finite-Elememte-Modell wurde eine ideale axiale Steifigkeit von 19,2 N/mm und eine Biegesteifigkeit von 36,5 N/mm berechnet, um eine Bewegungsreduktion von ca. 30% zu erreichen. Entsprechend dieser Daten und unter Berücksichtigung von klinischen Aspekten wurde dann das DSS (Dynamic Stabilization System) realisiert. Die entgültigen Coupler-Elemente hatten eine Steifigkeit von 50 N/mm und eine Biegesteifigkeit von 30 N/mm. Die In-vitro-Studie zeigte eine gute Übereinstimmung mit den Finite-Elemente-Rechnungen.

Es konnte gezeigt werden, dass mit dem Dynamic Stabilization System (DSS) ein lumbales Bandscheibensegment in allen Bewegungsrichtungen flexibel stabilisiert werden kann, das danach dem physiologischen Bewegungsverhalten näher kommt als mit anderen Systemen. Diese Studie zeigte, dass es vorteilhaft sein kann mit einem Finite-Elemente-Modell die Implantatsteifigkeiten vor der Konstruktion zu definieren. Es wurde an diesem Beispiel die Steifigkeit des Implantates berechnet, um einen gewünschten Bewegungsumfang nach Implantation zu erreichen. Zusammenfassend erlaubt diese Methode eine effektivere Entwicklung und Realisierung eines neuen Implantates.