Computerassistierte Evaluation der optimalen Winkel für Pedikelschrauben im Bereich der Brustwirbel Th I und Th II.

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1 Diplomarbeit Computerassistierte Evaluation der optimalen Winkel für Pedikelschrauben im Bereich der Brustwirbel Th I und Th II eingereicht von Philipp Kollmann Mat. Nr.: zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der gesamten Heilkunde (Dr. med. univ.) an der Medizinischen Universität Graz ausgeführt an der Universitätsklinik für Unfallchirurgie unter der Anleitung von Ass. Prof. Dr. Pichler Ort, Datum Unterschrift

2 Eidesstattliche Erklärung Ich erkläre ehrenwörtlich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe verfasst habe, keine anderen als die angegebenen Quellen verwendet habe und die den benutzten Quellen wörtlich oder inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe. Graz, am Unterschrift 2

3 Danksagungen Ich bedanke mich bei meinem Betreuer der Universitätsklinik für Unfallchirurgie am LKH Graz, Herrn Ass. Prof. Dr. med. univ. Wolfgang Pichler sehr herzlich für die Bereitstellung des Themas und die fachliche Unterstützung bei der Ausarbeitung dieser Diplomarbeit. Ich danke meinen Freunden und all jenen Personen, die mich während meines Studiums begleitet haben. Meiner Familie, besonders meinen Eltern, denen ich diese Arbeit widmen möchte, danke ich für die langjährige Unterstützung während meiner Studienzeit. Ohne sie wäre ich zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht am Ende meines Studiums. 3

4 Zusammenfassung Aufgrund traumatischer Verletzungen, eventuell basierend auf pathologischen Prozessen, kann es zu einer bedrohlichen Instabilität der Wirbelsäule kommen. In solchen Fällen ist es notwendig die Stabilität wiederherzustellen, neurologische Ausfälle durch Dekompression zu verhindern und chronische Beschwerden durch exakte Reposition zu vermeiden. Bei der als Spondylodese bezeichneten Operation wird in der Regel mittels Schrauben und Stäben im Sinne eines Fixateur interne die Stabilität und Funktion wiederhergestellt. Ziel dieser anatomischen Studie ist es den optimalen Winkel für den Schraubeneintritt der Wirbel Th1 und TH2 bezogen zur Median- Sagittal- Ebene festzustellen. Zusätzlich wurden die Längen der Wirbelkörper dieser Wirbel erhoben. Gearbeitet wurde hierfür mit dem Softwareprogramm MIMICS, welches eine genaue Vermessung des erhobenen Patientenkollektives (25 Datensätze von polytraumatisierten Patienten, 13 und 12 ) gewährleistete. Die erhobenen Daten wurden im Microsoft Excel ( 2010 Microsoft Corporation) weiter bearbeitet und bezogen auf Mittelwert, Standardabweichung und Signifikanz miteinander verglichen. Darüber hinaus sollten, wenn vorhanden, die geschlechterspezifischen Unterschiede bestimmt werden. Die gemessenen Einbringwinkel ergaben für Th1 durchschnittlich 29,16 (SD ± 1,56 ; 25,03-31,05 ). Für Winkel Th2 liegt der Durchschnitt bei 23,16 (SD ± 2,08 ; 19,22-26,78 ). Die Wirbelkörperlänge ergab für Th1 durchschnittlich 18,49mm (± 2,12mm; 15,51mm - 22,19mm). Für Th2 ergab die durchschnittliche Länge 19,64mm (± 1,81mm; 15,71mm - 22,44mm). Zwischen den gemessenen Winkeln und dem Geschlecht der Probanden konnte keine statistisch signifikante Korrelation festgestellt werden (p-value > 0,05). Für die Wirbelkörperlänge konnte jedoch ein statistisch signifikanter geschlechtsspezifischer Unterschied festgestellt werden. Die Länge war bei Männern signifikant größer als bei Frauen (p-value für Th1 und Th2 < 0,05). Die Ergebnisse diese Studie sollten intraoperativ bei der optimalen Platzierung der Pedikelschrauben hilfreich sein und somit mögliche Komplikationen durch Schraubenfehllagen vermeiden helfen. 4

5 Abstract Traumatic injuries, possibly based on pathological processes may lead to a dangerous instability of the spinal column. Under these circumstances stability and function should be restored. Therefore a surgical procedure called spondylodesis which uses core pedicle screws and rods in the sense of a fixateur interne should be conducted. Purpose of this anatomical study was to examine the best possible angle for the entry point of the pedicle screw of vertebra Th1 and Th2 in relation to median and sagittal plane. The lengths of this vertebra were collected as well. To determine optimal results twenty-five polytrauma CT s (thirteen, twelve ) were examined by using the software MIMICS. The results were collected by using Microsoft Excel ( 2010 Microsoft Corporation) and statistical evaluation (average, standard deviation analysis, significance and gender-specific differences) was done. The average measured angles resulted in for Th1 (SD ± 1.56 ; ) and for Th2 (SD ± 2.08 ; ). The mean vertebral body length was mm for Th1 (± 2.12 mm, mm mm) and mm for Th2 (± 1.81 mm, mm mm). No statistically significant correlation could be observed between the measured angles and the sex of the specimens (p-value > 0.05). For the vertebral body length statistically significant gender differences could be found. The length was significantly greater in men than in women (p-value for Th1 and Th2 < 0.05). Results of this anatomical study may be helpful for optimal positioning of pedicle screws and may avoid possible complications due to screw malpositions. 5

6 Inhaltsverzeichnis Eidesstattliche Erklärung. 2 Danksagungen 3 Zusammenfassung 4 Abstract 5 1 Inhaltsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abkürzungen Einleitung Anatomische und Biomechanische Grundlagen Anatomie und Morphologie der Wirbelsäule Knöcherne Anteile der Wirbelsäule 12 Vertebrae Cervicales 15 Vertebrae Thoracales Vertebrae Lumbales. 16 Vertebrae Sacrales Bandapparat und Gelenke der Wirbelsäule Nerven und Gefäße im Bereich der Wirbelsäule Muskulatur der Wirbelsäule. 20 Autochthone Rückenmuskulatur. 20 Nicht autochthone Rückenmuskulatur Biomechanische Grundlagen Biomechanik der gesunden Wirbelsäule

7 3 Epidemiologie, Klassifikation und Diagnostik von Wirbelsäulenverletzungen im Bereich der Brustwirbelsäule Epidemiologie Diagnostik Klassifikation Typ - A Verletzungen Typ - B Verletzungen Typ - C Verletzungen Häufige Begleitverletzungen bei BWS Frakturen Therapie von Wirbelsäulenverletzungen der BWS Operatives Vorgehen versus konservative Behandlung Konservative Therapie Operative Therapie - Dorsaler Zugangsweg 42 5 Zielsetzung, Material und Methoden Ermittlung der Einbringwinkel Ermittlung der Wirbelkörperlänge Statistische Auswertung Ergebnisse Einbringwinkel Geschlechterspezifische Unterschiede Wirbelkörperlänge Geschlechterspezifische Unterschiede 60 7 Diskussion 63 8 Literaturverzeichnis. 67 7

8 1.1 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: ABC Klassifikation nach Magerl. 30 Tabelle 2: Numerische Statistik für die Einbringwinkel Th1 und Th2. 55 Tabelle 3: Messergebnisse für Winkel T1 und Winkel T2 58 Tabelle 4: Numerische Statistik für die Wirbelkörperlänge Th1 und Th Tabelle 5: Messergebnisse für T1 WK Länge und T2 WK Länge. 62 8

9 1.2 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Typischer Brustwirbel, Ansicht von cranial. 14 aus [17] Abbildung 2: Axis, Ansicht von Cranial.. 15 aus [17] Abbildung 3: Brustwirbel, Ansicht von lateral. 16 aus [17] Abbildung 4: Lendenwirbeln und Bänder, Median- Sagittalschnitt 17 aus [17] Abbildung 5: Belastungsmodell der Wirbelsäule.. 24 aus [10] Seite 582 Abbildung 6: Alignementlinien der Wirbelsäule, Dreisegmentale Teilung.. 27 aus [10] Seite 587 Abbildung 7: Grobe Einteilung thorakolumbaler Verletzungen. 29 aus [5] Seite 275 Abbildung 8: Kompressionsverletzungen vom Typ A. 32 aus [5] Seite 248ff Abbildung 9: Distraktionsverletzungen vom Typ B aus [5] Seite 255, 259 bzw. Quelle: Link: Abbildung 10: Torsionsverletzungen vom Typ C 35 aus [5] Seite 264f, 267 Abbildung 11: Gemeinsamkeiten und Unterscheidungsmerkmale einer Aortenläsion und einer Fraktur der oberen BWS aus [5] Seite 275 Abbildung 12: Algorithmus der ventralen und dorsalen Intervention: kombiniertes Zugehen bei komplexen Instabilitäten aus [10] Seite 610 9

10 Abbildung 13: Schraubenlänge, Pedikeldurchmesser und Winkel.. 42 aus [16] Seite 6 Abbildung 14: Anatomische Landmarken zur Bestimmung des Schraubeneintrittpunktes. 44 aus [16] Seite 10 Abbildung 15: Ansicht der korrekt eingebrachten Schrauben im lateralen Strahlengang. 45 aus [16] Seite 13 Abbildung 16: Geschlechter- und Altersverteilung 48 Abbildung 17: Arbeitsoberfläche von MIMICS. 49 Abbildung 18: Abbildung 15: Definieren der Punkte T1 bzw T2 dorsal corpus, T1 bzw. T2 ventral corpus und T1 bzw. T2 OK ventral Abbildung 19: Abbildung 16 Definieren der Punkte T1 bzw T2 Eintrittspunkt, T1 bzw. T2 Schraubenspitze und T1 bzw. T2 Cranial. 51 Abbildung 20: Abbildung 17: Veranschaulichung der Überprüfung der korrekten Lage der Schrauben am erstellten 3- D- Model 53 Abbildung 21: Box- Plot, Messergebnisse Winkel T1 bezogen auf männlich und weiblich.. 56 Abbildung 22: Box- Plot, Messergebnisse Winkel T2 bezogen auf männlich und weiblich.. 57 Abbildung 23: Box- Plot, Messergebnisse T1 WK Länge bezogen auf männlich und weiblich. 60 Abbildung 24: Box- Plot, Messergebnisse T2 WK Länge bezogen auf männlich und weiblich

11 1.3 Abkürzungen HWS BWS LWS Halswirbelsäule Brustwirbelsäule Lendenwirbelsäule A. Arteria Aa. Arteriae V. Vena Lig. Ligg. Ligamentum Ligamenta M. Muskulus Mm. Muskuli 11

12 2 Einleitung 2.1 Anatomische und Biomechanische Grundlagen Anatomie und Morphologie der Wirbelsäule Die Wirbelsäule, Columna vertebralis, ist das charakteristische Merkmal aller Wirbeltiere (Vertebrata), einschließlich des Menschen. Ihre Aufgabe ist es, zwei sich gegensätzlich verhaltende Funktionen bestmöglich zu vereinen. [1] Einerseits muss sie den Rumpf als zentral tragendes Element stützen, andererseits muss sie eine umfangreiche Bewegung desselben gewährleisten. [1, 2] Darüber hinaus dient sie natürlich auch als Schutz des Rückenmarks. Die Bezeichnung Säule täuscht dabei ein unbewegliches, festes Konstrukt vor, es handelt sich aber vielmehr um eine vielgliedrige Knochengelenkskette. Dieser wird passiv von Bändern und aktiv von Muskeln Halt gegeben, sowie mittels der Muskeln auch die Möglichkeit der Bewegung verschafft. [1, 10] Knöcherne Anteile der Wirbelsäule Von cranial nach caudal werden an der Wirbelsäule bestimmte Abschnitte unterschieden. Cranial beginnend mit 7 Halswirbeln (Vertebrae cervicales, C1-C7) folgen auf diesen Abschnitt 12 Brustwirbel (Vertebrae thoracicae, Th1-Th12), die sich durch die seitliche Verbindung der Foveae costales mit den 12 beweglichen 12

13 Rippenpaaren von anderen Wirbeln unterscheiden lassen. So unterteilt man eine Brustregion von einer Hals- und Lendenregion. An die Brustwirbel schließen 5 Lendenwirbel (Vertebrae lumbales, L1-L5) an. Weiter nach caudal folgt mit L5 beweglich in Verbindung stehend, das Kreuzbein, Os sacrum (Vertebrae sacrales, S1-S5). Dieses besteht aus 5 verschmolzenen Wirbelanlagen. Das unterste Ende der Wirbelsäule bildet, aus 3-6 Knochenstücken bestehend, das Steißbein, Os coccygis. Zusammenfassend besteht die Wirbelsäule des Erwachsenen im Regelfall also aus 24 freien oder präsakralen Wirbeln, die über 23 Bandscheiben (Disci intervertebrales) beweglich miteinander in Verbindung stehen. Weiterhin aus dem daran anschließenden Os sacrum und dem wiederum anschließenden rudimentären Fortsatz als Os coccygis. [1, 2, 3] Grundform des Wirbels Die Wirbel besitzen eine gemeinsame Grundform, im Folgenden anhand eines Brustwirbels erläutert. Im Laufe des Wachstums bilden sich je nach Zugehörigkeit zum Wirbelsäulenabschnitt besondere Merkmale hervor, auf die später gesondert eingegangen wird. Ein Wirbel setzt sich zusammen aus dem Corpus vertebrae und dem zugehörigen Arcus vertebrae, an dem verschiedene Processus unterschieden werden. Gemeinsam umschließen sie so ein Foramen vertebrale, durch welche in gesamter Abfolge aller Foramina der Canalis vertebralis entsteht, der dem Rückenmark mit seinen Hüllen Platz bietet. Der sich ventral befindende Wirbelkörper muss mechanisch fest und robust sein, um die täglich starken Belastungen zu überstehen. Von innen nach außen 13

14 unterscheidet man die dichte Spongiosa von einer dünnen, aber harten äußersten Compactaschichte. Zwischen den 2 sich zugewandten Facies intervertebrales ist jeweils eine Zwischenwirbelscheibe befestigt. Im Bereich der Brustwirbelsäule befinden sich seitlich am Corpus jeweils Foveae costales für die Verbindung mit den Rippenköpfen. Abbildung 1: Typischer Brustwirbel, Ansicht von cranial. Der Arcus vertebrae beginnt an der dorsalen Seite des Wirbelkörpers mit den Pediculi arcus vertebrae. Die Pediculi haben an der Oberkante jeweils eine leichte Incisura vertebralis superior und an der Unterkante eine stark ausgeprägte Incisura vertebralis inferior. So bilden sich zwischen jeweils 2 Wirbeln an diesen Stellen die Foramina intervertebralia aus, welche den Austritt der jeweiligen Spinalnerven gewährleisten. Am Übergang der Pediculi in die Laminae arcus vertebrae finden sich jeweils 2 Processus articulares superiores wie inferiores, die mit den Gelenksflächen der cranial bzw. caudal gelegenen Wirbeln, die für die Beweglichkeit der Wirbelsäule maßgeblichen Wirbelbogengelenke bilden. Seitlich stehen vom Wirbelbogen die beiden Processus transversi ab, die im Bereich der Brustwirbelsäule zusätzlich zum Corpus eine Fovea costalis processus transversi ausbilden. Der Arcus komplettiert sich mit einem nach dorsal gerichteten Processus spinosus. [1, 3] 14

15 Vertebrae Cervicales An der Halswirbelsäule müssen der Atlas (C1), der Axis (C2) und der Vertebra prominens (C7) als Besonderheiten hervorgehoben werden. Der Atlas unterscheidet sich grundlegend von allen anderen Wirbeln, er besitzt anstelle eines Corpus zusätzlich zum Arcus posterior einen Arcus anterior. Dieser trägt die Fovea dentis zur Verbindung mit dem Dens axis. Dieser wiederum ist das bestimmende Merkmal des Axis. Atlas und Axis verhelfen gleich einem Kugelgelenk eine Bewegung des Kopfes in drei Freiheitsgraden. Abbildung 2: Axis, Ansicht von cranial. Das nur bei den Halswirbeln ausgebildete Foramen transversarium ermöglicht den Aufstieg der A. vertebralis cranialwärts. Der Processus spinosus der Halswirbel C2-C7 ist gegabelt und meist ab C6 durch die Haut tastbar. Besonders C7 als Vertebra prominens bezeichnet dient als Orientierungspunkt. [1, 3] Vertebrae Thoracales Der Belastung entsprechend nimmt die Größe der Wirbel von cranial nach caudal hin zu. Die Besonderheit der Brustwirbelsäule ist die Verbindung mit den Rippenköpfen. Die dafür nötigen Foveae costales liegen seitlich an den Corpora bzw. den Processus transversi. 15

16 Die Processus spinosi sind caudalwärts gerichtet und überlappen sich dachziegelartig. Somit liegen die Spitzen der Dornfortsätze einen bis eineinhalb Wirbelkörper tiefer als den Corpora entsprechend. [2] Abbildung 3: Brustwirbel, Ansicht von lateral. Vertebrae Lumbales Die Wirbelkörper der 5 Lendenwirbel sind unverkennbar größer als die übrigen und nehmen dabei eine bohnenförmige Form ein. Die Processus spinosi sind gerade nach dorsal gerichtet und entsprechen der Höhe der Wirbelkörper. Diese Gegebenheit wird sich bei einer Lumbalpunktion zu Nutze gemacht. Die in der Klinik vermeintlich als Processus transversus bezeichneten Querfortsätze der LWS sind korrekterweise Rippenanlagen und somit als Processus costales zu bezeichnen. [2, 3] Vertebrae Sacrales Das Os Sacrum besteht aus 5 verschmolzenen Wirbel- und Rippenanlagen sowie den dazwischen liegenden Bandscheiben und stellt die Fortsetzung der LWS nach distal dar. Das Kreuzbein ist keilförmig, die Facies pelvina ist konkav, die Facies dorsalis konvex. [2] 16

17 Bandapparat und Gelenke der Wirbelsäule Die Disci intervertebrales setzen sich zusammen aus einem weichen zentralen Nucleus pulposus und einem äußeren faserreichen Anulus fibrosus und haben mehrere Aufgaben. Einerseits müssen sie die durch den aufrechten Gang entstehende Druckbelastung kompensieren, andererseits bestimmen sie durch ihre Form die physiologischen Krümmungsverhältnisse der Wirbelsäule mit und tragen passiv zur Beweglichkeit derselben bei. [2, 3] Ein Discus intervertebralis trennt immer jeweils zwei Wirbelkörper voneinander ab und bildet mit zwei Wirbeln gemeinsam ein Bewegungssegment. Abbildung 4: Lendenwirbeln und Bänder, Median- Sagittalschnitt. Die Disci intervertebrales sind mit den Wirbelkörpern fest verwachsen. Dieser Verbindung, Symphysis intervertebralis genannt, wird durch Ligg. longitudinalia, die über die Wirbelkörper und Zwischenwirbelscheiben verlaufen, zusätzlich Stabilität verliehen. Dabei ist das Ligamentum longitudinale anterius, im Gegensatz zum Lig. long. posterius, nicht mit den Zwischenwirbelscheiben verwachsen, sondern mit den Wirbelkörpern. Die Längsbänder sorgen einerseits 17

18 durch ihre Spannung für den Fortbestand der physiologischen Wirbelsäulenkrümmung und bieten andererseits den Disci intervertebrales Schutz. Die Ligamenta flava verbinden die einzelnen Wirbelbögen untereinander. Sie sind auch in Ruhe unter Spannung. Bei durchgeführter Inklination werden sie noch stärker angespannt, diese Spannung unterstützt die Rückenmuskulatur passiv bei der Reklination. Die Ligamenta interspinalia verbinden die einzelnen Processus spinosi miteinander, genauso wie das Ligamentum supraspinale, welches aber nur Von C7 bis zum Os sacrum reicht. Die gemeinsame Funktion der Ligg. ist es, bei Dorsalflexion ein übermäßiges Auseinanderweichen der Wirbel zu verhindern. Im Bereich der Halswirbelsäule bildet sich zusätzlich aus den Ligg. interspinalia das Ligamentum nuchae aus. Zwischen den übereinanderliegenden Processus transversi finden sich Ligamenta intertransversaria. [1, 2] Gelenkig sind die einzelnen Wirbelbögen über die Articulationes zygapophysiales, die jeweils zwei gegenüberliegenden Processus articulares superiores bzw. inferiores, miteinander verbunden. Die Winkelstellung der Gelenksflächen ist typisch für den jeweiligen Wirbelsäulenabschnitt und natürlich auch ausschlaggebend für den Umfang der durchführbaren Bewegungen. Der Bewegungsumfang zwischen zwei Wirbeln ist eher klein, durch das Gefüge aller Bewegungssegmente vergrößert er sich stark. Generell sind an der Wirbelsäule Rotations-, Dorsalflexions-, Ventralflexions- und Lateralflexionsbewegungen möglich. [2, 3] 18

19 Nerven und Gefäße im Bereich der Wirbelsäule Das Rückenmark, geschützt im Canalis vertebralis verlaufend, gibt in seinem Verlauf von ca cm (Ende beim Erwachsenen ca. bei L1- L2, als Conus medularis auslaufend) über die Foramina intervertebralia die Nn. spinales ab (oder nimmt sie auf). Im Bereich der HWS und LWS ist der Spinalkanal weiter, im Bereich der BWS besteht eine physiologische Enge. Die ein- (dorsolateral, Rr. dorsales) bzw. austretenden (ventromedial, Rr. ventrales) Nervenwurzeln vereinigen sich seitlich zu 31 Nervenpaaren, den Nn. spinales, die sich dann weiter in ihre Äste aufteilen. Im Bereich der BWS heißen die Nn. spinales entsprechend Nn. thoracici. Das erste Nervenpaar tritt dem Ascensus des Rückenmarks entsprechend erst zwischen Th1 und Th2 aus. Die motorische Innervierung der autochthonen Rückenmuskulatur, die im Folgenden beschrieben wird, sowie die sensible Versorgung der Haut des Rückens läuft über die Rami dorsales der Nn. spinales. Jeweils ein Ramus dorsalis teilt sich in einen lateralen und medialen Ast für Versorgung der lateralen und medialen Muskulatur und schlussendlich einen Ramus cutaneus lateralis und medialis für die Versorgung der Haut. [1, 4] Die Wirbelsäule übt eine tragende Funktion für die größten vaskulären Strukturen (inkl. Herz) aus. Diese stehen mit der Wirbelsäule ventralseitig in Verbindung. Die großen Gefäße können dabei in einen oberen (C1- Th3), einen mittleren (Th4- L4) und in einen unteren (L5 Os coccygis) Abschnitt aufgeteilt werden. [9] Das Rückenmark selbst wird arteriell von zwei unterschiedlichen Arteriensystemen gespeist. Einerseits von den Aa. vertebrales (geben 2 Aa. spinales posteriores und eine A. spinalis anterior nach caudal ab) aus der A. subclavia entspringend, 19

20 andererseits aus der Aorta descendens entspringend durch Äste der Aa. intercostales posteriores (Rr. spinales der Rr. dorsales der Aa. intercostales posteriores). Die Arterien treten dabei durch die Foramina intervertebralia in den Wirbelkanal zum Rückenmark hinein. Rr. mediales et laterales aus den Rr. dorsales der Aa. intercostales posteriores versorgen die Muskeln und Haut des Rückens. Der venöse Abfluss der HWS und BWS verläuft nach Ansammlung des Blutes im Plexus venosus vertebralis internus und externus über die V. azygos, V. hemiazygos und die V. hemiazygos accessoria in die V. cava superior. [1, 8] Muskulatur der Wirbelsäule Generell wird bei der menschlichen Rückenmuskulatur eine oberflächliche eingewanderte von einer tiefen autochthonen Muskelgruppe unterschieden. Diese Unterscheidung betrifft weniger die Funktion als die Innervierung. Aufgabe der Rückenmuskulatur als zusammengehöriger Komplex ist die Bewegung des Torsos und die Aufrechthaltung des Körpers. Antagonist ist neben den Bauchmuskeln, den Mm. psoas majores und der ventralen Halsmuskulatur meist die Schwerkraft selbst. [3] Autochthone Rückenmuskulatur Die tiefen oder autochthonen Rückenmuskeln, in ihrer Gesamtheit als M. erector spinae bezeichnet und als 2 Wülste rechts und links neben den Processus spinosi vom Hinterkopf bis zum Os sacrum in einem osteofibrösen Kanal verlaufend, werden von den Rr. dorsales der Spinalnerven C1-S1 innerviert. Man 20

21 unterscheidet weiter einen lateralen oberflächlicheren von einem medialen tieferen Trakt. [1, 2] Zum medialen Trakt zählen der M. spinalis, Mm. interspinales, Mm. rotatores breves et longi, M. multifidus und der M. semispinalis. Die Muskeln verlaufen entweder gerade von Processus spinosus zu Proc. spinosus (spinales System), oder schräg von Proc. spinosus zu Proc. transversus (transversospinales System). Nach diesem Prinzip erklärt sich die Funktion der Muskeln; schräg verlaufend und beidseitig kontrahiert bedeutet Dorsalflexion, einseitig Rotation. Gerade verlaufend und beidseitig kontrahiert bedeutet Dorsalflexion, einseitig Lateralflexion. [1, 2, 3] Der laterale Trakt lässt sich in spinotransversale, intertransversale, sakrospinale Muskeln und Mm. levatores costarum unterteilen. Zu den sakrospinalen Muskeln zählt der M. iliocostalis und der M. longissimus, die ihrem Namen nach vom Os sacrum entspringen und an den Processus transversi sowie den Rippen ansetzen. Einseitig kontrahiert bewirken sie eine Lateralflexion, beidseitig eine Dorsalflexion. Die intertransversalen Muskeln beinhalten Mm. intertransversarii mediales lumborum, thoracis und posteriores cervicis. Diese Muskeln ziehen jeweils zu den Proc. transversi der beschriebenen Regionen. Als spinotransversaler Muskel ist der M. splenius zu nennen. Von den Processus spinosi zieht er zu den Processus transversi und sorgt bei einseitiger Kontraktion für eine Kopf- und HWS-Drehung, beidseitig kontrahiert für eine Dorsalflexion. [1, 2, 3] Nicht autochthone Rückenmuskulatur Es gilt, eine spinokostale Muskulatur, die von den Processus spinosi zu den Rippen zieht, von einer Schultergürtel- und Schultermuskulatur, die die Wirbelsäule mit dem Humerus bzw. Knochen des Schultergürtels verbindet, zu 21

22 unterscheiden. All diese Muskeln sind in dieses Gebiet eingewandert und alle werden von Rr. ventrales der Spinalnerven innerviert. [1,3] Zur spinokostalen Muskulatur zählen der M. serratus posterior superior und posterius inferior. Beide entspringen in unterschiedlicher Höhe von den Processus spinosi und setzen an den Rippen an. Die gemeinsame Funktion ist die Beteiligung bei der Inspiration, durch Rippenhebung des superioren bzw. entgegenwirken des Zwerchfells des inferioren Muskels. Zu den Schultergürtel- und Schultermuskeln gehören der M. trapezius, M. latissimus dorsi, M. levator scapulae und die Mm. rhomboidei. Der M. trapezius wird der Richtung seiner Muskelfasern nach in eine Pars descendens, Pars transversa und Pars ascendens unterteilt. Der Ursprung liegt dabei von cranial nach caudal an der Linea nuchae, der Protuberantia occipitalis externa und den Proc. spinosi der Wirbel C6- Th12. Als Ansatz dient das laterale Drittel der Clavicula, das Acromion und die Spina scapulae. Die Funktion unterscheidet sich im Einzelnen nach dem Verlauf der Muskelfasern, insgesamt aber zieht der M. trapezius die Scapula nach medial zur Wirbelsäule und ermöglicht die Elevation des Armes über die 90 Grenze. Der M. latissimus dorsi hat seinen Ursprung als Sehnenplatte (Aponeurose) an den Proc. spinosi Th7 - Th12 einschließlich aller Proc. spinosi der LWS. Zusätzlich noch am Os sacrum, der Christa iliaca und den untersten drei Rippen. Ansatz ist die Christa tuberculi minoris des Humerus. Man unterteilt eine Pars vertebralis von einer Pars Iliaca, Pars costalis und einer Pars scapularis. Auch als Fracktaschenoder Hustenmuskel bezeichnet ist die Hauptfunktion eine Adduktion und 22

23 Innenrotation. Bei einem durchgeführten Klimmzug, ist es der M. latissimus dorsi der den Rumpf anhebt. Der M. levator scapulae entspringt von den Tubercula posteriora der Proc. transversi der Wirbel C1 - C4. Ansatz ist der Angulus superior scapulae und der daran anschließende Margo medialis. Seine Funktion ist das Anheben der Scapula bei gleichzeitiger Drehung des Angulus inferior nach medial. Der M. rhomboideus minor entspringt von den Proc. spinosi der Wirbel C6- C7 und zieht zum Margo medialis scapulae. Der M. rhomboideus major hat seinen Ursprung weiter caudal an den Proc. spinosi der Wirbel Th1- Th4 und inseriert weiter caudal ebenfalls am Margo medialis. Die beiden Muskeln ziehen die Scapula nach medial und cranial und bewirken ebenfalls eine Drehung des Angulus inferior nach medial. [1, 2, 3] Biomechanische Grundlagen Die spezielle Form und Anordnung der Wirbel, und die typischen Krümmungen der Wirbelsäule als Gesamtes, spiegeln die an die Wirbelsäule gestellten Ansprüche wider. Im Bereich der Hals- und Lendenwirbelsäule bezeichnet man die Krümmung als Lordose (nach vorne konvex), die Krümmung der Brustwirbelsäule wird als Kyphose (nach hinten konvex) bezeichnet. Die in der Sagittalebene gesehen bestehende bezeichnende Doppel-S-Form der Wirbelsäule beim Erwachsenen erfüllt dabei wichtige statische und dynamische Aufgaben. [1] 23

24 Zum Beispiel die Ermöglichung des aufrechten Ganges des Menschen und die durch die S-Form mögliche Abfederung und Dämpfung der dabei resultierenden Belastungen Biomechanik der gesunden Wirbelsäule Die mechanische Funktionsweise der Wirbelsäule kann am Beispiel eines Baukranes veranschaulicht werden. Der vorderen Säule (Corpora vertebrae und Disci intervertebrales) kommt dabei die Aufgabe der Verteilung der Druckbelastung zu, gleich dem Krankörper. Den beiden hinteren Säulen (rechte und linke Wirbelbogengelenke, sowie die entsprechenden Liggamenta) wiederum wird die Aufgabe zuteil, die auftretenden Zugbelastungen, gleich dem Zugseil eines Kranes, aufzunehmen. Bei traumatischen Verletzungen der Wirbelsäule wird diese Funktionsweise aufgehoben. [10] Abbildung 5: Belastungsmodell der Wirbelsäule Die Belastbarkeit der Wirbelkörper steigt mit der zunehmenden Größe der selbigen von den cervikalen bis zu den Lumbalwirbeln stetig an. [10] 24

25 3 Epidemiologie, Klassifikation und Diagnostik von Wirbelsäulenverletzungen im Bereich der BWS 3.1 Epidemiologie Je nach Studienkollektiv stellen die häufigsten Ursachen einer Wirbelsäulenverletzung meist der Straßenverkehr mit Hochgeschwindigkeitstraumata, der Sturz aus großer Höhe bzw. die Auswirkungen von auf den Kopf fallenden Lasten dar. Vereinzelt werden bei den Ursachen auch einfache Stürze, direkte Gewalteinwirkung oder ein epileptischer Anfall angeführt. Die meisten Frakturen, ca. 50%, betreffen die Wirbel von Th11 L2, weitere 40% ereignen sich an der BWS und die restlichen 10% treten im Bereich des Os sacrum und der LWS (L3 S5) auf. Unterschiedlich zu Verletzungen an der HWS ist, dass sich im Bereich der BWS und LWS meist auf die Knochen beschränkte Läsionen ereignen. [5] 3.2 Diagnostik Liegt bei einer verunfallten Person der Verdacht einer Wirbelsäulenverletzung vor, muss die weitere Vorgehensweise eine sehr schonende sein, um bei der notwendigen klinisch neurologischen Untersuchung sowie bei Lagerung und Transport keine Agravierung des Istzustandes zu verursachen. 25

26 Im Idealfall lassen sich durch eine durchgeführte Anamnese und Schmerzangabe des Unfallopfers Hinweise auf eine Wirbelsäulenverletzung finden. Bei bewusstlosen nicht ansprechbaren Personen können Zeugen des Unfallherganges und am wichtigsten natürlich äußerlich sichtbare Verletzungsmuster auf eine potentielle Verletzung der Wirbelsäule hindeuten. So beschreibt Tscherne bei 70% der untersuchten Polytrauma Patienten einen lokalen Muskelhartspann, bei 30% Prellmarken und bei 7% der Untersuchten eine Stufenbildung in der Linie der Processus spinosi sowie neurologische Defizite. [5, 6, 10] Die klinische Untersuchung liefert somit nicht nur Verdachtsmomente auf eine Wirbelsäulenverletzung, sondern kann auch zur Höhenlokalisation dienen und Begleitverletzungen aufdecken. Die neurologische Untersuchung beim wachen Patienten mit Beurteilung von Motorik, Sensibilität und Reflexstatus gibt ebenfalls Auskunft über die Höhe und den Schweregrad der Verletzung. Bei bewusstlosen Personen sind diese Untersuchungen nicht zielführend, bei intubierten und beatmeten Patienten unter nur oberflächlicher Sedierung können jedoch Veränderungen im Reflexstatus gemeinsam mit ungezielten motorischen Innervationen wegen gesetzter Schmerzreize Hinweise auf medulläre Verletzungen liefern. [6, 10] Die weiterführende Diagnostik im Schockraum stützt sich auf bildgebende Verfahren. In Frage kommen Sonographie, Röntgen, CT und die MRT. Hauptbestandteil der Bildgebung sind die klassische Röntgenuntersuchung und das CT. In manchen Schockräumen ist durch die rasche Verfügbarkeit und die 26

27 Qualität der Multislice CT Aufnahmen die konventionelle Röntgenaufnahme bei Polytraumapatienten bereits abgelöst. Grundlage der klassischen Röntgenuntersuchung sind Aufnahmen im a.-p.- und seitlichen Strahlengang des betroffenen Abschnittes. Wird eine Läsion nachgewiesen, muss die Wirbelsäule zur Gänze überprüft werden, um eine Mehretagenverletzung auszuschließen. Schrägaufnahmen sind nur bei besonderen Fragestellungen notwendig. Die Röntgenaufnahmen sollten systematisch beurteilt werden. Gedachte Verbindungen zwischen bestimmten Wirbelstrukturen lassen als Alignementlinien bezeichnete Hilfslinien entstehen. Seitlich wird die Wirbelsäule dazu in 3 Segmente eingeteilt (siehe Abb. 6). Im a.-p. Röntgenbild dienen dazu eine gedachte Verbindung der Dornfortsätze sowie bilaterale Verbindungen jeweils entlang der Processus uncinati (siehe Abb. 6). [5] Abbildung 6: Alignementlinien der Wirbelsäule, Dreisegmentale Einteilung Im CT lassen sich durch die bessere Auflösung der Spinalkanal und mögliche Einengungen, sowie die Intervertebralgelenke sehr gut darstellen. Eine Operation lässt sich so exakter planen und nach erfolgter OP der Heilungsvorgang gut 27

28 dokumentieren. Eine Darstellung eventueller Weichteilverletzungen wie Myelonschädigungen, Bandscheibenverletzungen oder begleitende Hämatome machen eine MRT erforderlich. Sie liefert als strahlungsfreie Untersuchung wichtige Zusatzinformationen. Um Instabilitäten zu diagnostizieren, werden zusätzlich Funktionsaufnahmen mittels Bildwandler oder Funktions- CT bzw. Funktions- MRT Aufnahmen angefertigt. Entscheidend bei der bildgebenden Diagnostik ist, dass am Ende der Untersuchung eine Aussage über die mögliche Instabilität der Wirbelsäulenverletzung getroffen werden muss, um entsprechende therapeutische Maßnahmen einleiten zu können. [5, 6, 10] 3.3 Klassifikation L. Böhler [5] war der erste der eine systematische Einteilung von Verletzungen der Wirbelsäule vornahm. Er ging dabei noch von der einfachen Differenzierung stabiler und instabiler Läsionen aus. Später wurde diese Einteilung um ein Zweisäulen- und ein Dreisäulenkonzept erweitert. Nach dem Zweisäulenkonzept von Whitesides [5] wird eine vordere, mit Druck belastete von einer hinteren, auf Zug beanspruchte Säule unterschieden. Beim Dreisäulenkonzept kommt noch eine mittlere Säule (dorsaler Teil der vorderen Säule) hinzu. Eine bedrohliche Instabilität der Wirbelsäule soll demnach nur entstehen, wenn zusätzlich zur hinteren Säule als Bandapparat auch die wichtige mittlere Säule, die für Flexionsstabilität verantwortlich gemacht wird, lädiert ist. 28

29 All diese Konzepte und Klassifikationen werden bis heute kontroversiell diskutiert. Die momentan in der Praxis herangezogene Klassifikation ist die ABC - Klassifikation von Magerl (1994), basierend auf der Datenauswertung von 1445 verletzten Personen. [5] Demnach differenziert man Verletzungen vom Typ A, B und C, entstanden durch einwirkende zu große Kompressions- (Typ A), Distraktions- (Typ B) und Torsionskräfte (Typ C) und die daraus resultierenden typischen Verletzungsbilder, die an den ossären Strukturen, Disci intervertebrales und den Liggamenta entstehen. Diese drei Hauptgruppen werden in weitere Untergruppen (meist 1 bis 3) eingeteilt. Die Instabilität der Frakturen sowie neurologische Ausfälle nehmen dabei von A nach C und 1 nach 3 immer weiter zu. [5, 6, 10] Etwa 90% aller Wirbelsäulenverletzungen lassen sich mit Hilfe von klinischen Untersuchungen und Röntgenbildern grob in die Hauptgruppen A, B und C einteilen. Erst die feine Einteilung in die Untergruppen bzw. kompliziertere Übergangsformen machen speziellere Diagnostik wie CT und MRT unerlässlich. [5] Abbildung 7: Diagramm zur groben Einteilung thorakolumbaler Verletzungen. 29

30 Tabelle 1: ABC Klassifikation nach Magerl A Kompression B Distraktion 1. Impaktionsbrüche 2. Spaltbrüche 3. Berstungsbrüche 1. transligamentäre Flexionsdistraktionsverletzung 2. transossäre Flexionsdistraktionsverletzungen 3. Hyperextensionsscherverletzungen A 1.1 A 1.2 A 1.3 A 2.1 A 2.2 A 2.3 A 3.1 A 3.2 Deckplattenimpression Keilbruch Wirbelkörperimpaktion sagittaler Spaltbruch frontaler Spaltbruch dislozierter frontaler Spaltbruch inkompletter Berstungsbruch Berstungsspaltbruch A3.3 kompletter Berstungsbruch B 1.1 B 1.2 B 2.1 B 2.2 B 2.3 B 3.1 B 3.2 B 3.3 mit Diskuszerreissung 1. kranialer 2. seitlicher 3. kaudaler 1. kranialer 2. seitlicher 3. caudaler 1. kranialer 2. seitlicher 3. caudaler 1. Kneifzangenberstungsbruch 2. kompletter Flexionsberstungsbruch 3. kompletter axialer Berstungsbruch 1. Subluxation 2. Luxation 3. Subluxation/Luxation mit Gelenkfortsatzfraktur mit Korpusfraktur horizontale Wirbelzerreissung 1. mit Subluxation 2. mit Luxation 3. mit Subluxation/Luxation mit Gelenkfortsatzfraktur Flexionsspondylolyse mit Zerreissung der Bandscheibe Flexionsspondylolyse mit Korpusfraktur Hyperextensionssubluxation Hyperextensionsspondylolyse Hintere Luxation 1. ohne Gelenkfortsatzfraktur 2. mit Gelenkfortsatzfraktur 30

31 C Torsion 1. Rotation mit Kompression C 1.1 C 1.2 Rotationskeilbruch Rotationsspaltbruch 1. frontaler Rotationsspaltbruch 2. sagittaler Rotationsspaltbruch 3. vertikale Wirbelkörperseparation C 1.3 Rotationsberstungsbruch 1. inkompletter Rotationsberstungsbruch 2. Rotationsberstungsspaltbruch 3. kompletter Rotationsberstungsbruch 2. Rotation mit Distraktion C 2.1 Rotation mit B1 1. Rotationssubluxation 2. einseitige Luxation 3. einseitige Subluxations-/Luxationsfraktur 4. einseitige Luxation und Korpusfraktur C 2.2 Rotation mit B2 1. horizontale Wirbelzerreissung 2 einseitige Flexionsspondylolyse mit Diskuszerreissung 3. einseitige Flexionsspondylolyse mit Korpusfraktur C 2.3 Rotation mit B3 3. Rotationsscherbrüche C 3.1 C 3.2 Slicefraktur Rotationsschrägbruch 31

32 3.3.1 Typ - A Verletzungen Dieser Verletzungstyp betrifft meist nur ossäre Strukturen, also den Wirbelkörper selbst und resultiert aus zu starker axialer Krafteinwirkung, bei der die physiologische Stabilität der Corpora überschritten wird. Der Wirbelkörper verliert so an Höhe, die dorsalen Bandstrukturen bleiben in der Regel ohne Schaden. Unterschieden werden Impaktions- (A1), Spalt- (A2), und Berstungsbrüche (A3), sowie deren Untergruppen. Der inkomplette Berstungsbruch (A3.1) ist die am öftesten chirurgisch behandelte Verletzung der Wirbelsäule [5, 6, 10] Abbildung 8: Kompressionsverletzungen vom Typ A Impaktionsbruch Deckplattenimpression Typ A 1.1 Spaltbruch Frontaler Spaltbruch Typ A 2 32

33 Inkompletter Berstungsbruch Berstungsbruch Typ A Typ - B Verletzungen Abbildung 9: Distraktionsverletzungen vom Typ B transligamentäre mit Diskuszerreissung Bei den Distraktionsverletzungen handelt es sich in der Mehrzahl um ligamentäre Verletzungen, im Sinne von Zerreißungen der Bänder, Disci und Gelenkskapseln, mit Beschädigung der vorderen und/oder der hinteren Säule, meist im Bereich des zervikothorakalen Überganges. Seltener sind frakturierte Wirbelkörper oder Gelenkfortsätze. Ursächlich für die entstandenen Schäden ist eine Distraktion in Flexions- (B1), selten in Extensionsstellung (B3). Generell handelt es sich bei Typ- B-Verletzungen um in- oder hochinstabile Verletzungen der Wirbelsäule. [5, 6, 10] Flexionsdistraktionsverletzung Typ B

34 transossäre horizontale Wirbelzerreissung Typ B 2.1 Flexionsdistraktionsverletzung Hyperextensionsscherverletzung hintere Luxation Typ B Typ - C Verletzungen Diese Art von Verletzung betrifft immer alle Säulen. Es handelt sich somit um die instabilste und meist komplikationsreichste Form der Wirbelsäulenverletzungen. Mechanisch hat die Typ-C-Verletzung den kompliziertesten und meist einen nicht genau herleitbaren Hergang. Meist tritt zusätzlich zur Rotation noch eine Kompression (C1), Distraktion (C2) oder ein Scherbruch (C3) auf. An der BWS tritt dieser Verletzungstyp aufgrund der zusätzlichen Thoraxstabilisierung durch die Rippen nur sehr selten auf. [5, 6, 10] 34

35 Abbildung 10: Torsionsverletzungen vom Typ C Rotation mit Rotationsberstungsbruch Kompression Typ C Rotation mit Distraktion Rotationssubluxation Typ C Slicefraktur Rotationsbrüche Typ C

36 3.4 Häufige Begleitverletzungen bei BWS - Frakturen Da Verletzungen der Brustwirbelsäule meist durch Verkehrsunfälle oder Stürze aus großer Höhe entstehen und mit erheblichen Traumata in Zusammenhang zu bringen sind, handelt es sich bei den verletzten Personen meist um sogenannte Polytraumapatienten mit einer Vielzahl von Verletzungen. Aus diesem Umstand ergibt sich eine oft schwierige und langwierige Versorgung dieser Patienten. In der Literaturstudie finden sich bei 82% der Patienten (Kollektiv von 508 Personen) mit Frakturen der BWS zusätzliche Verletzungen. Zumeist handelt es sich dabei um Kopf-, Thorax- und Extremitätenverletzungen. Zusätzlich zeigt die Studie, dass Verletzte mit Begleitverletzungen signifikant seltener von neurologischen Ausfällen betroffen sind als jene Verletzten mit ausschließlichen BWS Frakturen. [5] Bei Tscherne [5] zeigt sich bei 376 Patienten mit Verletzungen der BWS ein gleichzeitiges Thoraxtrauma. Dies erklärt sich durch die Kraftübertragung auf den Brustkorb, insgesamt erhöht sich die Festigkeit der BWS durch die mögliche Kräfteverteilung auf das bis zu Vierfache. Bezeichnenderweise handelt es sich bei den Begleitverletzungen um Rippenserienfrakturen (in 10% sind die 1. und 2. Rippe betroffen), Frakturen des Sternums (wird als Indikatorfraktur verstanden, weil Frakturen des Sternums meist mit erheblichen Verletzungen der Wirbelsäule verbunden sind), Hämato(pneumo)thorax (in 36% der Fälle), Clavikulafrakturen (5%), Skapulafrakturen (2%), Extremitätenfrakturen (11%) und Kopfverletzungen (42%). Zusätzlich werden ein Pneumopericardium, Pneumomediastinum, 36

37 Herzbeuteltamponade, Trachearupturen, Zwerchfell- und Milzrupturen, sowie ein Ausriss des Plexus brachialis beschrieben. Auch vorliegende Mediastinalverbreitungen wurden sehr häufig beobachtet. [5] Auf Gefäßverletzungen muss besonders geachtet werden, da sie akut lebensbedrohend sein können. Betroffen können der Truncus thyreocervicalis, die Aorta und die A. subclavia sein. Sonderstellung hat hierbei die Differenzierung zwischen einer Aortenruptur und einer hohen thorakalen Wirbelverletzung. Bestimmte röntgenologische Anhaltspunkte (siehe Abbildung 11.) geben darüber Aufschluss und erlauben eine Abgrenzung. Im Zweifelsfall hat der Ausschluss der Aortenverletzung Vorrang. [5] Abbildung 11: Gemeinsamkeiten und Unterscheidungsmerkmale einer Aortenläsion und einer Fraktur der oberen BWS 37

38 4 Therapie von Wirbelsäulenverletzungen der Brustwirbelsäule 1934 formulierte L. Böhler: Wir wollen nicht nur, dass die Lähmung verschwindet, sondern dass der Verletzte auch seine frühere normale Form, Beweglichkeit und Kraft wiedererlangt. [5] Diese Behandlungsziele sind bis heute gültig, einzig die Schmerzfreiheit der Patienten muss noch hinzugefügt werden. Ziel bei Verletzungen der Wirbelsäule ist es also, die Form und Stabilität und damit die protektive Form der Wirbelsäule wiederherzustellen, neurologische Ausfälle durch Dekompression zu verhindern bzw. zu minimieren und chronische Beschwerden durch exakte Reposition zu vermeiden. [5, 10] Johansson et al. erkannte 1993, dass jene Personen die sich an der Wirbelsäule und am Rückenmark verletzten, die schlechtesten funktionellen Resultate und die schlechteste Prognose auf die Wiedereingliederung ins Berufsleben hatten, verglichen mit Verletzungen aller anderen großen Organsysteme. [5] Der Umstand, dass in den europäischen Gesundheitssystemen zunehmend gespart werden muss und die Tatsache, dass Verletzungen der Wirbelsäule durch die Intensivierung des Verkehrs, Zunahme von Extremsportarten und die Zunahme mechanisierter Arbeiten immer häufiger werden, zeigt dass dieses Thema nach wie vor aktuell ist und es in vielerlei Hinsicht von Nutzen ist, solche Verletzungen so komplikationslos wie nur möglich behandeln zu können. 38

39 Generell gibt es bei Frakturen der Wirbelsäule immer die Überlegung, ob konservativ oder operativ vorgegangen werden soll. Stabile Frakturen (Kompressionsbrüche A 1.1- A 1.3 und einfache Spaltbrüche A 2.1 und A 2.2) werden in der Regel konservativ therapiert, während instabile Frakturen (Typ B und C) operativ versorgt werden. Im Bereich der BWS kann der Zugang dabei von ventral (vorne), dorsal (hinten) oder in komplexen Fällen kombiniert erfolgen. Das Standardvorgehen an der BWS ist der dorsale Zugangsweg. [5, 10] Abbildung 12: Algorithmus der ventralen und dorsalen Intervention: kombiniertes Zugehen bei komplexen Instabilitäten. Indikationen für eine operative Therapie stellen offene Wirbelsäulenverletzungen, neurologische Defizite, Deformitäten und natürlich Instabilität dar. Sofortige Indikationen sind Verletzungen mit zunehmender inkompletter Neurologie (Frankel C), Lähmung nach freiem Intervall (Frankel B) und offene Rückenmarksverletzungen. 39

40 Dringliche Indikationen bestehen bei radikulärer Neurologie, Cauda- equina- Symptomatik und bei hochgradiger Instabilität wie sie bei Typ B und C Verletzungen vorliegen. [10] Für die operative Stabilisierung gibt es neben den genannten verschiedenen Zugangswegen natürlich auch verschiede Möglichkeiten der Frakturversorgungen. 4.1 Operatives Vorgehen versus konservative Behandlung Bis heute konnten keine Studien eine Vorgehensweise als Goldstandard herausarbeiten. Generell gilt, dass stabile Frakturen (meistens Typ A Verletzungen) konservativ ausbehandelt werden können. Bei neurologischen Ausfällen werden heutzutage dekomprimierende Operationen und Stabilisierungen so schnell wie möglich durchgeführt, um einen vermeintlich besseren Outcome zu erzielen. [5, 6, 10, 11, 12, 13, 14] 4.2 Konservative Therapie Bei der konservativen Therapie gibt es 2 verschiedene Ansätze. Nach Böhler sollen Frakturen der Wirbelsäule reponiert (mittels Lordosierung und Streckung) und in einem Gipsverband retiniert werden. Im Gegensatz dazu führte Magnus die funktionelle Therapie ein, die auf jegliche Reposition verzichtet. [5] 40

41 Die früher angewandte mehrmonatige Ruhigstellung mit Gipsmiedern verbunden mit 8-12 Wochen verordneter Bettruhe wird nur mehr selten angewandt. In der Regel werden die Patienten bei ausreichender Analgesie und Thromboseprophylaxe für die ersten Tage im Bett belassen. Ergänzend kann mit Muskelrelaxantien und Antiphlogistika gearbeitet werden. Durch Achten auf eine regelmäßige Miktion und Defäkation gemeinsam mit atemgymnastischen Übungen und Kräftigung der Bauchmuskulatur können allgemeine Komplikationen vermieden werden. Anschließend wird mit einer frühzeitigen krankengymnastischen Beübung mit dem Ziel der baldigen Mobilisation begonnen. Besonders die dorsale Rückenmuskulatur, die für Stabilität sorgt, aber auch die Bauchmuskulatur soll für 8 12 Wochen trainiert werden. Der Patient wird angehalten, stark kyphosierende Haltungen wie es das Sitzen darstellt, in dieser Zeit zu vermeiden und Liegen, Gehen oder Stehen zu bevorzugen. Gegebenenfalls kann in der Phase der Mobilisation die Stabilität der Wirbelsäule mittels eines 3- Punkte- Stützkorsetts bzw. einem Mieder unterstützt werden. Bei auftretenden neurologischen Ausfällen oder doch nachweisbarer Instabilität im Therapieverlauf ist eine operative Stabilisierung unumgänglich. Eine eintretende Keilwirbelbildung mit resultierender starker Fehlstellung der Wirbelsäule kann ebenfalls eine chirurgische Intervention erforderlich machen. [10, 11, 12, 14] 41

42 4.3 Operative Therapie - Dorsaler Zugangsweg Zu Beginn des Eingriffes steht die präoperative Planung anhand der angefertigten axialen Schnittbilder. Dies soll bei den vorliegenden individuellen Schwankungen der Pedikeldimensionen dazu dienen, eine Vorauswahl geeigneter Schrauben zu treffen. Relevant hierfür ist die mögliche Schraubenlänge, der Pedikeldurchmesser an seiner dünnsten Stelle (ausschlaggebend für den maximal möglichen Schraubendurchmesser), der Winkel zwischen Pedikel und Median- Sagittal- Ebene, sowie die Distanz zwischen Mittellinie und mediolateral gelegenem Schraubeneintrittspunkt (siehe Abb. 13). Abbildung 13: Schraubenlänge, Pedikeldurchmesser und Winkel Der Patient wird wie gewöhnlich in Rückenlage intubiert, um danach standardmäßig für den dorsalen Zugang auf dem Bauch gelagert werden zu können. Für diese Lagerung sind einige Dinge zu beachten. Der Operationstisch sowie die Lagerungshilfen müssen röntgendurchlässig sein, um intraoperativ 42

43 jederzeit laterale und auch a.p. Aufnahmen anfertigen zu können. Dazu dient in der Regel ein C- Bogen. Die Lagerungshilfen sollen einen stabilen Halt und eine freie Bauchatmung ermöglichen. Eine Erhöhung des intraabdominellen Druckes, welche eine Stauung der epiduralen Venen zur Folge hätte, soll durch die Lagerungshilfen ebenfalls vermieden werden. Die Arme werden vom Körper abgespreizt gelagert, um den Strahlengang des C- Bogens und die Operateure nicht zu behindern. Bei bestehender Indikation, also vorliegenden Wirbelfrakturen mit Fehlstellungen wird versucht, zuerst geschlossen und durch Längszug sowie Lordosierung (reponierende Lagerungstechnik) eine Reponierung zu erzielen. [5, 6, 10, 16] Die Inzision erfolgt nach sterilem Abdecken des Operationsgebietes gerade und streng entlang der Medianlinie über den Processus spinosi. Zuvor wurde mittels C- Bogen die Höhenlokalisation durchgeführt und damit die Interventionshöhe festgelegt. Die Schnittlänge wird der Anzahl der zu stabilisierenden Segmente angepasst, in der Regel kranial vom Dornfortsatz des übernächst höheren Wirbels nach kaudal bis zum Dornfortsatz des nächst unteren Wirbels. Ziel ist es, eine ausreichende laterale Mobilisation der Muskulatur zu erreichen, um ein freies Operationsgebiet im Bereich der Schraubeneintrittspunkte zu gewährleisten. Nach Setzen des Hautschnittes wird das subcutane Fettgewebe bis zum Niveau der Fascia thoracolumbalis durchtrennt. Diese wiederum wird beidseits der Dornfortsätze inzidiert. Nicht selten auftretende stärkere Blutungen aus den segmentalen Endästen der Aa. intercostales, sollten sofort mit dem Elektrokauter gestillt werden. Die in drei Schichten angeordnete paraspinale Muskulatur muss nun unter Schonung aller zugehörigen Strukturen (insbesondere der Gelenkskapseln) abgeschoben werden, um die noch zu bestimmenden 43

44 Schraubeneintrittspunkte freizulegen. Zum Offenhalten des Operationsgebietes müssen Sperrer eingesetzt werden. Die Positionierung der Schraubeneintrittspunkte muss im Bereich der BWS besonders sorgfältig durchgeführt werden. Der ideale Eintrittspunkt wird zur Erleichterung je nach Wirbelsäulenregion anhand anatomischer Landmarken aufgesucht. Im Bereich der oberen BWS liegt der Eintrittspunkt am Oberrand des Processus transversus(pt) direkt kaudal des Processus articularis des cranial gelegenen Wirbels(PAS) und etwas lateral des Überganges zur Lamina(L) (siehe Abb. 14). [5, 6, 10, 16] Abbildung 14: Anatomische Landmarken zur Bestimmung des Schraubeneintrittpunktes Dieser etwas lateral zum eigentlichen Pedikelzentrum gewählte Eintrittspunkt ermöglicht das um ca. 10 nach kaudal und 5-10 über die physiologische Konvergenz hinaus konvergierende Einbringen der Schrauben. Einerseits verringert sich so die Gefahr einer medialen Penetration in den Spinalkanal, andererseits erhöht sich die Stabilität durch die Möglichkeit der Einbringung längerer Schrauben verglichen mit sagittal liegenden Schauben. Konvergierend platzierte Schrauben erhöhen darüber hinaus die Stabilität gegenüber Rotation und seitlicher Abscherung. Um eine Perforation der Pedikel zu vermeiden, wird zunächst die dorsale Corticalis eröffnet. Dazu kann je nach Operateur ein Luer, eine Diamantfräse oder 44

45 Pfriem dienen. Der nächste Schritt ist die Überprüfung der gewählten Eintrittspunkte. Mittels eines C - Bogens wird im seitlichen und a.p. Strahlengang die Lage einer eingebrachten Sonde oder eines Bohrdrahtes kontrolliert. Der Schraubenkanal selbst wird anschließend gebohrt oder kann schlicht mittels stumpfer Ahlen oder Löffelsonden aufgerieben und so aufgedehnt werden. Vorteil der stumpfen Präparation ist einerseits die Vermeidung einer Perforation, andererseits wird mittels dieser Technik die Spongiosa nicht weggefräst und geht verloren, sondern nach seitlich verdrängt und somit verdichtet, was zu einem besseren Halt der eingebrachten Schrauben führen soll. Nach Schaffung des Bohrkanals, sollte dieser mittels spezieller Sonden oder dem Längenmesser vorsichtig auf iatrogene Defekte hin untersucht werden. Mittels der Erhebung der Länge des Kanals wird die Schraubenlänge bestimmt. Die Insertion der Schrauben sollte stets unter Bildwandlerkontrolle im seitlichen Strahlengang durchgeführt werden. Es ist darauf zu achten, dass sich die Schrauben im a.p. Bild nicht berühren und dass sie im seitlichen Strahlengang nicht über 80% der Wirbelkörperlänge hinaus eingebracht werden, um eine ventrale Perforation auszuschließen (siehe Abb. 15). [5, 6, 10, 16] Abbildung 15: Ansicht der korrekt eingebrachten Schrauben im lateralen Strahlengang 45

46 Je nach Operationssystem erfolgt die Stabilisierung nun über längenangepasste Stäbe oder Platten und zumeist 2 Segmente. In der Regel werden Stabimplantate verwendet und mit den speziell dafür geeigneten Schraubenköpfen fixiert. Ein solches Prinzip ist als Fixateur interne zu verstehen. Vor Beendigung der Operation wird die Schrauben-, Implantat und Fragmentlage abschließend kontrolliert und die Bilder gespeichert. Je nach Größe des Operationsgebietes wird eine bestimmte Anzahl von Redondrainagen eingelegt. Der Wundverschluss erfolgt nun dreischichtig und mit Einzelknopfnähten. [5, 6, 10] Schraubenfehllagen können schwerwiegende Komplikationen verursachen. Im Bereich der BWS kann eine ventrale Fehllage im rechten Pedikel eine Perforation des Ösophagus, der V. azygos oder des Ductus thoracicus bewirken. Entlang des linken Pedikels kann im schlimmsten Fall nach ventral die Aorta verletzt werden. Sitzt die Schraube zu weit medial, verursacht man unter Umständen durch eine Penetration in den Spinalkanal eine Kompression oder Verletzung des Rückenmarkes mit intraoperativ nicht absehbaren Folgen. Auch eine Blutung aus epiduralen Venen kann sekundär zu neurologischen Ausfällen führen. Bei einer Fehllage nach kranial ist die Festigkeit der Schraube in Frage zu stellen. Auch ein angrenzender Diskus könnte verletzt worden sein. Ist die Schraube nach kaudal disloziert, ist eine Verletzung der Nervenwurzel in Betracht zu ziehen. [5] 46

47 5 Zielsetzung, Material und Methoden Ziel dieser anatomischen Studie war es, basierend auf den vorgenommen Messungen an Computertomographieaufnahmen der Wirbelsäule von 25 Patienten herauszufinden, in welchem Winkel die Pedikelschrauben bei der dorsalen Stabilisierung der Wirbel Th1 und Th2 am besten in die Pedikel eingebracht werden sollen. Die vorliegende Arbeit setzt sich ausschließlich mit der Einbringung der Schrauben über den beschriebenen dorsalen Zugangsweg auseinander. Es sollte der durchschnittliche Winkel zwischen den einzubringenden Pedikelschrauben in der Transversalebene der Pedikellängsachse und der Median- Sagittal- Ebene der Wirbelkörper für die Wirbel Th1 und Th2, bestimmt werden. Die dafür erforderliche Konstruktion von 2 Hilfsebenen am 3D- Modell wird im Verlauf noch genau beschrieben. Zusätzlich wurde jeweils für Th1 und Th2 die Wirbelkörperlänge vermessen. Besonderes Augenmerk wurde auf die Ausarbeitung von vermeintlich geschlechterspezifischen Unterschieden gelegt. Die CT-Bilder wurden mit einem 64-zeiligen Computertomografen der Firma Siemens SOMATOM Sensation CT System (Siemens Medical Solutions USA Inc., 51 Valley Stream Parkway, Malvern, PA 19355, United States) erstellt. Das herangezogene Patientenkollektiv umfasst CT-Datensätze von 25 Polytraumapatienten im Alter von 16 bis 86 Jahren. Das durchschnittliche Alter liegt bei 40,96 Jahren. Von den 25 Personen sind 12 (48 %) weiblich und 13 (52 %) männlich. CT Aufnahmen mit Frakturen oder pathologischen Veränderungen im Bereich der BWS wurden von der Untersuchung ausgeschlossen. 47

48 Abbildung 16: Geschlechter- und Altersverteilung Für die Vermessungen der CT-Datensätze wurde die Software MIMICS (Materialise, Leuven, Belgien) verwendet. MIMICS zeigt die geläufigen axialen, sagittalen und transversalen Schnittbilder der CT- Aufnahmen. Zusätzlich erlaubt es die Erstellung von dreidimensionalen Modellen der zu bearbeitenden Region. So erhält man die Möglichkeit über die Erstellung von Hilfsebenen mittels Definierung bestimmter Fixpunkte die Wirbel genauestens zu vermessen. Die ermittelten Messergebnisse wurden mit Microsoft Excel ( 2010 Microsoft Corporation) weiter bearbeitet. Statistische Berechnungen bezüglich Mittelwert, Standardabweichung und Signifikanz wurden mit dem Programm XL Statistics (Copyright Rodney Carr ) durchgeführt. Um praktikable und klinisch verwertbare Ergebnisse zu erzielen, musste zuerst festgelegt werden, wo genau die Vermessungspunkte gesetzt werden sollten, um das ermittelte Schema danach standardisiert an den einzelnen Datensätzen anwenden zu können. 48

49 Abbildung 17: Arbeitsoberfläche von MIMICS (Materialise, Leuven, Belgien). Zur exakteren Definierung der Fixpunkte wurde wie erwähnt für jeden Datensatz ein eigenes 3-D- Modell erstellt. Dafür mussten bestimmte Rahmen definiert werden, um nur die relevanten BWS- Regionen bearbeiten zu können. Für die im Optimalfall ausschließliche Darstellung der ossären Strukturen (dadurch erreicht man eine bessere Orientierung und Darstellung im 3- D- Modell) musste ein Gewebefilter appliziert werden. Mit den erstellten Modellen und den zusätzlich sichtbaren Standardschnitten wurden die Punkte und Ebenen definiert. Die zusätzliche virtuelle Erstellung von Schrauben durch die Pedikel erlaubte die Überprüfung der ermittelten Daten. So ließen sich anhand der Schrauben und deren Lage die gemessenen Winkel und Längen gut nachprüfen. 49

50 5.1 Ermittlung der Einbringwinkel Hauptzielpunkt dieser Arbeit ist die Ermittlung der Einbringwinkel für die Pedikelschrauben in die Wirbel Th1 und Th2. Die Winkel ergeben sich jeweils aus der Lage der eingebrachten Schrauben bezogen auf die Median- Sagittal- Ebene der Wirbelkörper. Abbildung 18: Definieren der Punkte T1 bzw. T2 dorsal corpus, T1 bzw. T2 ventral corpus und T1 bzw. T2 OK ventral Die Median- Sagittal- Ebene ist dabei durch jeweils drei speziell festgelegte Messpunkte für Th1 und Th2 definiert (siehe Abb. 18). An der Unterkante der 50

51 Wirbelkörper wurden jeweils dorsal ein Punkt ( T1 bzw. T2 dorsal corpus ) und ventral ein Punkt ( T1 bzw. T2 ventral corpus ) bestimmt. An der Oberkante wurde ventral ein Punkt ( T1 bzw. T2 OK ventral ) definiert. Die Ebene für die Schrauben ist wiederum durch drei bestimmte Messpunkte definiert. Den Schraubeneintrittspunkt ( T1 bzw. T2 Eintrittspunkt ), den Punkt der Schraubenspitze ( T1 bzw. T2 Schraubenspitze ) und schließlich einen Punkt mittig entlang der Oberkannte des jeweiligen Pedikels ( T1 bzw. T2 Cranial ) (siehe Abb. 19). 51

52 Abbildung 19: Definieren der Punkte T1 bzw. T2 Eintrittspunkt, T1 bzw. T2 Schraubenspitze und T1 bzw. T2 Cranial Es musste genau darauf geachtet werden, dass die Schrauben innerhalb der vermessenen Pedikelbreite zu liegen kommen und die Corticalis an keiner Stelle durchbrochen wird. In der Praxis ist dies sehr relevant, da bei zu groß gewählten Schrauben die Pedikel gesprengt werden könnten. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Vermeidung einer medialen Penetration in den Spinalkanal, welche eine Verletzung und Kompression des Rückenmarkes zur Folge haben könnte. Der Punkt der Schraubenspitze war ebenfalls so zu wählen, dass die Corticalis der Ventralfläche der Wirbelkörper nicht durchstoßen wird. Dies garantiert einerseits einen festeren Halt der Schraube und vermeidet iatrogene Berstungen, andererseits können schwerste Komplikationen, wie sie die Perforation der Aorta, die an der Vorderfläche der Wirbelkörper verläuft, darstellt, vermieden werden. [5, 6, 10] Die korrekte Lage der Schrauben wurde jeweils am 3- D- Modell, bezogen auf die erstellten Ebenen, überprüft (siehe Abb. 20). 52

53 5.2 Ermittlung der Wirbelkörperlänge Ein weiterer Parameter, der sich aus den festgelegten Punkten in den Datensätzen ergibt, ist die Wirbelkörperlänge für die Wirbel Th1 und Th2. Hierzu wurden 2 der 3 Punkte verwendet, die für die bereits beschriebene Ebenenkonstruktion der Median- Sagittal- Ebene durch die Wirbelkörper notwendig waren. Die verwendeten 2 Punkte sind die an der Unterkante der Abbildung 20: Veranschaulichung der Überprüfung der korrekten Lage der Schrauben am erstellten 3- D- Model 53