Influence of the sagittal balance on the segmental load and the success of the surgical treatment of degenerative diseases of the spine
Final Report Abstract
Die Ergebnisse klinisch-biomechanischer Untersuchungen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass eine tiefergehende Kenntnis der Belastung sowie der spezifischen Form und Bewegung sowohl der Lendenwirbelsäule als auch des Beckens die entscheidenden biomechanischen Schlüssel für eine verbesserte Prävention, differenzierte Diagnose und patientenspezifische Versorgung sind. Die Ergebnisse dieses Projekts tragen maßgeblich zum verbesserten Verständnis dieser drei Charakteristika bei. Im ersten Schritt wurden die Form der LWS und die lumbopelvine Bewegung in Kurz- und Langzeituntersuchungen anhand großer asymptomatischer Kohorten analysiert. Hierbei konnten grundlegende alters- und geschlechtsspezifische Unterschiede herausgearbeitet werden. Aus chirurgischer Sicht können durch die Quantifizierung und Validierung der Beweglichkeit direkte Rückschlüsse auf die zu erwartende postoperative Kompensationsmöglichkeit gezogen werden. Dies ist vor allem bei stabilisierenden und profilverändernden Operationen von außerordentlicher Bedeutung. Unsere Ergebnisse legen außerdem nahe, dass eine aussagekräftige Differentialdiagnose und patientenspezifische Therapie die hier ermittelten alters- und geschlechtsspezifischen Unterschiede der Form und Funktion der LWS berücksichtigen sollten. Insbesondere bei der Rekonstruktion des sagittalen Profils scheinen altersspezifische Referenzwerte notwendig. Darüber hinaus stellen die Langzeitmessungen über den Tagesverlauf das klinische Konzept der stehenden „sagittalen Balance“ in Frage, die klassischerweise an Röntgenaufnahmen der Wirbelsäule im Stehen analysiert wird. Wir konnten zeigen, dass die tatsächlich im Alltag auftretende Form und Funktion der LWS sich signifikant von der Momentaufnahme im Stand unterscheidet, was bislang bei einer operativen Korrektur des sagittalen Profils nicht berücksichtigt wurde. Das erworbene Wissen wurde anschließend zur Prüfung und Weiterentwicklung aktueller mechanischer Simulationsmodelle (Finite-Elemente-Modelle) der LWS genutzt. Die numerischen Untersuchungen offenbarten, dass weltweit separat eingesetzte FE-Modelle der LWS die hier aufgezeigte natürliche Variabilität der Form und Bewegung nicht abbilden. Durch eine Kombination verschiedener Modelle konnte eine valide Vorhersage von in vitro und in vivo gemessenen Lasten, Bewegungen und interindividueller Variationen erzielt werden. Unter Verwendung der dargestellten Modelle und Ergebnisse ist es gelungen, mechanische Risikofaktoren von Wirbelsäulenoperationen valide vorherzusagen, klinisch zu verifizieren und so direkt für eine verbesserte Patientenversorgung zu nutzen. Die von uns entwickelten Modelle zur LWS-Belastung und -Bewegung sind wesentliche Grundlagen für eine realistische präklinische Implantattestung, die Entwicklung evidenzbasierter Präventionsmaßnahmen sowie zur Risikobewertung von Rückenschmerzpatienten.
Publications
- Age-Related Loss of Lumbar Spinal Lordosis and Mobility - A Study of 323 Asymptomatic Volunteers. PLoS ONE 12/2014; 9(12):e116186
Marcel Dreischarf, Laia Albiol, Antonius Rohlmann, Esther Pries, Maxim Bashkuev, Thomas Zander, Georg Duda, Claudia Druschel, Patrick Strube, Michael Putzier, Hendrik Schmidt
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0116186) - Comparison of eight published static finite element models of the intact lumbar spine: Predictive power of models improves when combined together. Journal of Biomechanics 2014; 47(8):1757-66
M. Dreischarf, T. Zander, A. Shirazi-Adl, C.M. Puttlitz, C.J. Adam, C.S. Chen, V.K. Goel, A. Kiapour, Y. H. Kim, K.M. Labus, J.P. Little, W.M. Park, Y. H. Wang, H.J. Wilke, A. Rohlmann, H. Schmidt
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2014.04.002) - Biomechanics of the L5-S1 Motion Segment after Total Disc Replacement –Influence of Iatrogenic Distraction, Implant Positioning and Preoperative Disc Height on the Range of Motion and Loading of Facet Joints. Journal of Biomechanics 2015; 48(12):3283-91
Marcel Dreischarf, Hendrik Schmidt, Michael Putzier, Thomas Zander
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2015.06.023) - In vivo implant forces acting on a vertebral body replacement during upper body flexion. Journal of Biomechanics 2015; 48(4):560-5
Marcel Dreischarf, Laia Albiol, Thomas Zander, Rizwan Arshad, Friedmar Graichen, Georg Bergmann, Hendrik Schmidt, Antonius Rohlmann
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2015.01.007) - The effects of age and gender on the lumbopelvic rhythm in the sagittal plane in 309 subjects. Journal of Biomechanics 2015
Esther Pries, Marcel Dreischarf, Maxim Bashkuev, Michael Putzier, Hendrik Schmidt
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2015.07.030) - Differences between clinical “snap-shot” and “real-life” assessments of lumbar spine alignment and motion-What is the “real” lumbar lordosis of a human being? Journal of Biomechanics 2016;49(5):638-44
Marcel Dreischarf, Esther Pries, Maxim Bashkuev, Michael Putzier, Hendrik Schmidt
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2016.01.032)
