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Cent Eur Neurosurg 2007; 68(4): 200-204
DOI: 10.1055/s-2007-985853
Original Article

© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Morphometric Studies of the Ligamentum Flavum: A Correlative Microanatomical and MRI Study of the Lumbar Spine

Morphometrische Studien zum Ligamentum flavum: eine korrelative mikroanatomische und kernspintomographische Studie der LendenwirbelsäuleP. A. Winkler 1 , S. Zausinger 1 , S. Milz 2 , A. Buettner 3 , M. Wiesmann 4 , J. C. Tonn 1
  • 1Department of Neurosurgery, Ludwig-Maximilians-University, Munich, Germany
  • 2Anatomische Anstalt, Ludwig-Maximilians-University, Munich, Germany
  • 3Institute of Legal Medicine, Ludwig-Maximilians-University, Munich, Germany
  • 4Department of Neuroradiology, Ludwig-Maximilians-University, Munich, Germany
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Publication Date:
26 October 2007 (online)

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Abstract

Background: Foraminal degenerative lumbar stenosis is traditionally considered a result of bony narrowing due to osteophytic appositions on the superior articular process. Clinical experience reveals that significant additional compression of the neural structures is due to degenerative hypertrophy of the adjacent ligamentum flavum. Therefore, microanatomical and neuroradiological investigations were performed to determine the microtopography of this ligament, especially with respect to its lateral extension.

Methods: Lumbar spine specimens of eight mid-aged human cadavers (mean age 34.5 years) were collected, and MRI studies with T1-weighted images were performed. The specially embedded specimens were sectioned horizontally at the level of the spinal ganglion (slice thickness: 2 mm). Anatomical morphometric data were correlated with identical measurements based on neuroradiological imaging and were analyzed statistically.

Results: The distance between midline and extraforaminal extension of the ligamentum flavum showed a mean value of 17 mm. The distance increased to 19 mm when the lateral insertion was correlated to the origin of the ligamentum flavum at the anterior margin of the lamina. The farthest lateral segment of the ligamentum flavum was determined in each case; it covered the synovial cavity of the lumbar facet joint in the direction of the extraforaminal segment of the intervertebral canal.

Conclusions: Measurements from mid-aged cadavers show the extent of the ligamentum flavum including its intra- and extraforaminal parts. Due to this anatomical situation a hypertrophic ligamentum flavum may contribute significantly to nerve root compression at the level of the lateral spinal recess. This has to be kept in mind during surgical decompression, which might be incomplete unless these hypertrophied parts are completely removed.

Zusammenfassung

Hintergrund: Die foraminale degenerative lumbale Stenose wird herkömmlich als ein Ergebnis der knöchernen Einengung durch osteophytische Appositionen im Bereich des Processus articularis superior (oberer Gelenksfortsatz) betrachtet. Die klinische Erfahrung zeigt, dass eine signifikante zusätzliche Kompression der neuralen Strukturen durch eine degenerative Hypertrophie des angrenzenden Ligamentum flavum bedingt sein kann. Die vorliegende mikroanatomische und neuroradiologische Untersuchung wurde durchgeführt, um die Mikrotopographie dieses Bandes, besonders in Bezug auf seine weit laterale Ausdehnung und seine Beziehung zu Nachbarstrukturen zu bestimmen.

Methoden: Lendenwirbelsäulepräparate von acht von menschlichen Kadavern mittleren Alters (Durchschnittsalter 34,5 Jahre) wurden aufbereitet und MRI-Untersuchungen mit T1-gewichteten Aufnahmen wurden durchgeführt. Die speziell eingebetteten Präparate wurden horizontal im Niveau des Spinalganglions (Schichtdicke: 2 mm) durchtrennt. Anatomisch-morphometrische Daten wurden nach identischen Kriterien, wie sie auch der neuroradiologischen Bildaufbereitung zugrunde lagen, mit dieser korreliert und statistisch analysiert.

Ergebnisse: Die Entfernung zwischen Mittellinie und extraforaminaler Ausdehnung des Ligamentum flavum zeigte einen Mittelwert von 17 mm. Diese gleiche Distanz erstreckte sich auf 19 mm, wenn die laterale Insertion des Ligamentum flavum auf seinen Ursprung am vorderen Rand der Lamina bezogen wurde. Das am weitesten laterale Segment des Ligamentum flavum konnte in allen Fällen dargestellt werden; es bedeckte den Gelenksspalt der Junctura zygapophysealis in Richtung auf das extraforaminale Segment des Zwischenwirbelkanals oder Foramen interevertebrale.

Schlussfolgerungen: Die vorliegenden Messungen an Kadavern eher jüngeren bis mittleren Alters zeigen die Ausdehung des Ligamentum flavum einschließlich seines intra- und extraforaminalen Verlaufes. Aufgrund seiner anatomisch-topographischen Beziehungen kann ein hypertrophiertes Ligamentum flavum wesentlich zur Nervenwurzelkompression auf Recessushöhe beitragen. Dies muss bei der mikrochirurgischen Dekompression der komprimierten Nervenwurzel berücksichtigt werden, da diese unvollständig sein könnte, wenn die hypertrophierten Anteile des Bandes nicht entfernt werden.

Key words

lateral extent - hypertrophy of ligamentum flavum - ligamentectomy - ligamentum flavum - lumbar stenosis - microanatomy of lumbar spine

Schlüsselwörter

laterales Ligamentum flavum - Flavumhypertrophie - Ligamentektomie

References

  • 1 Abbott WD. Compression of the cauda equina by the ligamentum flavum.  JAMA. 1936;  106 2129-2130
    PubMedGoogle Scholar
  • 2 Aryanpur J, Ducker T. Multilevel lumbar laminotomies: An alternative to laminectomy in the treatment of lumbar stenosis.  Neurosurgery. 1990;  26 429-433
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 3 Beamer YB, Garner JT. Hypertrophied ligamentum flavum.  Arch Surg. 1973;  106 289-292
    PubMedGoogle Scholar
  • 4 Brown HA. Enlargement of the ligamentum flavum.  The Journal of Bone and Joint Surgery. 1938;  20 325-338
    PubMedGoogle Scholar
  • 5 Deaver JB. Ligaments of the vertebral column. In: Deaver JB. Surgical Anatomy. [Vol. I] P. Blakiston's Son & CO, Philadelphia 1904: 412-424
    Google Scholar
  • 6 Elsberg CA. Experiences in spinal surgery - observations upon sixty laminectomies for spinal disease.  Surg Gynecol Obstet. 1913;  16 117-132
    PubMedGoogle Scholar
  • 7 Goodman JM, Kuzma BB. Ossification of the ligamentum flavum with myelopathy.  Surg Neurol. 1996;  46 396-397
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 8 Herzog W. Zur Morphologie und Pathologie des Ligamentum flavum.  Frankfurter Zeitschrift für Pathologie. 1950;  61 250-267
    PubMedGoogle Scholar
  • 9 Horwitz T. Lesions of the intervertebral disk and ligamentum flavum of the lumbar vertebra.  Surgery. 1939;  6 410-425
    PubMedGoogle Scholar
  • 10 Li KK, Chung OM, Chang YP, So YC. Myelopathy caused by ossification of ligamentum flavum.  Spine. 2002;  27 E308-E312
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 11 Mahallati H, Wallace CJ, Hunter KM, Bilbao JM, Clark AW. MR imaging of a hemorrhagic and granulomatous cyst of the ligamentum flavum with pathologic correlation.  AJNR. 1999;  20 1166-1168
    PubMedGoogle Scholar
  • 12 Naffziger HC, Inman V, Saunders JB. Lesions of the intervertebral disc and ligamenta flava.  Surgery, Gynecology and Obstetrics. 1939;  66 288-299
    PubMedGoogle Scholar
  • 13 Nagashima C, Takahama M, Shibata T, Nakamura H, Okada K, Morita H, Kubo H. Calcium pyrophosphate dihydrate deposits in the cervical ligamenta flava causing myeloradiculopathy.  J Neurosurg. 1984;  60 69-80
    PubMedGoogle Scholar
  • 14 Okada K, Hoshi N, Kawamura K, Sato K, Yamamoto M. Membranocystic lesion in lumbar yellow ligament.  Spine. 1999;  24 1147-1150
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 15 Okuda T, Baba I, Fujimoto Y, Tanaka N, Sumida T, Manabe H, Hayashi Y, Ochi M. The pathology of ligamentum flavum in degenerative lumbar disease.  Spine. 2004;  29 1689-1697
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 16 Olszewski AD, Yaszemski MJ, White III AA. The anatomy of the human lumbar ligamentum flavum. New observations and their surgical importance.  Spine. 1996;  21 2307-2312
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 17 Ono K, Yonenobu K, Miyamoto S, Okada K. Pathology of ossification of the posterior longitudinal ligament and ligamentum flavum.  Clin Orthop Relat Res. 1999;  359 18-26
    PubMedGoogle Scholar
  • 18 Pickett JC. The lumbar ligamentum flavum in low back bain and sciatic pain.  Southern Medical Journal. 1963;  56 1036-1042
    PubMedGoogle Scholar
  • 19 Poletti CE. Central lumbar stenosis caused by ligamentum flavum: unilateral laminotomy for bilateral ligamentectomy: preliminary report of two cases.  Neurosurgery. 1995;  37 343-347
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 20 Ponseti IV. Differences in ligamenta flava among some mammals.  Iowa Orthop J. 1995;  15 141-146
    PubMedGoogle Scholar
  • 21 Postacchini F, Gumina S, Cinotti G, Perugia D, DeMartino C. Ligamenta flava in lumbar disc herniation and spinal stenosis. Light and electron microscopic morphology.  Spine. 1994;  19 917-922
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 22 Puusepp L. Kompression der Cauda equina durch das verdickte Ligamentum flavum - Tumorsymptome, Operation, Heilung.  Folia Neuropath Estoniana. 1932;  12 38-48
    PubMedGoogle Scholar
  • 23 Ramsey RH. The anatomy of the ligamenta flava.  Clin Orthopedics. 1966;  44 129-140
    PubMedGoogle Scholar
  • 24 Rauschning W. Normal and pathologic anatomy of the lumbar root canals.  Spine. 1987;  12 1008-1019
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 25 Roche PH, Figarella-Branger D, Malca S, Bouvier C, Soumare O, Pellet W. Lumbar canal stenosis caused by amyloidosis of the yellow ligament.  Neurochirurgie. 1999;  45 91-97
    PubMedGoogle Scholar
  • 26 Ruiz SF, Alcazar Romero PP, Lopez ME, Garcia Espona MA. Calcification of lumbar ligamentum flavum and facet joints capsule.  Spine. 1997;  22 1730-1734
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 27 Schrader PK, Grob D, Rahn BA, Cordey J, Dvorak J. Histology of the ligamentum flavum in patients with degenerative lumbar spinal stenosis.  Eur Spine J. 1999;  8 323-328
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 28 Spetzger U, Bertalanffy H, Naujokat C, Keyserlingk DG von, Gilsbach JM. Unilateral laminotomy for bilateral decompression of lumbar spinal stenosis. Part I: Anatomical and surgical considerations.  Acta Neurochir (Wien). 1997;  139 392-396
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 29 Spurling RG, Mayfield FH, Rogers JB. Hypertrophy of the ligamenta flava as a cause of low back pain.  JAMA. 1937;  109 928-933
    PubMedGoogle Scholar
  • 30 Thome C, Zevgaridis D, Leheta O, Bazner H, Pockler-Schoniger C, Wohrle J, Schmiedek P. Outcome after less-invasive decompression of lumbar spinal stenosis: a randomized comparison of unilateral laminotomy, bilateral laminotomy, and laminectomy.  J Neurosurg Spine. 2005;  3 129-141
    PubMedGoogle Scholar
  • 31 Towne EB, Reichert FL. Compression of the lumbosacral roots of the spinal cord by thickened ligamenta flava.  Annals of Surgery. 1931;  94 327-336
    PubMedGoogle Scholar
  • 32 Trivedi P, Behari S, Paul L, Banerji D, Jain VK, Chhabra DK. Thoracic myelopathy secondary to ossified ligamentum flavum.  Acta Neurochir (Wien). 2001;  143 775-782
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 33 Oostenbrugge RJ von, Herpers MJ, Kruijk JR de. Spinal cord compression caused by unusual location and extension of ossified ligamenta flava in a Caucasian male. A case report and literature review.  Spine. 1999;  24 486-488
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 34 Viejo-Fuertes D, Liguoro D, Rivel J, Midy D, Guerin J. Morphologic and histologic study of the ligamentum flavum in the thoraco-lumbar region.  Surg Radiol Anat. 1998;  20 171-176
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 35 Wildi LM, Kurrer MO, Benini A, Weishaupt D, Michel BA, Bruhlmann P. Pseudocystic degeneration of the lumbar ligamentum flavum: a little known entity.  J Spinal Disord Tech. 2004;  17 395-400
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 36 Yamashita T, Minaki Y, Ozaktay AC, Cavanaugh JM, King AI. A morphological study of the fibrous capsule of the human lumbar facet joint.  Spine. 1996;  21 538-543
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 37 Yoshida M, Shima K, Taniguchi Y, Tamaki T, Tanaka T. Hypertrophied ligamentum flavum in lumbar spinal canal stenosis.  Spine. 1992;  17 1353-1360
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 38 Yoshii S, Ikeda K, Murakami H. Myxomatous degeneration of the ligamentum flavum of the lumbar spine.  Spinal Cord. 2001;  39 488-491
    CrossrefPubMedGoogle Scholar

Correspondence

Dr. P.A. WinklerMD, PhD 

Department of Neurosurgery

Ludwig-Maximilians-University

Marchioninistr. 15

81377 Munich

Germany

Phone: +49/89/7095 0

Fax: +49/89/7095 58 94

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