AT513434B1 - Diagnosegerät und Verfahren zur Beurteilung von Gelenken - Google Patents

Abstract

Ein Diagnosegerät zur Bestimmung des mechanischen Zustands, insbesondere der Abnützung, von natürlichen und/oder künstlichen Gelenken (1, 2, 11, 12), welche sich im physiologischen Körper von Menschen oder Säugetieren befinden, welches eine signaldektierende Einheit (3) umfasst, die geeignet ist, ein oder mehrere Gelenkssignale (22) während einer Bewegung des Gelenkes (1, 2, 11,12) zu detektieren und aufzunehmen, und die außerhalb des physiologischen Körpers angeordnet werden kann, soll die dafür erforderliche Information von natürlichen und künstlichen Gelenken nichtinvasiv und mit ausreichender Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit bestimmen. Dazu umfasst das Diagnosegerät eine Auswerteeinheit (8), welche geeignet ist, zumindest zwei unter verschiedenen mechanischen Belastungen aufgezeichnete Gelenkssignale (30) miteinander zu vergleichen und ein Ausgangssignal (40) auszugeben, welches aufgrund des Vergleichs charakteristisch für die Abnützung des Gelenks (1, 2, 11, 12) ist. Bei einem zur Bestimmung des mechanischen Zustands besonders geeigneten Verfahren wird zunächst ein erstes Gelenkssignal (22) durch das Bewegen eines Gelenks (1, 2, 11, 12) unter einer ersten Last generiert und aufgezeichnet, zumindest ein zweites Gelenkssignal (22) durch das Bewegen des Gelenks (1, 2, 11, 12) unter zumindest einer zusätzlichen Last generiert und aufgezeichnet, und es werden zumindest zwei aufgezeichnete Gelenkssignale (22) desselben Gelenks (1, 2, 11, 12), welche unter unterschiedlichen Lasten generiert und aufgezeichnet wurden, miteinander verglichen, woraus ein Ausgangssignal (40) erzeugt wird, welches charakteristisch für den mechanischen Zustand des Gelenks (1, 2, 11, 12) ist

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Diagnosegerät zur Bestimmung des mechanischen Zustands, insbesondere der Abnützung, von natürlichen und/oder künstlichen Gelenken, welche sich im physiologischen Körper von Menschen oder Säugetieren befinden, welches eine signaldektierende Einheit umfasst, die geeignet ist, ein oder mehrere Gelenkssignale während einer Bewegung des Gelenkes zu detektieren und aufzunehmen, und die außerhalb des physiologischen Körpers angeordnet werden kann. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Beurteilung des Abnützungsgrades eines derartigen Gelenks.

[0002] Die Bewegungsfähigkeit von Gelenken beruht darauf, dass sich zwei Knochen auf knorpeligen Gleitflächen relativ zueinander bewegen. Im Fall des Hüftgelenks erfolgt z.B. die Bewegung, indem der Kopf des Oberschenkelknochens (Tibia) in der Pfanne des Hüftknochens (Ilion) gleitet.

[0003] Entzündungen, übermäßige oder falsche Belastung der Gelenke, aber auch Verletzungen können den Gelenkknorpel schädigen und zu einer vorzeitigen und/oder übermäßigen Abnützung der Knorpelschicht (Arthrose) führen. Als Folge des Verschleißes versteifen und verformen sich die Gelenke.

[0004] Gelenkerkrankungen beginnen heute bereits bei immer jüngeren Patienten. Da das therapeutische Repertoire gering und eine ursächliche Behandlung nicht möglich ist, ist eine frühzeitige Erkennung zur vorbeugenden Vermeidung der pathogenen Einflüsse immer wichtiger. Dies wird derzeit dadurch erschwert, dass die Möglichkeiten zur quantitativen frühzeitigen nichtinvasiven Diagnostik fehlen und z.B. radiologische Bildverfahren erst im fortgeschrittenen Stadium diagnostizierbare Ergebnisse liefern.

[0005] Alternative diagnostische Verfahren zur Gelenksdiagnostik beschränken sich derzeit auf die Beurteilung von künstlichen Gelenksimplantaten (Endoprothesen), insbesonders des Hüftgelenks. In der Patentanmeldung DE 36 39 263 A1 wird ein Gerät beschrieben, das zur Bestimmung der Abnützung einer in den menschlichen Körper implantierten Endoprothese dient. Das Gerät umfasst zwei Sensoren, die an zwei verschiedenen Positionen des Körpers angebracht werden können. Damit wird die Zeitverzögerung gemessen, mit der ein Geräusch empfangen wird, das von der Endoprothese und dem Knochen während einer Bewegung des menschlichen Körpers erzeugt wird.

[0006] Die Patentanmeldung US 2007/0179739 A1 beschreibt einen Schrittzähler, der auf die Abnutzung einer Endoprothese schließen lässt. Dieser besteht aus einem akustischen Sensor, der das Geräusch detektiert, das bei der Bewegung der Endoprothese entsteht, wobei der Sensor nahe der Endoprothese in den Körper implantiert wird. Eine Telemetrie-Schaltung die sich außerhalb des Körpers befindet, empfängt die Daten vom Sensor und gibt so Auskunft über die Abnutzung der Endoprothese.

[0007] In der WO 90/06720 A1 wird ein Gerät beschrieben, das eine Lockerung einer Endoprothese detektiert, die sich zwischen zwei Knochen im menschlichen Körper befindet. Ein vibrierender Teil des Gerätes wird dabei an die Stelle zwischen Rumpf und Gliedmaße des menschlichen Körpers gepresst, wo Schale und Kopf des Gelenks ineinander greifen, nahe am Rand eines der Knochen, um dort eine vibrierende Bewegung zu erzeugen. Ein Empfänger des Gerätes wird ebenso an die Stelle zwischen Rumpf und Gliedmaßen des menschlichen Körpers nahe am Rand des anderen Knochens gepresst, um die durch die Knochen und die Endoprothese geleitete Vibration zu empfangen. Das gemessene Signal wird analysiert, um die Lockerung der Endoprothese von den Knochen zu bestimmen.

[0008] Die Patentanmeldung US 2008/262347 A1 zeigt ein System und ein Verfahren zur nichtinvasiven Überprüfung von medizinischen Implantaten bestehend aus einem auf der Haut angebrachten Detektor, welcher Bewegungsgeräusche oder -Schwingungen aufzeichnen kann, und einer Auswerteeinheit zur Weiterverarbeitung und Bewertung der aufgezeichneten Signale.

[0009] Die bekannten Geräte und Methoden leiden unter den komplexen, ungenauen und schlecht reproduzierbaren Messmethoden, da Signale von der Endoprothese und dem Knochen, an dem die Endoprothese befestigt ist, ebenfalls detektiert werden und die Analyse der gemessenen Endoprothesen-Signale beeinflussen und/oder erfordern invasive Eingriffe.

[0010] Unter einem Gelenkssignal wird im Sinne dieser Patentschrift die Gesamtheit aller Signale verstanden, die durch die Bewegung eines natürlichen und/oder künstlichen Gelenks (Endoprothese) im menschlichen und/oder tierischen Körper erzeugt werden. Dies können insbesondere akustische Signale und/oder Vibrationen sein.

[0011] Für die Beurteilung des mechanischen Zustandes von natürlichen und künstlichen Gelenken, ohne Einschränkung auf das Hüftgelenk besteht daher dringender Bedarf.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Diagnosegerät zur klinischen Beurteilung des mechanischen Zustandes, insbesonders des Abnützungsgrades, von natürlichen und künstlichen Gelenken, z.B. Hüft-, Knie- und Schultergelenks, anzugeben, welches es ermöglicht, die dafür erforderliche Information von natürlichen und künstlichen Gelenken nichtinvasiv und mit ausreichender Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit zu bestimmen. Weiterhin soll ein Verfahren zu Beurteilung des mechanischen Zustandes, insbesonders des Abnützungsgrades, von derartigen Gelenken angegeben werden.

[0013] Bezüglich des Diagnosegeräts wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem [0014] eine Auswerteeinheit ausgebildet ist, welche geeignet ist, zumindest zwei unter verschiedenen mechanischen Belastungen aufgezeichnete Gelenkssignale miteinander zu vergleichen und ein Ausgangssignal auszugeben, welches aufgrund des Vergleichs charakteristisch für die Abnützung des Gelenks ist.

[0015] Um dieses Ziel zu erreichen, werden ein Gerät und eine Methode geschaffen, die die Abnützung eines natürlichen oder künstlichen Gelenkes (Endoprothese) in einem physiologischen Körper bestimmen.

[0016] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0017] Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass durch die Bewegung eines Gelenks im menschlichen oder tierischen Körper ein Gelenkssignal erzeugt und durch eine nichtinvasive signaldetektierende Einheit aufgezeichnet werden kann. Aufgrund verschiedener Faktoren, wie beispielsweise Größe, Gewicht und Dichte eines Gelenks oder auch der Position und Ankopplung der nichtinvasiven signaldetektierenden Einheit, unterscheiden sich die Gelenkssignale in der Regel bei verschiedenen Personen bei an sich gleichem Zustand des Gelenkes. Bisherige Vergleiche von Gelenkssignalen, welche von unterschiedlichen Personen oder auch Tieren stammen, sind daher mit Unsicherheiten behaftet. Es wurde jedoch erkannt, dass sich das Gelenkssignal in charakteristischer Weise ändert, wenn sich die mechanische Belastung des Gelenks, welches sich bewegt und/oder von außen bewegt wird, verändert. In der Folge wurde überraschenderweise auch erkannt, dass die unter verschiedenen Lastzuständen erzeugten Gelenkssignale miteinander verglichen werden können, wobei ein Gelenk seine eigene Referenz bilden kann und auf ein Vergleichen mit Gelenkssignalen von anderen Gelenken auch verzichtet werden kann.

[0018] In Anlehnung einer exemplarischen Ausführung der Erfindung wurde ein Gerät zur Bestimmung des mechanischen Zustandes, insbesonders der Abnützung eines Gelenkes, insbesonders eines Gelenkes im Menschen geschaffen (Fig. 1). Das Gerät besteht aus einer signaldetektierenden Einheit, die für die Erfassung der Signale bestimmt ist, die während einer Relativbewegung beider Gelenksteile unter mechanischer Belastung und ohne Belastung erzeugt werden, wobei die signaldetektierende Einheit außerhalb des Körpers z.B. mit einem Klebeband angebracht werden kann, aus einer Datenbank, die Referenzdaten enthält und einer Auswerteinheit besteht, die beispielsweise als Recheneinheit ausgestaltet sein kann, die die beiden detektierten Gelenkssignale in Beziehung setzt und vorzugsweise aus den relativen Änderungen der detektierten Gelenkssignale ein Ausgangssignal erzeugt, das für die Abnützung des untersuchten Gelenkes charakteristisch ist.

[0019] In Anlehnung einer weiteren exemplarischen Ausführung der Erfindung wurde ein Verfahren geschaffen, welches den mechanischen Zustand, insbesondere die Abnützung eines Gelenkes, im Menschen oder in Tieren, bestimmt.

[0020] Hinsichtlich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem [0021] · zunächst ein erstes Gelenkssignal durch das Bewegen eines Gelenks unter einer ersten Last generiert und aufgezeichnet wird, [0022] · zumindest ein zweites Gelenkssignal durch das Bewegen des Gelenks unter zumin dest einer zusätzlichen Last generiert und aufgezeichnet wird, und [0023] · zumindest zwei aufgezeichnete Gelenkssignale desselben Gelenks, welche unter unterschiedlichen Lasten generiert und aufgezeichnet wurden, miteinander verglichen werden, woraus ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches charakteristisch für den mechanischen Zustand des Gelenks ist.

[0024] Der Ausdruck "unter einer ersten Last" kann dabei auch bedeuten, dass diese Last nicht von außen herbeigeführt wird, sondern der natürlichen Last bei der Bewegung eines Gelenks entspricht.

[0025] Das Verfahren umfasst die Erfassung der Gelenkssignale, die ein natürliches oder künstliches Gelenk während einer Relativbewegung der Gelenksteile unter verschiedener Belastung erzeugt und ein durch Vergleich der detektierten Gelenkssignale generiertes Ausgangssignal, das charakteristisch für den Abnützungszustand des Gelenks ist.

[0026] Um einen Vergleich mit weiteren Daten zu ermöglichen können zuvor erhobene Referenzdaten von anderen Personen oder von derselben Person zu anderen Zeitpunkten mit den Gelenkssignalen verglichen werden, wodurch eine weitere relative und/oder absolute Charakterisierung des Gelenkszustandes vorgenommen werden kann.

[0027] Der Ausdruck „Abnützung des Gelenkes" kann auch eine Erhöhung des Gelenks-Spiels bzw. eine Vergrößerung der Instabilität des Gelenkes durch Verringerung der fixierenden Wirkung der Gelenksbänder bedeuten.

[0028] Im Zusammenhang mit Endoprothesen kann der Ausdruck „die Abnützung des Gelenkes" auch eine Lockerung der Endoprothese von den dazugehörigen Knochen und/oder den Verschleiß an den Gleitstellen der Endoprothese bedeuten. Im Besonderen kann ein Verschleiß der Endoprothese an Reibungspunkten der Komponenten der Endoprothese und/oder der Endoprothese mit den Knochen auftreten.

[0029] Im Zusammenhang mit der Anforderung kann der Ausdruck „Vergleich der detektierten Signale mit den Referenzdaten" die Wiedererkennung von Mustern von bestimmten Merkmalen mithilfe der Referenzdaten sein, indem der am besten passende Referenzdatensatz ausgewählt wird, um zusätzliche Informationen zu generieren.

[0030] In den oben erwähnten exemplarischen Ausführungen basiert die Bestimmung des mechanischen Zustandes, insbesonders der Abnützung der Gelenke auf der Aufnahme von Signalen, die während einer Bewegung unter Belastung und ohne Belastung durch das Gelenk erzeugt werden. Diese Signale werden vom Gelenk zur signaldetektierenden Einheit durch den menschlichen Körper übertragen. Die relativen Änderungen der gemessenen Signale können direkt mit dem Gelenkszustand in Verbindung gebracht werden oder zusätzlich in einer vorzugsweisen Ausgestaltung mit Referenzdaten verglichen werden, um ein Ausgangssignal zu generieren, das für den mechanischen Zustand des Gelenkes charakteristisch ist.

[0031] Bei Endoprothesen kann das Ausgangsignal den aktuellen Zustand der Endoprothese hinsichtlich ihrer relativen Position zu den Knochen, der relativen Position der Komponenten der Endoprothese zueinander und des Verschleißes der Endoprothese qualitativ und quantitativ beschreiben.

[0032] Die Bestimmung des mechanischen Zustandes des Gelenkes kann wenigstens teilweise von kommerzieller und/oder nicht-kommerzieller Software durchgeführt werden.

[0033] Auf diese Weise werden das Gerät und die Methode eine genaue Bestimmung des mechanischen Zustandes eines Gelenkes, insbesonders die Messung der Abnützung der Gleitflächen ermöglichen, da Nebengeräusche andere Quellen oder bewegungsbedingte Relativverschiebungen der Signalaufnehmer das Ausgangssignal nicht mehr entscheidend verfälschen können. Es werden somit prinzipiell nur mehr Signale von den Gleitflächen des Gelenkes erfasst, die unter verschiedenen Lastbedingungen unterschiedliche Reibungsgeräusche erzeugen, um die Abnützung des Gelenkes zu bestimmen.

[0034] Ferner ist das Prinzip, das dem Gerät und der Methode zugrunde liegt, einfach, da mögliche zufällige oder systematische Störeinflüsse auf das Ergebnis gut eliminiert werden können. Durch mehrmalige Wiederholung der Signalaufnahme, z.B. an einem Ergometer und statistische Auswertung der Einzelversuche, z.B. durch Bildung von Mittelwerten, kann die Signalqualität weiter verbessert werden.

[0035] Ferner wird der Vergleich zwischen den detektierten Signalen und ggf. den Referenzdaten automatisch ausgeführt, beispielsweise unter Verwendung eines stationären oder tragbaren Computers.

[0036] Die Charakterisierung des mechanischen Zustandes eines Gelenkes basiert auf nichtinvasiven Prinzipien, da sich die signaldetektierende Einheit während der medizinischen Untersuchung außerhalb des menschlichen Körpers befindet und auch keine vorbereitenden invasiven Eingriffe erfordert.

[0037] Insbesondere ermöglichen das Gerät und die Methode eine frühe Untersuchung und Diagnose des mechanischen Zustandes eines Gelenkes, da das Messprinzip nicht auf die Durchführung in einem bereits fortgeschrittenen Stadium der Abnützung eines natürlichen oder künstlichen Gelenkes beschränkt ist, wie etwa die Untersuchung mittels Röntgenstrahlen.

[0038] Die Quantifizierbarkeit des Ergebnisses und die Freiheit von schädlichen Nebenwirkungen (z.B. im Gegensatz zur Strahlenbelastung durch Röntgenstrahlung) ermöglicht außer einer Beurteilung des Ist-Zustands auch eine Verlaufskontrolle z.B. zur Festlegung des Interventionszeitpunktes oder zur Objektivierung des Therapieerfolges.

[0039] Zur Verbesserung der Signalqualität kann der Bewegungsablauf standardisiert werden, indem bereits vorhandene Einrichtungen wie z.B. Fahrrad-Ergometer, Stepper, Laufbänder oder Hebevorrichtungen genutzt werden oder die Bewegung in einem vorgegebenen Muster, z.B. Auf- und Absteigen auf eine Stufe oder Heben und Senken einer Hantel erfolgt.

[0040] Ferner werden das Gerät und die Methode sowohl in kleinen Arztpraxen als auch in Krankenhäusern einsetzbar sein, da das Gerät nur aus kleinen und leichten Teilen besteht.

[0041] Im Folgenden werden weitere exemplarische Ausführungen des Gerätes erklärt. Diese Ausführungen beziehen sich dabei genauso auf das Verfahren.

[0042] Das Signal zur Gelenkscharakterisierung kann ein Bewegungsgeräusch oder Vibrationssignal sein. Das detektierte Geräusch oder Geräuschmuster kann entweder im hörbaren oder nicht-hörbaren Spektralbereich liegen. Das Geräusch kann durch eine relative Bewegung von unterschiedlichen Gelenkskomponenten gegeneinander, im Besonderen von der relativen Bewegung von Schale und Kopf des Knochens oder der Endoprothese entstehen.

[0043] Das Gelenkssignal kann eine Vibration sein, insbesondere ein vibrierendes Signalmuster. Zur Geräusch- bzw. Vibrationsmessung stehen unterschiedliche Messtechniken zur Verfügung, auf deren Basis das Ausgangssignal generiert wird.

[0044] Insbesondere ein Geräusch (Muster) und eine Vibration (Muster) können allein, nebeneinander oder nacheinander detektiert werden. Ein Signal-Muster, das beispielsweise von der Detektionszeit oder der Belastungsdauer abhängt, erlaubt es, charakteristische Merkmale des Signals festzustellen, wenn der Vergleich nacheinander erfolgt, da damit die Genauigkeit der Bestimmung deutlich erhöht werden kann.

[0045] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch einen

Vergleich der Gelenkssignale ausschließlich mit Gelenkssignalen des gleichen natürlichen und/oder künstlichen Gelenks einerseits kein interpersoneller Vergleich notwendig ist, bei dem auf Daten von anderen Personen oder Tieren zurückgegriffen werden muss, und andererseits eine verlässliche Referenz geschaffen wird, die zur Beurteilung des mechanischen Zustands herangezogen werden kann.

[0046] Wie Fig. 1 beispielshaft zeigt, besteht die signaldetektierende Einheit 3 vorzugsweise aus einem Sensor 3a, der mit dem Körper in Kontakt gebracht wird. Eine signaldetektierende Einheit 3 dieses Typs ist auf dem Fachgebiet weithin bekannt und kann einfach in das Gerät integriert werden. Konventionelle Geräusch- oder Vibrationssensoren können verwendet werden, um die Kosten für das Gerät zu reduzieren. Ferner ist es leicht möglich, den Sensor 3a mit der Haut des Menschen in Kontakt zu bringen, indem der Sensor 3a einfach, z.B. mittels einer hier als Klebeband ausgestalteten Befestigungseinheit 4 auf die Haut gepresst wird. Mögliche Punkte für die Detektion auf der Haut, zu denen der Sensor 3a in Kontakt gebracht werden kann, sind anatomische Punkte in der Umgebung des zu untersuchenden Gelenks (1,2), die z. B. von außen durch die Haut leicht und reproduzierbar ertastet werden können.

[0047] Wie in Fig. 2 beispielsweise dargestellt, kann die signaldetektierende Einheit 3 noch weitere Sensoren 3a, 3b umfassen, die in Kontakt mit dem Körper gebracht werden können. Diese Sensoren 3a, 3b können zusätzliche oder vergleichbare Informationen liefern, um den mechanischen Zustand des Gelenks 1, 2 zu bestimmen. Insbesondere werden dadurch simultane Aufnahmen von Gelenkssignalen 22 möglich, sowohl an verschiedenen Detektions-Punkten desselben Gelenks 1, 2 als auch an entsprechenden Punkten des kontralateralen Gelenks 1a, 2a.

[0048] Der Sensor 3a und/oder die weiteren Sensoren 3b sind Mikrophone, vibrationsempfindliche Sensoren und/oder piezoelektrische Sensoren. Diese Typen von Sensoren sind im Fachgebiet bekannt und ihre (elektrische) Implementierung am Gerät kann leicht bewältigt werden.

[0049] Das Gerät umfasst eine oder mehrere Befestigungseinheiten 4, 4a, insbesondere Befestigungsmittel zum Befestigen der signaldetektierenden Einheit 3 am Körper. Die Befestigungsmittel ermöglichen eine zuverlässige Positionierung des Sensors 3a bzw. der Sensoren 3a, 3b in Bezug auf die Detektionsposition, wobei der Entstehung von unerwünschten Rausch-Signalen die von einer relativen Bewegung des Sensors 3a bzw. der Sensoren 3a, 3b von dem Detektionspunkt bzw. den Detektionspunkten vorgebeugt wird. Somit wird die Genauigkeit der Detektion der Gelenkssignale 22 deutlich erhöht.

[0050] Im Speziellen umfassen die Befestigungsmittel z. B. ein Klebeband, z. B. „3M-microfoam®" der Firma „3M". Das Befestigungsmittel kann auch ein elastisches Band sein, das um den Körperteil und den Sensor 3a bzw. die Sensoren 3a, 3b angebracht wird, um den Sensor 3a bzw. die Sensoren 3a, 3b auf den Detektionspunkt bzw. die Detektionspunkte zu pressen. Alternativ dazu kann der Sensor 3a bzw. können die Sensoren 3a, 3b z.B. per Hand oder flexiblem Band an den Körper gedrückt werden.

[0051] Das Gerät enthält eine oder mehrere (Vor-) Verstärkereinheiten 5, 5a, um den Signalpegel des aufgezeichneten Gelenkssignals 30 geeignet anzuheben. Diese Maßnahmen stellen konventionelle Methoden dar, um detektierte Gelenkssignale zu verarbeiten und eine Verbesserung des Signals zu erreichen.

[0052] Das Gerät beinhaltet eine Aufbereitungseinheit 6, die das detektierte Signal z.B. von unerwünschten Signalanteilen befreit und ggf. in Bezug auf Referenzdaten filtert, um z.B. einen verbesserten, erleichterten und/oder zeitsparenden Vergleich der detektierten Signale und/oder eine Mustererkennung zu ermöglichen. Die Filterung kann frequenzabhängig sein z.B. im Sinne eines Tief- oder Bandpasses und/oder formabhängig im Sinne einer Mustererkennung wirken. Dabei umfasst die Aufbereitungseinheit 6 eine Filtereinheit 6a.

[0053] Das Gerät beinhaltet eine Konvertierungsstufe 7, die z. B. nach einer Vorverstärkung eine schnelle Fourier- Transformation des detektierten Signals vom Zeitbereich in den Frequenzbereich durchführt, ggf. geeignet normiert, um eine bessere Verarbeitung und ggf. einen besseren Vergleich mit Referenzdaten zu ermöglichen.

[0054] Die Konvertierungseinheit 7 und die Filtereinheit 6a können getrennt oder gemeinsam realisiert sein.

[0055] Das Gerät beinhaltet eine Auswerteeinheit 8, die auch als Speichereinheit fungieren kann, um die detektierten bzw. konvertierten Signale speichern und/oder zueinander in Beziehung setzten zu können. Dadurch wird eine Analyse des detektierten Signals auch zeitversetzt und/oder im Zeitraffer ermöglicht. Die Speichereinheit und die Datenbank 80 können Teile voneinander oder ident sein und sie können in Form einer Festplatte beispielsweise eines PCs oder Laptops realisiert sein. Die Datenbank 80 kann dabei ebenfalls in die Auswerteinheit 8 integriert sein.

[0056] Das Gerät beinhaltet eine Ausgabeeinheit 9, in der die ausgewerteten Signale verarbeitet, ggf. mit Referenzdaten verglichen werden und diagnoserelevante Parameter und Ergebnisse ermittelt und anschließend präsentiert bzw. ausgegeben und abgespeichert werden.

[0057] Die aufeinanderfolgende Anordnung von Verstärkereinheit 5, der Aufbereitungseinheit 6, der Konvertierungseinheit 7, der Auswertungseinheit 8, Speichereinheit und der Ausgabeeinheit 9 können den speziellen Anforderungen der Messung angepasst werden. Das Signal kann zu jedem Zeitpunkt des Signalverarbeitungsvorgangs gespeichert werden. Ferner können Verstär-kungs- / Aufbereitungs- / Konvertierungs- / Auswertungs- und Ausgabe-Einheiten in einem Gerät integriert sein.

[0058] Die Referenzdaten repräsentieren Vergleichsdaten von natürlichen oder künstlichen Gelenken z.B. mit typischem Abnutzungsgrad. Im Speziellen können Referenzdaten typische Zeitsignale (z.B. ein Geräusch, ein Geräusch-Muster, ein Vibrationssignal oder ein Vibrations-Muster), Frequenzspektren oder eine Gruppe von Parametern sein. Folglich wird dieselbe Art von Daten für den Vergleich des detektierten Signals mit dem Referenzsignal verwendet, wodurch ein schneller und einfacher Vergleich möglich ist.

[0059] Bei der Charakterisierung von Endoprothesen können Referenzdaten für Implantate verschiedenen Typs, aus verschiedenem Material, verschiedener Größe und/oder verschiedenen Implantationsalters sein. Infolgedessen wird eine entsprechend große Datenbank 80 von Referenzdaten geschaffen, sodass zur schnellen Charakterisierung der untersuchten Endoprothese und/oder von natürlichen Gelenken geeignete Vergleichsdaten zur Verfügung stehen.

[0060] Bei der Charakterisierung von natürlichen Gelenken können die Referenzdaten von Menschen z.B. verschiedenen Alters, Geschlechts und/oder Body Mass Index stammen.

[0061] Klinische Referenzdaten können von radiologischen, klinischen und/oder tribologischen Untersuchungen gewonnen werden, um die gewonnenen Informationen mit jenen konventioneller Quellen zu ergänzen oder jene mit den Ergebnissen der gegenständlichen Methodik zu kalibrieren.

[0062] Die Referenzdaten können von einem detektierten Signal inklusive dem Ausgangssignal gewonnen werden, welche die Datenbank ergänzen und für spätere Vergleiche genutzt werden können.

[0063] Die Referenzdaten können Informationen über den Menschen sein, insbesondere das Alter, das Geschlecht und/oder Beschwerden der Person.

[0064] Eine Information über die Person insbesondere ihr Alter, ihr Geschlecht und/oder ihre Beschwerden können Eingabe für die Recheneinheit sein.

[0065] Folglich kann der Vergleich der detektierten Gelenks- Signale mit dem Referenzdatensatz beschleunigt werden, da der Referenzdatensatz, mit dem die ermittelten Signal verglichen werden sollen, vorselektiert werden kann.

[0066] Die Informationen über die Person können auch demographische Daten sein, der Body-Mass-Index, die Krankengeschichte z.B. vorangegangene Luxationen, Traumata, Operationen, der Aktivitätsgrad, Daten aus einem Gesundheitsfragebogen, z.B. SF36, dem Harris Hip Score, dem Womac Score, einer Visuelle Analogskala (VAS), ein subjektives Gelenks-Gefühl oder Geräusch- und Vibrationswahrnehmungen, physikalische Untersuchungsergebnisse wie Schmerzen beim Schütteln oder bei Druck, das Bewegungsvermögen (ROM, Bewegungsausmaß gemäß der neutral-O-Methode), Pump- und Abstoßungs-Erscheinungen und dergleichen.

[0067] Das Ausgangssignal 40 enthält Informationen über die quantitative und/oder qualitative Bestimmung der Abnützung.

[0068] Das Diagnosegerät kann dabei auch umfassen [0069] · eine signaldetektierende Einheit, die geeignet ist, um Gelenks-Signale während einer

Bewegung des Gelenkes zu detektieren, wobei sich die signaldetektierende Einheit außerhalb des Körpers befindet, [0070] · eine (Vor-)Verstärker- und eine Aufbereitungseinheit, die die erfassten Signale auf nimmt und verarbeitungsfähig macht; [0071] · eine Konvertierungseinheit, die die Signale geeignet aufbereitet, indem sie sie z.B. geeignet normiert und/oder frequenz-transformiert; [0072] · eine Auswerteeinheit, die geeignet ist, um die unter verschiedenen Belastungsver hältnissen detektierten Gelenkssignale bzw. zeitlichen Signalabschnitte mit einander in Beziehung zu setzen; [0073] · eine Diagnoseeinheit, die aufgrund des Ergebnisses des Vergleichs für den mechani schen Zustand des Gelenkes, insbesonders dessen Abnützung charakteristische Parameter und/oder Signale ermittelt, präsentiert und abspeichert.

[0074] Da das Verfahren weder auf eine bestimmte Art des Gelenkes eingeschränkt ist noch künstliche Gelenksimplantate ausschließt, sind das Gerät und das Verfahren vielseitig ersetzbar.

[0075] Das Verfahren, um den mechanischen Gelenkszustand, insbesonders auch die Gelenksabnutzung, zu bestimmen, kann vorsehen, dass die Person die Bewegung in Form einer vordefinierten Übung durchführt. Im Speziellen steigt die Person z.B. eine Stufe auf und nieder, schreitet auf einem Laufband, betreibt ein Ergometer, hebt periodisch eine Hantel etc. Ferner kann sich die Person auch in Ruhe befinden und nur die Extremität mit dem zu untersuchenden Gelenk bewegen. Während der Übung kann die Person bekleidet oder unbekleidet sein.

[0076] Das Verfahren, den mechanischen Zustand eines natürlichen und/oder künstlichen Gelenks, insbesondere einer Endoprothese, zu bestimmen, kann in einer weiteren Ausführung umfassen [0077] · das Detektieren eines Gelenkssignals während das natürliche und/oder künstliche

Gelenk von außerhalb des physiologischen Körpers unter verschiedenen Lastbedingungen bewegt wird, [0078] · das Vergleichen der detektierten Gelenkssignale bei unterschiedlichen Lastbedin gungen, [0079] · das Bestimmen der Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Gelenkssignale, [0080] · das Vergleichen der ermittelten Gelenkssignale mit Referenzdaten und [0081] · das Ausgeben eines Ausgangssignals, welches die Ergebnisse des Vergleichens repräsentiert und für den mechanischen Zustand des Gelenks charakteristisch ist.

[0082] Unterschiedliche Lastverhältnisse können erzeugt werden z.B. durch die Be- und Entlastung bei Auf- und Abstieg, während der Auftritts- und Schwungphase des Gehens, dem Abtritt und Hochziehen bei Ergometer-Pedalen, durch Heben von Hanteln unterschiedlichen Gewichts, durch Tragen von Rucksäcken oder Bleigürteln verschiedenen Gewichts etc.

[0083] Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der Untersuchung ergeben sich aus den Ausführungen der Modelle und werden im Nachfolgenden in Bezug auf die einzelnen Mo- delle erklärt.

[0084] Die Erfindung wird im Folgenden detailliert beschrieben, und es wird auf einzelne Modelle Bezug genommen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.

[0085] Die Darstellungen in den Zeichnungen sind schematisch. In verschiedenen Zeichnungen werden ähnliche oder gleiche Elemente mit denselben Verweisungszeichen gekennzeichnet.

[0086] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Geräts, um die Abnützung eines natürlichen Hüftgelenks zu bestimmen.

[0087] Darin ist ein Diagnosegerät zur Bestimmung der Abnützung eines Hüftgelenkes 1, 2 eines Patienten zu sehen. Im Speziellen kann eine Lockerung des Hüftgelenks 1, 2 vom Oberschenkelknochen des Patienten, nämlich die Vergrößerung des Abstandes Hüftgelenkspfanne des Beckens 1 und dem Kopf des Oberschenkelknochens 2 und/oder eine Abnützung der Gleitflächen des Hüftgelenks 1, 2 bestimmt werden. Die Gelenkssignale 22 bzw. die Signalabschnitte unterschiedlicher Belastung des Hüftgelenks 1, 2, das untersucht wird, werden dabei durch ein zeitlich aufeinander folgendes Lastspiel erzeugt und zunächst durch eine als Sensor 3a ausgestaltete signaldetektierende Einheit 3 detektiert und aufgenommen. Die signaldetektie-rende Einheit 3 ist dabei mittels einer Befestigungseinheit 4 lösbar am physiologischen Körper befestigt. Das aufgezeichnete Gelenkssignal 30 wird durch die Verstärkereinheit 5, welche auch einen zusätzlichen Vorverstärker beinhalten kann, verstärkt, durch die als Filtereinheit 6a ausgestaltete Aufbereitungseinheit 6 gefiltert, in der Konvertierungseinheit 7, zeitlich segmentiert und vorverarbeitet und in der Auswerteeinheit 8, zueinander in Beziehung gesetzt, wobei ein Ausgangssignal 40 erzeugt wird und das Ergebnis in der Ausgabeeinheit 9 dargestellt wird. Die unterschiedliche mechanische Belastung wird durch das Fehlen bzw. das Tragen eines Gewichtsgürtels 10 angedeutet. In der Auswerteeinheit 8 können dabei die aufgezeichneten Gelenkssignale 30 gespeichert und/oder zwischengespeichert werden, um für das Vergleichen in der Auswerteeinheit 8 selbst zur Verfügung zu stehen. Alternativ kann das Speichern und/oder Zwischenspeichern auch in einer Datenbank 80 erfolgen. In der Datenbank 80 sind aber zumindest Referenzdaten hinterlegt, wobei diese auch durch vom Diagnosegerät im Rahmen eines Messvorgangs hinzugefügt werden können.

[0088] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Diagnosegeräts, um die Abnützung eines Hüftgelenks durch Kontralateral-Vergleich zu bestimmen. Die Gelenkssignale 22 des Hüftgelenks 1, 2, das untersucht wird, werden dabei mit den Gelenkssignalen 22a des gegenüberliegenden Hüftgelenks 1a, 2a zunächst in analoger Weise mit Hilfe von signaldetektierenden Einheiten 3, die als Sensoren 3a, 3b ausgestaltet sind, detektiert. Die aufgezeichneten Gelenkssignale 30, 30a werden durch Verstärkereinheiten 5, 5a verstärkt, durch als Filtereinheiten 6a ausgestalteten Aufbereitungseinheiten 6 gefiltert, in den Konvertierungseinheiten 7, 7a vorverarbeitet und in der Auswerteeinheit 8 zueinander in Beziehung gesetzt, wobei das Ergebnis in der Ausgabeeinheit 9 dargestellt wird. Die unterschiedliche mechanische Belastung wird durch das Fehlen bzw. das Tragen eines Gewichtsgürtels 10 angedeutet.

[0089] Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Geräts, um die Abnützung eines natürlichen Schultergelenks 11, 12 zu bestimmen. Darin ist ein Diagnosegerät analog zur Hüftgelenksuntersuchung wie in Fig. 1 dargestellt. Die unterschiedliche mechanische Belastung wird in diesem Fall durch das Fehlen bzw. das Heben einer Hantel 13 angedeutet. BEZUGSZEICHENLISTE 1,1a Gelenk 2,2a Gelenk 3 signaldetektierende Einheit 3a, 3b Sensor 4a Befestigungseinheit 5a Verstärkereinheit 6 Aufbereitungseinheit 6a Filtereinheit 7,7a Konvertierungseinheit 8 Auswerteeinheit 9 Ausgabeeinheit 10 Gewichtsgürtel 11 Schultergelenk 12 Schultergelenk 13 Hantel 22,22a Gelenkssignal 30 aufgezeichnetes Gelenkssignal 40 Ausgangssignal 80 Datenbank

Claims (27)

1. Patentansprüche 1. Diagnosegerät zur Bestimmung des mechanischen Zustands, insbesondere der Abnützung, von natürlichen und/oder künstlichen Gelenken (1,2, 11, 12), welche sich im physiologischen Körper von Menschen oder Säugetieren befinden, welches eine signaldektieren-de Einheit (3) umfasst, die geeignet ist, ein oder mehrere Gelenkssignale (22) während einer Bewegung des Gelenkes (1,2, 11, 12) zu detektieren und aufzunehmen, und die außerhalb des physiologischen Körpers angeordnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (8) ausgebildet ist, welche geeignet ist, zumindest zwei unter verschiedenen mechanischen Belastungen aufgezeichnete Gelenkssignale (30) miteinander zu vergleichen und ein Ausgangssignal (40) auszugeben, welches aufgrund des Vergleichs charakteristisch für die Abnützung des Gelenks (1,2, 11, 12) ist.
2. 2. Diagnosegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) geeignet ist, Unterschiede zwischen aufgezeichneten Gelenkssignalen (30) zu ermitteln.
3. 3. Diagnosegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkssignale (22) Bewegungsgeräusche, genauer Geräusch-Muster, des Gelenks (1, 2, 11, 12) sind.
4. 4. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkssignale (22) Vibrationssignale, genauer Vibrationssignal-Muster, der Gelenkbewegung sind.
5. 5. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die signaldetektierende Einheit (3) einen Sensor (3a) umfasst, der mit der Haut in Kontakt gebracht werden kann.
6. 6. Diagnosegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die signaldetektierende Einheit (3) mindestens einen weiteren Sensor (3b) umfasst, der mit der Haut in Kontakt gebracht werden kann.
7. 7. Diagnosegerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (3a) und der mindestens eine weitere Sensor (3b) ein Mikrophon, ein vibrationsempfindlicher Sensor oder ein piezoelektrischer Sensor ist.
8. 8. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befestigungseinheit (4) ausgebildet ist, um die signaldetektierende Einheit (3) lösbar am Körper zu befestigen.
9. 9. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufbereitungseinheit (6), im Speziellen eine Filter- Einheit (6a) ausgebildet ist, die dafür geeignet ist, das detektierte Gelenkssignal (22) unter Berücksichtigung der Referenzdaten zu filtern.
10. 10. Diagnosegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter-Einheit (6a) ein High- Pass-Filter, ein Low-Pass-Filter oder ein Band-Pass- Filter ist.
11. 11. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konvertierungseinheit (7) ausgebildet ist, die dafür geeignet ist, das detektierte Gelenkssignal (22) geeignet zu normieren und/oder transformieren, um es in ein konvertiertes Signal umzuwandeln.
12. 12. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicher- Einheit ausgebildet ist, die dafür geeignet ist, die detektierten und/oder aufbereiteten Gelenkssignale (22) zu speichern.
13. 13. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenbank (80) vorgesehen ist, in der die unter verschiedenen mechanischen Belastungen des Gelenks (1,2, 11, 12) aufgezeichneten Gelenkssignale (30) und/oder Referenzdaten strukturiert speicherbar sind.
14. 14. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) dafür geeignet ist, einen Vergleich mit Referenzdaten vorzunehmen und wobei die Referenzdaten von abnützungstypischen Gelenken stammen, z.B. Personen verschieden Alters oder von künstlichen Gelenken verschiedener Implantationsdauer.
15. 15. Diagnosegerät nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten von künstlichen Gelenken z.B. Endoprothesen, stammen, die von verschiedener Type, Material und/oder Größe sind.
16. 16. Diagnosegerät nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten von natürlichen Gelenken physiologischer Körper stammen.
17. 17. Diagnosegerät nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten von radiologischen, klinischen und/oder tribologischen Untersuchungen stammen.
18. 18. Diagnosegerät nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten Informationen über den physiologischen Körper enthalten, im Speziellen Alter, Geschlecht und/oder ein Leiden des physiologischen Körpers.
19. 19. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über den physiologischen Körper, im speziellen Alter, Geschlecht und/oder Leiden des physiologischen Körpers, in die Auswerteeinheit (8) eingebbar sind.
20. 20. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das natürliche oder künstliche Gelenk (1, 2, 11, 12) ein Hüftgelenk, ein Fingergelenk, eine Sprunggelenk, ein Schultergelenk oder ein Handgelenk ist.
21. 21. Diagnosegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkssignal (22) von der Bewegung einer Wirbelsäule oder Wirbelsäulen- Endoprothese stammt.
22. 22. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (40) Informationen über die Position, den Typ und/oder den Grad der Lockerung und/oder den Verschleiß eines künstlichen Gelenks (1, 2, 11, 12), insbesondere einer Endoprothese enthält.
23. 23. Verfahren zur Bestimmung des mechanischen Zustands, insbesondere der Abnützung, von natürlichen und/oder künstlichen Gelenken (1, 2, 11, 12), welche sich im physiologischen Körper von Menschen oder Säugetieren befinden, bei dem • zunächst ein erstes Gelenkssignal (22) durch das Bewegen eines Gelenks (1, 2, 11, 12) unter einer ersten Last generiert und aufgezeichnet wird, und • zumindest ein zweites Gelenkssignal (22) durch das Bewegen des Gelenks (1,2, 11, 12) unter zumindest einer zusätzlichen Last generiert und aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei aufgezeichnete Gelenkssignale (22) desselben Gelenks (1,2, 11, 12), welche unter unterschiedlichen Lasten generiert und aufgezeichnet wurden, miteinander verglichen werden, woraus ein Ausgangssignal (40) erzeugt wird, welches charakteristisch für den mechanischen Zustand des Gelenks (1,2, 11, 12) ist.
24. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Gelenks (1,2, 11, 12) durch die Ausführung einer definierten Übung zustande kommt.
25. 25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Gelenks (1,2, 11, 12) durch Benützung eines Gerätes für Fitness, Rehabilitation oder Leistungsdiagnostik definiert wird, insbesonders eines Fahrrad-Ergometers, Steppers, Laufband-Ergometers, Rudergerätes.
26. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die auszuwertenden unterschiedlichen mechanischen Gelenksbelastungen durch die Belastungsund Entlastungsphasen des Bewegungsablaufs selbst zustande kommen.
27. 27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die auszuwertenden unterschiedlichen mechanischen Gelenksbelastungen durch externe Belastungen zustande kommen, insbesondere durch Tragen und/oder Bewegen von Gewichten, insbesondere von Gewichtsgürteln (10) und/oder Hanteln (13). Hierzu 3 Blatt Zeichnungen