Der Orthopäde 5•2002 | 503 Zusammenfassung Es wurde ein detailliertes Computermodell der Lendenwirbelsäule erstellt. In das Re- chenmodell wurden ein bisegmentales Wir- bel-Fixateur-interne-System sowie nachein- ander 2 unterschiedliche Implantate zum Er- satz eines Wirbelkörpers eingebaut. Belastet wurde das Modell mit Momenten in den 3 anatomischen Hauptebenen, sowie mit Kräf- ten wie beim Stehen. Durch einen Wirbelkörperersatz wird die Beweglichkeit im betreffenden Bereich drastisch reduziert. In den benachbarten Segmenten hat ein Implantat bei den ge- wählten Belastungen nur einen minimalen Einfluss auf die Beweglichkeit und Spannun- gen. Eine Vorlast, wie sie beispielsweise durch die zusätzliche Distraktion eines pass- genau eingebrachten ventralen Implantats aufgebracht wird, hat einen starken Einfluss auf die Spannungen in den implantatnahen Endplatten. Unterschiedliche Größen der Kontaktflächen zwischen Implantat und Wir- belkörper haben nur einen lokalen Effekt auf die Spannungsverteilung. Schlüsselwörter Lendenwirbelsäule · Finite-Elemente-Metho- de · Wirbelkörperersatz · Spannungsanalyse Tumoren und einige spezielle Trüm- merfrakturen erfordern die Entfernung eines Wirbelkörpers. Für dessen Ersatz stehen unterschiedliche Implantate zur Verfügung [4, 6, 8, 13, 14]. Die in der Hö- he adaptierbaren Implantate gestatten die Anlagerung von Knochenzement oder Knochenspänen. Damit die Im- plantate stabil an ihrem vorgesehenen Platz bleiben, werden sie üblicherweise zusammen mit anderen Implantaten eingesetzt, beispielsweise mit einem Wirbel-Fixateur interne. Der Einfluss ei- nes Wirbelkörperersatzes auf das me- chanische Verhalten der Lendenwirbel- säule ist noch weitgehend unbekannt. Die Finite-Elemente-Methode er- laubt die rechnerische Analyse der Be- wegungen und Beanspruchungen solch komplexer Strukturen wie der Lenden- wirbelsäule. Dabei ist aber eine Reihe von Vereinfachungen und Annahmen unumgänglich. Beispielsweise sind die Materialdaten der verschiedenen Gewe- be sowie die auftretenden Belastungen nur unzureichend bekannt. Außerdem müssen bei der Beschreibung der Geo- metrie Vereinfachungen gemacht wer- den, um die Zahl der Freiheitsgrade des Modells und damit die Rechenzeit, in vertretbaren Grenzen zu halten. Die Er- gebnisse können aber nur so gut sein wie die Daten, die das Rechenmodell be- schreiben. Somit haben die Annahmen und Vereinfachungen einen sehr großen Einfluss auf die berechneten Ergebnis- se. Bei komplexen Modellen ist deshalb eine Verifizierung, beispielsweise mit ex- perimentell ermittelten Daten, unbe- dingt erforderlich. Beanspruchungsanalysen an Wir- belsäulensegmenten mit Hilfe der Me- thode der finiten Elemente sind von mehreren Gruppen durchgeführt wor- den [1, 7, 11, 17, 19, 21]. Der Einfluss von Zwischenwirbelkäfigen auf das mecha- nische Verhalten von Wirbelsäulenseg- menten wurde ebenfalls mit dieser Me- thode untersucht [5, 11, 12]. Über die Wir- kung eines Wirbelkörperersatzes auf das Bewegungsverhalten der Lendenwirbel- säule sowie auf die Lastübertragung in den Wirbelkörpern ist dagegen nur we- nig bekannt. Das Ziel dieser Studie war die rech- nerische Ermittlung des Einflusses zwei- er klinisch gebräuchlicher Implantate zum Ersatz eines Wirbelkörpers auf die Beweglichkeit im überbrückten und in den benachbarten Bereichen sowie auf die Spannungsverteilung in den angren- zenden Wirbelkörpern. Material und Methodik Ein dreidimensionales, nichtlineares Fi- nite-Elemente-Modell der Lendenwir- belsäule wurde erstellt [20, 21]. Es be- Zum Thema: Implantatsysteme Orthopäde 2002 · 31:503–507 © Springer-Verlag 2002 A. Rohlmann 1 · T. Zander 1 · M. Fehrmann 1 · C. Klöckner 2 · G. Bergmann 1 1 Biomechanik-Labor,Universitätsklinikum Benjamin Franklin,Freie Universität Berlin 2 Orthopädische Universitätsklinik, FU Berlin, Zentralklinik Emil von Behring, Stiftung Oskar-Helene-Heim, Berlin Einfluss von Implantaten zum Ersatz eines Wirbelkörpers auf das mechanische Verhalten der Lendenwirbelsäule Dr.-Ing. Antonius Rohlmann Biomechanik-Labor, Universitätsklinikum Benjamin Franklin, Hindenburgdamm 30, 12203 Berlin E-Mail: rohlmann@biomechanik.de