DE102007004584A1

DE102007004584A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Position eines ersten Teils zu einem andern Teil und Verwendung einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102007004584A1
Application number: DE200710004584
Authority: DE
Original assignee: Kisielinski Kasimir Dipl-Ing
Current assignee: KISIELINSKI, KAJETAN, DR.MED., 87541 BAD HINDE, DE
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2008-08-07
Also published as: WO2008089723A1; WO2008089723B1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Messen der Position eines ersten Teils zu einem anderen Teil eines Gelenkes in einem menschlichen oder tierischen Körper zeichnet sich dadurch aus, dass sie nur bei Überschreiten eines eine Fehlstellung ermöglichenden Bewegungsgrenzwertes ein Signal auslöst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Position eines ersten Teils zu einem anderen Teil eines Gelenkes in einem menschlichen oder tierischen Körper.
Derartige Vorrichtungen sind bekannt aus dem Bereich der Signalgeber für Computerspiele. Beispielsweise werden Handschuhe mit Sensoren verwendet, um die Bewegung einer Hand an ein Steuergerät zu übermitteln. Hierbei werden je nach Qualität der Vorrichtung bereits minimale Bewegungen eines Gelenkes detektiert, analysiert und an eine Steuereinrichtung gemeldet. Derartige Einrichtungen haben ein breites Einsatzgebiet und die stete Verbesserung der Sensoren ermöglicht eine nahezu fehlerfreie Abbildung der Bewegung eines menschlichen oder tierischen Körpers in einem Computerprogramm.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Vorrichtungen und Verfahren weiter zu entwickeln, um ihr Einsatzgebiet zu erweitern. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird vorrichtungsmäßig bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass sie nur bei Überschreiten eines eine Fehlstellung ermöglichenden Bewegungsgrenzwertes ein Signal auslöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass gerade die selektierte Übertragung eines Signals nur bei einer definierten Stellung eines Bewegungsapparates vollständig neue Einsatzgebiete derartiger Vorrichtungen erschließt. So kann beispielsweise im sportlichen Bereich eine Überbeanspruchung eines Gelenkes verhindert werden, indem frühzeitig auf eine Fehlstellung hingewiesen wird. Im medizinischen Bereich ermöglicht die Vorrichtung, Fehlstellungen insbesondere nach Operationen zu vermeiden.
Ein besonderes Einsatzgebiet erschließt sich, wenn die Fehlstellung eine Dislokation ist. Eine Dislokation ist beispielsweise eine Ausrenkung mit Verlust des Kontaktes von Gelenkpfanne und kopftragendem Schaft. Derartige Dislokationen treten beispielsweise nach totalem Hüftgelenkersatz auf und gefährden als sehr schmerzhafte Komplikation den Erfolg des künstlichen Gelenkersatzes. Dislokationen können zu Krankheit, verlängertem Krankenhausaufenthalt sowie zu erneuter Operation führen. Sie verursachen eine nicht unerhebliche Kostensteigerung in der Behandlung.
Bei Patienten mit einem Alter von über 70 Jahren ist die Dislokation die häufigste Ursache für Zweitoperationen. In manchen Studien liegt die Dislokationsrate bei fünfzig Prozent. Die Vorbeugung der Dislokation stellt daher eine große Herausforderung für die Patienten dar und ist für die orthopädischen Chirurgen und nicht zuletzt für die Gesundheitsversorger von großer Bedeutung.
Die Erfindung betrifft daher vor allem Vorrichtungen, bei denen der erste Teil ein künstliches Gelenkteil, insbesondere eine Gelenkkugel ist und der zweite Teil ein künstliches Gelenkteil und insbesondere eine Gelenkpfanne ist.
Um eine zu einer Dislokation führende Fehlstellung zu vermeiden, wird den Patienten in den ersten 2 Monaten nach Implantation eines künstlichen Hüftgelenkes empfohlen, bestimmte Bewegungsumfänge einzuschränken. Ein Beispiel für einen eine Fehlstellung ermöglichenden Bewegungsgrenzwert ist eine Beugung (Flexion) von über 90 Grad, eine Rotationsbewegung des Oberschenkels über 45 Grad (Innen-/Außenrotation) oder ein Anspreizen (Abduktion) sowie ein Überstrecken (Extension) im Hüftgelenk.
Normale Bewegungsabläufe werden somit durch die Vorrichtung nicht beeinträchtigt und nur bei Überschreiten eines vorher definierten Bewegungsgrenzwertes wird ein Signal ausgelöst, um eine Fehlstellung zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt somit unkomplizierte Bewegungsabläufe des täglichen Lebens, und nur bei speziellen Bewegungen des Gelenkes wird vor Erreichen einer Fehlstellung ein Signal ausgelöst, das einen Menschen oder gegebenenfalls auch ein Tier davon abhält, die Bewegung in dieser Bewegungsrichtung fortzusetzen.
Die Vorrichtung bildet somit eine zeitgemäße einfache und wirkungsvolle Strategie zur Risikominimierung einer Dislokation nach Endprothesenimplantation, die der aktiven frühpostoperativen Einschränkung des Bewegungsumfanges im operierten Hüftgelenk einerseits und andererseits den damit verbundenen Anforderungen an die Patienten gerecht wird. Sie hilft in der Frühphase nach einer Operation die eine Dislokation auslösenden Bewegungen zu vermeiden und darüber hinaus sichere Verhaltensweisen im alltäglichen Leben zu erlernen und zu bewahren.
Die Angst vor der Dislokation kann die Patienten stark verunsichern und in der Aktivität hemmen. Dagegen können bestimmte Alltagssituationen die Patienten wiederum stark ablenken, so dass in entscheidenden Momenten trotz der vorangehenden Schulungen riskante Bewegungen und Positionen durchgeführt beziehungsweise eingenommen werden, die letztendlich zur Dislokation führen. Daher ist die Vorrichtung zum Messen der Position gerade in der kritischen Phase von 3 Monaten nach Implantation eines künstlichen Hüftgelenks besonders wichtig, um den Patienten anzuhalten, gesunde Bewegungsmuster einzuhalten, um eine Dislokation zu vermeiden.
Um Gelenkstellungen und Gelenkbewegungen zu ermitteln, weist die Vorrichtung vorzugsweise einen Sensor auf, der die Position aus dem Abstand eines Punktes auf dem ersten Teil zu einem Punkt auf dem zweiten Teil ermittelt. Dieser Sensor kann in einem künstlichen Hüftgelenk angeordnet sein und zur Positionsermittlung kann der Abstand festgelegter Punkte auf Gelenkpfanne und Gelenkkugel und/oder eine Rotation zwischen diesen Teilen zueinander gemessen werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung mehrere Sensoren aufweist, die die Position ermitteln. Dadurch können Flexion, Extension, Abduktion sowie Außen- und Innenrotation ermittelt werden. Die Sensoren sollen allgemein die Position und Bewegung gelenksnahe festgelegter Bezugspunkte innerhalb eines Koordinatensystems im Raum erfassen und entsprechende Daten über die Gelenkstellung liefern.
Vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Sensor außerhalb des Körpers angeordnet ist. Dabei können Sensoren in Form von Streifen oder punktförmig, aber auch als flächige Platten auf dem Körper beispielsweise über einem künstlichen Hüftgelenk angebracht sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens ein Sensor ein Dehnungsmessstreifen. Insbesondere zur Messung von Rotationsbewegungen ist es vorteilhaft, wenn Dehnungsmessstreifen sich kreuzend angeordnet sind.
Eine einfache Ausführungsform sieht vor, dass Sensoren an einem textilen Gewebe angeordnet sind. Denkbar ist beispielsweise ihre Integration auf oder in der Kleidung. Auch eine Platzierung der Sensoren in einer Endoprothese selbst ist möglich. Insbesondere für Patienten nach Hüftgelenksoperationen ist es vorteilhaft, wenn die Sensoren an einer Hose befestigt sind. Entsprechend können die Sensoren beispielsweise für Schulterverletzungen auch in einem Hemd oder einer Jacke angeordnet sein.
Die Sensoren können über Impedanzmessung (Induktivitäts-Kapazitäts-Messung), Widerstandsmessung, Induktionsmessung und Phasenverschiebung funktionieren. Als Bewegungsgrenzwerte können Beugung, Streckung, Rotation, Abspreizen, Anspreizen sowie Kraft, negative und positive Beschleunigungen ermittelt werden. Die Messung erfolgt entsprechend mit Goniometern, Dehnungsmessern, Inklinometern, Drucksensoren, Akzellerometern oder Kraftsensoren. Beispielsweise können ein Kunstgelenk überbrückend angeordnete Goniometer den Winkel der Gelenkstellung einer Endoprothese in unterschiedlichen Ebenen messen. Entsprechend können über und neben einem Gelenk positionierte Dehnungsmesser über ihre Längenänderung weitere Daten über Bewegungen eines Gelenkes oder insbesondere eines künstlichen Gelenkersatzes liefern.
Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, dass mindestens ein Sensor an einem Teil des Gelenkes angeordnet ist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass Sensoren über ein Analysegerät auf einen Signalgeber einwirken. Hierbei ist das Signal vorzugsweise ein optisches oder akustisches Signal. Je nach Einsatzgebiet kann auch eine Vibration als bevorzugtes Signal dienen.
Vorteilhaft ist es, wenn ein Signalgeber an einer Textilie befestigt ist. Dies führt beispielsweise zu einer Hose mit Sensoren, Analysegerät und Signalgeber, die als einfach zu tragende Textilie Fehlstellungen eines Bewegungsapparates vermeidet.
Verfahrensmäßig wird die Erfindung von einem Verfahren zum Messen der Position eines ersten Teils zu einem anderen Teil eines Gelenkes in einem menschlichen oder tierischen Körper gelöst, bei dem nur bei Überschreiten eines eine Fehlstellung ermöglichenden Bewegungsgrenzwertes ein Signal ausgelöst wird.
Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in der Verwendung zur Vermeidung von Dislokationen insbesondere im medizinischen Bereich.
Mehrere Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
1 schematisch eine Ansicht eines künstlichen Hüftgelenkes,
2 schematisch ein Röntgenbild einer dislozierten Hüfttotalendoprothese,
3 schematisch eine Ansicht des Beckens von vorne zur Verdeutlichung der Bewegungen,
4 schematisch eine Ansicht des Beckens von der rechten Seite zur Verdeutlichung der Bewegungen,
5 ein Schema des Alarmsystems,
6 schematisch eine Rückansicht und eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Hose und
7 schematisch eine Rückansicht und eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Hose.
Die 1 zeigt eine Hüftgelenksprothese 1 mit einem Pfannenmetal-back 2, einem Polyethylen-Pfanneninlay 3, einem Steckkopf 4 aus Metall oder Keramik und einem Schaft 5 aus Metall. Das Polyethylen-Pfanneninlay 3 bildet hierbei eine Aufnahme für den Steckkopf 4, der darin beweglich gelagert angeordnet ist. Am Steckkopf 4 befindet sich ein erstes Teil 6 eines Sensors 7, das mit einem weiteren Teil 8 dieses Sensors zusammenwirkt. Der Sensor kann dadurch den Abstand zwischen den Teilen 6 und 8 oder eine relative Verdrehung des Steckkopfes zum Pfanneninlay messen.
Bei Überschreitung von bestimmten Bewegungsgrenzwerten kann der Prothesenkopf 4 wie in dem in 2 gezeigten schematischen Röntgenbild dargestellt aus dem Pfanneninlay 3 herausspringen, wodurch eine nicht hinzunehmende Dislokation entsteht.
Um dies zu vermeiden, misst der Sensor 7 die relative Position zwischen Prothesenkopf und Pfanneninlay und meldet entsprechende Werte an ein Analysegerät, das bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Alarmsystem auslöst.
In 2 ist nur schematisch der Hüftknochen 9 mit einer Strichpunktlinie angedeutet, in dem das Pfannen-metal-back 10 mittels der Schrauben 11 und 12 befestigt ist. Darin liegt das Polyethylen- Pfanneninlay 3, in dem der Steckkopf 4 angeordnet sein sollte. Bei der gezeigten Dislokation liegt der Steckkopf 4 jedoch weit außerhalb des Pfanneninlays 3.
Eine Dislokation wird durch spezielle Bewegungen ausgelöst oder begünstigt. Die 3 und 4 zeigen mit den eingezeichneten Pfeilen Bewegungen des Oberschenkelknochens relativ zum Becken. Hierbei zeigt der Pfeil 13 eine Innenrotation und der Pfeil 14 eine Außenrotation. Der Pfeil 15 beschreibt eine Adduktion und in 4 zeigt der Pfeil 16 eine Extension, während der Pfeil 17 eine Flexion beschreibt.
Das in 5 gezeigte einfache abstrahierte Schema zeigt, wie Sensoren 18 Steuersignale 19 an ein Analysegerät 20 melden, das über eine drahtgebundene oder drahtlose Leitung 21 mit einem Alarmsystem 22 in Verbindung steht. Dies ermöglicht es, beliebige Signale von Sensoren im Hinblick auf ihre Relevanz im Analysegerät zu überprüfen und gegebenenfalls mit vorgegebenen Werten zu vergleichen, um bei definierten Abweichungen ein Alarmsystem 22 auszulösen.
Die 6 zeigt ein Beispiel einer Minimalvariante des Systems zur Überwachung der Beugung, Streckung und Adduktion in einer Hüftgelenksprothese 1 mit Goniometern 23 und 24. Das Goniometer 24 ist ein die Adduktion messender Sensor, während das Goniometer 23 als Flexion- und Extension-messender Sensor ausgebildet ist. Die Messwerte werden an einen individuell programmierbaren Mikroprozessor bezie hungsweise Controler 25 gemeldet, der ebenfalls an der Hose 26 angeordnet ist und mit einem Alarmsystem (nicht gezeigt) in Verbindung steht.
Die 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hose 27 mit zwei sich kreuzenden Dehnungsmessern 28, 29 zur Uberwachung der Innenrotation und Außenrotation in einer Hüftgelenksprothese 1. Der Dehnungsmesser 28 misst die Außenrotation und der Dehnungsmesser 29 ist ein Sensor zum Messen der Innenrotation. Im Hüftbereich ist seitlich an der Hose 27 ein individuell programmierbarer Mikroprozessor/Controler 30 mit integriertem Alarmgeber angeordnet. Dieser Alarmgeber meldet eine falsche Bewegung, z. B. durch akustische oder optische Warnsalven und gegebenenfalls auch durch Vibration.

Claims

Vorrichtung zum Messen der Position eines ersten Teils zu einem anderen Teil eines Gelenkes in einem menschlichen oder tierischen Körper, dadurch gekennzeichnet, dass sie nur bei Überschreiten eines eine Fehlstellung ermöglichenden Bewegungsgrenzwertes ein Signal auslöst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlstellung eine Dislokation ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil ein künstliches Gelenkteil ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil eine Gelenkkugel ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil ein künstliches Gelenkteil ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil eine Gelenkpfanne ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor die Position aus dem Abstand eines Punktes auf dem ersten Teil zu einem Punkt auf dem zweiten Teil ermittelt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Sensoren aufweist, die die Position ermitteln.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor außerhalb des Körpers angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor ein Dehnungsmessstreifen ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Dehnungsmessstreifen sich kreuzend angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren an einem textilen Gewebe angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren an einer Hose befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor an einem Teil des Gelenkes angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren über ein Analysegerät auf einen Signalgeber einwirken.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ein akustisches Signal ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal eine Vibration ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalgeber an einer Textilie befestigt ist.
Verfahren zum Messen der Position eines ersten Teils zu einem anderen Teil eines Gelenkes in einem menschlichen oder tierischen Körper, dadurch gekennzeichnet, dass nur bei Überschreiten eines eine Fehlstellung ermöglichenden Bewegungsgrenzwertes ein Signal ausgelöst wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Vermeidung von Dislokationen.