Einleitung/Ziel: Das Ziel der Arbeit bestand darin, implantatbasierte Operationsverfahren für degenerierte Wirbelsäulensegmente zu optimieren. Zu unterscheiden sind hierbei einerseits Möglichkeiten zur Verbesserung der klinischen und radiologischen Ergebnisse der Spondylodese sowie andererseits die Evaluation alternativer dynamischer Verfahren auf deren Fähigkeit, die Fusion zu ersetzen und deren Nachteile zu vermeiden. Methoden: Die Untersuchungen zur Optimierung der Segmentfusion beinhalteten das operative Trauma dynamischer und statischer anatomischer Strukturen, Implantatfehlplatzierungen, die Entnahmemorbidität bei Knochentransplantation, die Pseudarthroseraten sowie das Problem der Anschlusssegmentdegeneration. Im Rahmen der Evaluation dynamischer Verfahren wurden sowohl ventrale als auch dorsale Implantate unter biomechanischen und klinisch-radiologischen Gesichtspunkten analysiert. Neben der dynamischen Stabilisierung degenerierter Segmente alternativ zur Spondylodese stand auch die dynamische Versorgung von Segmenten im Anschluss an eine Fusion im Fokus der vorliegenden Arbeit. Ergebnisse: Im Ergebnis der Arbeit konnte durch Verwendung neuer Implantate mit indikationsspezifischen Zugangswegen das Gewebetrauma reduziert werden. Daneben wurde gezeigt, dass mögliche Schraubenfehlagen durch optimierte Artefaktreduzierung auch im MRT sicher beurteilt werden können. Ferner lassen sich operationstechnische Fehler wie die Fehlplatzierung von Pedikelschrauben durch computergestützte Navigation minimieren. Die Pseudarthroserate konnte durch den Einsatz von Transplantaten mit hoher osteogener Potenz gesenkt werden. Außerdem wurde demonstriert, dass durch die Verwendung osteokonduktiver Materialien die Entnahmemorbidität für autologe Spongiosa bei gleichbleibenden Fusionsraten und klinischen Ergebnissen entfällt. Schließlich lassen sich Anschlusssegmentdegenerationen durch Vermeidung iatrogener Schäden, aber auch durch Anwendung des gewachsenen biomechanischen Verständnisses signifikant verringern. Für die dynamischen Implantate wurde aufgezeigt, dass die Rate an Anschlussdegenerationen im Vergleich zur Fusion niedriger ist und das Problem der Pseudarthrose entfällt. Da eine Vielzahl biomechanischer Einflussfaktoren noch nicht ausreichend erforscht ist, bleibt die Anwendung dynamischer Verfahren jedoch noch auf streng limitierte Indikationen beschränkt. Eine Missachtung dieses Grundsatzes führte regelmäßig zu deutlich reduzierten Standzeiten dieser Implantatgruppe. Zur biomechanisch noch kompexeren Stabilisierung von Anschlusssegmenten einer Fusion konnte aufgrund des Fehlens klinischer Vorteile ebenfalls keine generelle Empfehlung abgeleitet werden. Schlussfolgerung: Die vorliegende Arbeit hat dazu beigetragen, die bekannten Probleme der Spondylodese, also Invasivität, Entnahmemorbidität, Pseudarthroserate, Anschlussdegeneration, Fehlimplantation und Implantatversagen signifikant zu verringern. Darüber hinaus wurden das Potential und die Grenzen dynamischer Implantate aufgezeigt und aus den Ergebnissen das Indikationsspektrum dieser Verfahren abgeleitet.
Aim: The aim of the present work was to optimize the implant based surgical treatment of degenerated segments of the lumbar spine. Both, the possibilities to improve the clinical and radiological outcome after spinal fusion and the evaluation of alternative dynamic treatment options regarding their ability to replace fusion and to avoid its disadvantages had to be researched. Methods: The optimization of segmental fusion targeted on the surgical trauma of dynamic and static anatomical structures, on implant malpositioning, on donor site morbidity after bone grafting, on non-union rates as well as on the problem of adjacent segment degeneration. Anterior and posterior dynamic implants were evaluated regarding biomechanical, clinical, and radiological aspects. Besides the dynamic stabilization of degenerated segments as alternative to segmental fusion, the dynamic instrumentation of segments adjacent to fusion was focused. Results: As a result of the present work, we were able to reduce the tissue trauma by employing new implants with indication specific surgical approaches. Besides this we could show that a possible screw malpositioning can be safely assessed via artefact reduced MRI. Additionally, the malpositioning rate of pedicle screws can be minimized by the intraoperative use of computer assisted navigation. The rate of non-unions could also be reduced by employing grafts with a high osteogenic potential. Furthermore, it was demonstrated that the use of osteoconductive grafting materials leads to similar fusion rates and clinical outcomes while completely avoiding donor site morbidity. Finally, the rate of adjacent segment degeneration can be significantly lowered by sparing iatrogenic damage and by applying the biomechanical knowledge increased by this work. Regarding dynamic implants we could show that the rate of adjacent segment degeneration was lower compared to fusion whereas the problem of non-union was omitted. Because of the lack of knowledge about diverse biomechanically influencing factors the employment of dynamic implants still has to be restricted to limited indications. Neglecting this principle had perservatively led to significantly reduced lifetimes of these implants in the past. Because of the absence of clinical benefits after the biomechanically much more complex dynamic stabilization of segments adjacent to fusion we could not derive a general recommendation for such constructs. Conclusion: The present work could address and significantly reduce the known problems of lumbar spinal fusion consisting of invasiveness, donor site morbidity, non-union rate, adjacent segment degeneration, implant malpositioning, and implant failure. Besides this, we were able to disclose the potential and limits of dynamic implants. Therefore, the spectrum of indication of these implants could be defined.
