Effect of an interspinous implant on loads in the lumbar spine / Einfluss eines interspinösen Implantats auf die Belastungen der Lendenwirbelsäule

Abstract

Interspinous process implants are increasingly used to treat canal stenoses. Little information exists about the effects of implant height and stiffness on the biomechanical behavior of the lumbar spine. Therefore, a three-dimensional nonlinear finite element model of the osseoligamentous lumbar spine (L1 to L5) was created with a slightly degenerated disc at L3/L4. An interspinous implant was inserted at that segment. Implants with different heights and stiffnesses were studied. The model was loaded with the upper body weight and muscle forces to simulate walking and 25° extension. Implant forces are influenced strongly by the height and negligibly by the elastic modulus of the implant. Intersegmental rotation at implant level is markedly reduced, while intradiscal pressure is slightly increased. Implant size and stiffness have only a minor effect on intradiscal pressure. The maximum von Mises stress in the vertebral arch is strongly increased by the implant.

Zur Behandlung von Spinalkanalstenosen werden zunehmend Implantate verwendet, die zwischen die Dornfortsätze platziert werden. Bisher existieren nur wenige Informationen über die Einflüsse von Implantatgröße und -steifigkeit auf das mechanische Verhalten der Lendenwirbelsäule. Es wurde deshalb ein dreidimensionales nichtlineares Finite-Elemente-Modell der Lendenwirbelsäule (L1 bis L5) erzeugt, mit einer leicht degenerierten Bandscheibe in Höhe von L3/L4. Das Implantat wurde in dieses Segment eingebracht. In Parameterstudien wurden verschiedene Implantatgrößen und -steifigkeiten untersucht. Belastet wurde das Modell mit dem Oberkörpergewicht und Muskelkräften, um Gehen und 25° Extension zu simulieren. Die Implantatgröße hat einen starken Einfluss auf die Kraft im Implantat während der Einfluss des Elastizitätsmoduls gering ist. Durch das Implantat wird die intersegmentale Rotation in Höhe des Implantats stark reduziert, während der intradiskale Druck leicht ansteigt. Implantatgröße und -steifigkeit haben nur einen geringen Einfluss auf den intradiskalen Druck. Die maximale von Mises Spannung wird durch das Implantat im Bereich des Wirbelbogens stark erhöht.