DE3912080C1

DE3912080C1 - Healing process monitor for broken bones - uses force measurer, distance measurer for fixture screws and evaluator

Info

Publication number: DE3912080C1
Application number: DE19893912080
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 7500 Karlsruhe De Kroczek; Klaus 7514 Eggenstein De Bethge
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1990-05-31
Anticipated expiration: 2009-04-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verfolgung des Heilungsverlaufs von Knochenbrüchen, bei der die Bruchstelle mit einem externen Fixateur stabilisiert ist.

Ein externer Fixateur besteht aus mindestens zwei Schanz'schen Schrauben, die oberhalb und unterhalb der Bruchstelle im Knochen verankert werden und meist senkrecht aus dem betroffenen Knochen herausragen (DE 35 27 342 A 1).

Die Schanz'schen Schrauben werden an ihren freien Enden mittels Klemmen durch mindestens zwei Verbindungsstäbe miteinander verbunden. Über die Verbindungsstäbe wird auf die Bruchstelle ein Druck ausgeübt, der den Heilungsprozeß begünstigt.

Bei derart stabilisierten Brüchen ist es schwierig, den Heilungsverlauf zu verfolgen. Die Kallusbildung in der Bruchstelle ist in Röntgenbildern schlecht sichtbar. Zu häufiges Röntgen soll überdies vermieden werden.

Häufig werden externe Fixateure deshalb nach bestimmten Zeiträumen nachgestellt oder entfernt, die nach Erfahrungswerten des Chirurgen bemessen sind.

Der Heilungsverlauf ist jedoch stark von vielen nicht genau bekannten Parametern abhängig. Einen wesentlichen Einfluß auf den Heilungsverlauf haben das Alter und die individuelle Konstitution des Patienten sowie die Art des Bruchs, so daß erfahrungsgemäße Voraussagen des Heilungsverlaufs schwierig sind.

Es besteht dabei immer die Gefahr, den Fixateur entweder zu früh (Refraktur) oder zu spät (Pseudoarthrose) zu entfernen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe der Heilungsverlauf von komplizierten Knochenbrüchen besser als bisher verfolgt werden kann. Die Verfolgung des Heilungsverlaufs soll ohne zusätzliche Belastung des Patienten ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch

a) eine Kraftmeßeinrichtung, über die der Fixateur und die Bruchstelle einer Druckkraft ausgesetzt werden,
b) einer Abstandsmeßeinrichtung zwischen mindestens zwei der Schanz'schen Schrauben des externen Fixateurs,
c) einer Auswerteeinrichtung, mit der der Abstand zwischen zwei der Schanz'schen Schrauben in Abhängigkeit von der auf Fixateur und Bruchstelle aufgebrachten Druckkraft gemessen und/oder registriert wird.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, den ohnehin vorhandenen Fixateur zur Lösung der Aufgabe mitzuverwenden und auf andere Hilfsvorrichtungen zu verzichten.

Vorteilhafterweise wird die Abstandsmeßeinrichtung zwischen den Verbindungsstücken des Fixateurs und dem Knochen angeordnet. Günstig ist eine möglichst nahe Anordnung am betroffenen Körperteil.

Als Abstandsmeßeinrichtungen sind alle Einrichtungen geeignet, mit denen die Abstandsänderung der Schanz'schen Schrauben ausreichend genau gemessen werden kann. Die Abstandsänderung bei üblicher Belastung des betroffenen Körperteils liegt im Bereich von einigen µm. Zur Messung dieser kleinen Wegänderungen bieten sich Dehnungsmeßstreifen, induktive bzw. kapazitive Wegemeßsysteme an.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Fall eines Unterschenkelbruchs, der mit einem externen Fixateur 2 stabilisiert wurde. Der externe Fixateur 2 ist mit einer Wegmeßeinrichtung 3 zwischen zwei Schanz'schen Schrauben 4 versehen. Als Kraftmeßeinrichtung wird in diesem Fall eine Waage 1 verwendet. Der Patient stellt das betroffene Bein auf die Waage und verlagert einen Teil seines Körpergewichts darauf. Die Auswerteeinrichtung 5 registriert die Belastung der Waage und gleichzeitig die Abstandsänderung der Schanz'schen Schrauben.

Bei verschiedenen Belastungswerten ergibt sich hieraus eine Weg/Kraft-Kurve, die näherungsweise die Form einer Geraden annimmt.

Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Schar solcher Weg/Kraft-Kurven. Aus der Stellung der Geraden bzw. der Steigung der Kurve bei einer bestimmten Belastung läßt sich der Heilungsverlauf verfolgen.

Die Steigung erhöht sich bei fortschreitender Heilung, weil die Bruchstelle bei Belastung in immer geringerem Maß nachgibt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Verfolgung des Heilungsverlaufs an Knochenbrüchen des Beins; durch Wahl geeigneter Kraftmeßeinrichtungen kann auch der Heilungsverlauf an anderen Knochen, z. B. an Armknochen, verfolgt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Durchführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 3 zeigt den Aufbau der Versuchsanordnung.

In diesem Beispiel wurde der Knochen durch eine Kiefernholzleiste 6 mit einem Querschnitt von 40 × 20 mm² simuliert.

Die Leiste wurde keilförmig verschieden tief eingesägt, so daß sich folgende Restquerschnitte ergaben.

a) 40 × 20 mm²
b) 30 × 20 mm²
c) 20 × 20 mm²
d) 10 × 20 mm²
e) 5 × 20 mm²
f) 0 × 20 mm²

Die verschiedenen Querschnitte sollten unterschiedliche Heilungsphasen und damit die allmähliche Kallusbildung zwischen den Frakturenden simulieren.

An dieser Leiste wurde ein externer Fixateur 2 angebracht.

Als Abstandsmeßeinrichtung wurde ein mit einem Dehnungsmeßstreifen 7 bestückter Meßbügel verwendet, dessen Signal mit Hilfe einer Wheatstone'schen Brückenschaltung abgeglichen wurde.

Die Kiefernholzleiste wurde in eine Materialprüfmaschine eingespannt und mit einer Druckkraft belastet, wobei das Signal der Kraftmeßeinrichtung zusammen mit dem Signal der Abstandsmeßeinrichtung registriert und auf einem x-y-Schreiber als Kurven unterschiedlicher Steigung ausgegeben wurde.

Fig. 2 zeigt den Kurvenverlauf in Abhängigkeit vom Restquerschnitt der Kiefernholzleiste. Die Abhängigkeit der Steigung der Kurven vom Restquerschnitt und damit von der Steifigkeit der Leiste ist deutlich erkennbar.

Claims

Vorrichtung zur Verfolgung des Heilungsverlaufs von Knochenbrüchen, bei der die Bruchstelle mit einem externen Fixateur (2) stabilisiert ist, gekennzeichnet durch
- a) eine Kraftmeßeinrichtung, über die der Fixateur (2) und die Bruchstelle einer Druckkraft ausgesetzt werden,
- b) einer Abstandsmeßeinrichtung zwischen mindestens zwei der Schanz'schen Schrauben (4) des externen Fixateurs (2),
- c) einer Auwerteeinrichtung (5), mit der der Abstand zwischen zwei der Schanz'schen Schrauben (4) in Abhängigkeit von der auf Fixateur (2) und Bruchstelle aufgebrachten Druckkraft gemessen und/oder registriert wird.